KR102571302B1

KR102571302B1 - 선박용 전원 시스템, 이것을 구비한 선박, 선박용 전원 시스템의 제어 방법 및 선박용 전원 시스템의 제어 프로그램

Info

Publication number: KR102571302B1
Application number: KR1020217021314A
Authority: KR
Inventors: 아키라 가와나미; 게이이치 시라이시; 유스케 이마모리; 무사시 사카모토
Original assignee: 미쓰비시주코마린마시나리 가부시키가이샤
Priority date: 2019-01-10
Filing date: 2019-01-10
Publication date: 2023-08-25
Also published as: CN113286741A; CN113286741B; EP3892531A4; EP3892531A1; KR20210099108A; WO2020144792A1

Abstract

디젤 발전기, 유기 랭킨 사이클 시스템 및 이차 전지를 구비하고 디젤 발전기를 고부하 운전하는 선박용 전원 시스템, 이것을 구비한 선박, 선박용 전원 시스템의 제어 방법 및 선박용 전원 시스템의 제어 프로그램을 제공하는 것을 목적으로 한다. 제어 장치(9)가 디젤 발전기(10), ORC 시스템(2) 및 이차 전지(20)를 조합하여 선내 수요 전력을 조달하도록 제어를 행하는 선박용 전원 시스템(1)으로서, 디젤 발전기(10)는 평균 선내 수요 전력에 대하여 부하율이 60% 이상 90% 이하이며, 제어 장치(9)는 선내 수요 전력이 디젤 발전기(10) 및 ORC 시스템(2)의 합계 출력을 초과하지 않는 경우에 잉여분의 전력을 이차 전지(20)에 충전하도록 제어를 행하고, 선내 수요 전력이 디젤 발전기(10) 및 ORC 시스템(2)의 합계 출력을 초과하는 경우에 이차 전지(20)에 축전된 전력을 방전하도록 제어를 행한다.

Description

선박용 전원 시스템, 이것을 구비한 선박, 선박용 전원 시스템의 제어 방법 및 선박용 전원 시스템의 제어 프로그램{MARINE POWER SUPPLY SYSTEM, VESSELS EQUIPPED WITH SAME, MARINE POWER SUPPLY SYSTEM CONTROL METHOD, AND MARINE POWER SUPPLY SYSTEM CONTROL PROGRAM}

본 발명은, 선박용 전원 시스템, 이것을 구비한 선박, 선박용 전원 시스템의 제어 방법 및 선박용 전원 시스템의 제어 프로그램에 관한 것이다.

선박에 있어서, 선내의 전력 부하를 조달하기 위하여, 다양한 방법이 검토되고 있다.

예를 들면, 특허문헌 1에는, 파워 터빈으로 발전한 전력을 축전하여, 선내 부하가 증가한 경우에 축전한 전력을 이용하는 것이 개시되어 있다.

또, 특허문헌 2에는, 선박에 마련된 과급기와 동일축 상의 발전기로 발전한 전력을 축전하여, 선내 부하가 증가한 경우에 축전한 전력을 이용하는 것이 개시되어 있다.

한편, 특허문헌 3에는, 추진용 메인 엔진을 냉각한 재킷수와 열교환한 유기 열매체를 열원으로 하여 발전을 행하는 유기 랭킨 사이클 시스템이 개시되어 있다.

또, 특허문헌 4에는, 선박에 마련된 과급기와 동일축 상의 발전기로 발전한 전력으로 선내 부하를 조달하고, 일부를 이차 전지에 축전하여, 긴급 정지 시에 이용하는 디젤 발전 설비가 발전을 개시할 때까지의 사이에 이차 전지로부터 전력을 공급하는 것이 개시되어 있다.

일본 공개특허공보 2009-137383호 일본 공개특허공보 2011-256827호 일본 공개특허공보 2016-142223호 일본 특허공보 제5804728호

그러나, 상기 특허문헌 1, 2 및 4에 개시된 발명에 있어서는, 디젤 발전기는 주(主)기관이 정지하고 있는 경우 등에 발전을 행하기 위하여 마련된 비상용의 발전기이다. 상기 특허문헌 1, 2 및 4에 개시된 발명에서는 디젤 발전기의 부하율에 대한 검토가 이루어져 있지 않기 때문에, 경우에 따라서는 디젤 발전기의 연비 효율이 나쁘다는 문제가 있었다.

상기 특허문헌 1, 2 및 4에 개시된 발명에 대하여, 상기 특허문헌 3에 개시된 발명을 적용했다고 해도 동일한 과제가 존재한다.

상기 특허문헌 4에 개시된 발명에 있어서, 디젤 발전기의 고효율화를 도모하고 연비 개선을 행하기 위하여 이차 전지를 이용하여 디젤 발전기의 부하의 변동을 평준화하는 것이 생각된다. 이차 전지는 충방전 효율이 나쁘고, 단순히 이차 전지를 설치한 것만으로는 디젤 발전기의 효율 개선과 이차 전지의 충방전 손실이 상쇄되어, 연비 개선의 목적에 대해서는 효과가 적다는 것을 알 수 있다.

종래의 시스템은, 발전을 행하는 장치로서 선내 수요 전력의 변동에 알맞는 용량의 메인 디젤 발전기만이 마련되어 있었다. 이 종래의 시스템에 대하여, 유기 랭킨 사이클 시스템 및 이차 전지를 추가로 설치하여, 메인 디젤 발전기의 부하의 평활화를 행한다고 하면, 메인 디젤 발전기의 부하율은 일정해지고, 상시 저부하에서의 운전이 행해지게 된다. 여기에서, 메인 디젤 발전기의 저부하에서의 운전은, 연비 효율이 나쁘다는 문제가 있다.

본 개시는, 이와 같은 사정을 감안하여 이루어진 것으로서, 디젤 발전기, 유기 랭킨 사이클 시스템 및 이차 전지를 구비하여 디젤 발전기를 고부하 운전하는 선박용 전원 시스템, 이것을 구비한 선박, 선박용 전원 시스템의 제어 방법 및 선박용 전원 시스템의 제어 프로그램을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 과제를 해결하기 위하여, 본 개시의 선박용 전원 시스템, 이것을 구비한 선박, 선박용 전원 시스템의 제어 방법 및 선박용 전원 시스템의 제어 프로그램은 이하의 수단을 채용한다.

본 개시의 제1 양태에 관한 선박용 전원 시스템은, 발전을 행하는 디젤 발전기와, 유기 열매체를 열원으로 하여 발전을 행하는 유기 랭킨 사이클 시스템과, 이차 전지와, 제어 장치를 구비하고, 상기 제어 장치는, 상기 디젤 발전기, 상기 유기 랭킨 사이클 시스템 및 상기 이차 전지를 조합하여 선내 수요 전력을 조달하도록 제어를 행하는 선박용 전원 시스템으로서, 상기 디젤 발전기는, 평균 선내 수요 전력에 대하여 부하율이 60% 이상 90% 이하이며, 상기 제어 장치는, 선내 수요 전력이 상기 디젤 발전기 및 상기 유기 랭킨 사이클 시스템의 합계 출력을 초과하지 않는 경우에 잉여분의 전력을 상기 이차 전지에 충전하도록 제어를 행하고, 상기 선내 수요 전력이 상기 디젤 발전기 및 상기 유기 랭킨 사이클 시스템의 합계 출력을 초과하는 경우에 상기 이차 전지에 축전된 상기 전력을 방전하도록 제어를 행한다.

본 양태에 의하면, 발전을 행하는 디젤 발전기와, 유기 열매체를 열원으로 하여 발전을 행하는 유기 랭킨 사이클 시스템과, 이차 전지와, 제어 장치를 구비하고, 상기 제어 장치는, 상기 디젤 발전기, 상기 유기 랭킨 사이클 시스템 및 상기 이차 전지를 조합하여 선내 수요 전력을 조달하도록 제어를 행하는 선박용 전원 시스템으로서, 상기 디젤 발전기는, 평균 선내 수요 전력에 대하여 부하율이 60% 이상 90% 이하이며, 상기 제어 장치는, 선내 수요 전력이 상기 디젤 발전기 및 상기 유기 랭킨 사이클 시스템의 합계 출력을 초과하지 않는 경우에 잉여분의 전력을 상기 이차 전지에 충전하도록 제어를 행하고, 상기 선내 수요 전력이 상기 디젤 발전기 및 상기 유기 랭킨 사이클 시스템의 합계 출력을 초과하는 경우에 상기 이차 전지에 축전된 상기 전력을 방전하도록 제어를 행한다. 이로써, 선내 수요 전력이 평균의 값의 부근에서는 디젤 발전기를 양호한 연비 효율의 부하율로 이용하고, 선내 수요 전력이 증가하면 디젤 발전기에 더하여 유기 랭킨 사이클 시스템 및 이차 전지를 이용하여 증가분을 커버할 수 있다.

유기 랭킨 사이클 시스템 및 이차 전지로 발전을 행하는 점에서, 디젤 발전기의 용량을 삭감할 수 있다, 즉 저용량의 디젤 발전기를 이용할 수 있기 때문에, 도입 비용을 삭감할 수 있다.

유기 랭킨 사이클 시스템으로 이차 전지의 충전을 행하는 경우는, 디젤 발전기를 이용하여 이차 전지의 충전을 행할 필요가 없기 때문에 디젤 발전기의 연료비를 삭감할 수 있다.

통상 항해 중에는 이차 전지의 충전을 행하여, 출항 시의 바우 스러스터 기동 등의 급격한 부하 상승을 이차 전지의 방전으로 조달하는 점에서, 특히 항만역에서의 디젤 발전기의 흑연 발생을 방지할 수 있다.

본 개시의 제2 양태에 관한 선박용 전원 시스템은, 발전을 행하는 디젤 발전기와, 유기 열매체를 열원으로 하여 발전을 행하는 유기 랭킨 사이클 시스템과, 이차 전지와, 제어 장치를 구비하고, 상기 제어 장치는, 상기 디젤 발전기, 상기 유기 랭킨 사이클 시스템 및 상기 이차 전지를 조합하여 선내 수요 전력을 조달하도록 제어를 행하는 선박용 전원 시스템으로서, 상기 디젤 발전기는, 메인 디젤 발전기보다 출력이 작은 발전기이며, 상기 제어 장치는, 선내 수요 전력이 상기 디젤 발전기 및 상기 유기 랭킨 사이클 시스템의 합계 출력을 초과하지 않는 경우에 잉여분의 전력을 상기 이차 전지에 충전하도록 제어를 행하고, 상기 선내 수요 전력이 상기 디젤 발전기 및 상기 유기 랭킨 사이클 시스템의 합계 출력을 초과하는 경우에 상기 이차 전지에 축전된 상기 전력을 방전하도록 제어를 행한다.

본 양태에 의하면, 발전을 행하는 디젤 발전기와, 유기 열매체를 열원으로 하여 발전을 행하는 유기 랭킨 사이클 시스템과, 이차 전지와, 제어 장치를 구비하고, 상기 제어 장치는, 상기 디젤 발전기, 상기 유기 랭킨 사이클 시스템 및 상기 이차 전지를 조합하여 선내 수요 전력을 조달하도록 제어를 행하는 선박용 전원 시스템으로서, 상기 디젤 발전기는, 메인 디젤 발전기보다 출력이 작은 발전기이며, 상기 제어 장치는, 선내 수요 전력이 상기 디젤 발전기 및 상기 유기 랭킨 사이클 시스템의 합계 출력을 초과하지 않는 경우에 잉여분의 전력을 상기 이차 전지에 충전하도록 제어를 행하고, 상기 선내 수요 전력이 상기 디젤 발전기 및 상기 유기 랭킨 사이클 시스템의 합계 출력을 초과하는 경우에 상기 이차 전지에 축전된 상기 전력을 방전하도록 제어를 행한다. 이로써, 메인 디젤 발전기를 이용하지 않고 메인 디젤 발전기보다 소출력의 발전기로 선내 수요 전력을 조달할 수 있다.

디젤 발전기는, 고부하역에서 가동함으로써 저연비로 할 수 있다. 메인 디젤 발전기를 이용하여 선내 수요 전력을 조달하는 경우에, 메인 디젤 발전기의 용량에 대하여 선내 수요 전력이 낮은 경우는, 메인 디젤 발전기는 저부하역에서 가동하게 되어 연비 효율이 나쁘다.

또, 정전 발생 시의 단시간의 전력 공급이나, 메인 디젤 발전기의 고효율화 및 제어의 간이화를 목적으로 한 메인 디젤 발전기의 부하의 평활화를 행하기 위하여 이차 전지를 마련하는 것이 생각된다. 그러나, 이차 전지는 충방전 효율이 나쁘고, 단순히 이차 전지를 설치한 것만으로는 메인 디젤 발전기의 효율 개선이 이차 전지의 충방전 시의 손실로 상쇄되어 버리기 때문에, 연비 개선의 효과가 적다.

따라서, 메인 디젤 발전기보다 소출력의 디젤 발전기를 이용하는 것으로 한다. 이로써, 디젤 발전기는 고부하역에서 가동하게 되어, 연비를 억제할 수 있다. 디젤 발전기만으로는 선내 수요 전력을 조달할 수 없는 경우에 유기 랭킨 사이클 시스템 및 이차 전지를 조합하여 이용함으로써, 선내 수요 전력의 증가분을 커버할 수 있다.

유기 랭킨 사이클 시스템 및 이차 전지로 발전을 행하는 점에서, 디젤 발전기의 용량을 삭감할 수 있다. 저용량의 디젤 발전기를 이용할 수 있기 때문에, 도입 비용을 삭감할 수 있다.

통상 항해 중에는 이차 전지의 충전을 행하여, 출항 시의 바우 스러스터 기동 등의 급격한 부하 상승을 이차 전지의 방전으로 조달한다. 이로써, 특히 항만역에서의 디젤 발전기의 흑연 발생을 방지할 수 있다.

상기 제2 양태에서는, 상기 제어 장치는, 상기 디젤 발전기 및 상기 유기 랭킨 사이클 시스템의 출력을 일정하게 제어하는 것으로 해도 된다.

본 양태에 의하면, 제어 장치는, 디젤 발전기 및 유기 랭킨 사이클 시스템의 출력을 일정하게 제어한다. 이로써 제어 장치는, 복잡한 제어를 필요로 하지 않는다. 또, 디젤 발전기의 출력을 고부하 운전이 되는 것 같은 소정의 값으로 설정할 수 있다. 부하의 변동에 대해서는, 이차 전지의 충방전으로 대응한다.

상기 제2 양태에서는, 상기 제어 장치는, 선내 수요 전력의 증감에 따라 상기 디젤 발전기의 발전 정지를 전환하는 제어를 행하는 것으로 해도 된다.

본 양태에 의하면, 제어 장치는, 선내 수요 전력의 증감에 따라 디젤 발전기의 발전 정지를 전환하는 제어를 행한다. 이로써, 디젤 발전기가 고부하 운전이 되는 경우만 디젤 발전기를 운전하기 때문에, 디젤 발전기의 연비를 억제할 수 있다. 디젤 발전기가 정지되어 있는 경우는, 유기 랭킨 사이클 시스템 및 이차 전지로 선내 수요 전력을 조달한다.

본 개시의 제3 양태에 관한 선박은, 상술한 선박용 전원 시스템을 구비한다.

본 개시의 제4 양태에 관한 선박용 전원 시스템의 제어 방법은, 디젤 발전기, 유기 랭킨 사이클 시스템 및 이차 전지를 조합하여 선내 수요 전력을 조달하도록 제어를 행하는 선박용 전원 시스템의 제어 방법으로서, 평균 선내 수요 전력에 대하여 디젤 발전기의 부하율이 60% 이상 90% 이하가 되도록 제어하는 공정과, 선내 수요 전력이 상기 디젤 발전기 및 상기 유기 랭킨 사이클 시스템의 합계 출력을 초과하지 않는 경우에, 잉여분의 전력을 이차 전지에 충전하도록 제어하는 공정과, 상기 선내 수요 전력이 상기 디젤 발전기 및 상기 유기 랭킨 사이클 시스템의 상기 합계 출력을 초과하는 경우에, 상기 이차 전지에 축전된 상기 전력을 방전하도록 제어하는 공정을 갖는다.

본 개시의 제5 양태에 관한 선박용 전원 시스템의 제어 프로그램은, 디젤 발전기, 유기 랭킨 사이클 시스템 및 이차 전지를 조합하여 선내 수요 전력을 조달하도록 제어를 행하는 선박용 전원 시스템의 제어 프로그램으로서, 평균 선내 수요 전력에 대하여 디젤 발전기의 부하율이 60% 이상 90% 이하가 되도록 제어하는 스텝과, 선내 수요 전력이 상기 디젤 발전기 및 상기 유기 랭킨 사이클 시스템의 합계 출력을 초과하지 않는 경우에, 잉여분의 전력을 이차 전지에 충전하도록 제어하는 스텝과, 상기 선내 수요 전력이 상기 디젤 발전기 및 상기 유기 랭킨 사이클 시스템의 상기 합계 출력을 초과하는 경우에, 상기 이차 전지에 축전된 상기 전력을 방전하도록 제어하는 스텝을 갖는다.

본 개시에 의하면, 디젤 발전기를 고부하 운전하므로, 디젤 발전기의 연비를 저연비로 할 수 있다.

도 1은 메인 디젤 발전기를 이용한 선박용 전원 시스템을 나타낸 개략 구성도이다.
도 2는 ORC 시스템을 나타낸 개략 구성도이다.
도 3은 디젤 발전기의 출력에 대한 연비를 나타낸 그래프이다.
도 4는 도 1의 구성을 이용한 경우의 전력, 연비율, 연료 소비량 적산값 및 이차 전지 충전량의 각 값의 추이를 나타낸 그래프이다.
도 5는 본 개시의 제1 실시형태에 관한 선박용 전원 시스템을 나타낸 개략 구성도이다.
도 6은 본 개시의 제1 실시형태에 관한 선박용 전원 시스템을 이용한 경우의 전력, 연비율, 연료 소비량 적산값 및 이차 전지 충전량의 각 값의 추이를 나타낸 그래프이다.
도 7은 본 개시의 제2 실시형태에 관한 선박용 전원 시스템을 이용한 경우의 전력, 연비율, 연료 소비량 적산값 및 이차 전지 충전량의 각 값의 추이를 나타낸 그래프이다.

이하에, 본 개시에 관한 선박용 전원 시스템, 이것을 구비한 선박, 선박용 전원 시스템의 제어 방법 및 선박용 전원 시스템의 제어 프로그램의 일 실시형태에 대하여, 도면을 참조하여 설명한다.

〔제1 실시형태〕

이하, 본 개시의 제1 실시형태에 대하여, 도 1 내지 6을 이용하여 설명한다.

도 1에는, 메인 디젤 발전기를 이용한 선박용 전원 시스템의 개략 구성이 나타나 있다.

도 1에 나타나는 바와 같이, 메인 디젤 발전기를 이용한 선박용 전원 시스템(1)은, 메인 디젤 발전기(11a 및 11b), 디젤 발전기(10), 추진용 메인 엔진(3), ORC 시스템(Organic Rankine Cycle System; 유기 랭킨 사이클 시스템)(2), 이차 전지(20)를 주된 구성으로서 구비하고 있다.

이하의 설명에 있어서, 각 메인 디젤 발전기(11)를 구별하는 경우는, 말미에 a 또는 b 중 어느 하나를 붙이고, 각 메인 디젤 발전기(11)를 구별하지 않는 경우는, a 또는 b를 생략한다.

메인 디젤 발전기(11a 및 11b)는, 선내 수요 전력을 조달하기 위하여 발전을 행한다. 통상, 메인 디젤 발전기(11)는 1대가 상시 가동되고 있으며, 선내 수요 전력이 고부하가 된 경우만 2대가 부하 균등으로 가동된다. 또 부하는, 선내 수요 전력의 변동에 추종한다.

디젤 발전기(10)는, 메인 디젤 발전기(11)보다 출력이 작은 디젤 발전기이며, 예를 들면 정박용의 발전기로서 이용된다.

도 2에는, 본 실시형태에 관한 ORC 시스템의 개략 구성이 나타나 있다.

ORC 시스템(2)은, 유기 열매체를 열원으로 하여 발전을 행하는 시스템이다. 본 실시형태에서는, 추진용 메인 엔진(3)에 있어서의 디젤 연료의 연소에 의하여 발생하는 열이 전달되는 재킷 냉각수를 이용함으로써, 재킷 냉각수와 유기 열매체를 열교환하고 유기 열매체를 열원으로 하여 발전을 행하는 시스템인 것으로 한다.

도 2에 나타내는 바와 같이, ORC 시스템(2)은, 유기 유체 순환 유로(2a)와, 증발기(2b)와, 파워 터빈(2c)과, 발전기(2d)와, 응축기(2e)와, 순환 펌프(2f)를 갖는다.

유기 유체 순환 유로(2a)는, 냉각수 순환 유로(6)를 순환하는 추진용 메인 엔진(3)에 있어서의 재킷 냉각수와 열교환되는 유기 유체(작동 유체; 유기 열매체)를 순환시키는 유로이다. 유기 유체로서는, 물보다 비점이 낮은 유체가 이용된다. 따라서, 유기 유체 순환 유로(2a)를 순환하는 유기 유체는, 고온의 냉각수(예를 들면, 약 85℃와 열교환함으로써 증발된다.

물보다 비점이 낮은 유기 유체로서, 아이소펜테인, 뷰테인, 프로페인 등의 저분자 탄화 수소나, R134a, R245fa 등의 냉매를 이용할 수 있다.

증발기(2b)는, 냉각수 순환 유로(6)를 유통하는 추진용 메인 엔진(3)에 있어서의 재킷 냉각수와 유기 유체를 열교환시켜 유기 유체를 증발시키는 장치이다. 증발기(2b)는, 순환 펌프(2f)로부터 유기 유체 순환 유로(2a)를 통하여 유입되는 유기 유체를 증발시킴과 함께 증발되는 유기 유체를 파워 터빈(2c)으로 공급한다.

파워 터빈(2c)은, 증발기(2b)에 의하여 증발되는 기상의 유기 유체에 의하여 회전되는 장치이다. 파워 터빈(2c)은 발전기(2d)에 연결되는 로터축(도시 생략)을 가지며, 로터축의 회전 동력을 발전기(2d)에 전달한다. 파워 터빈(2c)에 회전 동력을 부여하는 일을 한 유기 유체는, 파워 터빈(2c)으로부터 배출된 후에 응축기(2e)로 공급된다.

발전기(2d)는, 파워 터빈(2c)으로부터 전달되는 로터축의 회전 동력에 의하여 발전을 행하는 장치이다. 발전기(2d)에 의하여 발전된 전력은, 선내 수요 전력을 조달하기 위하여 본 실시형태의 선박용 전원 시스템(1)이 탑재되는 선박의 각부(各部)에 공급된다.

응축기(2e)는, 파워 터빈(2c)으로부터 배출된 유기 유체를 해수에 의하여 냉각하여, 기상의 유기 유체를 액상의 유기 유체에 응축시키는 장치이다. 응축기(2e)에 의하여 응축된 액상의 유기 유체는, 유기 유체 순환 유로(2a)를 통하여 순환 펌프(2f)로 공급된다.

순환 펌프(2f)는, 유기 유체 순환 유로(2a)를 통하여 응축기(2e)로부터 공급되는 액상의 유기 유체를 증발기(2b)로 압송하는 장치이다. 순환 펌프(2f)가 유기 유체를 압송함으로써, 유기 유체가 유기 유체 순환 유로(2a) 상을 증발기(2b), 파워 터빈(2c), 응축기(2e)의 순으로 순환한다. 순환 펌프(2f)가 유기 유체를 토출하는 토출량은, 제어 장치(9)에 의하여 제어된다.

도 1에 나타나는 바와 같이, 추진용 메인 엔진(3)은, 선박의 추진력을 발생시키는 주기관(주기)이며, 연료유 및 연료 가스 중 적어도 어느 일방을 주연료로 하여 소기 공기와 함께 연소시키는 내연 기관이다. 도 1의 추진용 메인 엔진(3)에는 축 발전기(31)가 구비되어 있지만, 축 발전기(31)는 설치되어 있지 않아도 되고, 그 출력에 대해서는 본 개시의 검토에 포함하지 않는 것으로 한다.

추진용 메인 엔진(3)은, 엔진 실린더의 외측에 냉각수가 흐르는 통로인 워터 재킷(도시 생략)을 갖는다. 추진용 메인 엔진(3)은, 냉각수 입구로부터 유입되는 냉각수를 워터 재킷으로 유도하여 워터 재킷의 주위를 냉각하고, 냉각수를 냉각수 출구로부터 냉각수 순환 유로(6)로 배출한다.

추진용 메인 엔진(3)을 냉각한 냉각수는, 냉각수 순환 유로(6)로부터 유입되고, 증발기(2b)를 통과하여 유기 유체 순환 유로(2a)를 순환하는 유기 유체와 열교환되어, 냉각수 순환 유로(6)로 공급된다.

도 1에 나타나는 바와 같이, 이차 전지(20)는, 선내 수요 전력의 급변동에 대응하기 위하여, 또는 정전 발생 시에 있어서의 단시간의 전력 공급을 목적으로 하여 설치되어 있다. 또, 이것에 더하여 메인 디젤 발전기(11)의 부하의 변동을 평준화하기 위하여 이용된다. 이로써 메인 디젤 발전기(11)의 고효율화를 도모하여, 연비 개선 효과가 기대된다.

이차 전지(20)는, 리튬 이온 전지, 납 전지, 니켈 수소 전지 등이며, 특별히 한정되지 않지만, 출력 밀도, 에너지 밀도가 높은 점에서 리튬 이온 전지가 바람직하게 이용된다. 본 실시형태의 이차 전지(20)의 용량은, 100kw인 것으로 한다.

이하의 설명에 있어서, 이차 전지(20)는 ORC 시스템(2)으로부터 충전을 행하는 것으로 하고 있지만, 이것에 한정하지 않고 운전 상황에 따라서는 다른 장치로부터의 충전을 행하는 것으로 해도 된다. 예를 들면, ORC 시스템(2)이 정지하고 있는 경우, 또 배열이 적은 경우는, 디젤 발전기(10) 등의 다른 장치로부터의 충전을 행하는 것으로 해도 된다.

제어 장치(9)는, 메인 디젤 발전기(11), 디젤 발전기(10), ORC 시스템(2) 및 이차 전지(20)의 제어를 행한다.

제어 장치(9)는, 예를 들면, CPU(Central Processing Unit), RAM(Random Access Memory), ROM(Read Only Memory), 및 컴퓨터 독취 가능한 기억 매체 등으로 구성되어 있다. 그리고, 각종 기능을 실현하기 위한 일련의 처리는, 일례로서, 프로그램의 형식으로 기억 매체 등에 기억되어 있고, 이 프로그램을 CPU가 RAM 등에 독출하여, 정보의 가공·연산 처리를 실행함으로써, 각종 기능이 실현된다. 또한, 프로그램은, ROM이나 그 외의 기억 매체에 미리 인스톨해 두는 형태나, 컴퓨터 독취 가능한 기억 매체에 기억된 상태로 제공되는 형태, 유선 또는 무선에 의한 통신 수단을 통하여 전송되는 형태 등이 적용되어도 된다. 컴퓨터 독취 가능한 기억 매체란, 자기 디스크, 광자기 디스크, CD-ROM, DVD-ROM, 반도체 메모리 등이다.

종래의 시스템은, 발전을 행하는 장치로서 메인 디젤 발전기(11)만이 마련되어 있고, 선내 수요 전력의 변동에 대해서는, 메인 디젤 발전기(11)의 부하를 조정함으로써 대응하고 있었다. 그 때문에, 선내 수요 전력의 변동에 알맞는 용량의 메인 디젤 발전기(11)가 마련되어 있었다.

여기에서, 메인 디젤 발전기(11)는, 그것만으로 선내 수요 전력을 조달하기 위하여 용량이 큰 디젤 발전기로 되어 있다. 예를 들면 도 1의 경우, 메인 디젤 발전기(11)는, 각각 예를 들면 680kW의 디젤 발전기인 것으로 되어 있다.

이 종래의 시스템에 대하여, 본 실시형태의 선박용 전원 시스템(1)은, 메인 디젤 발전기(11)를 치환하지 않고 ORC 시스템(2) 및 이차 전지(20)를 추가로 설치한다. 선박용 전원 시스템(1)은, ORC 시스템(2) 및 이차 전지(20)에 의하여, 정전 발생 시의 단시간의 전력 공급이나, 메인 디젤 발전기(11)의 고효율화 및 제어의 간이화를 목적으로 한 메인 디젤 발전기(11)의 부하의 평활화를 행한다.

그러나, 선내 수요 전력의 평균인 평균 선내 수요 전력에 대하여 메인 디젤 발전기(11)의 용량이 과도하게 크면, 메인 디젤 발전기(11)는 저부하가 된다.

종래의 시스템에 대하여 도 1에 나타나는 바와 같이 ORC 시스템(2) 및 이차 전지(20)를 추가로 설치하면, ORC 시스템(2)에 의한 배열 회수분의 전력에서 선내 수요 전력의 일부를 조달하고, 또 이차 전지(20)에 의하여 메인 디젤 발전기(11)의 부하 변동을 흡수, 즉 부하를 평활화하게 된다. 그 결과, 메인 디젤 발전기(11)는 상시 저부하에서의 운전이 행해지게 된다.

도 3에는, 디젤 발전기의 출력에 대한 연비가 그래프에 나타나 있다.

도 3에 있어서, 세로축은 디젤 발전기의 연비, 가로축은 디젤 발전기의 출력이다. 디젤 발전기의 출력이 높을수록 연비가 감소, 즉 연비 효율이 높아지기 때문에, 완만하게 하향이 되는 그래프가 나타나 있다.

도 3에 나타나는 바와 같이, 디젤 발전기는, 고부하의 경우에 연비 효율이 양호하다. 특히, 부하율이 60% 이상 90% 이하인 경우에 연비 효율이 양호해진다.

따라서, 메인 디젤 발전기(11)가 저부하인 경우는, 연비 효율이 나빠진다.

도 4에는, 도 1의 구성을 이용한 경우의 전력, 연비율, 연료 소비량 적산값 및 이차 전지 충전량의 각 값의 추이가 그래프에 나타나 있다.

도 4의 각 가로축은 시간이며, 도 4의 (a)의 세로축은 전력, 도 4의 (b)의 세로축은 연비율, 도 4의 (c)의 세로축은 연료 소비량 적산값, 도 4의 (d)의 세로축은 이차 전지 충전량이다.

도 4의 (a)에 있어서, 굵은 실선은 합계 전력을 나타내고, 이것은 즉 선내 수요 전력과 동일하다. 또, 점선은 메인 디젤 발전기(11a)의 전력, 일점 쇄선은 메인 디젤 발전기(11b)의 전력, 이점 쇄선은 ORC 시스템(2)의 출력, 실선은 이차 전지(20)의 출력(충방전)을 나타낸다.

도 4의 (b)에 있어서, 점선은 메인 디젤 발전기(11a)의 연비율을 나타낸다.

도 4의 (c)에 있어서, 실선은 메인 디젤 발전기(11)의 합계 연료 소비량, 일점 쇄선은 메인 디젤 발전기(11b)의 연료 소비량을 나타낸다.

도 4의 (d)에 있어서, 실선은 이차 전지(20)의 충전량을 나타낸다.

도 4의 (a)의 시간 ts부터 te의 사이에 있어서, 굵은 선으로 나타나는 선내 수요 전력이 요구되는 것으로 한다.

메인 디젤 발전기(11)의 용량은 680kW인 것으로 하고, ORC 시스템(2)은 그 출력이 100kW인 것으로 한다. 선내 수요 전력에 대하여, 메인 디젤 발전기(11)는 1대만 운전으로 하기 위하여, 메인 디젤 발전기(11b)는 정지하고, 도 4의 (a)의 일점 쇄선으로 나타나는 바와 같이 시간 ts부터 te까지 출력은 0이다. 메인 디젤 발전기(11a) 및 ORC 시스템(2)은, 도 4의 (a)의 점선 및 이점 쇄선으로 나타나는 바와 같이 일정한 출력으로 운전된다. 도 4의 (a)의 그래프로부터 평균 선내 수요 전력은 242kW, 최대 선내 수요 전력은 820kW이다. ORC 시스템(2)은 100kW의 일정 출력으로 운전된다고 하면, 메인 디젤 발전기(11a)는 평균 선내 수요 전력으로부터 ORC 시스템(2)의 출력을 감산한 값에 여윳값을 갖게 한 148kW의 일정한 출력으로 운전되는 것으로 한다.

시간 ts부터 t1까지의 동안은, 메인 디젤 발전기(11a) 및 ORC 시스템(2)의 합계 출력만으로 선내 수요 전력을 조달할 수 있다. 이때, 이차 전지(20)는, 도 4의 (a)의 실선으로 나타나는 바와 같이 마이너스의 값을 취하지만, 이것은 충전을 나타내고 있다. 이차 전지(20)는, ORC 시스템(2)에 의하여 잉여분의 전력이 충전된다.

시간 t1에 선내 수요 전력이 증가하면, 일정 출력으로 되어 있는 메인 디젤 발전기(11a) 및 ORC 시스템(2)의 합계 출력만으로는 조달할 수 없기 때문에, 이차 전지(20)에 축전된 전력을 방전함으로써 선내 수요 전력을 조달한다. 그 후, 선내 수요 전력이 저하되어 메인 디젤 발전기(11a) 및 ORC 시스템(2)의 합계 출력만으로 조달할 수 있게 되면, 이차 전지(20)는 ORC 시스템(2)으로부터 잉여분을 충전한다.

메인 디젤 발전기(11a)는, 용량 680kW에 대하여 148kW의 부하로 운전을 행하는 점에서, 그 부하율은 22%이다. 여기에서, 부하율은, 시간 ts에서의 이차 전지(20)의 충전량이 시간 te에서 충전량의 초깃값으로 회복되는 것 같은 부하율이 된다.

도 4의 (b)에 나타나는 바와 같이, 메인 디젤 발전기(11a)의 연비율은 대략 일정한 αg/kWh(α는 예를 들면 260)이다.

도 4의 (c)에 나타나는 바와 같이, 메인 디젤 발전기(11), 즉 메인 디젤 발전기(11a) 및 메인 디젤 발전기(11b)의 합계 연료 소비량은, 메인 디젤 발전기(11a)만의 운전이기 때문에, 메인 디젤 발전기(11a)의 연료 소비량을 나타낸다. 메인 디젤 발전기(11a)의 연료 소비량 적산값은 시간과 함께 상승하여, 시간 te에서 약 51kg이 된다.

이차 전지(20)에 대해서는, 시간 ts에서의 충전량이 70kWh인 경우에, 시간 te에서 초깃값 70kWh로 회복되도록 메인 디젤 발전기(11a)의 부하율이 결정되어 있다. 시간 ts부터 t1까지의 동안은, ORC 시스템(2)으로부터 충전되기 때문에 이차 전지(20)의 충전량은 증가한다. 시간 t1에 있어서 방전을 개시하기 위하여, 이차 전지(20)의 충전량은 감소하지만, 방전이 필요없어져 다시 ORC 시스템(2)으로부터 충전이 개시되면 이차 전지(20)의 충전량은 증가하여, 시간 te에서 충전량은 초깃값의 70kWh로 회복된다.

이와 같이, 종래의 시스템에 대하여 단순히 ORC 시스템(2) 및 이차 전지(20)를 추가로 설치하는 것만으로는, 메인 디젤 발전기(11)의 부하율이 낮아져, 연비 효율이 양호한 운전을 행하는 것이 곤란하다.

따라서, 본 실시형태에서는, 메인 디젤 발전기(11)보다 출력이 작은 디젤 발전기(10)를 주발전기로서 이용하는 것으로 한다. 디젤 발전기(10)만으로 최대 선내 수요 전력을 조달할 수 없는 경우는, ORC 시스템(2) 및 이차 전지(20)를 조합하여 이용하는 것으로 한다.

도 5에는, 본 실시형태에 관한 선박용 전원 시스템의 개요 구성이 나타나 있다.

도 5에 나타나는 바와 같이, 본 실시형태의 구성은, 도 1에 나타난 구성과 대략 동일하지만, 메인 디젤 발전기(11)로 바꾸어 디젤 발전기(10)를 주발전기로서 이용한다.

도 6에는, 본 실시형태에 관한 선박용 전원 시스템을 이용한 경우의 전력, 연비율, 연료 소비량 적산값 및 이차 전지 충전량의 각 값의 추이가 그래프에 나타나 있다.

도 6의 각 가로축은 시간이며, 도 6의 (a)의 세로축은 전력, 도 6의 (b)의 세로축은 연비율, 도 6의 (c)의 세로축은 연료 소비량 적산값, 도 6의 (d)의 세로축은 이차 전지 충전량이다.

도 6의 (a)에 있어서, 굵은 실선은 합계 전력을 나타내고, 이것은 즉 선내 수요 전력과 동일하다. 또, 점선은 디젤 발전기(10)의 전력, 일점 쇄선은 메인 디젤 발전기(11)의 전력, 이점 쇄선은 ORC 시스템(2)의 출력, 실선은 이차 전지(20)의 출력(충방전)을 나타낸다.

도 6의 (b)에 있어서, 점선은 디젤 발전기(10)의 연비율을 나타낸다.

도 6의 (c)에 있어서, 실선은 디젤 발전기(10) 및 메인 디젤 발전기(11)의 합계 연료 소비량, 일점 쇄선은 메인 디젤 발전기(11)의 연료 소비량을 나타낸다.

도 6의 (d)에 있어서, 실선은 이차 전지(20)의 충전량을 나타낸다.

도 6의 (a)의 시간 ts부터 te의 사이에 있어서, 굵은 선으로 나타나는 선내 수요 전력이 요구되는 것으로 한다.

디젤 발전기(10)의 용량은 240kW인 것으로 하고, ORC 시스템(2)은 그 출력이 100kW인 것으로 한다. 선내 수요 전력에 대하여, 디젤 발전기(10)가 주발전기로서 운전되기 때문에, 메인 디젤 발전기(11)는 정지되고, 도 6의 (a)의 일점 쇄선으로 나타나는 바와 같이 시간 ts부터 te까지 출력은 0이다. 디젤 발전기(10) 및 ORC 시스템(2)은, 도 6의 (a)의 점선 및 이점 쇄선으로 나타나는 바와 같이 일정한 출력으로 운전된다. 도 6의 (a)의 그래프로부터 평균 선내 수요 전력은 242kW, 최대 선내 수요 전력은 820kW이다. ORC 시스템(2)은 100kW의 일정 출력으로 운전된다고 하면, 제어 장치(9)는, 평균 선내 수요 전력으로부터 ORC 시스템(2)의 출력을 감산한 값에 여윳값을 갖게 한 148kW의 일정한 출력으로 디젤 발전기(10)가 운전되도록 제어를 행하는 것으로 한다.

시간 ts부터 t1까지의 동안은, 디젤 발전기(10) 및 ORC 시스템(2)의 합계 출력만으로 선내 수요 전력을 조달할 수 있다. 이때, 이차 전지(20)는, 도 6의 (a)의 실선으로 나타나는 바와 같이 마이너스의 값을 취하지만, 이것은 충전을 나타내고 있다. 이차 전지(20)는, ORC 시스템(2)에 의하여 잉여분의 전력이 충전된다.

시간 t1에 선내 수요 전력이 증가하면, 디젤 발전기(10) 및 ORC 시스템(2)의 합계 출력만으로는 조달할 수 없기 때문에, 이차 전지(20)에 축전된 전력을 방전함으로써 선내 수요 전력을 조달한다. 그 후, 선내 수요 전력이 저하되어 디젤 발전기(10) 및 ORC 시스템(2)의 합계 출력만으로 조달할 수 있게 되면, 이차 전지(20)는 ORC 시스템(2)으로부터 잉여분을 충전한다.

디젤 발전기(10)는, 용량 240kW에 대하여 148kW의 부하로 운전을 행하는 점에서, 그 부하율은 61%이다. 여기에서, 부하율은, 시간 ts에서의 이차 전지(20)의 충전량이 시간 te에서 충전량의 초깃값으로 회복되는 것 같은 부하율이 된다.

도 6의 (b)에 나타나는 바와 같이, 디젤 발전기(10)의 연비율은 대략 일정한 βg/kWh(β는 예를 들면 220)이다.

도 6의 (c)에 나타나는 바와 같이, 디젤 발전기(10) 및 메인 디젤 발전기(11)의 합계 연료 소비량은, 디젤 발전기(10)만의 운전이기 때문에, 디젤 발전기(10)의 연료 소비량을 나타낸다. 디젤 발전기(10)의 연료 소비량 적산값은 시간과 함께 상승하여, 시간 te에서 약 43kg이 된다.

이차 전지(20)에 대해서는, 시간 ts에서의 충전량이 70kWh인 경우에, 시간 te에서 초깃값 70kWh로 회복되도록 디젤 발전기(10)의 부하율이 결정되어 있다. 시간 ts부터 t1까지의 동안은, ORC 시스템(2)으로부터 충전되기 때문에 이차 전지(20)의 충전량은 증가한다. 시간 t1에 있어서 방전을 개시하기 위하여, 이차 전지(20)의 충전량은 감소한다. 시간 t2에 있어서 방전이 필요없어져 다시 ORC 시스템(2)으로부터 충전이 개시되면 이차 전지(20)의 충전량은 증가하여, 시간 te에서 충전량은 초깃값의 70kWh로 회복된다.

디젤 발전기(10)를 주발전기로서 이용하는 경우는, 제어 장치(9)에 의하여 디젤 발전기(10)의 부하율이 높고 연비 효율이 양호해지는 60 내지 90%의 부하율로 운전되도록 제어된다. 연비 효율이 양호한 운전을 행할 수 있어, 메인 디젤 발전기(11)를 이용하는 경우와 비교하여 연비 소비량 적산값을 약 15% 삭감할 수 있다.

상기 제어에 대해서는, 제어 장치(9)에 의하여 행해진다. 제어 장치(9)에 의하여 ORC 시스템(2)의 제어 및 이차 전지(20)의 충방전 제어가 행해진다.

ORC 시스템(2)만 설치하는 경우, 또는 이차 전지(20)만 설치하는 경우는, 각각 인버터가 각각 독립적으로 1개씩 필요하다. 그러나, 본 실시형태의 경우는, 인버터를 1개로 할 수 있다.

이상, 설명해 온 바와 같이, 본 실시형태에 관한 선박용 전원 시스템, 이것을 구비한 선박, 선박용 전원 시스템의 제어 방법 및 선박용 전원 시스템의 제어 프로그램에 의하면, 이하의 작용 효과를 나타낸다.

본 실시형태에 의하면, 발전을 행하는 디젤 발전기(10)와, 유기 열매체를 열원으로 하여 발전을 행하는 ORC 시스템(2)과, 이차 전지(20)와, 제어 장치(9)를 구비하고, 제어 장치(9)는, 디젤 발전기(10), ORC 시스템(2) 및 이차 전지(20)를 조합하여 선내 수요 전력을 조달하도록 제어를 행하는 선박용 전원 시스템(1)으로서, 디젤 발전기(10)는, 메인 디젤 발전기(11)보다 출력이 작은 발전기이며, 제어 장치(9)는, 선내 수요 전력이 디젤 발전기(10) 및 ORC 시스템(2)의 합계 출력을 초과하지 않는 경우에 잉여분의 전력을 이차 전지(20)에 충전하도록 제어를 행하고, 선내 수요 전력이 디젤 발전기(10) 및 ORC 시스템(2)의 합계 출력을 초과하는 경우에 이차 전지(20)에 축전된 전력을 방전하도록 제어를 행하는 점에서, 메인 디젤 발전기(11)를 이용하지 않고 메인 디젤 발전기(11)보다 소출력의 디젤 발전기(10)로 선내 수요 전력을 조달할 수 있다.

디젤 발전기는, 고부하역에서 가동함으로써 저연비로 할 수 있다. 메인 디젤 발전기(11)를 이용하여 선내 수요 전력을 조달하는 경우에, 메인 디젤 발전기(11)의 용량에 대하여 선내 수요 전력이 낮은 경우(예를 들면 용량의 절반 이하)는, 메인 디젤 발전기(11)는 저부하역에서 가동하게 되어 연비 효율이 나쁘다.

정전 발생 시의 단시간의 전력 공급이나, 메인 디젤 발전기(11)의 고효율화 및 제어의 간이화를 목적으로 한 메인 디젤 발전기(11)의 부하의 평활화를 행하기 위하여 이차 전지(20)를 마련하는 것이 생각되지만, 이차 전지(20)는 충방전 효율이 나쁘고, 단순히 이차 전지(20)를 설치한 것만으로는 메인 디젤 발전기(11)의 효율 개선이 이차 전지(20)의 충방전 시의 손실로 상쇄되어 버리기 때문에, 연비 개선의 효과가 적다.

따라서, 메인 디젤 발전기(11)보다 소출력의 디젤 발전기(10)를 이용하는 것으로 한다. 이로써, 디젤 발전기(10)는 고부하역에서 가동하게 되어, 연비를 억제할 수 있다. 디젤 발전기(10)만으로는 선내 수요 전력을 조달할 수 없는 경우에 ORC 시스템(2) 및 이차 전지(20)를 조합하여 이용함으로써, 선내 수요 전력의 증가분을 커버할 수 있다.

ORC 시스템(2) 및 이차 전지(20)로 발전을 행하는 점에서, 디젤 발전기(10)의 용량을 삭감할 수 있다, 즉 저용량의 디젤 발전기를 이용할 수 있기 때문에, 도입 비용을 삭감할 수 있다.

ORC 시스템(2)으로 이차 전지(20)의 충전을 행하는 경우는, 디젤 발전기(10)를 이용하여 이차 전지(20)의 충전을 행할 필요가 없기 때문에 디젤 발전기(10)의 연료비를 삭감할 수 있다.

통상 항해 중에는 이차 전지(20)의 충전을 행하여, 출항 시의 바우 스러스터 기동 등의 급격한 부하 상승을 이차 전지(20)의 방전으로 조달하는 점에서, 특히 항만역에서의 디젤 발전기(10)의 흑연 발생을 방지할 수 있다.

본 실시형태에 의하면, 제어 장치(9)는, 디젤 발전기(10) 및 ORC 시스템(2)의 출력을 일정하게 제어하는 점에서, 복잡한 제어를 필요로 하지 않는다. 디젤 발전기(10)의 출력을 고부하 운전이 되는 것 같은 소정의 값으로 설정할 수 있다. 부하의 변동에 대해서는, 이차 전지(20)의 충방전으로 대응한다.

본 실시형태에 의하면, ORC 시스템(2) 및 이차 전지(20)를 독립적으로 마련하는 경우에 필요한 인버터를 1개 삭감하여, 하나의 인버터로 할 수 있어, 도입 비용을 삭감할 수 있다.

〔제2 실시형태〕

이하, 본 개시의 제2 실시형태에 대하여, 도 7을 이용하여 설명한다.

상기한 제1 실시형태에서는, 디젤 발전기는 상시 가동된다고 했지만, 본 실시형태에서는, 고부하율(가능한 한 100%에 가까운 부하율)로 운전할 수 있는 경우만 디젤 발전기를 가동하는 것이다. 그 외의 점에 대해서는 제1 실시형태와 동일하므로, 동일한 구성에 대해서는 동일 부호를 붙이고 그 설명은 생략한다.

이차 전지(20)의 충전량에는 100kw의 제한이 있어, 디젤 발전기(10)를 발전 정지시키지 않고 상시 가동하는 경우는, 이차 전지(20)의 충전량이 제한값의 100kw에 도달하면 용량을 초과하기 때문에 그 이상 충전을 행할 수 없다. 그 결과 디젤 발전기(10)의 부하율을 낮출 필요가 있다. 따라서, 디젤 발전기(10)를 상시 가동하는 경우에, 상시 100%에 가까운 부하율에서의 운전을 행하는 것은 곤란하다.

도 7에는, 본 실시형태에 관한 선박용 전원 시스템을 이용한 경우의 전력, 연비율, 연료 소비량 적산값 및 이차 전지 충전량의 각 값의 추이가 그래프에 나타나 있다.

도 7의 각 가로축은 시간이며, 도 7의 (a)의 세로축은 전력, 도 7의 (b)의 세로축은 연비율, 도 7의 (c)의 세로축은 연료 소비량 적산값, 도 7의 (d)의 세로축은 이차 전지 충전량이다.

도 7의 (a)에 있어서, 굵은 실선은 합계 전력을 나타내고, 이것은 즉 선내 수요 전력과 동일하다. 또, 점선은 디젤 발전기(10)의 전력, 일점 쇄선은 메인 디젤 발전기(11)의 전력, 이점 쇄선은 ORC 시스템(2)의 출력, 실선은 이차 전지(20)의 출력(충방전)을 나타낸다.

도 7의 (b)에 있어서, 점선은 디젤 발전기(10)의 연비율을 나타낸다.

도 7의 (c)에 있어서, 실선은 디젤 발전기(10) 및 메인 디젤 발전기(11)의 합계 연료 소비량, 일점 쇄선은 메인 디젤 발전기(11)의 연료 소비량을 나타낸다.

도 7의 (d)에 있어서, 실선은 이차 전지(20)의 충전량을 나타낸다.

도 7의 (a)의 시간 ts부터 te의 사이에 있어서, 굵은 선으로 나타나는 선내 수요 전력이 요구되는 것으로 한다.

디젤 발전기(10)의 용량은 240kW인 것으로 하고, ORC 시스템(2)은 그 출력이 100kW인 것으로 한다. 선내 수요 전력에 대하여, 디젤 발전기(10)가 주발전기로서 운전되기 때문에, 메인 디젤 발전기(11)는 정지되며, 도 7의 (a)의 일점 쇄선으로 나타나는 바와 같이 시간 ts부터 te까지 출력은 0이다. 또 ORC 시스템(2)은, 도 7의 (a)의 이점 쇄선으로 나타나는 바와 같이 일정한 출력 100kW로 운전된다. 디젤 발전기(10)는, 고부하율(가능한 한 100%에 가까운 부하율)로 운전할 수 있는 기간만 운전되는 것으로 한다. 따라서, 선내 수요 전력에 대하여 ORC 시스템(2)의 출력만으로는 부족한 경우는, 이차 전지(20)의 방전에 의하여 전력을 조달한다. 디젤 발전기(10)의 부하율 및 발전 정지 시기에 대해서는, 시간 ts에서의 이차 전지(20)의 충전량이 100kWh인 경우에, 시간 te에서 초깃값 100kWh로 회복되도록 결정된다. 또, 도 7의 (a)의 그래프로부터 평균 선내 수요 전력은 242kW, 최대 선내 수요 전력은 820kW이다.

시간 ts부터 t3까지의 동안은, ORC 시스템(2) 및 이차 전지(20)의 합계 출력만으로 선내 수요 전력을 조달할 수 있다. 이때, 이차 전지(20)는, 도 7의 (a)의 실선으로 나타나는 바와 같이 플러스의 값을 취하지만, 이것은 방전을 나타내고 있다.

결정된 발전 정지 시기에 근거하여, 시간 t3에 있어서 디젤 발전기(10)가 운전을 행하며, 이차 전지(20)는 충전으로 전환된다. 시간 t3 이후의 기간에 있어서, 디젤 발전기(10)는 80 내지 100%의 부하율에서 선내 수요 전력에 따라 운전된다. 또, 디젤 발전기(10)와 ORC 시스템(2)의 합계 출력이 선내 수요 전력을 초과하여, 잉여가 발생하는 경우는, ORC 시스템(2)으로부터 이차 전지(20)에 충전되도록 제어 장치(9)에 의하여 제어된다. 디젤 발전기(10)와 ORC 시스템(2)의 합계 출력이 선내 수요 전력에 못 미치는 경우는, 이차 전지(20)의 방전에 의하여, 부족분이 보충된다.

도 7의 (b)에 나타나는 바와 같이, 디젤 발전기(10)는 시간 t3부터 가동되고, 그 연비율은 도 6의 (b)에 나타난 βg/kWh(β는 예를 들면 220)보다 적은 약 213g/kWh이다.

또 도 7의 (c)에 나타나는 바와 같이, 디젤 발전기(10) 및 메인 디젤 발전기(11)의 합계 연료 소비량은, 디젤 발전기(10)만의 운전이기 때문에, 디젤 발전기(10)의 연료 소비량을 나타낸다. 디젤 발전기(10)의 연료 소비량 적산값은 시간 te에서 약 42kg이 된다.

또, 이차 전지(20)에 대해서는, 시간 ts부터 t3까지의 동안은, 방전을 행하기 때문에 이차 전지(20)의 충전량은 100kWh로부터 감소된다. 시간 t3에서 충전을 개시하기 때문에, 이차 전지(20)의 충전량은 증가하지만, 선내 수요 전력이 증가하여 디젤 발전기(10)와 ORC 시스템(2)만으로는 조달할 수 없는 경우는 이차 전지(20)의 방전에 의하여 부족분이 보충되기 때문에 이 경우는 충전량이 감소된다. 시간 t4에서 ORC 시스템(2)으로부터 이차 전지(20)로의 충전이 개시되어, 시간 te에서 충전량은 초깃값의 100kWh로 회복된다.

이와 같이, 디젤 발전기(10)를 주발전기로서 이용하여, 필요한 경우만 디젤 발전기(10)를 운전하는 경우는, 디젤 발전기(10)의 부하율이 높고 연비 효율이 양호해지는 높은 부하율로 운전되기 때문에, 연비 효율이 양호한 운전을 행할 수 있어, 메인 디젤 발전기(11)를 이용하는 경우와 비교하여 연비 소비량 적산값을 약 17% 삭감할 수 있다.

본 실시형태에 의하면, 제어 장치(9)는, 선내 수요 전력의 증감에 따라 디젤 발전기(10)의 발전 정지를 전환하는 제어를 행하는 점에서, 디젤 발전기(10)가 고부하 운전이 되는 경우만 디젤 발전기(10)를 운전하기 때문에, 디젤 발전기(10)의 연비를 억제할 수 있다. 디젤 발전기(10)가 정지하고 있는 경우는, ORC 시스템(2) 및 이차 전지(20)로 선내 수요 전력을 조달한다.

이상, 본 개시의 각 실시형태에 대하여 도면을 참조하여 상세하게 설명해 왔지만, 구체적인 구성은 이 실시형태에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 상술한 각 실시형태에 있어서는 메인 디젤 발전기(11)가 설치되고, 디젤 발전기(10)를 주발전기로서 이용한다고 했지만, 메인 디젤 발전기(11)를 설치하지 않아도 된다.

메인 디젤 발전기(11)를 설치하지 않는 경우는, 평균 선내 수요 전력에 대하여 디젤 발전기(10)의 부하율이 60% 이상 90% 이하가 되도록 디젤 발전기(10)를 선내 수요 전력량에 따라 1대 또는 복수 대 설치하는 것으로 한다. 이 경우의 제어에 대해서는, 메인 디젤 발전기(11)를 설치하는 경우(제1 실시형태 및 제2 실시형태)와 동일한 제어가 행해진다.

본 양태에 의하면, 발전을 행하는 디젤 발전기(10)와, ORC 시스템(2)과, 이차 전지(20)와, 제어 장치(9)를 구비하고, 제어 장치(9)는, 디젤 발전기(10), ORC 시스템(2) 및 이차 전지(20)를 조합하여 선내 수요 전력을 조달하도록 제어를 행하는 선박용 전원 시스템(1)으로서, 디젤 발전기(10)는, 평균 선내 수요 전력에 대하여 부하율이 60% 이상 90% 이하이며, 제어 장치(9)는, 선내 수요 전력이 디젤 발전기(10) 및 ORC 시스템(2)의 합계 출력을 초과하지 않는 경우에 잉여분의 전력을 이차 전지(20)에 충전하도록 제어를 행하고, 선내 수요 전력이 디젤 발전기(10) 및 ORC 시스템(2)의 합계 출력을 초과하는 경우에 이차 전지(20)에 축전된 전력을 방전하도록 제어를 행하는 점에서, 선내 수요 전력이 평균의 값의 부근에서는 디젤 발전기(10)를 연비 효율이 양호한 부하율로 이용하여, 선내 수요 전력이 증가하면 디젤 발전기(10)에 더하여 ORC 시스템(2) 및 이차 전지(20)를 이용하여 증가분을 커버할 수 있다.

또, ORC 시스템(2) 및 이차 전지(20)로 발전을 행하는 점에서, 디젤 발전기(10)의 용량을 삭감할 수 있다, 즉 저용량의 디젤 발전기를 이용할 수 있기 때문에, 도입 비용을 삭감할 수 있다.

또, ORC 시스템(2)으로 이차 전지(20)의 충전을 행하는 경우는, 디젤 발전기(10)를 이용하여 이차 전지(20)의 충전을 행할 필요가 없기 때문에 디젤 발전기(10)의 연료비를 삭감할 수 있다.

또, 통상 항해 중에는 이차 전지(20)의 충전을 행하여, 출항 시의 바우 스러스터 기동 등의 급격한 부하 상승을 이차 전지(20)의 방전으로 조달하는 점에서, 특히 항만역에서의 디젤 발전기(10)의 흑연 발생을 방지할 수 있다.

1 선박용 전원 시스템
2 ORC 시스템(유기 랭킨 사이클 시스템)
3 추진용 메인 엔진
9 제어 장치
10 디젤 발전기
11 메인 디젤 발전기
20 이차 전지

Claims

발전을 행하는 디젤 발전기와, 유기 열매체를 열원으로 하여 발전을 행하는 유기 랭킨 사이클 시스템과, 이차 전지와, 제어 장치를 구비하고,
상기 제어 장치는, 상기 디젤 발전기, 상기 유기 랭킨 사이클 시스템 및 상기 이차 전지를 조합하여 선내 수요 전력을 조달하도록 제어를 행하는 선박용 전원 시스템으로서,
상기 디젤 발전기는, 평균 선내 수요 전력에 대하여 부하율이 60% 이상 90% 이하이며,
상기 제어 장치는, 상기 선내 수요 전력이 상기 디젤 발전기 및 상기 유기 랭킨 사이클 시스템의 합계 출력을 초과하지 않는 경우에 상기 디젤 발전기 및 상기 유기 랭킨 사이클 시스템의 상기 합계 출력만으로 상기 선내 수요 전력을 조달하여, 잉여분의 전력을 상기 유기 랭킨 사이클 시스템으로부터 상기 이차 전지에 충전하도록 제어를 행하고, 상기 선내 수요 전력이 상기 디젤 발전기 및 상기 유기 랭킨 사이클 시스템의 상기 합계 출력을 초과하는 경우에 상기 이차 전지에 축전된 상기 전력을 방전하도록 제어를 행하는 선박용 전원 시스템.
발전을 행하는 디젤 발전기와, 유기 열매체를 열원으로 하여 발전을 행하는 유기 랭킨 사이클 시스템과, 이차 전지와, 제어 장치를 구비하고,
상기 제어 장치는, 상기 디젤 발전기, 상기 유기 랭킨 사이클 시스템 및 상기 이차 전지를 조합하여 선내 수요 전력을 조달하도록 제어를 행하는 선박용 전원 시스템으로서,
상기 디젤 발전기는, 메인 디젤 발전기보다 출력이 작은 발전기이며,
상기 제어 장치는, 상기 선내 수요 전력이 상기 디젤 발전기 및 상기 유기 랭킨 사이클 시스템의 합계 출력을 초과하지 않는 경우에 상기 디젤 발전기 및 상기 유기 랭킨 사이클 시스템의 상기 합계 출력만으로 상기 선내 수요 전력을 조달하여, 잉여분의 전력을 상기 유기 랭킨 사이클 시스템으로부터 상기 이차 전지에 충전하도록 제어를 행하고, 상기 선내 수요 전력이 상기 디젤 발전기 및 상기 유기 랭킨 사이클 시스템의 상기 합계 출력을 초과하는 경우에 상기 이차 전지에 축전된 상기 전력을 방전하도록 제어를 행하는 선박용 전원 시스템.
청구항 2에 있어서,
상기 제어 장치는, 상기 디젤 발전기 및 상기 유기 랭킨 사이클 시스템의 출력을 일정하게 제어하는 선박용 전원 시스템.
청구항 2에 있어서,
상기 제어 장치는, 상기 선내 수요 전력의 증감에 따라 상기 디젤 발전기의 발전 정지를 전환하는 제어를 행하는 선박용 전원 시스템.
청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
상기 디젤 발전기는, 정박용의 발전기인 선박용 전원 시스템.
청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제어 장치는, 고부하율로 운전할 수 있는 경우에, 상기 디젤 발전기를 가동시키는 선박용 전원 시스템.
청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 기재된 선박용 전원 시스템을 구비한 선박.
디젤 발전기, 유기 랭킨 사이클 시스템 및 이차 전지를 조합하여 선내 수요 전력을 조달하도록 제어를 행하는 선박용 전원 시스템의 제어 방법으로서,
평균 선내 수요 전력에 대하여 상기 디젤 발전기의 부하율이 60% 이상 90% 이하가 되도록 제어하는 공정과,
상기 선내 수요 전력이 상기 디젤 발전기 및 상기 유기 랭킨 사이클 시스템의 합계 출력을 초과하지 않는 경우에 상기 디젤 발전기 및 상기 유기 랭킨 사이클 시스템의 상기 합계 출력만으로 상기 선내 수요 전력을 조달하여, 잉여분의 전력을 상기 유기 랭킨 사이클 시스템으로부터 상기 이차 전지에 충전하도록 제어하는 공정과,
상기 선내 수요 전력이 상기 디젤 발전기 및 상기 유기 랭킨 사이클 시스템의 상기 합계 출력을 초과하는 경우에, 상기 이차 전지에 축전된 상기 전력을 방전하도록 제어하는 공정을 갖는 선박용 전원 시스템의 제어 방법.
디젤 발전기, 유기 랭킨 사이클 시스템 및 이차 전지를 조합하여 선내 수요 전력을 조달하도록 제어를 행하는 선박용 전원 시스템의 제어 프로그램이 기록된 컴퓨터 판독가능 기록 매체로서,
평균 선내 수요 전력에 대하여 상기 디젤 발전기의 부하율이 60% 이상 90% 이하가 되도록 제어하는 스텝과,
상기 선내 수요 전력이 상기 디젤 발전기 및 상기 유기 랭킨 사이클 시스템의 합계 출력을 초과하지 않는 경우에 상기 디젤 발전기 및 상기 유기 랭킨 사이클 시스템의 상기 합계 출력만으로 상기 선내 수요 전력을 조달하여, 잉여분의 전력을 상기 유기 랭킨 사이클 시스템으로부터 상기 이차 전지에 충전하도록 제어하는 스텝과,
상기 선내 수요 전력이 상기 디젤 발전기 및 상기 유기 랭킨 사이클 시스템의 상기 합계 출력을 초과하는 경우에, 상기 이차 전지에 축전된 상기 전력을 방전하도록 제어하는 스텝을 갖는 선박용 전원 시스템의 제어 프로그램이 기록된 컴퓨터 판독가능 기록 매체.