KR102315027B1 - 선박의 전력 관리 시스템 및 전력 관리 방법 - Google Patents

선박의 전력 관리 시스템 및 전력 관리 방법 Download PDF

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Abstract

선박의 전력 관리 시스템 및 전력 관리 방법이 개시된다. 본 발명의 선박의 전력 관리 시스템은, 선박에 마련되는 추진엔진 및 발전엔진; 상기 추진엔진과 추진용 프로펠러를 연결하는 축에 마련되는 축 발전기; 상기 발전엔진에서 사용하고 남는 전력 및 상기 축 발전기에서 사용하고 남는 전력을 저장하는 배터리 팩; 및 상기 선박에 마련되며 선내 요구 전력을 분석하여 송전하는 전력관리부:를 포함하며, 상기 전력관리부에서는 남는 전력을 상기 배터리 팩에 충전시키고 선내 요구 전력을 분석하여 상기 배터리 팩으로부터 송전하는 것을 특징으로 한다.

Description

선박의 전력 관리 시스템 및 전력 관리 방법{Electric Power Management System And Method For Ship}
본 발명은 선박의 전력 관리 시스템 및 전력 관리 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 선박에 배터리 팩을 마련하여 발전엔진 및 추진엔진의 축 발전기에서 사용하고 남은 전기를 배터리 팩에 충전시키고 선내 요구 전력을 분석하여 배터리 팩으로부터 송전할 수 있도록 하는 선박의 전력 관리 시스템 및 전력 관리 방법에 관한 것이다.
종래 컨테이너 운반선과 같은 상선, 또는 여객선(또는 부유식 구조물)에는 중유(HFO) 또는 마린디젤오일(MDO), 마린가스오일(MGO)과 같은 연료유(fuel oil)를 연료로 사용하는 추진 엔진이 주로 사용되었으나, 유가 상승, 배기 배출기준 강화 등의 영향으로 연료유보다 값이 싸면서도 청정한 에너지원인 연료가스(fuel gas), 예를 들어 LNG(또는 LPG, DME)를 연료로 사용하는 추진 엔진을 장착한 선박이 증가되는 추세에 있다. 또한, LNG는 여름철의 가격이 겨울철에 비해 50% 정도로 저렴하므로, 값이 싼 여름철에 LNG를 사서 저장할 수도 있어, 가격적인 면에서 매우 유리한 에너지원이 된다.
LNG(또는 LPG, DME)를 연료로 사용하여 추진 또는 발전 동력을 얻을 수 있는 선박용 엔진으로는 ME-GI 엔진 또는 DFDE(Dual Fuel Diesel Electric) 엔진이 있다. ME-GI 엔진 또는 DFDE(Dual Fuel Diesel Electric) 엔진은 LNG(또는 LPG, DME)를 압축한 후, 분사하여 연소시키는 것으로서 가스분사엔진으로 불린다. 특히, ME-GI 엔진은 LNG(또는 LPG, DME)를 고압(150 ~ 400 bar)으로 압축한 후, 분사하여 연소시키는 것으로서 고압가스 분사엔진으로 불린다.
이러한 가스분사엔진은 연료유(예를 들어, HFO, MDO, MGO 등)와 연료가스(예를 들어, LNG, LPG, DME의 형태로 저장) 모두를 연료로 사용하면서, 저출력(예를 들어, 최대출력의 30% 이하)에서는 연료유를 엔진으로 공급하여 출력을 얻고, 최대출력의 30% 이상일 때는 연료유와 연료가스를 함께 사용하면서 출력을 얻는 구조로 작동된다. 이러한 가스분사엔진의 운전방식은 등록특허 제0396471호에 개시되어 있다.
선박에는 대개 복수의 엔진이 마련되며, 특히 제너레이터 엔진도 수개 설치될 수 있다.
LNG 운반선, LNGC에서는 LNG 수송과정에서 LNG 저장탱크 내 LNG가 자연 기화되어 증발가스(Boil-Off Gas, BOG)가 발생하는데, LNG 저장탱크 내에 증발가스가 축적되면 LNG 저장탱크 내의 압력이 과도하게 상승하여 탱크가 파손될 위험이 있다. LNG 저장탱크 내에서 발생하는 BOG를 처리하기 위하여 선박의 추진 장치나 발전 장치에서 자연 기화 또는 강제 기화된 가스와 연료유를 연료로 사용할 수 있는 이중연료 엔진(Dual Fuel Engine)이 개발되어 LNGC 등 선박의 추진 엔진 및 제너레이터 엔진으로 사용되고 있다.
이러한 LNGC의 경우 추진엔진과 함께 종래 4대의 발전 엔진(DUEL FUEL GENERATOR ENGINE)을 적용해왔다.
그러나 선박의 정상 운항 모드(NORMAL SEA GOING)의 경우에는 연료공급시스템(FGSS HICOM)이 가동되더라도 Max 2대의 발전엔진만 가동되고, 이 때 발전엔진의 부하(load)는 50 내지 60으로 구동되었고, 일부 스러스터(THRUSTER), 선박평형수처리장치(BWTS) 가동 시에만 3 내지 4대의 발전엔진이 필요한 것으로 확인되었다.
이에 본 발명은 최적의 연료소모효율(FOC)을 낼 수 있는 조건에서 발전엔진을 가동시키면서 남는 전력을 저장하여 필요 시 사용할 수 있도록 하여, 장비 설치 비용을 줄이면서 장비를 효율적으로 활용할 수 있도록 하는 선박의 전력 관리 시스템을 제안하고자 한다.
상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 선박에 마련되는 추진엔진 및 발전엔진;
상기 추진엔진과 추진용 프로펠러를 연결하는 축에 마련되는 축 발전기;
상기 발전엔진에서 사용하고 남는 전력 및 상기 축 발전기에서 사용하고 남는 전력을 저장하는 배터리 팩; 및
상기 선박에 마련되며 선내 요구 전력을 분석하여 송전하는 전력관리부:를 포함하며,
상기 전력관리부에서는 남는 전력을 상기 배터리 팩에 충전시키고 선내 요구 전력을 분석하여 상기 배터리 팩으로부터 송전하는 것을 특징으로 하는 선박의 전력 관리 시스템이 제공된다.
바람직하게는, 상기 발전엔진은 85% 부하에서 정상 항해 시 선내 연료공급시스템의 운전 모드(Normal sea going FGSS mode)에서 요구하는 안정 전력량을 충족하는 용량으로 마련될 수 있다.
바람직하게는 상기 발전엔진은 3대가 마련되되, 상기 선박의 정상 항해 시 1대가 가동되고, 선내 전기 소모량이 순간적으로 증가하면 전력관리부의 제어에 의해 상기 배터리 팩에 저장된 전력을 사용할 수 있다.
바람직하게는, 상기 배터리 팩은 컨테이너 형식으로 구비되고, 상기 선박의 엔진룸과 분리되도록 선미 B-Deck에 배치될 수 있다.
바람직하게는, 상기 배터리 팩 내측에 냉각을 위해 마련되는 쿨러(cooler); 상기 쿨러로 냉각수를 공급하는 칠러(chiller); 및 상기 선박에 마련되며 선내 선택적촉매환원장치(SCR)로 공급될 요소수를 저장하는 요소수탱크:를 더 포함하고, 상기 쿨러로부터 배터리를 냉각시키고 배출된 냉각수는 상기 요소수탱크로 공급되어 요소수를 냉각시키고 상기 칠러로 회수될 수 있다.
바람직하게는, 상기 요소수탱크는 선미부의 타기실(Steering Gear Room) 내부에 배치되고,상기 배터리 팩과 요소수탱크의 냉각용 코일(COOLING COIL)은 직렬로 연결되도록 마련될 수 있다.
바람직하게는, 상기 칠러로부터 상기 냉각수를 상기 쿨러로 공급하는 냉각수라인; 상기 냉각수라인에서 분기되어 쿨러를 우회하여 상기 냉각수를 상기 요소수탱크로 공급하는 요소수냉각라인; 및 상기 냉각수라인에서 상기 요소수냉각라인의 분기지점에 마련되는 3방향 밸브:를 더 포함하며, 상기 요소수탱크의 온도에 따라 상기 3방향 밸브에서는 상기 냉각수라인 및 요소수냉각라인으로 공급되는 상기 냉각수의 유량을 조절할 수 있다.
바람직하게는, 상기 발전엔진으로 공급될 냉각수를 냉각하는 발전기냉각기; 상기 발전기냉각기로부터 상기 냉각수를 발전엔진으로 공급하는 순환펌프; 및 상기 순환펌프 후단에서 상기 칠러를 거쳐 상기 발전기냉각기로 연결되는 칠러냉각라인:을 더 포함하며, 상기 발전기냉각기에 의해 상기 발전엔진 및 칠러로 냉각수를 공급할 수 있다.
바람직하게는 시스템은, 상기 냉각수를 칠러로 공급하기 위한 수두를 생성하는 팽창 탱크; 및 상기 팽창 탱크로부터 상기 순환펌프의 전단으로 연결되는 가압배관:을 더 포함하고, 상기 팽창 탱크는 B-Deck 상부에서 상기 칠러보다 높게 배치될 수 있다.
바람직하게는 시스템은, 상기 배터리 팩에서 발생하는 화재를 감지하는 파이어알람; 및 상기 배터리 팩의 외측에 마련되며 상기 파이어알람이 울리면 상기 배터리 팩 내부로 이산화탄소를 분사하는 이산화탄소 소화기:를 더 포함할 수 있다.
바람직하게는 상기 추진엔진 및 축 발전기와 상기 추진용 프로펠러를 분리시키는 클러치:를 더 포함하고, 상기 선박이 추진 중이 아닌 때 상기 클러치에 의해 상기 추진엔진 및 축 발전기에 의해 전력을 생산하여 공급할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 선박의 추진엔진과 추진용 프로펠러를 연결하는 축에 축 발전기를 마련하고,
선미 B-Deck에 컨테이너 형식의 배터리 팩을 마련하여,
선내 발전엔진에서 사용하고 남는 전력 및 상기 축 발전기에서 사용하고 남는 전력을 상기 배터리 팩에 저장하여 상기 배터리 팩을 충전하고,
전력관리부에서 선내 요구 전력을 분석하여 선내 전기 소모량이 증가하면 상기 배터리 팩으로부터 송전하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 선박의 전력 관리 방법이 제공된다.
바람직하게는, 상기 발전엔진은 85% 부하에서 정상 항해 시 선내 연료공급시스템의 운전 모드(Normal sea going FGSS mode)에서 요구하는 안정 전력량을 충족하는 용량으로 마련될 수 있다.
바람직하게는 상기 발전엔진은 3대가 마련되되, 상기 선박의 정상 항해 시 1대가 가동되고, 선내 전기 소모량이 순간적으로 증가하면 상기 전력관리부의 제어에 의해 상기 배터리 팩에 저장된 전력을 사용할 수 있다.
바람직하게는 상기 추진엔진 및 축 발전기와 상기 추진용 프로펠러를 분리시키는 클러치가 마련되어, 상기 선박이 추진 중이 아닌 때에도 상기 추진엔진 및 축 발전기로 전력을 생산할 수 있다.
바람직하게는, 상기 배터리 팩 내측에는 냉각을 위한 쿨러가 마련되고, 칠러(chiller)에서 냉각수를 생성하여 상기 쿨러로 공급하며, 상기 쿨러로부터 배터리를 냉각시키고 배출된 냉각수 및 상기 칠러에서 생성된 냉각수는 선내 선택적촉매환원장치(SCR)로 공급될 요소수를 저장하는 요소수탱크로 공급되어 요소수를 냉각시키고 상기 칠러로 회수될 수 있다.
본 발명에서는, 최적의 연료소모효율로 가동시킬 수 있는 용량의 발전엔진을 마련하고, 배터리 팩을 마련하여 발전엔진 및 추진엔진의 축 발전기에서 남는 전력을 저장하여 필요한 때에 사용할 수 있도록 함으로써 발전엔진의 설치 댓수를 줄여 장비 설치비용을 절감하고 선내 공간 확보에 기여한다. 또한 배터리 팩을 마련함으로써 순간적으로 전기 소모량이 증가하더라도 안정적으로 선내 전력을 공급할 수 있도록 한다.
특히 배터리 팩을 컨테이너 형식으로 제작하여 선미 B-Deck에 배치함으로써 선박 엔진 룸 등 내부에 별도의 설치 공간을 확보할 필요가 없고, 기존 선박에도 용이하게 적용할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 선박의 전력 관리 시스템을 개략적으로 도시한다.
도 2는 본 발명의 확장 실시예에 따른 선박의 전력 관리 시스템을 개략적으로 도시한다.
도 3은 본 발명 실시예들에 따른 선박의 전력 관리 시스템에서 전력관리부를 통한 전력 관리 방법을 개략적으로 도시한다.
본 발명의 동작상 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부도면 및 첨부도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.
이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 구성 및 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다. 여기서 각 도면의 구성요소들에 대해 참조 부호를 부가함에 있어 동일한 구성요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호로 표기되었음에 유의하여야 한다.
이하 본 발명에서의 선박은, 액화가스 및 액화가스에서 발생하는 증발가스를 추진용 또는 발전용 엔진의 연료로 사용할 수 있는 엔진이 설치되거나 액화가스 또는 증발가스를 선내 기관의 연료로 사용하는 모든 종류의 선박으로, 대표적으로 LNG 운반선(LNG Carrier), LNGC, 액체수소 운반선, LNG RV(Regasification Vessel)와 같은 선박을 예로 들 수 있다.
도 1에는 본 발명의 일 실시예에 따른 선박의 전력 관리 시스템을 개략적으로 도시하였고, 도 2에는 본 발명의 확장 실시예에 따른 선박의 전력 관리 시스템을 개략적으로 도시하였고, 도 3에는 본 실시예들에서의 전력관리부를 통한 전력 관리 방법을 개략적으로 도시하였다.
도 1에 도시된 바와 같이 본 실시예 시스템은, 연료공급시스템(FGS)으로부터 연료를 공급받아 선박에 필요한 추진력과 전력을 생산하는 추진엔진(ME)과, 선박에 필요한 전력을 생산하는 발전엔진(GE)이 마련되는 선박에서의 전력 관리 시스템이다.
추진엔진의 출력을 사용하여 선박의 추진력을 발생하는 추진용 프로펠러(P)가 추진엔진의 출력을 프로펠러(P)에 전달하는 축(shaft)에 연결되고, 이러한 축을 포함하는 축계에 축 발전기(100)가 마련된다. 또한, 추진엔진 및 축 발전기와 프로펠러 및 축을 분리시키는 클러치(clutch, 700)가 구비된다. 추진엔진은 엔진에서 요구하는 압력으로 압축된 BOG를 공급받는 2-stroke 엔진이고, 발전엔진은 4-stroke 엔진으로 구성될 수 있다.
이와 같이 추진엔진으로 2-stroke 엔진을 적용함으로써 항해 중 효율을 높일 수 있으며, 축 발전기를 사용하여 항해 중 필요한 전력을 추진엔진의 출력으로 생산할 수 있다. 또한 축 발전기 및 추진엔진을 축과 분리해 주는 클러치(700)를 채용함으로써 항해 중이 아닌 경우에도, 예를 들면 안벽 상황에서, 추진엔진(ME)과 축 발전기(100)를 사용하여 필요한 전력을 생산할 수 있다.
예를 들어 본 실시예 시스템에서, 추진엔진으로는 2 행정으로 구성되며 300 bar 부근의 고압 천연가스를 피스톤의 상사점 부근에서 연소실에 직접 분사하는 디젤 사이클(Diesel Cycle)을 채택한 ME-GI 엔진이, 발전엔진으로는 4 행정으로 구성되며 비교적 저압인 5.5 bar 정도의 압력을 가지는 천연가스를 연소공기 입구에 주입하여, 피스톤이 올라가면서 압축을 시키는 오토 사이클(Otto Cycle)이 채택되는 DFDE가 적용될 수 있다.
발전엔진(GE)은 3대가 마련되며 각 발전엔진이 85% 부하에서 정상 항해 시 선내 연료공급시스템의 운전 모드(Normal sea going FGSS mode)에서 요구하는 안정 전력량을 충족하는 용량으로 마련된다. 본 발명자들의 분석에 따르면 발전엔진은 85% 부하로 가동할 때 최적화된 연료 소모 효율을 보이는데, 본 실시예 시스템에서는 선박의 Normal sea going FGSS mode에서 안정적으로 요구하는 전력량을 계산하여 85% 부하에서 해당 전력량을 생산할 수 있도록 발전엔진의 용량을 설정하여 설치한다. 나아가 85%의 최적 효율로 고정하여 발전엔진을 가동함으로써 연료 소모 효율을 높여 에너지 효율을 높일 수 있다. 종래의 4대보다 적은 3대의 발전엔진만을 마련할 수 있다.
한편 본 실시예 시스템은 배터리 팩(200)과, 선박에 마련되며 선내 요구 전력을 분석하여 송전하는 전력관리부(Power Management System, 300)를 구비하고, 배터리 팩(200)을 통해 발전엔진에서 사용하고 남는 전력 및 축 발전기에서 사용하고 남는 전력을 저장하며, 전력관리부(300)에서는 남는 전력을 배터리 팩에 충전시키고 선내 요구 전력을 분석하여 배터리 팩으로부터 송전하도록 한 것이 특징이다. 이러한 전력관리부를 통한 전력 관리 방법을 도 3에 개략적으로 도시하였다.
선박의 정상 항해(Normal sea going) 시 발전엔진(GE) 1대를 가동하되, 85%의 최적 효율로 고정하여 가동하며, 사용 후 남는 전력은 배터리 팩(200)으로 저장해둔다. 스러스터(thruster) 구동, 화물의 로딩(loading) 및 언로딩(unloading) 시 나머지 두 대의 발전엔진이 가동될 수 있다. 또한, 엔진 가동 시간(operation time)의 관리를 위해 세 대의 발전엔진은 고루 사용할 수 있다.
축 발전기(100)에서도 사용하고 남는 전력을 배터리 팩(200)으로 저장한다. 발전엔진 및 축 발전기에서 남는 전력을 배터리 팩으로 충전시키는 것은 전력관리부(300)의 제어에 의해 이루어지며, 선내 전기 소모량이 순간적으로 증가하면 전력관리부의 제어에 의해 배터리 팩에 저장된 전력을 송전하여 사용할 수 있다.
배터리 팩(200)은 컨테이너 형식(container type)으로 제작하고, 선박의 엔진룸과 분리되도록 선미 B-Deck에 배치한다. 선내 엔진 룸에 배터리를 배치하려면 독립된 공간을 구성해야 하므로 공간 확보 및 설계 변경의 어려움이 있고, 기존 선박에 적용하기 어려운 단점이 있으나, 본 실시예에서는 컨테이너 형태로 제작된 배터리 팩을 엔진룸과 분리된 선미 B-Deck에 배치함으로써 이러한 문제를 해결할 수 있다.
한편, 본 실시예 시스템은, 배터리 팩 내측에 배터리 냉각을 위해 마련되는 쿨러(cooler, 210), 쿨러로 냉각수를 공급하는 칠러(chiller, 400)를 더 포함한다. 또한, 배터리 팩에서 발생하는 화재를 감지하는 파이어알람(220)이 마련되고, 배터리 팩의 외측에는 파이어알람이 울리면 배터리 팩 내부로 이산화탄소를 분사하는 이산화탄소 소화기(600)가 마련된다.
칠러(400)는 압축 및 팽창하며 순환되는 냉매를 이용하여, 36℃ 내외의 냉각수를 20℃ 내외로 냉각하여 쿨러(210)로 공급한다.
칠러(400)는 배터리 팩 내측의 쿨러로 20℃ 내외의 냉각수를 공급하는데, 칠러로부터 쿨러로 공급된 냉각수는 배터리를 냉각시킨 후에도 35℃ 미만의 온도를 유지한다. 본 실시예에서는 이러한 35℃ 미만의 냉각수를 선내 선택적촉매환원장치(SCR)로 공급될 요소수의 냉각에 활용할 수 있도록 한다.
SCR은 연료의 연소 후 발생한 배기가스가 지나는 배기파이프에 SCR 반응기(reactor)를 설치하여 환원 반응에 의해 질소산화물을 감소시키는 것인데, SCR 장치에서는 환원제로 무수 암모니아(NH3), NH3 수용액(25% NH3) 또는 유레아수용액(요소수용액, 32.5% 또는 40% 수용액) 등을 사용할 수 있다. 그 중 무수 암모니아는 독성 물질로 위험성이 있고, 암모니아 수용액은 강한 부식성과 인체 및 환경 유해성으로 인해 선박에서는 유레아가 선호되고, 선박에는 SCR로 공급될 요소수를 저장하는 요소수탱크가 마련될 수 있다. 요소수용액은 35℃ 이상에서는 저장탱크 내에서 농도가 균일하지 않고 높이 별로 농도 구배가 나타나는 성층화의 문제가 있고, 빙결 방지 및 사용수명 문제가 있어 일정한 온도를 유지해야 한다.
본 실시예에서는 배터리를 냉각시킨 후에도 온도가 35℃ 미만인 냉각수를 요소수탱크(UT)로 공급하여 요소수를 냉각시키고 칠러로 회수되도록 구성하였다. 이를 위해 칠러(400), 배터리 팩의 쿨러(210), 요소수탱크(UT)를 거쳐 다시 칠러(400)로 연결되는 냉각수라인(CL)이 마련된다.
칠러에 의해 배터리 팩과 요소수탱크의 냉각이 용이하게 이루어질 수 있도록, 요소수탱크를 선미부의 타기실(Steering Gear Room, SGR)에 인접하여 배치하거나 타기실 내부에 배치하고, 배터리 팩과 요소수탱크의 냉각용 코일(COOLING COIL)을 직렬로 연결하여 마련할 수 있다.
도 2에는 본 실시예로부터 요소수탱크의 온도 조절을 위해 일부 구성을 추가한 확장 실시예 시스템을 개략적으로 도시하였다. 도 2에 도시된 바와 같이 본 확장 실시예 시스템은 칠러(400)로부터의 냉각수라인(CL)으로부터 배터리 팩 냉각을 위한 쿨러(210)를 우회하여 바로 요소수탱크(UT)로 냉각수를 공급할 수 있는 요소수냉각라인(UCL)을 추가로 구성하였다. 냉각수라인(CL)으로부터 요소수냉각라인(UCL)의 분기지점에는 3방향 밸브(V2)가 마련될 수 있다. 요소수탱크의 온도를 감지하여 칠러로부터 요소수냉각라인(UCL)을 통해 바로 요소수탱크로 공급되는 냉각수의 유량과, 배터리 팩의 쿨러(210)를 거쳐 요소수탱크로 공급되는 냉각수 유량을 3방향 밸브(V2)에 의해 조절할 수 있다.
이와 같이 본 실시예들의 시스템에서는 하나의 칠러(400)를 이용하여 배터리 팩과 요소수탱크를 냉각하여 온도를 유지할 수 있도록 함으로써 장비 활용의 효율성을 높일 수 있다.
한편, 칠러에 필요한 냉각수는 발전엔진의 냉각 시스템과 연계시켜 공급되도록 구성하였다.
이를 위해 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 본 실시예들의 시스템에는, 발전엔진으로 공급될 냉각수를 냉각하는 발전기냉각기(500), 발전기냉각기로부터 냉각수를 발전엔진으로 공급하는 순환펌프(510), 순환펌프 후단에서 칠러를 거쳐 상기 발전기냉각기로 연결되는 칠러냉각라인(CCL)이 마련되어, 발전기냉각기에 의해 발전엔진 및 칠러로 냉각수를 공급할 수 있게 된다.
발전기냉각기(500)에서는 냉각수로 순환되는 청수를 해수와 열교환시켜 36℃ 내외의 냉각수를 만들어 발전엔진 및 칠러로 공급한다. 냉각수의 온도 조절을 위해 발전기냉각기 전단에는 삼방향 밸브(3-way valve, V1)가 마련되며, 삼방향 밸브(V1)에 의해 발전기냉각기로 도입되는 냉각수와 이를 우회하는 냉각수의 유량을 조절할 수 있다. 칠러에서는 발전기냉각기 및 순환펌프를 거쳐 36℃ 내외로 공급되는 냉각수를 추가 냉각하여 20℃ 내외로 배터리 팩에 공급한다.
또한, 냉각수를 칠러로 공급하기 위한 수두를 생성하는 팽창 탱크(520)를 마련하고, 팽창 탱크로부터 순환펌프의 전단으로 가압배관(PL)을 연결한다. 팽창 탱크에서 발전기 냉각 시스템에 수두를 생성시키고 팽창/수축을 부담하며, 가압배관에 의해 순환펌프 전단을 가압함으로써 칠러까지 원활하게 냉각수가 공급될 수 있다.
팽창 탱크(520)는 B-Deck 상부에서 칠러보다 높게 배치함으로써, 칠러로 원활한 냉각수 공급이 이루어질 수 있고, 시스템 정지 시 Vacuum 발생을 방지할 수 있다.
한편, 선박이 추진하지 않는 때, 예를 들어 안벽 상황에서는 추진엔진(ME) 및 축 발전기(100)를 통해 프로펠러(P)를 구동시킬 필요가 없으므로, 클러치(700)를 활용하여 추진엔진과 축 발전기를 선내 전력 공급에 사용할 수 있다. 이와 같이 추진엔진 및 축 발전기를 활용하면 발전엔진의 운용 대수를 줄일 수 있고, 2대 이하의 발전엔진만 운전하여도 LNG LOAD/UNLOADING이 가능할 수 있다.
이 경우 연료공급시스템(FGS)에서는 LNG GAS를 가압하여 최우선으로 85% LOAD로 구동되는 발전엔진 1대에 먼저 공급하고, 나머지를 추진엔진의 LOAD에 맞도록 공급하면서 LNG 화물창의 압력을 조절할 수 있다. 발전엔진에 먼서 LNG Gas를 공급하는 것은, 추진엔진(ME-GI ENGINE)의 경우 일반적으로 OIL과 GAS를 섞어서 공급할 때 원활하게 가동되고, 추진엔진의 LOAD에 비해 발전엔진에 공급하고 남은 GAS 양이 적으면 FUEL OIL을 추가로 공급하여 추진엔진의 로드를 제어할 수 있기 때문이다.
본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 요지를 벗어나지 아니하는 범위 내에서 다양하게 수정 또는 변형되어 실시될 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명한 것이다.
ME: 추진엔진
GE: 발전엔진
P: 추진용 프로펠러
FGS: 연료공급시스템
100: 축 발전기
200: 배터리 팩
300: 전력관리부
400: 칠러
500: 발전기냉각기
510: 순환펌프
520: 팽창 탱크
600: 이산화탄소 소화기
700: 클러치

Claims (16)

  1. 선박에 마련되는 추진엔진 및 발전엔진;
    상기 추진엔진과 추진용 프로펠러를 연결하는 축에 마련되는 축 발전기;
    상기 발전엔진에서 사용하고 남는 전력 및 상기 축 발전기에서 사용하고 남는 전력을 저장하는 배터리 팩;
    상기 선박에 마련되며 선내 요구 전력을 분석하여 송전하는 전력관리부;
    상기 배터리 팩 내측에 냉각을 위해 마련되는 쿨러(cooler);
    상기 쿨러로 냉각수를 공급하는 칠러(chiller);
    상기 발전엔진으로 공급될 냉각수를 냉각하는 발전기냉각기;
    상기 발전기냉각기로부터 상기 냉각수를 발전엔진으로 공급하는 순환펌프; 및
    상기 순환펌프 후단에서 상기 칠러를 거쳐 상기 발전기냉각기로 연결되는 칠러냉각라인:을 포함하며,
    상기 전력관리부에서는 남는 전력을 상기 배터리 팩에 충전시키고 선내 요구 전력을 분석하여 상기 배터리 팩으로부터 송전하고,
    상기 발전기냉각기에 의해 상기 발전엔진 및 칠러로 냉각수를 공급하는 것을 특징으로 하는 선박의 전력 관리 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 발전엔진은 85% 부하에서 정상 항해 시 선내 연료공급시스템의 운전 모드(Normal sea going FGSS mode)에서 요구하는 안정 전력량을 충족하는 용량으로 마련되는 것을 특징으로 하는 선박의 전력 관리 시스템.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 발전엔진은 3대가 마련되되,
    상기 선박의 정상 항해 시 1대가 가동되고, 선내 전기 소모량이 순간적으로 증가하면 전력관리부의 제어에 의해 상기 배터리 팩에 저장된 전력을 사용할 수 있는 것을 특징으로 하는 선박의 전력 관리 시스템.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 배터리 팩은 컨테이너 형식으로 구비되고, 상기 선박의 엔진룸과 분리되도록 선미 B-Deck에 배치되는 것을 특징으로 하는 선박의 전력 관리 시스템.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 선박에 마련되며 선내 선택적촉매환원장치(SCR)로 공급될 요소수를 저장하는 요소수탱크:를 더 포함하고,
    상기 쿨러로부터 배터리를 냉각시키고 배출된 냉각수는 상기 요소수탱크로 공급되어 요소수를 냉각시키고 상기 칠러로 회수되는 것을 특징으로 하는 선박의 전력 관리 시스템.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 요소수탱크는 선미부의 타기실(Steering Gear Room) 내부에 배치되고,
    상기 배터리 팩과 요소수탱크의 냉각용 코일(COOLING COIL)은 직렬로 연결되도록 마련되는 것을 특징으로 하는 선박의 전력 관리 시스템.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 칠러로부터 상기 냉각수를 상기 쿨러로 공급하는 냉각수라인;
    상기 냉각수라인에서 분기되어 쿨러를 우회하여 상기 냉각수를 상기 요소수탱크로 공급하는 요소수냉각라인; 및
    상기 냉각수라인에서 상기 요소수냉각라인의 분기지점에 마련되는 3방향 밸브:를 더 포함하며,
    상기 요소수탱크의 온도에 따라 상기 3방향 밸브에서는 상기 냉각수라인 및 요소수냉각라인으로 공급되는 상기 냉각수의 유량을 조절하는 것을 특징으로 하는 선박의 전력 관리 시스템.
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  9. 제 1항에 있어서,
    상기 냉각수를 칠러로 공급하기 위한 수두를 생성하는 팽창 탱크; 및
    상기 팽창 탱크로부터 상기 순환펌프의 전단으로 연결되는 가압배관:을 더 포함하고,
    상기 팽창 탱크는 B-Deck 상부에서 상기 칠러보다 높게 배치되는 것을 특징으로 하는 선박의 전력 관리 시스템.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 배터리 팩에서 발생하는 화재를 감지하는 파이어알람; 및
    상기 배터리 팩의 외측에 마련되며 상기 파이어알람이 울리면 상기 배터리 팩 내부로 이산화탄소를 분사하는 이산화탄소 소화기:를 더 포함하는 선박의 전력 관리 시스템.
  11. 제 1항 내지 제 7항, 제 9항 및 제 10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 추진엔진 및 축 발전기와 상기 추진용 프로펠러를 분리시키는 클러치:를 더 포함하고,
    상기 선박이 추진 중이 아닌 때 상기 클러치에 의해 상기 추진엔진 및 축 발전기에 의해 전력을 생산하여 공급할 수 있는 것을 특징으로 하는 선박의 전력 관리 시스템.
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