KR101680323B1 - 선박, ess 제어 시스템 및 방법 - Google Patents

선박, ess 제어 시스템 및 방법 Download PDF

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Abstract

선박, ESS 제어 시스템 및 방법이 제공된다. 본 발명의 일 면에 따른 선박은, 발전기의 생산 전력으로 충전되고, 충전 전력을 방전하여 전력 설비에 공급하는 ESS(Energy Storage System); 선박의 항차 정보와 실시간 위치 정보를 수신하는 수신기; 및 상기 항차 정보와 상기 실시간 위치 정보를 기초로 상기 ESS에 충전 신호 또는 방전 신호를 제공하는 컨트롤러를 포함한다.

Description

선박, ESS 제어 시스템 및 방법{Ship, control system for ESS and method thereof}
본 발명은 선박, ESS 제어 시스템 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전력을 충전 또는 방전할 수 있는 선박, ESS 제어 시스템 및 방법에 관한 것이다.
에너지 저장 시스템(ESS; Energy Storage System)은 발전기에서 과잉 생산된 전력을 저장해 두었다가 일시적으로 전력이 부족할 때 송전해 주는 저장 장치를 말한다.
일반적으로, ESS는 발전 시스템에 연결되어 과잉 생산된 전력을 충전하고, 상기 충전된 전력을 방전하여 전력 계통(예를 들어, 부하)에 전력을 공급하는 배터리를 포함한다.
한국공개특허 KR 10-2015-0011301 (2015. 01. 30)
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 전력 효율을 향상시킬 수 있는 선박, ESS 제어 시스템 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 면(aspect)에 따른 선박은 발전기의 생산 전력으로 충전되고, 충전 전력을 방전하여 전력 설비에 공급하는 ESS(Energy Storage System); 선박의 항차 정보와 실시간 위치 정보를 수신하는 수신기; 및 상기 항차 정보와 상기 실시간 위치 정보를 기초로 상기 ESS에 충전 신호 또는 방전 신호를 제공하는 컨트롤러를 포함한다.
또한, 상기 ESS는, 배터리와, 상기 배터리와 상기 발전기에 연결되어 상기 생산 전력을 직류 전력으로 변환하고 상기 충전 전력을 교류 전력으로 변환하는 컨버터를 포함할 수 있다.
또한, 상기 항차 정보는, 선박의 입출항 정보, 선박의 운항 정보, 배출 통제 지역(ECA; Emission Control Areas) 정보 및 선박 육상 전원(AMP; Alternative Maritime Power) 정보 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
또한, 상기 컨트롤러는, 상기 항차 정보와 상기 실시간 위치 정보를 비교하여 제1 시점인지 제2 시점인지 판단하고, 상기 제1 시점인 경우 상기 ESS에 충전 신호를 제공하고 상기 제2 시점인 경우 상기 ESS에 방전 신호를 제공할 수 있다.
또한, 상기 컨트롤러는, 항해 중 상기 발전기의 생산 전력량이 상기 전력 설비에 공급되는 공급 전력량보다 큰 경우 상기 제1 시점으로 판단하고, 상기 발전기의 생산 전력량이 상기 공급 전력량보다 작은 경우 상기 제2 시점으로 판단할 수 있다.
또한, 상기 컨트롤러는, 상기 실시간 위치 정보에 포함된 선박의 위치가 배출 통제 지역(ECA; Emission Control Areas) 영역 내에 있는 시점을 상기 제2 시점으로 판단할 수 있다.
또한, 상기 컨트롤러는, 배출 통제 지역(ECA; Emission Control Areas) 영역에 진입하기 이전 시점을 상기 제1 시점으로 판단할 수 있다.
또한, 상기 배출 통제 지역 영역에 진입하는 시점에, 상기 ESS는 완전히 충전될 수 있다.
또한, 상기 컨트롤러는, AMP 비존재 항만에 진입하기 이전 시점을 상기 제1 시점으로 판단할 수 있다.
또한, 상기 AMP 비존재 항만에 대한 접안 동작의 시작 시점에, 상기 ESS는 완전히 충전될 수 있다.
또한, 상기 컨트롤러는, AMP 존재 항만에 진입하기 이전 시점에, 상기 ESS의 충전량이 스러스터 가동 전력량보다 적은 경우 상기 제1 시점으로 판단하고, 상기 ESS의 충전량이 상기 스러스터 가동 전력량보다 많은 경우 상기 제2 시점으로 판단할 수 있다.
또한, 상기 AMP 존재 항만에 대한 접안 동작의 시작 시점에, 상기 ESS는 상기 스러스터 가동 전력량을 유지할 수 있다.
또한, 상기 제1 시점인 경우 상기 발전기에 가동율을 높이는 제1 신호를 제공하고, 상기 제2 시점인 경우 상기 발전기에 가동율을 낮추는 제2 신호를 제공하는 PMS(Power management System)를 더 포함할 수 있다.
상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 면(aspect)에 따른 ESS 제어 시스템은 발전기의 생산 전력으로 충전되고, 충전 전력을 방전하여 전력 설비에 공급하는 ESS(Energy Storage System); 선박의 항차 정보를 저장하는 항해 시스템; 상기 선박의 실시간 위치 정보를 측정하는 측정 시스템; 상기 항해 시스템으로부터 상기 항차 정보를 수신하고, 상기 측정 시스템으로부터 상기 실시간 위치 정보를 수신하는 수신기; 및 상기 항차 정보와 상기 실시간 위치 정보를 기초로 상기 ESS에 충전 신호 또는 방전 신호를 제공하는 컨트롤러를 포함한다.
또한, 상기 컨트롤러는, 상기 항차 정보와 상기 실시간 위치 정보를 비교하여 제1 시점인지 제2 시점인지 판단하고, 상기 제1 시점인 경우 상기 ESS에 충전 신호를 제공하고 상기 제2 시점인 경우 상기 ESS에 방전 신호를 제공할 수 있다.
또한, 상기 제1 시점인 경우 상기 발전기에 가동율을 높이는 제1 신호를 제공하고, 상기 제2 시점인 경우 상기 발전기에 가동율을 낮추는 제2 신호를 제공하는 PMS(Power management System)를 더 포함할 수 있다.
상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 면(aspect)에 따른 ESS 제어 방법은 선박의 항차 정보를 수신하는 제1 수신 단계; 상기 선박의 실시간 위치 정보를 수신하는 제2 수신 단계; 및 상기 항차 정보와 상기 실시간 위치 정보를 기초로 ESS에 충전 신호 또는 방전 신호를 제공하는 제어 단계를 포함한다.
또한, 상기 제어 단계는, 상기 항차 정보와 상기 실시간 위치 정보를 비교하여 제1 시점인지 제2 시점인지 판단하는 판단 단계와, 상기 제1 시점인 경우 상기 ESS에 충전 신호를 제공하고, 상기 제2 시점인 경우 상기 ESS에 방전 신호를 제공하는 제공 단계를 포함하는 ESS 제어 방법.
또한, 상기 제1 시점인 경우 발전기에 가동율을 높이는 제1 신호를 제공하고, 상기 제2 시점인 경우 상기 발전기에 가동율을 낮추는 제2 신호를 제공하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 기타 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 선박의 블록도이다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 선박 그리드의 개략도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 선박의 ESS를 설명하기 위한 개략도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 선박의 생산 전력과 공급 전력을 도시하는 그래프이다.
도 6 내지 도 9는 선박의 항차 정보에 따른 본 발명의 일 실시예에 따른 ESS의 충전량을 나타내는 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 ESS 제어 시스템의 블록도이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 ESS 제어 방법의 순서도이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 컨테이너선을 나타내는 도면이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 LNG선을 나타내는 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 게시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 게시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
또한, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 포함한다(comprises) 및/또는 포함하는(comprising)은 언급된 구성요소, 단계 및/또는 동작 이외에 하나 이상의 다른 구성요소, 단계 및/또는 동작의 존재 또는 추가를 배제하지 않는 의미로 사용한다. 그리고, "및/또는"은 언급된 아이템들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.
이하, 본 발명에 대하여 첨부된 도면에 따라 보다 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 선박의 블록도이고, 도 2 및 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 선박 그리드의 개략도이며, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 선박의 ESS를 설명하기 위한 개략도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 선박은 수신기(110), 컨트롤러(120), ESS(Energy Storage System)(130) 및 PMS(Power management System)(140)를 포함하나, 이외 추가적인 구성을 배제하지 않는다.
수신기(110)는 선박의 항차 정보와 선박의 실시간 위치 정보를 수신한다. 이 때, 상기 선박의 항차 정보는 선박의 외부에 위치한 항해 시스템으로부터 수신하고, 상기 선박의 실시간 위치 정보는 선박의 내부에 위치한 GPS나 선박의 외부에 위치한 선박의 위치 측정 시스템으로부터 수신할 수 있다. 다만, 상기 선박의 항차 정보와 상기 선박의 실시간 위치 정보를 수신할 수 있으면, 수신기(110)의 구성은 본 발명의 기술분야에서 통상의 기술자가 적용 가능한 모든 구성을 포함할 수 있다.
여기에서, 상기 선박의 항차 정보란 선박의 입항 및 출항 정보, 운항 정보, 배출 통제 지역(ECA; Emission Control Areas) 정보 및 선박 육상 전원(AMP; Alternative Maritime Power)가 구비된 항만 정보 등을 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않고 선박의 운항과 관련된 모든 정보를 포함할 수 있다.
컨트롤러(120)는 수신기(110)에서 수신한 선박의 항차 정보와 실시간 위치 정보를 기초로 후술하는 ESS(130)에 충전 신호 또는 방전 신호를 제공한다. 구체적으로, 선박의 항차 정보와 위치 정보를 실시간으로 비교하여 ESS(130)의 충전 또는 방전을 제어하므로, ESS(130)의 수명을 증가시키고 전력 효율을 향상시켜 운항에 소모되는 연료를 절감할 수 있다.
또한, 컨트롤러(120)는 선박의 항차 정보와 실시간 위치 정보를 비교하여 제1 시점인지 제2 시점인지 판단하고, 상기 제1 시점인 경우 ESS(130)에 충전 신호를 제공하고 상기 제2 시점인 경우 ESS(130)에 방전 신호를 제공할 수 있다.
컨트롤러(120)의 동작에 대한 자세한 설명은 후술한다.
ESS(130)는 발전기(150)에서 생성되는 전력으로 충전되고, 상기 충전된 전력을 방전하여 전력 설비(160)에 공급한다. 이에 대해 도 2 내지 도 4를 참조하여 자세히 설명한다.
AC 그리드(Grid)를 설명하는 도 2를 참조하면, ESS(130)는 배터리(132)와 배터리(132)와 발전기(150)에 연결되는 컨버터(134)를 포함할 수 있다.
이 때, 컨버터(134)는 발전기(150)에서 생산되는 생산 전력을 직류 전력으로 변환하여 배터리(132)에 제공하고, 배터리(132)에 충전된 충전 전력을 교류 전력으로 변환하여 전력 설비(160)에 제공한다.
본 발명의 몇몇 실시예에서, 발전기(150)는 200KW 이상의 대용량 전력을 생성할 수 있는 디젤 발전기(150)를 포함한다. 이 때, 복수의 디젤 발전기(150)가 병렬로 연결되어 전력 설비(160)를 구동하기 위한 전력을 생성할 수 있으나, 이에 제한되지 않고 다양하게 변경 가능하다. 여기에서, 전력 설비(160)는 선박의 추진 또는 방향 전환을 위한 스러스터(164)뿐만 아니라 선내에서 사용되는 모든 선내 부하(166)를 포함할 수 있다.
구체적으로, 발전기(150)에서 생성된 AC 전력은 AC/DC 컨버터(134)에서 DC 전력으로 변환되어 배터리(132)에 저장되며, 배터리(132)에 저장된 DC 전력은 DC/AC 컨버터(134)에서 AC 전력으로 변환되어 AC 전력으로 구동하는 전력 설비(160)에 제공될 수 있다.
DC 그리드(Grid)를 설명하는 도 3을 참조하면, ESS(130)는 배터리(132)만을 포함할 수 있다.
구체적으로, 발전기(150)에서 생성된 AC 전력은 발전기(150)에 연결된 AC/DC 컨버터에서 DC 전력으로 변환되어 DC 그리드에 제공되며, 상기 변환된 DC 전력은 DC 그리드 상에 연결된 배터리(132)에 저장될 수 있다. 또한, 배터리(132)에 저장된 DC 전력은 바로 상기 DC 그리드 상으로 제공되며, DC 전력으로 구동되는 선내 부하(166)나 DC/AC 컨버터를 통해 AC 전력으로 구동되는 스러스터(164)에 제공될 수 있다. 다만, 선내 부하(166)가 AC 전력을 사용하는 경우에는, 상기 DC 그리드와 선내 부하(166) 사이에 별도의 DC/AC 컨버터가 구비될 수 있다.
도 4를 참조하면, ESS(130)는 AC/DC 컨버터(134), 배터리(132), DC/AC 컨버터(136)를 포함할 수 있다.
구체적으로, 발전기(150)에서 생성된 AC 전력은 AC/DC 컨버터(134)에서 DC 전력으로 변환되어 배터리(132)에 저장되며, 배터리(132)에 저장된 DC 전력은 DC/AC 컨버터(136)에서 AC 전력으로 변환되어 AC 전력으로 구동되는 전력 설비(160)에 제공될 수 있다.
전술한 발전기(150), ESS(130) 및 전력 설비(160)의 연결과 배치는 본 발명의 일 예에 불과할 뿐, 본 발명의 기술분야에서 통상의 기술자가 적용 가능한 모든 연결과 배치를 포함한다.
PMS(140)는 상기 제1 시점인 경우 발전기(150)의 가동율을 높이는 제1 신호를 제공하고, 상기 제2 시점인 경우 발전기(150)의 가동율을 낮추는 제2 신호를 제공할 수 있다. 따라서, 상기 제1 시점에 ESS(130)에 충전되기 위해 공급되는 전력량을 증가시키고, 상기 제2 시점에 ESS(130)에 충전되기 위해 공급되는 전력량을 감소시킬 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 선박의 생산 전력과 공급 전력을 도시하는 그래프이고, 도 6 내지 도 9는 선박의 항차 정보에 따른 본 발명의 일 실시예에 따른 ESS의 충전량을 나타내는 도면이다.
이하, 도 5 내지 도 9을 참조하여 컨트롤러(120)의 작동에 대해 상세히 설명한다.
도 6을 참조하면, 선박이 출항하여 AMP가 존재하는 항구인 AMP 존재 항만에 입항하는 경우에 전력 부하 및 배터리 충전량을 알 수 있다.
이 때, 선박은 ESS(130)의 배터리 충전량이 100%인 상태에서 출항하고, 항해 후 AMP가 존재 항만에 정박한다. 여기에서 AMP란 선박 육상 전원으로서, 선박이 항만에 정박하는 경우에 발전기(150)를 가동하지 않고도 선내 부하를 운용하기 위해 필요한 전력을 항만에서 공급하는 장비를 의미한다.
컨트롤러(120)는 출항 시점(t10)을 제2 시점으로 판단하고 ESS(130)에 방전 신호를 제공한다. 이 때, 발전기(150)에서 생산되는 전력과 더불어 ESS(130)에서 방전되는 전력을 통해 스러스터(164)를 구동할 수 있다. 일반적으로, 선박은 항해 중에 소모되는 일반 전력에 비해 입항과 출항시에 구동하는 스러스터(164)에서 소모되는 전력이 현저히 많으므로, 이에 따라 발전기(150)의 용량을 설계한다. 따라서, ESS(130)를 통해 스러스터(164)의 구동에 필요한 전력을 공급할 수 있으므로 발전기(150)의 필요 용량을 줄일 수 있다.
또한, 컨트롤러(120)는 선박이 항만을 떠나는 시점(t11)부터 입항하기 소정 시간 이전 시점(t12) 동안에 ESS(130)의 충전 또는 방전을 제어하여 전력 효율을 향상시킬 수 있다. 구체적으로, 도 5를 참조하면, 항해 중 발전기(150)에서 생산되는 생산 전력(VP)량이 전력 설비(160)에 공급되는 공급 전력량(VL)보다 많은 경우(a1, a2) 상기 제1 시점으로 판단하여 ESS(130)에 충전 신호를 제공하고, 생산 전력(VP)량이 공급 전력량(VL)보다 적은 경우(b1) 상기 제2 시점으로 판단하여 ESS(130)에 방전 신호를 제공할 수 있다. 따라서, 발전기(150)는 선박의 운항에 필요한 평균 전력만 생성하면 되므로 발전기(150)의 발전 효율을 향상시킬 수 있다.
컨트롤러(120)는 AMP 존재 항만에 진입하기 이전 시점(t12)에, ESS(130)의 충전량이 스러스터(164)를 가동하기 위해 필요한 스러스터(164) 가동 전력량보다 적은 경우 상기 제1 시점으로 판단하여 ESS(130)에 충전 신호를 제공하고, ESS(130)의 충전량이 스러스터(164)를 가동 전력량보다 많은 경우 상기 제2 시점으로 판단하여 ESS(130)에 방전 신호를 제공한다. 이 때, 상기 AMP 존재 항만에 대한 접안 동작의 시작 시점(t13)에, ESS(130)는 상기 스러스터 가동 전력량을 유지할 수 있다. 이 후, 선박이 항만에 접안하는 시점에, ESS(130)는 AMP로부터 전력을 수급하여 충전할 수 있다.
도 7을 참조하면, 선박이 출항하여 AMP가 존재하지 않는 항구인 AMP 비존재 항만에 입항하는 경우에 전력 부하 및 배터리 충전량을 알수있다.
이 때, 선박은 ESS(130)의 배터리 충전량이 100%인 상태에서 출항하고, 항해 후 AMP 비존 항만에 정박한다.
컨트롤러(120)는 출항 시점(t40)을 제2 시점으로 판단하고 ESS(130)에 방전 신호를 제공한다. 이 때, 발전기(150)에서 생산되는 전력과 더불어 ESS(130)에서 방전되는 전력을 통해 스러스터(164)를 구동할 수 있다.
또한, 컨트롤러(120)는 선박이 항만을 떠나 항해를 시작하는 시점(t41)부터 입항하기 이전 시점(t42) 동안에 ESS(130)의 충전 또는 방전을 제어하여 전력 효율을 향상시킬 수 있다.
컨트롤러(120)는 AMP 비존재 항만에 진입하기 이전 시점(t42)을 제1 시점으로 판단하여 ESS(130)에 충전 신호를 제공할 수 있다. 이 때, AMP 비존재 항만에 접안 동작의 시작 시점에(t43)에, ESS(130)는 완전히 충전(예를 들어, 100%)될 수 있다. 이로써, ESS(130)는 AMP 비존재 항만에 접안 시 스러스터(164)에 필요한 부하를 제공하고 소정 용량의 충전량이 남게 된다. 따라서, AMP 비존재 항만 내에서 발전기(150)를 구동하지 않아도 선내 전력 설비(160)에 전력을 공급할 수 있다.
도 8을 참조하면, 항해 중인 선박이 ECA 영역을 지나는 경우에 전력 부하 및 배터리 충전량을 알 수 있다. 여기에서 ECA 영역이란, MARPOL 부속서 VI에서 규정하는 것으로서 선박에서 발생하는 질소화합물(NOx), 황산화물(SOx) 및/또는 미립자(P.M; Particular Matter)의 배출을 방지, 감소 및 통제하기 위한 영역을 의미한다.
컨트롤러(120)는 선박이 ECA 영역에 진입하기 이전 시점(t21)을 상기 제1 시점으로 판단하여 ESS(130)에 충전 신호를 제공할 수 있다. 이 때, 선박이 ECA 영역에 진입하는 시점(t22)에, ESS(130)는 완전히 충전(예를 들어, 100%)될 수 있다. 또한, 컨트롤러(120)는 상기 실시간 위치 정보에 포함된 선박의 위치가 ECA 영역 내에 있는 시점(t22-t23)을 제2 시점으로 판단하고, ESS(130)에 방전 신호를 제공할 수 있다. 따라서, 황화합물을 포함하는 연료를 소모하는 발전기(150)를 가동하지 않아도 ECA 영역에서 선내 전력 설비(160)에 필요한 전력을 확보할 수 있다.
이 후, 컨트롤러(120)는 선박이 ECA 영역을 벗어나는 시점(t23-t24)을 제1 시점으로 판단하여 ESS(130)에 충전 신호를 제공함으로써, ESS(130)가 운항 중에 필요한 기본 전력을 확보하게 할 수 있다.
도 9를 참조하면, 출항하고 입항하는 항만의 근방 영역이 ECA 영역인 경우에 선박에 필요한 전력 부하 및 배터리 충전량을 알 수 있다. 이 경우, 출항 및 입항하는 항만에는 AMP가 구비된 것을 예로 들어 설명한다.
컨트롤러(120)는 출항 시점(t30)을 제2 시점으로 판단하고 ESS(130)에 방전 신호를 제공한다. 이 때, 발전기(150)에서 생산되는 전력과 더불어 ESS(130)에서 방전되는 전력을 통해 스러스터(164)를 구동할 수 있다.
다만, 출항하는 항만의 근방 영역이 ECA 영역이므로, 컨트롤러(120)는 선박이 항만을 떠나 ECA 영역을 벗어나는 시점(t32)까지를 제2 시점으로 판단하여 ESS(130)에 방전 신호를 제공한다.
또한, 선박이 상기 ECA 영역을 지나는 시점(t32)과 입항하려는 항만 근방의 ECA 영역에 진입하기 이전 시점(t33) 사이에, 컨트롤러(120)는 생산 전력량과 공급 전력량에 기초하여 ESS(130)의 충전 또는 방전을 제어하여 전력 효율을 향상시킬 수 있다.
컨트롤러(120)는 입항하려는 항만 근방에 존재하는 ECA 영역에 진입하기 이전 시점(t33)을 상기 제1 시점으로 판단하여 ESS(130)에 충전 신호를 제공할 수 있다. 이 때, ESS(130)는 선박이 ECA 영역에 진입하는 시점(t34)에 완전히 충전(예를 들어, 100%)될 수 있다.
또한, 컨트롤러(120)는 ECA 영역에 진입하여 선박이 항만에 정박하는 시점(t34-t35)을 제2 시점으로 판단하여 ESS(130)에 방전 신호를 제공할 수 있다. 따라서, 황화합물을 포함하는 연료를 소모하는 발전기(150)를 가동하지 않아도 ECA 영역 내에서 선내 전력 설비(160)에 필요한 전력을 공급할 수 있다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 선박은 항차 정보와 실시간 위치 정보를 비교하여, 발전기(150)의 가동률 및 ESS(130)의 충방전을 제어하므로 전력 효율을 향상시킬 수 있다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 ESS 제어 시스템의 블록도이다.
도 10을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 ESS 제어 시스템은 항해 시스템(220), 측정 시스템(210), 수신기(230), 컨트롤러(240), ESS(250) 및 PMS(260)을 포함하나, 이외 추가적인 구성을 배제하지 않는다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 ESS 제어 시스템에서 설명되지 않은 세부적인 구성은 본 발명의 일 실시예에 따른 선박의 세부적인 구성과 동일한 것을 의미할 수 있다.
측정 시스템(210)는 선박의 실시간 위치 정보를 측정한다. 이 때, 측정 시스템(210)은 선박의 내부에 위치하여 위성으로부터 선박의 위치를 측정하는 GPS를 포함하나, 선박의 실시간 위치 정보를 측정할 수 있는 다양한 측정 수단을 포함한다.
항해 시스템(220)은 선박의 항차 정보를 저장하는 시스템으로써, 선박의 내부에 위치할 수도 있고, 항만에 위치할 수도 있다. 여기에서 항차 정보는 선박의 입항 및 출항 정보, 운항 정보, 배출 통제 지역(ECA; Emission Control Areas) 정보 및 선박 육상 전원(AMP; Alternative Maritime Power)가 구비된 항만 정보 등을 포함할 수 있다.
수신기(230)는 측정 시스템(210)으로부터 상기 실시간 위치 정보를 수신하고, 항해 시스템(220)으로부터 상기 항차 정보를 수신하여 컨트롤러(240)에 제공한다.
트롤러(240)는 상기 항차 정보 및 상기 실시간 위치 정보를 기초로 ESS(250)에 충전 신호 또는 방전 신호를 제공할 수 있다. 구체적으로, 컨트롤러(240)는 상기 항차 정보와 상기 실시간 위치 정보를 비교하여 제1 시점인지 제2 시점인지 판단하고, 상기 제1 시점인 경우 ESS(250)에 충전 신호를 제공하고, 상기 제2 시점인 경우 ESS(250)에 방전 신호를 제공할 수 있다. 따라서, ESS(250)의 수명을 증가시키고 전력 효율을 향상시켜 운항에 소모되는 연료를 절감할 수 있다.
PMS(260)은 상기 제1 시점인 경우 발전기에 가동율을 높이는 제1 신호를 제공하고, 상기 제2 시점인 경우 발전기에 가동율을 낮추는 제2 신호를 제공한다. 따라서, 상기 제1 시점에 ESS(250)에 충전되기 위해 공급되는 전력량을 증가시키고, 상기 제2 시점에 ESS(250)에 충전되기 위해 공급되는 전력량을 감소시킬 수 있다.
그러므로, 본 발명의 일 실시예에 따른 ESS 제어 시스템은 항차 정보와 실시간 위치 정보를 비교하여, 발전기(250)의 가동률 및 ESS(250)의 충방전을 제어하므로 전력 효율을 향상시킬 수 있다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 ESS 제어 방법의 순서도이다.
도 11을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 ESS 제어 방법은 선박의 항차 정보를 수신하는 제1 수신 단계(S310), 상기 선박의 실시간 위치 정보를 수신하는 제2 수신 단계(S320), 상기 항차 정보와 상기 실시간 위치 정보를 기초로 ESS에 충전 신호 또는 방전 신호를 제공하는 제어 단계(S330) 및 발전기에 제1 신호 또는 제2 신호를 제공하는 단계(S340)를 포함하나, 이외 추가적인 단계를 배제하지 않는다.
제어 단계(S330)는 상기 항차 정보와 상기 실시간 위치 정보를 비교하여 제1 시점인지 제2 시점인지 판단하는 판단 단계와, 상기 제1 시점인 경우 상기 ESS에 충전 신호를 제공하고 상기 제2 시점인 경우 상기 ESS에 방전 신호를 제공하는 제공 단계를 포함할 수 있다. 이 때, 발전기에 제1 신호 또는 제2 신호를 제공하는 단계(S340)는, 제1 시점인 경우 발전기에 가동율을 높이는 제1 신호를 제공하고, 상기 제2 시점인 경우 발전기에 가동율을 낮추는 제2 신호를 제공하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 ESS 제어 방법은, 본 발명의 일 실시예에 따른 선박 또는 본 발명의 일 실시예에 따른 ESS 제어 시스템에 의해 구현될 수 있다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 ESS 제어 방법에 따르면, 선박의 항차 정보와 실시간 위치 정보를 실시간으로 비교하여 ESS의 충방전 효율을 최적으로 제어하므로 전력 효율을 향상시키고 배터리의 수명을 연장시킬 수 있다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 컨테이너선을 나타내는 도면이다.
도 12를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 선박과 ESS 제어 시스템은 컨테이너선(1000)에 적용될 수 있다. 구체적으로, 선수에 위치한 스러스터(1006)와, 선체의 중앙 부근에 위치한 ESS(1004)와, 선미에 위치한 발전기(1002) 및 프로펠러(1008)에 본 발명의 일 실시예에 따른 선박과 ESS 제어 시스템의 구성들이 적용될 수 있다. 이와 달리, 갑판에 위치한 컨테이너 상에 ESS(1002) 등의 구성이 배치될 수도 있다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 LNG선을 나타내는 도면이다.
도 13을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 선박과 ESS 제어 시스템은 LNG선(2000)에 적용될 수 있다. 구체적으로, 선수에 위치한 스러스터(2006)와, 선체의 중앙 부근에 위치한 ESS(2004)와, 선미에 위치한 발전기(2002) 및 프로펠러(2008)에 본 발명의 일 실시예에 따른 선박과 ESS 제어 시스템의 구성들이 적용될 수 있다. 또한, 발전기(2002)에서 생산된 전력과 ESS(2004)에서 방전된 전력들은 LNG 탱크의 온도를 조절하는 온도 조절기나, 상기 LNG 탱크에서 기화된 BOG를 재액화시키는 압축기 등의 부하에 공급될 수 있다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 선박, ESS 제어 시스템 및 ESS 제어 방법은 전술한 컨테이너선(1000)과 LNG선(2000) 등 전력을 생산하고 상기 생산된 전력을 부하에 공급하는 다양한 선박에 적용될 수 있다. 다만, 도 12 및 도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 선박, ESS 제어 시스템 및 ESS 제어 방법이 다양한 선박에 적용될 수 있는 일 예에 불과하며, 선박과 ESS 제어 시스템의 구체적인 구성의 배치는 다양하게 설계 변경될 수 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
110: 수신기
120: 컨트롤러
130: ESS
140: PMS
210: 측정 시스템
220: 항해 시스템
230: 컨트롤러
230: 수신기
240: 컨트롤러
250: ESS
260: PMS

Claims (16)

  1. 발전기의 생산 전력으로 충전되고, 충전 전력을 방전하여 전력 설비에 공급하는 ESS(Energy Storage System);
    선박의 항차 정보와 실시간 위치 정보를 수신하는 수신기; 및
    상기 항차 정보와 상기 실시간 위치 정보를 기초로 상기 ESS에 충전 신호 또는 방전 신호를 제공하는 컨트롤러를 포함하되,
    상기 컨트롤러는 상기 ESS가 이용되기 이전 시점에 상기 ESS의 충전 또는 방전을 제어하는 선박.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 ESS는,
    배터리와, 상기 배터리와 상기 발전기에 연결되어 상기 생산 전력을 직류 전력으로 변환하고 상기 충전 전력을 교류 전력으로 변환하는 컨버터를 포함하는 선박.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 항차 정보는,
    선박의 입출항 정보, 선박의 운항 정보, 배출 통제 지역(ECA; Emission Control Areas) 정보 및 선박 육상 전원(AMP; Alternative Maritime Power) 정보 중 적어도 하나를 포함하는 선박.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 컨트롤러는,
    상기 항차 정보와 상기 실시간 위치 정보를 비교하여 제1 시점인지 제2 시점인지 판단하고, 상기 제1 시점인 경우 상기 ESS에 충전 신호를 제공하고 상기 제2 시점인 경우 상기 ESS에 방전 신호를 제공하는 선박.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 컨트롤러는,
    항해 중 상기 발전기의 생산 전력량이 상기 전력 설비에 공급되는 공급 전력량보다 큰 경우 상기 제1 시점으로 판단하고,
    상기 발전기의 생산 전력량이 상기 공급 전력량보다 작은 경우 상기 제2 시점으로 판단하는 선박.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 컨트롤러는,
    상기 실시간 위치 정보에 포함된 선박의 위치가 배출 통제 지역(ECA; Emission Control Areas) 영역 내에 있는 시점을 상기 제2 시점으로 판단하는 선박.
  7. 제 4 항에 있어서,
    상기 컨트롤러는,
    배출 통제 지역(ECA; Emission Control Areas) 영역에 진입하기 이전 시점을 상기 제1 시점으로 판단하는 선박.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 배출 통제 지역 영역에 진입하는 시점에, 상기 ESS는 완전히 충전되는 선박.
  9. 제 4 항에 있어서,
    상기 컨트롤러는,
    AMP 비존재 항만에 진입하기 이전 시점을 상기 제1 시점으로 판단하는 선박.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 AMP 비존재 항만에 대한 접안 동작의 시작 시점에, 상기 ESS는 완전히 충전되는 선박.
  11. 제 4 항에 있어서,
    상기 컨트롤러는,
    AMP 존재 항만에 진입하기 이전 시점에, 상기 ESS의 충전량이 스러스터 가동 전력량보다 적은 경우 상기 제1 시점으로 판단하고, 상기 ESS의 충전량이 상기 스러스터 가동 전력량보다 많은 경우 상기 제2 시점으로 판단하는 선박.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 AMP 존재 항만에 대한 접안 동작의 시작 시점에, 상기 ESS는 상기 스러스터 가동 전력량을 유지하는 선박.
  13. 제 4 항에 있어서,
    상기 제1 시점인 경우 상기 발전기에 가동율을 높이는 제1 신호를 제공하고, 상기 제2 시점인 경우 상기 발전기에 가동율을 낮추는 제2 신호를 제공하는 PMS(Power management System)를 더 포함하는 선박.
  14. 선박의 항차 정보를 수신하는 제1 수신 단계;
    상기 선박의 실시간 위치 정보를 수신하는 제2 수신 단계; 및
    상기 항차 정보와 상기 실시간 위치 정보를 기초로 ESS에 충전 신호 또는 방전 신호를 제공하는 제어 단계를 포함하되,
    상기 제어 단계는 상기 ESS가 이용되기 이전 시점에 상기 ESS의 충전 또는 방전을 제어하는 단계를 포함하는 ESS 제어 방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 제어 단계는,
    상기 항차 정보와 상기 실시간 위치 정보를 비교하여 제1 시점인지 제2 시점인지 판단하는 판단 단계와,
    상기 제1 시점인 경우 상기 ESS에 충전 신호를 제공하고, 상기 제2 시점인 경우 상기 ESS에 방전 신호를 제공하는 제공 단계를 포함하는 ESS 제어 방법.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 제1 시점인 경우 발전기에 가동율을 높이는 제1 신호를 제공하고, 상기 제2 시점인 경우 상기 발전기에 가동율을 낮추는 제2 신호를 제공하는 단계를 더 포함하는 ESS 제어 방법.
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