KR102310028B1 - Distributed power supply vessel and energy supply system including thereof - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 분산형 전원 공급 선박 및 이를 포함하는 에너지 공급 시스템에 대한 것이다. The present invention relates to a distributed power supply vessel and an energy supply system including the same.
일반적인 선박은 화석 연료를 사용하는 추진 엔진이 주로 사용되고 있다. 그러나 이러한 화석 연료를 에너지원으로 사용하는 선박의 경우 환경오염을 일으키는 각종 오염원들을 발생시키므로, 많은 문제가 되고 있으며, 이에 따라 각종 환경 규제가 심해지면서 점차 선박 운항이 제한되고 있다.In general ships, propulsion engines using fossil fuels are mainly used. However, since ships using these fossil fuels as energy sources generate various pollutants that cause environmental pollution, there are many problems.
이러한 화석 연료의 대안으로서 대두되는 청정한 에너지원인 액화천연가스(LNG) 또는 이로부터 개질되어 생산된 수소를 에너지원으로 사용하는 선박이 증가되는 추세에 있다. 특히, 수소를 연료로 하여 전기를 생산하고, 생산된 전기를 추진용 모터에 공급하여 추진 동력으로 전환하여 사용하는 타입의 선박이 대두되고 있다.The number of ships using liquefied natural gas (LNG), which is a clean energy source emerging as an alternative to such fossil fuels, or hydrogen produced by reforming the same, as an energy source is increasing. In particular, a type of vessel that produces electricity using hydrogen as a fuel, and supplies the generated electricity to a propulsion motor to convert it into propulsion power is emerging.
종래의 수소를 주 원료로 하는 연료 전지 선박의 경우, 선박의 항주 또는 운항 시 수소를 선박에 저장하고 이를 연료전지에 공급하도록 구성된다. 또한, 연료전지에서 생산된 전기에너지는 추진용 모터에 전달되고, 추진용 모터에서 발생한 축동력을 통해 스러스터(thruster) 등의 추진기를 회전시켜서 추진하는 것이 일반적이다. In the case of a conventional fuel cell vessel using hydrogen as a main raw material, it is configured to store hydrogen in the vessel and supply it to the fuel cell when the vessel is sailing or operating. In addition, the electric energy produced by the fuel cell is transmitted to a propulsion motor, and it is common to rotate a propulsion device such as a thruster using shaft power generated from the propulsion motor to propel the motor.
그런데, 이러한 수소를 이용한 연료 전지에서 생산되는 전기를 동력원으로 하는 선박의 경우, 기존의 벙커C유, 디젤과 같은 화석 연료를 이용한 선박에 비해 상대적으로 비싼 연료와 추진기를 사용함에 따라 경제성이 낮은 문제가 있다. However, in the case of a ship powered by electricity produced from a fuel cell using hydrogen, the economic feasibility is low as it uses relatively expensive fuel and thrusters compared to ships using fossil fuels such as bunker C oil and diesel. there is
또한, 항주 또는 운항시에 비해서 정박 또는 대기 시간이 많은 중소형 선박의 경우, 초기 투자비 및 운영비 과다로 인해서 수소 연료 전지를 적용하기 어려운 문제가 있다.In addition, in the case of small and medium-sized ships that have a lot of berthing or waiting time compared to when sailing or operating, there is a problem in that it is difficult to apply a hydrogen fuel cell due to excessive initial investment and operating costs.
본 발명의 실시예들은 상술한 종래의 문제점을 해결하고자 안출된 것으로서, 선박이 안벽, 항만 등에 정박 또는 대기하는 동안 연료 전지에서 생산되는 전기 에너지를 육상의 상시 전력 계통에 공급함으로써, 연료 전지의 상시 가동률을 높여 경제성을 높일 수 있고, 동시에 시동성이 저온형에 비해 상대적으로 낮지만 에너지 효율이 높은 고온형 연료 전지를 적용하는 것이 가능한 분산형 전원 공급 선박 및 이를 포함하는 에너지 공급 시스템을 제공하고자 한다.Embodiments of the present invention have been devised to solve the above-mentioned conventional problems, and by supplying electric energy produced from a fuel cell to a regular power system on land while a ship is anchored or waiting on a quay wall, a port, etc., An object of the present invention is to provide a distributed power supply vessel capable of increasing economic feasibility by increasing the operating rate and applying a high-temperature fuel cell with relatively low startability compared to the low-temperature type, but high energy efficiency, and an energy supply system including the same.
본 발명의 일 측면에 따르면, 수소를 연료로 하여 전기를 생산하는 연료전지; 상기 연료전지와 연결되고, 상기 연료전지에서 생산된 전기를 저장하는 배터리; 상기 연료전지 및 상기 배터리 중 적어도 어느 하나로부터 공급되는 전기를 동력원으로 하여 추진기를 구동하는 추진용 모터; 상기 추진용 모터와 연결되고, 상기 연료전지 및 상기 배터리 중 적어도 어느 하나로부터 공급되는 전력을 상기 추진용 모터에 공급하는 스위치 보드; 및 상기 연료전지에 연결되고, 내부에 수소를 저장하며, 저장된 수소를 상기 연료전지로 공급하는 수소 연료 저장 탱크를 포함하고, 정박 또는 대기시 상기 스위치 보드가 육상 스테이션과 접속되어 상기 스위치 보드로 전달되는 전력의 적어도 일부가 상기 육상 스테이션에 선택적으로 전송되는, 분산형 전원 공급 선박이 제공될 수 있다.According to one aspect of the present invention, a fuel cell for generating electricity using hydrogen as a fuel; a battery connected to the fuel cell and storing electricity generated by the fuel cell; a propulsion motor for driving a propulsion unit using electricity supplied from at least one of the fuel cell and the battery as a power source; a switch board connected to the propulsion motor and supplying power supplied from at least one of the fuel cell and the battery to the propulsion motor; and a hydrogen fuel storage tank connected to the fuel cell, storing hydrogen therein, and supplying the stored hydrogen to the fuel cell, wherein the switch board is connected to a land station and transferred to the switch board when anchored or on standby. A distributed powered vessel may be provided, wherein at least a portion of the generated power is selectively transmitted to the land station.
또한, 정박 또는 대기시 상기 수소 연료 저장 탱크가 상기 육상 스테이션과 접속되어 상기 육상 스테이션으로부터 수소를 공급받도록 구비되는, 분산형 전원 공급 선박이 제공될 수 있다.In addition, a distributed power supply vessel may be provided in which the hydrogen fuel storage tank is connected to the land station to receive hydrogen from the land station when anchored or on standby.
또한, 상기 연료전지에서 전기를 발생시키는 과정에서 생성되는 배기가스를 물과 열교환시켜서 스팀을 생성하는 열교환기를 더 포함하고, 정박 또는 대기시 상기 열교환기에서 생성된 스팀은 상기 육상 스테이션으로 전달되어 천연가스의 개질을 통한 수소 생산에 사용되는, 분산형 전원 공급 선박이 제공될 수 있다.In addition, the fuel cell further includes a heat exchanger for generating steam by heat-exchanging exhaust gas generated in the process of generating electricity with water, wherein the steam generated in the heat exchanger is delivered to the land station when anchored or standing by to provide natural resources. A distributed power supply vessel may be provided, which is used for hydrogen production through reforming gas.
또한, 평형수에 포함된 이물질의 유입 및 배출을 방지하는 평형수 처리장치를 더 포함하고, 상기 평형수 처리 장치는, 공기를 공급받아 압축시키는 컴프레서; 상기 컴프레서에 의해 압축된 공기로부터 산소를 발생시키는 산소발생기; 상기 산소발생기에서 발생된 산소로부터 오존을 발생시키는 오존발생기; 및 상기 오존발생기에서 발생된 오존이 공급되는 밸러스트탱크를 포함하고, 상기 상소발생기에서 발생되는 산소 중 일부는 상기 연료전지로 공급되는, 분산형 전원 공급 선박이 제공될 수 있다.The ballast water treatment device further includes a ballast water treatment device for preventing the inflow and discharge of foreign substances contained in the ballast water, the ballast water treatment device comprising: a compressor for receiving and compressing air; an oxygen generator for generating oxygen from the air compressed by the compressor; an ozone generator for generating ozone from the oxygen generated by the oxygen generator; and a ballast tank to which ozone generated from the ozone generator is supplied, wherein some of the oxygen generated from the oxygen generator is supplied to the fuel cell, a distributed power supply vessel may be provided.
한편, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 분산형 전원 공급 선박; 및 상기 분산형 전원 공급 선박에 수소를 공급하고, 상기 분산형 전원 공급 선박으로부터 전기를 공급받도록 구비되는 육상 스테이션을 포함하고, 상기 분산형 전원 공급 선박은, 수소를 연료로 하여 전기를 생산하는 연료전지; 상기 연료전지와 연결되고, 상기 연료전지에서 생산된 전기를 저장하는 배터리; 상기 연료전지 및 상기 배터리 중 적어도 어느 하나로부터 공급되는 전기를 동력원으로 하여 추진기를 구동하는 추진용 모터; 상기 추진용 모터와 연결되고, 상기 연료전지 및 상기 배터리 중 적어도 어느 하나로부터 공급되는 전력을 상기 추진용 모터에 공급하는 스위치 보드; 및 상기 연료전지에 연결되고, 내부에 수소를 저장하며, 저장된 수소를 상기 연료전지로 공급하는 수소 연료 저장 탱크를 포함하고, 상기 분산형 전원 공급 선박이 정박 또는 대기시 상기 스위치 보드가 상기 육상 스테이션과 접속되어 상기 스위치 보드로 전달되는 전력의 적어도 일부가 상기 육상 스테이션에 선택적으로 전송되는, 에너지 공급 시스템이 제공될 수 있다.On the other hand, according to another aspect of the present invention, a distributed power supply vessel; and a land station that supplies hydrogen to the distributed power supply vessel and receives electricity from the distributed power supply vessel, wherein the distributed power supply vessel uses hydrogen as a fuel to generate electricity. battery; a battery connected to the fuel cell and storing electricity generated by the fuel cell; a propulsion motor for driving a propulsion unit using electricity supplied from at least one of the fuel cell and the battery as a power source; a switch board connected to the propulsion motor and supplying power supplied from at least one of the fuel cell and the battery to the propulsion motor; and a hydrogen fuel storage tank connected to the fuel cell, storing hydrogen therein, and supplying the stored hydrogen to the fuel cell, wherein when the distributed power supply vessel is anchored or on standby, the switch board is configured to operate at the land station. An energy supply system may be provided, in which at least a portion of the power connected to and delivered to the switch board is selectively transmitted to the land station.
또한, 상기 육상 스테이션은, 육상에 설치되어 내부에 수소를 적재하도록 제공되는 수소 적재 탱크; 및 육상에 설치되어 천연가스 공급 라인을 통해 공급받은 천연가스를 개질하여 수소를 생성하고, 생성된 수소를 상기 수소 적재 탱크로 공급하는 천연가스 개질기를 포함하고, 상기 분산형 전원 공급 선박이 정박 또는 대기시 상기 수소 연료 저장 탱크가 상기 수소 적재 탱크와 접속되어 상기 수소 적재 탱크로부터 수소를 공급받도록 구비되는, 에너지 공급 시스템이 제공될 수 있다.In addition, the land station, a hydrogen loading tank that is installed on land and provided to load hydrogen therein; and a natural gas reformer installed on land to reform natural gas supplied through a natural gas supply line to generate hydrogen, and supply the generated hydrogen to the hydrogen loading tank, wherein the distributed power supply vessel is anchored or An energy supply system may be provided in which the hydrogen fuel storage tank is connected to the hydrogen loading tank in standby to receive hydrogen from the hydrogen loading tank.
또한, 상기 분산형 전원 공급 선박은, 상기 연료전지에서 전기를 발생시키는 과정에서 생성되는 배기가스를 물과 열교환시켜서 스팀을 생성하는 열교환기를 더 포함하고, 상기 분산형 전원 공급 선박이 정박 또는 대기시 상기 열교환기에서 생성된 스팀은 상기 천연가스 개질기로 전달되어 천연가스의 개질을 통한 수소 생산에 사용되는, 에너지 공급 시스템이 제공될 수 있다.In addition, the distributed power supply vessel further includes a heat exchanger for generating steam by heat-exchanging exhaust gas generated in the process of generating electricity from the fuel cell with water, and when the distributed power supply vessel is anchored or on standby The steam generated in the heat exchanger is delivered to the natural gas reformer and used for hydrogen production through the reforming of natural gas, an energy supply system may be provided.
또한, 상기 육상 스테이션은, 상기 분산형 전원 공급 선박이 정박 또는 대기시 상기 스위치 보드와 접속되어 상기 스위치 보드로부터 전송되는 전기를 교류로 변환하는 인버터; 및 상기 인버터에 의해 교류로 변환된 전기를 변압하는 변압기를 포함하고, 상기 변압기에 의해 변압된 전기는 상시 전력 계통으로 전송되는, 에너지 공급 시스템이 제공될 수 있다.In addition, the land station may include: an inverter connected to the switch board when the distributed power supply vessel is anchored or on standby to convert electricity transmitted from the switch board into AC; and a transformer for transforming electricity converted into alternating current by the inverter, wherein the electricity transformed by the transformer is always transmitted to the power system, an energy supply system may be provided.
본 발명의 실시예들에 따르면, 선박이 안벽, 항만 등에 정박 또는 대기하는 동안 연료 전지에서 생산되는 전기 에너지를 육상의 상시 전력 계통에 공급함으로써, 연료 전지의 상시 가동률을 높여 경제성을 높일 수 있고, 동시에 시동성이 저온형에 비해 상대적으로 낮지만 에너지 효율이 높은 고온형 연료 전지를 적용하는 것이 가능해진다는 효과가 있다. According to embodiments of the present invention, by supplying the electric energy produced by the fuel cell to the regular power system on land while the ship is anchored or waiting on the quay wall, port, etc., it is possible to increase the economic efficiency by increasing the regular operation rate of the fuel cell, At the same time, there is an effect that it becomes possible to apply a high-temperature type fuel cell having relatively low startability compared to a low-temperature type but high energy efficiency.
또한, 연료전지는 일반적으로 고온에서 작동되므로, 연료전지의 작동온도 유지를 위해 운전초기에 많은 시간이 소요되기 때문에 유지보수 기간 외에 연료전지를 온/오프하기가 어려운 바, 선박이 정박 또는 대기시에도 지속적인 운전을 통해 생산된 높은 효율의 전력을 활용할 수 있으며, 이로써 항만 등에서 필요한 에너지를 최소화할 수 있다는 효과가 있다.In addition, since the fuel cell is generally operated at a high temperature, it is difficult to turn on/off the fuel cell outside the maintenance period because it takes a lot of time in the initial stage of operation to maintain the operating temperature of the fuel cell. The high efficiency power produced through continuous operation can be utilized even in the midst of a continuous operation, which has the effect of minimizing the energy required in ports and the like.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 분산형 전원 공급 선박 및 이를 포함하는 에너지 공급 시스템을 도시한 개념도이다.
도 2는 도 1의 선박의 연료전지 구동 시스템을 도시한 블록도이다.1 is a conceptual diagram illustrating a distributed power supply vessel and an energy supply system including the same according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a block diagram illustrating a fuel cell driving system of the ship of FIG. 1 .
이하에서는 본 발명의 사상을 구현하기 위한 구체적인 실시예에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명하도록 한다. Hereinafter, specific embodiments for implementing the spirit of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
아울러 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다. In addition, in the description of the present invention, if it is determined that a detailed description of a related known configuration or function may obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.
또한, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 '결합', '고정', '접촉'된다고 언급된 때에는 그 다른 구성요소에 직접적으로 결합, 고정, 접촉될 수도 있지만 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.In addition, when it is said that a component is 'coupled', 'fixed', or 'contacted' to another component, it may be directly coupled, fixed, or contacted to the other component, but it is understood that other components may exist in the middle. it should be
본 명세서에서 사용된 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로 본 발명을 한정하려는 의도로 사용된 것은 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다.The terminology used herein is only used to describe specific embodiments and is not intended to limit the present invention. The singular expression includes the plural expression unless the context clearly dictates otherwise.
또한, 본 명세서에서 일 측, 타 측 등의 표현은 도면에 도시를 기준으로 설명한 것이며 해당 대상의 방향이 변경되면 다르게 표현될 수 있음을 미리 밝혀둔다. 마찬가지의 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었으며, 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것이 아니다.In addition, in the present specification, expressions of one side, the other side, etc. are described with reference to the drawings, and it is to be noted in advance that if the direction of the corresponding object is changed, it may be expressed differently. For the same reason, some components are exaggerated, omitted, or schematically illustrated in the accompanying drawings, and the size of each component does not fully reflect the actual size.
또한, 제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 해당 구성요소들은 이와 같은 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 이 용어들은 하나의 구성요소들을 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.Also, terms including an ordinal number such as 1st, 2nd, etc. may be used to describe various components, but the components are not limited by these terms. These terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another.
명세서에서 사용되는 '포함하는'의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소, 성분 및/또는 군의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.As used herein, the meaning of 'comprising' specifies a particular characteristic, region, integer, step, operation, element and/or component, and other specific characteristic, region, integer, step, operation, element, component, and/or group. It does not exclude the existence or addition of
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 분산형 전원 공급 선박 및 이를 포함하는 에너지 공급 시스템의 구체적인 구성에 대하여 설명한다. Hereinafter, a detailed configuration of a distributed power supply vessel and an energy supply system including the same according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 공급 시스템(1)은 선박(10)이 항만 등에 정박 또는 대기할 경우, 선박(10)에 천연가스를 개질하여 생산된 수소를 공급하고, 선박(10)으로 공급된 수소를 이용하여 선박(10)에 설치된 연료전지(110)에서 전력을 생산하고, 이를 육상에 마련된 육상 스테이션(20)의 전력 송전 설비를 통해 상시 전력 계통(3)에 공급함으로써 분산형 전원 공급 시스템을 달성할 수 있으며, 이와 동시에 도서 산간지방과 같이 전력 공급이 원활하지 않는 지역에 전력을 공급할 수 있다. Referring to FIG. 1 , the
이를 위해, 에너지 공급 시스템(1)은 분산형 전원 공급 선박(10)과 육상 스테이션(20)을 포함할 수 있다. To this end, the
선박(10)은 연료전지(110), 배터리(120), 스위치 보드(130), 추진용 모터(140), 추진기(150), 수소 연료 저장 탱크(160), 열교환기(170), 물 공급부(180) 및 연돌(190)을 포함할 수 있다. 이러한 선박(10)은 연료전지(110)를 주 구동원으로 하여 추진력을 얻어 운항될 수 있도록 구성될 수 있으며, 연료전지(110)는 수소를 연료로 하여 전기를 생산하고, 생산된 전기는 스위치 보드(130)와 배터리(120)로 각각 전송될 수 있다. 스위치 보드(130)로 전송된 전기는 항주 또는 운항 시 추진용 모터(140)를 구동하여 추진력을 얻는 데 사용될 수 있고, 정박 또는 대기 시에는 육상 스테이션(20)으로 전송되어 상시 전력 계통(3)으로 공급될 수 있다. The
또한, 선박(10)은 수소 연료 저장 탱크(160)에서 발생하는 증발가스(BOG) 또는 수소 연료 저장 탱크(160)에 저장된 액화 수소로부터 수소 가스를 생성하여 연료전지(110)로 공급하는 수소 공급부(162)와, 선박(10)의 평형수에 공급되는 오존(O3)을 발생시키며, 오존의 발생 과정에서 생성되는 산소(O2)를 연료전지(110)로 공급하는 평형수 처리장치(112)를 더 포함할 수 있다.In addition, the
구체적으로, 도 2를 참조하면, 수소 공급부(162)는 수소 연료 저장 탱크(160)에 저장된 액화가스를 압축 및 기화시켜 연료전지(110)로 공급하는 액화수소 공급부(1622)와, 수소 연료 저장 탱크(160)에서 발생하는 증발가스를 압축시켜 연료전지(110)로 공급하는 증발가스 공급부(1624)를 포함할 수 있다.Specifically, referring to FIG. 2 , the
액화수소 공급부(1622)는 수소 연료 저장 탱크(160)에 저장된 액화수소를 압축시키는 수소펌프와, 수소펌프에 의해 압축된 액화수소를 기화시키는 수소기화기를 포함할 수 있고, 증발가스 공급부(1624)는 증발가스를 다단계로 압축하기 위한 다수개의 압축기 및 다수개의 냉각기를 포함할 수 있다.The liquid
또한, 수소 공급부(162)에서 생성된 수소는 연료전지(110)의 애노드(Anode) 측으로 공급될 수 있다.In addition, the hydrogen generated by the
평형수 처리장치(112)는 선박의 평형수(밸러스트수) 이동에 따른 해양생태계 파괴와 교란을 방지하기 위해, 선박(10)의 평형수에 포함된 유해 수상생물과 병원균 등의 이물질을 제거, 무해화 또는 그 유입이나 배출을 방지하기 위한 장치나 설비를 포함할 수 있다. 선박의 평형수 처리장치로는 크게 자외선조사, 전기분해, 오존분사 방식이 있으며, 이러한 방식들 중 어느 하나가 평형수 처리장치(112)로서 적용될 수 있다.The ballast
평형수 처리장치(112)는 공기를 공급받아 압축시키는 컴프레서(1122), 컴프레서(1122)에 의해 압축된 공기로부터 산소를 발생시키는 산소발생기(1124), 산소발생기(1124)에서 발생된 산소로부터 오존을 발생시키는 오존발생기(1126) 및 오존발생기(1126)에서 발생된 오존이 공급되는 밸러스트탱크(1128)를 포함할 수 있다. 밸러스트탱크(1128)에는 밸러스트수가 저장된다.The ballast
이러한 평형수 처리장치(112)의 산소발생기(1124)에서 발생되는 산소 중 일부는 연료전지(110)의 캐소드(Cathode) 측으로 공급될 수 있다. 이렇게 연료전지(110)의 캐소드로 공급되는 산소는 애노드로 공급되는 수소와 전기화학 반응을 일으켜서 전기가 생산될 수 있다. 이러한 선박(10)의 연료전지 구동 시스템에 따르면, 연료전지(110)가 수소 연료 저장 탱크(160)에서 발생되는 다량의 증발가스를 이용하여 충분한 수소를 공급받고, 평형수 처리장치(112)로부터 순수한 산소를 공급받음으로써, 고효율의 연료전지 구동 시스템을 구축할 수 있다.Some of the oxygen generated by the
연료전지(110)는 원하는 발전출력을 얻기 위해 단위 전지를 수십 장 내지는 수백 장 직렬로 쌓아 올려 단위모듈형식으로 구성될 수 있다.The
다시 도 1로 돌아오면, 배터리(120)는 연료전지(110)와 연결되고, 연료전지(110)에서 생산된 전기를 저장하도록 구비된다. 이러한 배터리(120)는 일 예로 대용량의 전기를 저장할 수 있는 ESS 장치로서 제공될 수 있으나, 본 발명의 사상이 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 배터리(120)는 선박(10) 내에서 필요한 전력 수요 변화를 대비한 일종의 버퍼(buffer)로서 기능할 수 있다. 또한, 배터리(120)는 스위치 보드(130)와 연결되어 스위치 보드(130)로 선택적으로 전기를 공급할 수 있다.Returning to FIG. 1 , the
스위치 보드(130)는 추진용 모터(140)와 연결되고, 연료전지(110) 및 배터리(120) 중 적어도 어느 하나로부터 공급되는 전력을 추진용 모터(140)에 공급하는 기능을 수행한다. 이러한 스위치 보드(130)는 제어기능과 표시기능을 가진 여러 종류의 장치와 각각의 제어기가 병렬로 구성될 수 있다. 또한, 스위치 보드(130)는 이를 통합하여 제어할 수 있는 통합 프로그램이 내장된 마이크로 칩이 내장되어 장비의 이상 유무와 작동 상태가 용이하게 확인 가능하도록 구비될 수 있다. The
또한, 스위치 보드(130)는 선박(10)이 정박 또는 대기시 육상 스테이션(20)과 접속되어 연료전지(110) 미/또는 배터리(120)로부터 스위치 보드(130)로 전달되는 전력의 적어도 일부가 육상 스테이션(20)에 선택적으로 전송될 수 있다. 이를 위해, 스위치 보드(130)는 배터리(120)에 저장된 잉여 전력의 양을 모니터링할 수 있는 전력 센서를 포함할 수 있으며, 연료전지(110)가 지속적으로 구동됨에 따라 발생되는 전기가 배터리(120)에 기준 전력 이상으로 충전되도록 제어함과 동시에, 배터리(120)를 충전하고 남는 전력을 육상 스테이션(20)으로 적절히 전송할 수 있도록 제어할 수 있다. In addition, the
또한, 선박(10)이 항주 또는 운항시에는 추진용 모터(140)로 전력을 공급하여 추진기(150)가 구동됨으로써 선박(10)이 추진력을 얻도록 할 수 있다. 또한, 추진용 모터(140) 외에도 선박(10)의 전력 수요처로 전기가 적절히 공급되도록 제어함으로써 선박(10)의 구동을 위한 에너지를 원활히 수급하도록 할 수 있다. 이러한 스위치 보드(130)의 제어 동작은 소정의 알고리즘에 의해 실행될 수 있으며, 이러한 알고리즘은 내장된 마이크로 칩에 기록될 수 있다. 또한, 스위치 보드(130)의 제어 동작은 자동으로 이루어지도록 구성될 수도 있고, 수동으로 이루어지도록 구성될 수도 있다.In addition, when the
추진용 모터(140)는 연료전지(110) 및 배터리(120) 중 적어도 어느 하나로부터 공급되는 전기를 동력원으로 하여 추진기(150)를 구동하도록 제공된다. 이때, 추진용 모터(140)로 공급되는 전기는 연료전지(110) 및/또는 배터리(120)로부터 스위치 보드(130)로 전송된 후, 스위치 보드(130)의 제어 동작에 의해 추진용 모터(140)의 구동에 필요한 전력만큼 스위치 보드(130)로부터 추진용 모터(140)로 공급될 수 있다. 여기서 추진용 모터(140)에 필요한 전력은 선박(10)의 운항시 작용하는 부하, 선박(10)의 입력 속도, 기타 제어값들에 따라 결정될 수 있다.The
추진기(150)는 추진용 모터(140)와 축 연결되어 추진용 모터(140)의 구동시 회전하면서 선박(10)에 추진력을 제공하도록 구비될 수 있다. 이러한 추진기(150)는 일 예로 스러스터(thruster)로서 제공될 수 있다.The
수소 연료 저장 탱크(160)는 연료전지(110)에 연결되고, 내부에 수소를 저장하며, 저장된 수소를 연료전지(110)로 공급할 수 있다. 이때, 수소 연료 저장 탱크(160)는 수소를 액체 형태로 저장할 수 있으며, 수소 공급부(162)를 통해 기화된 상태의 수소를 연료전지(110)로 공급할 수 있다. 또한, 선박(10)이 정박 또는 대기시에는 수소 연료 저장 탱크(160)가 후술할 육상 스테이션(20)의 수소 적재 탱크(210)와 접속되어 수소 적재 탱크(210)로부터 수소를 공급받도록 구비될 수 있다. 이로써, 선박(10)이 정박 또는 대기시에는 육상 스테이션(20)의 수소 적재 탱크(210)에 저장된 액화수소를 원료로 하여 연료전지(110)를 이용한 소형 발전기로서의 역할을 할 수 있게 된다. 이에 따라, 에너지 공급 시스템(1)은 전력 수급이 원활하지 않은 산간이나 도서 지역들 중 바다와 인접한 지역에 전력을 공급할 용도로 사용되는 것도 가능하다.The hydrogen
열교환기(170)는 연료전지(110)에서 전기를 발생시키는 과정에서 생성되는 배기가스를 물과 열교환시켜서 스팀을 생성할 수 있다. 연료전지(110)에서 전기를 생산하는 과정에서 산소와 수소를 전기화학적으로 반응시키는데, 이러한 반응은 발열반응에 해당하므로, 반응의 결과물로서 발생되는 고열을 이용하여 스팀을 생산하고, 생산된 스팀을 육상 스테이션(20)으로 이송할 수 있다. 이렇게 선박(10)이 정박 또는 대기시 열교환기(170)에서 생성된 스팀은 육상 스테이션(20)의 천연가스 개질기(220)로 전달되어 천연가스의 개질을 통한 수소 생산에 사용될 수 있다. 다시 말해서, 연료전지(110)의 구동에 의해 발생되는 전기와 열을 육상 스테이션(20)으로 전달하고, 육상 스테이션(20)으로 전달된 전기는 상시 전력 계통(3)으로 전송되어 수요처로 보내지고, 열은 천연가스 개질에 투입되어 수소 생산에 이용되고, 이렇게 생산된 수소는 다시 수소 연료 저장 탱크(160)로 보내져서 연료전지(110)의 연료로서 활용될 수 있다. 이러한 과정을 통해 에너지의 선순환이 에너지 공급 시스템(1) 내에서 이루어질 수 있다.The
물 공급부(180)는 열교환기(170)로 물을 투입하도록 제공될 수 있으며, 물 공급부(180)로부터 열교환기(170)로 공급되는 물이 열교환기(170)로 전달되는 배기가스와 열교환하여 스팀이 생산될 수 있다. 다만, 이는 일 예에 불과하며, 연료전지(110) 내에서 발생되는 물이 스팀의 형태로 열교환기에서 포집되어 육상 스테이션(20)으로 전송되도록 구성되는 것도 가능하다. 또한, 열교환기(170)를 통과한 배기가스는 선박(10)의 천정에 구비되는 연돌(190)을 통해 외부로 배출될 수 있다.The
육상 스테이션(20)은 항만 등 바다와 인접한 육지에 설치될 수 있으며, 선박(10)에 수소를 공급하고, 선박(10)으로부터 전기를 공급받도록 구비될 수 있다. 이러한 육상 스테이션(20)은 수소 적재 탱크(210), 천연가스 개질기(220), 인버터(230) 및 변압기(240)를 포함할 수 있다. The
수소 적재 탱크(210)는 육상에 설치되어 내부에 수소를 적재하도록 제공될 수 있다. 이때 저장되는 수소는 액화수소의 형태로 저장될 수 있으며, 이를 위한 단열벽 및 증발가스(BOG)의 재액화 설비를 포함할 수 있다. 또한, 수소 적재 탱크(210)는 천연가스 개질기(220)에 의해 생산된 수소를 제공받아 저장하도록 구비될 수 있다.The
천연가스 개질기(220)는 육상에 설치되어 천연가스 공급 라인(2)을 통해 공급받은 천연가스를 개질하여 수소를 생성하고, 생성된 수소를 수소 적재 탱크(210)로 공급한다. 이때, 천연가스 공급 라인(2)은 외부의 천연가스 정제 시설(미도시)로부터 연장되는 천연가스 수송관에 해당될 수 있다. 이러한 천연가스는 일 예로 LNG(Liquefied Natural Gas), PNG(Pipe Natural Gas), LPG(liquefied petroleum gas) 등일 수 있다. 또한, 천연가스 개질기(220)는 선박(10)으로부터 스팀을 전달받을 수 있으며, 이렇게 전달된 스팀은 천연가스 개질 공정에 사용될 수 있다.The
인버터(230)는 선박(10)이 정박 또는 대기시 스위치 보드(130)와 접속되어 스위치 보드(130)로부터 전송되는 전기를 교류로 변환할 수 있다. 이렇게 인버터(230)를 통해 교류로 변환된 전기는 변압기(240)로 전송될 수 있다. 변압기(240)는 인버터(230)에 의해 교류로 변환된 전기를 변압하도록 제공된다. 이떼, 변압기(240)는 상시 전력 계통(3)의 전압에 대응되는 전압으로 승압할 수 있으며, 이렇게 변압기(240)에 의해 변압된 전기는 상시 전력 계통(3)으로 전송될 수 있다. The
한편, 선박(10)의 수소 연료 저장 탱크(160)로부터 연장되어 수소의 이송을 위해 제공되는 수소 이송 라인, 스위치 보드(130)로부터 연장되어 전력을 전송하기 위해 제공되는 전력 전송 라인 및 열교환기(170)로부터 연장되어 스팀을 이송하기 위해 제공되는 스팀 이송 라인은 모두 이들의 단부가 제1 라인 접속 부재(12)에 연결될 수 있다. 또한, 육상 스테이션(20)의 수소 적재 탱크(210)로부터 연장되어 수소의 이송을 위해 제공되는 수소 이송 라인, 인버터(230)로부터 연장되어 젼력을 전송하기 위해 제공되는 전력 전송 라인 및 천연가스 개질기(220)로부터 연장되어 스팀을 이송하기 위해 제공되는 스팀 이송 라인은 모두 이들의 단부가 제2 라인 접속 부재(22)에 연결될 수 있다.On the other hand, a hydrogen transfer line extending from the hydrogen
제1 라인 접속 부재(12)와 제2 라인 접속 부재(22)는 서로 암수 구분되어 체결될 수 있도록 구비될 수 있다. 이때, 제1 라인 접속 부재(12)과 제2 라인 접속 부재(22)에는 체결 상태를 선택적으로 해제할 수 있는 체결 부재(미도시)가 추가로 제공될 수 있다. 이렇게 제1 라인 접속 부재(12)과 제2 라인 접속 부재(22)가 서로 체결되면, 제1 라인 접속 부재(12)에 연결된 각 라인들과 제2 라인 접속 부재(22)에 연결된 각 라인들이 서로 연결될 수 있으며, 제1 라인 접속 부재(12)와 제2 라인 접속 부재(22)의 체결에 의해 선박(10) 내 각 부와 육상 스테이션(20) 내 각 부가 상호 접속될 수 있다.The first
또한, 제1 라인 접속 부재(12)와 제2 라인 접속 부재(22)는 서로 체결되는 면에 밀봉을 위한 패킹 부재가 추가로 구비될 수 있으며, 이로써 제1 라인 접속 부재(12)와 제2 라인 접속 부재(22)가 서로 체결된 상태에서 체결면으로 수소나 스팀이 유출되는 것이 방지될 수 있다. 또한, 제1 라인 접속 부재(12)와 제2 라인 접속 부재(22)의 체결면은 전력 전송 라인이 접속되는 부분을 제외하고는 절연됨으로써, 고전압의 전력이 누전되어 피해가 발생되는 것을 방지할 수 있다.In addition, the first
이와 같이, 선박(10)의 각 부와 육상 스테이션(20)의 각 부가 제1 라인 접속 부재(12)와 제2 라인 접속 부재(22)의 체결에 의해 한꺼번에 접속될 수 있으므로, 선박(10)과 육상 스테이션(20)의 도킹 작업이 용이해진다.In this way, since each part of the
상술한 바와 같은 본 발명의 실시예에 따른 에너지 공급 시스템(1)에 따르면, 수소와 같은 친환경 연료를 사용하는 선박이 운항 또는 항주 기간이 아닌 정박 또는 대기 기간에 육상에서 연료를 공급받아서 선박 내 연료전지로 전기에너지를 생산하고, 생산된 전력을 육상으로 다시 송전함으로써, 연료 전지의 상시 가동률을 높여 경제성을 높일 수 있고, 동시에 시동성이 저온형에 비해 상대적으로 낮지만 에너지 효율이 높은 고온형 연료 전지를 적용하는 것이 가능해진다는 효과가 있다.According to the
또한, 연료전지는 일반적으로 고온에서 작동되므로, 연료전지의 작동온도 유지를 위해 운전초기에 많은 시간이 소요되기 때문에 유지보수 기간 외에 연료전지를 온/오프하기가 어려운 바, 선박이 정박 또는 대기시에도 지속적인 운전을 통해 생산된 높은 효율의 전력을 활용할 수 있으며, 이로써 항만 등에서 필요한 에너지를 최소화할 수 있다는 효과가 있다.In addition, since the fuel cell is generally operated at a high temperature, it is difficult to turn on/off the fuel cell outside the maintenance period because it takes a lot of time in the initial stage of operation to maintain the operating temperature of the fuel cell. The high efficiency power produced through continuous operation can be utilized even in the midst of a continuous operation, which has the effect of minimizing the energy required in ports and the like.
이상 본 발명의 실시예들을 구체적인 실시 형태로서 설명하였으나, 이는 예시에 불과한 것으로서, 본 발명은 이에 한정되지 않는 것이며, 본 명세서에 개시된 기초 사상에 따르는 최광의 범위를 갖는 것으로 해석되어야 한다. 당업자는 개시된 실시형태들을 조합/치환하여 적시되지 않은 형상의 패턴을 실시할 수 있으나, 이 역시 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 것이다. 이외에도 당업자는 본 명세서에 기초하여 개시된 실시형태를 용이하게 변경 또는 변형할 수 있으며, 이러한 변경 또는 변형도 본 발명의 권리범위에 속함은 명백하다.Although the embodiments of the present invention have been described as specific embodiments, these are merely examples, and the present invention is not limited thereto, and should be construed as having the widest scope according to the basic idea disclosed herein. A person skilled in the art may implement a pattern of a shape not indicated by combining/substituting the disclosed embodiments, but this also does not depart from the scope of the present invention. In addition, those skilled in the art can easily change or modify the disclosed embodiments based on the present specification, and it is clear that such changes or modifications also fall within the scope of the present invention.
1: 에너지 공급 시스템 10: 선박
110: 연료전지 120: 배터리
130: 스위치 보드 140: 추진용 모터
150: 추진기 160: 수소 연료 저장 탱크
170: 열교환기 180: 물 공급부
190: 연돌 12: 제1 라인 접속 부재
20: 육상 스테이션 210: 수소 적재 탱크
220: 천연가스 개질기 230: 인버터
240: 변압기 22: 제2 라인 접속 부재
2: 천연가스 공급 라인 3: 상시 전력 계통 1: Energy supply system 10: Ship
110: fuel cell 120: battery
130: switch board 140: propulsion motor
150: propeller 160: hydrogen fuel storage tank
170: heat exchanger 180: water supply unit
190: stack 12: first line connection member
20: land station 210: hydrogen loading tank
220: natural gas reformer 230: inverter
240: transformer 22: second line connection member
2: Natural gas supply line 3: Continuous power grid
Claims (8)
상기 연료전지와 연결되고, 상기 연료전지에서 생산된 전기를 저장하는 배터리;
상기 연료전지 및 상기 배터리 중 적어도 어느 하나로부터 공급되는 전기를 동력원으로 하여 추진기를 구동하는 추진용 모터;
상기 추진용 모터와 연결되고, 상기 연료전지 및 상기 배터리 중 적어도 어느 하나로부터 공급되는 전력을 상기 추진용 모터에 공급하는 스위치 보드; 및
상기 연료전지에 연결되고, 내부에 수소를 저장하며, 저장된 수소를 상기 연료전지로 공급하는 수소 연료 저장 탱크를 포함하고,
정박 또는 대기시 상기 스위치 보드가 육상 스테이션과 접속되어 상기 스위치 보드로 전달되는 전력의 적어도 일부가 상기 육상 스테이션에 선택적으로 전송되고, 상기 육상 스테이션의 전력 송전 설비를 통해 상시 전력 계통에 공급되는,
분산형 전원 공급 선박.a fuel cell that generates electricity using hydrogen as a fuel;
a battery connected to the fuel cell and storing electricity generated by the fuel cell;
a propulsion motor for driving a propulsion unit using electricity supplied from at least one of the fuel cell and the battery as a power source;
a switch board connected to the propulsion motor and supplying power supplied from at least one of the fuel cell and the battery to the propulsion motor; and
and a hydrogen fuel storage tank connected to the fuel cell, storing hydrogen therein, and supplying the stored hydrogen to the fuel cell,
When the switch board is connected to a land station during anchoring or standby, at least a portion of the power transmitted to the switch board is selectively transmitted to the land station, and is supplied to the power system at all times through the power transmission facility of the land station,
Decentralized Power Supply Vessels.
정박 또는 대기시 상기 수소 연료 저장 탱크가 상기 육상 스테이션과 접속되어 상기 육상 스테이션으로부터 수소를 공급받도록 구비되는,
분산형 전원 공급 선박.According to claim 1,
The hydrogen fuel storage tank is connected to the land station and provided to receive hydrogen from the land station when anchored or on standby.
Decentralized Power Supply Vessels.
상기 연료전지에서 전기를 발생시키는 과정에서 생성되는 배기가스를 물과 열교환시켜서 스팀을 생성하는 열교환기를 더 포함하고,
정박 또는 대기시 상기 열교환기에서 생성된 스팀은 상기 육상 스테이션으로 전달되어 천연가스의 개질을 통한 수소 생산에 사용되는,
분산형 전원 공급 선박.3. The method according to claim 1 or 2,
Further comprising a heat exchanger for generating steam by exchanging the exhaust gas generated in the process of generating electricity in the fuel cell with water,
The steam generated in the heat exchanger during anchoring or standby is delivered to the onshore station and used for hydrogen production through reforming of natural gas,
Decentralized Power Supply Vessels.
평형수에 포함된 이물질의 유입 및 배출을 방지하는 평형수 처리장치를 더 포함하고,
상기 평형수 처리 장치는,
공기를 공급받아 압축시키는 컴프레서;
상기 컴프레서에 의해 압축된 공기로부터 산소를 발생시키는 산소발생기;
상기 산소발생기에서 발생된 산소로부터 오존을 발생시키는 오존발생기; 및
상기 오존발생기에서 발생된 오존이 공급되는 밸러스트탱크를 포함하고,
상기 산소발생기에서 발생되는 산소 중 일부는 상기 연료전지로 공급되는,
분산형 전원 공급 선박.3. The method according to claim 1 or 2,
Further comprising a ballast water treatment device for preventing the inflow and discharge of foreign substances contained in the ballast water,
The ballast water treatment device,
Compressor for receiving air and compressing it;
an oxygen generator for generating oxygen from the air compressed by the compressor;
an ozone generator for generating ozone from the oxygen generated by the oxygen generator; and
and a ballast tank to which ozone generated from the ozone generator is supplied,
Some of the oxygen generated by the oxygen generator is supplied to the fuel cell,
Decentralized Power Supply Vessels.
상기 분산형 전원 공급 선박에 수소를 공급하고, 상기 분산형 전원 공급 선박으로부터 전기를 공급받도록 구비되는 육상 스테이션을 포함하고,
상기 분산형 전원 공급 선박은,
수소를 연료로 하여 전기를 생산하는 연료전지;
상기 연료전지와 연결되고, 상기 연료전지에서 생산된 전기를 저장하는 배터리;
상기 연료전지 및 상기 배터리 중 적어도 어느 하나로부터 공급되는 전기를 동력원으로 하여 추진기를 구동하는 추진용 모터;
상기 추진용 모터와 연결되고, 상기 연료전지 및 상기 배터리 중 적어도 어느 하나로부터 공급되는 전력을 상기 추진용 모터에 공급하는 스위치 보드; 및
상기 연료전지에 연결되고, 내부에 수소를 저장하며, 저장된 수소를 상기 연료전지로 공급하는 수소 연료 저장 탱크를 포함하고,
상기 분산형 전원 공급 선박이 정박 또는 대기시 상기 스위치 보드가 상기 육상 스테이션과 접속되어 상기 스위치 보드로 전달되는 전력의 적어도 일부가 상기 육상 스테이션에 선택적으로 전송되고, 상기 육상 스테이션의 전력 송전 설비를 통해 상시 전력 계통에 공급되는,
에너지 공급 시스템.decentralized power supply vessels; and
and a land station provided to supply hydrogen to the distributed power supply vessel and to receive electricity from the distributed power supply vessel,
The distributed power supply vessel,
a fuel cell that generates electricity using hydrogen as a fuel;
a battery connected to the fuel cell and storing electricity generated by the fuel cell;
a propulsion motor for driving a propulsion unit using electricity supplied from at least one of the fuel cell and the battery as a power source;
a switch board connected to the propulsion motor and supplying power supplied from at least one of the fuel cell and the battery to the propulsion motor; and
and a hydrogen fuel storage tank connected to the fuel cell, storing hydrogen therein, and supplying the stored hydrogen to the fuel cell,
When the distributed power supply vessel is anchored or on standby, the switch board is connected to the land station so that at least a portion of the electric power transferred to the switch board is selectively transmitted to the land station, and through the power transmission facility of the land station supplied to the power grid at all times,
energy supply system.
상기 육상 스테이션은,
육상에 설치되어 내부에 수소를 적재하도록 제공되는 수소 적재 탱크; 및
육상에 설치되어 천연가스 공급 라인을 통해 공급받은 천연가스를 개질하여 수소를 생성하고, 생성된 수소를 상기 수소 적재 탱크로 공급하는 천연가스 개질기를 포함하고,
상기 분산형 전원 공급 선박이 정박 또는 대기시 상기 수소 연료 저장 탱크가 상기 수소 적재 탱크와 접속되어 상기 수소 적재 탱크로부터 수소를 공급받도록 구비되는,
에너지 공급 시스템.6. The method of claim 5,
The land station is
a hydrogen loading tank installed on land and provided to load hydrogen therein; and
A natural gas reformer installed on land to reform natural gas supplied through a natural gas supply line to generate hydrogen, and a natural gas reformer for supplying the generated hydrogen to the hydrogen loading tank,
When the distributed power supply vessel is anchored or on standby, the hydrogen fuel storage tank is connected to the hydrogen loading tank and provided to receive hydrogen from the hydrogen loading tank,
energy supply system.
상기 분산형 전원 공급 선박은,
상기 연료전지에서 전기를 발생시키는 과정에서 생성되는 배기가스를 물과 열교환시켜서 스팀을 생성하는 열교환기를 더 포함하고,
상기 분산형 전원 공급 선박이 정박 또는 대기시 상기 열교환기에서 생성된 스팀은 상기 천연가스 개질기로 전달되어 천연가스의 개질을 통한 수소 생산에 사용되는,
에너지 공급 시스템.7. The method of claim 6,
The distributed power supply vessel,
Further comprising a heat exchanger for generating steam by exchanging the exhaust gas generated in the process of generating electricity in the fuel cell with water,
When the distributed power supply vessel is anchored or on standby, the steam generated in the heat exchanger is delivered to the natural gas reformer and used for hydrogen production through reforming of natural gas,
energy supply system.
상기 육상 스테이션은,
상기 분산형 전원 공급 선박이 정박 또는 대기시 상기 스위치 보드와 접속되어 상기 스위치 보드로부터 전송되는 전기를 교류로 변환하는 인버터; 및
상기 인버터에 의해 교류로 변환된 전기를 변압하는 변압기를 포함하고,
상기 변압기에 의해 변압된 전기는 상기 상시 전력 계통으로 전송되는,
에너지 공급 시스템.
8. The method according to any one of claims 5 to 7,
The land station is
an inverter connected to the switch board when the distributed power supply vessel is anchored or on standby to convert electricity transmitted from the switch board into AC; and
A transformer for transforming electricity converted into alternating current by the inverter,
Electricity transformed by the transformer is transmitted to the constant power system,
energy supply system.
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR102568347B1 (en) * | 2023-02-07 | 2023-08-23 | 주식회사 시너지 | Cogeneration system and method |
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- 2020-04-01 KR KR1020200039735A patent/KR102310028B1/en active IP Right Grant
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