KR101736375B1 - 이차전지를 이용하여 전력을 운송하는 전력 운송선 및 이를 활용한 전력 운송 시스템 및 방법 - Google Patents

이차전지를 이용하여 전력을 운송하는 전력 운송선 및 이를 활용한 전력 운송 시스템 및 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR101736375B1
KR101736375B1 KR1020120015262A KR20120015262A KR101736375B1 KR 101736375 B1 KR101736375 B1 KR 101736375B1 KR 1020120015262 A KR1020120015262 A KR 1020120015262A KR 20120015262 A KR20120015262 A KR 20120015262A KR 101736375 B1 KR101736375 B1 KR 101736375B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
power
charging
plant
unit
power storage
Prior art date
Application number
KR1020120015262A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20130093978A (ko
Inventor
박찬민
강정수
Original Assignee
주식회사 엘지화학
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 엘지화학 filed Critical 주식회사 엘지화학
Priority to KR1020120015262A priority Critical patent/KR101736375B1/ko
Publication of KR20130093978A publication Critical patent/KR20130093978A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101736375B1 publication Critical patent/KR101736375B1/ko

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63B—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; EQUIPMENT FOR SHIPPING 
    • B63B35/00—Vessels or similar floating structures specially adapted for specific purposes and not otherwise provided for
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/20—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/02—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries for charging batteries from AC mains by converters
    • H02J7/04—Regulation of charging current or voltage
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63J—AUXILIARIES ON VESSELS
    • B63J3/00—Driving of auxiliaries
    • B63J3/04—Driving of auxiliaries from power plant other than propulsion power plant
    • B63J2003/043—Driving of auxiliaries from power plant other than propulsion power plant using shore connectors for electric power supply from shore-borne mains, or other electric energy sources external to the vessel, e.g. for docked, or moored vessels
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Ocean & Marine Engineering (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Supply And Distribution Of Alternating Current (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)

Abstract

본 발명은 전력 운송 시스템을 개시한다. 본 발명에 따른 전력 운송시스템은, 전력 운송선; 그린 에너지를 이용하여 전력을 생산하는 발전 플랜트; 상기 발전 플랜트로부터 생산된 전력을 송전하는 전력 송전 라인; 상기 전력 송전 라인을 통해 송전된 전력을 저장하는 전력 저장 플랜트; 및 상기 전력 운송선의 접안 시설에 설치된 충전 도킹 스테이션;를 포함한다. 본 발명에 따르면, 그린 에너지를 이용하여 발전된 전력을 세계 각 전력 수요지로 운송할 수 있다. 따라서 종래 전력 송전 시스템이 가졌던 송전 거리에 따른 전력 손실 및 유휴 전력의 낭비 문제를 함께 해결할 수 있다.

Description

이차전지를 이용하여 전력을 운송하는 전력 운송선 및 이를 활용한 전력 운송 시스템 및 방법{ELECTRIC POWER TRANSPORT SHIP USING SECONDARY BATTERY AND ELECTRIC POWER TRANSPORT SYSTEM AND METHOD USING THE SAME}
본 발명은 전력 운송선 및 이를 활용한 전력 운송 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 그린 에너지로부터 생산된 전력을 운송하는 전력 운송선, 전력 운송 시스템 및 방법에 관한 것이다.
현대 사회는 대량의 전기 에너지에 의해 유지되고 있다고 해도 과언이 아니다. 많은 사람이 공조 시스템에 의해 쾌적화된 건물에서 지내며, 휴대전화를 이용하여 멀리 떨어진 사람과 통화하며, 지하철을 이용하여 원하는 장소로 이동한다. 이처럼, 전기는 물과 공기처럼 그 존재마저 인식하지 못할 정도로 현대 사회의 구석구석까지 침투하여 중심 에너지원으로 사용되고 있다.
한편, 세계의 인구는 산업 혁명을 이후로 급격하게 증가하였다. 2012년 현재 전 세계 인구는 약 70억 명으로 추정하고 있다. 그리고 매년 1억 명씩 계속 증가하여, 2050년에는 전 세계 인구가 100억 명을 돌파할 것으로 예상되고 있다.
인구의 폭발적 증가로 인해 떠오르는 문제는 식량위기와 에너지위기이다. 특히, 전술한 것과 같이 현대인의 편리하고 쾌적한 생활 유지를 위해 대량의 전기 에너지를 소비하고 있어 에너지문제는 커다란 위기로 다가올 것이다. 이러한 사회 유지에 필요한 전기 에너지는 크게 화력 발전과 원자력 발전에 의해 생산되어 공급되고 있다.
화력 발전은 화석 연료인 석유, 석탄, 천연가스 등을 주 에너지원으로 이용하여 전기를 생성한다. 화력 발전은 화석 연료를 연소시켜 얻은 열 에너지로 물을 끓여 증기를 만들고, 증기의 압력을 이용하여 터빈을 구동시켜 발전하는 방식이다. 그러나, 화석 연료는 지구상에 매장량이 제한되어 있다. 현재 전 세계적으로 1년간 사용하는 화석 연료를 석유로 환산하면, 약 100억 톤이다. 이와 같은 대량 소비를 계속할 경우, 석유는 45년, 천연가스는 55년, 석탄은 230년 후에 모두 고갈될 것으로 예상된다.
화석 연료를 이용한 발전은 자원의 고갈 외에 심각한 환경 문제를 야기한다. 화석 연료를 연소시킬 때 발생되는 불완전 연소물과 질소 산화물이 대기 중으로 날아가 발생시키는 산성비 및 대기 오염 문제는 이미 현대 사회의 큰 문제 중 하나이다. 게다가, 화석 연료는 연소 시 반드시 이산화탄소를 배출하는데 이로 인한 지구온난화의 문제는 심각한 수준이다.
반면, 원자력 발전은 환경 문제를 가지고 있지 않다는 점에서 화석 연료를 이용한 발전 방식에 비해 장점을 가지고 있다. 그러나 마찬가지로, 원자력 발전의 원료인 우라늄은 그 매장량이 전 세계적으로 50년간 사용할 수 있는 양으로 매우 제한적이다. 또한, 원자력 발전은 방사능이라는 치명적인 위험을 항상 가지고 있다는 점에서 문제가 있다.
원자력 발전은 운용과정에서 생성되는 방사능 폐기물을 처리하기 위한 비용 및 환경적 문제를 가지고 있다. 또한, 1986년 체르노빌 원전사고와 최근 일본 대지진으로 인한 후쿠시마 원전사고는 원자력 발전이 가진 치명적 위험성을 그대로 보여준 사고이다.
이처럼 현대 사회는 전력 수요의 증대에 수반하여, 전력의 안정공급(Energy Security), 전기요금의 가격절감과 경제적 성장(Economic Growth), 환경과의 조화(Environmental Protection)의 세 가지 상반하는 문제에 직면하고 있다. 이와 같은 트릴레마(Trilemma) 증후군 문제를 해결할 수 있는 방법으로 최근 그린 에너지를 이용한 전력 생산이 주목을 받고 있다.
그린 에너지란 태양광, 태양열, 바람, 조수차, 수력, 지열 등 자연에 존재하는 에너지를 의미한다. 그린 에너지는 자원 고갈 및 환경 오염의 문제가 없다는 점에서 각광을 받고 있다. 그러나, 초기 투자 비용이 많이 필요하다는 점, 날씨와 기후같은 자연 환경의 영향을 많이 받는 점, 발전 플랜트의 건설 위치가 제한되는 점 등 단점이 있다.
특히, 태양광 또는 풍력 발전과 같이 환경에 의한 지리적 제한이 많은 경우, 전력 수요지와 멀어지는 부가적인 문제가 있다. 경우에 따라서는 전력 생산지와 전력 수요지 관계가 국가 대 국가의 관계가 될 수 있다. 이 경우, 생산된 전력을 송전하기 위해 대규모의 송전탑 및 송전 라인을 필요로 한다.
대규모 전력 송전 시스템은 경제적 측면에서 초기 설치 비용이 과도할 뿐만 아니라, 유지 보수 비용 역시 천문학적인 비용이 발생한다. 기술적인 측면에서는 전력 송전의 거리가 증가할수록 송전 과정에서 발생하는 전력의 손실, 송전 라인 주변에 발생하는 전자기장에 의한 통신 방해 및 생태계 교란 등의 문제가 있다. 또한, 국가 대 국가 관계에서 발생할 수 있는 정치적 문제 역시 무시할 수 없는 단점이다.
또한, 그린 에너지와 같이 자연계에 존재하는 에너지를 이용하여 전력을 생산하는 방식은 환경 및 기후에 가장 큰 영향을 받는다. 일 예로, 태양광 발전의 경우, 낮 시간에만 전력 생산이 가능하며, 그마저도 악천후에는 전력 생산률이 급격하게 떨어진다.
현재의 송전 시스템을 고려할 때, 그린 에너지를 이용하여 생산된 전력은 곧바로 전력망으로 공급되어 사용되며, 사용되지 않은 전력은 저장되지 못하고 소멸된다. 그러나 그린 에너지의 특성상 원하는 시간에 예를 들어, 전력 수요가 급증하는 시간에 요구되는 전력을 공급하도록 제어하기 어렵다는 단점이 있다. 또한, 그린 에너지를 이용한 발전 방식은 기상 조건 등에 의해 전력 생산이 원활하지 못한 때에 전력망에 전력을 안정적으로 공급하지 못한다는 단점이 있다.
특허문헌 1: 일본 공개특허공보 특개2011-205728호(2011.10.13.)
특허문헌 2: 일본 공개특허공보 특개2011-032994호(2011.02.17.)
특허문헌 3: 미국 특허출원공개공보 US2011/0282807호(2011.11.17.)
본 발명은 상기와 같은 종래 기술을 감안하여 창안된 것으로서, 그린 에너지를 이용하여 생산된 전력을 송전 시스템을 이용하지 않고 장거리 운송할 수 있는 제반 인프라 시스템으로서 전력 운송선과 전력 운송 시스템 및 이를 이용한 전력 운송 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 전력 운송선은, 적어도 2개 이상의 이차전지를 포함하는 다수의 배터리 팩이 직렬 및/또는 병렬 연결을 통해 집합된 전력 저장부; 및 상기 전력 저장부의 전기적 특성을 모니터하고, 상기 전력 저장부의 충방전을 제어하기 위한 제어 신호를 출력하는 제어부;를 포함하며, 그린 에너지를 이용한 발전 플랜트에서 생산된 전력을 전력 수요지로 운송한다.
바람직하게, 상기 전력 운송선은 상기 전력 저장부에 전력을 충전 또는 방전하는 충방전부;를 더 포함한다.
바람직하게, 상기 전력 운송선은 상기 발전 플랜트의 충전 도킹 스테이션과 전기적으로 커플링되는 충전 도킹부; 또는 상기 전력 수요지의 방전 도킹 스테이션과 전기적으로 커플링되는 방전 도킹부;를 더 포함한다.
본 발명에 있어서, 상기 전력 저장부는 복수의 배터리 팩이 상하 구조로 적층된 타워형 배터리 랙을 기본 구성 단위로 할 수 있다. 한편, 상기 전력 운송선은 컨테이너를 함께 적재할 수 있는데, 바람직하게 컨테이너는 직렬 및/또는 병렬로 연결된 복수의 배터리 팩을 내장하고 있는 컨테이너형 전력 저장 장치일 수 있다.
바람직하게, 상기 전력 운송선은 전기에 의해 구동되는 전기 선박 (ES, Electric Ship) 또는 전기 및/또는 화석 연료 엔진에 의해 구동되는 하이브리드 선박(HES, Hybrid Electric Ship)이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 전력 운송 시스템은, 전력 운송선; 그린 에너지를 이용하여 전력을 생산하는 발전 플랜트; 상기 발전 플랜트로부터 생산된 전력을 송전하는 전력 송전 라인; 상기 전력 송전 라인을 통해 송전된 전력을 저장하는 전력 저장 플랜트; 및 상기 전력 운송선의 접안 시설에 설치된 충전 도킹 스테이션;를 포함한다.
바람직하게, 본 발명에 따른 전력 운송 시스템은 상기 전력 송전 라인을 통해 송전된 전력을 상기 전력 저장 플랜트로 전달하는 제1 전력 충전 스테이션;을 더 포함한다.
바람직하게, 본 발명에 따른 전력 운송 시스템은 상기 전력 저장 플랜트에 저장된 전력을 상기 전력 운송선의 전력 저장부로 전달하는 제2 전력 충전 스테이션;을 더 포함한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 발전 플랜트는 태양광 발전, 태양열 발전, 풍력 발전, 지열 발전, 수력 발전, 조력 발전, 파력 발전 및 해양온도차 발전 중에서 선택된 적어도 어느 하나의 방식으로 전력을 생산한다. 상기 발전 플랜트 중 태양광 발전 플랜트 또는 태양열 발전 플랜트는 사막지대에 설치되는 것이 바람직하다. 또한, 상기 발전 플랜트 중 조력 발전 플랜트, 파력 발전 플랜트 또는 해양온도차 발전 플랜트는, 에너지 아일랜드에 설치되는 것이 바람직하다..
본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기 전력 저장 플랜트는 직렬 및/또는 병렬로 연결된 복수의 배터리 팩을 포함하는 고정형 전력 저장 장치이다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 상기 고정형 전력 저장 장치는 지하에 매립될 수 있다.
바람직하게, 상기 고정형 전력 저장 장치는 외벽으로 둘러 쌓인 건물 내에 위치한다.
바람직하게, 상기 전력 저장 플랜트는 복수의 배터리 팩이 상하 구조로 적층된 타워형 랙이 기본 구성 유닛이다.
한편, 상기 제1 전력 충전 스테이션 및 상기 제2 전력 충전 스테이션은 전력 변환부 및 충전 제어부를 포함할 수 있다.
바람직하게, 상기 충전 도킹 스테이션은 전력 충전 라인 및 데이터 통신 라인을 포함할 수 있다.
바람직하게, 상기 충전 도킹 스테이션은 상기 전력 충전 라인의 연결 단자 및 상기 데이터 통신 라인의 연결 단자를 결합한 충전 플러그를 포함한다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 전력 운송 방법은, 그린 에너지를 이용하여 발전된 전력을 전력 저장부와 충전 도킹부가 구비된 전력 운송선을 이용하여 전력 수요지로 운송하는 방법으로서, (a) 상기 그린 에너지를 이용하여 생산된 전력을 전력 저장 플랜트에 저장하는 단계; (b) 상기 충전 도킹부를 접안 시설의 충전 도킹 스테이션과 전기적으로 커플링시키는 단계; (c) 상기 전력 저장 플랜트에 저장된 전력을 상기 전력 저장선의 전력 저장부에 전달하는 단계; 및 (d) 상기 전력 전달이 완료된 전력 운송선을 전력 수요지의 접안 시설로 이동시킨 후 상기 전력 운송선의 전력 저장부에 저장되어 있는 전력을 접안 시설의 방전 도킹 스테이션을 통해 송전하는 단계;를 포함한다.
바람직하게, 상기 방전 도킹 스테이션은 상기 전력 수요지의 전력 저장 플랜트와 연결된다.
바람직하게, 상기 전력 저장 플랜트는 전력 수요지의 전력 그리드와 전기적으로 커플링된다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 그린 에너지를 이용하여 발전된 전력을 세계 각 전력 수요지에 운송할 수 있다. 따라서, 종래 전력 송전 시스템이 가졌던 송전 거리에 따른 전력 손실 및 유휴 전력의 낭비 문제를 함께 해결 할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 그린 에너지 플랜트를 건설할 때, 수요지와 인접하지 않은 장소도 발전소 설립 부지로 선택이 가능하다. 종래 발전소는 설립 부지 선정시 수요지와의 거리가 중요한 요소였으나, 본 발명에 따르면 이러한 거리 제한을 해결 할 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 그린 에너지를 이용한 효과적인 전력 운송 인프라를 제공하여 그린 에너지 사용의 효율성을 제고함으로써 환경 오염 및 자원 고갈의 문제를 함께 해결할 수 있다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 운송선의 구성을 개략적으로 도시한 예시도이다.
도 2는 본 발명에서 채용하는 배터리 팩의 구성을 나타낸 분해 사시도이다.
도 3은 전력 저장부의 기본 구성 단위가 될 수 있는 타워형 배터리 랙의 일 예를 도시한 사시도이다.
도 4는 컨테이너형 전력 저장 장치의 일 예를 도시한 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 운송 시스템의 구성을 개략적으로 도시한 개념도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 충전 도킹 스테이션의 예시도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전력 운송 시스템의 구성을 개략적으로 나타낸 개념도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 운송 방법의 흐름을 도시한 순서도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
본 발명에 따른 전력 운송선, 전력 운송 시스템 및 방법을 개시하기에 앞서, 본 발명의 사상에 대해서 개략적인 설명을 먼저 하도록 한다. 상술한 종래 기술에서도 알 수 있듯이 화석연료를 이용한 전력 생산은 많은 문제점을 가지고 있다. 따라서, 본 발명에서는 종래 화력 발전 또는 원자력 발전이 가지고 있는 문제점 중 환경 오염과 자원 고갈에 대한 문제를 해결하기 위해 그린 에너지를 이용한 전력 생산 방식을 채택하였다. 본 명세서에서 그린 에너지란 태양광, 태양열, 풍력, 지열, 수력, 조력, 파력, 해양온도차 등 자연계에 존재하는 에너지를 의미한다.
한편, 상기 그린 에너지를 이용한 전력 발전의 단점으로는, 발전 플랜트의 설치에 대한 지리적 조건의 제한이 있는 점, 발전 플랜트에서 전력 수요지까지 전력 송전에 따른 기술적 제한이 있는 점, 기상 조건 등에 따라 상시적으로 원하는 시간에 전력 공급을 원활하게 할 수 없다는 점 등을 들 수 있다. 특히, 전력 생산지와 전력 수요지가 멀어지는 경우, 대규모의 송전 시스템이 필요하다는 문제점은 이미 살펴보았다. 또한, 지리적 조건은 논외로 하더라도, 전력을 원하는 시간에 전력망에 원활하게 공급할 수 없는 문제 역시 큰 단점으로서 이미 살펴보았다.
따라서, 본 발명자는 그린 에너지를 이용하여 생산된 전력을 이차전지에 저장하고, 전력이 저장된 이차전지를 선박을 이용하여 운송하는 발명을 착안하게 되었다. 전력을 이차전지에 저장함으로써 생산된 전력을 곧 바로 소비해야 하는 종래의 기술적 한계를 극복할 수 있다. 또한, 선박을 통한 전력의 운송은 지구상의 어느 수요지라도 운송이 가능하여 발전 플랜트와 전력 수요지가 멀어지는 지리적 한계를 극복할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 운송선(100)의 구성을 개략적으로 도시한 예시도이다.
본 발명에 따른 전력 운송선(100)은 전력의 생산지로부터 전력의 수요지까지 전력의 운송을 위해 건조된 전용 선박이다. 일반적인 화물선은 적재되는 화물의 종류에 의해 구분되지 않는다. 반면, 유조선 또는 가스운반선의 경우, 석유 또는 액화천연가스(LNG)를 운반하기 위해 특별히 건조된 선박이다. 이와 마찬가지로, 본 발명에 따른 전력 운송선(100)은 전력이라는 특정 대상을 운송하기 위해 설계되고 건조된 선박이다. 물론 기존 선박의 구조를 개조하여 본 발명에 따른 전력 운송선(100)과 동일하게 구조로 만드는 것을 특별히 제한하는 것은 아니다. 따라서 본 발명의 기술적 사상은 전력 운송선(100)이 전력 운송만을 목적으로 설계되고 건조되었는지 여부에 특별한 중요도를 두지 않음은 자명하다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 전력 운송선(100)은 전력 저장부(110) 및 제어부(150)를 포함한다.
상기 전력 저장부(110)는 배터리 팩(101)을 기본 단위로 하여 전력을 저장한다. 배터리 팩(101)은 적어도 2개 이상의 이차전지를 포함하여 전력을 저장할 수 있는 장치이다.
도 2는 본 발명에서 채용하는 배터리 팩(101)의 구성을 나타낸 분해 사시도이다.
도 2를 참조하면, 배터리 팩(101)은 복수 개의 이차전지 셀(102)이 집합된 이차전지 모듈(103), 배터리 팩 케이스(104) 및 BMS(105, Battery Management System)를 포함한다.
상기 이차전지 셀(102)은 재충전이 가능한 리튬 이온 전지, 리튬 폴리머 전지, 니켈 카드늄 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지 등으로 이차전지 셀의 종류는 특별히 한정되지 않는다.
상기 BMS(105)는 충방전 전류, 각 이차전지 셀(102)의 전압 또는 전류를 포함한 전기적 특성값 측정, 충방전 제어, 전압의 평활화(equalization) 제어, SOC(State Of Charge)의 추정 등을 포함하여 당업자 수준에서 적용 가능한 다양한 제어 기능을 수행한다.
또한, 상기 BMS(105)는 상기 제어부(150)와 통신망을 통해서 연결될 수 있다. 상기 BMS(105)는 자신이 담당하는 배터리 팩(101)의 상태에 관한 데이터를 통신망을 통해서 송신하거나, 상기 제어부(150)로부터 상기 배터리 팩(101)의 충방전과 관련된 제어 신호를 수신할 수 있다. 이를 위해 상기 BMS(105)는 배터리 팩(101)의 충방전과 다양한 상기 제어 기능을 수행할 수 있는 제어 로직을 포함한다.
다시 도 1을 참조하면, 상기 제어부(150)는 상기 전력 저장부(110)에 전력을 충전하거나 저장된 전력을 방전할 때, 각 배터리 팩(101)의 BMS(105)에 충전 또는 방전 제어 신호를 출력한다. 이를 위해서 상기 제어부(150)는 각 배터리 팩(101)의 BMS(105)와 통신망을 통해서 연결될 수 있다. 또한, 상기 제어부(150)는 통신망을 통해서 각 배터리 팩(101)의 전압, 전류, 충전 상태 등에 관한 정보를 수신한다. 상기 제어부(150)는 수신된 배터리 팩(101)에 대한 정보를 근거로 각 배터리 팩(101)의 상태를 모니터링하고, 상기 전력 저장부(110)를 제어하는 제어 신호를 출력한다. 이를 위해 상기 제어부(150)는 전력 저장부(110)를 제어 및 관리하는 제어 로직을 포함할 수 있다.
바람직하게, 본 발명에 따른 전력 운송선(100)은, 발전 플랜트에서 생산된 전력을 상기 전력 저장부(110)에 충전 또는 방전하는 충방전부(130)를 더 포함한다. 이 경우, 상기 제어부(150)는 상기 배터리 팩(101)으로부터 수신된 정보를 이용하여 전력 저장부(110)에 전력을 충전 또는 방전하는 과정을 전반적으로 제어하며, 이 과정에서 상기 충방전부(130)에 충방전 제어 신호를 출력한다. 그러면, 상기 충방전부(130)는 상기 충방전 제어 신호에 대응하여 외부에서 공급되는 전력을 상기 전력 저장부(110)에 충전하거나 또는 상기 전력 저장부(110)에 저장된 전력을 외부로 방전한다. 배터리 팩(101)에 임의의 크기를 갖는 충전 전력을 제공하거나 배터리 팩(101)에 저장된 전력을 방전하는 충방전 기술은 당업자에게 공지의 기술인바 상기 충방전부(130)의 동작 원리에 대한 자세한 설명은 생략한다.
한편, 도 1에서 상기 제어부(150)는 전력 운송선(100)의 중앙, 충방전부(130)는 전력 운송선(100)의 선두와 선미에 각각 배치된 것으로 도시하였으나, 전력 운송선(100)내에서의 배치 위치는 상기 도시된 실시예에 한정되지 않는다. 상기 제어부(150)는 배터리 팩(101)의 개수에 따라 분할되어 상기 전력 저장부(110)와 인접하게 배치되거나, 상기 전력 운송선(100)의 운항을 제어하는 중앙 제어 센터에 통합되어 배치될 수 있다. 또한, 상기 충방전부(130) 역시, 상기 전력 저장부(110)의 충방전 용량 등에 의해 개수가 증가될 수 있으며, 배치되는 위치 또한 상기 전력 저장부(110)와 인접하게 배치되는 등 다양한 설계 변경이 가능하다.
바람직하게, 본 발명에 따른 전력 운송선(100)은 외부와 상기 전력 운송선(100)을 전기적으로 커플링하는 충전 도킹부(170) 및/또는 방전 도킹부(190)를 더 포함한다.
즉, 발전 플랜트에서 생산된 전력을 상기 전력 저장부(110)에 저장하기 위해서는 발전 플랜트와 전기적 커플링이 필요하다. 따라서, 상기 전력 운송선(100)은 발전 플랜트에서 생산된 전력을 전달받기 위한 전기적 커플링 요소로서 충전 도킹부(170)를 포함할 수 있다.
마찬가지로, 상기 전력 저장부(110)에 저장된 전력을 전력 수요지에 전달하기 위해서는 전기적인 커플링이 또다시 필요하다. 따라서, 상기 전력 운송선(100)은 전력 저장부(110)에 저장된 전력을 외부로 전달하기 위한 전기적 커플링 요소로서 방전 도킹부(190)를 포함할 수 있다.
도 1에서는 본 발명의 이해를 돕기 위해 상기 충전 도킹부(170)는 전력 운송선(100)의 선미에 배치된 충방전부(130)와 연결된 플러그 타입으로 도시하였고, 방전 도킹부(190)는 전력 운송선의 선두에 배치된 충방전부(130)의 일면에 배치된 콘센트 타입으로 도시하였다. 그러나 충전 도킹부(170)와 방전 도킹부(190)는 반드시 기능적으로, 구조적으로 다르거나, 위치적으로 분리되어야 하는 것은 아니다. 필요에 따라 상기 충전 도킹부(170)와 방전 도킹부(190)는 하나로 통합됨으로써 충전 기능과 방전 기능의 구분 없이 외부와 전기적으로 커플링되는 구성이 될 수 있다. 즉, 도 1에 도시된 충전 도킹부(170) 및 방전 도킹부(190)는 일 실시예에 불과하며, 외관의 형태, 배치된 위치, 개수 등은 상기 도면에 제한되지 않는다.
바람직하게, 상기 전력 저장부(110)는 복수의 배터리 팩(101)이 상하 구조로 적층된 타워형 배터리 랙일 수 있다. 이러한 타워형 배터리 랙은 전력 저장 용량의 확장을 위해 직렬 및/또는 병렬 연결을 통해 증설될 수 있다. 따라서 상기 전력 저장부(110)는 다수의 타워형 배터리 랙이 전기적 연결을 통해 집합된 구조를 가지는 것이 보다 바람직하다.
도 3은 상기 전력 저장부(110)의 기본 구성 단위가 될 수 있는 타워형 배터리 랙의 일 예를 도시한 사시도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 타워형 배터리 랙(200)은 다단으로 적층된 각각의 선반(200a, 200b, 200c)에 다수의 배터리 팩(101)이 수납된 구조를 가진다.. 물론, 이러한 구조는 하나의 예시일 뿐이므로 배터리 팩(101)의 개수와 선반(200a, 200b, 200c)의 적층 단수는 본 발명에 따른 전력 운송선(100)의 크기 및 부피, 적재 용량, 운송 효율, 운송 비용 등을 고려하여 얼마든지 변경이 가능하다.
상기 타워형 배터리 랙(200)에 있어서, 하단(200a)의 배터리 팩(101)들은 상기 제어부(150)와 통신망(210)으로 연결된 상태이고, 중간 단(200b)의 배터리 팩(101)들은 선반 장착이 완료된 후 통신망(210)이 아직 연결되지 않은 상태이다. 그리고 맨 상단(200c)은 배터리 팩(101)의 장착 작업이 진행되고 있는 상태를 도시하였다.
상기 제어부(150)는 상기 통신망(210)을 통해서 각 배터리 팩(101)의 충방전 상태 등에 관한 정보를 수신할 수 있으며, 각각의 배터리 팩(101)에 제어 신호를 송신할 수도 있다. 상기 통신망(210)의 구성, 각 배터리 팩(101)과 연결, 배터리 팩(101)과 제어부(150) 사이의 통신 규약 등은 본 발명에 속하는 통상의 지식을 가진 자가 공지 기술 또는 공지 기술로부터 용이하게 도출할 수 있는 다양한 시스템 또는 방법으로 구현이 가능하다.
본 발명에 따른 전력 운송선(100)의 주목적은 전력의 운반이지만, 다른 화물의 적재를 배제하는 것은 아니다. 따라서, 화물용 컨테이너를 함께 적재하는 것도 가능하다. 바람직하게, 적재되는 컨테이너는 복수의 배터리 팩을 포함하는 컨테이너형 전력 저장 장치가 될 수 있다.
도 4는 컨테이너형 전력 저장 장치(300)의 일 예를 도시한 사시도이다.
도 4에 도시된 컨테이너형 전력 저장 장치(300)는 컨테이너 내부에 복수의 배터리 팩(101)을 포함하고 있다. 각각의 배터리 팩(101)은 컨테이너의 바닥면이나 측벽에 견고하게 고정된 선반에 장착된다. 물론, 도 3에서 예시한 타워형 배터리 랙(200)이 컨테이너 내부에 다수 설치될 수도 있다. 이때, 각각의 배터리 팩(101)이나 타워형 배터리 랙(200)은 저장하고자 하는 전력 용량에 따라 직렬 및/또는 병렬로 연결될 수 있다. 컨테이너형 전력 저장 장치(300)는 내부의 온도를 일정하게 유지하기 위해 공조 장치(310)를 포함할 수 있으며, 배터리 팩(101)에 전력을 충전하거나 배터리 팩(101)에 저장된 전력을 방전하기 위한 전력 커넥터(320)를 포함할 수 있다. 또한, 컨테이너형 전력 저장 장치(300)는 각각의 배터리 팩(101)에 대한 충방전을 제어하거나 충방전 상태를 모니터하는 컴퓨팅 장치(330)를 포함할 수 있다. 컴퓨팅 장치(330)는 각각의 배터리 팩(101)에 구비된 BMS와 통신망을 통해 연결될 수 있으며, BMS와 통신을 수행하여 배터리 팩(101)의 충방전을 제어하고 충방전 상태를 모니터할 수 있다. 이러한 컨테이너형 전력 저장 장치(300)는 전력을 저장하고 운반할 수 있다는 점에서 앞서 설명한 전력 운송선(100) 내부에 설치되어 있는 전력 저장부(110)와 동일한 역할을 한다. 따라서, 컨테이너형 전력 저장 장치(300)에 전력을 충전하여 상기 전력 운송선(100)에 적재하면, 더 많은 전력을 전력 수요지로 운송할 수 있다.
본 발명은 전력 운송선(100)의 구동 방식에 의해 특별히 한정되지 않지만, 전기, 또는 전기 및/또는 화석연료 엔진에 의해 구동되는 전기 선박 (ES, Electric Ship) 또는 하이브리드 선박(HES, Hybrid Electric Ship)인 것이 바람직하다. 전기 선박은 전기 에너지를 동력원으로 하여 모터 등 전기 구동 시스템을 통해 얻은 추진력으로 운항하는 선박이다. 하이브리드 선박은 화석 연료를 동력원으로 하는 엔진과 전기 에너지를 동력원으로 하는 전기 구동 시스템을 함께 포함하는 선박으로서 필요에 따라 엔진과 전기 구동 시스템을 적절하게 조합하여 얻은 추진력으로 운항하는 선박이다. 최근 상용화 기술이 많이 발전한 전기차량(EV, Electric Vehicle) 또는 하이브리드 차량(HEV, Hybrid Electric Vehicle)과 유사한 개념으로 이해할 수 있다.
본 발명에 따른 전력 운송선(100)이 전기 선박 또는 하이브리드 선박인 경우, 전력 운송선(100)의 운항에 필요한 전력을 얻기 위해 별도의 전력 저장 장치(Energy Storage System)를 구비할 수도 있다. 또한, 별도의 전력 저장 장치와 더불어 상기 전력 저장부(110)에 저장된 전력을 이용하여 운항할 수 있다. 상기 전기 선박 또는 하이브리드 선박은 화석 연료의 연소에 따른 공해 물질을 배출하지 않거나 적게 배출하여 친환경 운항이 가능하다는 장점이 있다.
이하에서는 상기 전력 운송선(100)을 포함하는 본 발명에 따른 전력 운송 시스템(500)에 대해서 개시한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 운송 시스템(500)의 구성을 개략적으로 도시한 개념도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 전력 운송 시스템(500)은 전력 운송선(100), 발전 플랜트(510), 전력 송전 라인(520), 전력 저장 플랜트(530) 및 충전 도킹 스테이션(540)을 포함한다.
상기 전력 운송선(100)은 앞서 상세히 설명한 본 발명에 따른 전력 운송선(100)이므로, 반복적인 설명은 생략하도록 한다.
상기 발전 플랜트(510)는 그린 에너지를 이용하여 전력을 생산한다. 상술하였듯이, 그린 에너지는 태양광, 태양열, 풍력, 지열, 수력, 조력, 파력 및 해양온도차 등 자연계에 존재하는 에너지를 의미한다. 따라서 상기 발전 플랜트(510)는 태양광 발전, 태양열 발전, 풍력 발전, 지열 발전, 수력 발전, 조력 발전, 파력 발전 및 해양온도차 발전 중에서 선택된 적어도 어느 하나의 방식으로 전력을 생산한다. 각각의 구체적인 발전 원리 및 방법에 대해서는 공지 기술로서 당업자에게 널리 알려져 있는바, 자세한 설명은 생략하도록 한다.
바람직하게, 상기 발전 플랜트(510) 중 태양광 발전 플랜트 또는 태양열 발전 플랜트는 사막지대에 설치된다.
도 5에 도시된 발전 플랜트(510)는 본 발명의 일 실시예에 따라 사막지대에 설치된 태양광 발전 플랜트이다. 본 발명에 따른 전력 운송 시스템(500)은 그린 에너지로부터 대규모로 생산된 전력을 원격지로 운송하는데 적합한 시스템이다. 한편, 태양광 또는 태양열을 이용한 발전 방식은 전력 생산량이 집광판 또는 집열판의 면적과 비례한다. 따라서, 대규모 전력 생산을 위해서는 기술적 특성상 넓은 공간에 다수의 집광판 또는 집열판이 설치되어야 한다. 이를 위해서 태양광 또는 태양열 발전 플랜트는 사막지대에 설치되었을 때, 경제적 효용성 및 발전 효율성 측면에서 많은 이점이 있다.
일 예로, 현재 포르투갈 남부 아마렐레자 지역에 설치된 세계 최대 규모의 태양전지 발전 시스템은 이러한 지리적 조건을 고려하여 건설되었다. 또한, 북 아프리카의 사하라 사막, 몽골의 고비 사막 등에 태양열 발전 플랜트를 건설하려는 계획은 이러한 지리적 조건을 고려하여 설계된 계획이다.
상기 발전 플랜트(510)에서 생산된 전력은 상기 전력 저장 플랜트(530)에 저장되기 위해 상기 전력 송전 라인(520)을 통해 송전 된다. 상기 전력 송전 라인(520)은 송전을 위한 전선 및 송전탑을 포함하여 구성된다. 전선을 이용한 전력 송전은 당업자에게 널리 알려진 공지의 기술인바, 자세한 설명은 생략한다.
상기 전력 저장 플랜트(530)는 상기 전력 송전 라인(520)을 통해 송전된 전력을 저장한다. 상기 전력 저장 플랜트(530)는 전력 저장을 위해 적어도 2개 이상의 이차전지를 포함하는 배터리 팩(101)으로 이루어진다. 배터리 팩(101)의 개수는 상기 발전 플랜트(510)에서 송전되는 전력량, 상기 전력 운송선(100)의 전력 운송 주기, 전력 저장에 따른 소요 비용 등에 따라 달라질 수 있다.
이때, 상기 전력 저장 플랜트(530)는 복수의 배터리 팩(101)이 상하 구조로 적층된 타워형 배터리 랙의 집합체로 이루어질 수 있다. 타워형 배터리 랙은 앞서 도 3을 참조하며 설명하였으므로, 반복적인 설명은 생략하도록 한다.
바람직하게, 상기 전력 저장 플랜트(530)는 직렬 및/또는 병렬로 연결된 복수의 배터리 팩(101)을 포함하는 고정형 전력 저장 장치이다. 여기서, 고정형의 의미는 상기 배터리 팩(101)으로 이루어진 전력 저장 장치가 상기 전력 저장 플랜트(530)가 설치된 지역에서 이동되지 않는다는 것을 의미한다. 앞서 도 4에 도시된 컨테이너형 전력 저장 장치(300)의 경우, 컨테이너의 특성상 이동이 용이하다. 따라서, 컨테이너형 전력 저장 장치(300)를 이동형 전력 저장 장치로 보았을 때, 상기 전력 저장 플랜트(530)는 고정형 전력 저장 장치에 해당한다.
한편, 상기 고정형 전력 저장 장치를 구성하는 배터리 팩(101)은 퇴화되거나 고장에 따라 교체될 수 있다. 따라서, 상기 고정형 전력 저장 장치의 의미가 전력 저장 플랜트(530)에 포함된 배터리 팩(101)이 영구 고정되어 교체되지 않는 것을 의미하지는 않는다.
도 5에 도시된 상기 전력 저장 플랜트(530)는 고정형 전력 저장 장치로서, 외벽으로 둘러 쌓인 건물 내에 위치하는 실시예를 도시한 것이다. 다수의 배터리 팩(101)이 집합된 전력 저장 장치는 다량의 전기 에너지를 저장하고 있으므로, 이차전지의 물리적 특성상 절연 및 온도 관리 등을 필요로 한다. 따라서, 외벽으로 둘려 쌓인 건물 내에 배터리 팩(101)을 보관하여 안전성 측면, 비용적 측면 및 관리의 효율성 측면에서 이점을 얻을 수 있다. 또한, 상기 전력 저장 플랜트(530)의 다른 실시예로서 직렬 및/또는 병렬로 연결된 다수의 배터리 팩(101)이 지하에 매립된 실시예도 가능하다.
상기 전력 운송선(100)이 전력 운송을 위해 접안 시설(550)에 접안하면, 상기 전력 저장 플랜트(530)에 저장된 전력은 상기 전력 운송선(100)으로 전달된다. 이때, 상기 충전 도킹 스테이션(540)은 상기 전력 저장 플랜트(530)에 저장된 전력을 상기 전력 운송선(100)에 전달하기 위해 상기 전력 저장 플랜트(530)와 상기 전력 운송선(100)을 전기적으로 커플링시킨다. 이를 위해 상기 충전 도킹 스테이션(540)은 상기 전력 운송선(100)이 접안하는 접안 시설(550)에 설치될 수 있다.
바람직하게, 상기 충전 도킹 스테이션(540)은 전력 충전 라인 및 데이터 통신 라인을 포함한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 충전 도킹 스테이션(540)의 예시도이다.
도 6을 참조하면, 다수의 충전 도킹 스테이션(540)이 집합된 실시예가 도시되어 있다. 각각의 충전 도킹 스테이션(540)에는 전력 충전 라인(542)과 데이터 통신 라인(546)이 구비된다. 상기 전력 충전 라인(542)은 상기 전력 저장 플랜트(530)에 저장된 전력을 상기 전력 운송선(100)으로 전달하기 위한 도선이다. 그리고, 상기 데이터 통신 라인(546)은 상기 전력 저장 플랜트(530)의 배터리 팩(101)에 대한 상태 정보, 상기 전력 운송선(100)의 배터리 팩(101)에 대한 상태 정보 및 충전을 위한 제어 신호를 송수신하기 위한 통신 라인이다.
각각의 전력 충전 라인(542)의 연결 단자(543)와 데이터 통신 라인(546)의 연결 단자(547)는 하나의 페어(pair)를 이루어 충전 플러그(541)로 결합된다. 이처럼 상기 충전 도킹 스테이션(540)에 상기 전력 충전 라인(542)의 연결 단자(543) 및 상기 데이터 통신 라인(546)의 연결 단자(547)가 결합된 충전 플러그(541)가 구비되면, 상기 전력 운송선(100)과 상기 전력 저장 플랜트(530)의 전기적 커플링 작업이 보다 수월해 진다.
한편, 상기 충전 플러그(541)는 상기 전력 운송선(100)에 전달될 전력량, 각각의 충전 플러그(541)에 접속되는 배터리 팩(101)의 개수, 각 배터리 팩(101)에 대한 데이터 처리량에 따라 다양한 개수로 설치될 수 있음은 자명하다.
바람직하게, 본 발명에 따른 전력 운송 시스템(500)은 상기 전력 송전 라인(520)을 통해 송전된 전력을 상기 전력 저장 플랜트(530)로 전달하는 제1 전력 충전 스테이션(560)을 더 포함한다.
일반적으로 전력을 송전할 때, 전력 손실을 줄이기 위해 고전압으로 송전을 한다. 이러한 고전압의 전력을 상기 전력 저장 플랜트(530)에 곧바로 충전하는 것은 적합하지 않다. 따라서, 송전된 고전압의 전력을 상기 전력 저장 플랜트(530)에 충전하기 적합한 전력으로 변환이 필요하다. 또한, 상기 전력 저장 플랜트(530)에 포함된 배터리 팩(101)의 충방전 상태에 따라, 적절하게 충전 전력을 분배 및 제어할 필요가 있다.
이와 같은 전력의 변환 및 충전 제어를 상기 제1 전력 충전 스테이션(560)이 수행할 수 있다. 이를 위해, 상기 제1 전력 충전 스테이션(560)은 전력 변환부(561) 및 충전 제어부(562)를 포함한다.
바람직하게, 본 발명에 따른 전력 운송 시스템(500)은 상기 전력 저장 플랜트(530)에 저장된 전력을 상기 전력 운송선(100)의 전력 저장부(110)로 전달하는 제2 전력 충전 스테이션(570)을 더 포함한다.
상기 제2 전력 충전 스테이션(570)은 상기 제1 전력 충전 스테이션(560)과 마찬가지로 전력 전달을 제어하기 위한 구성이다. 다만, 상기 제1 전력 충전 스테이션(560)과 구별을 위해 제2 전력 충전 스테이션으로 명명한 것이다. 상기 제2 전력 충전 스테이션(570)은 제1 전력 충전 스테이션(560)과 마찬가지로 전력 변환부(571) 및 충전 제어부(572)를 포함한다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전력 운송 시스템(500)의 구성을 개략적으로 나타낸 개념도이다.
도 7을 참조하면, 상기 전력 운송 시스템(500)이 에너지 아일랜드(700)에 설치된 실시예가 도시되어 있다. 에너지 아일랜드(700)는 발명가 도미니크 미카엘리스에 의해 고안된 미래형 발전 방식이다. 에너지 아일랜드(700)는 부력 장치를 이용하여 바다 위에 떠있는 구조물로서, 거대한 인공 섬의 형태를 가진다. 에너지 아일랜드(700)에는 조력 발전, 파력 발전 또는 해양온도차 발전 등 그린 에너지를 이용한 발전 플랜트가 구비된다. 즉, 에너지 아일랜드(700)는 해양에서 얻을 수 있는 그린 에너지를 전기 에너지로 변환시키기 위한 해양 구조물이다.
특히, 에너지 아일랜드(700)는 해양온도차 발전에 유리한데, 이는 바닷물의 온도 차이를 이용한 발전 시스템입니다. 해양 온도차 발전은 바다의 표면 온도와 심해의 온도차가 클수록 발전 효율이 높다. 따라서, 적도 부근에 에너지 아일랜드(700)를 설치하여 해양온도차 발전 플랜트를 건설하려는 계획이 진행중이다. 또한, 에너지 아일랜드(700)에는 태양광, 태양열, 파력 또는 풍력 발전 플랜트가 함께 구비될 수도 있다.
도 7은 본 발명에 따른 전력 저장 시스템(500)의 다른 실시예를 설명하기 위해 발전 플랜트(510), 충전 도킹 스테이션(540) 및 전력 운송선(100)만을 간략하게 도시한 개념도이다. 따라서, 도 7에는 앞서 도 5에 도시된 전력 송전 라인(520), 전력 저장 플랜트(530), 제1 및 제2 전력 충전 스테이션(560, 570)은 별도로 도시하지 않았다. 하지만 도면에 도시되지 구성이 발명의 범위에서 제외되는 것이 아님은 자명하다.
이하에서는 상술한 시스템의 운영 메커니즘에 해당하는 전력 운송 방법을 개시한다. 본 발명에 따른 전력 운송 방법은 상술 된 전력 운송 시스템(500)의 이용을 전제로 하고 있다. 따라서, 도 5를 함께 참조하여 본 발명에 따른 전력 운송 방법을 설명한다. 다만, 앞서 설명된 전력 운송 시스템(500)의 발전 플랜트(510), 전력 송전 라인(520), 전력 저장 플랜트(530) 및 충전 도킹 스테이션(540)에 대한 반복적인 설명은 생략하도록 한다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 운송 방법의 흐름을 도시한 순서도이다.
먼저, 단계 S800에서, 상기 전력 발전 플랜트(510)는 그린 에너지를 이용하여 전력을 생산한다. 그리고, 단계 S810에서, 생산된 전력은 상기 전력 송전 라인(520)을 통해 상기 전력 저장 플랜트(530)로 송전된다. 상기 전력 저장 플랜트(530)는 직렬 및/또는 병렬로 연결된 복수 개의 배터리 팩(101)으로 구성된다. 따라서, 단계 S820에서, 송전된 전력은 전력 저장 플랜트(530)에 포함된 다수의 배터리 팩(101)에 저장된다.
다음으로, 단계 S830에서, 전력 운송선(100)의 충전 도킹부(170)를 접안 시설의 충전 도킹 스테이션(540)과 전기적으로 커플링한다. 상기 전력 운송선(100)은 본 발명에 따른 전력 운송선으로서, 전력 운송을 위한 목적으로 건조된 선박이다. 상기 전력 운송선(100)의 충전 도킹부(170)와 접안 시설의 충전 도킹 스테이션(540)이 전력 전달을 위해 전기적으로 커플링되면, 상기 전력 저장 플랜트(530)에 저장된 전력은 상기 전력 운송선(100)의 전력 저장부(110)에 전달될 수 있는 준비가 완료된다.
상기 전력 운송선(100)의 전력 저장부(110)에 미리 설정된 양의 전력이 전달된 후, 상기 전력 운송선(100)은 전력 수요지로 운항을 개시하여 전력 수요지의 접안 시설까지 이동한다. 그리고 전력 수요지의 접안시설에 도착한 상기 전력 운송선(100)은 전력 저장부(110)에 저장된 전력을 전력 수요지에 전달하기 위한 준비를 한다.
따라서, 단계 S850에서 전력 운송선(100)은 전력 수요지의 접안 시설에 도착한 후 전력 운송선(100)의 방전 도킹부(190)를 전력 수요지의 전압 시설에 설치된 방전 도킹 스테이션과 전기적으로 커플링한다. 상기 전력 수요지의 방전 도킹 스테이션은 상기 전력 운송 시스템(500)의 충전 도킹 스테이션(540)에 대응하는 구성이다. 상기 전력 운송 시스템(500)의 충전 도킹 스테이션(540)은 상기 전력 운송선(100)에 전력을 전달하기 위해 상기 전력 운송선(100)과 전기적으로 커플링되는 구성 요소이었다. 반대로, 상기 전력 수요지의 방전 도킹 스테이션은 상기 전력 운송선(100)에 저장된 전력을 전력 수요지에 공급하기 위해 상기 전력 운송선(100)과 전기적으로 커플링하는 구성 요소이다. 따라서, 역할과 목적이 다를 뿐 구체적인 구성은 동일하거나 유사할 수 있다.
다음으로, 단계 S860에서 상기 전력 운송선(100)의 전력 저장부(110)에 저장되어 있는 전력을 접안 시설의 방전 도킹 스테이션을 통해 송전한다. 이때, 송전된 전력은 곧바로 전력 수요지의 전력 그리드를 통해 전력 소비지로 송전될 수 있다.
실시 형태에 따라, 상기 전력 수요지의 접안 시설에 인접한 전력 저장 플랜트에 송전된 전력을 저장하는 것도 가능하다. 그러면 전력 수요량의 변동에 따라 적절한 타이밍에 전력 저장 플랜트에 저장된 전력을 전력 그리드를 통해 공급할 수 있다. 전력 수요지의 전력 저장 플랜트 역시, 복수 개의 이차전지를 이용한 배터리 팩(101)이 기본 구성 단위가 되며, 본 발명에 따른 전력 운송 시스템(500)의 전력 저장 플랜트(530)와 동일하거나 유사한 구성을 가진다. 상기 방전 도킹 스테이션은 상기 전력 수요지의 전력 저장 플랜트와 연결될 수 있으며, 상기 전력 수요지의 전력 저장 플랜트는 전력 수요지의 전력 그리드와 전기적으로 커플링 될 수 있다.
본 발명에 따르면, 그린 에너지를 이용하여 발전된 전력을 세계 각 전력 수요지로 운송할 수 있다. 따라서, 종래 전력 송전 시스템이 가졌던 송전 거리에 따른 전력 손실 및 유휴 전력의 낭비 문제를 함께 해결할 수 있다. 또한, 그린 에너지 플랜트를 건설할 때, 수요지와 인접하지 않은 장소도 발전소 설립 부지로 선택이 가능하다. 종래 발전소는 설립 부지 선정시 수요지와의 거리가 중요한 요소였으나, 본 발명에 따르면 이러한 거리 제한을 해결할 수 있다. 게다가, 그린 에너지를 이용한 효율적인 전력 운송 인프라를 제공하여 그린 에너지 사용의 효율성을 제고함으로써 환경 오염 및 자원 고갈의 문제를 함께 해결할 수 있다.
한편, 본 발명을 설명함에 있어서, 도 1 내지 도 7에 도시된 본 발명의 전력 운송선(100) 및 전력 운송 시스템(500)에 대한 각 구성은 물리적으로 구분되는 구성요소라기보다는 논리적으로 구분되는 구성요소로 이해되어야 한다.
즉, 각각의 구성은 본 발명의 기술사상을 실현하기 위하여 논리적인 구성요소에 해당하므로 각각의 구성요소가 통합 또는 분리되더라도 본 발명의 논리 구성이 수행하는 기능이 실현될 수 있다면 본 발명의 범위 내에 있다고 해석되어야 하며, 동일 또는 유사한 기능을 수행하는 구성요소라면 그 명칭 상의 일치성 여부와는 무관하게 본 발명의 범위 내에 있다고 해석되어야 함은 물론이다.
이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
100 : 전력 운송선 101 : 배터리 팩
102 : 이차전지 셀 103 : 이차전지 모듈
104 : 배터리 팩 케이스 105 : BMS
110 : 전력 저장부 130 : 충방전부
150 : 제어부 170 : 충전 도킹부
190 : 방전 도킹부 200 : 배터리 랙
210 : 통신망 300 : 컨테이너형 전력 저장 장치
310 : 공조 장치 320 : 전력 커넥터
330 : 컴퓨팅 장치 500 : 전력 운송 시스템
510 : 발전 플랜트 520 : 전력 송전 라인
530 : 전력 저장 플랜트 540 : 충전 도킹 스테이션
541 : 충전 플러그 542 : 전력 충전 라인
543 : 전력 충전 라인의 연결 단자 546 : 데이터 통신 라인
547 : 데이터 통신 라인의 연결 단자 550 : 접안 시설
560 : 제1 전력 충전 스테이션 561 : 전력 변환부
562 : 충전 제어부 570 : 제2 전력 충전 스테이션
571 : 전력 변환부 572 : 충전 제어부
700 : 에너지 아일랜드

Claims (27)

  1. 그린 에너지를 이용하여 전력을 생산하는 발전 플랜트;
    상기 발전 플랜트로부터 생산된 전력을 송전하는 전력 송전 라인;
    상기 전력 송전 라인을 통해 송전된 전력을 변환하는 제1 전력 충전 스테이션;
    상기 제1 전력 충전 스테이션에 의해 변환된 전력을 저장하는 전력 저장 플랜트;
    상기 전력 저장 플랜트에 저장된 전력을 변환하는 제2 전력 충전 스테이션;
    상기 전력 저장 플랜트가 설치된 지역의 접안 시설에 설치되고, 상기 제2 전력 충전 스테이션과 전기적으로 커플링되는 충전 도킹 스테이션;
    전력운송선; 및
    전력 수요지의 접안 시설에 설치된 방전 도킹 스테이션;을 포함하되,
    상기 전력운송선은,
    적어도 2개 이상의 이차전지를 포함하는 다수의 배터리 팩이 직렬 또는 병렬 연결을 통해 집합된 전력 저장부;
    상기 전력 저장부의 전기적 특성을 모니터하고, 상기 전력 저장부의 충방전을 제어하기 위한 제어 신호를 출력하는 제어부;
    상기 충전 도킹 스테이션과 전기적으로 커플링되는 충전 도킹부; 및
    상기 방전 도킹 스테이션과 전기적으로 커플링되는 방전 도킹부;를 포함하고,
    상기 전력 저장부는, 상기 제2 전력 충전 스테이션에 의해 변환된 후 상기 충전 도킹부를 통해 전달되는 전력을 저장하고, 상기 전력 저장부에 저장된 전력을 상기 방전 도킹부와 상기 방전 도킹 스테이션을 통해 상기 전력 수요지에 공급하며,
    상기 제어부는, 상기 배터리 팩의 개수에 따라 분할 배치되는 것을 특징으로 하는 전력 운송 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 전력 운송선은,
    상기 전력 저장부에 전력을 충전 또는 방전하는 충방전부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 운송 시스템.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 전력 저장부는, 복수의 배터리 팩이 상하 구조로 적층된 타워형 배터리 랙을 기본 구성 유닛으로 하는 것을 특징으로 하는 전력 운송 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 전력 운송선은, 컨테이너를 함께 적재할 수 있는 것을 특징으로 하는 전력 운송 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 컨테이너는, 복수의 배터리 팩을 내장하고 있는 컨테이너형 전력 저장 장치인 것을 특징으로 하는 전력 운송 시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 전력 운송선은, 전기 또는 화석 연료 엔진에 의해 구동되는 선박인 것을 특징으로 하는 전력 운송 시스템.
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 제1항에 있어서,
    상기 발전 플랜트는 태양광 발전, 태양열 발전, 풍력 발전, 지열 발전, 수력 발전, 조력 발전, 파력 발전 및 해양온도차 발전 중에서 선택된 적어도 어느 하나의 방식으로 전력을 생산하는 것을 특징으로 하는 전력 운송 시스템.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 발전 플랜트 중 태양광 발전 플랜트 또는 태양열 발전 플랜트는, 사막지대에 설치된 것을 특징으로 하는 전력 운송 시스템.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 발전 플랜트 중 조력 발전 플랜트, 파력 발전 플랜트 또는 해양온도차 발전 플랜트는, 에너지 아일랜드에 설치된 것을 특징으로 하는 전력 운송 시스템.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 전력 저장 플랜트는, 복수의 배터리 팩을 포함하는 고정형 전력 저장 장치인 것을 특징으로 하는 전력 운송 시스템.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 고정형 전력 저장 장치는, 지하에 매립된 것을 특징으로 하는 전력 운송 시스템.
  17. 제15항에 있어서,
    상기 고정형 전력 저장 장치는, 외벽으로 둘러 쌓인 건물 내에 위치하는 것을 특징으로 하는 전력 운송 시스템.
  18. 제15항에 있어서,
    상기 전력 저장 플랜트는, 복수의 배터리 팩이 상하 구조로 적층된 타워형 배터리 랙이 기본 구성 유닛인 것을 특징으로 하는 전력 운송 시스템.
  19. 제1항에 있어서,
    상기 제1 전력 충전 스테이션은, 전력 변환부 및 충전 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 운송 시스템.
  20. 제1항에 있어서,
    상기 제2 전력 충전 스테이션은, 전력 변환부 및 충전 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 운송 시스템.
  21. 제1항에 있어서,
    상기 충전 도킹 스테이션은, 전력 충전 라인 및 데이터 통신 라인을 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 운송 시스템.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 충전 도킹 스테이션은, 상기 전력 충전 라인의 연결 단자 및 상기 데이터 통신 라인의 연결 단자를 결합한 충전 플러그를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 운송 시스템.
  23. 발전 플랜트가 그린 에너지를 이용하여 생산한 전력을 전력 저장부, 제어부, 충전 도킹부 및 방전 도킹부가 구비된 전력 운송선을 이용하여 전력 수요지로 운송하는 방법에 있어서,
    전력 송전 라인을 이용하여, 상기 생산된 전력을 송전하는 단계;
    제1 전력 충전 스테이션을 이용하여, 상기 전력 송전 라인을 통해 송전된 전력을 변환하는 단계;
    상기 제1 전력 충전 스테이션에 의해 변환된 전력을 전력 저장 플랜트에 저장하는 단계;
    제2 전력 충전 스테이션을 이용하여, 상기 전력 저장 플랜트에 저장된 전력을 변환하는 단계;
    상기 충전 도킹부를 상기 전력 저장 플랜트가 설치된 지역의 접안 시설의 충전 도킹 스테이션과 전기적으로 커플링시키는 단계로서, 상기 충전 도킹 스테이션은 상기 제2 전력 충전 스테이션과 전기적으로 커플링되는 단계;
    상기 제어부가 상기 전력 저장부의 전기적 특성을 모니터하는 단계로서, 상기 제어부는 상기 전력 저장부에 포함된 다수의 배터리 팩의 개수에 따라 분할 배치되는 단계;
    상기 전력 저장부가 상기 제어부의 제어에 따라, 상기 제2 전력 충전 스테이션에 의해 변환된 후 상기 충전 도킹부를 통해 전달되는 전력을 저장하는 단계;
    상기 전력 저장부에 대한 전력 저장이 완료된 전력 운송선을 상기 전력 수요지의 접안 시설로 이동시키는 단계;
    상기 전력 운송선의 이동 후, 상기 방전 도킹부를 상기 전력 수요지의 접안 시설에 설치된 방전 도킹 스테이션과 전기적으로 커플링시키는 단계; 및
    상기 전력 저장부에 저장되어 있는 전력을 상기 방전 도킹부와 상기 방전 도킹 스테이션을 통해 상기 전력 수요지에 공급하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 운송 방법.
  24. 제23항에 있어서,
    상기 방전 도킹 스테이션은, 상기 전력 수요지의 전력 저장 플랜트와 연결된 것을 특징으로 하는 전력 운송 방법.
  25. 제24항에 있어서,
    상기 전력 수요지의 전력 저장 플랜트는, 전력 수요지의 전력 그리드와 전기적으로 커플링된 것을 특징으로 하는 전력 운송 방법.
  26. 삭제
  27. 삭제
KR1020120015262A 2012-02-15 2012-02-15 이차전지를 이용하여 전력을 운송하는 전력 운송선 및 이를 활용한 전력 운송 시스템 및 방법 KR101736375B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020120015262A KR101736375B1 (ko) 2012-02-15 2012-02-15 이차전지를 이용하여 전력을 운송하는 전력 운송선 및 이를 활용한 전력 운송 시스템 및 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020120015262A KR101736375B1 (ko) 2012-02-15 2012-02-15 이차전지를 이용하여 전력을 운송하는 전력 운송선 및 이를 활용한 전력 운송 시스템 및 방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20130093978A KR20130093978A (ko) 2013-08-23
KR101736375B1 true KR101736375B1 (ko) 2017-05-16

Family

ID=49217976

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020120015262A KR101736375B1 (ko) 2012-02-15 2012-02-15 이차전지를 이용하여 전력을 운송하는 전력 운송선 및 이를 활용한 전력 운송 시스템 및 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101736375B1 (ko)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001349272A (ja) 2000-06-07 2001-12-21 Chuzaburo Ichiyoshi 洋上風力発電システム
JP2011032994A (ja) * 2009-08-05 2011-02-17 National Maritime Research Institute 潮流・海流発電システム及び電力輸送方法
JP2011205728A (ja) * 2010-03-24 2011-10-13 Tokyo Electric Power Co Inc:The 再生可能エネルギー運搬利用システム
US20110282807A1 (en) * 2008-10-07 2011-11-17 Premium Power Corporation System And Method For Transporting Energy
JP2012023948A (ja) 2010-06-14 2012-02-02 Institute For Energy Application Technologies Co Ltd 電力貯蔵システム

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001349272A (ja) 2000-06-07 2001-12-21 Chuzaburo Ichiyoshi 洋上風力発電システム
US20110282807A1 (en) * 2008-10-07 2011-11-17 Premium Power Corporation System And Method For Transporting Energy
JP2011032994A (ja) * 2009-08-05 2011-02-17 National Maritime Research Institute 潮流・海流発電システム及び電力輸送方法
JP2011205728A (ja) * 2010-03-24 2011-10-13 Tokyo Electric Power Co Inc:The 再生可能エネルギー運搬利用システム
JP2012023948A (ja) 2010-06-14 2012-02-02 Institute For Energy Application Technologies Co Ltd 電力貯蔵システム

Also Published As

Publication number Publication date
KR20130093978A (ko) 2013-08-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11971222B2 (en) Thermal energy transportation system
Revankar Chemical energy storage
KR20130141766A (ko) 전력 운송선 및 이것의 운영 방법
CN101478268B (zh) 利用自然能向电动船舶供能的系统和方法
CN208797660U (zh) 一种用于无人船的能源基站管理系统
EP3447281A1 (en) Movable, autonomous, scalable, self-deployable, monitorable, remotely reprogrammable system for generating electrical energy
CN112531827B (zh) 一种海上漂浮式供电系统及供电方法
CN103929115A (zh) 并离网双模式船舶太阳能发电系统
KR101497604B1 (ko) 전력 운송 시스템 및 이를 이용한 전력 운송 방법
CN101820178A (zh) 向新能源汽车及传统汽车兼容供能的系统
US20240217628A1 (en) System and method for transporting energy by ship
Wu et al. On the design of plug-in hybrid fuel cell and lithium battery propulsion systems for coastal ships
CN204835684U (zh) 一种混合储能供电转换装置
KR20130093979A (ko) 이차전지를 이용한 전력 운송 시스템 및 방법
KR20140097083A (ko) 전력 운송 시스템 및 이를 이용한 전력 운송 방법
KR101736375B1 (ko) 이차전지를 이용하여 전력을 운송하는 전력 운송선 및 이를 활용한 전력 운송 시스템 및 방법
CN117758702A (zh) 海上综合信息能源公共基础平台、系统及控制方法
CN205022838U (zh) 一种太阳能清洁能源电动船结构
KR101475916B1 (ko) 전력 운송 시스템 및 이를 이용한 전력 운송 방법
CN218477613U (zh) 一种新型无人机海上补给站
Gheisarnejad et al. Hybrid power systems for smart marine power grids: Demonstration and case study
CN212784786U (zh) 一种船用小功率离网光伏系统
WO2018208143A1 (en) System for transferring energy
EP4391298A1 (en) System and method for transporting energy by ship
CN115892360A (zh) 一种风电运输船舶及海上风电输送方法

Legal Events

Date Code Title Description
PA0109 Patent application

Patent event code: PA01091R01D

Comment text: Patent Application

Patent event date: 20120215

PG1501 Laying open of application
A201 Request for examination
PA0201 Request for examination

Patent event code: PA02012R01D

Patent event date: 20140806

Comment text: Request for Examination of Application

Patent event code: PA02011R01I

Patent event date: 20120215

Comment text: Patent Application

E902 Notification of reason for refusal
PE0902 Notice of grounds for rejection

Comment text: Notification of reason for refusal

Patent event date: 20160501

Patent event code: PE09021S01D

E902 Notification of reason for refusal
PE0902 Notice of grounds for rejection

Comment text: Notification of reason for refusal

Patent event date: 20161101

Patent event code: PE09021S01D

E701 Decision to grant or registration of patent right
PE0701 Decision of registration

Patent event code: PE07011S01D

Comment text: Decision to Grant Registration

Patent event date: 20170417

GRNT Written decision to grant
PR0701 Registration of establishment

Comment text: Registration of Establishment

Patent event date: 20170510

Patent event code: PR07011E01D

PR1002 Payment of registration fee

Payment date: 20170510

End annual number: 3

Start annual number: 1

PG1601 Publication of registration
PR1001 Payment of annual fee

Payment date: 20200421

Start annual number: 4

End annual number: 4

PR1001 Payment of annual fee

Payment date: 20210503

Start annual number: 5

End annual number: 5

PR1001 Payment of annual fee

Payment date: 20220502

Start annual number: 6

End annual number: 6

PR1001 Payment of annual fee

Payment date: 20240319

Start annual number: 8

End annual number: 8