KR101774836B1 - 선박 - Google Patents

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Abstract

선박이 제공된다. 본 발명의 일 면(aspect)에 따른 선박은, 전력 설비에 전력을 공급하는 발전기; 선박 추진용 프로펠러를 구동하는 메인 엔진; 상기 메인 엔진과 상기 프로펠러 사이에 위치하여, 발전 모드 또는 모터 모드로 작동하는 샤프트 제너레이터 모터; 및 상기 발전기와 상기 샤프트 제너레이터 모터에 연결되어, 상기 발전기 또는 상기 샤프트 제너레이터 모터에서 공급되는 전력을 충전하거나, 방전하여 상기 샤프트 제너레이터 모터 또는 상기 전력 설비에 공급하는 에너지 저장 장치를 포함한다.

Description

선박{Ship}
본 발명은 선박에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전력을 충전 또는 방전할 수 있는 에너지 저장 장치를 구비한 선박에 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, 에너지 저장 장치는 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 선박을 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 전력 설비에 전력을 공급하는 발전기; 선박 추진용 프로펠러를 구동하는 메인 엔진; 상기 메인 엔진과 상기 프로펠러 사이에 위치하여, 발전 모드 또는 모터 모드로 작동하는 샤프트 제너레이터 모터; 및 상기 발전기와 상기 샤프트 제너레이터 모터에 연결되어, 상기 발전기 또는 상기 샤프트 제너레이터 모터에서 공급되는 전력을 충전하거나, 방전하여 상기 샤프트 제너레이터 모터 또는 상기 전력 설비에 공급하는 에너지 저장 장치를 포함한다.
또한, 상기 프로펠러의 회전속도를 증가시킬 필요가 있는 경우, 상기 샤프트 제너레이터 모터를, 상기 프로펠러에 구동력을 공급할 수 있는 모터 모드로 전환하고, 상기 에너지 저장장치에 저장된 전력을 상기 샤프트 제너레이터 모터로 공급하도록 제어하는 컨트롤러를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 프로펠러의 회전속도를 감소시킬 필요가 있는 경우, 상기 샤프트 제너레이터 모터를, 상기 프로펠러의 회전력을 이용하여 전력을 생산하는 발전 모드로 전환하고, 상기 생산된 전력을 상기 에너지 저장장치로 공급하여 충전하도록 제어하는 컨트롤러를 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 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 선박의 전력 그리드를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 선박의 에너지 저장 장치, 컨트롤러 및 샤프트 제너레이터 모터의 블록도이다.
도 4 내지 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 선박의 컨트롤러의 작동을 설명하기 위한 전력 그리드를 나타내는 도면이다.
도 7은 시간에 따른 본 발명의 일 실시예에 따른 선박의 발전기의 전력 생산량과 전력 설비에서 소모되는 전력량을 도시하는 그래프이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 컨테이너선을 나타내는 도면이다.
도 9는 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 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 선박의 전력 그리드를 나타내는 도면이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 선박(100)은 발전기(110), 전력설비(120), 메인 엔진(Main Engine)(130), 샤프트 제너레이터 모터(140), 프로펠러(150) 및 에너지 저장 장치(ESS; Energy Storage System)(160)를 포함하나, 이외 추가적인 구성을 배제하지 않는다.
발전기(110)는 전력을 생산하여 선상에 배치되는 전력 설비(120)에 전력을 공급한다. 이 때, 발전기(110)는 중유(HFO) 등의 석유 화학 물질을 연료로 하여 200kW 이상의 대용량 전력을 생산할 수 있는 디젤 발전기(110)를 포함한다. 예를 들어, 도 2를 참조하면, 복수의 디젤 발전기(110)가 병렬로 연결되어 선내 전력 설비(120)를 구동하기 위한 전력을 생산할 수 있다. 다만, 발전기(110) 의 종류 및 개수 등은 이에 제한되지 않고 다양하게 변경 가능하다.
전력 설비(120)는 선수에 위치하여 선박에 좌/우 방향의 추진력을 제공하여 선박의 방향을 전환시키는 스러스터(Thruster)(L1)뿐만 아니라 선내에서 사용되는 통신 장치, 온도 조절 장치 등의 모든 선내 부하(L2)를 포함할 수 있다.
프로펠러(150)는 선미에 위치하여 선박에 전/후 방향의 추진력을 제공한다. 비행기에서 사용되는 프로펠러와는 달리 본 발명의 일 실시예에 따른 선박(100)에서 사용되는 프로펠러(150)는 폭이 넓고 대략 타원형으로 형성될 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
메인 엔진(130)은 선박 추진용 프로펠러(150)를 구동한다. 이 때, 메인 엔진(130)은 오일 등을 원료로 하여 회전력을 발생시켜 프로펠러(150)에 전달함으로써 추력을 발생시킨다. 일반적으로 프로펠러(150)를 구동하기 위해 사용되는 메인 엔진(130)은 보일러 등을 통해 가열된 유체에 의해 동력을 일으키는 외연기관(external combustion engine)과, 연료의 연소가 기관의 내부에서 이루어져 열에너지를 기계적 에너지로 바꾸는 내연기관(internal combustion engine)으로 나뉠 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서 메인 엔진(130)은 열 효율 등을 고려하여 내연기관이 사용될 수 있으나, 이에 제한되지 않고 다양하게 변경될 수 있다.
샤프트 제너레이터 모터(140)는 메인 엔진(130)과 프로펠러(150) 사이에 위치하여 발전 모드 또는 모터 모드로 작동할 수 있다. 구체적으로, 발전 모드에서, 샤프트 제너레이터 모터(140)는 메인 엔진(130)의 샤프트에 연결되어, 메인 엔진(130)의 구동에 따라 발생하는 상기 샤프트의 회전력으로 발전을 하여 전기를 생산한다. 이와 반대로, 모터 모드에서, 샤프트 제너레이터 모터(140)는 제공되는 동력으로 회전하여 상기 샤프트의 회전력을 어시스트한다. 즉, 모터 모드에서는, 메인 엔진(130)과 샤프트 제너레이터 모터(140)가 상기 샤프트를 회전시킨다.
에너지 저장 장치(160)는 발전기(110)와 샤프트 제너레이터 모터(140)에 연결되어, 발전기(110) 또는 샤프트 제너레이터 모터(140)에서 공급되는 전력을 충전하거나, 방전하여 샤프트 제너레이터 모터(140) 또는 전력설비(120)에 전력을 공급한다.
도 2를 참조하면, 에너지 저장 장치(160)는 배터리(162)와 AC/DC/AC 컨버터(164)를 포함할 수 있다. 구체적으로, 발전기(110)와 상기 발전 모드인 샤프트 제너레이터 모터(140)에서 생산된 AC 전력은 AC/DC/AC 컨버터(164)에서 DC 전력으로 변환되어 배터리(162)에 충전되고, 배터리(162)에 충전된 DC 전력은 AC/DC/AC 컨버터(164)에서 AC 전력으로 변환되어 전력 설비(120)와 상기 모터 모드인 샤프트 제너레이터 모터(140)에 공급될 수 있다.
따라서, 하나의 AC/DC/AC 컨버터(164)만으로도 선박 내 전력을 구동할 수 있어 공간 효율성이 향상되고, 원가를 절감시킬 수 있다. 전술한 에너지 저장 장치(160)의 세부 구성은 본 발명의 일 예에 불과할 뿐, 본 발명의 기술분야에서 통상의 기술자가 적용 가능한 세부 구성으로 변형 가능하다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 선박의 에너지 저장 장치, 컨트롤러 및 샤프트 제너레이터 모터의 블록도이고, 도 4 내지 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 선박의 컨트롤러의 작동을 설명하기 위한 전력 그리드를 나타내는 도면이며, 도 7은 시간에 따른 본 발명의 일 실시예에 따른 선박의 발전기의 전력 생산량과 전력 설비에서 소모되는 전력량을 도시하는 그래프이다.
또한, 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 다른 선박(100)은 에너지 저장 장치(160)와 샤프트 제너레이터 모터(140)를 제어하는 컨트롤러(170)를 더 포함할 수 있다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 컨트롤러(170)는 프로펠러(150)의 작동에 기초하여 에너지 저장 장치(160)와 샤프트 제너레이터 모터(140)에 제어 신호를 제공할 수 있다. 구체적으로, 도 4를 참조하면, 프로펠러(150)의 회전이 가속(회전속도를 증가)시킬 필요가 있는 경우, 예를 들어, 선박이 가속 주행하는 경우, 컨트롤러(170)는 샤프트 제너레이터 모터(140)에 모터 신호를 제공하여 샤프트 제너레이터 모터(140)를 모터 모드로 전환하고, 에너지 저장 장치(160)에 방전 신호를 제공하여 에너지 저장 장치(160)의 충전 전력을 샤프트 제너레이터 모터(140)에 공급하도록 할 수 있다.
또한, 도 5를 참조하면, 프로펠러(150)의 회전이 비가속(회전속도를 일정하게 하거나 또는 감소) 시킬 필요가 있는 경우, 예를 들어, 선박이 감속 또는 정속 주행하는 경우, 컨트롤러(170)는 샤프트 제너레이터 모터(140)에 발전 신호를 제공하여 샤프트 제너레이터 모터(140)를 발전 모드로 전환하고, 에너지 저장 장치(160)에 충전 신호를 제공하여 샤프트 제너레이터 모터(140)에서 생산된 전력이 에너지 저장 장치(160)에 충전되도록 할 수 있다. 따라서, 프로펠러(150)의 가감속에 따라 에너지 저장 장치(160)와 샤프트 제너레이터 모터(140)를 제어하므로, 선박 내 전력 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 컨트롤러(170)는 발전기(110)에서 생산되는 전력량과 전력 설비(120)에 공급되는 전력량을 기초로 에너지 저장 장치(160)를 제어할 수 있다. 구체적으로, 도 6 및 도 7을 참조하면, 발전기(110)에서 생산되는 전력량(VP)이 전력 설비(120)에 공급되는 전력량(VL)보다 큰 경우(a1, a2) 컨트롤러(170)는 에너지 저장 장치(160)에 충전 신호를 제공하여 잉여 전력을 에너지 저장 장치(160)에 충전시키고, 발전기(110)에서 생산되는 전력량(VP)이 전력 설비(120)에 공급되는 전력량(VL)보다 작은 경우(b1) 컨트롤러(170)는 에너지 저장 장치(160)에 방전 신호를 제공하여 에너지 저장 장치(160)의 충전 전력을 방전시킬 수 있다. 따라서, 발전기(110)는 선박의 운항에 필요한 평균 전력만 생산하면 되므로 발전기(110)의 발전 효율을 향상시킬 수 있다.
이 때, 컨트롤러(170)는 에너지 저장 장치(160)에 충전 신호를 제공시 발전기(110)에 가동율을 높이는 제1 신호를 제공하고, 에너지 저장 장치(160)에 방전 신호를 제공시 발전기(110)에 가동율을 낮추는 제2 신호를 제공할 수 있다. 따라서, 에너지 저장 장치(160)의 충전과 방전을 효율적으로 제어할 수 있다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 선박(100)은 에너지 저장 장치(160)의 충방전 효율을 최적으로 제어하여 전력 효율을 향상시키고 배터리(162)의 수명을 연장시킬 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 컨테이너선을 나타내는 도면이다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 선박은 컨테이너선(1000)에 적용될 수 있다. 구체적으로, 선수에 위치한 스러스터(1006)와, 선체의 중앙 부근에 위치한 에너지 저장 장치(1004)와, 선미에 위치한 발전기(1002) 및 프로펠러(1008)에 본 발명의 일 실시예에 따른 선박의 구성들이 적용될 수 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 LNG선을 나타내는 도면이다.
도 9를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 선박은 LNG선(2000)에 적용될 수 있다. 구체적으로, 선수에 위치한 스러스터(2006)와, 선체의 중앙 부근에 위치한 에너지 저장 장치(2004)와, 선미에 위치한 발전기(2002) 및 프로펠러(2008)에 본 발명의 일 실시예에 따른 선박의 구성들이 적용될 수 있다. 또한, 발전기(2002)에서 생산된 전력과 에너지 저장 장치(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(100)은 전술한 컨테이너선(1000)과 LNG선(2000) 등 전력을 생산하고 상기 생산된 전력을 부하에 공급하는 다양한 선박에 적용될 수 있다. 다만, 도 8 및 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 선박이 다양한 선박에 적용될 수 있는 일 예에 불과하며, 선박의 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.
100: 선박
110: 발전기
120: 전력 설비
130: 메인 엔진
140: 샤프트 제너레이터 모터
150: 프로펠러
160: 에너지 저장 장치(ESS; Energy Storage System)
170: 컨트롤러

Claims (3)

  1. 전력 설비에 전력을 공급하는 발전기;
    선박 추진용 프로펠러를 구동하는 메인 엔진;
    상기 메인 엔진과 상기 프로펠러 사이에 위치하여, 발전 모드 또는 모터 모드로 작동하는 샤프트 제너레이터 모터; 및
    상기 발전기와 상기 샤프트 제너레이터 모터에 연결되어, 상기 발전기 또는 상기 샤프트 제너레이터 모터에서 공급되는 전력을 충전하거나, 방전하여 상기 샤프트 제너레이터 모터에 전력을 공급하는 에너지 저장 장치를 포함하되,
    상기 에너지 저장 장치는 상기 발전기 또는 상기 샤프트 제너레이터 모터로부터 공급되어 충전된 전력을 상기 전력 설비에 공급하고,
    상기 에너지 저장 장치는 전력을 충전하거나 방전하는 배터리, 및 전력을 변환하는 AC/DC/AC 컨버터를 포함하고,
    상기 AC/DC/AC 컨버터의 제 1 AC 단자는 상기 발전기 및 상기 전력 설비가 포함된 전력 그리드에 연결되고, 제 2 AC 단자는 상기 샤프트 제너레이터 모터에 연결되고, DC 단자는 상기 배터리에 연결되며,
    상기 AC/DC/AC 컨버터는,
    상기 제 1 AC 단자 또는 상기 제 2 AC 단자를 통하여 입력된 AC 전력을 DC 전력으로 변환하여 상기 배터리로 공급하거나, 상기 배터리의 DC 전력을 AC 전력으로 변환하여 상기 제 1 AC 단자 또는 상기 제 2 AC 단자를 통하여 출력하는 선박.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 프로펠러의 회전속도를 증가시킬 필요가 있는 경우, 상기 샤프트 제너레이터 모터를, 상기 프로펠러에 구동력을 공급할 수 있는 모터 모드로 전환하고, 상기 에너지 저장장치에 저장된 전력을 상기 샤프트 제너레이터 모터로 공급하도록 제어하는 컨트롤러를 더 포함하는 선박.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 프로펠러의 회전속도를 감소시킬 필요가 있는 경우, 상기 샤프트 제너레이터 모터를, 상기 프로펠러의 회전력을 이용하여 전력을 생산하는 발전 모드로 전환하고, 상기 생산된 전력을 상기 에너지 저장장치로 공급하여 충전하도록 제어하는 컨트롤러를 더 포함하는 선박.
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