KR20140108700A

KR20140108700A - 선박의 발전 제어 장치, 선박, 및 선박의 발전 제어 방법

Info

Publication number: KR20140108700A
Application number: KR1020147020656A
Authority: KR
Inventors: 유지 오타; 다카유키 가나보시
Original assignee: 미츠비시 쥬고교 가부시키가이샤
Priority date: 2012-04-04
Filing date: 2012-04-04
Publication date: 2014-09-12
Also published as: EP2835521A1; WO2013150620A1; EP2835521B1; KR101624442B1; CN104093961A; CN104093961B; EP2835521A4

Abstract

선박의 전력 매니지먼트 장치 (10) 는, 주기 엔진의 배기 에너지를 회수해서 터빈을 사용하여 전력을 생성하는 배열 회수 장치, 및 발전기를 제어한다. 그리고, 전력량 도출부 (71) 가 가스 터빈 및 증기 터빈의 입구에 있어서의 가스의 물리량, 가스 터빈 및 증기 터빈의 출구에 있어서의 가스의 물리량, 배열 회수 장치에 관한 파라미터에 기초하여, 배열 회수 장치가 발전하는 전력량을 도출하고, 배열 회수 장치 제어기 (72) 가 도출된 전력량에 기초하여 배열 회수 장치를 제어한다. 또, 감산기 (73) 가 전력량 도출부 (71) 에 의해 도출된 도출 전력량과 선내 전력 부하의 차분을 산출하고, 발전기 제어기 (74) 가 감산기 (73) 에 의해 산출된 차분에 기초하여 다른 발전기를 제어한다. 따라서, 선박이 구비하는 배열 회수 장치에 의해 생성되는 전력량을 보다 정확하게 구한다.

Description

선박의 발전 제어 장치, 선박, 및 선박의 발전 제어 방법{VESSEL POWER-GENERATION CONTROL DEVICE, VESSEL, AND VESSEL POWER-GENERATION CONTROL METHOD}

본 발명은 선박의 발전 제어 장치, 선박, 및 선박의 발전 제어 방법에 관한 것이다.

종래부터 에너지의 공급 부족을 방지하기 위한 여러 가지의 기술 개발이 실시되고 있다.

예를 들어, 특허문헌 1 에는, 인류 (人流) 가 커뮤니티에 도달하는 시점에서의 에너지 수요량의 계획값으로부터의 변동량을 구함으로써, 커뮤니티가 실로 필요로 하는 에너지를 타이밍 좋게 공급하여, 공급 부족이 발생하는 것을 회피하는 기술이 기재되어 있다.

한편, 주기 엔진의 배기 가스를 회수하여 발전하는 배열 회수 장치를 구비한 선박에서는, 배열 회수 시스템이 갖는 발전기, 디젤 발전기, 축 발전기 등의 각 발전기에 대해, 전력 매니지먼트 장치가 선내의 전력 부하의 분담률을 제어하고 있다.

상기 분담률은, 에너지 절약을 고려하고, 배열 회수 장치에 의해 생성되는 전력량에 기초하여, 배열 회수 장치가 공급할 수 없는 전력을, 다른 발전기의 정격 발전량과 선내의 전력 부하에 따라 결정된다. 이 때, 배열 회수 장치의 발전량은, 주기 엔진의 엔진 부하에 따라 상이하기 때문에, 엔진 부하를 측정하고, 측정 결과에 따라 분담률이 결정된다.

그리고, 엔진 부하에 대한 배열 회수 장치에 의해 공급 가능한 전력량은, 미리 주기 엔진의 설계값에 기초하여 산출된다.

일본 공개특허공보 평4-131600호

그러나, 계산 오차나 주기 엔진의 경년 변화에 의해, 산출된 전력량과 실제로 공급 가능한 전력량이 상이할 가능성이 있다.

산출된 전력량보다 실제로 공급 가능한 전력량이 크면, 배열 회수 장치에 의한 발전량이 실제보다 작게 견적되어 있게 되기 때문에, 다른 발전기를 헛되이 구동시키게 된다.

한편, 산출된 전력량보다 실제로 공급 가능한 전력량이 작으면, 선내의 전력 부하의 증가시에 배열 회수 장치에 의한 전력의 공급이 계획보다 부족하게 되어, 다른 발전기에 의한 전력 공급이 충분하지 않아, 선내에 정전이 발생한다. 또, 배열 회수 장치가 최대 계획값 근방에서 전력 공급을 실시하고 있는 경우, 선내의 전력 부하의 증가에 대비하여, 조기에 다른 발전기를 스탠바이 상태로 할 필요가 있어, 스탠바이에 필요로 하는 에너지가 헛되게 된다.

본 발명은 이와 같은 사정을 감안하여 이루어진 것으로서, 선박이 구비하는 배열 회수 장치에 의해 생성되는 전력량을 보다 정확하게 구할 수 있는 선박의 발전 제어 장치, 선박, 및 선박의 발전 제어 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 선박의 발전 제어 장치, 선박, 및 선박의 발전 제어 방법은 이하의 수단을 채용한다.

즉, 본 발명의 제 1 양태에 관련된 발전 제어 장치는, 엔진의 배기 에너지를 회수해서 터빈을 사용하여 전력을 생성하는 배열 회수 장치, 및 발전기를 구비한 선박의 발전 제어 장치로서, 상기 터빈의 입구에 있어서의 가스의 물리량, 상기 터빈의 출구에 있어서의 가스의 물리량, 상기 배열 회수 장치에 관한 파라미터에 기초하여, 상기 배열 회수 장치가 발전하는 전력량을 도출하는 도출 수단과, 상기 도출 수단에 의해 도출된 전력량과 선내에서 필요로 하는 전력량의 차분을 산출하는 산출 수단과, 상기 도출 수단에 의해 도출된 전력량에 기초하여 상기 배열 회수 장치를 제어하는 제 1 제어 수단과, 상기 산출 수단에 의해 산출된 차분에 기초하여 상기 발전기를 제어하는 제 2 제어 수단을 구비한다.

상기 구성에 의하면, 선박의 발전 제어 장치는, 엔진의 배기 에너지를 회수해서 터빈을 사용하여 전력을 생성하는 배열 회수 장치, 및 발전기를 제어한다.

그리고, 도출 수단에 의해 터빈의 입구에 있어서의 가스의 물리량, 터빈의 출구에 있어서의 가스의 물리량, 배열 회수 장치에 관한 파라미터에 기초하여, 배열 회수 장치가 발전하는 전력량이 도출되고, 제 1 제어 장치에 의해, 도출 수단으로 도출된 전력량에 기초하여 배열 회수 장치가 제어된다.

터빈의 입구에 있어서의 가스의 물리량, 및 터빈의 출구에 있어서의 가스의 물리량이란, 예를 들어, 터빈의 입구에 있어서의 가스의 온도 및 압력이고, 터빈의 출구에 있어서의 가스의 온도 및 압력이며, 터빈에 공급되는 가스의 물리량의 실측값이다.

또한, 산출 수단에 의해 도출 수단으로 도출된 전력량과 선내에서 필요로 하는 전력량의 차분이 산출되고, 제 2 제어 수단에 의해 산출 수단으로 산출된 차분에 기초하여 발전기가 제어된다.

이와 같이, 본 구성은, 터빈에 공급되는 가스의 물리량의 실측값에 기초하여, 배열 회수 장치가 발전하는 전력량을 도출하므로, 선박이 구비하는 배열 회수 장치에 의해 생성되는 전력량을 보다 정확하게 구할 수 있다.

또한, 본 구성은, 보다 정확하게 도출된 배열 회수 장치의 전력량에 기초하여 발전기를 제어하므로, 배열 회수 장치와 발전기에 의한 효율이 좋은 전력 분담이 가능해진다.

상기 제 1 양태에서는, 상기 도출 수단에 의해 도출된 전력량인 도출 전력량과 상기 배열 회수 장치에 의해 실제로 발전된 실 (實) 전력량의 차가 작아지도록, 상기 파라미터의 값을 조정하는 조정 수단을 구비하는 것이 바람직하다.

본 구성에 의하면, 조정 수단에 의해 도출 수단으로 도출된 전력량인 도출 전력량과 배열 회수 장치에 의해 실제로 발전된 실 전력량의 차가 작아지도록, 도출 전력량을 도출하기 위해 사용한 배열 회수 장치에 관한 파라미터의 값이 조정된다.

따라서, 본 구성은, 도출되는 배열 회수 장치의 전력량의 정밀도를 향상시킬 수 있다.

상기 제 1 양태에서는, 상기 도출 수단이, 상기 배열 회수 장치의 입구에 있어서의 가스의 엔탈피와 상기 배열 회수 장치의 출구에 있어서의 가스의 엔탈피의 차에, 상기 배열 회수 장치에 공급되는 가스의 유량 및 발전 효율을 곱셈한 모델에 의해, 상기 배열 회수 장치가 발전하는 전력량을 도출하는 것이 바람직하다.

본 구성에 의하면, 터빈에 공급되는 가스의 물리량의 실측값를 사용하여, 선박이 구비하는 배열 회수 장치에 의해 생성되는 전력량을 간이하게 구할 수 있다.

상기 제 1 양태에서는, 상기 가스를 상기 엔진으로부터 배출되는 배기 가스로 하고, 상기 터빈을 가스 터빈으로 하는 것이 바람직하다.

본 구성에 의하면, 배열 회수 장치가 가스 터빈을 사용하여 전력을 생성하는 경우에도, 선박이 구비하는 배열 회수 장치에 의해 생성되는 전력량을 보다 정확하게 구할 수 있다.

상기 제 1 양태에서는, 상기 가스를 상기 엔진의 배열에 의해 생성된 증기로 하고, 상기 터빈을 증기 터빈으로 하는 것이 바람직하다.

본 구성에 의하면, 배열 회수 장치가 증기 터빈을 사용하여 전력을 생성하는 경우에도, 선박이 구비하는 배열 회수 장치에 의해 생성되는 전력량을 보다 정확하게 구할 수 있다.

또, 본 발명의 제 2 양태에 관련된 선박은, 발전기와, 엔진의 배열을 회수하여 터빈에 공급함으로써 전력을 생성하는 배열 회수 장치와, 상기 기재된 발전 제어 장치를 구비한다.

본 구성에 의하면, 배열 회수 장치의 보다 정확한 전력량에 기초하여 발전기를 제어하므로, 배열 회수 장치와 발전기에 의한 효율이 좋은 전력 분담이 가능해진다.

또, 본 발명의 제 3 양태에 관련된 발전 제어 방법은, 엔진의 배기 에너지를 회수해서 터빈을 사용하여 전력을 생성하는 배열 회수 장치, 및 발전기를 구비한 선박의 발전 제어 방법으로서, 상기 터빈의 입구에 있어서의 가스의 물리량, 상기 터빈의 출구에 있어서의 가스의 물리량, 상기 배열 회수 장치에 관한 파라미터에 기초하여, 상기 배열 회수 장치가 발전하는 전력량을 도출하고, 도출된 그 전력량에 기초하여 상기 배열 회수 장치를 제어하는 제 1 공정과, 도출된 전력량과 선내에서 필요로 하는 전력량의 차분을 산출하고, 산출된 차분에 기초하여 상기 발전기를 제어하는 제 2 공정을 포함한다.

본 구성에 의하면, 터빈에 공급되는 가스의 물리량의 실측값에 기초하여, 배열 회수 장치가 발전하는 전력량을 도출하므로, 선박이 구비하는 배열 회수 장치에 의해 생성되는 전력량을 보다 정확하게 구할 수 있다.

또한, 보다 정확하게 도출된 배열 회수 장치의 전력량에 기초하여 발전기를 제어하므로, 배열 회수 장치와 발전기에 의한 효율이 좋은 전력 분담이 가능해진다.

본 발명에 의하면, 선박이 구비하는 배열 회수 장치에 의해 생성되는 전력량을 보다 정확하게 구할 수 있다는 우수한 효과를 갖는다.

도 1 은, 본 발명의 제 1 실시형태에 관련된 선박의 개략 구성도이다.
도 2 는, 본 발명의 제 1 실시형태에 관련된 전력 매니지먼트 장치의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 3 은, 본 발명의 제 2 실시형태에 관련된 전력 매니지먼트 장치의 구성을 나타내는 블록도이다.

이하에 본 발명에 관련된 선박의 발전 제어 장치, 선박, 및 선박의 발전 제어 방법의 일 실시형태에 대해 도면을 참조하여 설명한다.

[제 1 실시형태]

이하, 본 발명의 제 1 실시형태에 대해 설명한다.

도 1 에 나타내는 바와 같이, 반선 (1) 은, 반선 (1) 내의 전력의 수요와 공급을 조정하는 전력 매니지먼트 장치 (10) 와, 반선 (1) 을 추진시키는 주기 엔진 (20) 과, 파워 터빈 (가스 터빈) (23) 과, 증기 터빈 (26) 과, 이들 파워 터빈 (23) 및 증기 터빈 (26) 에 접속되고, 주기 엔진 (20) 의 배열을 회수하여 발전하는 터빈 발전기 (배열 회수 발전기) (31) 와, 주기 엔진 (20) 과는 독립적으로 구성된 발전용 엔진 (22) 을 사용한 디젤 발전기 (내연 기관 발전기) (32) 를 구비하고 있다. 또한, 본 제 1 실시형태에 관련된 선박 (1) 은, 일례로서 2 대의 디젤 발전기 (32) 를 구비하고 있다.

터빈 발전기 (31) 나 디젤 발전기 (32) 에 의해 발전된 전력은, 전력선 (51) 을 통하여, 예를 들어, 반선 (1) 내의 환기를 실시하는 통풍기, 반선 (1) 내에 설치된 조명등, 콘센트, 및 반선 (1) 의 기관실 내에 배치된 해수 펌프 등의 각 기기 (41), 축 발전기 모터 (42), 그리고 스러스터 (43) 등으로 이송되어 소비된다.

주기 엔진 (20) 은, 엔진 컨트롤 시스템 (도시 생략) 에 의해 동작이 제어된다. 또, 파워 터빈 (23), 증기 터빈 (26), 및 터빈 발전기 (31) 는, 전력 매니지먼트 장치 (10) 에 의해 동작이 제어된다.

주기 엔진 (20) 은, 예를 들어 저속 2 사이클 디젤 기관으로 되어 있다.

주기 엔진 (20) 의 출력축에는 축 발전기 모터 (42) 가 접속되어 있고, 이 축 발전기 모터 (42) 에는 프로펠러축 (44) 을 통하여 스크루 프로펠러 (45) 가 장착되어 있다.

축 발전기 모터 (42) 는, 반선 (1) 내의 잉여 전력을 얻어 주기 엔진 (20) 을 가세하는 모터 운전을 실시한다. 또, 축 발전기 모터 (42) 는, 주기 엔진 (20) 에 의해 구동되어 발전하는 것도 가능하게 되어 있다.

주기 엔진 (20) 의 각 실린더의 배기 포토는, 배기 매니폴드를 통하여, 배기 터빈 과급기, 파워 터빈 (23) 의 입구, 및 밸브 (21) 를 통하여 배기 가스 이코노마이저 (30) 에 접속되어 있다.

또한, 배기 가스 이코노마이저 (30) 에는, 파워 터빈 (23) 으로부터의 배기 가스도 도입되도록 되어 있다.

그리고, 배기 가스 이코노마이저 (30) 의 열 교환부에서는, 도입된 배기 가스의 열에 의해 급수관으로부터 공급된 물이 가열·증발되어 과열 증기가 발생한다. 열 교환부에서 생성된 과열 증기는 주증기로서 증기 터빈 (26) 에 도입되고, 또 이 증기 터빈 (26) 에서 작업을 끝낸 증기는 복수기에 유도되어 물로 되돌려진다 (도시 생략). 복수기로 복수된 물은, 공기 냉각기나 주기 엔진 (20) 의 벽부를 냉각시켜 데워진 후, 배기 가스 이코노마이저 (30) 에 다시 공급된다.

파워 터빈 (23) 은, 주기 엔진 (20) 의 배기 매니폴드로부터 추기된 배기 가스에 의해 회전 구동되도록 되어 있다. 또, 증기 터빈 (26) 은, 배기 가스 이코노마이저 (30) 에 의해 생성된 증기가 공급되어 회전 구동되도록 되어 있다.

파워 터빈 (23) 과 증기 터빈 (26) 은 직렬로 결합되어 터빈 발전기 (31) 를 구동시킨다. 증기 터빈 (26) 의 출력축은, 감속기 (27) 및 커플링을 개재하여 터빈 발전기 (31) 에 접속되어 있다. 또, 파워 터빈 (23) 의 출력축은, 감속기 (24) 및 클러치 (25) 를 개재하여 증기 터빈 (26) 의 입력축과 연결되어 있다.

파워 터빈 (23) 의 배기 가스 흐름 상류측에는, 파워 터빈 (23) 에 도입하는 가스량을 제어하는 파워 터빈용 제어 밸브 (배기 가스량 조정 밸브) (28) 가 형성되어 있다. 또, 증기 터빈 (26) 의 증기 흐름 상류측에는, 증기 터빈 (26) 에 도입하는 증기량을 제어하는 증기 터빈용 제어 밸브 (증기량 조정 밸브) (29) 가 형성되어 있다.

파워 터빈용 제어 밸브 (28) 및 증기 터빈용 제어 밸브 (29) 는, 각각의 개도가 전력 매니지먼트 장치 (10) 에 의해 제어된다.

이와 같이 터빈 발전기 (31) 는, 주기 엔진 (20) 의 배기 가스 (연소 가스) 의 배기 에너지를 회수해서 동력으로 하여 구동된다.

즉, 본 제 1 실시형태에 관련된 선박 (1) 은, 파워 터빈 (23), 증기 터빈 (26), 및 터빈 발전기 (31) 에 의해 주기 엔진 (20) 의 배기 에너지를 회수하여 전력을 생성하는 배열 회수 장치가 구성되어 있다.

상기 전력 매니지먼트 장치 (10) 는, 반선 (1) 의 기관 제어실 내에 배치되어 있고, 전력선 (52) 에 의해 터빈 발전기 (31) (배열 회수 장치), 디젤 발전기 (32), 반선 (1) 내의 각 기기 (41), 축 발전기 모터 (42), 스러스터 (43) 와 전기적으로 접속되어 있다.

이로써, 전력 매니지먼트 장치 (10) 는, 반선 (1) 내의 각 기기 (41), 축 발전기 모터 (42), 스러스터 (43) 등에 의한 수요 전력과, 배열 회수 장치에 의해 발전되는 발전량에 기초하여 디젤 발전기 (32) 나 축 발전기 모터 (42) 의 발전량을 제어한다.

또한, 본 제 1 실시형태에서는, 파워 터빈 (23) 의 입구 가스 압력을 측정하는 입구 가스 압력 센서 (60), 파워 터빈 (23) 의 입구 가스 온도를 측정하는 입구 가스 온도 센서 (61), 파워 터빈 (23) 의 출구 가스 압력을 측정하는 출구 가스 압력 센서 (62), 파워 터빈 (23) 의 출구 가스 온도를 측정하는 출구 가스 온도 센서 (63) 를 구비한다. 또, 증기 터빈 (26) 의 입구 증기 압력을 측정하는 입구 증기 압력 센서 (64), 증기 터빈 (26) 의 입구 증기 온도를 측정하는 입구 증기 온도 센서 (65), 증기 터빈 (26) 의 출구 증기 압력을 측정하는 출구 증기 압력 센서 (66), 증기 터빈 (26) 의 출구 증기 온도를 측정하는 출구 증기 온도 센서 (67) 를 구비한다.

도 2 는, 제 1 실시형태에 관련된 전력 매니지먼트 장치 (10) 의 구성을 나타내는 블록도이다.

전력 매니지먼트 장치 (10) 는, 기억부 (70), 전력량 도출부 (71), 배열 회수 장치 제어기 (72), 감산기 (73), 및 발전기 제어기 (74) 를 구비하고 있다.

기억부 (70) 는, 자기 기억 장치 또는 반도체 기억 장치로 구성되고, 각종 데이터를 기억한다. 또한, 기억부 (70) 는, 배열 회수 장치에 관한 각종 파라미터를 기억하고 있다. 각종 파라미터란, 배열 회수 장치의 설계값 등으로서, 구체적으로는 주기 엔진 (20) 으로부터 배기되는 배기 가스의 조성, 파워 터빈용 제어 밸브 (28) 의 특성, 증기 터빈용 제어 밸브 (29) 의 특성, 배열 회수 장치의 발전 효율 등의 설계값이다.

전력량 도출부 (71) 는, 배열 회수 장치의 입구에 있어서의 가스 (본 제 1 실시형태에서는, 배기 가스 및 증기) 의 물리량, 배열 회수 장치의 출구에 있어서의 가스의 물리량, 배열 회수 장치에 관한 파라미터에 기초하여, 배열 회수 장치가 발전하는 전력량을 순차적으로 도출한다.

또한, 본 제 1 실시형태에 있어서, 배열 회수 장치의 입구에 있어서의 가스의 물리량이란, 입구 가스 압력 센서 (60) 에 의해 측정된 파워 터빈 (23) 의 입구 가스 압력, 입구 가스 온도 센서 (61) 에 의해 측정된 파워 터빈 (23) 의 입구 가스 온도, 입구 증기 압력 센서 (64) 에 의해 측정된 증기 터빈 (26) 의 입구 증기 압력, 및 입구 증기 온도 센서 (65) 에 의해 측정된 증기 터빈 (26) 의 입구 증기 온도이다.

또, 본 제 1 실시형태에 있어서, 배열 회수 장치의 출구에 있어서의 가스의 물리량이란, 출구 가스 압력 센서 (62) 에 의해 측정된 파워 터빈 (23) 의 출구 가스 압력, 출구 가스 온도 센서 (63) 에 의해 측정된 파워 터빈 (23) 의 출구 가스 온도, 출구 증기 압력 센서 (66) 에 의해 측정된 증기 터빈 (26) 의 출구 증기 압력, 및 출구 증기 온도 센서 (67) 에 의해 측정된 증기 터빈 (26) 의 출구 증기 온도이다.

이와 같이, 전력량 도출부 (71) 에는, 배열 회수 장치를 구성하는 파워 터빈 (23) 및 증기 터빈 (26) 에 공급되는 가스의 물리량의 실측값이 입력된다.

또, 전력량 도출부 (71) 에는, 배열 회수 장치 제어기 (72) 로부터 출력된 밸브 개도가 입력된다. 또한, 밸브 개도란, 파워 터빈용 제어 밸브 (28) 및 증기 터빈용 제어 밸브 (29) 의 개도이다.

또한, 전력량 도출부 (71) 는, 기억부 (70) 에 기억되어 있는 각종 파라미터를 판독 출력하는 것이 가능하게 되어 있다.

그리고, 전력량 도출부 (71) 에 의해 도출된 전력량 (이하,「도출 전력량」이라고 한다) 은, 배열 회수 장치에 대한 발전 지령값으로서 배열 회수 장치 제어기 (72) 에 출력된다.

배열 회수 장치 제어기 (72) 는, 입력된 발전 지령값에 기초하여, 배열 회수 장치를 구성하는 파워 터빈 (23) 및 증기 터빈 (26) 에 대한 제어량 (예를 들어, 파워 터빈용 제어 밸브 (28) 및 증기 터빈용 제어 밸브 (29) 의 개도) 인 배열 회수 장치 제어량을 연산하고, 배열 회수 장치 제어량을 배열 회수 장치 (파워 터빈 (23) 및 증기 터빈 (26)) 에 출력함으로써, 배열 회수 장치를 제어한다.

또, 감산기 (73) 는, 전력량 도출부 (71) 에 의해 도출된 도출 전력량과 선박 (1) 내에서 필요로 하는 전력량 (상기 서술한 수요 전력으로서, 이하,「선내 전력 부하」라고 한다) 의 차분을 산출하고, 그 차분을 디젤 발전기 (32) 나 축 발전기 모터 (42) 에 대한 발전 지령값으로서 발전기 제어기 (74) 에 출력한다.

발전기 제어기 (74) 는, 입력된 발전 지령값에 기초하여, 디젤 발전기 (32) 나 축 발전기 모터 (42) 에 대한 제어량인 발전기 제어량을 연산하고, 발전기 제어량을 디젤 발전기 (32) 나 축 발전기 모터 (42) 에 출력함으로써, 디젤 발전기 (32) 나 축 발전기 모터 (42) 를 제어한다.

구체적으로는, 감산기 (73) 로부터 출력된 발전 지령값이 0 (영) 인 경우, 배열 회수 장치가 생성하는 전력량과 선내 전력 부하가 동일하기 때문에, 발전기 제어기 (74) 는, 새롭게 전력을 생성할 필요가 없어, 디젤 발전기 (32), 축 발전기 모터 (42) 에 대한 제어는 실시하지 않는다.

한편, 감산기 (73) 로부터 출력된 발전 지령값이 0 (영) 미만인 경우, 배열 회수 장치가 생성하는 전력량으로는 선내 전력 부하를 공급할 수 없기 때문에, 발전기 제어기 (74) 는, 새롭게 전력을 생성시킬 필요가 있어, 디젤 발전기 (32) 및 축 발전기 모터 (42) 의 적어도 일방에 대해, 전력을 생성시키도록 제어한다. 또한, 디젤 발전기 (32) 및 축 발전기 모터 (42) 중 어느 것을 구동시킬지는, 디젤 발전기 (32) 및 축 발전기 모터 (42) 의 정격 발전량과 발전 제어량의 크기에 따라 미리 정해져 있어도 된다.

또한, 감산기 (73) 로부터 출력된 발전 지령값이 0 (영) 을 초과하는 경우, 배열 회수 장치가 생성하는 전력량에 선내 전력 부하를 초과한 잉여 전력이 포함되기 때문에, 발전기 제어기 (74) 는, 축 발전기 모터 (42) 에 대해 잉여 전력을 공급하고, 주기 엔진 (20) 을 가세하는 모터 운전을 실시하게 하도록 제어해도 되고, 잉여 전력을 선박 (1) 에 형성되어 있는 축전 장치에 충전해도 된다.

다음으로, 전력량 도출부 (71) 에서 실행되는 전력량의 도출에 대해 상세하게 설명한다.

본 제 1 실시형태에 관련된 전력량 도출부 (71) 는, 배열 회수 장치 수식 모델을 사용하여 도출 전력량을 산출한다.

배열 회수 장치 수식 모델은, 도출 전력량을 P 로 하고, 배열 회수 장치의 입구에 있어서의 가스의 엔탈피를 He 로 하고, 배열 회수 장치의 출구에 있어서의 가스의 엔탈피를 Ho 로 하고, 배열 회수 장치에 공급되는 가스의 유량을 Q 로 하고, 발전 효율을 η 로 하고, 터빈 무부하 손실을 P_LOSS 로 하면, 하기 (1) 식으로 나타낸다.

또한, 본 제 1 실시형태에서는, 파워 터빈 (23) 을 사용하여 생성되는 전력량 (도출 전력량 Pp) 과 증기 터빈 (26) 을 사용하여 생성되는 전력량 (도출 전력량 Ps) 을 가산함으로써, 도출 전력량 P 가 구해진다.

파워 터빈 (23) 의 입구에 있어서의 배기 가스의 엔탈피 Hep 는, 기억부 (70) 에 파라미터로서 기억되어 있는 배기 가스의 조성, 전력량 도출부 (71) 에 입력되는 입구 가스 압력 및 입구 가스 온도 등의 값을 사용하여 구해진다.

파워 터빈 (23) 의 출구에 있어서의 배기 가스의 엔탈피 Hop 는, 기억부 (70) 에 파라미터로서 기억되어 있는 배기 가스의 조성, 전력량 도출부 (71) 에 입력되는 출구 가스 압력 및 출구 가스 온도 등의 값을 사용하여 구해진다.

또한, 엔탈피 Hep, Heo 는, 미리 정해진 수식에 각종 값을 대입함으로써 구해져도 되고, 배기 가스의 조성에 따른 엔탈피와 압력 또는 온도의 관계를 나타낸 테이블을 기억부 (70) 가 기억하고, 그 테이블로부터 구해져도 된다.

증기 터빈 (26) 의 입구에 있어서의 증기의 엔탈피 Hes, 및 증기 터빈 (26) 의 출구에 있어서의 증기의 Hos 도, 전력량 도출부 (71) 에 입력되는 입구 증기 압력, 입구 증기 온도, 출구 증기 압력, 및 출구 증기 온도 등의 값을 사용하여 엔탈피 Hep, Heo 와 동일하게 구해진다.

또, 배기 가스의 유량 Qp 는, 기억부 (70) 에 기억되어 있는 파워 터빈용 제어 밸브 (28) 의 특성, 입구 가스 압력, 및 파워 터빈용 제어 밸브 (28) 의 밸브 개도로부터 구해진다. 한편, 증기의 유량 Qs 는, 기억부 (70) 에 기억되어 있는 증기 터빈용 제어 밸브 (29) 의 특성, 입구 증기 압력, 및 증기 터빈용 제어 밸브 (29) 의 밸브 개도로부터 구해진다.

또, 파워 터빈 (23) 의 무부하 손실 Pp_LOSS 와 증기 터빈 (26) 의 무부하 손실 Ps_LOSS 는, 설계값으로서 도출되고, 기억부 (70) 에 파라미터로서 기억되어 있다.

또한, 파워 터빈 (23) 의 발전 효율 ηp 와 증기 터빈 (26) 의 발전 효율 ηs 는, 기억부 (70) 에 파라미터로서 기억되어 있다.

이상으로부터, 파워 터빈 (23) 의 도출 전력량 Pp 는 하기 (2) 식으로 나타내고, 증기 터빈 (26) 의 도출 전력량 Ps 는 하기 (3) 식으로 나타낸다.

그리고, 본 제 1 실시형태에 관련된 전력량 도출부 (71) 는, 전력량 Pp 와 전력량 Ps 를 가산함으로써, 배열 회수 장치의 전력량을 도출하고, 배열 회수 장치의 발전 지령값으로서 출력한다.

이상 설명한 바와 같이, 본 제 1 실시형태에 관련된 전력 매니지먼트 장치 (10) 는, 파워 터빈 (23) 및 증기 터빈 (26) 의 입구에 있어서의 가스의 물리량, 파워 터빈 (23) 및 증기 터빈 (26) 의 출구에 있어서의 가스의 물리량, 배열 회수 장치에 관한 파라미터에 기초하여, 배열 회수 장치에 의해 발전되는 전력량을 도출하고, 도출된 전력량에 기초하여 배열 회수 장치를 제어한다. 그리고, 전력 매니지먼트 장치 (10) 는, 도출된 도출 전력량과 선내 전력 부하의 차분을 산출하고, 산출된 차분에 기초하여 디젤 발전기 (32) 나 축 발전기 모터 (42) 를 제어한다.

따라서, 본 제 1 실시형태에 관련된 전력 매니지먼트 장치 (10) 는, 선박 (1) 이 구비하는 배열 회수 장치에 의해 생성되는 전력량을 보다 정확하게 구할 수 있다. 또, 전력 매니지먼트 장치 (10) 는, 보다 정확하게 도출된 배열 회수 장치의 전력량에 기초하여 디젤 발전기 (32) 나 축 발전기 모터 (42) 를 제어하므로, 배열 회수 장치, 디젤 발전기 (32), 및 축 발전기 모터 (42) 에 의한 효율이 좋은 전력 분담을 할 수 있다.

[제 2 실시형태]

이하, 본 발명의 제 2 실시형태에 대해 설명한다.

또한, 본 제 2 실시형태에 관련된 선박 (1) 의 구성은, 도 1 에 나타내는 제 1 실시형태에 관련된 선박 (1) 의 구성과 동일하므로 설명을 생략한다.

도 3 에 본 제 2 실시형태에 관련된 전력 매니지먼트 장치 (10) 의 구성을 나타낸다. 또한, 도 3 에 있어서의 도 2 와 동일한 구성 부분에 대해서는 도 2 와 동일한 부호를 부여하고, 그 설명을 생략한다.

본 제 2 실시형태에 관련된 전력 매니지먼트 장치 (10) 는, 감산기 (80), 파라미터 동정부 (81) 를 구비한다.

본 제 2 실시형태에 관련된 전력 매니지먼트 장치 (10) 에는, 배열 회수 장치에 의해 실제로 발전된 전력량의 값 (이하,「실 (實) 발전량」이라고 한다) 이 입력된다.

감산기 (80) 는, 실 발전량과 전력량 도출부 (71) 로부터 출력된 도출 전력량 (발전 지령값) 의 차분을 산출하고, 파라미터 동정부 (81) 에 그 차분을 출력한다.

파라미터 동정부 (81) 는, 도출 전력량과 실 전력량의 차가 작아지도록, 도출 전력량을 도출하기 위해 사용한 배열 회수 장치에 관한 파라미터의 값을 조정하고, 도출 전력량과 실 전력량이 일치하는 파라미터의 값을 동정한다. 그리고, 조정 후의 파라미터를 전력량 도출부 (71) 에 출력한다.

전력량 도출부 (71) 는, 조정 후의 파라미터의 값이 입력되면, 그 후의 배열 회수 장치의 발전량의 도출에 조정 후의 파라미터의 값을 사용한다.

또한, 파라미터 동정부 (81) 가 파라미터의 값을 조정하는 경우란, 도출 전력량과 실 전력량의 차가 소정의 크기 이상 (예를 들어, 차가 5 ％ 이상) 이 된 경우로 한다.

본 제 2 실시형태에서는, 조정하는 파라미터의 일례로서, 파워 터빈 (23) 의 발전 효율 ηp 와 증기 터빈 (26) 의 발전 효율 ηs 의 값을 조정한다. 배열 회수 장치의 경시 변화에 의해 발전 효율 ηp, ηs 가 저하되고, 그 결과, 도출 전력량과 실 전력량에 차가 발생하는 것이 상정되기 때문이다.

그리고, 파라미터 동정부 (81) 가, 도출 전력량과 실 전력량의 차가 소정의 크기 이상이 된 경우, 발전 효율 ηp, ηs 가 작아지도록 조정하고, 조정 후의 발전 효율 ηp, ηs 의 값을 전력량 도출부 (71) 에 출력한다.

또한, 파라미터의 조정량은, 도출 전력량과 실 전력량과의 차에 따라, 예를 들어, 실험적, 경험적, 또는 시뮬레이션에 의해 미리 결정되어 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 제 1 실시형태에 관련된 전력 매니지먼트 장치 (10) 는, 배열 회수 장치의 도출 전력량과 실 전력량의 차가 작아지도록, 도출 전력량을 도출하기 위해 사용한 배열 회수 장치에 관한 파라미터의 값을 조정하고, 조정 후의 파라미터를 사용하여 배열 회수 장치의 전력량을 도출한다.

따라서, 전력 매니지먼트 장치 (10) 는, 도출되는 배열 회수 장치의 전력량의 정밀도를 향상시킬 수 있다.

이상, 본 발명을 상기 각 실시형태를 사용하여 설명하였지만, 본 발명의 기술적 범위는 상기 실시형태에 기재된 범위에는 한정되지 않는다. 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서 상기 각 실시형태에 다양한 변경 또는 개량할 수 있고, 그 변경 또는 개량한 형태도 본 발명의 기술적 범위에 포함된다.

예를 들어, 상기 각 실시형태에서는, 배열 회수 장치로서 파워 터빈 (23) 과 증기 터빈 (26) 을 사용하는 형태에 대해 설명하였지만, 본 발명은 이것에 한정되는 것은 아니고, 파워 터빈 (23) 및 증기 터빈 (26) 중 어느 일방만을 사용하는 형태로 해도 된다.

또, 배열 회수 장치로서, 주기 엔진 (20) 에 탑재되어 있는 배기 터빈 과급기의 터빈 동력을 이용하여 발전하는 하이브리드 과급기를 사용하는 형태로 해도 된다. 배열 회수 장치로서 하이브리드 과급기를 사용하는 형태에서는, 배기 터빈 과급기의 입구에 있어서의 배기 가스의 물리량, 배기 터빈 과급기의 출구에 있어서의 배기 가스의 물리량, 하이브리드 과급기에 관한 파라미터에 기초하여, 발전하는 전력량을 도출한다.

또, 상기 기재된 배열 회수 장치 수식 모델은 일례이며, 터빈 무부하 손실을 P_LOSS 를 가미하지 않는 모델로 해도 된다.

또한, 상기 기재된 배열 회수 장치 수식 모델은, 도출되는 배열 회수 장치의 전력량의 정밀도를 향상시키기 위해, 배열 회수 장치의 전력량을 도출하기 위해 사용하는 파라미터로서, 상기 기재된 파라미터 이외에 터빈 모멘트 (터빈의 관성력) 등, 다른 파라미터도 사용한 수식 모델로 해도 된다. 예를 들어, 터빈 회전수 ω 를 계측하고, 하기 (4), (5) 식에 나타내는 운동 방정식으로부터 발전량을 구해도 된다.

P_ST : 증기 터빈 동력 [kgf·m/s]

η : 발전 효율 [－]

I : 관성 모멘트 [㎏·m2]

g : 중력 가속도 ＝ 9.8 [m/s2]

T_ST : 증기 터빈 토크 [kgf·m]

ω : 증기 터빈 각속도 [㎭/s]

T_LOSS : 부하 토크 [N·m]

P : 터빈 발전량 [㎉/h]

P_LOSS : 터빈 무부하 토크 [㎉/h]

1 [kgf·m/s] ＝ 8.4324142 [㎉/h]

1 : 선박
10 : 전력 매니지먼트 장치
20 : 주기 엔진
23 : 파워 터빈
26 : 증기 터빈
71 : 전력량 도출부
72 : 배열 회수 장치 제어기
73 : 감산기
74 : 발전기 제어기
81 : 파라미터 동정부

Claims

엔진의 배기 에너지를 회수해서 터빈을 사용하여 전력을 생성하는 배열 회수 장치, 및 발전기를 구비한 선박의 발전 제어 장치로서,
상기 터빈의 입구에 있어서의 가스의 물리량, 상기 터빈의 출구에 있어서의 가스의 물리량, 상기 배열 회수 장치에 관한 파라미터에 기초하여, 상기 배열 회수 장치가 발전하는 전력량을 도출하는 도출 수단과,
상기 도출 수단에 의해 도출된 전력량과 선내에서 필요로 하는 전력량의 차분을 산출하는 산출 수단과,
상기 도출 수단에 의해 도출된 전력량에 기초하여 상기 배열 회수 장치를 제어하는 제 1 제어 수단과,
상기 산출 수단에 의해 산출된 차분에 기초하여 상기 발전기를 제어하는 제 2 제어 수단을 구비한, 선박의 발전 제어 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 도출 수단에 의해 도출된 전력량인 도출 전력량과 상기 배열 회수 장치에 의해 실제로 발전된 실 (實) 전력량의 차가 작아지도록, 상기 파라미터의 값을 조정하는 조정 수단을 구비하는, 선박의 발전 제어 장치.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 도출 수단은, 상기 배열 회수 장치의 입구에 있어서의 가스의 엔탈피와 상기 배열 회수 장치의 출구에 있어서의 가스의 엔탈피의 차에, 상기 배열 회수 장치에 공급되는 가스의 유량 및 발전 효율을 곱셈한 모델에 의해, 상기 배열 회수 장치가 발전하는 전력량을 도출하는, 선박의 발전 제어 장치.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 가스는 상기 엔진으로부터 배출되는 배기 가스이고,
상기 터빈은 가스 터빈인, 선박의 발전 제어 장치.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 가스는 상기 엔진의 배열에 의해 생성된 증기이고,
상기 터빈은 증기 터빈인, 선박의 발전 제어 장치.
발전기와,
엔진의 배열을 회수하여 터빈에 공급함으로써 전력을 생성하는 배열 회수 장치와,
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 기재된 발전 제어 장치를 구비한, 선박.
엔진의 배기 에너지를 회수해서 터빈을 사용하여 전력을 생성하는 배열 회수 장치, 및 발전기를 구비한 선박의 발전 제어 방법으로서,
상기 터빈의 입구에 있어서의 가스의 물리량, 상기 터빈의 출구에 있어서의 가스의 물리량, 상기 배열 회수 장치에 관한 파라미터에 기초하여, 상기 배열 회수 장치가 발전하는 전력량을 도출하고, 도출된 그 전력량에 기초하여 상기 배열 회수 장치를 제어하는 제 1 공정과,
도출된 전력량과 선내에서 필요로 하는 전력량의 차분을 산출하고, 산출된 차분에 기초하여 상기 발전기를 제어하는 제 2 공정을 포함하는, 선박의 발전 제어 방법.