KR102650262B1 - 전원 시스템 및 선박, 그리고 제어 방법, 그리고 제어 프로그램 - Google Patents
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Abstract
효율적으로 내연 기관을 사용하여 발전을 실시할 수 있는 전원 시스템 및 선박, 그리고 제어 방법, 그리고 제어 프로그램을 제공하는 것을 목적으로 한다. 선박 (1) 에 있어서, 전원 시스템 (10) 은, 계통 (3) 에 접속된 축전지 (11) 와, 계통 (3) 에 접속되고, 내연 기관을 사용하여 발전을 실시하는 디젤 발전기 (12) 와, 축전지 (11) 의 충전량에 따라, 디젤 발전기 (12) 의 출력의 상한치인 최대 허용 부하를 설정하는 제어 장치 (15) 를 구비한다.
Description
본 발명은, 전원 시스템 및 선박, 그리고 제어 방법, 그리고 제어 프로그램에 관한 것이다.
선박에서는, 예를 들어 선내 부하가 접속된 계통 (선내 모선) 에 대하여, 디젤 발전기 등이 접속되어, 선내의 부하에 대하여 전력 공급을 실시하고 있다 (예를 들어, 특허문헌 1).
선박에서는, 예를 들어 바우 트러스터의 사용 등에 의해 일시적으로 급부하가 발생하는 경우가 있다. 이 때문에, 디젤 발전기는, 급부하가 발생하고 있지 않은 통상 운전시에 있어서 최대 출력을 제한하고, 급부하 발생시에 출력을 증가시킬 수 있도록 운전되고 있다.
본 발명은, 이와 같은 사정을 감안하여 이루어진 것으로서, 효율적으로 내연 기관을 사용하여 발전을 실시할 수 있는 전원 시스템 및 선박, 그리고 제어 방법, 그리고 제어 프로그램을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 제 1 양태는, 계통에 접속된 축전지와, 상기 계통에 접속되고, 내연 기관을 사용하여 발전을 실시하는 발전기와, 상기 축전지의 충전량에 따라, 상기 발전기의 출력의 상한치인 최대 허용 부하를 설정하는 제어 장치를 구비하는 전원 시스템이다.
상기와 같은 구성에 의하면, 계통에는 축전지와 내연 기관을 사용하여 발전을 실시하는 발전기가 접속되어 있고, 축전지의 충전량에 따라 발전기의 출력의 상한치인 최대 허용 부하를 설정하기 때문에, 발전기의 최대 허용 부하를 적절히 설정하여, 효율적으로 내연 기관을 사용하여 발전을 실시하는 것이 가능해진다. 예를 들어, 축전지의 충전량이 높은 경우에는, 축전지의 방전에 의해서도 급부하에 대응할 수 있기 때문에, 발전기의 최대 허용 부하를 높게 설정할 수 있고, 내연 기관에 의한 발전의 효율을 향상시키는 것이 가능해진다.
상기 전원 시스템에 있어서, 상기 제어 장치는, 상기 충전량이, 상정되는 급부하에 대하여 미리 설정된 필요 급부하 용량보다 큰 경우에, 상기 최대 허용 부하를 제 1 소정치로 설정하고, 상기 충전량이, 상기 필요 급부하 용량 이하인 경우에, 상기 최대 허용 부하를 상기 제 1 소정치보다 낮은 값으로 설정된 제 2 소정치로 설정하는 것으로 해도 된다.
상기와 같은 구성에 의하면, 충전량에 따라 발전기의 최대 허용 부하를 적절히 설정할 수 있다. 이 때문에, 내연 기관에 의한 발전의 연비 효율을 향상시키는 것이 가능해진다.
상기 전원 시스템에 있어서, 상기 제어 장치는, 상기 충전량이 미리 설정한 임계값 이상인 경우에, 상기 최대 허용 부하를 제 1 소정치로 설정하고, 상기 충전량이, 상기 임계값에 대응하는 상기 충전량 미만이고, 상정되는 급부하에 대하여 미리 설정된 필요 급부하 용량 이하인 경우에, 상기 최대 허용 부하를 상기 제 1 소정치보다 낮은 값으로 설정된 제 2 소정치로 설정하는 것으로 해도 된다.
상기와 같은 구성에 의하면, 충전량이 미리 설정한 임계값 이상인 경우에는 최대 허용 부하를 제 1 소정치로 하고, 충전량이, 그 임계값에 대응하는 충전량 미만이고, 상정되는 급부하에 대하여 미리 설정된 필요 급부하 용량 이하인 경우에, 최대 허용 부하를 제 1 소정치보다 낮은 값으로 설정된 제 2 소정치로 하기 때문에, 충전량에 따라 발전기의 최대 허용 부하를 적절히 설정할 수 있다. 이 때문에, 내연 기관에 의한 발전의 연비 효율을 향상시키는 것이 가능해진다.
상기 전원 시스템에 있어서, 상기 계통 및 상기 축전지에 접속되고, 배기 열 회수에 의해 발전을 실시하는 발전 유닛을 구비하고, 상기 제어 장치는, 상기 발전기의 출력과 상기 발전 유닛의 출력의 합계 출력이 상기 계통측의 요구 부하보다 작아졌을 경우에, 상기 축전지를 방전하는 것으로 해도 된다.
상기와 같은 구성에 의하면, 발전기의 출력과 배기 열 회수에 의해 발전을 실시하는 발전 유닛의 출력의 합계 출력이 계통측의 요구 부하보다 작아졌을 경우에 축전지를 방전하기 때문에, 축전지를 사용하여 급부하에 대응하는 것이 가능해진다.
상기 전원 시스템에 있어서, 상기 제어 장치는, 상기 발전 유닛의 출력 상태에 따라, 상기 발전 유닛의 출력 및 계통 전력의 적어도 어느 일방에 의해 상기 축전지를 충전하는 것으로 해도 된다.
상기와 같은 구성에 의하면, 발전 유닛의 출력 상태에 따라 발전 유닛의 출력 및 계통 전력의 적어도 어느 일방에 의해 축전지를 충전하기 때문에, 발전 유닛의 출력 상태를 고려하여 축전지를 효율적으로 충전하는 것이 가능해진다.
상기 전원 시스템에 있어서, 상기 제어 장치는, 상기 발전 유닛의 출력 상태가 소정 출력 이상인 경우에, 상기 충전량에 따라 상기 발전 유닛의 출력 및 상기 계통 전력의 적어도 어느 일방에 의해 상기 축전지를 충전하고, 상기 발전 유닛의 출력 상태가 상기 소정 출력 미만인 경우에, 상기 발전 유닛의 출력 및 상기 계통 전력의 양방에 의해 상기 축전지를 충전하는 것으로 해도 된다.
상기와 같은 구성에 의하면, 발전 유닛의 출력 상태가 소정 출력 이상인 경우에 충전량에 따라 발전 유닛의 출력 및 상기 계통 전력의 적어도 어느 일방에 의해 축전지를 충전하기 때문에, 충전량을 고려하여 축전지를 효율적으로 충전하는 것이 가능해진다. 발전 유닛의 출력 상태가 소정 출력 미만인 경우에, 발전 유닛의 출력 및 계통 전력의 양방에 의해 축전지를 충전하기 때문에, 발전 유닛의 출력 상태가 소정 출력 미만이어도, 효율적으로 축전지를 충전하는 것이 가능해진다.
상기 전원 시스템에 있어서, 상기 계통에 접속된 보조 발전기를 구비하고, 상기 제어 장치는, 상기 충전량이, 상정되는 급부하에 대하여 미리 설정된 필요 급부하 용량 이하가 되었을 경우에, 상기 보조 발전기를 기동하는 것으로 해도 된다.
상기와 같은 구성에 의하면, 축전지의 충전량이 미리 상정되는 급부하에 대하여 설정된 필요 급부하 용량 이하가 되었을 경우에 보조 발전기를 기동한다. 보조 발전기는 기동에 시간을 필요로 하기 때문에, 보조 발전기의 기동이 완료되어 있지 않은 경우에는, 내연 기관에 의해, 급부하에 대응한다. 급부하의 발생시까지 보조 발전기의 기동이 완료되어 있으면, 내연 기관과 보조 발전기에 의해 급부하에 대응하는 것도 가능하다.
상기 전원 시스템에 있어서, 상기 제어 장치는, 상기 보조 발전기의 출력의 상한치를 상기 발전기의 상기 최대 허용 부하와 동등하게 설정하는 것으로 해도 된다.
상기와 같은 구성에 의하면, 보조 발전기에 대해서도 발전기와 마찬가지로 효율적으로 운전하는 것이 가능해진다.
상기 전원 시스템에 있어서, 상기 보조 발전기의 용량은, 상기 발전기의 용량보다 작은 것으로 해도 된다.
상기와 같은 구성에 의하면, 보조 발전기를 보다 적절한 용량으로 할 수 있다.
본 발명의 제 2 양태는, 상기의 전원 시스템을 구비하는 선박이다.
본 발명의 제 3 양태는, 계통에 접속된 축전지와, 상기 계통에 접속되고, 내연 기관을 사용하여 발전을 실시하는 발전기를 구비하는 전원 시스템의 제어 방법으로서, 상기 축전지의 충전량에 따라, 상기 발전기의 출력의 상한치인 최대 허용 부하를 설정하는 공정을 갖는 제어 방법이다.
본 발명의 제 4 양태는, 계통에 접속된 축전지와, 상기 계통에 접속되고, 내연 기관을 사용하여 발전을 실시하는 발전기를 구비하는 전원 시스템의 제어 프로그램으로서, 상기 축전지의 충전량에 따라, 상기 발전기의 출력의 상한치인 최대 허용 부하를 설정하는 처리를 컴퓨터에 실행시키기 위한 제어 프로그램이다.
본 발명에 의하면, 효율적으로 내연 기관을 사용하여 발전을 실시할 수 있다는 효과를 발휘한다.
도 1 은, 본 발명의 일 실시형태에 관련된 전원 시스템을 구비한 선박의 개략 구성을 나타내는 도면이다.
도 2 는, 디젤 발전기의 출력과 연비의 관계를 예시한 도면이다.
도 3 은, 본 발명의 일 실시형태에 관련된 ORC 의 개략 구성을 나타내는 도면이다.
도 4 는, 본 발명의 일 실시형태에 관련된 제어 장치에 의한 전원 시스템의 제어의 플로 차트를 나타낸 도면이다.
도 5 는, 본 발명의 일 실시형태에 관련된 제어 장치에 의한 전원 시스템의 제어의 플로 차트를 나타낸 도면이다.
도 6 은, 참고예에 관련된 선박의 운용예를 나타내는 도면이다.
도 7 은, 본 발명의 일 실시형태에 관련된 선박의 운용예를 나타내는 도면이다.
도 2 는, 디젤 발전기의 출력과 연비의 관계를 예시한 도면이다.
도 3 은, 본 발명의 일 실시형태에 관련된 ORC 의 개략 구성을 나타내는 도면이다.
도 4 는, 본 발명의 일 실시형태에 관련된 제어 장치에 의한 전원 시스템의 제어의 플로 차트를 나타낸 도면이다.
도 5 는, 본 발명의 일 실시형태에 관련된 제어 장치에 의한 전원 시스템의 제어의 플로 차트를 나타낸 도면이다.
도 6 은, 참고예에 관련된 선박의 운용예를 나타내는 도면이다.
도 7 은, 본 발명의 일 실시형태에 관련된 선박의 운용예를 나타내는 도면이다.
이하에, 본 발명에 관련된 전원 시스템 및 선박, 그리고 제어 방법, 그리고 제어 프로그램의 일 실시형태에 대하여, 도면을 참조하여 설명한다.
본 실시형태에서는, 전원 시스템 (10) 이 선박에 적용되는 경우에 대하여 설명하지만, 갑작스러운 부하 변동이 상정되는 장치 등이면 선박에 한정되지 않고 적용하는 것이 가능하다.
도 1 은, 본 발명의 일 실시형태에 관련된 전원 시스템 (10) 을 구비한 선박 (1) 의 개략 구성을 나타내는 도면이다. 도 1 에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태에 관련된 전원 시스템 (10) 은, 축전지 (11) 와, 디젤 발전기 (발전기) (12) 와, ORC (발전 유닛) (13) 와, 보조 발전기 (14) 와, 제어 장치 (15) 를 주된 구성으로서 구비하고 있다. 각 기기는, 계통 (선내 전력 계통) (3) 을 통하여, 선내에 있어서의 부하 (선내 부하) (5) 에 전력을 공급하고 있다. 즉, 전원 시스템 (10) 에 의해, 계통 (3) 에 접속된 부하에서 요구되는 전력 (계통 (3) 측의 요구 부하 (선내 요구 전력)) 가 조달되고 있다. 선내 부하 (5) 와 계통 (3) 사이의 개폐기 (S1) 에 의해 접속 상태를 제어해도 된다.
선내 부하 (5) 란, 계통 (3) 에 있어서의 전력을 소비하여 소정 동작이나 처리 등이 실행되는 기기가 필요로 하는 요구 전력으로서, 예를 들어, 항해 중 등에 항상 (장시간) 가동하고 있는 전기 계통이나, 바우 트러스터 등의 일시적으로 가동하는 기기 등을 포함하고 있다. 바우 트러스터는, 선박 (1) 을 가로 방향으로 움직이는 장치로서, 접안이나 이안하는 경우 등의 단시간에 사용된다. 본 실시형태에서는, 일시적으로 가동하는 기기 (급부하를 발생시키는 기기) 로서 바우 트러스터를 예로 하여 설명한다. 그러나, 일시적 (단시간) 으로 통상적인 선내 부하 (5) 를 상회하는 것과 같은 부하 (예를 들어, 디젤 발전기 (12) 의 정격 부하를 상회하는 것과 같은 부하) 를 발생시키는 기기이면 바우 트러스터에 한정되지 않는다.
축전지 (11) 는, 계통 (3) 에 접속되어 있다. 구체적으로는, 축전지 (11) 는, 전력 변환 장치 (16) 를 개재하여 계통 (3) 에 접속되어 있다. 축전지 (11) 는, 선내의 급부하에 대응하여 신속하게 방전을 실시할 수 있도록 형성되어 있다. 급부하란, 바우 트러스터 등의 단시간 (소정 기간) 에 사용되는 기기가 가동함으로써 발생하는 부하이다. 급부하에는, 상기에 한정되지 않고, 일시적인 부하 증가가 포함되는 것으로 해도 된다. 축전지 (11) 는, 축전하고 있는 전력을 곧바로 방전할 수 있기 때문에, 급부하에도 대응하여 전력을 보충하는 것이 가능해진다.
축전지 (11) 는, 예를 들어, 리튬 이온 전지, 납 전지, 니켈 수소 전지 등의 이차 전지이다. 축전지 (11) 로는, 출력 밀도, 에너지 밀도가 높기 때문에 리튬 이온 전지가 사용되는 것이 바람직하다. 축전지 (11) 에 대해서는 충전량을 계측하는 계측기 등이 설치되어 있고, 충전량은 제어 장치 (15) 에서 사용된다.
전력 변환 장치 (16) 는, 계통 (3) 과 축전지 (11) (및 후술하는 ORC (13)) 를 접속하여, 전력을 변환하는 장치이다. 전력 변환 장치 (16) 는, 축전지 (11) 에 대하여 컨버터 (쌍방향형 DC/DC 컨버터) (18) 가 접속되어 있고, 인버터 (쌍방향형 AC/DC 인버터) (17) 를 개재하여 계통 (3) 에 접속되어 있다. 인버터 (17) 와 계통 (3) 사이에는 개폐기 (S4) 가 형성되어 있고, 접속 상태가 제어 가능하게 되어 있다. 즉, 축전지 (11) 를 방전하는 경우에는, 축전지 (11) 로부터 출력된 직류 전압은, 컨버터 (18) 를 통하여 전압이 조정되고, 컨버터 (18) 로부터 출력된 직류 전압은 인버터 (17) 에 의해 계통 (3) 측에 적합한 주파수의 교류 전압으로 변환된다. 인버터 (17) 및 컨버터 (18) 는 쌍방향형이기 때문에, 축전지 (11) 를 충전하는 경우에는, 계통 (3) 의 교류 전압은, 인버터 (17) 에 의해 직류 전압으로 변환되고, 컨버터 (18) 를 통하여 전압이 조정되어, 축전지 (11) 에 공급된다. 후술하는 바와 같이, 인버터 (17) 와 컨버터 (18) 사이의 직류 전압이 흐르는 선 상의 점 (A) 에, 컨버터 (DC/AC 컨버터) (19) 를 통하여 ORC (13) 가 접속되어 있고, ORC (13) 의 발전 전력이 공급되게 되어 있다. 전력 변환 장치 (16) 는, 후술하는 제어 장치 (15) 에 의해 제어되고 있다.
전력 변환 장치 (16) 의 구성은, 상기 구성에 한정되지 않는다. 즉, 계통 (3) 에 대하여, 축전지 (11) 및 ORC (13) 가 접속 가능한 구성이면, 도 1 에 나타내는 구성으로 한정되지 않는다. 예를 들어, 축전지 (11) 와 ORC (13) 의 각각이, 컨버터 및 인버터를 개재하여 계통 (3) 에 접속되는 것으로 해도 된다.
디젤 발전기 (발전기) (12) 는, 계통 (3) 에 접속되고, 내연 기관을 사용하여 발전을 실시한다. 디젤 발전기 (12) 에 의해 발전된 전력은, 계통 (3) 에 출력되어, 선내 부하 (5) 에 공급된다. 본 실시형태에서는, 발전기로서 디젤 발전식을 사용하는 경우에 대하여 설명하지만, 연료를 연소시켜 기계 일을 얻는 내연 기관을 사용하여 발전을 실시하는 것이면 디젤 발전식에 한정되지 않는다. 디젤 발전기 (12) 와 계통 (3) 사이의 개폐기 (S2) 에 의해 접속 상태를 제어해도 된다.
디젤 발전기 (12) 는, 후술하는 제어 장치 (15) 에 의해 최대 허용 부하가 설정되고, 설정된 최대 허용 부하를 출력의 상한치로 하여 발전을 실시한다. 도 2 는 디젤 발전기 (12) 의 출력과 연비의 관계를 나타낸 도면이다. 도 2 에서는, 가로축을 디젤 발전기 (12) 의 출력 (예를 들어 ㎾) 으로 하고, 세로축을 연비 (예를 들어 g/㎾h) 로 하고 있다. 도 2 는, 디젤 발전기 (12) 의 출력과 연비의 관계의 일례이다. 도 2 에 나타내는 바와 같이, 디젤 발전에서는, 출력이 높아질수록, 연비 (연료 소비율) 가 낮아지기 때문에, 연비 효율이 양호한 동작점에서 발전을 실시하는 것이 가능해진다. 예를 들어, 도 2 에서는, 부하 30 ％ 에 대하여 부하 60 ％ 에서는 15 ％ 정도 연비 효율을 향상시킬 수 있다. 후술하는 바와 같이, 제어 장치 (15) 에 의해 적절한 최대 허용 부하가 설정되기 때문에, 적절히 출력을 높게 할 수 있어 발전 효율을 향상시키는 것이 가능해진다.
ORC (발전 유닛) (13) 는, 계통 (3) 및 축전지 (11) 에 접속되어, 배기 열 회수에 의해 발전을 실시한다. 본 실시형태에서는, 발전 유닛은, ORC (Organic Rankine Cycle System ; 유기 랭킨 사이클 시스템) 로서 설명하지만, 발전 유닛에 대해서는, 배기 열 회수에 의해 발전을 실시하는 것이면, ORC 에 한정되지 않는다.
도 3 은, ORC (13) 의 개략 구성예를 나타내는 도면이다. ORC (13) 는, 유기 열 매체를 열원으로 하여 발전을 실시하는 발전 유닛이다. ORC (13) 는, 추진용 메인 엔진 (도시 생략) 에 있어서의 디젤 연료의 연소에 의해 발생하는 열이 전달되는 재킷 냉각수를 이용하고, 재킷 냉각수와 유기 열 매체를 열 교환하여 재킷 냉각수를 열원으로 하여 발전을 실시한다 (배기 열 회수). 열원에 대해서는, 재킷 냉각수에 한정되지 않고, 에어 쿨러나 배기 가스, 보조기의 배기 열을 사용하는 것으로 해도 된다. 도 3 에 나타내는 바와 같이, ORC (13) 는, 유기 유체 순환 유로 (2a) 와, 증발기 (2b) 와, 파워 터빈 (2c) 과, 발전기 (2d) 와, 응축기 (2e) 와, 순환 펌프 (2f) 를 갖는다. ORC (13) 의 구성은 도 3 에 한정되지 않는다.
추진용 메인 엔진은, 선박 (1) 의 추진력을 발생시키는 주기관 (주기) 으로서, 연료유 및 연료 가스의 적어도 어느 일방을 주연료로 하여 소기 공기와 함께 연소시키는 내연 기관이다. 추진용 메인 엔진은, 엔진 실린더의 외측에, 냉각수가 흐르는 통로인 워터 재킷을 갖는다. 추진용 메인 엔진은, 냉각수 입구로부터 유입되는 냉각수를 워터 재킷에 유도하여 워터 재킷의 주위를 냉각시키고, 냉각수를 냉각수 출구로부터 냉각수 순환 유로 (6) 로 배출한다. 추진용 메인 엔진을 냉각시킨 냉각수는, 냉각수 순환 유로 (6) 로부터 유입되고, 증발기 (2b) 를 통과하여 유기 유체 순환 유로 (2a) 를 순환하는 유기 유체와 열 교환되어, 냉각수 순환 유로 (6) 에 공급된다.
유기 유체 순환 유로 (2a) 는, 냉각수 순환 유로 (6) 를 순환하는 추진용 메인 엔진에 있어서의 재킷 냉각수와 열 교환되는 유기 유체 (작동 유체. 예를 들어 유기 열 매체) 를 순환시키는 유로이다. 유기 유체로는, 물보다 비점이 낮은 유체가 사용된다. 따라서, 유기 유체 순환 유로 (2a) 를 순환하는 유기 유체는, 고온의 냉각수 (예를 들어, 약 85 ℃) 와 열 교환함으로써 증발된다. 물보다 비점이 낮은 유기 유체로서, 이소펜탄, 부탄, 프로판 등의 저분자 탄화수소나, R134a, R245fa 등의 냉매를 사용할 수 있다.
증발기 (2b) 는, 냉각수 순환 유로 (6) 를 유통하는 추진용 메인 엔진에 있어서의 재킷 냉각수와 유기 유체를 열 교환시켜 유기 유체를 증발시키는 장치이다. 증발기 (2b) 는, 순환 펌프 (2f) 로부터 유기 유체 순환 유로 (2a) 를 통하여 유입하는 유기 유체를 증발시킴과 함께 증발된 유기 유체를 파워 터빈 (2c) 에 공급한다.
파워 터빈 (2c) 은, 증발기 (2b) 에 의해 증발된 기상의 유기 유체에 의해 회전되는 장치이다. 파워 터빈 (2c) 은 발전기 (2d) 에 연결되는 로터 축 (도시 생략) 을 갖고, 로터 축의 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) 에 공급된다.
발전기 (2d) 는, 파워 터빈 (2c) 으로부터 전달되는 로터 축의 회전 동력에 의해 발전을 실시하는 장치이다. 발전기 (2d) 에 의해 발전된 전력은, ORC (13) 의 출력으로서 계통 (3) 이나 축전지 (11) 에 공급된다.
응축기 (2e) 는, 파워 터빈 (2c) 으로부터 배출된 유기 유체를 냉각수 (예를 들어 해수) 에 의해 냉각시키고, 기상의 유기 유체를 액상의 유기 유체로 응축시키는 장치이다. 응축기 (2e) 에 의해 응축된 액상의 유기 유체는, 유기 유체 순환 유로 (2a) 를 통하여 순환 펌프 (2f) 에 공급된다.
순환 펌프 (2f) 는, 유기 유체 순환 유로 (2a) 를 통하여 응축기 (2e) 로부터 공급되는 액상의 유기 유체를 증발기 (2b) 에 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 순서로 순환한다. 순환 펌프 (2f) 가 유기 유체를 토출하는 토출량은, 예를 들어 제어 장치 (15) 에 의해 제어된다.
도 1 에 나타내는 바와 같이, ORC (13) 는 전력 변환 장치 (16) 를 개재하여 계통 (3) 및 축전지 (11) 에 접속되어 있다. 구체적으로는, ORC (13) 의 출력은, 컨버터 (DC/AC 컨버터) (19) 를 개재하여 인버터 (17) 와 컨버터 (18) 사이 (직류 전압이 유통하는 구간의 점 (A)) 에 접속되어 있다. 즉, ORC (13) 로부터 출력된 교류 전압은, 컨버터 (19) 에 의해 직류 전압으로 변환되어, 점 (A) 에 공급된다. ORC (13) 의 출력은, 인버터 (17) 를 개재함으로써 계통 (3) 에 출력되고, 컨버터 (18) 를 개재함으로써 축전지 (11) 에 공급된다. ORC (13) 는 전력을 출력할 뿐이기 때문에, 컨버터 (19) 는 쌍방향으로 하지 않아도 된다. 도 1 의 전력 변환 장치 (16) 와 같이 ORC (13) 와 축전지 (11) 를 접속함으로써, ORC (13) 로부터 축전지 (11) 까지의 전력 공급에 있어서, 인버터 및 컨버터의 수를 보다 적게 할 수 있기 때문에, 전력 변환에 수반하는 손실을 억제하는 것이 가능해진다.
보조 발전기 (14) 는, 계통 (3) 에 접속되어 있다. 보조 발전기 (14) 는, 내연 기관에 의해 발전을 실시하는 발전기로서, 예를 들어 디젤 발전식의 발전기이다. 그리고, 보조 발전기 (14) 의 용량은, 디젤 발전기 (12) 의 용량보다 작다. 보조 발전기 (14) 를 메인의 디젤 발전기 (12) 와 동일한 용량으로 했을 경우와 비교하여, 보조 발전기 (14) 의 용량을 작게 했을 경우, 최대 허용 부하를 높게 설정할 수 있어, 연비 효율이 양호한 고부하역에서 운전할 수 있다. 보조 발전기 (14) 는, 계통 (3) 에 접속되어 있고, 계통 (3) 에 전력 공급 가능하게 되어 있다. 보조 발전기 (14) 는, 후술하는 제어 장치 (15) 에 의해 제어되고 있다. 보조 발전기 (14) 와 계통 (3) 사이의 개폐기 (S3) 에 의해 접속 상태를 제어해도 된다.
제어 장치 (15) 는, 전원 시스템 (10) 에 있어서의 각 기기를 제어하는 장치이다.
제어 장치 (15) 는, 예를 들어, 도시되지 않은 CPU (중앙 연산 장치), RAM (Random Access Memory) 등의 메모리, 및 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체 등으로 구성되어 있다. 후술하는 각종 기능을 실현하기 위한 일련의 처리 과정은, 프로그램의 형식으로 기록 매체 등에 기록되어 있고, 이 프로그램을 CPU 가 RAM 등으로 판독하여, 정보의 가공·연산 처리를 실행함으로써, 후술하는 각종 기능이 실현된다. 프로그램은, ROM 이나 그 밖의 기억 매체에 미리 인스톨해 두는 형태나, 컴퓨터 판독 가능한 기억 매체에 기억된 상태로 제공되는 형태, 유선 또는 무선에 의한 통신 수단을 통하여 배신되는 형태 등이 적용되어도 된다. 컴퓨터 판독 가능한 기억 매체란, 자기 디스크, 광 자기 디스크, CD-ROM, DVD-ROM, 반도체 메모리 등이다.
제어 장치 (15) 는, 축전지 (11) 의 충전량에 따라 디젤 발전기 (12) 의 출력의 상한치인 최대 허용 부하를 설정한다. 제어 장치 (15) 는, 충전량이, 상정되는 급부하에 대하여 미리 설정된 필요 급부하 용량보다 큰 경우에, 최대 허용 부하를 제 1 소정치로 설정하고, 충전량이, 필요 급부하 용량 이하인 경우에, 최대 허용 부하를 제 1 소정치보다 낮은 값으로 설정된 제 2 소정치로 설정한다. 구체적으로는, 제어 장치 (15) 는, 축전지 (11) 의 충전량이 미리 설정한 임계값 이상인 경우에, 최대 허용 부하를 제 1 소정치로 설정하고, 충전량이, 그 임계값에 대응하는 충전량 미만이고, 상정되는 급부하에 대하여 미리 설정된 필요 급부하 용량 이하인 경우에, 최대 허용 부하를 제 1 소정치보다 낮은 값으로 설정된 제 2 소정치로 설정한다. 즉, 제어 장치 (15) 는, 축전지 (11) 의 충전량이 높은 경우에 디젤 발전기 (12) 의 최대 허용 부하를 높게 설정하고, 축전지 (11) 의 충전량이 낮은 경우에 디젤 발전기 (12) 의 최대 허용 부하를 낮게 설정한다. 최대 허용 부하를 제 1 소정치로 설정하는 조건으로는, 축전지 (11) 의 충전량이 필요 급부하 용량보다 커졌을 경우로 해도 되고, 축전지 (11) 의 충전량이, 필요 급부하 용량에 대응하는 충전량 이상에 있어서 미리 설정된 임계값 이상이 되었을 경우로 해도 된다.
본 실시형태에서는, 축전지 (11) 의 충전량에 대하여 미리 설정한 임계값을 90 ％ (만충전량이 100 ％) 로 하고, 디젤 발전기 (12) 의 최대 허용 부하에 대하여 설정된 제 1 소정치를 85 ％ (디젤 발전기 (12) 의 정격 출력이 100 ％), 제 2 소정치를 50 ％ 로 하는 경우에 대하여 설명한다. 임계값이나, 제 1 소정치, 제 2 소정치의 구체적인 값에 대해서는 상기에 한정되지 않는다.
축전지 (11) 의 충전량에 대한 임계값은, 항상 (장시간) 가동하고 있는 기기나, 일시적으로 가동하는 기기 (상정되는 급부하) 등이 요구하는 전력량에 기초하여 설정된다. 즉, 축전지 (11) 에 임계값 이상의 충전량이 축전되어 있으면, 축전지 (11) 의 방전에 의해, 상정되는 선내 부하 (5) 에 의해 확실하게 대응할 수 있다. 디젤 발전기 (12) 의 최대 허용 부하에 대한 제 1 소정치는, 디젤 발전기 (12) 의 사양에 기초하여 연비가 양호한 동작점에서 운전을 실시할 수 있도록 설정된다. 즉, 연비 효율이 양호한 소정 동작점 영역에 있어서 설정된다. 디젤 발전기 (12) 의 최대 허용 부하에 대한 제 2 소정치는, 제 1 소정치보다 낮고, 급부하분에 대응할 수 있도록 디젤 발전기 (12) 의 사양에 기초하여 설정된다. 즉, 제 2 소정치에서는, 급부하에 대비하여 디젤 발전기 (12) 의 출력이 제한되도록 설정된다.
선박 (1) 에서는, 바우 트러스터를 탑재하고 있고, 접안이나 이안을 실시하는 경우 등에 사용된다. 바우 트러스터는 계통 (3) 에 접속되어 있는 선내 부하 (5) 에 포함되어 있고, 동작하는 경우에는 일시적으로 큰 전력을 필요로 한다. 즉, 바우 트러스터를 가동시키면 급부하가 발생한다. 이와 같은 급부하가 발생했을 경우에, 예를 들어 디젤 발전기 (12) 로 전력을 보충하는 것으로 하면, 급부하가 발생하고 있지 않은 상태에 있어서 디젤 발전기 (12) 를 저부하로 동작시켜 둘 필요가 있다. 다시 말하하면, 급부하에 대비하여 디젤 발전기 (12) 의 출력을 제한하여 운전해 둘 필요가 있다. 이와 같은 경우에는, 디젤 발전기 (12) 는 연비가 양호한 동작점에서 운전을 실시할 수 없기 때문에, 연비 효율이 낮은 상태가 되게 된다. 이 때문에, 본 실시형태에 있어서의 전원 시스템 (10) 에서는, 급부하에도 대응할 수 있도록, 축전지 (11) 를 구비하고, 급부하가 있었을 경우에 방전 가능하게 하고 있다.
그리고, 제어 장치 (15) 는, 축전지 (11) 의 충전량이 미리 설정한 임계값 이상인 경우에는, 축전지 (11) 의 방전에 의해 급부하에 대응할 수 있는 것으로 상정하여, 디젤 발전기 (12) 의 출력의 상한치인 최대 허용 부하를 제 2 소정치보다 큰 제 1 소정치(85 ％) 로 설정한다. 최대 허용 부하를 높게 설정함으로써, 디젤 발전기 (12) 를 효율이 양호한 동작점에서 운전시키는 것이 가능해진다.
제어 장치 (15) 는, 축전지 (11) 의 충전량이 미리 설정한 필요 급부하 용량 이하인 경우에는, 축전지 (11) 의 방전에 의해 급부하에 대응할 수 없을 가능성이 있는 것으로 상정하여, 디젤 발전기 (12) 의 출력의 상한치인 최대 허용 부하를 제 1 소정치보다 작은 제 2 소정치 (50 ％) 로 설정한다. 이 때문에, 축전지 (11) 의 충전량이 임계값에 미치지 않는 경우에도, 디젤 발전기 (12) 의 최대 허용 부하가 제 1 소정치보다 낮게 설정되기 때문에, 급부하가 발생했다고 해도 축전지 (11) 및 디젤 발전기 (12) 에서 전력을 조달하는 것이 가능해진다. 필요 급부하 용량은, 제 1 소정치에 관련된 임계값 (90 ％) 보다 작은 용량에 상당하고 있다. 즉, 임계값에 대응하는 충전량보다 필요 급부하 용량에 대응하는 충전량이 작다. 이 때문에, 축전지 (11) 의 충전량이 임계값 이상이 되어 최대 허용 부하가 제 1 소정치로 설정되면, 그 후 방전하여 축전지 (11) 의 충전량이 저하했을 경우에도, 축전지 (11) 의 충전량이 필요 급부하 용량 이상이면, 최대 허용 부하는 제 1 소정치로서 설정된다.
제어 장치 (15) 는, 디젤 발전기 (12) 의 출력과 ORC (13) 의 출력의 합계 출력이 계통 (3) 측의 요구 부하 (선내 부하 (5)) 보다 작아졌을 경우에, 축전지 (11) 를 방전한다. 즉, 제어 장치 (15) 는, 계통 (3) 측의 요구 부하를, 디젤 발전기 (12) 와 ORC (13) 에서 대응할 수 없게 되었을 경우에, 축전지 (11) 를 방전하여, 축전지 (11) 의 전력도 계통 (3) 에 공급한다. 이 때문에, 선내 부하 (5) 에 대하여 폭넓게 대응할 수 있다. 선내 부하 (5) 에 대하여 디젤 발전기 (12) 의 출력과 ORC (13) 의 출력을 우선적으로 사용하기 때문에, 축전지 (11) 의 방전을 억제하여, 축전지 (11) 의 충전량의 저하를 억제할 수 있다.
축전지 (11) 를 방전한 경우에는, 축전지 (11) 및 디젤 발전기 (12) 에 의해 급부하에 대응할 수 없을 가능성이 있다. 이 때문에, 제어 장치 (15) 는, 축전지 (11) 의 충전량이, 상정되는 급부하에 대하여 미리 설정된 필요 급부하 용량 이하가 되었을 경우에, 보조 발전기 (14) 를 기동한다. 필요 급부하 용량이란, 미리 상정되는 갑작스러운 부하 변동의 발생시에 필요한 전력량이다. 즉, 축전지 (11) 의 충전량이 필요 급부하 용량 이상이면, 축전지 (11) 의 방전에 의해 급부하에 대응하는 것이 가능해진다. 예를 들어, 필요 급부하 용량은, 일시적으로 동작하는 기기 (바우 트러스터) 를 일시적으로 동작시키는 경우에 필요로 하는 전력량에 기초하여 설정된다.
즉, 축전지 (11) 의 충전량이, 필요 급부하 용량 이하가 된 경우에는, 축전지 (11) 및 디젤 발전기 (12) 에 의해 급부하에 대응할 수 없는 경우가 있다. 그래서, 제어 장치 (15) 는, 축전지 (11) 의 충전량이 필요 급부하 용량 이하가 되었을 경우에, 보조 발전기 (14) 를 기동한다. 보조 발전기 (14) 는 기동에 시간을 필요로 하기 때문에, 보조 발전기 (14) 의 기동이 완료되어 있지 않은 경우에는, 디젤 발전기 (12) (최대 허용 부하가 제 2 소정치로 설정되어 있다) 에 의해, 급부하에 대응한다. 급부하의 발생시까지 보조 발전기 (14) 의 기동이 완료되어 있으면, 디젤 발전기 (12) 와 보조 발전기 (14) 에 의해 급부하에 대응하는 것도 가능하다. 보조 발전기 (14) 에 대해서도, 효율이 양호한 동작점에서 운전을 실시하기 때문에, 보조 발전기 (14) 의 출력의 상한치는 디젤 발전기 (12) 의 최대 허용 부하에 기초하여 설정한다. 구체적으로는, 보조 발전기 (14) 의 출력의 상한치는 디젤 발전기 (12) 의 최대 허용 부하와 동등한 값으로 설정된다. 예를 들어, 디젤 발전기 (12) 의 최대 허용 부하가 50 ％ 로 설정되어 있는 경우에는, 보조 발전기 (14) 의 출력의 상한치는, 보조 발전기 (14) 의 정격을 100 ％ 로 하여, 50 ％ 로 설정된다.
제어 장치 (15) 는, ORC (13) 의 출력 상태에 따라, ORC (13) 의 출력 및 계통 전력의 적어도 어느 일방에 의해 축전지 (11) 를 충전한다. 구체적으로는, 제어 장치 (15) 는, ORC (13) 의 출력 상태가 소정 출력 이상인 경우에, 충전량에 따라 ORC (13) 의 출력 및 계통 전력의 적어도 어느 일방에 의해 축전지 (11) 를 충전하고, ORC (13) 의 출력 상태가 소정 출력 미만인 경우에, ORC (13) 의 출력 및 계통 전력의 양방에 의해 축전지 (11) 를 충전한다. 소정 출력은, 예를 들어 80 ％ (ORC (13) 의 출력의 정격 출력이 100 ％) 이다.
제어 장치 (15) 는, ORC (13) 의 출력 상태가 소정 출력 이상인 경우에는, 축전지 (11) 의 충전량을 참조하여, 축전지 (11) 의 충전량이 미리 설정한 하한치 (예를 들어 20 ％) 미만인 경우에, ORC (13) 의 출력과 계통 전력의 양방을 사용하여 축전지 (11) 를 충전한다. 이 때문에, ORC (13) 의 출력 상태가 충분하고, 축전지 (11) 의 충전량이 낮은 상태인 경우에는, ORC (13) 의 출력과 계통 전력의 양방에 의해 신속하게 축전지 (11) 를 충전하는 것이 가능해진다. 제어 장치 (15) 는, ORC (13) 의 출력 상태가 소정 출력 이상인 경우에는, 축전지 (11) 의 충전량을 참조하여, 축전지 (11) 의 충전량이 미리 설정한 하한치 (예를 들어 20 ％) 이상인 경우에, ORC (13) 의 출력을 사용하여 축전지 (11) 를 충전한다. 이 때문에, ORC (13) 의 출력 상태가 충분하고, 축전지 (11) 의 충전량이 하한치를 하회하고 있지 않은 상태인 경우에는, ORC (13) 의 출력에 의해 축전지 (11) 를 충전하는 것이 가능해진다. 이 경우에는 계통 전력을 충전에 이용하지 않기 때문에, 선내 부하 (5) 에 안정적으로 전력 공급을 실시할 수 있다. ORC (13) 의 출력 상태가 소정 출력 이상이고, 축전지 (11) 의 충전량이 미리 설정한 하한치 (예를 들어 20 ％) 이상인 경우에는, 계통 전력에 의해 축전지 (11) 를 충전하는 것으로 해도 된다.
그리고, 제어 장치 (15) 는, ORC (13) 의 출력 상태가 소정 출력 미만인 경우에는, ORC (13) 의 출력 및 계통 전력의 양방에 의해 축전지 (11) 를 충전한다. 즉, ORC (13) 의 출력 상태가 충분하지 않은 경우에는, ORC (13) 의 출력과 계통 전력의 양방에 의해 신속하게 축전지 (11) 를 충전하는 것이 가능해진다.
다음으로, 상기 서술한 제어 장치 (15) 에 의한 전원 시스템 (10) 의 제어에 대하여 도 4 및 도 5 를 참조하여 설명한다. 도 4 및 도 5 에 나타내는 플로는, 선박 (1) 이 가동 중 (항행 중 및 정박 중을 포함한다) 인 경우에 있어서 소정 제어 주기로 반복하여 실행된다. 도 4 및 도 5 의 플로에서는, 충전량이 충분한 (제 1 소정치 이상) 경우를 상정하고 있다.
먼저, 도 4 에 나타내는 바와 같이 축전지 (11) 의 충전량이 90 ％ (임계값) 이상인 경우 (S101) 에, 디젤 발전기 (12) 의 최대 허용 부하를 85 ％ (제 1 소정치) 로 설정한다 (S102). S101 에 있어서의 충전량이 임계값 이상인 경우란, 충전량이 필요 급부하 용량보다 큰 충전량에 상당하는 임계값 이상이 되어 있는 경우이다. 임계값은, 후술하는 S104 에 있어서 선내 부하가 증가했을 경우에, 소정 기간은 선내 부하의 증가분을 축전지 (11) 의 방전으로 조달하는 것이 가능하도록 설정되어 있다. 그리고, ORC (13) 의 출력을 계통 (3) 에 송전한다 (S103).
그리고, 선내 부하 (5) 가 디젤 발전기 (12) 의 출력 (출력의 상한) 과 ORC (13) 의 출력의 합계 출력보다 큰지 여부를 판정한다 (S104). 출력의 상한이란, 최대 허용 부하에 대응하고 있다. 선내 부하 (5) 가 디젤 발전기 (12) 의 출력과 ORC (13) 의 출력의 합계 출력보다 크지 않은 경우 (S104 의 NO 판정) 에는, 처리를 종료한다.
선내 부하 (5) 가 디젤 발전기 (12) 의 출력과 ORC (13) 의 출력의 합계 출력보다 큰 경우 (S104 의 YES 판정) 에는, 축전지 (11) 를 방전한다 (S105).
그리고, 축전지 (11) 의 충전량이 필요 급부하 용량 이하인지 여부를 판정한다 (S107).
축전지 (11) 의 충전량이 필요 급부하 용량 이하가 아닌 경우 (S107 의 NO 판정) 에는, S105 를 반복하여 실행하고, 축전지 (11) 를 방전한다. 그리고, 도 5 로 이행하여, 축전지 (11) 의 충전량이 필요 급부하 용량 이하인 경우 (S107 의 YES 판정) 에는, 디젤 발전기 (12) 의 최대 허용 부하를 50 ％ (제 2 소정치) 로 설정한다 (S108).
그리고, 보조 발전기 (14) 를 기동한다 (S109). S109 와 병렬하여, ORC (13) 의 출력이 80 ％ (소정 출력) 이상인지 여부를 판정한다 (S110). ORC (13) 의 출력이 80 ％ (소정 출력) 이상이 아닌 경우 (S110 의 NO 판정) 에는, ORC (13) 의 출력과 계통 전력의 양방에 의해 축전지 (11) 를 충전한다 (S114).
ORC (13) 의 출력이 80 ％ (소정 출력) 이상인 경우 (S110 의 YES 판정) 에는, 축전지 (11) 의 충전량이 20 ％ (하한치) 미만인지 여부를 판정한다 (S111). 축전지 (11) 의 충전량이 20 ％ (하한치) 미만인 경우 (S111 의 YES 판정) 에는, ORC (13) 의 출력과 계통 전력의 양방에 의해 축전지 (11) 를 충전한다 (S112). 축전지 (11) 의 충전량이 20 ％ (하한치) 미만이 아닌 경우 (S111 의 NO 판정) 에는, ORC (13) 의 출력에 의해 축전지 (11) 를 충전한다 (S113).
제어 장치 (15) 에서는 도 4 및 도 5 의 플로와 같이 처리가 실행되어, 전원 시스템 (10) 이 제어되고 있다.
다음으로, 제어 장치 (15) 에 의한 전력 변환 장치 (16) 의 제어에 대하여 도 1 을 참조하여 설명한다.
전원 시스템 (10) 에서는, ORC (13) 의 출력과 계통 전력의 양방을 사용하여 축전지 (11) 를 충전하는 경우와, ORC (13) 의 출력에 의해 축전지 (11) 를 충전하는 경우와, 축전지 (11) 의 출력을 계통 (3) 에 송전하는 경우와, ORC (13) 의 출력을 계통 (3) 에 송전하는 경우와, 축전지 (11) 의 출력과 ORC (13) 의 출력을 계통 (3) 에 송전하는 경우가 있다. 인버터 (17) 나 컨버터 (18), 컨버터 (19) 는, 동작을 정지시키는 것에 의해 전류의 유통이 정지되는 것으로 한다.
ORC (13) 의 출력과 계통 전력의 양방을 사용하여 축전지 (11) 를 충전하는 경우에는, 개폐기 (S4) 를 닫힘으로 하여, 인버터 (17) 에 있어서 교류 직류 변환을 실시하고, 컨버터 (18) 에 있어서 전압 변환 (축전지 (11) 측에 전력 공급) 을 실시하고, 컨버터 (19) 에 있어서 교류 직류 변환을 실시함으로써, ORC (13) 의 출력 및 계통 전력의 양방이 축전지 (11) 에 공급된다.
ORC (13) 의 출력에 의해 축전지 (11) 를 충전하는 경우에는, 개폐기 (S4) 를 열림으로 하여, 인버터 (17) 를 정지시키고, 컨버터 (18) 에 있어서 전압 변환 (축전지 (11) 측에 전력 공급) 을 실시하고, 컨버터 (19) 에 있어서 교류 직류 변환을 실시함으로써, ORC (13) 의 출력이 축전지 (11) 에 공급된다.
축전지 (11) 의 출력을 계통 (3) 에 송전하는 경우에는, 개폐기 (S4) 를 닫힘으로 하여, 인버터 (17) 에 있어서 직류 교류 변환을 실시하고, 컨버터 (18) 에 있어서 전압 변환 (축전지 (11) 측으로부터 전력 송전) 을 실시하고, 컨버터 (19) 를 정지시키는 것에 의해, 축전지 (11) 의 출력을 계통 (3) 에 송전한다.
ORC (13) 의 출력을 계통 (3) 에 송전하는 경우에는, 개폐기 (S4) 를 닫힘으로 하여, 인버터 (17) 에 있어서 직류 교류 변환을 실시하고, 컨버터 (18) 를 정지시키고, 컨버터 (19) 에 있어서 교류 직류 변환을 실시함으로써, ORC (13) 의 출력을 계통 (3) 에 송전한다.
축전지 (11) 의 출력과 ORC (13) 의 출력을 계통 (3) 에 송전하는 경우에는, 개폐기 (S4) 를 닫힘으로 하여, 인버터 (17) 에 있어서 직류 교류 변환을 실시하고, 컨버터 (18) 에 있어서 전압 변환 (축전지 (11) 측으로부터 전력 송전) 을 실시하고, 컨버터 (19) 에 있어서 교류 직류 변환을 실시함으로써, ORC (13) 의 출력 및 계통 전력의 양방이 계통 (3) 에 송전된다.
개폐기 (S4) 를 닫힘으로 하여, 인버터 (17) 에 있어서 교류 직류 변환을 실시하고, 컨버터 (18) 에 있어서 전압 변환 (축전지 (11) 측에 전력 공급) 을 실시하고, 컨버터 (19) 를 정지시키는 것에 의해, 계통 전력을 축전지 (11) 에 공급하는 것으로 해도 된다.
각 기기 사이에 있어서의 전력 변환 및 전류의 흐름이 제어 가능하면, 전력 변환 장치 (16) 는 도 1 의 구성으로 한정되지 않는다. 전력 변환 장치 (16) 의 제어 방법에 대해서도 상기에 한정되지 않는다.
다음으로, 선박의 운용예 (선내 부하 (5) 에 대한 각 기기의 상태) 에 대하여 도 6 및 도 7 을 참조하여 설명한다. 도 6 은 참고예에 관련된 선박의 운용예를 나타내고 있다. 참고예란, 축전지 (11) (및 ORC (13)) 를 이용하지 않고, 2 대의 디젤 발전기 (제 1 디젤 발전기 및 제 2 디젤 발전기라고 한다) 에 의해 급부하에 대응하는 예이다. 예를 들어, 참고예의 경우에는, 2 대의 디젤 발전기로 급부하에 대응하기 위해서, 2 대의 디젤 발전기의 출력을 제한 (예를 들어 정격 출력의 30 ％ 등) 하여 운전을 실시한다. 도 7 은, 본 실시형태에 관련된 선박 (1) 의 운용예를 나타내고 있다. 도 6 및 도 7 에서는, 기간 (Ta) (항해 중인 기간) 이 항해 중을 나타내고, 기간 (Tb) (입항 중인 기간) 이 입항하는 경우를 나타내고, 기간 (Tc) (하역 중인 기간) 이 하역을 실시하는 경우 (즉 정박 중) 를 나타내고 있다. 도 6 및 도 7 에 있어서, 추진용 메인 엔진의 부하 (도 6 및 도 7 의 「메인 엔진 부하」) 는, 기간 (Ta) 의 항해 중에 일정하고, 기간 (Tb) 의 입항에 있어서 감속으로 인해 감소하고, 기간 (Tc) 의 하역에서는 정지하고 있기 때문에 영이 되어 있다. 도 6 및 도 7 에 있어서, 동일한 선내 부하 (5) 가 발생하고 있는 것으로 한다.
먼저, 도 6 을 참조하여, 참고예에 관련된 선박의 운용예 (선내 부하 (5) 에 대한 각 기기의 상태) 를 설명한다. 참고예에서는, 제 1 디젤 발전기 및 제 2 디젤 발전기의 최대 허용 부하를 60 ％ 로 일정하게 한다.
기간 (Ta) 의 항해 중에서는, 예를 들어 시각 (T1) 에 있어서, 선내 부하 (5) 에 대하여 제 1 디젤 발전기에서 대응하고 있고, 제 2 디젤 발전기는 정지하고 있다. 시각 (T2) 으로부터 선내 부하 (5) 가 증가하고, 증가한 선내 부하 (5) 에 대해서는, 제 1 디젤 발전기 및 제 2 디젤 발전기의 2 대에서 대응하고 있다. 그리고 시각 (T5) 에 있어서 선내 부하 (5) 가 일정하게 되어, 제 1 디젤 발전기로 대응 가능해지면, 제 2 디젤 발전기는 정지된다.
기간 (Tb) 의 입항에서는, 시각 (T6) 에 있어서, 바우 트러스터 등에 의해 발생하는 급부하에 대비하여 제 2 디젤 발전기를 기동하여, 제 1 디젤 발전기 및 제 2 디젤 발전기를 병렬 운전한다. 그리고, 시각 (T7) 에 있어서, 접안 등을 위해서 바우 트러스터가 가동되면, 선내 부하 (5) 가 급상승한다 (급부하 발생). 이 때문에, 병렬 운전하고 있는 제 1 디젤 발전기 및 제 2 디젤 발전기의 양방을 사용하여 급부하에 대응한다.
도 6 의 참고예에서는, 제 1 디젤 발전기 및 제 2 디젤 발전기를 병렬 운전하고 있기 때문에, 연료의 소비량도 많아, 연비 효율을 높게 하는 것이 곤란하다. 제 1 디젤 발전기 및 제 2 디젤 발전기를 병렬 운전하여 급부하에 대비할 필요가 있기 때문에, 병렬 운전시에 출력을 제한할 필요가 있어, 연비가 저하하는 경향이 있다.
다음으로, 도 7 을 참조하여, 본 실시형태에 관련된 선박 (1) 의 운용예 (선내 부하 (5) 에 대한 각 기기의 상태) 를 설명한다. 도 7 의 예에서는, 디젤 발전기 (12) 의 최대 허용 부하의 제 1 소정치를 85 ％ 로 하고, 제 2 소정치를 50 ％ 로 하고 있다. 예를 들어, 디젤 발전기 (12) 의 용량은, 정격을 500 ㎾ 로 하면, 제 1 소정치의 경우에는 425 ㎾ 가 되고, 제 2 소정치의 경우에는 250 ㎾ 가 된다. 보조 발전기 (14) 는 정격을 300 ㎾ 로 하고 있다.
기간 (Ta) 의 항해 중에서는, 예를 들어 시각 (T1) 에 있어서, 선내 부하 (5) 에 대하여 디젤 발전기 (12) 와 ORC (13) 에 의해 대응하고 있다. 이 때, 축전지의 충전율은 임계값 이상이 되어 있고, 디젤 발전기 (12) 의 최대 허용 부하는 제 1 소정치로 설정되어 있다. 그리고, 시각 (T2) 에 있어서 선내 부하 (5) 가 증가하면, 최대 허용 부하를 출력의 상한으로 하여 디젤 발전기 (12) 의 출력을 증가시켜, 디젤 발전기 (12) 의 출력과 ORC (13) 의 출력으로 증가 후의 선내 부하 (5) 에 대응하고 있다. 이 경우에는, 디젤 발전기 (12) 의 출력 (최대 허용 부하) 과 ORC (13) 의 출력의 합계 출력이 선내 부하 (5) 보다 큰 경우로서, 축전지 (11) 의 방전은 실시되지 않는다.
시각 (T3) 에 있어서 선내 부하 (5) 가 더욱 증가하면, 디젤 발전기 (12) 의 출력 (최대 허용 부하) 과 ORC (13) 의 출력의 합계 출력보다 선내 부하 (5) 가 커지고, 축전지 (11) 가 방전된다. 즉, 디젤 발전기 (12) 의 출력과, ORC (13) 의 출력과, 축전지 (11) 의 방전에 의해 선내 부하 (5) 에 대응한다. 그리고, 시각 (T4) 에 있어서 축전지 (11) 의 충전량이 필요 급부하 용량 이하가 될 때까지 저하하면 디젤 발전기 (12) 의 최대 허용 부하가 제 2 소정치로 변경된다. 보조 발전기 (14) 가 기동된다. 즉, 디젤 발전기 (12) 의 출력 (최대 허용 부하는 제 2 소정치로 설정) 과, 보조 발전기 (14) 의 출력으로 선내 부하 (5) 에 대응하고 있다. 보조 발전기 (14) 의 출력의 상한은, 디젤 발전기 (12) 의 최대 허용 부하의 설정치 (제 2 소정치) 와 동등한 부하율로 설정된다. 디젤 발전기 (12) 와 보조 발전기 (14) 의 최대 허용 부하를 동등하게 함으로써, 양방 모두 양호한 밸런스로 부하율을 높게 하여, 연비 효율을 향상시키는 것이 가능해진다. 만일, 일방의 발전기의 최대 허용 부하를, 다른 일방의 발전기의 최대 허용 부하보다 높게 했을 경우 (동일하게 하지 않고, 밸런스를 무너뜨렸을 경우) 에는, 최대 허용 부하가 낮게 설정된 측의 발전기가, 연비 효율이 매우 나쁜 부하대로 운전할 가능성이 있다. 디젤 발전기 (12) 와 보조 발전기 (14) 는 정격 용량이 상이하기 때문에, 최대 허용 부하가 동등하게 설정되었다고 해도 도 7 과 같이 출력은 상이하다. 그리고, 축전지 (11) 의 충전량은 필요 급부하 용량 이하까지 저하되어 있기 때문에, 축전지 (11) 는 충전으로 전환된다.
그리고, 시각 (T5) 에 있어서 선내 부하 (5) 가 시각 (T1) 의 선내 부하 (5) 와 동등까지 저하하고, 디젤 발전기 (12) 의 출력 (최대 허용 부하) 과 ORC (13) 의 출력의 합계 출력이 선내 부하 (5) 보다 커진다. 시각 (T5) 에서는 축전지 (11) 의 충전량이 임계값 이상이 되고, 디젤 발전기 (12) 의 최대 허용 부하가 제 1 소정치로 설정된다. 보조 발전기 (14) 는 정지된다. 보조 발전기 (14) 에 대해서는, 디젤 발전기 (12) 의 출력 (최대 허용 부하) 과 ORC (13) 의 출력의 합계 출력이 선내 부하 (5) 보다 커졌을 경우에 정지하는 것으로 해도 되고, 축전지 (11) 의 충전량이 임계값 이상이 되었을 경우에 정지하는 것으로 해도 된다.
기간 (Tb) 의 입항에서는, 시각 (T6) 에 있어서, 입항 (정지) 을 위해서 ORC (13) 의 출력이 저하하고, 선내 부하 (5) 에 대응하기 위해서 디젤 발전기 (12) 의 출력이 증가한다. 그리고, 시각 (T7) 에 있어서, 접안 등을 위해서 바우 트러스터가 가동되면, 선내 부하 (5) 가 급상승한다 (급부하 발생). 이 때문에, 축전지 (11) 가 급방전함으로써 급부하에 대응한 전력을 계통 (3) 에 출력한다.
본 실시형태에서는, 도 7 에 나타내는 바와 같이 선내 부하 (5) 에 대응하여 각 기기가 동작하고, 계통 (3) 에 적절히 전력이 공급된다.
시각 (T1) 에 있어서, 도 6 의 참고예에서는 제 1 디젤 발전기 (1 대) 에 의해 선내 부하 (5) 에 대응하고 있고, 도 7 의 본 실시형태에서는, 디젤 발전기 (12) 와 ORC (13) 에 의해 선내 부하 (5) 에 대응하고 있다. 본 실시형태에서는, ORC (13) 와의 병용에 의해 디젤 발전기 (12) 의 출력은 저하시키고 있기 때문에 디젤 발전기 (12) 자체의 연비는 저하할 가능성이 있다. 그러나, ORC (13) 를 사용하는 것에 의해, ORC (13) 에서 얻은 전력분 (배기 열 회수에 의해 얻은 전력분) 만큼, 디젤 발전기 (12) 에서 발생시키는 전력을 저하시킬 수 있기 때문에, 디젤 발전기 (12) 의 연료의 소비 자체를 저감시킬 수 있다. 즉, 전체적으로 소비하는 연료의 양을 억제할 수 있기 때문에, 종합적으로 연비 효율을 향상시킬 수 있다.
시각 (T2) 에 있어서, 축전지 (11) 의 충전율에 기초하여 최대 허용 부하를 높게 설정함으로써, 디젤 발전기 (12) 를 효율이 양호한 동작점에서 운전시키는 것이 가능해진다.
시각 (T3) 에 있어서, 디젤 발전기 (12) 의 출력과, ORC (13) 의 출력과, 축전지 (11) 의 방전에 의해 선내 부하 (5) 에 대응하고 있다. 이 때문에, 디젤 발전기 (12) 의 최대 허용 부하를 높게 설정하고 있었다고 해도 축전지 (11) 의 방전에 의해 보다 확실하게 부하 증가에 대응하는 것이 가능해진다.
시각 (T4) 에 있어서, 본 실시형태에서는 도 7 과 같이 축전지 (11) 의 충전량이 필요 급부하 용량 이하가 되었을 경우에, 축전지 (11) 를 충전하고 있기 때문에, 축전지 (11) 의 충전량을 보다 확실하게 필요 급부하 용량 이상으로 유지할 수 있다. 디젤 발전기 (12) 와 보조 발전기 (14) 를 병용하여 선내 부하 (5) 에 대응시켜, 디젤 발전기 (12) 및 보조 발전기 (14) 의 출력의 상한인 부하율을 동등하게 함으로써, 양호한 밸런스로 부하율을 높게 하여 연비 효율을 향상시킬 수 있다.
시각 (T6) 에 있어서, 본 실시형태에서는 도 7 과 같이 디젤 발전기 (12) 와 ORC (13) 를 병용하는 것으로 하고 있기 때문에, ORC (13) 에서 얻은 전력분 (배기 열 회수에 의해 얻은 전력분) 만큼, 디젤 발전기 (12) 에서 발생시키는 전력을 저하시킬 수 있기 때문에, 디젤 발전기 (12) 의 연료의 소비 자체를 저감시킬 수 있다. 즉, 전체적으로 소비하는 연료의 양을 억제할 수 있기 때문에, 종합적으로 연비 효율을 향상시킬 수 있다.
시각 (T7) 에 있어서, 본 실시형태에서는 도 7 과 같이 급부하에 대하여 축전지 (11) 의 방전으로 대응하는 것으로 하고 있기 때문에, 급부하에 의해 신속하고 안정적으로 대응할 수 있다. 참고예에서는 도 6 과 같이, 급부하에 대하여 제 1 디젤 발전기와 제 2 디젤 발전기에서 대응하고 있기 때문에, 급부하에 대비할 필요가 있기 때문에 2 대 모두 연비 효율이 나쁜, 저부하역에서 운전하지 않으면 안 된다. 급격하게 발전기의 출력을 상승시킨 경우에는, 흑연이 발생하게 될 가능성도 있다. 그러나, 본 실시형태와 같이, 축전지 (11) 에서 대응함으로써, 디젤 발전기 (12) 에의 기기 부담을 억제하여, 안정적으로 급부하에 대응할 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 실시형태에 관련된 전원 시스템 및 선박, 그리고 제어 방법, 그리고 제어 프로그램에 의하면, 계통 (3) 에는 축전지 (11) 와 내연 기관을 사용하여 발전을 실시하는 디젤 발전기 (12) 가 접속되어 있고, 축전지 (11) 의 충전량에 따라 디젤 발전기 (12) 의 출력의 상한치인 최대 허용 부하를 설정하고 있다. 이 때문에, 디젤 발전기 (12) 의 최대 허용 부하를 적절히 설정하여, 효율적으로 내연 기관을 사용하여 발전을 실시하는 것이 가능해진다. 예를 들어, 축전지 (11) 의 충전량이 높은 경우에는, 축전지 (11) 의 방전에 의해서도 급부하에 대응할 수 있기 때문에, 디젤 발전기 (12) 를 급부하 투입에 대비하여 효율이 나쁜 저부하역에서 운전할 필요가 없어진다. 즉, 디젤 발전기 (12) 의 최대 허용 부하를 높게 설정함으로써, 내연 기관에 의한 연비 효율을 향상시키는 것이 가능해진다.
충전량이 미리 설정한 임계값 이상인 경우에는 최대 허용 부하를 제 1 소정치로 하고, 충전량이, 그 임계값에 대응하는 충전량 미만이고, 상정되는 급부하에 대하여 미리 설정된 필요 급부하 용량 이하인 경우에, 최대 허용 부하를 제 1 소정치보다 낮은 값으로 설정된 제 2 소정치로 하고 있다. 이 때문에, 충전량에 따라 디젤 발전기 (12) 의 최대 허용 부하를 적절히 설정할 수 있다. 이 때문에, 내연 기관에 의한 연비 효율을 향상시키는 것이 가능해진다.
디젤 발전기 (12) 의 출력과 배기 열 회수에 의해 발전을 실시하는 ORC (13) 의 출력의 합계 출력이 선내 부하 (5) 보다 작아졌을 경우에 축전지 (11) 를 방전하기 때문에, 축전지 (11) 를 사용하여 급부하에도 대응하는 것이 가능해진다.
ORC (13) 의 출력 상태에 따라 ORC (13) 의 출력 및 계통 전력의 적어도 어느 일방에 의해 축전지 (11) 를 충전하기 때문에, ORC (13) 의 출력 상태를 고려하여 축전지 (11) 를 효율적으로 충전하는 것이 가능해진다.
ORC (13) 의 출력 상태가 소정 출력 이상인 경우에 충전량에 따라 ORC (13) 의 출력 및 계통 전력의 적어도 어느 일방에 의해 축전지 (11) 를 충전하기 때문에, 충전량을 고려하여 축전지 (11) 를 효율적으로 충전하는 것이 가능해진다. ORC (13) 의 출력 상태가 소정 출력 미만인 경우에, ORC (13) 의 출력 및 계통 전력의 양방에 의해 축전지 (11) 를 충전하기 때문에, ORC (13) 의 출력 상태가 소정 출력 미만이어도, 효율적으로 축전지 (11) 를 충전하는 것이 가능해진다.
축전지 (11) 의 충전량이 미리 상정되는 급부하에 대하여 설정된 필요 급부하 용량 이하가 되었을 경우에 보조 발전기 (14) 를 기동하고 있다. 보조 발전기 (14) 는 기동에 시간을 필요로 하기 때문에, 보조 발전기 (14) 의 기동이 완료되어 있지 않은 경우에는, 디젤 발전기 (12) (최대 허용 부하가 제 2 소정치로 설정되어 있다) 에 의해, 급부하에 대응한다. 그리고, 급부하의 발생시까지 보조 발전기 (14) 의 기동이 완료되어 있으면, 디젤 발전기 (12) 와 보조 발전기 (14) 에 의해 급부하에 대응하는 것도 가능하다.
본 발명은, 상기 서술한 실시형태에만 한정되는 것이 아니고, 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에 있어서, 여러 가지 변형 실시가 가능하다.
1 : 선박
2a : 유기 유체 순환 유로
2b : 증발기
2c : 파워 터빈
2d : 발전기
2e : 응축기
2f : 순환 펌프
3 : 계통
5 : 선내 부하
6 : 냉각수 순환 유로
10 : 전원 시스템
11 : 축전지
12 : 디젤 발전기
13 : ORC
14 : 보조 발전기
15 : 제어 장치
16 : 전력 변환 장치
17 : 인버터
18 : 컨버터
19 : 컨버터
S1 - S4 : 개폐기
Ta : 항해 중인 기간
Tb : 입항 중인 기간
Tc : 하역 중인 기간
2a : 유기 유체 순환 유로
2b : 증발기
2c : 파워 터빈
2d : 발전기
2e : 응축기
2f : 순환 펌프
3 : 계통
5 : 선내 부하
6 : 냉각수 순환 유로
10 : 전원 시스템
11 : 축전지
12 : 디젤 발전기
13 : ORC
14 : 보조 발전기
15 : 제어 장치
16 : 전력 변환 장치
17 : 인버터
18 : 컨버터
19 : 컨버터
S1 - S4 : 개폐기
Ta : 항해 중인 기간
Tb : 입항 중인 기간
Tc : 하역 중인 기간
Claims (12)
- 계통에 접속된 축전지와,
상기 계통에 접속되고, 내연 기관을 사용하여 발전을 실시하는 발전기와,
상기 축전지의 충전량에 따라, 상기 발전기의 최대 허용 부하를 변화시키는 제어 장치
를 구비하고,
상기 발전기는, 변화된 상기 최대 허용 부하를 출력의 상한치로 하여 발전을 실시하고,
상기 제어 장치는, 상기 충전량이, 상정되는 급부하에 대하여 미리 설정된 필요 급부하 용량보다 큰 경우에, 상기 최대 허용 부하를 제 1 소정치로 설정하고, 상기 충전량이, 상기 필요 급부하 용량 이하인 경우에, 상기 최대 허용 부하를 상기 제 1 소정치보다 낮은 값으로 설정된 제 2 소정치로 설정하는, 전원 시스템. - 삭제
- 제 1 항에 있어서,
상기 제어 장치는, 상기 충전량이 미리 설정한 임계값 이상인 경우에, 상기 최대 허용 부하를 상기 제 1 소정치로 설정하고, 상기 충전량이, 상기 임계값에 대응하는 상기 충전량 미만이고, 상기 필요 급부하 용량 이하인 경우에, 상기 최대 허용 부하를 상기 제 2 소정치로 설정하는, 전원 시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 계통 및 상기 축전지에 접속되고, 배기 열 회수에 의해 발전을 실시하는 발전 유닛을 구비하고,
상기 제어 장치는, 상기 발전기의 출력과 상기 발전 유닛의 출력의 합계 출력이 상기 계통측의 요구 부하보다 작아졌을 경우에, 상기 축전지를 방전하는, 전원 시스템. - 제 4 항에 있어서,
상기 제어 장치는, 상기 발전 유닛의 출력 상태에 따라, 상기 발전 유닛의 출력 및 계통 전력의 적어도 어느 일방에 의해 상기 축전지를 충전하는, 전원 시스템. - 제 5 항에 있어서,
상기 제어 장치는, 상기 발전 유닛의 출력 상태가 소정 출력 이상인 경우에, 상기 충전량에 따라 상기 발전 유닛의 출력 및 상기 계통 전력의 적어도 어느 일방에 의해 상기 축전지를 충전하고, 상기 발전 유닛의 출력 상태가 상기 소정 출력 미만인 경우에, 상기 발전 유닛의 출력 및 상기 계통 전력의 양방에 의해 상기 축전지를 충전하는, 전원 시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 계통에 접속된 보조 발전기를 구비하고,
상기 제어 장치는, 상기 충전량이, 상정되는 급부하에 대하여 미리 설정된 필요 급부하 용량 이하가 되었을 경우에, 상기 보조 발전기를 기동하는, 전원 시스템. - 제 7 항에 있어서,
상기 제어 장치는, 상기 보조 발전기의 출력의 상한치를 상기 발전기의 상기 최대 허용 부하와 동등하게 설정하는, 전원 시스템. - 제 7 항에 있어서,
상기 보조 발전기의 용량은, 상기 발전기의 용량보다 작은, 전원 시스템. - 제 1 항, 제 3 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 기재된 전원 시스템을 구비하는, 선박.
- 계통에 접속된 축전지와, 상기 계통에 접속되고, 내연 기관을 사용하여 발전을 실시하는 발전기를 구비하는 전원 시스템의 제어 방법으로서,
상기 축전지의 충전량에 따라, 상기 발전기의 최대 허용 부하를 변화시키는 공정과,
상기 발전기에, 변화된 상기 최대 허용 부하를 출력의 상한치로 하여 발전을 실시하게 하는 공정과,
상기 충전량이, 상정되는 급부하에 대하여 미리 설정된 필요 급부하 용량보다 큰 경우에, 상기 최대 허용 부하를 제 1 소정치로 설정하고, 상기 충전량이, 상기 필요 급부하 용량 이하인 경우에, 상기 최대 허용 부하를 상기 제 1 소정치보다 낮은 값으로 설정된 제 2 소정치로 설정하는 공정을 갖는, 제어 방법. - 계통에 접속된 축전지와, 상기 계통에 접속되고, 내연 기관을 사용하여 발전을 실시하는 발전기를 구비하는 전원 시스템의, 기억 매체에 저장된 제어 프로그램으로서,
상기 축전지의 충전량에 따라, 상기 발전기의 최대 허용 부하를 변화시키는 처리와,
상기 발전기에, 변화된 상기 최대 허용 부하를 출력의 상한치로 하여 발전을 실시하게 하는 처리와,
상기 충전량이, 상정되는 급부하에 대하여 미리 설정된 필요 급부하 용량보다 큰 경우에, 상기 최대 허용 부하를 제 1 소정치로 설정하고, 상기 충전량이, 상기 필요 급부하 용량 이하인 경우에, 상기 최대 허용 부하를 상기 제 1 소정치보다 낮은 값으로 설정된 제 2 소정치로 설정하는 처리를 컴퓨터에 실행시키기 위한, 기억 매체에 저장된 제어 프로그램.
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