KR102315723B1 - 선박 추진 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 에너지 저장 장치 기반으로 PTH 모드의 안정적인 기동 환경을 제공할 수 있는 선박 추진 방법을 제공하기 위한 것으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 선박 추진 방법은 제어부가 선박의 메인 엔진의 분당 회전 송도 감소에 따라 축 발전기의 운전을 정지시키는 단계, 상기 제어부가 에너지 저장 장치에 저장된 전력을 방전시키는 단계, 상기 제어부가 보조 발전기에 연결된 부하를 상기 에너지 저장 장치로 전환시키는 단계, 상기 제어부가 상기 메인 엔진 및 상기 보조 발전기의 동작을 중지시키는 단계, 상기 제어부의 제어에 따라 상기 축 발전기는 상기 에너지 저장 장치로부터의 전력을 공급받아 상기 선박을 추진하는 PTH (Power Take Home) 모드로 운전하는 단계를 포함할 수 있다.

Description

선박 추진 방법{SHIP PROPULSION METHOD}
본 발명은 선박 추진 방법에 관한 것이다.
최근 들어, 선박 추진 시스템에서 축 발전기(Shaft Generator; SG)는 메인 엔진의 출력을 활용하여 발전기와 같이 전력 계통에 전력을 공급하는 PTO(Power Take Out)모드 외에도, 디젤 발전기 또는 에너지 저장 장치(Energy Storage System; ESS) 등으로부터 전력을 공급받아 전동기로 동작하여 선박 추진에 기여하는 PTI(Power Take In) 및 PTH(Power Take Home) 모드로의 운전이 점차적으로 고려되고 있다.
상술한 PTH 모드는 메인 엔진을 구동하기 않고 축 발전기 단독으로 선박 추진을 수행하는 방식으로, 메인 엔진의 고장 및 유지 보수 또는 무공해(Zero Emission) 구간에서 적용 가능한 축발전기 운전 방식이다.
특히, 무공해를 위한 PTH 모드 운전시에는 에너지 저장 장치나 연료 전지 등과 같은 친환경 에너지원을 활용하는 하이브리드 추진 시스템 구성이 요구된다.
이에 따라, 에너지 저장 장치 등의 추가적인 에너지원을 도입하고 이를 바탕으로 PTH 모드로 변환 및 운전시, 안정적인 기능 수행이 필요하다.
대한민국 공개특허공보 제10-2018-0116920호
본 발명의 일 실시예에 따르면, 에너지 저장 장치 기반으로 PTH 모드의 안정적인 기동 환경을 제공할 수 있는 선박 추진 방법이 제공된다.
상술한 본 발명의 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 선박 추진 방법은 제어부가 선박의 메인 엔진의 분당 회전 송도 감소에 따라 축 발전기의 운전을 정지시키는 단계, 상기 제어부가 에너지 저장 장치에 저장된 전력을 방전시키는 단계, 상기 제어부가 보조 발전기에 연결된 부하를 상기 에너지 저장 장치로 전환시키는 단계, 상기 제어부가 상기 메인 엔진 및 상기 보조 발전기의 동작을 중지시키는 단계, 상기 제어부의 제어에 따라 상기 축 발전기는 상기 에너지 저장 장치로부터의 전력을 공급받아 상기 선박을 추진하는 PTH (Power Take Home) 모드로 운전하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, PTH 모드시 에너지 저장 장치로부터의 전력을 안정적으로 투입할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 선박 추진 방법을 수행하기 위한 선박 추진 시스템의 개략적인 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 선박 추진 방법의 개략적인 동작을 나타내는 플로우 챠트이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 선박 추진 방법을 수행하기 위한 선박 추진 시스템의 개략적인 구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 선박 추진 방법을 수행하기 위한 선박 추진 시스템(100)은 메인 엔진(110), 축 발전기(110), 가변 주파수 드라이브(Variable Frequency Drive; VFD)(130), 에너지 저장 장치(Energy Saving System; ESS)(140), 교류 스위치 보드(AC Switch board; AC SWBD)(150), 발전기 엔진(160), 제어부(170), 선 충전 회로(Pre Charging Circuit)(180) 및 샤프트 클러치(shaft clutch)(190)를 포함할 수 있다.
메인 엔진(110)은 연료를 공급받아 축을 회전 동작 시켜, 상기 축에 연결된 프로펠러의 회전에 따라 선박을 추진할 수 있다.
축 발전기(120)는 선박의 메인 엔진(110)의 동작에 따라 전력을 생성할 수 있으며, 외부에서 전력을 공급받는 경우 전동기로 동작하여 단독으로 선박을 추진할 수도 있다.
축 발전기(120)는 메인 엔진(110)과 프로펠러 사이의 중간축에 설치하는 방식의 인-라인 타입 축 발전기(in-line type shaft generator (S/G))일 수 있다.
가변 주파수 드라이브(130)는 축 발전기(120)의 출력을 제어(전압 조정)할 수 있다. 가변 주파수 드라이브(130)는 축 발전기(120)로부터의 전력을 전압 조정 및 주파수 제어하여 출력을 제어할 수 있다.
가변 주파수 드라이브(130)는 교류-직류 컨버터(131), 직류 링크(DC Link) 캐패시터(132) 및 직류-교류 캐패시터(133)를 포함할 수 있다.
교류-직류 컨버터(131)는 축 발전기(120)로부터의 교류 전력을 직류 전력으로 변환할 수 있다.
직류 링크 캐패시터(132)는 에너지 저장 장치(140)에 연결되어 에너지 저장 장치(140)의 직류 전력을 공급받을 수 있다.
직류-교류 컨버터(133)는 교류-직류 컨버터(131) 또는 직류 링크 캐패시터(132)의 직류 전력을 사전에 설정된 교류 전력으로 변환하여 교류 스위치 보드(150)에 전달할 수 있다.
에너지 저장 장치(140)은 가변 주파수 드라이브(130)로부터의 가변된 전력을 저장하고, 제어부(170)의 제어에 따라 저장된 전력을 방전시킬 수 있다.
교류 스위치 보드(150)는 가변 주파수 드라이브(130)로부터의 교류 전력을 부하에 전달하거나, 발전기 엔진(160)에 의해 생성된 전력을 부하에 전달할 수 있다.
제어부(170)은 메인 엔진(110) 및 발전기 엔진(160)의 동작을 제어할 수 있으며, 축 발전기(120), 가변 주파수 드라이브(130), 에너지 저장 장치(140), 교류 메인 스위치보드(150), 선 충전 회로(180) 및 샤프트 클러치(190)의 동작을 제어할 수 있다.
선 충전 회로(180)는 에너지 저장 장치(140)와 직류 링크 캐패시터(132)의 전력 전달 경로에 배치될 수 있으며, 직류 링크 캐패시터(132)에 전력을 선 충전(pre charging)하여 에너지 저장 장치(140)의 초기 방전시 직류 링크 캐패시터(132)에 전달되는 돌입 전류를 억제할 수 있다.
샤프트 클러치(190)는 축 발전기(120)와 메인 엔진(110) 간에 배치되어, 제어부(170)의 제어에 따라 메인 엔진(110)과 상기 프로펠러 간을 격리시킬 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 선박 추진 방법의 개략적인 동작을 나타내는 플로우 챠트이다.
도 1과 함께 도 2를 참조하면, 먼저 PTH 모드로 운전이 개시되면(S10), 제어부(170)가 선박의 메인 엔진(110)의 분당 회전 속도 감소에 따라 축 발전기(120)의 운전을 정지시킬 수 있다(S20).
즉, 메인 엔진(110)이 슬로우 다운(slow down)하여 분당 회전 속도가 점점 감소하면(S21), 축 발전기(120)는 메인 엔진(110)의 동작에 따른 전력 생산 동작을 중지할 수 있다(S22).
이후, 제어부(170)가 에너지 저장 장치(140)의 전력을 방전시킬 수 있다(S30). 이때, 선 충전 회로(180)를 통해 가변 주파수 드라이브(130)의 직류 링크 캐패시터(132)를 선 충전시킬 수 있다.
다음으로, 제어부(170)의 제어에 따라, 교류 스위치 보드(150)는 발전기 엔진(160)에 연결된 부하가 에너지 저장 장치(140)로부터 공급되는 전력을 공급받도록 전력 전달 경로를 변경할 수 있다(S40). 더하여, 발전기 엔진(160)이 슬로우 다운(slow down)될 수 있다.
이후, 제어부(170)는 메인 엔진(110) 및 발전기 엔진(160)을 정지시킬 수 있다(S50).
마지막으로, 제어부(150)는 PTH 모드로 축 발전기(110)를 기동시킬 수 있다(S60). 즉, 축 발전기(110)는 에너지 저장 장치(140)로부터 전력을 공급받아 선박을 추진시킬 수 있다. 이때, 샤프트 클러치(190)는 메인 엔진(110)과 상기 프로펠러 간을 격리시킬 수 있다. 동시에, 가변 주파수 드라이브(130)는 슬로우 스타트(slow start)할 수 있다.
상술한 바와 같이, PTH 모드 운전은 그 운전 특성(메인 엔진 수리 및 보수 등에 따른 운전 불가, 무공해 목적의 메인 엔진 비운전)에 따라, 메인 엔진이 '0' rpm으로 중지된 상태에서 축 발전기(110)를 기동하여야 한다. 축 발전기(120)는 메인 엔진이 슬로우 다운(slow down)을 시작하여 일정 rpm 이하로 회전 속도가 낮아질 경우 전기적 출력을 발생하지 않기 때문에, 메인 엔진이 '0' rpm이 된 상황에서는 가변 주파수 드라이브(130)는 완전 방전 상태에 있게 된다.
따라서, PTH 모드 운영을 위해 메인 엔진이 '0' rpm이 된 상황에서는 에너지 저장 장치(140)에서 전력을 방전시켜 축 발전기(120)에 공급하여 축 발전기(120)를 전동기로 운전할 수 있다. 이때 선박의 전력 계통에 블랙 아웃(black out)이 발생되지 않도록, 전력 공급 측면에서는 발전기 엔진에서 에너지 저장 장치(140)로 부하 연결을 시기 적절하게 이루어짐에 따라 전력 계통 상의 블랙 아웃을 방지하고, 메인 엔진 및 발전기 엔진이 중지된 상태에서 에너지 저장 장치를 가변 주파수 드라이브의 슬로우 스타트를 통해 안정적으로 투입하여 무공해 PTH 모드로 운전할 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고 후술하는 특허청구범위에 의해 한정되며, 본 발명의 구성은 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 그 구성을 다양하게 변경 및 개조할 수 있다는 것을 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 쉽게 알 수 있다.
100: 선박 추진 시스템
110: 메인 엔진
120: 축 발전기
130: 가변 주파수 드라이브
140: 에너지 저장 장치
150: 교류 스위치 보드
160: 발전기 엔진
170: 제어부
180: 선 충전 회로
190: 샤프트 클러치

Claims (4)

  1. 제어부가 선박의 메인 엔진의 분당 회전 속도 감소에 따라 축 발전기의 운전을 정지시키는 단계;
    상기 제어부가 에너지 저장 장치에 저장된 전력을 방전시키는 단계;
    상기 제어부가 보조 발전기에 연결된 부하를 상기 에너지 저장 장치로 전환시키는 단계;
    상기 제어부가 상기 메인 엔진 및 상기 보조 발전기의 동작을 중지시키는 단계; 및
    상기 제어부의 제어에 따라 상기 축 발전기는 상기 에너지 저장 장치로부터의 전력을 공급받아 상기 선박을 추진하는 PTH (Power Take Home) 모드로 운전하는 단계를 포함하고,
    상기 에너지 저장 장치에 저장된 전력을 방전시키는 단계는 상기 제어부가 상기 에너지 저장 장치와 상기 축 발전기로부터의 전력을 변환하는 가변 주파수 드라이브의 직류 링크 캐패시터 간의 전력 전달 경로에 배치된 선 충전 회로를 제어하여 상기 직류 링크 캐패시터에 전력을 선 충전(pre charging)해서 상기 에너지 저장 장치의 초기 방전시 상기 직류 링크 캐패시터에 전달되는 돌입 전류를 억제하는 선박 추진 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 PTH 모드로 운전하는 단계는 상기 제어부가 상기 에너지 저장 장치로부터의 전력을 상기 축 발전기에 전달하는 상기 가변 주파수 드라이브를 슬로우 스타트(slow start) 시키는 선박 추진 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 PTH 모드로 운전하는 단계는
    상기 제어부가 샤프트 클러치를 분리시켜 상기 메인 엔진과 프로펠러 간을 격리시키는 선박 추진 방법.
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