농업용 트랙터의 에너지 소비 효율 등급화 기준에 관한 연구

Abstract

에너지의 문제는 화석 연료에 대한 고갈과 지구적인 기후 변화에 따라 인류 생존의 문제로서 절박하게 다가오고 있다. IEA와 같은 국제 에너지 기구에서는 각 국 정부의 에너지 정책을 에너지 절약 방향으로 수립할 것을 촉구하고 있다. 보다 구체적으로 차량에 대하여 시험 방법을 마련하고 에너지 효율 표준을 의무화할 것을 강력하게 권고하고 있다. 비포장 도로 차량인 농업용 트랙터의 경우, 스페인, 프랑스, 터키, 독일 등 유럽 국가들에서 에너지 소비 효율 시행의 움직임을 보이고 있다. 국내의 경우에는 농업용 트랙터의 시험 방법이 마련되어 있으며 공인된 시험 기관에서 시험을 시행하고 있으나, 에너지 효율 표준이 마련되어 있지 않아 관련된 연구가 필요한 실정이다. 본 연구에서는 농업용 트랙터의 에너지 소비 효율 표준을 마련하기 위한 지표를 개발하고, 지표를 개발하는 데 쓰이는 데이터를 농작업 특성을 반영할 수 있도록 선정하였으며, 기술 발전을 고려하여 최근 5년 동안의 시험 성적서를 사용하여 5등급으로 등급화하였다. 또한, 사용자로 하여금 임의의 국내 시험 성적서 데이터를 입력하면 분류된 5등급 기준에 따른 해당 트랙터의 등급을 알 수 있도록 해 주는 프로그램을 개발하였다. 마지막으로 농업기술실용화재단에 있는 시험 장비를 사용하여 측정한 스로틀 열림량에 따른 연료 소비량 데이터를 사용하여 스로틀 열림량에 따른 연료 소비량 추세를 살펴 보았다. 보다 세부적으로 나누어 설명하면 다음과 같다. 에너지 소비 효율 등급화 지표는 PTO 성능 시험과 견인 성능 시험 데이터를 사용하여 정격속도, 표준 PTO 속도, 비정격 속도 부분 부하, 견인성능 시험에 대한 4개의 부분 지표를 제시하였고, 국내의 농작업 특성을 반영하여 각 부분 지표별로 가중치를 주어 종합한 지표를 제시하였다. 지표를 개발할 때 사용한 데이터는 국내의 종합 검정 시험 성적서 데이터를 사용하였다. 4개의 부분 지표 중 정격 속도와 견인성능 시험의 데이터는 성적서에 제시된 데이터를 사용하였으며, 표준 PTO 속도와 비정격 속도 부분 부하의 데이터는 성적서의 데이터를 예측식에 적용하여 구하였다. 등급은 5등급으로 분류를 하였으며, 1등급 15%, 2등급 20%, 3등급 30%, 4등급, 20%, 5등급 15% 의 비율로 정규 분포가 되도록 스튜던트화된 표준정규분포화 방식을 적용하였다. 등급화 대상은 기술 발전을 고려하여 최근 5년간 시험한 131개 모델의 국내 시험 성적서로 하였으며, 1등급 21대, 2등급, 23대, 3등급 39대, 4등급 33대, 5등급 15대로 분류가 되었다. 등급 결정 프로그램은 상용화된 프로그램인 MATLAB의 Graphic User Interface를 사용하여 개발하였으며, 사용자로 하여금 국내의 농업용 트랙터 시험 성적서에 제시되어 있는 데이터를 입력하여 버튼을 누르면 해당 트랙터의 등급을 알려 주도록 하였다. 등급화된 결과를 바탕으로 모든 트랙터가 5등급에 속해 있다고 가정하고 1등급으로 개선되었을 때의 경우와 5, 4, 3, 2등급에 고르게 분포하고 있을 때 4, 3, 2, 1등급으로 1개 등급씩 개선되었을 경우에 대하여 절약되는 면세 경유의 양과 금액을 계산하였을 때 각각 67,204kL, 57,284백만원의 절약 효과와 16,801kL, 14,321백만원의 절약 효과가 있는 것으로 나타났다. 농업기술실용화재단에서 시험한 스로틀 열림량에 따른 연료 소비량의 추세를 살펴보았고, 연료 소비량 예측식을 적용하기 위하여 가정으로 사용하였던 엔진 회전 속도에 따른 연료 소비량 차이가 16.2%로 나타나 추후 보정을 위한 연구가 필요한 것으로 판단된다.