KR101362698B1 - 선박의 에너지 시스템을 작동하기 위한 방법 및 이에적합한 에너지 시스템 - Google Patents

선박의 에너지 시스템을 작동하기 위한 방법 및 이에적합한 에너지 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 에너지 시스템(1)에 관한 것으로, 이는 해양 스크류 프로펠러(7)에 연결된 샤프트 유닛(6)을 구동하기 위한 하나 이상의 메인 기관(2), 선박의 전기 네트워크(4)에 전기 에너지를 생성하기 위한 동력 생성 시스템(12), 메인 기관(2)보다 고속으로 구동하며 동력 생성 시스템(12)을 구동하기 위한 기계적 에너지를 생성하는 적어도 하나의 보조 기관(5), 및 상기 샤프트 유닛(6)을 구동하도록 상기 동력 생성 시스템(12)에 의해 상기 전기 네트워크(4)에 공급된 전기 에너지의 적어도 일부를 기계적 에너지로 전환함으로써, 또는 상기 메인 기관(2)으로부터 상기 샤프트 유닛(6)에 전달된 기계적 에너지의 적어도 일부를 상기 전기 네트워크(4)에 공급되는 전기 에너지로 전환함으로써, 상기 전기 네트워크(4)와 상기 샤프트 유닛(6) 사이의 에너지 플럭스(13)를 이루기 위한 설치부(8)를 포함한다. 본 발명의 목적은 상이한 요구치에 대해 최소의 기관 설치로서 최적의 작동을 허용하는 에너지 시스템을 제공하는 것이다. 이를 위해, 해양 스크류 프로펠러(7) 구동 및 전기 네트워크(4)를 위해 필요한 에너지를 제공하고 메인 기관(2)과 적어도 하나의 보조 기관(5)이 미리 정해진 작동점에서 작동되는 방식으로, 에너지 플럭스(13)의 방향과 양이 제어된다.

Description

선박의 에너지 시스템을 작동하기 위한 방법 및 이에 적합한 에너지 시스템{METHOD FOR OPERATING AN ENERGY SYSTEM OF A SHIP AND ENERGY SYSTEM SUITABLE THEREFOR}
본 발명은 청구항 제 1 항의 전제부에 따른 선박, 특히 대형 화물선을 위한 에너지 시스템을 작동시키는 방법과 그리고 청구항 제 10 항의 전제부에 따른 이에 적합한 에너지 시스템에 관한 것이다. 이러한 에너지 시스템은 DE 3531990 A1에 공지된다.
선박의 에너지 시스템은 에너지를 선박 구동 및 전기적 로드를 위해 에너지를 생성, 전환 및 전달하는데 사용된다. 예를 들어, 컨테이너선과 같은 대형 화물선을 위한 에너지 시스템은 일반적으로 저속 작동식 2행정 디젤 기관(slow-running two-stroke diesel engine)의 형태로서 메인 기관을 포함하며, 이는 예를 들어 해양 스크류 프로펠러에 연결된 프로펠러 샤프트인 샤프트 유닛을 구동하는 기계적 에너지를 생성한다. 이러한 기관의 구동력은 약 10MW에서 시작하여 약 100MW에서 종결된다.
추가로, 에너지 시스템은 선박의 전기 네트워크를 위한 기계적 에너지를 생성하기 위한 동력 생성 시스템 그리고 메인 기관보다 빠르게 구동하는 다수의 보조 기관을 포함하며, 상기 보조 기관은 바람직하게는 중속-고속 작동식 4행정 디젤 기관(medium to fast-running four-stroke diesel engine)의 형태로서, 이는 동력 생성 시스템을 구동하도록 약 2~4MW의 동력을 구비한다. 보조 기관 각각은 동력 생성 시스템의 각각의 하나의 동력 제너레이터(generator)에서 구동하는 것이 일반적이다. 전기 네트워크로부터, 예를 들어 전기 에너지를 기계적 에너지로 차례로 변환하는 보조 드라이브들, 가열, 냉방 및 조명을 위한 전기 장치들, 및 항해 작동용 전기 장치와 같은 전기적 로드가 전기 에너지로 공급된다.
추가로, DE 3531990 A1으로부터 공지된 선박용 에너지 시스템은, 전기 네트워크로부터의 동력을 취하고 이를 구동 샤프트에 전달하거나 또는 메인 기관의 초과 구동 동력을 선내 동력 시스템에 전달하는 전기 모터/제너레이터를 갖는다. 따라서, 전기 네트워크 및 샤프트 유닛 간의 에너지 플럭스(energy flux)는 그리고 이로써 메인 기관으로부터 전기 네트워크로의 또는 전기 네트워크로부터 해상 스크류 프로펠러로의 에너지 플럭스는, 샤프트 유닛을 구동하기 위해 동력 생성 시스템에 의해 전기 네트워크에 공급된 전기 에너지의 적어도 일부를 기계적 에너지로 변환함으로써 또는 전기 네트워크에 공급하기 위해 메인 기관에 의해 샤프트 유닛에 전달된 기계적 에너지의 적어도 일부를 전기 에너지로 변환함으로써, 전기 모터/제너레이터에 의해 생성될 수 있다. 그 결과, 선박 내에서 디젤 기관의 형태로 설치된 전체 동력은 보다 양호하게 사용될 수 있다.
완성된 압력이 증가됨에 따라 화물선 작동자는 그 선박의 조달 및 작동 비용을 가급적 적게 유지하려 한다. 여기에서, 조달 비용의 필수적인 일부는 선내 설치된 기관 동력을 위한 비용, 작동 비용 및 연료 및 유지 비용이다. 작동 비용은 설치된 기관의 반복적 작동점에 따른 다수의 작동 파라미터에 의해 결정된다. 하나의 주된 작동 파라미터는 연료 소비이다. 낮은 연료 소비는 동일 연료량으로의 이동 거리를 증가시킬 수 있으며 또는 필요한 연료량을 감소시킬 수 있어서 동일 이동 거리에서 탱크 용 공간 요구치 및 중량을 감소시킨다. 기관의 최적화된 작동 시간은 유지 비용을 절약할 수 있다. 추가로, 배기량 규제가 이루어져야만 하며 또는 선박 작동시, 즉 항구에서 생성되는 소음을 가능한 적게 하여야 한다. 따라서, 에너지 시스템은 다양한 요구치를 요하며, 매우 다양한 조건 하에서 유연하게 반응하여야 한다.
이에 기초하여, 본 발명의 목적은 최초 언급된 에너지 시스템을 작동하는 방법에 관한 것이며, 이를 통해 에너지 시스템의 작동은 설치된 기관 동력에서 가능한 가장 적은 요구치로서 다양한 요구 하에서 그 유연성을 최적화할 수 있다. 더욱이, 그 방법을 수행하는데 적합한 에너지 시스템이 특정된다.
이러한 목적은 청구항 제 1 항에 의한 방법에 의해 이루어진다. 방법의 바람직한 실시예들은 각각의 경우 청구항 제 2 항 내지 제 9 항에 따른다. 이러한 방법을 수행하는데 적합한 에너지 시스템은 청구항 제 10 항을 따른다. 각각의 경우 에너지 시스템의 바람직한 실시예들은 청구항 제 11 항 내지 제 14 항을 따른다.
본 발명에 따른 방법은, 전기 네트워크와 샤프트 유닛 사이의 에너지 플럭스의 방향과 양을 제어함으로써, 한편으로는 해양 스크류 프로펠러의 구동 및 전기 네트워크를 위해 필요한 에너지가 제공되고, 다른 한편으로는 메인 기관과 하나 이상의 보조 기관으로 이루어진 전체 시스템이 미리 정해진 작동점에서 작동한다.
여기에서, 본 발명은 대부분의 작동의 경우, 메인 기관의 동력 또는 적어도 하나의 보조 기관의 동력 중 어느 하나가 오직 부분적으로 사용된다. 전기 네트워크로부터 샤프트 유닛으로의 에너지 플럭스에 의해서 보조 기관에서의 보존 동력이 해양 스크류 프로펠러를 구동하기 위해 사용될 수 있으며, 따라서 보조 기관이 추가로 로드되고 메인 기관이 릴리브된다(relieved). 반대로, 샤프트 유닛으로부터 전기 네트워크로의 에너지 플럭스에 의해 메인 기관이 추가로 로드되고 동시에 보조 기관이 릴리브된다.
에너지 플럭스의 방향과 양을 제어함으로써, 보존 동력은 유연성을 갖고 취급되며 전체 에너지 시스템에서 보다 양호하게 사용되며, 따라서 해양 스크류 프로펠러 구동 및 제공된 전기적 로드를 위한 선박의 바람직한 속도에 필요한 에너지가 보다 양호하게 사용된다. 그러나 특히 불필요한 보존 동력은 에너지 제너레이터에서 회피될 수 있으며, 설치된 기관 동력에 필요한 조달 비용이 감소한다. 따라서 메인 기관에 필요한 비용 및 공간 요구치를 감소시키도록 하나 또는 두 개의 실린더가 감소한 메인 기관을 구성하는 것이 가능하다.
그러나 에너지 플럭스와 연관된 각각의 에너지 제너레이터의 추가 로딩 또는 릴리브는 작동점의 변경 및 이로써 예를 들어 연료 소비, 배기량 또는 구동 시간과 같은 작동 파라미터의 변경과 연계된다. 따라서, 에너지 플럭스의 방향과 양을 제어함으로써, 이러한 작동 파라미터들이 선택적으로 변경될 수 있으며, 이를 통해 미리 정해진 작동점이 전체 시스템에 대하여 설정될 수 있다.
미리 정해진 작동점은 하나의 또는 복수의 작동 파라미터를 특징으로 할 수 있다. 작동 파라미터는 바람직하게는 연료 요구치, 배기량 및/또는 메인 기관과 적어도 하나의 보조 기관으로 이루어진 전체 시스템의 보조 기관 구동 시간을 포함한다. 미리 정해진 작동점에서 연료 요구치 또는 배기량 또는 적어도 하나의 보조 기관의 구동 시간이 메인 기관과 적어도 하나의 보조 기관으로 이루어진 전체 시스템에 대하여 또는 상기 전체 시스템 내에서 최소화될 수 있다.
바람직하게는. 각각의 경우, 상이한 우선 순위가 다수의 작동 파라미터에 할당되며 미리 정해진 작동점에서 그 우선 순위에 따라 순서대로 작동 파라미터들이 최적화된다. 예를 들어, 제 1 우선 순위가 전체 시스템의 가능한 낮은 배기량에 적용되고, 제 2 우선 순위가 전체 시스템의 가능한 낮은 연료 소비에 적용되고, 그리고 제 3 우선 순위가 전체 시스템 내 보조 기관의 가능한 작은 구동 시간에 적용된다.
전기 네트워크와 샤프트 유닛 사이의 에너지 플럭스를 형성하는 설치부는 바람직하게는 샤프트 유닛에 기계적으로 연결되고 인버터(inverter)를 통해 상기 전기 네트워크에 전기적으로 연결된 전기 모터/제너레이터 유닛을 포함한다. 여기에서, 모터/제너레이터 유닛은 모터로서도 작동 가능하며 제너레이터로서도 작동 가능한 전기 기계로 이해되어야 한다. 여기에서, 인버터는 모터/제너레이터 유닛으로부터 또는 유닛으로의 각각의 에너지 플럭스의 방향과 양을 제어하도록 사용되며, 이러한 전기 에너지를 기계적 에너지로 전환하도록 또는 반대로 사용된다.
본 발명에 따른 에너지 시스템은 다음을 포함한다.
- 해양 스크류 프로펠러에 연결된 샤프트 유닛 구동용 기계적 에너지를 생성하기 위한 하나, 이상의 메인 기관,
- 선박의 전기 네트워크용 전기 에너지를 생성하기 위한, 동력 생성 시스템,
- 상기 메인 기관보다 고속으로 구동되며, 상기 동력 생성 시스템용 기계적 에너지를 생성하기 위한, 하나 이상의 보조 기관,
- 상기 샤프트 유닛을 구동하도록 상기 동력 생성 시스템에 의해 상기 전기 네트워크에 공급된 전기 에너지의 적어도 일부를 기계적 에너지로 전환함으로써, 또는 상기 메인 기관으로부터 상기 샤프트 유닛에 전달된 기계적 에너지의 적어도 일부를 상기 전기 네트워크에 공급되는 전기 에너지로 전환함으로써, 상기 전기 네트워크와 상기 샤프트 유닛 사이의 에너지 플럭스를 형성하는, 설치부, 및
- 상기 해양 스크류 프로펠러를 구동하고 상기 전기 네트워크를 공급하는데 필요한 에너지가 제공될 수 있으며 동시에 상기 메인 기관과 상기 하나 이상의 보조 기관으로 이루어진 전체 시스템이 미리 정해진 작동점에서 작동될 수 있는 방식으로, 상기 전기 네트워크와 상기 샤프트 유닛 사이의 에너지 플럭스를 형성하는 설치부에 의해 에너지 플럭스의 방향과 양을 제어하기 위한, 제어 장치.
본 발명 및 청구범위의 특징에 따른 본 발명의 다른 바람직한 실시예들이 도면을 참고하여 예시적인 실시예로서 보다 상세히 후술된다.
도 1은, 컨테이너선을 위한 본 발명에 따른 에너지 시스템을 도시한다.
도 2는, 도 1의 전기 네트워크의 동력 요구치(P)가 시간에 따라 도시되는 다이어그램이다.
도 3은, 미리 정해진 최적 작동점을 설정하는 방법의 순서도를 도시한다.
도 4~6은, 생성된 동력에 따른 디젤 기관의 연료 요구치 및 배기량을 도시하는 예시적 실시예이다.
도 7은, 단일 샤프트 모터/제너레이터 및 폐열 회복 시스템의 동력 제너레이터를 구비한 도 1의 에너지 시스템을 도시한다.
도 8은, 2개의 샤프트 모터/제너레이터 및 폐열 회복 시스템의 동력 제너레이터를 구비한 도 1의 에너지 시스템을 도시한다.
도 1은 본 발명에 따른 에너지 시스템(1)을 특히 간단히 형성하는 것을 도시하며, 메인 기관으로서 2개의 저속 작동식 2행정 디젤 기관(2), 전기 네트워크(4) 내에 전기 에너지를 공급하는 다수의 제너레이터(3)를 포함하는 동력 생성 시스템(12), 및 동력 생성 시스템(12) 각각에서 하나의 제너레이터(3)를 각각 구동시키는 중속-고속 작동식 4행정 디젤 기관(5)으로 구성된 4개의 보조 기관을 포함한다. 일반적으로 각각의 경우 하나의 제너레이터(3) 및 하나의 디젤 기관(5)은 하나의 디젤 제너레이터 세트(13 또는 13')를 각각 구성한다. 이러한 배열에서 디젤 제너레이터 세트(13')는 디젤 제너레이터 세트(13)들 중 하나의 오류의 경우 상비용으로 제공된다. 디젤 기관(2)은 선박을 구도하도록 프로펠러 샤프트(6)를 통해 해양 스크류 프로펠러(7)를 구동하며, 10MW을 넘는 비율의 동력을 갖는 것이 일반적이다. 화물선용 단일 기관의 경우, 동력 범위는 약 100MW에 이른다. 디젤 기관(5)은 5MW에 이르는 동력을 갖는다.
하나의 유닛으로 구성된 전기 모터/제너레이터(8)는 프로펠러 샤프트(6)에 기계적으로 연결되며, 인버터(9), 가능하다면 변압기(10)와 스위치(11)를 통해 전기 네트워크(4)에 연결된다. 샤프트 모터/제너레이터(8)는 바람직하게는 저속 구동 동기화 기계(slow-running synchronous machine)로서 구성되며, 바람직하게는 상호 연결되는 트랜스미션 없이 프로펠러 샤프트(6) 상에 직접 작동한다. 그러나 샤프트 모터/제너레이터(8)는 트랜스미션을 통해 프로펠러 샤프트(6)에 연결되거나 프로펠러 샤프트로부터 멀리 위치한 단부에서 메인 기관의 크랭크샤프트에 연결될 수 있다. 동기화 기계의 경우, 샤프트 모터/제너레이터(8)에 인버터(9)를 통해 필드 에너지(field energy)가 공급되며 제 2 인버터를 통해 여자기 에너지(exciter energy)가 공급되며, 상세히 도시되지 않으나 이는 전기 네트워크(4)에 연결된다. 구성되는 샤프트 모터/제너레이터(8) 및 전기 네트워크 형식에 따라, 인버터(9)가 예를 들어 전류 공급원 또는 전압 공급원 DC 링크 컨버터로서 구성될 수 있다. 당업자는 이를 위한 다양한 인버터가 가능함을 알 것이다. 샤프트 모터/제너레이터(8) 및 인버터(9)를 사용하여, 에너지 플럭스(13)는 전기 네트워크(4)와 프로펠러 샤프트(6) 사이에서 형성될 수 있다. 샤프트 모터/제너레이터(8)의 동력은 바람직하게는 디젤 기관(2)의 동력의 적어도 5%이다. 전기 네트워크(4)로부터 예를 들어 전기 에너지를 기계적 에너지로 전환하는 보조 드라이브들, 가열, 냉방, 및 조명을 생성하기 위한 전기 장치들, 항해 작동, 통신 및 선박 제어를 위한 전기 장치들과 같은 전기적 로드에 스위치(11')를 통해 전기 에너지가 공급된다.
컨테이너선에서, 디젤 제너레이터 세트(13)는 일반적으로 전기 네트워크(4)로부터 필요한 최대 동력을 위해 디자인된다. 실제 동력 요구치(P)는 도 2에서 시간(t)에 따라 간략히 도시된다. 선박 운행의 대부분 시간 동안, 예를 들어 선박의 조명, 항해 작동, 통신, 및 제어 시스템과 같은 기초 로드(PB)만 필요하다. 추가하여, 추가의 동력(PT)이 항구 영역에서 보조 추력 장치(transverse thruster)를 위해 필요하다. 선박이 로드된 이후 최초 시간에 추가의 냉각 동력(PR)이 냉각 컨테이너의 냉각을 위해 필요하다. 디젤 제너레이터 세트(13)는 최대 동력(Pmax)을 다음과 같이 디자인한다. Pmax = PG + PR + PT. 그러나 이러한 최대 전기 동력은 항구 영역 밖에서 필요하지 않으며, 따라서 선박의 대부분의 작동 시간에 필요하지 않다. 필요하지 않은 보존 동력은 프로펠러 샤프트(6)의 구동을 위해 사용되며, 동일하게 유지되는 선박의 최대 구동 동력에서 디젤 기관(2)은 보다 낮은 동력을 구비하도록 디자인될 수 있으며, 또는 동일하게 유지되는 디젤 기관(2)의 구동 동력에서 선박의 전체 구동 동력은 따라서 그 이동 속도는 증가한다. 이를 위해 샤프트 모터/제너레이터(8)는 모터 모드에서 작동하며, 이를 위해 인버터(9)를 통해 네트워크(4)로부터 전기 에너지가 공급된다. 따라서 에너지 플럭스(13)는 전기 네 트워크(4)로부터 프로펠러 샤프트(6)를 지향한다.
반대로, 디젤 기관(2)의 보존 동력은 전기 에너지로서 샤프트 모터/제너레이터(8)를 위해 네트워크(4)에 추가 공급되도록 사용된다. 샤프트 모터/제너레이터(8)가 제너레이터 모드에서 작동되면, 디젤 기관(2)에 의해 프로펠러 샤프트(6)에 전달된 기계적 에너지의 일부가 전기 에너지로 전환되고 인버터(9)를 통해 네트워크(4)에 공급된다. 다음, 에너지 플럭스(13)는 직접 프로펠러 샤프트(6)로부터 전기 네트워크(4)를 지향한다.
에너지 시스템(1)은 에너지 시스템(1)의 작동을 최적화하기 위한 시스템 최적화 장치(15)를 더 포함한다. 시스템 최적화 장치(15)는, 프로펠러 샤프트(6)가 해양 스크류 프로펠러를 구동하는데 필요한 구동 동력으로 구동되는 방식으로 에너지 플럭스(13)의 방향 및 양을 제어하며, 전기 네트워크(4)에 필요한 전기 에너지가 공급되며 그리고 저속 구동 디젤 기관(2)과 고속 구동 디젤 기관(5)으로 이루어진 에너지 제너레이터의 전체 시스템이 미리 정해진 작동점에서 작동된다.
선박이 작동되면, 최적화되는 작동 파라미터가 제 1 단계(20)에서 선원에 의해서 시스템 최적화 장치(15)에 의해 문의된다(도 3 참조). 이는 예를 들어 디스플레이와 같은 출력 유닛(16) 상에 전시되는 선택 메뉴의 도움으로 이루어질 수 있다. 선박 선원은 예를 들어 키보드와 같은 입력 유닛(17)을 통해 전시된 하나의 또는 복수의 작동 파라미터를 선택하고 선택된 작동 파라미터의 우선 순위를 할당한다. 대안으로, 최적화되는 작동 파라미터는 시스템 최적화 장치(15)에 영구적으로 저장될 수 있다.
이후, 시스템 최적화 장치는 단계(21)에서 해양 스크류 프로펠러(7)를 구동하고 전기 네트워크(4)를 위한 현재의 에너지 요구치를 획득한다. 이를 위해 필요한 데이터는 예를 들어 선박 제어 수준, 기관 처리 명령, 선내 네트워크 제어 등에 의해 획득될 수 있다.
이후, 단계(22)에서, 저속 구동 디젤 기관(2) 및 고속 구동 디젤 기관(5)의 현재 작동점이 최적화된 작동 파라미터에 대해 최적화되도록 그리고 이로부터 저속 구동 디젤 기관(2) 및 고속 구동 디젤 기관(5)의 전체 시스템의 현재 작동점이 작동 파라미터에 대해 최적화되도록 결정된다. 작동점 또는 최적화된 작동 파라미터는 디젤 기관(2, 5) 중 어느 하나의 작동 파라미터의 직접적인 계측에 의해 결정되거나 또는 계측된 다른 작동 파라미터로부터 이러한 작동 파라미터를 간접적으로 유추함으로써 결정된다.
이후, 전체 시스템을 위해 필요한 현재 에너지 요구치를 커버하는 최적의 작동점은 단계(23)에서 결정되며, 동시에 그 우선 순위를 위해 전체 시스템의 작동 파라미터가 최적화된다. 이를 위해, 예를 들어 각각의 연료 소비, 배기량, 구동 시간과 같은 디젤 기관의 에너지 전달 사이의 관계를 특정하는 데이터가 시스템 최적화 장치(15)에서 각각의 디젤 기관(2, 5)을 위해 저장된다.
이러한 측면에서, 연료 소비(C)가 2행정 디젤 기관(2)을 위한 전달된 동력(P)에 따르는 것으로서 도 4에서 예시적으로 도시되며, 4행정 디젤 기관(5)을 위한 것은 도 5에서 예시적으로 도시되며, 2행정 디젤 기관(2)을 위한 배기량(E)은 도 6에서 전달된 동력(P)에 따르는 것으로 도시된다.
최적화된 작동 파라미터에 대한 전체 시스템의 최적 및 현재 작동점 사이의 편차가 있다면, 단계(24)에서 디스플레이 유닛(16) 상에 선박 선원에게 이러한 사항이 표시될 수 있으며, 선박 선원은 전기 네트워크(4)로부터 프로펠러 샤프트(6)로의 또는 역으로의 에너지 플럭스의 최적의 방향과 양을 제어할 수 있으며, 따라서 예를 들어 추천 작동 출력에 의해 전체 시스템의 작동점을 최적의 작동점으로 이동시킬 수 있다. 편차의 특정 한계치가 초과된 경우, 시스템 최적화 장치(15)는 외부 스피커(18)를 통해 가청 경고 신호를 발생시킬 수 있다.
대안으로, 단계(24)에서 시스템 최적화 장치는 바람직한 최적 작동점을 향해 전체 시스템의 작동점을 프로펠러 샤프트(6)와 전기 네트워크(4) 사이의 에너지 플럭스(13)를 상응하게 제어함으로써 독립적이고 자동화된 방식으로 이동시킬 수 있다. 이를 위해, 시스템 최적화 네트워크(15)는 제어 라인(19)을 통해 한편으로 인버터(9)에 연결되며, 다른 한편으로 도면에서 상세히 도시되지 않은 에너지 제너레이터 즉 디젤 기관(2, 5)의 제어 장치에 연결되어 이를 통해 동력 전달 및 디젤 기관(2)과 디젤 기관(5)의 작동점을 제어하며, 따라서 인버터(9)를 통한 현재의 유동을 제어하며, 이에 따라 최적화된 작동 파라미터가 우선 순위에 의해 최적화되는 방식으로 샤프트 모터/제너레이터(8)를 통해 작동 에너지 플럭스를 제어한다.
도 3에 도시된 바와 같이, 단계(24)로부터 단계(21)로의 되돌림에 의해 시스템 최적화 장치(15)가 연속적으로 현재 에너지 요구치를 결정하고 에너지 요구치 변경시 최적화된 작동점을 결정하며 선박 선원에게 현재 작동점의 편차를 표시하거나 또는 에너지 플럭스(13)를 상응하게 제어함으로써 전체 시스템의 최적 작동점을 자동으로 설정한다. 추가 최적화는 시스템 최적화 장치(15)의 자체-학습 구조(self-learning structure)에 의해 이루어질 수 있다.
선상에 설치된 동력 사용 및 최적 작동점 설정의 유연성은, 메인 기관(2)의 폐열로부터 전기 에너지를 생성하기 위한 폐열 회복 시스템(waste heat recovery system)의 적어도 하나의 동력 제너레이터를 포함하는 동력 생성 시스템으로서 더욱 증진된다.
이러한 면에서, 도 7은 도 1에 도시된 에너지 시스템(1)이 디젤 기관(2)의 폐열 회복 시스템의 터빈(31, 32)에 의해 구동되는 동력 제너레이터(33)를 더 갖는 것을 도시하며, 폐열 회복 시스템은 자세히 도시되지는 않으며, 여기에서 생성된 전기 에너지는 전기 네트워크(4)에 공급될 수 있으며 또한 전기 네트워크(4), 인버터(9) 및 샤프트 모터/제너레이터(8)를 통해 프로펠러 샤프트(6)에 기계적 에너지로서 공급될 수 있다. 5MW인 동력 제너레이터(33) 동력, 해양에서 디젤 기관(5)으로부터 가용한 5MW의 동력과 샤프트 모터/제너레이터(8)의 10MW의 동력을 가정하는 경우, 디젤 기관(3)의 구동 동력은 10MW로 감소하며, 따라서 예를 들어 디젤 기관(2)은 11개 대신 9개의 실린더를 구비하도록 디자인될 수 있다. 전기 네트워크(4)와 프로펠러 샤프트(6) 사이의 에너지 플럭스(13)를 제어함으로써, 설치된 동력은 최적화되어 사용되며, 추가하여 전체 시스템은 미리 정해진 최적 작동점에서 작동될 수 있다.
도 8에 도시된 에너지 시스템(31)은, 프로펠러 샤프트(6)에 기계적으로 연결 되고 인버터(39)를 통해 전기 네트워크(4)에 전기적으로 연결된 제 2 샤프트 모터/제너레이터(38)를 포함한다는 점에서 도 7에 도시된 에너지 시스템과 상이하다. 예를 들어 10MW인 높은 동력의 샤프트 모터/제너레이터 대신에, 예를 들어 각각의 경우 5MW인 절반의 동력의 2개의 모터/제너레이터(8, 38)가 제공될 수 있으며, 이와 동시에 도 5에 도시된 에너지 시스템의 동일한 장점을 이룰 수 있다.
최적 작동점의 설정의 유연성은 그 피치(pitch)가 조절 드라이브에 의해 조절될 수 있는 프로펠러 블레이드(blade)를 갖는 해양 스크류 프로펠러(7)에 의해 가능하다. 최적 작동점의 설정의 유연성의 증가와 다르게, 전체 구동 동력은 동일하게 남으면서 디젤 기관(2)에 필요한 동력이 감소할 수 있으며, 도 7 및 8의 실시예의 경우 디젤 기관(2)은 9개의 실린더 대신 오직 8개의 실린더를 구비하도록 디자인될 수 있다.

Claims (14)

  1. 선박의 에너지 시스템(1)을 작동하기 위한 방법으로서,
    상기 에너지 시스템(1)은,
    - 해양 스크류 프로펠러(7)에 연결된 샤프트 유닛(6)을 구동하기 위한 기계적 에너지를 생성하는 하나 이상의 메인 기관(2),
    - 상기 선박의 전기 네트워크(4)를 위한 전기 에너지를 생성하는 동력 생성 시스템(12),
    - 상기 메인 기관(2)보다 고속으로 구동되며, 상기 동력 생성 시스템(12)을 구동하기 위한 기계적 에너지를 생성하는, 하나 이상의 보조 기관(5),
    - 상기 동력 생성 시스템(12)에 의해 상기 전기 네트워크(4)에 공급된 전기 에너지의 적어도 일부를 상기 샤프트 유닛(6)을 구동하기 위한 기계적 에너지로 전환함으로써, 또는 상기 메인 기관(2)으로부터 상기 샤프트 유닛(6)에 전달된 기계적 에너지의 적어도 일부를 상기 전기 네트워크(4)에 공급될 전기 에너지로 전환함으로써, 상기 전기 네트워크(4)와 상기 샤프트 유닛(6) 사이의 에너지 플럭스(energy flux)(13)를 형성하는 설치부(8)
    를 포함하며,
    상기 에너지 플럭스(13)의 방향 및 양을 제어함으로써, 상기 해양 스크류 프로펠러(7)의 구동 및 상기 전기 네트워크(4)에 필요한 에너지가 제공되는 동시에 상기 메인 기관(2) 및 상기 하나 이상의 보조 기관(5)으로 이루어진 전체 시스템이 미리 정해진 작동점에서 작동되며,
    상기 전기 네트워크로부터 상기 샤프트 유닛으로의 에너지 플럭스에 의해 상기 보조 기관(들)이 추가 로드되고(loaded) 상기 메인 기관이 릴리브되는(relieved) 동시에 상기 샤프트 유닛으로부터 상기 전기 네트워크로의 에너지 플럭스에 의해 상기 메인 기관이 추가 로드되고 상기 보조 기관(들)이 릴리브되는 것을 특징으로 하는,
    선박의 에너지 시스템을 작동하기 위한 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 미리 정해진 작동점은 하나의 또는 복수의 작동 파라미터(C, E)에 의해 특징지워지는 것을 특징으로 하는,
    선박의 에너지 시스템을 작동하기 위한 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 작동 파라미터는, 상기 메인 기관(2) 및 상기 하나 이상의 보조 기관(5)으로 이루어진 전체 시스템의 보조 기관(5)의 작동 시간, 연료 요구치(C), 및 배기량(E) 중 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는,
    선박의 에너지 시스템을 작동하기 위한 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 미리 정해진 작동점에서, 상기 하나 이상의 보조 기관의 작동 시간, 연료 요구치(C) 또는 배기량(E)은, 상기 메인 기관(2) 및 상기 하나 이상의 보조 기관(5)으로 이루어진 전체 시스템에 대해 최소이거나 또는 상기 전체 시스템 내에서 최소인 것을 특징으로 하는,
    선박의 에너지 시스템을 작동하기 위한 방법.
  5. 제 2 항에 있어서,
    각각의 경우, 상이한 우선 순위가 다수의 작동 파라미터(C, E)에 할당되며, 그리고 상기 작동 파라미터는 상기 미리 정해진 작동점에서 그 우선 순위에 따라 순서대로 최적화되는 것을 특징으로 하는,
    선박의 에너지 시스템을 작동하기 위한 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 전기 네트워크(4)와 상기 샤프트 유닛(6) 사이의 에너지 플럭스(13)를 형성하는 설치부는,
    상기 샤프트 유닛(6)에 기계적으로 연결되며 인버터(inverter)(9)를 통해 상기 전기 네트워크(4)에 전기적으로 연결된 전기 모터/제너레이터(generator) 유닛(8)을 포함하는 것을 특징으로 하는,
    선박의 에너지 시스템을 작동하기 위한 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    작동 동안, 상기 미리 정해진 작동점에 대하여 현재 작동점이 갖는 편차가 결정되는 것을 특징으로 하는,
    선박의 에너지 시스템을 작동하기 위한 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 편차는, 상기 미리 정해진 작동점을 향해 상기 현재 작동점을 이동시키기 위한 조치(measures)를 개시시키기 위해 선박 선원에게 표시되는 것을 특징으로 하는,
    선박의 에너지 시스템을 작동하기 위한 방법.
  9. 제 7 항에 있어서,
    편차가 존재하는 경우에, 상기 전기 네트워크(4)와 상기 샤프트 유닛(6) 사이의 에너지 플럭스(13)의 방향 및 양을 제어함으로써, 상기 현재 작동점이 상기 미리 정해진 작동점을 향해 자동으로 이동되는 것을 특징으로 하는,
    선박의 에너지 시스템을 작동하기 위한 방법.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 따른 방법을 수행하기 위한, 선박용 에너지 시스템(1)으로서,
    상기 에너지 시스템(1)은,
    - 해양 스크류 프로펠러(7)에 연결된 샤프트 유닛(6)을 구동하기 위한 기계적 에너지를 생성하는, 하나 이상의 메인 기관(2),
    - 상기 선박의 전기 네트워크(4)를 위한 전기 에너지를 생성하는, 동력 생성 시스템(12),
    - 상기 메인 기관(2)보다 고속으로 구동되며, 상기 동력 생성 시스템(12)을 구동하기 위한 기계적 에너지를 생성하는, 하나 이상의 보조 기관(5),
    - 상기 동력 생성 시스템(12)에 의해 상기 전기 네트워크(4)에 공급된 전기 에너지의 적어도 일부를 상기 샤프트 유닛(6)을 구동하기 위한 기계적 에너지로 전환함으로써, 또는 상기 메인 기관(2)으로부터 상기 샤프트 유닛(6)에 전달된 기계적 에너지의 적어도 일부를 상기 전기 네트워크(4)에 공급될 전기 에너지로 전환함으로써, 상기 전기 네트워크(4)와 상기 샤프트 유닛(6) 사이의 에너지 플럭스(13)를 형성하는, 설치부(8)
    를 포함하며,
    상기 해양 스크류 프로펠러(7)를 구동하고 상기 전기 네트워크(4)를 공급하는데 필요한 에너지가 제공될 수 있는 동시에 상기 메인 기관(2)과 상기 하나 이상의 보조 기관(5)으로 이루어진 전체 시스템이 미리 정해진 작동점에서 작동될 수 있는 방식으로, 상기 전기 네트워크와 상기 샤프트 유닛 사이의 에너지 플럭스를 형성하는 설치부(8)에 의해 에너지 플럭스(13)의 방향 및 양을 제어하는 제어 장치(15)
    를 더 포함하고,
    상기 전기 네트워크로부터 상기 샤프트 유닛으로의 에너지 플럭스에 의해 상기 보조 기관(들)이 추가 로드되고 상기 메인 기관이 릴리브되는 동시에 상기 샤프트 유닛으로부터 상기 전기 네트워크로의 에너지 플럭스에 의해 상기 메인 기관이 추가 로드되고 상기 보조 기관(들)이 릴리브되는 것을 특징으로 하는,
    선박용 에너지 시스템.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 전기 네트워크(4)와 상기 샤프트 유닛(6) 사이의 에너지 플럭스(13)를 형성하는 설치부는,
    상기 샤프트 유닛(6)에 기계적으로 연결되며 인버터(9)를 통해 상기 전기 네트워크(4)에 전기적으로 연결된 전기 모터/제너레이터 유닛(8)을 포함하는 것을 특징으로 하는,
    선박용 에너지 시스템.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 동력 생성 시스템(12)은 상기 메인 기관(2)의 폐열로부터 전기 에너지를 생성하기 위한 폐열 회수 시스템(waste heat recovery system)의 하나 이상의 동력 제너레이터(33)를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    선박용 에너지 시스템.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 전기 모터/제너레이터 유닛(8)의 정격 출력은 상기 메인 기관(2)의 정격 출력의 5% 이상인 것을 특징으로 하는,
    선박용 에너지 시스템.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 해양 스크류 프로펠러(7)는 프로펠러 블레이드(propeller blade)를 구비하며, 상기 프로펠러 블레이드의 피치(pitch)는 조절 드라이브에 의해 조절 가능한 것을 특징으로 하는,
    선박용 에너지 시스템.
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