KR102432740B1 - 이동형 선박 전력 공급 시스템 - Google Patents

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최윤석
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김준호
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Abstract

본 발명은, 선박의 정박 위치에 제한없이 전력을 공급할 수 있는 이동형 선박 전력 공급 시스템을 제공하기 위한 것으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 이동형 선박 전력 공급 시스템은 선박의 전력 공급을 관제하는 중앙 관제 시스템, 상기 선박에 전력 공급이 가능한 위치로 이동하여 상기 중앙 관제 시스템의 제어에 따라 상기 선박에 전력을 공급하는 적어도 하나의 이동 전력 공급 장치를 구비하는 이동 전력 공급 시스템을 포함하고, 상기 적어도 하나의 이동 전력 공급 장치는 상기 선박의 부하 상태에 따라 메인 직류 전력과 보조 직류 전력을 상보적으로 선박용 교류 전력으로 변환하여 상기 선박에 공급할 수 있다.

Description

이동형 선박 전력 공급 시스템{MOVABLE TYPE POWER SUUPLY SYSTEM FOR SHIP}
본 발명은 이동형 선박 전력 공급 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 선박에서는 선내 발전기를 통해 선박 운항에 필요한 전력을 자체 생산하여 사용한다. 하지만, 선박이 항만에 정박 중일 때도 발전기를 가동하게 되면 화석 연료 소비로 인해 이산화탄소, 아황산가스 등의 배기 가스가 다량 배출되면서 주변의 대기 환경이 심각하게 오염되는 문제가 있다.
이에 따라, 최근에는 선박이 항만에 정박하는 동안에는 선내 발전기의 가동을 중지하는 대신에, 항만으로부터 육상 전원을 직접 공급받아 사용하도록 되어 있다. 또한 이를 위해 육상 전원을 받아 선박용 전원으로 변환하는 AMP(Alternative Maritime Power; 대체 해상 전원) 장치가 사용된다. 통상적으로 AMP 장치는 육상 전원 공급 장치로 명명된다.
즉, 항만에 정박 중인 선박은 자가 발전을 중단하는 대신 AMP 장치로부터 육상 전원을 공급받아 동작한다.
일반적으로 AMP 장치는 항만에서 육상 전원을 받아 이를 다시 선박용 전원으로 변환(전압, 주파수 조정)하여 항만에 정박 중인 선박에 자가 발전 전원의 대용으로 대체 전원을 공급하기 위해 사용된다.
그러나, 항구에 입항한 모든 선박이 수전 설비를 보유한 것이 아니고, 선박의 정박은 부두의 접안 능력이 우선 고려되기 때문에, 수전 설비가 없는 선박이 AMP 장치가 설치된 선석에 정박하거나, 반대로 수전 설비를 보유한 선박이 AMP 장치가 설치되니 않은 선석에 정박하는 경우 필요한 선박용 전력을 공급하지 못하는 문제점이 있으며, 또한, 상하자 작업을 마친 다수의 선박이 선석에 정박하지 않고 연안에 정박하는 경우 종래의 AMP 장치로는 연안에 정박중인 선박에 전력을 공급할 수 없는 문제점이 있다.
대한민국 공개특허공보 제10-2013-0128001호 일본 공개특허공보 2006-290265호
본 발명의 일 실시예에 따르면, 선박의 정박 위치에 제한없이 전력을 공급할 수 있는 이동형 선박 전력 공급 시스템이 제공된다.
상술한 본 발명의 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 이동형 선박 전력 공급 시스템은 선박의 전력 공급을 관제하는 중앙 관제 시스템, 상기 선박에 전력 공급이 가능한 위치로 이동하여 상기 중앙 관제 시스템의 제어에 따라 상기 선박에 전력을 공급하는 적어도 하나의 이동 전력 공급 장치를 구비하는 이동 전력 공급 시스템을 포함하고, 상기 적어도 하나의 이동 전력 공급 장치는 상기 선박의 부하 상태에 따라 메인 직류 전력과 보조 직류 전력을 상보적으로 선박용 교류 전력으로 변환하여 상기 선박에 공급할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 선박의 정박 위치에 영향받지 않고, 대기 오염을 발생시키지 않으면서 선박내 전력 공급이 가능하고, 선박내 수전 설비를 보유한 선박에 이동 전력 공급 장치를 이동 적용하여 선박 전력 공급 시스템의 설치 수량을 최소화하고 시스템 이용률을 높일 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이동형 선박 전력 공급 시스템의 개략적인 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이동형 선박 전력 공급 시스템의 이동 전력 공급 장치의 개략적인 구성도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이동형 선박 전력 공급 시스템의 활용예를 개략적으로 나타낸 도면이다.
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 이동형 선박 전력 공급 시스템의 개략적인 구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이동형 선박 전력 공급 시스템(100)은 중앙 관제 시스템(110) 및 이동 전력 공급 시스템(120)을 포함할 수 있다.
중앙 관제 시스템(110)은 이동 전력 공급 시스템(120)의 이동 현황, 전력 공급 등을 관제할 수 있다.
이동 전력 공급 시스템(120)은 적어도 하나의 이동 전력 공급 장치(120-1,120-N)(이하, N은 1 이상의 자연수를 의미)를 포함할 수 있다.
이동 전력 공급 장치(120-1,120-N)는 이동 가능한 컨테이너, 모듈 등으로 구성될 수 있으며, 전력 공급 제어부 및 전력 공급부를 포함할 수 있다.
이동 전력 공급 장치(120-1,120-N)의 전력 공급부는 선박(A1,AN)에 선박용 교류 전력을 공급하고, 이동 전력 공급 장치(120-1,120-N)의 전력 공급 제어부는 선박(A1,AN)의 부하 상태에 따라 상기 전력 공급부의 전력 공급을 제어할 수 있다.
이동 전력 공급 장치(120-1,120-N)가 복수개 구비되는 경우, 복수개의 이동 전력 공급 장치(120-1,120-N) 각각은 중앙 관제 시스템(110)의 관제에 따라 복수의 선박(A1,AN) 중 해당 선박에 인접하게 이동하여 해당 선박에 선박용 교류 전력을 공급할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이동형 선박 전력 공급 시스템의 이동 전력 공급 장치의 개략적인 구성도이다.
도 1과 함께 도 2를 참조하면, 이동형 선박 전력 공급 시스템(120)의 이동 전력 공급 장치(120-1,120-N)은 전력 공급 제어부(121) 및 전력 공급부(122)를 포함할 수 있다.
전력 공급부(122)는 연료 전지부(122a), 직류/직류 변환부(122b), 에너지 저장부(122c), 직류/교류 변환부(122d), 트랜스포머(122e), 연결부(122f)를 포함할 수 있다.
연료 전지부(122a)는 메인 직류 전력을 생성하는 적어도 하나의 연료 전지(Fuel Cell)(FC)를 가질 수 있다. 적어도 하나의 연료 전지는 단위 모듈로 구성될 수 있으며, 해당 선박에 공급해야 하는 전력량이 상기 단위 모듈의 전력 용량보다 큰 경우, 복수의 연료 전지가 병렬 연결될 수 있다.
직류/직류 변환부(122b)는 연료 전지부(122a)의 적어도 하나의 연료 전지(FC)로부터의 상기 메인 직류 전력의 레벨을 가변하여 공급 가능한 직류 전력으로 변환하는 적어도 하나의 직류/직류 컨버터(DC/DC)를 가질 수 있다. 마찬가지로, 해당 선박에 공급해야 하는 전력량이 상기 단위 모듈의 전력 용량보다 큰 경우, 병렬 연결된 복수의 연료 전지(FC) 각각의 상기 메인 직류 전력의 레벨을 가변하는 복수의 직류/직류 컨버터(DC/DC)가 구비될 수 있다.
에너지 저장부(122c)(Enegry Storage System; ESS)는 전력 공급 제어부(121)의 제어에 따라 상기 보조 직류 전력을 방전할 수 있다.
직류/교류 변환부(122d)는 전력 공급 제어부(121)의 제어에 따라 직류/직류 변환부(122b)로부터의 직류 전력 또는 에너지 저장부(122c)로부터의 상기 보조 직류 전력을 교류 전력으로 변환할 수 있다.
전력 공급 제어부(121)는 선박의 부하 상태에 따라 연료 전지(FC)로부터의 상기 메인 직류 전력을 변환한 상기 직류 전력 또는 에너지 저장부(122c)로부터의 상기 보조 직류 전력이 상기 선박용 교류 전력으로 변환되어 해당 선박에 공급되도록 제어할 수 있다.
전력 공급 제어부(121)는 해당 선박의 운영 시스템과의 통신을 통해 기기간 상호 연결 및 전력 공급을 위한 필수 정보(수전 준비 상태, 전력의 전압 또는 주파수 정보, 시스템 이상 여부 등)을 송수신할 수 있으며, 상기 선박용 교류 전력이 공급되는 전력 케이블에 내장된 광 기반의 유선 케이블로 상기 필수 정보를 송수신할 수 있다.
또한, 전력 공급 제어부(121)는 연료 전지(FC)의 연료 잔량, 에너지 저장부(122c)(ESS)의 배터리 잔량, 선박의 부하량 등을 지속적으로 모니터링하여, 시스템 운영비 최소화를 목적 함수로 연료 전지 출력과 에너지 저장부의 충방전을 제어할 수 있다.
연료 전지(FC)은 에너지 저장부(122c)(ESS)에 대비하여 느린 응답 특성을 갖지만 높은 에너지 밀도를 갖는 상기 메인 직류 전력을 출력할 수 있으며, 에너지 저장부(122c)(ESS)는 상대적으로 빠른 응답 특성과 높은 전력 밀도를 갖는 상기 보조 직류 전력을 출력할 수 있어, 전력 공급 제어부(121)는 상보적으로 상기 메인 직류 전력 또는 상기 보조 직류 전력을 상기 선박용 교류 전력으로 변환하여 해당 선박에 공급하도록 제어할 수 있다.
전력 공급 제어부(121)는 해당 선박의 운영 시스템과 통신하여, 해당 선박의 전력 발전을 일정 시간 유지하면서 상기 선박용 교류 전력을 공급하여 부하를 분담할 수 있고, 일정 시간 이후 해당 선박의 전력 발전이 종료되도록 제어 후 상기 선박용 교류 전력을 지속적으로 공급하여 부하를 전담할 수 있다. 더하여, 전력 공급 제어부(121)는 연료 전지(FC)로부터의 상기 메인 직류 전력을 상기 선박용 교류 전력으로 변환하도록 제어하여 해당 선박에 공급하고, 해당 선박의 부하 변동이 사전에 설정된 기준 이상이면, 응답 속도가 빠른 에너지 저장부(122c)(ESS)의 상기 보조 직류 전력를 방전시켜 상기 선박용 교류 전력으로 변환하도록 제어하여 해당 선박에 공급할 수 있다.
직류/교류 변환부(122d)는 전력의 전압 레벨과 주파수를 가변할 수 있으며 국가 별로 상이한 주파수를 갖는 선박 전력 공급을 위해 50Hz 또는 60Hz로 상기 교류 전력의 주파수를 가변시킬 수 있다. 트랜스포머(122e)는 직류/교류 변환부(122d)로부터의 상기 교류 전력을 상기 선박용 교류 전력으로 가변할 수 있고, 연결부(122f)는 트랜스포머(122e)로부터의 상기 선박용 교류 전력을 상기 선박에 연결된 전력 케이블을 통해 상기 선박에 전달할 수 있다.
트랜스포머(122e)는 선박과 이동 전력 공급 장치(120-1,120-N) 간의 전기적 절연과 전압 동기를 제공할 수 있으며, 입출력 양단에 개폐장치를 구비하여 무부하 전류, 부하 전류, 고장 전류의 차단과 접지를 제공할 수 있다.
상술한 연료 전지부(122a), 직류/직류 변환부(122b), 에너지 저장부(122c), 직류/교류 변환부(122d), 트랜스포머(122e) 등은 모듈화되어 컨테이너 등으로 구성될 수 있는 이동 전력 공급 장치(120-1,120-N) 내부에 설치될 수 있으며, 차량 또는 선박을 이용하여 해당 선박에 상기 선박용 교류 전력을 공급할 수 있는 위치로 이동할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이동형 선박 전력 공급 시스템의 활용예를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3의 (a)를 참조하면, 이동 전력 공급 장치(120-1,120-N)는 선석(C)에서 차량에 탑재한 채 선박에 결선되어 단기간 선박용 교류 전력을 공급할 수 있고, 도 3의 (b)를 참조하면, 이동 전력 공급 장치(120-1,120-N)는 선석(C)에서 차량 등에서 하차한 컨테이너로 구성되어 중기/장기적으로 선박에 상기 선박용 교류 전력을 공급할 수 있으며, 도 3의 (c)를 참조하면, 선석(C)에서 떨어진 연안에 있는 선박에 바지선(B) 또는 해당 선박에 컨테이너를 배치하여 해당 선박에 상기 선박용 교류 전력을 공급할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 선박의 정박 위치에 영향받지 않고, 대기 오염을 발생시키지 않으면서 선박내 전력 공급이 가능하고, 선박내 수전 설비를 보유한 선박에 이동 전력 공급 장치를 이동 적용하여 선박 전력 공급 시스템의 설치 수량을 최소화하고 시스템 이용률을 높일 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: 이동형 선박 전력 공급 시스템
110: 중앙 관제 시스템
120: 이동 전력 공급 시스템
120-1,120-N: 적어도 하나의 이동 전력 공급 장치
121: 전력 공급 제어부
122: 전력 공급부
122a: 연료 전지부
122b: 직류/직류 변환부
122c: 에너지 저장부
122d: 직류/교류 변환부
122e: 트랜스포머
122f: 연결부

Claims (5)

  1. 선박의 전력 공급을 관제하는 중앙 관제 시스템; 및
    상기 선박에 전력 공급이 가능한 위치로 이동하여 상기 중앙 관제 시스템의 제어에 따라 상기 선박에 전력을 공급하는 적어도 하나의 이동 전력 공급 장치를 구비하는 이동 전력 공급 시스템을 포함하고,
    상기 적어도 하나의 이동 전력 공급 장치는 상기 선박의 부하 상태에 따라 메인 직류 전력과 보조 직류 전력을 상보적으로 선박용 교류 전력으로 변환하여 상기 선박에 공급하고,
    상기 적어도 하나의 이동 전력 공급 장치는
    상기 선박의 부하 상태에 따라 상기 메인 직류 전력과 상기 보조 직류 전력을 상보적으로 상기 선박용 교류 전력으로 변환을 제어하는 전력 공급 제어부; 및
    상기 전력 공급 제어부의 제어에 따라 상기 메인 직류 전력과 상기 보조 직류 전력을 상보적으로 상기 선박용 교류 전력으로 변환하여 상기 선박에 공급하는 전력 공급부를 포함하며,
    상기 전력 공급 제어부는 상기 선박에서의 전력 발전을 일정 시간 유지시키고, 상기 선박의 부하 상태가 사전에 설정된 기준 이상으로 변동하면 상기 보조 직류 전력을 상기 선박용 교류 전력으로 변환시켜 공급하도록 제어하고,
    상기 메인 직류 전력을 생성하는 연료 전지의 연료 잔량, 상기 보조 직류 전력을 방전하는 에너지 저장부의 배터리 잔량, 선박의 부하량을 지속적으로 모니터링하여, 시스템 운영비 최소화를 목적 함수로 상기 연료 전지의 출력과 상기 에너지 저장부의 충방전을 제어하는 이동형 선박 전력 공급 시스템.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 전력 공급부는
    상기 메인 직류 전력을 생성하는 적어도 하나의 연료 전지를 갖는 연료 전지부;
    상기 적어도 하나의 연료 전지로부터의 메인 직류 전력을 공급 가능한 직류 전력으로 가변하는 적어도 하나의 직류/직류 컨버터를 갖는 직류/직류 변환부;
    상기 전력 공급 제어부의 제어에 따라 상기 보조 직류 전력을 방전하는 에너지 저장부;
    상기 전력 공급 제어부의 제어에 따라 상기 직류/직류 변환부로부터의 직류 전력 또는 상기 에너지 저장부로부터의 상기 보조 직류 전력을 교류 전력으로 변환하는 직류/교류 변환부;
    상기 직류/교류 변환부로부터의 상기 교류 전력을 상기 선박용 교류 전력으로 가변하는 트랜스포머; 및
    상기 트랜스포머로부터의 상기 선박용 교류 전력을 상기 선박에 연결된 전력 케이블을 통해 상기 선박에 전달하는 연결부
    를 포함하는 이동형 선박 전력 공급 시스템.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 이동 전력 공급 시스템은 복수의 이동 전력 공급 장치를 구비하고,
    상기 중앙 관제 시스템은 상기 복수의 이동 전력 공급 장치 각각이 복수의 선박 중 해당하는 선박으로의 전력 공급을 제어하는 이동형 선박 전력 공급 시스템.
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