KR20150075531A - 선박의 발전 시스템 및 발전 방법 - Google Patents

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이철우
강금준
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대우조선해양 주식회사
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Abstract

선박의 발전 시스템 및 발전 방법이 개시된다. 본 발명의 선박의 발전 시스템은, 선박 또는 해양 구조물에 마련되는 적어도 하나의 엔진; 상기 엔진의 회전력을 전기에너지로 전환하는 적어도 하나의 제너레이터; 및 상기 엔진의 회전 속도를 상기 제너레이터의 회전속도로 전환하는 스텝-업 기어를 포함하되, 상기 엔진은 천연가스 또는 액화천연가스를 연료로 공급받는 저속의 2-행정(stroke) 엔진이고, 상기 엔진의 낮은 회전속도를 상기 스텝-업 기어에서 상기 제너레이터의 회전속도로 증속하는 것을 특징으로 한다.

Description

선박의 발전 시스템 및 발전 방법{Power Generating System And Method For Ship}
본 발명은 선박의 발전 시스템 및 발전 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 천연가스 또는 액화천연가스를 연료로 저속 엔진을 구동하고, 저속 엔진의 회전속도를 스텝-업 기어로 증속하여, 제너레이터에서 저속 엔진의 회전력을 전기에너지로 전환하고 선박 또는 해양 구조물의 전력 소비처 또는 축전장치로 공급하는 선박의 발전 시스템 및 발전 방법에 관한 것이다.
근래 LNG(Liquefied Natural Gas)나 LPG(Liquefied Petroleum Gas) 등의 액화가스의 소비량이 전 세계적으로 급증하고 있는 추세이다.
특히 액화천연가스(Liquefied Natural Gas, 이하 "LNG"라 함)는 연소시 대기오염 물질 배출이 적은 친환경 연료로서 여러 분야에서 사용이 늘어나고 있다.
액화천연가스(Liquefied Natural Gas, 이하 "LNG"라 함)는 메탄(methane)을 주성분으로 하는 천연가스를 약 -162℃로 냉각해서 액화시킴으로써 얻을 수 있는 무색투명한 액체로서, 천연가스와 비교해 약 1/600 정도의 부피를 갖는다. 따라서, 천연가스 이송 시 LNG로 액화시켜 이송할 경우 매우 효율적으로 이송할 수 있으며, 일 예로 LNG를 해상으로 수송(운반)할 수 있는 LNG 운반선이 사용되고 있다.
선박에 대한 국제기구와 각 국가의 규제 기준도 점차 까다로워지고 있어, 선박의 친환경 고효율의 연료에 대한 관심도 늘고 있는데, 그 중 하나로 LNG에서 자연 기화 또는 강제 기화된 기화가스를 선택적으로 연료로 사용할 수 있는 DFDE 엔진(Dual Fuel Diesel Electric)과 같은 엔진이 개발되어 선박에 적용되고 있다.
본 발명은 저속 엔진을 선박에 적용하여 추진 또는 발전 효율을 높여 연료 소모를 줄이고 오염 물질 배출을 줄일 수 있는 선박의 발전 시스템을 제안하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 선박 또는 해양 구조물에 마련되는 적어도 하나의 엔진;
상기 엔진의 회전력을 전기에너지로 전환하는 적어도 하나의 제너레이터; 및
상기 엔진의 회전 속도를 상기 제너레이터의 회전속도로 전환하는 스텝-업 기어를 포함하되,
상기 엔진은 천연가스 또는 액화천연가스를 연료로 공급받는 저속의 2-행정(stroke) 엔진이고, 상기 엔진의 낮은 회전속도를 상기 스텝-업 기어에서 상기 제너레이터의 회전속도로 증속하는 것을 특징으로 하는 선박의 발전 시스템이 제공된다.
바람직하게는, 상기 제너레이터에서 전환된 전기에너지를 상기 선박 또는 해양 구조물의 전력 소비처 또는 축전 장치로 공급하는 배전반을 더 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 전력 소비처는 상기 선박 또는 해양 구조물의 추진 시스템을 포함할 수 있다.
바람직하게는 상기 추진 시스템은, 상기 배전반에서 공급된 전력을 변압하는 추진용 변압기와, 상기 추진용 변압기를 거친 전력의 주파수를 변환하는 추진용 주파수 변환기와, 변압 및 주파수 변환된 전력으로 구동되는 추진용 전기 모터와, 상기 추진용 전기 모터의 회전 속도를 변속하는 감속 기어와, 상기 감속 기어를 거쳐 전달된 동력을 상기 선박 또는 해양 구조물의 추력으로 변환하는 프로펠러를 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 선박 또는 해양 구조물은 LNG-FSRU(Floating Storage and Regasification Unit), LNG-RV(Regasification Vessel), LNG-FSPP(Floating Storage Power Plant), LNGC(LNG Carrier)를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 1) 천연가스 또는 액화천연가스를 연료로 저속 엔진을 구동하는 단계;
2) 상기 저속 엔진의 회전력을 제너레이터에서 전기에너지로 전환하여 선박 또는 해양 구조물의 전력 소비처 또는 축전장치로 공급하는 단계를 포함하되,
상기 저속 엔진의 회전속도는 스텝-업 기어에 의해 상기 제너레이터의 회전속도로 증속되는 것을 특징으로 하는 선박의 발전 방법이 제공된다.
본 발명의 발전 시스템에서는 천연가스 또는 액화천연가스를 연료로 저속 엔진을 구동하고 스텝-업 기어로 증속하여, 제너레이터에서 저속 엔진의 회전력을 전기에너지로 전환하여 선박 또는 해양 구조물의 전력 소비처 또는 축전장치로 공급하게 된다.
이와 같이 본 발명은 2-행정 저속 엔진을 선박에 적용하여 발전 또는 추진 효율을 높임으로써 연료 소모를 절감하고, 연료 소비시 발생하는 대기 오염 물질 발생을 줄일 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 선박의 발전 시스템을 개략적으로 도시한다.
도 2는 도 1의 실시예에서 발전된 전력이 선박 또는 해양 구조물의 추진 시스템으로 공급되는 개략도이다.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 1에는 본 발명의 일 실시예에 따른 선박의 발전 시스템을 개략적으로 도시하였다.
도 1에 도시된 바와 같이 본 실시예의 발전 시스템은, 선박 또는 해양 구조물에 마련되어 천연가스 또는 액화천연가스를 연료로 공급받는 복수의 저속 엔진(100)과, 엔진(100)의 회전축에 연결되어 전자기 유도를 이용해 전류를 발생시켜 엔진(100)의 회전력을 전기에너지로 전환하는 복수의 제너레이터(generator, 200), 예를 들어 얼터네이터(alternator)를 포함한다.
본 실시예에서 바람직하게는 엔진(100)은 2-행정(stroke) 엔진이고, 엔진(100)의 낮은 회전속도를 제너레이터(200)의 회전속도로 증속 전환할 수 있는 스텝-업 기어(step-up gear, 300)를 구성하게 된다. 제너레이터(200)의 회전속도로 전환할 필요가 없는 경우에는 스텝-업 기어(300)를 구성하지 않을 수도 있다.
본 실시예의 엔진(100)은 2-행정 엔진, 예를 들어 ME-GI 엔진이다. 디젤과 천연가스를 연료로 공급받을 수 있는 이중연료 엔진인 ME-GI 엔진은, 선박에 사용될 수 있는 엔진으로서, 질소산화물(NOx)과 황산화물(SOx) 배출량을 저감하기 위하여 개발된 고압 천연가스 분사 엔진이다. ME-GI 엔진은 LNG를 극저온에 견디는 저장탱크에 저장하여 운반하도록 하는 LNG 운반선 등과 같은 선박 또는 해양 구조물에 추진 또는 발전용으로 설치될 수 있고, 천연가스를 연료로 사용한다. ME-GI 엔진은 부하에 따라 대략 150 - 400 bara(절대압력) 정도의 고압의 가스 공급 압력이 요구되는데, 동급출력의 디젤엔진에 비해 오염물질 배출량을 이산화탄소는 23%, 질소화합물은 80%, 황화합물은 95%이상 줄일 수 있는 차세대 친환경적인 엔진이다.
DF 엔진과 같은 엔진 역시 디젤과 천연가스를 연료로 공급받을 수 있으나, DF 엔진은 디젤과 천연가스의 연료 공급에 따라 엔진 사이클이 달라지므로 이를 위해 엔진 구성 부품의 수가 많아 복잡하고, 유지 보수에도 많은 시간과 비용이 소요된다. 반면 ME-GI는 연료 효율이 높고, 디젤과 천연가스의 연료 공급시에 엔진 사이클이 동일하므로, 본 실시예에서와 같이 선박 또는 해양 구조물에 적용되면 유지 보수의 시간과 비용을 절감할 수 있다.
제너레이터(200)에서 전환된 전기에너지는 배전반(switchboard, 400)에 의해 선박 또는 해양 구조물의 전력 소비처 또는 축전 장치로 공급되며(C), 전력 소비처는 예를 들어 선박 또는 해양 구조물의 추진 시스템, 전기 모터를 포함하는 전기 추진 시스템일 수 있다. 도 2에는 발전된 전력이 선박 또는 해양 구조물의 추진 시스템(500)으로 공급되는 개략도를 도시하였다.
도 2에 도시된 바와 같이 선박의 전기 추진 시스템(500)은, 배전반(400)에서 공급된 전력을 변압하는 추진용 변압기(propulsion transformer, 510)와, 추진용 변압기를 거친 전력의 주파수를 변환하는 추진용 주파수 변환기(frequency converter, 520)와, 변압 및 주파수 변환된 전력으로 구동되는 추진용 전기 모터(propulsion motor, 530)와, 추진용 전기 모터의 회전 속도를 변속하여 추진장치의 회전속도로 낮추는 감속 기어(reduction motor, 540)와, 감속 기어를 거쳐 전달된 동력을 선박 또는 해양 구조물의 추력으로 변환하는 고정 피치 타입의 프로펠러(propeller, 550)를 포함한다.
바람직하게는, 본 실시예의 선박 또는 해양 구조물은 LNG-FSRU(Floating Storage and Regasification Unit), LNG-RV(Regasification Vessel), LNG-FSPP(Floating Storage Power Plant), LNGC(LNG Carrier)를 포함할 수 있는데, FSRU와 같은 추진 시스템(500)이 주요 기능이 아닌 선박 또는 해양 구조물인 경우에는 발전을 통해 선내 전력 공급을 위해 본 실시예를 적용할 수 있고, 본 실시예를 적용하여 발전한 전력을 육상으로 송전하는 것도 가능하다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 실시예에서는, 1) 천연가스 또는 액화천연가스를 연료로 저속 엔진(100)을 구동하고, 2) 저속 엔진(100)의 회전속도를 스텝-업 기어(300)에 의해 제너레이터(200)의 회전속도로 증속하고, 3) 저속 엔진(100)의 회전력을 제너레이터(200)에서 전기에너지로 전환하여 선박 또는 해양 구조물의 각종 전력 소비처 또는 축전장치로 공급한다. 이와 같이 본 실시예는 효율이 높고 천연가스를 연료로 하는 2-행정 엔진(100)을 적용함으로써 연료 소모량 및 대기오염 물질 발생량을 줄여 고효율의 친환경 선박을 구현할 수 있다. 또한 엔진(100)의 유지 보수 시간 및 비용을 절감할 수 있다.
본 발명은 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: 엔진
200: 제너레이터
300: 스텝-업 기어
400: 배전반
500: 추진 시스템
510: 추진용 변압기
520: 추진용 주파수 변환기
530: 추진용 전기 모터
540: 감속 기어
550: 프로펠러

Claims (6)

  1. 선박 또는 해양 구조물에 마련되는 적어도 하나의 엔진;
    상기 엔진의 회전력을 전기에너지로 전환하는 적어도 하나의 제너레이터: 및
    상기 엔진의 회전 속도를 상기 제너레이터의 회전속도로 전환하는 스텝-업 기어를 포함하되,
    상기 엔진은 천연가스 또는 액화천연가스를 연료로 공급받는 저속의 2-행정(stroke) 엔진이고, 상기 엔진의 낮은 회전속도를 상기 스텝-업 기어에서 상기 제너레이터의 회전속도로 증속하는 것을 특징으로 하는 선박의 발전 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제너레이터에서 전환된 전기에너지를 상기 선박 또는 해양 구조물의 전력 소비처 또는 축전 장치로 공급하는 배전반을 더 포함하는 선박의 발전 시스템.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 전력 소비처는 상기 선박 또는 해양 구조물의 추진 시스템을 포함하는 선박의 발전 시스템.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 추진 시스템은
    상기 배전반에서 공급된 전력을 변압하는 추진용 변압기;
    상기 추진용 변압기를 거친 전력의 주파수를 변환하는 추진용 주파수 변환기;
    변압 및 주파수 변환된 전력으로 구동되는 추진용 전기 모터;
    상기 추진용 전기 모터의 회전 속도를 변속하는 감속 기어; 및
    상기 감속 기어를 거쳐 전달된 동력을 상기 선박 또는 해양 구조물의 추력으로 변환하는 프로펠러를 포함하는 선박의 발전 시스템.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 선박 또는 해양 구조물은 LNG-FSRU(Floating Storage and Regasification Unit), LNG-RV(Regasification Vessel), LNG-FSPP(Floating Storage Power Plant), LNGC(LNG Carrier)를 포함하는 선박의 발전 시스템.
  6. 1) 천연가스 또는 액화천연가스를 연료로 저속 엔진을 구동하는 단계;
    2) 상기 저속 엔진의 회전력을 제너레이터에서 전기에너지로 전환하여 선박 또는 해양 구조물의 전력 소비처 또는 축전장치로 공급하는 단계를 포함하되,
    상기 저속 엔진의 회전속도는 스텝-업 기어에 의해 상기 제너레이터의 회전속도로 증속되는 것을 특징으로 하는 선박의 발전 방법.
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