KR101826686B1 - 부유식 구조물의 발전 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 대용량 발전기 대수를 줄이고 항해 중에 2 행정 엔진에 연결된 축 발전기에 의해 생산된 전력을 이용함으로써 에너지를 절약할 수 있게 한 부유식 구조물의 발전 시스템에 관한 것이다.
본 발명의 실시예에 따르면, 복수의 발전기를 구비한 부유식 구조물의 발전 시스템에 있어서, 추진시 상기 부유식 구조물에 설치된 프로펠러를 회전시키기 위한 2 행정 엔진; 상기 2 행정 엔진과 상기 프로펠러 사이에 설치되는 축 발전기; 및 상기 복수의 발전기에 의해 생산된 전력과 상기 축 발전기에 의해 생산된 전력 중 적어도 하나의 전력을 항해 모드 또는 재기화 모드에서 동작하는 부하에 분배하는 메인 배전반을 포함하는 것을 특징으로 하는 부유식 구조물의 발전 시스템이 제공된다.

Description

부유식 구조물의 발전 시스템{GENERATION SYSTEM OF FLOATING STRUCTURE}

본 발명은 부유식 구조물의 발전 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 대용량 발전기 대수를 줄이고 항해 중에 2 행정 엔진에 연결된 축 발전기에 의해 생산된 전력을 이용함으로써 에너지를 절약할 수 있게 한 부유식 구조물의 발전 시스템에 관한 것이다.

근래, 천연가스의 소비량이 전 세계적으로 급증하고 있는 추세이다. 천연가스는, 육상 또는 해상의 가스배관을 통해 가스 상태로 운반되거나, 또는, 액화된 액화천연가스의 상태로 LNG 캐리어(특히, LNG 운반선)에 저장된 채 원거리의 소비처로 운반된다. 액화천연가스는 천연가스를 극저온(대략 -163℃)으로 냉각하여 얻어지는 것으로 가스 상태의 천연가스일 때보다 그 부피가 대략 1/600로 줄어들므로 해상을 통한 원거리 운반에 매우 적합하다.

LNG 운반선은, 액화천연가스를 싣고 바다를 운항하여 육상 소요처에 액화천연가스를 하역하기 위한 것이며, 이를 위해, 액화천연가스의 극저온에 견딜 수 있는 LNG 저장탱크(흔히, '화물창'이라 함)를 포함한다. 통상, 이러한 LNG 운반선은 LNG 저장탱크 내의 액화천연가스를 액화된 상태 그대로 육상에 하역하며, 하역된 LNG는 육상에 설치된 LNG 재기화 설비에 의해 재기화된 후 천연가스의 소비처로 가스배관을 통해 운반된다.

이러한 육상의 LNG 재기화 설비는 천연가스 시장이 잘 형성되어 있어 안정적으로 천연가스의 수요가 있는 곳에 설치하는 경우에는 경제적으로 유리한 것으로 알려져 있다.

그러나, 천연가스의 수요가 계절적, 단기적 또는 주기적으로 있는 천연가스 소요처의 경우에는, 높은 설치비와 관리비로 인해, 육상에 LNG 재기화 설비를 설치하는 것이 경제적으로 매우 불리하다.

특히, 자연재해 등에 의해 육상의 LNG 재기화 설비가 파괴될 경우, LNG 운반선이 소요처에 LNG를 싣고 도달한다 하더라도, 그 LNG를 재기화할 수 없다는 점에서 기존 LNG 운반선을 이용한 천연가스 운반은 한계성을 안고 있다.

이에 따라, 예를 들면, 해상 플랜트나 LNG 운반선에 LNG 재기화 설비를 마련하여, 해상에서 액화천연가스를 재기화하고, 그 재기화를 통해 얻어진 천연가스를 육상으로 공급하는 해상 LNG 재기화 시스템이 개발되었다.

극저온 상태의 액화가스를 저장할 수 있는 저장탱크와, 액화가스를 재기화하기 위한 재기화 설비가 설치된 부유식 구조물의 예로서는, LNG RV (Regasification Vessel)와 같은 선박이나 LNG FSRU (Floating Storage and Regasification Unit)와 같은 플랜트 등을 들 수 있다.

특히, LNG FSRU는 육상으로부터 멀리 떨어진 해상에서 LNG 운반선으로부터 하역되는 액화 천연가스를 저장탱크에 저장한 후 필요에 따라 액화 천연가스를 기화시켜 육상 수요처에 공급하는 부유식 구조물이다.

이러한 부유식 구조물에서 재기화 동작에 필요한 전력은 대략 12MW가 요구됨으로 발전기 구성은 작은 용량의 발전기로는 구성이 불가능하여 대용량 발전기(예를 들면 8.7MW X 2세트, 그리고 5.8MW X 2세트)를 적용하고 있다.

이에 따라 부유식 구조물의 항해시 ME-GI 엔진이 아닌 이중연료 엔진(Dual Fuel Engine)에 의해 구동되는 대용량 발전기에 의해 생산된 전력을 메인 배전반에서 분배하고 분배된 전력을 변압기 및 주파수 변환부를 거쳐 프로펠러에 연결된 모터에 공급되는 전기식 추진 시스템으로만 구성이 가능한 형태이다.

메기-엔진으로 구성할 경우 항해시 대략 3.7MW 전력 소비가 요구됨으로 대형 발전기 구성으로는 적은 전력 소비가 필요한 항해 조건에 부적합한 실정이다.

특히, FSRU 특성상 장기간 정박한 상태에서 운용됨으로 전기식 추진 시스템 적용시는 모터를 장시간 사용하지 못하여 정지 상태로 유지되어야 하는 불편함이 있었다.

대한민국 공개특허공보 제2013-0100175호(2013.09.09) "선박용 발전 시스템"

본 발명의 목적은, 대용량 발전기 대수를 줄이고 항해 중에 2 행정 엔진에 연결된 축 발전기에 의해 생산된 전력을 이용함으로써 에너지를 절약할 수 있게 한 부유식 구조물의 발전 시스템을 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따르면, 복수의 발전기를 구비한 부유식 구조물의 발전 시스템에 있어서, 추진시 상기 부유식 구조물에 설치된 프로펠러를 회전시키기 위한 2 행정 엔진; 상기 2 행정 엔진과 상기 프로펠러 사이에 설치되는 축 발전기; 및 상기 복수의 발전기에 의해 생산된 전력과 상기 축 발전기에 의해 생산된 전력 중 적어도 하나의 전력을 항해 모드 또는 재기화 모드에서 동작하는 부하에 분배하는 메인 배전반을 포함하는 것을 특징으로 하는 부유식 구조물의 발전 시스템이 제공된다.

상기 축 발전기와 상기 프로펠러 사이에는 클러치가 설치될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 부유식 구조물의 발전 시스템은 상기 항해 모드시 상기 클러치를 통해 상기 2 행정 엔진의 회전력이 상기 프로펠러에 전달되어 상기 부유식 구조물을 추진시킬 수 있다.

상기 메인 배전반은 상기 항해 모드에서 상기 축 발전기에 의해 생산된 전력을 상기 항해 모드시에 동작하는 부하에 분배할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 부유식 구조물의 발전 시스템은 상기 재기화 모드시 상기 클러치를 통해 상기 축 발전기와 상기 프로펠러간의 연결을 끊을 수 있다.

상기 메인 배전반은 상기 재기화 모드시 상기 복수의 발전기에 의해 생산된 전력을 이용하여 상기 재기화 모드시에 동작하는 부하에 분배할 수 있다.

상기 메인 배전반은 상기 재기화 모드시 상기 축 발전기에 의해 생산된 전력을 상기 복수의 발전기의 백업용으로 사용할 수 있다.

상기 부유식 구조물은 FSRU(Floating Storage and Regasification Unit)를 포함할 수 있다.

상기 2 행정 엔진은 ME-GI 엔진, X-DF 엔진, 또는 이들의 조합일 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면 대용량 발전기가 요구되는 부유식 구조물에서 2 행정 엔진을 통해 추진을 가능하게 함으로써, 대용량 발전기의 용량 및 수량을 줄여도 운용이 가능한 효과가 있다. 특히, 전기식 추진 시스템 대신 적은 전력 소비가 필요한 항해 조건에 적합한 2 행정 엔진을 통해 선박 운용의 효율성을 극대화할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 축 발전기와 프로펠러 사이에 설치된 클러치를 단속하여 항해 모드시 2 행정 엔진의 회전력이 프로펠러에 전달되어 항해 조건에서 이중 연료 엔진 사용 없이 축 발전기에 의해 생산된 전력을 사용할 수 있게 한 효과도 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 항해시 부유식 구조물의 발전 시스템을 도시한 도면, 그리고
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 정박시 부유식 구조물의 발전 시스템을 도시한 도면.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 항해시 부유식 구조물의 발전 시스템을 도시한 도면을 도시하고 있다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 부유식 구조물의 발전 시스템은 복수의 발전기(G1, G2)와, 부유식 구조물에 설치된 한쌍의 프로펠러(P1, P2)를 회전시키는 한쌍의 2 행정 엔진(E1, E2)과, 한쌍의 2 행정 엔진(E1, E2)의 회젼력을 전기 에너지로 변환시키는 한쌍의 축 발전기(S1, S2)와, 복수의 발전기(G1, G2) 및 한쌍의 축 발전기(S1, S2)에 의해 생산된 전력을 수집하여 항해 모드 또는 재기화 모드시 동작되는 부하에 수집된 전력을 분배하는 메인 배전반(10)을 포함하여 구성된다.

부유식 구조물에 설치된 프로펠러의 대수별로 2 행정 엔진이 설치되며, 본 실시예에서는 한쌍의 프로펠러(P1, P2)가 설치된 부유식 구조물의 발전 시스템을 설명하기로 한다.

복수의 발전기(G1, G2)는 이중 연료 엔진(Dual Fuel Engine)과 연결되어, 이중 연료 엔진을 이용하여 전력을 생산하고, 생산된 전력을 메인 배전반(10)에 공급한다. 여기서, 복수의 발전기(G1, G2), 즉 제 1 및 제 2 발전기는 대용량 발전기로, 부유식 구조물에 설치된 재기화 장비를 통해 재기화 동작시 2대의 발전기의 운전이 필요한 조건을 충족시킬 수 있다.

부유식 구조물은 FSRU(Floating Storage and Regasification Unit)를 포함한다. 재기화 장비는 증기를 발생시키는 보일러, 열 교환기 및 기화기 등을 포함한다.

메인 배전반(10)은 상술된 복수의 발전기(G1, G2)에 의해 생산된 전력을 공급받아 정해진 전력량을 부유식 구조물에 설치된 장비에 분배되도록 한다.

도 1에서는 메인 배전반(10)에 하나의 스위치가 설치된 것으로 설명하고 있으나, 복수의 발전기(G1, G2) 사이뿐만 아니라, 복수의 발전기(G1, G2)와 제 1 내지 제 4 변압기들(T1, T2, T3, T4) 사이에 복수개 설치될 수 있다.

메인 배전반(10)은 복수의 발전기(G1, G2)에 의해 생산된 전력을 제 3 및 제 4 트랜스포머(T3, T4)를 거쳐 서브 배전반(30)에 공급한다. 서브 배전반(30)은 메인 배전반(10)으로부터 전력을 공급받아 메인 배전반(10)과 연결되어 있지 않은 부유식 구조물에 설치된 장비에 전력을 분배한다.

재기화 배전반(20)은 메인 배전반(10)으로부터 전력을 공급받아 재기화 장비를 구동시키는 부하, 예를 들면 모터들(M1, M2)에 전력을 분배한다. 도 1에서는 재기화 장비를 구동시키기 위한 2개의 모터만을 도시하고 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니고 재기화 배전반(20)은 재기화 장비를 구동시키기 위한 구동수단에 전력을 분배하며, 모터들(M1, M2) 사이에 설치된 스위치를 제어한다.

여기서는 모터들(M1, M2) 사이에 하나의 스위치를 도시하고 있는데, 재기화 장비 중 전력 공급이 필요한 장비와 그렇지 않은 장비를 단속하기 위해 복수의 스위치가 설치될 수 있다.

한쌍의 2 행정 엔진(E1, E2)는 부유식 구조물에 설치된 한쌍의 프로펠러(P1, P2)를 회전시킨다. 본 실시예에서 2 행정 엔진을 에너지 효율이 좋은 ME-GI 엔진, X-DF 엔진, 또는 이들의 조합 엔진을 사용한다.

이와 같은 한쌍의 2 행정 엔진(E1, E2)을 발전기로 사용할 수 있도록 설치된 한쌍의 축 발전기(S1, S2)는 한쌍의 2 행정 엔진(E1, E2)의 회전력을 전기 에너지로 각각 변환시킨다.

한쌍의 축 발전기(S1, S2)에 의해 생산된 전력은 항해 모드시 이중 연료 엔진과 연결된 복수의 발전기(G1, G2)를 사용하지 않고 대략 3.6MW 전력 소비를 커버할 수 있어서, 한쌍의 축 발전기(S1, S2)를 이용하여 부유식 구조물의 항해가 가능하다.

도 1에 도시된 바와 같이, 항해 모드시 한쌍의 축 발전기(S1, S2)에 의해 생산된 전력은 한쌍의 주파수 변환부(F1, F2) 및 한쌍의 변압기(T1, T2)를 거쳐 메인 배전반(10)에 공급된다.

항해 모드시, 이중 연료 엔진과 연결된 복수의 발전기(G1, G2)의 사용이 아닌, 한쌍의 축 발전기(S1, S2)만을 사용하므로 에너지 절약 측면에서 효율적이며, 대용량 발전기 대수를 줄여 부유식 구조물을 운용할 수 있다. 즉, 대용량 발전기 대수를 4개 사용했던 종래의 부유식 구조물의 발전 시스템에서 대용량 발전기 대수를 2개로 줄여 대용량 발전기의 수량을 줄여도 부유식 구조물의 운용이 가능하다.

부유식 구조물에 설치된 재기화 장비를 통해 재기화 동작시에는 대략 12MW의 전력이 요구되므로 2대의 발전기, 즉 제 1 및 제 2 발전기(G1, G2)의 운전이 필요하다. 한쌍의 축 발전기(S1, S2)는 복수의 발전기의 백업용으로 사용이 가능하다. 이때 한쌍의 축 발전기(S1, S2)는 대략 4MW의 전력을 생산할 수 있다.

FSRU 특성상 장기간 정박한 상태에서 운용되므로, ME-GI 엔진 또는 X-DF 엔진을 발전기로 사용할 수 있도록 해당 ME-GI 엔진 또는 X-DF 엔진에 설치된 한쌍의 축 발전기(S1, S2)를 통해 항해 모드시 프로펠러를 회전시키기 위해 모터에 전력을 공급하는 전기식 추진 시스템이 아니므로 정시 상태를 유지하는 일없이 지속적으로 항해 목적지로 항해할 수 있고, 재기화 모드시 제 1 및 제 2 발전기(G1, G2)에 의해 생산된 전력으로 부유식 구조물에 설치된 재기화 장비에 연결된 모터들(M1, M2)을 구동시킬 수 있다.

재기화 모드시 한쌍의 축 발전기(S1, S2)에 의해 생산된 전력은 제 1 및 제 2 발전기(G1, G2) 중 어느 하나의 발전기가 이상이 있을 때 재기화 장비에 연결된 모터들(M1, M2)을 구동시킬 수 있는 전력으로 사용된다.

한쌍의 축 발전기(S1, S2)와 한쌍의 프로펠러(P1, P2) 사이에는 한쌍의 클러치(C1, C2)가 설치된다.

한쌍의 클러치(C1, C2)는 항해 모드시 한쌍의 2 행정 엔진(E1, E2)에 의한 회전력이 한쌍의 프로펠러(P1, P2)에 전달되도록 한쌍의 2 행정 엔진(E1, E2)에 각각 연결된 한쌍의 축 발전기(S1, S2)와 한쌍의 프로펠러(P1, P2)를 연결시키고, 도 2에 도시된 바와 같이 재기화 모드시 한쌍의 2 행정 엔진(E1, E2)에 의한 회전력이 한쌍의 프로펠러(P1, P2)에 전달되지 않도록 한쌍의 2 행정 엔진(E1, E2)에 각각 연결된 한쌍의 축 발전기(S1, S2)와 한쌍의 프로펠러(P1, P2)를 끊는다.

재기화 모드시 메인 배전반(10)은 복수의 발전기(G1, G2)에 의해 생산된 전력을 공급받아 재기화 배전반(20)에 공급한다. 재기화 모드시에도 메인 배전반(10)은 한쌍의 축 발전기(S1, S2)에 의해 생산된 전력을 공급받으며, 복수의 발전기(G1, G2)의 백업용으로 사용된다. 재기화 배전반(20)은 재기화 동작에 필요한 장비를 구동시키는 모터들(M1, M2)에 정해진 전력을 분배한다.

이상의 본 발명은 상기에 기술된 실시예들에 의해 한정되지 않고, 당업자들에 의해 다양한 변형 및 변경을 가져올 수 있으며, 이는 첨부된 청구항에서 정의되는 본 발명의 취지와 범위에 포함된다.

10 : 메인 배전반 20 : 재기화 배전반
30 : 서브 배전반 C1, C2 : 클러치
E1, E2 : 2 행정 엔진 F1, F2 : 주파수 변환부
G1, G2 : 발전기 M1, M2 : 모터
P1, P2 : 프로펠러 S1, S2 : 축 발전기
T1, T2, T3, T4 : 변압기

Claims (9)

1. 복수의 발전기를 구비한 부유식 구조물의 발전 시스템에 있어서,
   추진시 상기 부유식 구조물에 설치된 프로펠러를 회전시키기 위한 2 행정 엔진;
   상기 2 행정 엔진과 상기 프로펠러 사이에 설치되는 축 발전기; 및
   상기 복수의 발전기에 의해 생산된 전력과 상기 축 발전기에 의해 생산된 전력 중 적어도 하나의 전력을 항해 모드 또는 재기화 모드에서 동작하는 부하에 분배하는 메인 배전반을 포함하되,
   상기 부유식 구조물에 설치된 상기 프로펠러의 대수별로 상기 2 행정 엔진이 설치되고,
   상기 항해 모드시 상기 축 발전기에 의해 생산된 전력을 이용하여 상기 부유식 구조물의 항해가 가능하고,
   상기 재기화 모드시 상기 복수의 발전기에 의해 생산된 전력을 이용하여 재기화 장비에 연결된 모터를 구동시키되, 상기 복수의 발전기 중 어느 하나의 발전기에 이상이 있을 때 상기 축 발전기에 의해 생산된 전력을 사용하는 것을 특징으로 하는 부유식 구조물의 발전 시스템.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 축 발전기와 상기 프로펠러 사이에는 클러치가 설치된 것을 특징으로 하는 부유식 구조물의 발전 시스템.
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 항해 모드시 상기 클러치를 통해 상기 2 행정 엔진의 회전력이 상기 프로펠러에 전달되어 상기 부유식 구조물을 추진시키는 것을 특징으로 하는 부유식 구조물의 발전 시스템.
4. 청구항 3에 있어서,
   상기 메인 배전반은 상기 항해 모드에서 상기 축 발전기에 의해 생산된 전력을 상기 항해 모드시에 동작하는 부하에 분배하는 것을 특징으로 하는 부유식 구조물의 발전 시스템.
5. 청구항 2에 있어서,
   상기 재기화 모드시 상기 클러치를 통해 상기 축 발전기와 상기 프로펠러간의 연결을 끊는 것을 특징으로 하는 부유식 구조물의 발전 시스템.
6. 삭제
7. 청구항 1에 있어서,
   상기 메인 배전반은 상기 재기화 모드시 상기 축 발전기에 의해 생산된 전력을 상기 복수의 발전기의 백업용으로 사용하는 것을 특징으로 하는 부유식 구조물의 발전 시스템.
8. 청구항 1에 있어서,
   상기 부유식 구조물은 FSRU(Floating Storage and Regasification Unit)를 포함하는 것을 특징으로 하는 부유식 구조물의 발전 시스템.
9. 청구항 1에 있어서,
   상기 2 행정 엔진은 ME-GI 엔진, X-DF 엔진, 또는 이들의 조합인 것을 특징으로 하는 부유식 구조물의 발전 시스템.

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