KR20150008912A

KR20150008912A - 육지와 선박 사이의 전력 연결

Info

Publication number: KR20150008912A
Application number: KR20147035137A
Authority: KR
Inventors: 빌레-베이꼬 메끼넨
Original assignee: 바르실라 핀랜드 오이
Priority date: 2012-05-23
Filing date: 2013-05-14
Publication date: 2015-01-23
Also published as: FI20125544A; WO2013175061A1; FI124352B; KR101852232B1

Abstract

본 발명은, 육상에 정류기 (3) 를 포함하는, 육지와 선박 사이의 전원 연결에 관련된다. 정류기는 육상의 AC 전력 그리드 (1) 에 연결가능하다. 그 연결은 선박 상의 인버터 (5), 및 정류기와 인버터 사이의 DC 링크 (4) 를 더 포함한다. 인버터 (5) 는 선상의 AC 전력 그리드 (2) 에 연결가능하다.

Description

육지와 선박 사이의 전력 연결{POWER CONNECTION BETWEEN SHORE AND SHIP}

본 발명은 육지 (shore) 와 선박 (ship) 사이의 전력 연결 (power connection) 에 관한 것이다. 전력 연결은 전력 송신을 가능하게 한다. 더 구체적으로는, 본 발명은 항구 (port) 와 선박 사이의 전력 연결에 관한 것이다.

선박이 정박지 (berth) 에 있을 때, 선박 상에서 사용되는 필요 전기를 생산하기 위해 선박은 자신의 보조 발전기 또는 발전기들을 사용하거나, 또는 육지의 전력 그리드 (power grid) 에 연결된다. 자신의 발전기(들) 의 사용은, 바람직하지 않은 배출 가스들 및 노이즈를 발생시킨다. 선상의 (on-board) AC 전력 그리드가 육상의 (on shore) AC 전력 그리드가 사용하는 것과는 상이한 상이한 주파수 및 전압 레벨/레벨들을 사용하기 때문에, 전력 그리드의 사용은 불가능할 수도 있다. 예를 들면, 유럽에서는 50Hz가 사용되고, 북아메리카에서는 60Hz가 사용된다. 육상의 전력 그리드와 선상의 전력 그리드 사이의 연결은 선박의 영구적인 정박지에서만, 즉 그 선박이 통상적으로 정박하는 곳과 동일한 부두 (quay) 에서의 동일한 위치에서만 일반적으로 대응한다.

육상의 AC 전력 그리드는 주파수 변환기, 변압기, 및 여러 와이어들을 통해 선박에 연결되는 것이 알려져 있다. 와이어들은 변압기 및 선박과 관련된다. 이 방식에서, 육상의 그리드 (grid) 의 주파수 및 전압은 선상의 AC 전력의 주파수 및 전압으로 변환된다. 많은 연결 와이어들이 필요될 수도 있고 선박의 그리드 상에서의 오류들 (faults) 이 육상의 전력 그리드로 전이될 수 있다.

WO 2007060189호는 육상의 AC 전력 그리드를 선박의 AC 전력망 (power network) 에 연결하는 다른 공지의 솔루션을 나타낸다. 이 솔루션에서, 변환기가 선상에 설치된다. 변환기는 AC 케이블을 통해 육상의 AC 전력 그리드에 연결된다. 변환기의 범위는 상이한 항구들에서 사용되는 전압 레벨들에 대해 충분하지 못할 수도 있다. 이 상황은 특히 선박이 전세계를 항해할 때 발생할 수도 있다. 또한, 항구에서의 AC 전력망은 상대적으로 높은 송신 손실들을 가질 수도 있다.

US 20110298283호는, 연결이, 부두의 각각의 정박지에 정류기, DC 분배망 (distribution network), 및 또한 인버터들과 변압기들을 갖는 또 다른 공지의 솔루션을 나타낸다. DC 분배망은 항구에서의 전력 분배를 더 효율적으로 만든다. DC 분배 전압은 AC 분배 레벨보다 더 높을 수 있고, 이것은 송신 손실들을 감소시킨다. 정류기는 정박지들로부터 멀리 떨어져 위치되므로, 부두에서의 값비싼 공간이, 상품들의 하역 및 선적과 같은 다른 활동들을 위해 절약된다. 그러나, 인버터와 변압기는 바다 근처의 각각의 정박지에 여전히 설치되어, 상이한 활동들의 중심 장소인 부두에서 공간을 차지하게 된다.

또한, 육지에서 선박으로 AC 전원을 사용하는 경우, 정박 시간은 상대적으로 길어진다. 이것은 육지와 선상에서의 전력 그리드들 간의 동기화 및 로테이션 점검에 기인한다. 또한, 그들을 연결하는 경우 위상들을 혼합하는 것도 2/3의 가능성이다.

발명의 간단한 설명

본 발명의 목적은 위에서 언급된 문제점을 줄이는 것이다. 또한, 본 발명은 환경적 조건들에 대해 그렇게 취약하지 않은 솔루션을 제공한다. 그 목적들은 독립 청구항들에서 설명된 방식으로 달성된다. 종속 청구항들은 본 발명의 상이한 실시형태들에 관련된다.

본 발명에 따르면, 육지와 선박 사이의 전원 연결은 육상의 정류기를 포함한다. 정류기는 육상의 AC 전력 그리드에 연결가능하다. 그 연결은 선박 상의 인버터, 및 정류기와 인버터 사이의 DC 링크를 더 포함한다. 인버터는 선상의 AC 전력 그리드에 연결가능하다.

도면들의 리스트
하기에서, 본 발명은 첨부된 도면들을 참조로 더 상세히 설명된다.
도 1은 본 발명에 따른 육지와 선박 사이의 전력 연결의 예를 예시한다,
도 2는 본 발명에 따른 전력 연결의 다른 예를 예시한다,
도 3은 본 발명에 따른 전력 연결의 또 다른 예를 예시한다,
도 4는 본 발명에 따른 전력 연결의 또 다른 예를 예시한다,
도 5는 본 발명에 따른 방법을 다이어그램의 형태로 예시한다.

본 발명의 설명

도 1은 본 발명의 실시형태의 간략화된 예를 예시한다. 육상에 AC 전력 그리드 (1) 가 존재하며, 이것은 정박 중인 선박에 전력을 공급하는 데 활용될 수 있다. 선박도 또한 AC 전력 그리드 (2) 를 구비한다. 일반적으로, 선상의 전력 그리드가 육상의 그리드와는 상이한 전압 및 주파수를 가지기 때문에, 이들 두 상이한 그리드들 사이에 연결 장치 (arrangement) 가 필요하다. 본 발명에서는, 육상에 정류기 (3) 가 그리고 선박 상에 인버터 (5) 가 존재한다. 정류기와 인버터 사이에는 DC 링크 (4) 가 존재한다. 정류기 (3) 는 육상의 AC 전력 그리드 (1) 에 연결가능하다. 인버터 (5) 는 선상의 AC 전력 그리드 (2) 에 연결가능하다.

정류기 (3) 는, 정류기를 부두의 정박지에 설치하는 것이 요구되지 않도록 하기 위해 항구의 적절한 장소에 위치될 수 있다. 따라서, 정박지에서의 공간이 절약된다. DC 링크 (4) 는 많은 방식들로 구성될 수 있다. 예를 들면, DC 링크는 정류기 (3) 로부터 각각의 정박지로의 케이블 또는 케이블들일 수 있는데, 각각의 정박지에서는 그 케이블을 선박 상의 인버터 (5) 에 연결가능한 다른 케이블에 연결하기 위한 케이블 커넥터가 존재한다. DC 링크의 간단한 구조는, 그것이 정류기 및 인버터에 연결된 하나의 케이블인 것이다. 이 구조는, 예를 들면 하나 또는 2개의 정박지들만을 갖는 작은 부두에 적합하다.

DC 링크는 높은 전압의 DC 연결을 위해 만들어질 수 있지만, 더 낮은 DC 전압도 사용될 수 있다. DC 연결은 유사한 케이블을 통해 AC 연결보다 더 높은 전압을 사용할 수 있다. 예를 들면, 비용 효율적인 저전압 케이블들은 1500V DC 링크를 제공할 수 있지만, 동일한 케이블들을 통해 1000V AC 링크만을 제공할 수 있다. 이것은 DC 링크에서 송신 손실들이 더 작다는 것을 의미한다. 더 작은 직경들을 갖는 와이어들을 사용하는 것도 또한 가능하다. DC 링크는 2-와이어의 연결일 수 있다. 또한, DC 링크는 하나의 와이어 연결일 수 있는데, 이 경우 바다가 다른 라인을 제공한다. 또한, 다수의 와이어를 사용하는 것도 가능한데, 이 경우 와이어들의 직경들은 더 작아질 수 있다.

정류기 (3), DC 링크 (4) 및 인버터 (5) 의 연결은, 육상의 전력 그리드 (1) 와 선상의 전력 그리드 (2) 사이의 아주 큰 범위에서의 전압들 및 주파수들의 불일치들을 핸들링하는 데 적합하다. 항구에 정류기만 있기 때문에, 연결의 확립 및 유지보수가 쉽게 제공될 수 있다. 따라서, 항구의 직원이 가용 전력망과 적합하게 되도록 정류기의 AC측을 매칭시킬 수 있다. 마찬가지로, 선박의 선원이 선상의 전력 그리드와 매칭하도록 인버터의 AC측을 매칭시킬 수 있다.

인버터가 선박 상에 (그리고 선박 내부에) 있고, 정박지에 있지 않기 때문에, 환경적 조건들에 그렇게 취약하지 않다. 바다에 인접한 육상의 바람 및 습도는 아주 가혹할 수 있고, 이것은 정박지들에서의 인버터가 아주 조심스럽게 그리고 빈번하게 유지보수되어야 한다는 것을 의미한다. 또한, 외부의 온도 변화들은 인버터를 혹사시킨다. 따라서, 인버터의 수명은 선박 상에 위치될 때 더 길어진다. 본 발명의 연결의 정류기는 항구에서 하나 이상의 보호 장소 (sheltered place) 에 위치될 수 있다.

또한, 본 발명의 연결을 사용하는 경우, 선박의 전력 그리드는 육상의 그리드와 동기화될 필요가 없다. 따라서, 선박과 육지 사이의 위상 점검도 또한 불필요하다. 따라서, 동기화에 시간이 소요되지 않으며, 위상들은 혼합되지 않는다. 육지의 전력 그리드와 선상의 전력 그리드가 분리되기 때문에, 즉 이들이 DC 링크를 통해 연결 상태에 있기 때문에, 연결의 신뢰성은 아주 양호하다. 보호 장치 (회로 차단기들 등) 는 제공하기가 용이하다. 선박 시스템에서의 오류들은 육지 시스템들로 전이되지 않는다. 또한, 선박에서 항구로 그리고 역으로 전력이 공급되는 것이 가능하다.

도 2는 본 발명의 다른 예를 도시한다. 본 실시형태에서, DC 링크는 항구에 DC 분배망 (4A) 을, 각각의 정박지 상에 케이블 커넥터들 (4B) 을 포함한다. DC 분배망은 정류기 (3) 에 연결된다 (4C). DC 분배망은 여러 정박지들 (그리고 어쩌면 여러 부두들) 을 갖는 항구들에서 편리하다. DC 분배망을 활용하는 경우 전력 분배 손실들은 더 작다. 또한, DC 망은 전자기장이 없는 환경을 가능하게 한다. 또한, DC 링크는 커넥터와 선박 사이에 적어도 하나의 케이블 (4D) 를 포함할 수 있다. 케이블을 사용하는 대신, 가능하다면 다른 연결, 예를 들면 연결 바가, 선박과 정박지의 구조들이 이것을 허용한다면, 사용될 수 있다. 또한, 연결이 인버터 (5) 의 AC측 상에 변압기 (9) 를 더 포함하는 것이 가능할 수도 있다.

도 3은, DC 링크를 선박 상의 DC 그리드 (7) 에 연결하기 위한 선박 상의 스위치기어 (6) 를 DC 링크가 더 포함하는 예를 도시한다. 이 스위치기어는 선박의 전력망의 별개의 부분들로의 전력 공급을 변경하기 위해 사용될 수 있다. 몇몇 선박들은, 그들이 하나 또는 여러 개의 큰 DC 부하들을 가지고 있기 때문에 내부 DC 그리드를 구비한다. 육상에서 그리고 선상에서 DC 전압들이 동일하면, 그 스위치가 DC 링크를 선박의 DC 그리드에 연결하는 것이 효율적이다. 대안적으로, DC 링크는, 도 4에 예시된 바와 같이 DC 링크에 대해 커넥터를 갖는 선박 상의 DC 그리드에 직접적으로 연결될 수 있다. 이러한 종류의 선박들 상에는, 일반적으로, 그리드들 사이에서 전력을 송신하기 위해 선박의 DC 및 AC 그리드들 사이에 DC/AC 연결 (8) 이 존재한다. 도 4에 도시된 바와 같이, 연결 (8) 은 인버터 (10) 를 구비할 수도 있다.

도 5는 육지와 선박 사이에서 전원을 연결하기 위한 방법을 예시한다. 육지의 전원의 전력은 육상에서 DC 전력으로 정류된다 (51). 또한, 육지와 선박 사이에서 DC 전력을 송신하기 위해 연결이 제공되며 (52), 송신되는 DC 전력은 선박 상에서 AC 전력으로 역변환된다 (53). 이미 언급된 실시형태들은, 그 방법이 실제 어떻게 실현될 수 있는지를 상이한 방식들로 나타낸다.

위에서 설명된 실시형태들은 단순화된 예시들이다. 실제 솔루션들은, 예를 들면, 회로 차단기들 및 다른 디바이스들을 또한 포함한다. 그러나, 이들 디바이스들은 당업자에게는 친숙하며, 따라서 당업자는 본 설명을 활용하는 경우 본 발명의 실시형태를 실시하는 데 어려움들을 갖지 않는다.

위에서 제시된 예들로부터, 본 발명의 실시형태가 다양하고 상이한 솔루션들을 사용하여 생성될 수 있음을 알 수 있다. 또한, 본 발명은 본문에서 언급된 예들로 제한되지 않으며 오히려 본 발명의 아이디어의 범위 내에서 많은 다른 상이한 실시형태들에서 구현될 수 있음을 알 수 있다.

Claims

육지 (shore) 와 선박 (ship) 사이의 전원 연결로서,
상기 연결은 육상 (on shore) 의 정류기 (3) 를 포함하고, 상기 정류기는 육상의 AC 전력 그리드 (1) 에 연결가능하고, 상기 연결은 상기 선박 상의 인버터 (5), 및 상기 정류기 (3) 와 상기 인버터 (5) 사이의 DC 링크 (4) 를 더 포함하고, 상기 인버터는 선상의 (on board) AC 전력 그리드 (2) 에 연결가능한 것을 특징으로 하는 전원 연결.
제 1항에 있어서,
상기 DC 링크는 항구 상의 DC 분배망 (4A) 및 각각의 정박지 상의 케이블 커넥터들 (4B) 을 포함하는 것을 특징으로 하는 전원 연결.
제 2항에 있어서,
상기 DC 링크는 상기 커넥터 (4B) 와 상기 선박 사이에 적어도 하나의 케이블 (4D) 을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전원 연결.
제 3항에 있어서,
상기 DC 링크는, 상기 DC 링크를 상기 선박 상의 DC 그리드 (7) 에 연결하기 위한 상기 선박 상의 스위치기어 (6) 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전원 연결.
제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 연결은 상기 인버터의 AC측 상에 변압기 (9) 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전원 연결.
육지와 선박 사이에서 전원을 연결하기 위한 방법으로서,
상기 육지의 전원의 전력은 육상에서 DC 전력으로 정류되고 (51),
육지와 상기 선박 사이에서 상기 DC 전력을 송신하기 위해 연결이 제공되고 (52), 그리고
송신된 상기 DC 전력은 상기 선박 상에서 AC 전력으로 역변환되는 (53) 것을 특징으로 하는 육지와 선박 사이에서 전원을 연결하기 위한 방법.