KR20120007737A - 발전 장치를 갖는 부유식 해양 구조물 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따르면, 부유식 해양 구조물에 탑재되어있는 발전시스템을 선체에 설치함으로써 발전시스템의 구성요소 일부를 제거할 수 있고, 발전시스템의 일부 구성요소를 제거하여도 해양 구조물의 전력공급에 이상이 없고, 해양 구조물의 자체하중을 감소시킬 수 있으며, 해양 구조물의 무게중심도 낮아져서 구조물의 복원성 및 안정성을 높일 수 있다.
또한, 상부구조(topside) 및 선체(hull)에 각종 설비들을 설치하기 위한 여유공간을 확보할 수 있어 설비 배치의 효율성을 높이고, 작업공간 확보로 작업자들의 작업환경을 높일 수 있다.
또한, 불필요한 발전관련 설비를 제거하여 부유식 해양 구조물의 제조단가를 낮추어 경제력 있는 부유식 해양 구조물을 제공할 수 있다.

Description

발전 장치를 갖는 부유식 해양 구조물{Floating Marine Structure with power generation system}

본 발명은 부유식 생산ㆍ저장 선박에 관한 것으로, 특히 통합 발전 시스템을 갖는 부유식 해양 구조물에 관한 것이다.

일반적으로 부유식 해양 구조물은 선체(hull)의 상부에 플랜트 설비가 설치되는 선박 형태의 부유식 석유 생산ㆍ저장 설비(FPSO, Floating Production Stroage and Offloading), 부유식 액화 가스 저장ㆍ재기화 설비(LNG Floating Storage Re-gasfication Unit), 해상 석유 시추설비(Offshore oil-drilling platform) 등을 갖는 선박(vessel)을 통칭한다.

해양 유전에서 시추하는 석유는 가스, 물, 기름 , 뻘 등을 포함하는 혼합물의 형태이므로 그대로는 경제적인 가치가 없는 상태이다. 따라서, 유정에서 생산된 분출유를 경제성을 가지도록 생산기지에서 처리하는 작업이 필요하다.

또한, 생산된 석유를 일정량이 되기까지 저장해야 하며 이것을 육상의 정유공장으로 전담 수송하는 유조선인 셔틀탱커(shuttle tanker)에 주기적으로 옮겨주게 된다.

부유식 생산ㆍ저장 선박은 상기와 같이 유정에서 생산된 분출유를 처리하는 설비와 생산된 석유를 저장하는 설비를 갖추고 있어야 하며, 생산된 분출유를 처리하기 위한 관련 설비는 상부구조(topside)에 설치되고, 생산된 석유를 저장하는 관련 설비 및 선박의 계류용 관련 설비는 선체(hull)에 설치된다.

또한, 상기 부유식 생산ㆍ저장 선박에 설치된 각종 설비나 장치들을 구동하기 위해서는 전기가 필요하므로, 이들 각종 설비나 장치들을 구동하기 위한 전기를 생산ㆍ공급하는 발전시스템도 설치되어야 한다.

부유식 구조물에 탑재되는 전력 설비의 예를 들면, 등화 기기, 통신 기기, 위치 측정 장치 외에 상부구조(topside) 쿨링 펌프, LNG 카고(cargo) 펌프, 쓰러스터(thruster) 등이 있고, 또한, 선박의 거주 구역에는 조리 기구, 조명 기구, 공기조절 장치 등의 전기 기구도 탑재된다. 더욱이, 선박의 용도에 따라 덱 크레인(deck crane), 전동 해치 등이 탑재되는 경우도 있다.

따라서, 상기와 같은 부유식 해양 구조물에 설치되는 발전시스템은 적절한 전력을 선박의 각종 설비ㆍ장치들에게 안정적으로 공급하여야 하므로, 정전으로부터 모든 설비ㆍ장치들을 보호할 수 있도록 가능한 한 정전 발생이 적어야 할 뿐만 아니라, 설비ㆍ장치들의 손상을 방지하면서, 전력을 공급하여야 하므로 일반적으로 복수개의 주발전기, 보조발전기, 비상 발전기를 구비하고 있다.

상기의 발전기들로부터 생산된 전력은 각각의 발전기에 상응하게 설치된 차단기(breaker)와 모든 발전기에 공통된 주모선(main bus)을 경유하여 각종 부하(설비)에 공급된다.

주모선에 연결되어 급전되는 부유식 해양 구조물의 여러 부하(설비)들 중에는 고전압(일반적으로 1kV 초과)이 요구되는 설비들도 있고, 저전압(일반적으로 1kV 이하)이 요구되는 설비들도 상당수 존재한다.

따라서, 발전기(generator)에서 생산된 고전압의 전력은 고전압 배전반(high voltage switchboard)을 거쳐 각종 고전압설비로 공급되고, 또 고전압의 전력은 변압기(transformer)을 거쳐 저전압 설비에 적합한 저전압으로 변경된 후 저전압 배전반(low voltage switchboard)에서 저전압 설비로 저전압의 전력이 공급된다.

이러한 부유식 해양 구조물의 발전 및 송전 설비들은 스파크나 누전, 합선 등에 의해 화재의 원인을 제공할 위험성을 항상 갖고 있으므로, 상기의 부유식 해양 구조물에는 각종 화재 발생을 막기 위한 안전장치가 설치되어 있다.

더욱이 LNG FPSO와 같은 원유 또는 가스를 시추ㆍ생산ㆍ정제ㆍ저장하는 부유식 해양 구조물들은 폭발성 가스를 다루는 해양 구조물이므로, 폭발성 가스의 유출 사고로 해양 구조물의 화재ㆍ폭발의 위험성은 더욱더 높아진다. 따라서 이를 대비하기 위한 각종 안전 설비를 더 구비하여야 한다.

이와 같이, 기존의 폭발성 가스나 물질을 취급하는 부유식 해양 구조물은 폭발을 방지하기 위한 각종 추가설비를 필요로 하며, 이로 인해 부유식 해양 구조물의 제작 단가가 높아지며, 각종 안전 설비로 인해 다른 설비들을 설치할 공간이 없어져 각종 설비의 효율적인 배치에 어려움을 유발시킨다.

또한, 폭발 방지를 위한 추가설비 상부구조(topside)에 탑재됨으로써 부유식 해양 구조물의 자체 하중이 증가하여 부유식 해양 구조물의 구조에 문제가 발생될 우려가 크고, 무게중심도 상부구조(topside)에 집중되어 부유식 해양 구조물의 복원성 및 균형유지에 어려움이 발생할 수 있다.

따라서, 본 발명은 상기 사정을 감안하여 발명한 것으로서, 부유식 해양 구조물의 발전 시스템을 기존의 부유식 해양 구조물과는 달리 구성하여 해양 구조물의 자체하중을 감소시키고, 해양 구조물의 무게중심도 낮춰서 구조물의 복원성 및 안정성을 높이고자 함에 목적이 있다.

또한, 상부구조(topside) 및 선체(hull)에 각종 설비들을 설치하기 위한 여유공간을 확보할 수 있는 부유식 해양 구조물을 제공하고자 함에 목적이 있다.

또한, 불필요한 발전관련 설비를 제거하여 부유식 해양 구조물의 제조단가를 낮추어 경제력 있는 부유식 해양 구조물을 제공하고자 함에 목적이 있다.

전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일측면에 의하면, 상부구조 및 선체로 이루어지며, 전원 공급을 위한 발전 장치를 구비하는 부유식 해상 구조물에 있어서, 상기 발전 장치는, 상기 해상 구조물의 정상 상태시 상기 해상 구조물에 전원을 공급하는 주발전기를 포함하며, 상기 주발전기는 상기 해상 구조물의 선체 내부에 설치되어 있는 것을 특징으로 한다.

상기 발전 장치는, 상기 주발전기가 손상되어 전원 생산이 불가능할 경우에 상기 해상 구조물에 전원을 공급하는 비상 발전기를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 비상 발전기는 상기 해상 구조물의 선체 내부에 설치되는 것을 특징으로 한다.

상기 주발전기와 상기 비상 발전기 사이에는 서로 다른 발전기로부터의 교류전원이 동시에 전력설비에 공급되는 것을 방지하기 위한 인터록 수단이 설치되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 부유식 해양 구조물에 탑재되어있는 발전시스템의 구성요소 일부를 제거하여도 해양 구조물의 전력공급에 이상이 없고, 그 결과 해양 구조물의 자체하중이 감소되며, 해양 구조물의 무게중심도 낮아져서 구조물의 복원성 및 안정성을 높이는 효과가 있다.

또한, 상부구조(topside) 및 선체(hull)에 각종 설비들을 설치하기 위한 여유공간을 확보할 수 있어 설비 배치의 효율성을 높이고, 작업공간 확보로 작업자들의 작업환경을 높일 수 있다.

또한, 불필요한 발전관련 설비를 제거하여 부유식 해양 구조물의 제조단가를 낮춤으로써 경제력 있는 부유식 해양 구조물을 제공할 수 있다.

도 1은 종래의 부유식 해양 구조물의 발전 시스템을 나타낸 개략도.
도 2는 본 발명에 따른 부유식 해양 구조물의 통합 발전 시스템을 나타낸 개략도.

이하 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 구성 및 작용을 상세히 설명한다. 여기서 각 도면의 구성요소들에 대해 참조부호를 부가함에 있어서 동일한 구성요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호로 표기되었음에 유의하여야 한다.

일반적으로 부유식 해양 구조물의 상부구조(topside)에는 제한된 공간에 많은 설비들을 탑재하여야 하므로, 일반적으로 복수개의 갑판을 구성하여 각종 장비들을 탑재한다.

부유식 해양 구조물에 탑재되는 각종 장비중에 각종 전력 설비들에게 공급할 전력을 생산하는 발전기는 필수적으로 탑재되어야 하며, 일반적으로 복수개의 발전기들이 탑재되어 각종 전력 설비들에게 안정적인 전력을 공급한다.

발전기들로부터의 생산된 전력은 각각의 발전기에 상응하게 설치된 차단기(breaker)와 모든 발전기에 공통된 주모선(main bus)을 경유하여 각종 부하(설비)에 공급된다.

주모선은 통상적으로 차단기에 의해 분할 가능하고, 평상시에는 차단기를 접속상태로 하여 선내에 급전하며, 급전회로 중 어느 부분이 고장이 발생한 경우에는 이러한 차단기를 오픈하여 양호한 회로에만 급전을 계속한다.

주모선에 연결되어 급전되는 부유식 해양 구조물 내의 여러 부하(설비)들 중에는 고전압(일반적으로 1kV 초과)이 요구되는 설비들도 있고, 저전압(일반적으로 1kV 이하)이 요구되는 설비들도 상당수 존재한다.

따라서, 발전기(generator)에서 생산된 고전압의 전력은 고전압 배전반(high voltage switchboard)을 거쳐 각종 고전압설비로 공급되고, 또 고전압의 전력은 변압기(transformer)을 거쳐 저전압 설비에 적합한 저전압으로 변경된 후 저전압 배전반(low voltage switchboard)에서 저전압 설비로 저전압의 전력이 공급된다.

배전반에는 각 발전기에 대해 과부하전류(overcurrent), 역전류(reverse power) 및 부족전압(under voltage) 등에 대한 보호기기와 주회로 차단을 위한 차단기(breaker) 및 주변기기, 변압기(transformer) 등이 내장되거나, 분리하여 설치되어 각각의 설비들에게 필요한 전력을 공급한다.

이와 같이, 부유식 해상 구조물 내에 있는 발전시스템은 여러 장비들을 포함하고 있어, 설치를 위해서는 상당 규모의 공간이 소모되며, 이들 위험 설비인 발전시스템을 위한 공기 조화 설비도 설치되므로, 추가적으로 설치공간의 소모가 발생한다.

따라서, 상기의 설비들을 부유식 해상 구조물의 상부구조(topside)가 아닌 선체(hull)에 설치한다면, 부유식 해양 구조물의 상부구조에 각종 설비들을 효율적으로 최적화된 위치에 배치할 수 있으며, 작업자들을 위한 통로확보 및 여유공간을 형성할 수 있고, 작업환경도 개선되며, 작업자들의 안전사고 위험을 줄일 수 있는 부유식 해양 구조물을 제작할 수 있다.

본 발명은 발전시스템의 구성요소들이 부유식 해양 구조물의 상부구조에 있을 당위성이 없음에 착안하여 안출된 것으로, 기존의 부유식 해양 구조물의 경우와 달리 상부구조의 발전시스템을 선체에 위치시켜 발전시스템을 상부구조에서 발생할 수 있는 폭발성 가스의 유출 사고로 인한 화재ㆍ폭발의 위험성에서 보호하면서, 불필요한 발전기를 제거하여 상기의 발명의 효과부분에서 언급한 많은 효과를 달성할 수 있다.

도 1은 종래의 부유식 해양 구조물의 발전 시스템을 나타낸 개략도이다.

일반적으로 종래의 부유식 해양 구조물은 상기에 설명하였듯이, 적절한 전력을 부유식 해양 구조물 내의 각종 설비ㆍ장치들에게 안정적으로 공급하기 위해 주발전기(100), 보조발전기(200), 비상 발전기(300)를 구비하고 있다.

상기 주발전기(100)에 의한 전원공급체계는 1차 전원 체계라고도 하며, 상기의 해양 구조물에 비상상황이 없는 정상 상태(normal condition)인 경우에 상기 주발전기에서 생산된 전원을 모선(400)을 경유하여 배전반을 거쳐 여러 전력 설비들-전방 쓰러스터 모터(FWD thruster motor), LNG 카고 펌프, 상부구조 청수 쿨링 펌프(topside fresh water cooling pump), 후방 쓰러스터 모터, 압축기(compressor), LPG 용 공기 히터(air heater for LPG), 저전압 모터, UPS(Uninterruptible Power Supply), 공기조화설비, 덱 크레인(deck crane), 조명기구(lighting), 각종 펌프-에게 전원을 공급하는 역할을 한다.

상기 비상 발전기(300)에 의한 전원공급체계는 2차 전원 체계라고도 하며, 상기의 해양 구조물에 비상상황-상기의 주발전기(100)나 고전압 배전반의 손상 등에 의해 상기의 부유식 해양 구조물로 주전원공급이 불가능할 경우-이 발생했을 때 상기의 부유식 해양 구조물로 계속적인 전원공급이 가능하도록 하는 역할을 한다.

상기 비상 발전기(300)는 상기의 비상발전기에서 생산된 전원을 배전반을 통하여 여러 전력 설비들에게 전원을 공급한다. 그러나, 상기 비상 발전기(300)는 전력량이 부족하여 선급(예를 들어, 한국선급(KR), 미국선급(ABS), 영국선급(LR) 등)에서 규정하고 있는 제한적인 전력설비들에게만 전원을 공급하며, 주발전기가 재가동될 때까지 사용된다.

상기 보조발전기(200)에 의한 전원공급체계는 부가적 전원공급체계라고도 하며, 상기의 주발전기(100)를 가동중단해야 할 상황-상부구조에서 폭발성 가스의 유출사고 발생 등-이나 상기의 주발전기나 고전압 배전반 등에 손상이 발생하여 주전원공급이 불가능한 비상상황이 발생하였을 때 비상발전기(300)가 작동되기까지 걸리는 시간 동안 상기의 부유식 해양 구조물 내의 기본적 전력 설비-조명설비(lighting), 공기조화설비, 통신장비 등-에 전원을 공급한다.

상기의 주발전기(100)와 보조발전기(200)와 비상발전기(300) 사이에는 인터록(interlock)을 걸어 필요에 따라 서로 다른 전원에서 교류전원이 동시에 각종 전력 설비에 공급되는 경우를 방지한다.

상기와 같이 일반적인 해양 구조물에 탑재되는 발전기들이 반드시 모두 상기의 해양 구조물에 설치될 필요는 없다는 점에 착안된 본 발명에서는 상기의 보조발전기(200)를 설치할 필요가 없다.

본 발명의 일실시예인 도 2에서와 같이 본 발명은 주발전기(100)와 비상발전기(300)로 구성된다.

상기의 주발전기(100)와 비상발전기(300)의 기능은 이미 설명하였으므로 생략한다.

본 발명의 일실시예인 도 2에서 보조발전기(200)를 제거할 수 있는 이유는 본 발명은 기존의 해양 구조물과는 달리 발전시스템이 선체 내부에 설치되므로, 폭발성 가스의 유출에 의한 비상상황의 발생가능성이 거의 없고, 또 비상발전기가 상기의 해양 구조물에 탑재되어 있으므로, 고가의 보조발전기 및 관련 설비, 케이블 등을 제거한 것이다.

상기의 보조발전기(200) 및 관련 설비, 케이블 등을 제거함으로써, 그와 관련되는 각종의 장비-케이블, 케이블웨이, 배관-들도 제거할 수가 있어 해양 구조물의 제조단가를 상당부분 낮출 수 있다.

상기와 같이 본 발명에서 발전 및 배전 설비들을 선체에 배치하는 시스템은 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 자에 있어서 자명한 것이다.

100 : 주발전기 200 : 보조발전기
300 : 비상발전기 400 : 모선

Claims (4)

1. 상부구조 및 선체로 이루어지며, 전원 공급을 위한 발전 장치를 구비하는 부유식 해상 구조물에 있어서,
   상기 발전 장치는, 상기 해상 구조물의 정상 상태시 상기 해상 구조물에 전원을 공급하는 주발전기를 포함하며,
   상기 주발전기는 상기 해상 구조물의 선체 내부에 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 발전 장치를 갖는 부유식 해상 구조물.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 발전 장치는, 상기 주발전기가 손상되어 전원 생산이 불가능할 경우에 상기 해상 구조물에 전원을 공급하는 비상 발전기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발전 장치를 갖는 부유식 해상 구조물.
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 비상 발전기는 상기 해상 구조물의 선체 내부에 설치되는 것을 특징으로 하는 발전 장치를 갖는 부유식 해상 구조물.
4. 청구항 2 또는 청구항 3에 있어서,
   상기 주발전기와 상기 비상 발전기 사이에는 서로 다른 발전기로부터의 교류전원이 동시에 전력설비에 공급되는 것을 방지하기 위한 인터록 수단이 설치되는 것을 특징으로 하는 발전 장치를 갖는 부유식 해상 구조물.

Images