KR20160136838A - 선박 - Google Patents

Abstract

배터리를 포함하는 선박이 제공된다. 선박은, 전력 그리드; 상기 전력 그리드에 전기적으로 연결되고 상기 전력 그리드에 전기를 공급하는 복수의 발전기; 상기 전력 그리드에 연결되고, 상기 전력 그리드로부터 전기를 공급받아 충전되거나 상기 전력 그리드에 전력을 공급하여 방전되는 적어도 하나의 배터리;
상기 전력 그리드에 연결된 복수의 부하 요소; 통신망을 통해 상기 복수의 발전기, 상기 복수의 배터리 및 상기 복수의 부하 요소와 정보를 주고 받는 제어기를 포함하되, 상기 제어기는 복수의 부하 요소로부터 제공된 부하 요소 정보를 기초로 상기 복수의 발전기의 가동 부하 및 상기 복수의 대용량 배터리의 충방전 여부를 제어한다.

Description

선박{a ship}

본 발명은 선박에 관한 것으로, 보다 상세하게는 선박 및 그 전력 운용 방법에 관한 것이다.

충전 가능한 2차 배터리 기술은 점점 발전하고 있으며, 용량 대비 그 크기가 감소되고 있다. 현재, 대용량 전력을 저장 및 공급할 수 있는 2차 배터리는 에너지 저장 시스템(ESS; Energy Storage System)이라고 명명되어 전력 운용 계통의 보조 공급 전원으로서 상용화가 시도되고 있다.

한국공개특허 KR 10-2013-0017787 (2013. 02. 20)

예를 들어, 동적위치제어를 수행하는 선박은, 시간에 따른 선박의 위치 및 각도의 동적 변화에 대하여 선박의 평형을 유지하도록, 보조 동력 수단인 쓰러스터를 이용하여 선박의 동적위치를 제어한다.

다만, 선박의 동적 위치 제어를 위한 쓰러스터의 가동은 불특정한 선박의 위치 및 각도의 동적 변화에 대응하는 것이므로, 선박에서 소모 또는 발전하는 부하에 대하여 요동하는 순시 부하의 변동을 야기할 수 있다.

이와 같은 선박 내의 요동하는 순시 부하의 변동에 대응하기 위하여, 선박 내의 발전기는 공급가능한 부하의 마진을 가지고 있어야 하며, 예를 들어, 선박에서 소모되는 평균 부하 이상의 부하를 공급하기 위하여, 하나의 발전기가 평균 부하에 비하여 충분히 큰 전력 공급 능력을 가지거나, 추가의 발전기가 최소 부하 공급 상태에서 발전 상태를 유지하고 있어야 한다.

즉, 발전기는, 순시 부하의 변동에 대응하기 위하여, 상대적으로 그 용량에 비하여 낮은 부하를 공급하는 발전 상태를 유지해야하며, 이는 발전기의 연비를 저해하는 원인이 될 수 있다.

나아가, 대용량 배터리를 이용하여 이와 같은 순시 부하에 대응하는 시도가 이루어질 수 있으나, 대용량 배터리는 소정의 충방전 사이클을 가지므로, 잦은 충방전에 따른 배터리의 수명 단축은 이와 같은 대용량 배터리의 선박에의 적용을 저해할 수 있다.

이에 본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 연비가 향상된 발전기를 포함하는 선박을 제공하는 것이다.

이에 본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 부하 종류별 맞춤식으로 대용량 배터리의 충방전을 제어하는 것이다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기와 같은 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 양태에 따른 선박은 전력 그리드; 상기 전력 그리드에 전기적으로 연결되고 상기 전력 그리드에 전기를 공급하는 복수의 발전기; 상기 전력 그리드에 연결되고, 상기 전력 그리드로부터 전기를 공급받아 충전되거나 상기 전력 그리드에 전력을 공급하여 방전되는 적어도 하나의 배터리; 상기 전력 그리드에 연결된 복수의 부하 요소; 통신망을 통해 상기 복수의 발전기, 상기 복수의 배터리 및 상기 복수의 부하 요소와 정보를 주고 받는제어기를 포함하고, 상기 제어기는 복수의 부하 요소로부터 제공된 부하 요소 정보를 기초로 상기 복수의 발전기의 가동 부하 및 상기 복수의 대용량 배터리의 충방전 여부를 제어한다..

또한, 상기 정보 통신망은, 와이브로(WiBro), UWB(Ultra Wide Band), 무선랜(WiFi), 블루투스(blue-tooth), 지그비(Zig-Bee)와 같은 다양한 무선 네트워크 환경이다.

한편, 상기 정보 통신망은, TCP/IP(Transmission Control Protocol / Internet Protocol) 프로토콜 및 그 상위계층에 존재하는 HTTP(HyperText Transfer Protocol), 텔넷(Telnet), FTP(File Transfer Protocol), DNS(Domain Name System), SMTP(Simple Mail Transfer Protocol), SNMP(Simple Network Management Protocol), NFS(Network File Service), NIS(Network Information Service)의 서비스를 제공하는 유선 네트워크 환경이다.

한편, 제어기는 복수의 발전기의 제1 발전기의 가동 부하를 전력 계통에서 소모되는 평균 부하에 상응하도록 제어한다.

또한, 제어기는 현재 전력 계통에서 소모되는 현재 부하가 전력 계통에서 소모되는 평균 부하 보다 큰 시간 구간 동안 대용량 배터리를 방전시키고, 현재 부하가 평균 부하보다 작은 시간 구간 동아 대용량 배터리를 충전시킨다.

또한, 복수의 대용량 배터리는 제1 대용량 배터리 및 제2 대용량 배터리를 포함하고, 제어기는 제1 대용량 배터리 또는 제2 대용량 배터리 중 하나를 충전 또는 방전 대상인 대용량 배터리로 선정한다.

또한, 제어기는 전력량은 작지만 순간 출력밀도가 크며 잦은 싸이클로 충전 또는 방전되는 부하는 제2 대용량 배터리로 충전 또는 방전하고, 전력량은 크지만 순간 출력밀도가 작으며 드문 싸이클로 충전 방전되는 부하는 제1 대용량 배터리로 충전 또는 방전시킨다.

또한, 제1 대용량 배터리는 리튬 이온 전지를 포함하고, 제2 대용량 배터리는 슈퍼 커패시터를 포함한다.

본 발명의 기타 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 선박의 전력계통을 예시적으로 도시하는 블록도이다.
도 2는 도 1에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 선박의 전력계통에 대해 제어기의 예시적인 구성들을 더 상세히 도시한 블록도이다.
도 3은 순항 중인 선박의 예시적인 현재 부하를 도시한 그래프이다.
도 4는 도 3의 그래프의 일부를 확대 도시한 그래프이다.
도 5는 도 4의 그래프로 도시된 현재 부하에 대한 추가의 발전기가 가동될 때의 가동부하를 예시적으로 도시한 그래프이다.
도 6은 도 4의 그래프로 도시된 현재 부하에 대하여 예시적으로 세 개의 부하 성분으로 구별하여 도시한 그래프이다.
도 7은 도 6의 제3 부하 성분에 대한 충전 및 방전 시간 구간을 도시한 그래프이다.
도 8은 도 6의 제2 부하 성분에 대한 충전 및 방전 시간 구간을 도시한 그래프다.
도 9는 하나의 발전기의 가동 부하에 대한 단위 생산전력당 연료소모를 도시한 그래프이다.
도 10은 예시적으로 리튬 이온 배터리인 제1 대용량 배터리와 슈퍼 커패시터인 제2 대용량 배터리의 특성들을 비교한 표이다.
도 11은 예시적인 부하 요소별 특성들을 비교한 표이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 컨테이너선을 나타내는 도면이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 드릴쉽을 나타내는 도면이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 게시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 게시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.

다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.

또한, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 포함한다(comprises) 및/또는 포함하는(comprising)은 언급된 구성요소, 단계 및/또는 동작 이외에 하나 이상의 다른 구성요소, 단계 및/또는 동작의 존재 또는 추가를 배제하지 않는 의미로 사용한다. 그리고, "및/또는"은 언급된 아이템들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.

이하, 본 발명에 대하여 첨부된 도면에 따라 보다 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 선박의 전력계통을 예시적으로 도시하는 블록도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 선박은 전력 그리드(600), 전력 그리드(600)에 연결된 발전기, 전력 그리드(600)에 연결된 대용량 배터리, 전력 그리드(600)에 연결된 복수의 부하 요소(400), 제어기(100), 및 정보 통신망(200)을 포함한다.

전력 그리드(600)는 선박 내 전력 계통을 관류하는 하나 이상의 전기적 노드에 대응될 수 있다. 전력 그리드(600)는 하나 이상의 전기적 노드를 형성하여 부하 요소에 전력을 공급할 수 있는 하나 또는 그 이상의 전기 케이블의 집합 또는 네트워크를 의미할 수 있다.

도 1에 도시된 실시예에서, 전력 그리드(600)는 AC 전압이 인가된 AC 그리드를 형성하는 것으로 예시된다. 그러나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 전력 그리드(600)는 예를 들어, DC 전압이 인가되는 DC 그리드를 형성할 수도 있다.

복수의 발전기(300)는 전력 그리드(600)에 연결되며 전력 그리드(600)에 전기를 공급할 수 있다. 복수의 발전기(300)는, 예를 들어, 200KW 이상의 대용량 전력을 생성할 수 있는 디젤 발전기들로 구성될 수 있다. 각각의 발전기는 특정 전압 레벨 및 주파수를 갖는 AC 전압을 생성할 수 있고, 그 특정 전압 레벨 및 주파수를 유지하기 위하여 자기 조절(self regulation)될 수 있다. 예를 들어, 디젤 발전기는 440V 및 60Hz를 갖는 AC 전압을 제공하도록 소모하는 연료의 양을 자기 조절할 수 있고, 이에 따라, 전력 그리드(600)에 제공하는 전압 및 주파수를 440V 및 60Hz로 유지할 수 있다.

선박의 내 부하 요소들은 전력 그리드(600)에 연결될 수 있고 전력 그리드(600)로부터 전력을 공급받아 부하 요소들의 상응하는 기능들을 수행할 수 있다.

만일, 부하 요소들이 많은 전력을 소모하여 전력 그리드(600)의 부하가 상승할 경우, 전력 그리드(600)의 AC 전압 진폭은 작아지거나 전력 그리드(600)의 AC 전압의 주파수는 감소할 수 있다. 이 경우, 전력 그리드(600)의 부하가 증가된 것으로 해석할 수 있으며, 복수의 발전기(300)는 증가된 부하에 상응하는 가동 부하를 제공하도록 조절될 수 있다. 구체적으로, 전력 그리드(600)의 부하가 증가된 경우, 복수의 발전기(300)는 소모하는 연료의 양을 증가시킴으로써, AC 전압의 진폭 및 주파수를 특정 레벨 및 주파수, 예를 들어, 440V 및 60Hz로 조절하여 전력 그리드(600)로 제공하는 가동 부하를 증가시킬 수 있다.

또한, 복수의 발전기(300)는 정보 통신망(200)을 통해 외부로부터 발전기 제어 신호를 수신할 수 있고, 수신된 발전기 제어 신호에 응답하여, 복수의 발전기(300)가 생산하여 전력 그리드(600)에 공급하는 전력의 양에 대응하는 가동 부하를 조절할 수 있다.

즉, 본 발명의 일 실시예에서 복수의 발전기(300)는 정보 통신망(200)을 통해 제공되는 발전기 제어 신호에 따라 발전기의 가동 부하를 조절하는 외부 조절식으로 동작할 수 있으며, 전력 그리드(600) 망의 순시적인 전압 변동에 독립적으로 생성하는 전력 부하의 양을 외부 조절식으로 유지할 수 있다.

도시되지 않았으나, 각각의 발전기는 정보 통신망(200)을 통해 발전기에 관한 정보 또는 제어 신호를 송수신할 수 있는 발전기 정보 송수신부를 포함할 수 있다. 발전기 정보 송수신부는 정보 통신망(200)에 연결되기 위한 연결 단자 및 정보 통신망(200)의 전송 규약에 따라 정보 또는 신호의 송수신을 관할하는 프로토콜, 예를 들어, 인터넷 프로토콜 또는 TCP/IP 프로토콜을 포함할 수 있다.

선박 내 복수의 부하 요소(400)들은 선박 내 전력 계통에 접속하여 제 기능을 수행하는 다양한 응용 기기 및 기구들일 수 있다. 복수의 부하 요소(400)들은 변압기를 통해 전력 그리드(600)에 연결될 수 있고, 변압기는 예를 들어, 440V인 전력 그리드(600)의 전압을 각각의 부하 요소의 운용 전압으로 감압 또는 승압하여 복수의 부하 요소(400)에 제공할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서, 복수의 부하 요소(400)는 선내 기기/기구 부하, 복수의 쓰러스터, 동적위치 제어 시스템(Dynamic Positioning; DP)용 복수의 쓰러스터, 시추설비 부하를 포함할 수 있다.

선내 기기/기구 부하(LA)는 선박 내에서 전기를 사용하여 운용되는 통상의 기기/기구일 수 있고, 예를 들어, 관제 시스템, 가전 용품, 조명 등 일 수 있다.

복수의 쓰러스터(L1~Lm)는 선박의 운항용 메인 프로펠러 이외에 보조적인 추진력을 제공하는 전기 모터 및 스크류의 결합일 수 있고, 예를 들어, 선박의 선두에서 선박의 길이 방향에 수직한 방향으로 추진력을 제공하는 바우 쓰러스터 또는 전방위에 걸쳐 추진력을 제공할 수 있는 아지무스 쓰러스터 일 수 있다. 드릴쉽에서 위치를 고정할 수 있는 DP 용도로 선미와 선수에 각각 3 개씩의 상기 복수의 쓰러스터를 작동하거나, 해저의 시추공을 뚫기 위한 상기 시추 설비에 전력을 제공할 수 있는 부하일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서, 선박은 동적위치제어를 수행하는 선박일 수 있다. 즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 선박은 시간에 따른 선박의 위치 및 각도의 동적 변화에 대하여 선박의 평형을 유지하도록, 보조 동력 수단인 쓰러스터를 이용하여 선박의 동적위치를 제어한다.

선박의 동적 위치 제어를 위한 쓰러스터의 가동은 불특정한 선박의 위치 및 각도의 동적 변화에 대응하는 것이므로, 특정되지 않은 시간 구간동안에, 선박에서 평균적으로 소모하는 부하에 대하여 요동하는 순시 부하의 변동을 야기할 수 있다.

이와 같은 선박 내의 전력 그리드(600)에 인가되는 요동하는 순시 부하의 변동에 대응하기 위하여, 선박 내의 복수의 발전기(300)는 공급가능한 부하의 충분한 마진을 가지고 있어야 하며, 예를 들어, 선박에서 소모되는 평균 부하 이상의 부하를 공급하기 위하여, 하나의 발전기가 평균 부하에 비하여 충분히 큰 전력 공급 능력을 가지거나, 추가의 발전기가 최소 부하 공급 상태에서 발전 상태를 유지하고 있어야 한다.

예를 들어, 제1 발전기(G1)가 공급 가능한 최대 부하가 선박 내에서 소모되는 평균 부하 이상일 지라도, 동적 위치 제어를 위하여 불특정한 시간 구간 동안 가동되는 쓰러스터의 가동 부하에 대한 마진을 고려하여, 제2 발전기(G2)는 대기 상태를 유지할 필요가 있다. 이 때, 제2 발전기는, 상대적으로 그 용량에 비하여 낮은 부하를 공급하는 발전 상태를 유지해야하며, 이는 발전기의 연비를 저해하는 원인이 될 수 있다.

도시되지 않았으나, 복수의 부하 요소(400)는 정보 통신망(200)을 통해 각각의 부하 요소에 관한 정보 또는 제어 신호를 송수신할 수 있는 부하 요소 정보 송수신부를 포함할 수 있다. 부하 요소 정보 송수신부는 정보 통신망(200)에 연결되기 위한 연결 단자 및 정보 통신망(200)의 전송 규약에 따라 정보 또는 신호의 송수신을 관할하는 프로토콜, 예를 들어, 인터넷 프로토콜 또는 TCP/IP 프로토콜을 포함할 수 있다.

복수의 대용량 배터리(500)는 DC to AC 변압기 또는 AC to DC 변압기를 통해 전력 그리드(600)에 연결될 수 있고, 선박 내 전력 계통에 대한 보조적인 전력 공급 수단으로 작용할 수 있다. 복수의 대용량 배터리(500)는 전력 그리드(600)로부터 전력을 공급 받아 충전되거나 방전하여 전력 그리드(600)에 전력를 공급할 수 있다.

복수의 대용량 배터리(500)는 리튬이온 전지, 납축전지, 리튬폴리머 전지, 니켈카드늄 전지, 니켈 수소 전지, 레독스 흐름전지, 리튬 인산철 전지 또는 슈퍼 커패시터일 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 일 실시예에서, 제1 대용량 배터리는 리튬이온 배터리이고, 제2 대용량 배터리는 슈퍼 커패시터인 것으로 예시된다. 또한, 복수의 대용량 배터리(500)는 리튬이온 전지 및 슈퍼 커패시터 중 하나 이상이 ISO 컨테이너에 탑재된 것일 수 있다.

복수의 대용량 배터리(500)는 미리 설정된 충전치를 유지 또는 추종하도록 충전 또는 방전을 반복할 수 있다. 예를 들어, 복수의 대용량 배터리(500)는 미리 설정된 하한 충전치 이하로 방전될 경우, 충전을 시작하고 미리 설정된 상한 충전치 이상으로 충전될 경우 방전되도록 자기 조절될 수 있다. 또한, 예를 들어, 대용량 배터리는 시간에 따라 변동하는 미리 설정된 충방전 목표값을 추종하도록 충방전이 자기 조절될 수 있다.

나아가, 복수의 대용량 배터리(500)는 정보 통신망(200)을 통해 제공되는 외부의 배터리 제어 신호에 응답하여 대용량 배터리의 충전 또는 방전 상태를 스위칭할 수 있다. 예를 들어, 대용량 배터리에 충전 개시 신호에 상응하는 배터리 제어 신호가 인가될 때 대용량 배터리는 충전을 시작하고, 방전 개시 신호에 상응하는 배터리 제어 신호가 인가될 때 대용량 배터리는 방전을 시작하도록, 대용량 배터리는 외부 조절식으로 제어될 수 있다.

복수의 발전기(300)는 각각의 발전기의 가동 여부 및 가동 부하에 관한 발전기 가동 정보를 정보 통신망(200)을 통해 외부로, 예를 들어, 외부의 제어기(100)에 전달할 수 있다. 또한, 복수의 대용량 배터리(500)는 대용량 배터리의 종류, 전압, 현재 충전 정도, 충방전 회수, 충전 및 방전 지속 시간 등에 관한 정보를 정보 통신망(200)을 통해 외부로, 예를 들어, 외부의 제어기(100)에 전달할 수 있다. 또한, 복수의 부하 요소(400)들은 부하 요소의 종류, 요구 전력량, 동작 시간 등에 관한 부하 요소 정보를 정보 통신망(200)을 통해 외부로, 예를 들어, 외부의 제어기(100)에 전달할 수 있다.

제어기(100)는 각각의 발전기에 정보 통신망(200)을 통해 발전기 제어 신호를 제공하여 각각의 발전기의 가동 여부 및 가동 부하의 정도를 제어할 수 있다. 또한, 제어기(100)는 정보 통신망(200)을 통해 대용량 배터리에 배터리 제어 신호를 제공하여 대용량 배터리의 충전 또는 방전 여부를 제어할 수 있다. 또한, 제어기(100)는 센서(700)를 통해 전력 그리드(600)에 접속될 수 있고, 센서(700)에 의해 전력 그리드(600)의 전압을 검출할 수 있다.

정보 통신망(200)은 하나의 관리 서버 및 중앙 제어 서버에 대응될 수 있는 제어기(100)를 각각의 사물 또는 객체에 대응되는 복수의 발전기(300), 복수의 부하 요소(400) 및 복수의 배터리에 정보 통신가능하게 연결하는 일종의 네트워크에 대응될 수 있다. 이러한 정보 통신만은, 유선 또는 무선으로 이루어질 수 있고, 예를 들어, 와이브로(WiBro), UWB(Ultra Wide Band), 무선랜(WiFi), 블루투스(blue-tooth), 지그비(Zig-Bee) 등과 같은 다양한 무선 네트워크 환경, 또는 TCP/IP(Transmission Control Protocol / Internet Protocol) 프로토콜 및 그 상위계층에 존재하는 HTTP(HyperText Transfer Protocol), 텔넷(Telnet), FTP(File Transfer Protocol), DNS(Domain Name System), SMTP(Simple Mail Transfer Protocol), SNMP(Simple Network Management Protocol), NFS(Network File Service), NIS(Network Information Service) 등의 여러 서비스를 제공하는 유선 네트워크 환경일 수 있다.

즉 본 발명의 일 실시예에서, 복수의 발전기(300), 복수의 부하 요소(400) 및 복수의 배터리 등은 제어기(100)를 중심으로하는 사물 인터넷 환경을 구축할 수 있고, 사물 인터넷 환경을 통해 각각의 사물 또는 객체의 과거 또는 현재의 정보들이 누적적으로 제어기(100)에 기록될 수 있다. 또한 제어기(100)는 기록된 사물 또는 객체의 과거 또는 현재의 정보들을 기초로 해당 객체에 대한 최적 제어를 수행할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서, 제어기(100)는 정보 통신망(200)을 통해 복수의 발전기(300), 복수의 대용량 배터리(500) 및 복수의 부하 요소(400)와 정보를 주고 받을 수 있고, 제어기(100)는 복수의 부하 요소(400)로부터 제공된 부하 요소 정보를 기초로 복수의 발전기(300)의 가동 부하 및 복수의 대용량 배터리(500)의 충방전 여부를 제어할 수 있다.

더욱 구체적으로, 제어기(100)는 적어도 제1 발전기의 가동 부하를 전력 계통에서 소모되는 평균 부하에 상응하도록 제어할 수 있다. 또한, 제어기(100)는 현재 전력 계통에서 소모되는 현재 부하가 전력 계통에서 소모되는 평균 부하 보다 큰 시간 구간 동안 대용량 배터리를 방전시키고, 현재 부하가 평균 부하보다 작은 시간 구간 동안 대용량 배터리를 충전시킬 수 있다.

또한, 복수의 부하 요소(400)으로부터 제공된 부하 요소 정보는 복수의 부하가 요구하는 전력량의 크기, 순간 출력 밀도 및 출력 요구 싸이클 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 이때, 복수의 부하가 요구하는 전력량의 크기는 어떠한 부하가 하나의 동작 기간 동안 요구하는 전체 전력량의 크기를 의미하고, 순간 출력 밀도는 단위 시간에 대한 전력량의 크기를 의미하고, 출력 요구 싸이클은 단위 시간에 대한 출력의 빈도를 의미한다. 이에, 제어기(100)는 전력량의 크기, 순간 출력 밀도 및 출력 요구 싸이클 중 하나 이상을 기초로 충전 또는 방전 대상인 대용량 배터리를 선정할 수 있다. 예를 들어, 제어기(100)는, 충전 또는 방전 전력량 크기는 작지만 순간 출력밀도가 크며, 잦은 싸이클로 충전 방전되어야하는 부하는 슈퍼 커패시터인 제2 대용량 배터리로 충방전하고, 충전 또는 방전 전력량 크기는 크지만 순간 출력밀도가 작으며 드문 싸이클로 충전 방전될 수 있는 부하는 리튬 이온 전지인 제1 대용량 배터리로 충방전할 수 있다. 즉, 제어기(100)는 제1 전력량 크기, 제1 순간 출력 밀도 및 제1 출력 요구 싸이클을 포함하는 부하는 제2 배터리로 충전 또는 방전하고, 제2 전력량 크기, 제2 순간 출력 밀도 및 제2 출력 요구 싸이클을 포함하는 부하는 제1 배터리로 충전 또는 방전시킬 수 있고 이때, 제1 전력량 크기는 제2 전력량 크기에 비하여 작고, 제1 순간 출력 밀도는 제2 순간 출력 밀도에 비하여 크고, 제1 출력 요구 싸이클은 제2 출력 요구 싸이클에 비하여 클 수 있다.본 명세서에서, 현재 부하는 일 시점, 즉, 현 시점에서 전력 계통의 전력 그리드(600)에 인가되는 부하의 총량을 의미하는 것으로 사용된다. 또한, 평균 부하는 일 시점, 즉, 현 시점 이전의 적어도 일정 시간 구간 동안에 전력 계통의 전력 그리드(600)에 인가되는 부하의 총량의 시간에 대한 평균을 의미하는 것으로 사용된다.

이어, 도 2를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 제어기(100)의 예시적인 구성들을 상세히 설명한다.

도 2는 도 1에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 선박의 전력계통에 대해 제어기의 예시적인 구성들을 더 상세히 도시한 블록도이다.

본 발명의 일 실시예에서, 제어기(100)는 정보 송수신부(110), 에너지 관리 시스템(120) 및 운항 정보 DB(130)를 포함할 수 있다.

정보 송수신부(110)는 정보 통신망(200)을 통해 복수의 발전기(300)에 관한 정보, 복수의 부하에 관한 정보 및 복수의 대용량 배터리(500)에 관한 정보를 수신하고, 각각에 대해 제어 신호를 송신할 수 있는 인터페이스 또는 송수신 프로토콜일 수 있다.

정보 송수신부(110)는 예를 들어, 와이브로(WiBro), UWB(Ultra Wide Band), 무선랜(WiFi), 블루투스(blue-tooth), 지그비(Zig-Bee) 등과 같은 다양한 무선 네트워크 환경에 접속 가능한 프로토콜 일 수 있고, 또는 TCP/IP(Transmission Control Protocol / Internet Protocol) 프로토콜 및 그 상위계층에 존재하는 HTTP(HyperText Transfer Protocol), 텔넷(Telnet), FTP(File Transfer Protocol), DNS(Domain Name System), SMTP(Simple Mail Transfer Protocol), SNMP(Simple Network Management Protocol), NFS(Network File Service), NIS(Network Information Service) 등의 여러 서비스를 제공하는 유선 네트워크 환경에 접속 가능한 프로토콜 일 수 있다.

정보 송수신부(110)는 에너지 관리 시스템(120)에 수신된 정보(RI)를 전달하고 에너지 관리 시스템(120)으로부터 제어 신호(CS)를 수신하여 제어 신호(CS)에 상응하는 객체, 예를 들어, 복수의 발전기(300) 및 복수의 대용량 배터리(500) 중 하나 이상에 전달할 수 있다. 복수의 발전기(300)는 정보 통신망(200)을 통해 발전기 제어 신호를 수신하고 수신된 발전기 제어 신호에 응답하여, 각각의 발전기의 가동 여부 및 가동 부하를 조절할 수 있다. 복수의 대용량 배터리(500)는 정보 통신망(200)을 통해 배터리 제어 신호를 수신하고 수신된 배터리 제어 신호에 응답하여, 각각의 대용량 배터리의 충방전 여부 및 충방전 시간을 조절할 수 있다.

또한, 정보 송수신부(110)는 센서(700)를 통해 전력 그리드(600)의 전압을 검출할 수 있고, 검출도니 전력 그리드(600)의 전압을 수신된 정보로서 에너지 관리 시스템(120)에 전달할 수 있다.

에너지 관리 시스템(120)은 정보 통신망(200)을 통해 수신된 발전기 가동 정보 및 센서(700)를 통해 검출한 전력 그리드(600)의 전압을 기초로 평균 부하 및 현재 부하를 산출할 수 있다.

에너지 관리 시스템(120)은, 예를 들어, 센서(700)에 의해 검출되는 전력 그리드(600)에 인가되는 전압의 진폭 및 주파수과 특정 진폭 및 특정 주파수의 각각의 편차를 모니터링할 수 있다. 또한, 에너지 관리 시스템(120)은, 예를 들어, 수신된 발전기 가동 정보를 토대로, 현재 발전기에서 생산하는 총 가동 부하를 결정할 수 있다.

또한, 에너지 관리 시스템(120)은 복수의 부하 요소(400)로부터 수신된 부하 요소 정보를 통해 현재 동작 중인 부하 요소 및 그 부하 요소에서 요구하는 총 요구 부하를 결정할 수 있다.

현재 부하는, 현재 시점에서 전력 그리드(600)에 연결된 모든 부하들의 산술 합계에 대응하므로, 모니터링된 특정 진폭 및 특정 주파수에 대한 전압 그리드의 전압의 진폭 및 주파수의 편차는 현재 부하에 대한 현재 발전기에서 생산하는 총 가동 부하의 차이에 상응할 수 있다. 예를 들어, 현재 부하가 현재 발전기에서 생산하는 총 가동 부하보다 크다면, 전력 그리드(600)로부터 검출된 전압의 진폭은 작아지거나 전압의 주파수는 감소될 수 있다. 반대로, 현재 부하가 현재 발전기에서 생산하는 총 가동 부하보다 작다면, 전력 그리드(600)로부터 검출된 전압의 진폭은 커지거나 전압의 주파수는 증가될 수 있다. 따라서, 현재 부하 및 평균 부하 산출부는, 모니터링된 특정 진폭 및 특정 주파수에 대한 전압 그리드의 전압의 진폭 및 주파수의 편차를 토대로 현재 부하와 총 가동 부하의 차이를 산출할 수 있고, 산출된 현재 부하와 총 가동 부하의 차이를 총 가동 부하에 합산하여, 현재 부하를 산출할 수 있다.

또한, 현재 부하는 이론적으로 모든 부하 요소가 요구하는 부하들의 합, 즉, 총 요구 부하에 일치할 수 있다. 이에 따라, 에너지 관리 시스템(120)은 부하 요소들로부터 수신된 요구 부하 정보를 통해, 현재 전력 그리드(600)에서 소모되는 총 부하에 대응하는 현재 부하를, 요구 부하 정보를 토대로 산출할 수도 있다.

또한, 에너지 관리 시스템(120)은, 현 시점 이전에, 산출되었던 현재 부하들의 임의의 표본들을 임의의 시간 구간에 대하여 산술 평균함으로써 평균 부하를 산출할 수 있다. 다만, 본 발명의 평균 부하는 요동하는 현재 부하의 평균적인 경향성을 나타내는 것으로 이해되어야 하며, 단지, 이전 시점의 현재 부하들의 평균만이 아니라, 이전 시점 및 현재 시점의 현재 부하들의 경향성을 고려하여 판단될 수 있는 것으로 해석되어야 할 것이다.

에너지 관리 시스템(120)은, 현재 부하 및 평균 부하를 기초로 각각의 발전기의 가동 여부 및 가동 부하를 결정하여 이에 상응하는 발전기 제어 신호를 생성할 수 있다. 또한, 에너지 관리 시스템(120)은 현재 부하 및 평균 부하를 기초로 충전 대상인 대용량 배터리를 결정하고, 결정된 충전 대상인 대용량 배터리의 충방전 타이밍을 결정하여 이에 상응하는 배터리 제어 신호를 생성할 수 있다

구체적으로, 에너지 관리 시스템(120)은 적어도 제1 발전기의 가동 부하를 평균 부하에 상응하도록 제어할 수 있다. 즉, 중앙 제어부는 평균 부하가 일정하게 유지되거나 완만한 속도로 증감할 때, 복수의 발전기(300)에서 생산하는 부하에 대응하는 가동 부하가 이러한 평균 부하에 일치하거나 근접하도록 하는 발전기 제어 신호를 생성하여 복수의 발전기(300)에 제공할 수 있다.

또한, 에너지 관리 시스템(120)은 현재 부하와 평균 부하를 비교할 수 있고, 현재 부하가 평균 부하 보다 큰 시간 구간 동안 특정 대용량 배터리의 방전을 지시하는 배터리 제어 신호를 복수의 대용량 배터리(500) 중 어느 하나에 제공할 수 있다. 반대로, 현재 부하가 평균 부하 부하 보다 작은 시간 구간 동안 특정 대용량 배터리의 충전을 지시하는 배터리 제어 신호를 복수의 대용량 배터리(500) 중 어느 하나에 제공할 수 있다.

즉, 에너지 관리 시스템(120)은 발전기에서 생산하는 가동 부하가 평균 부하를 추종하도록 제어하며, 예를 들어, 쓰러스터에 의해 불특정한 시점에서 유발되는 현재 부하의 요동을 대용량 배터리의 충방전을 통해 보상할 수 있다. 이와 관련한 더 상세한 설명은 이후 도 3 내지 도 8을 참조하여 기술된다.

운항 정보 DB(130)는 선박의 항해 스케쥴링에 관한 정보가 기록된 데이터베이스 일 수 있다.

운항 정보 DB(130)는 선박의 항해 스케쥴링에 관한 정보(S_I)를 에너지 관리 시스템(120)로 제공할 수 있고, 에너지 관리 시스템(120)은의 항해 스케쥴링을 고려하여, 대용량 배터리의 충전 또는 방전 시간 구간을 설정할 수 있다.

도 3은 순항 중인 선박의 예시적인 현재 부하를 도시한 그래프이다.

도 4는 도 3의 그래프의 일부를 확대 도시한 그래프이다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 순항하는 선박에서 소모되는 부하는 일반적으로 시간에 따라 큰 변동 없이 일정하게 또는 낮은 기울기로 증감할 것으로 예측될 수 있다. 이에, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 시간에 대한 선박의 현재 부하의 그래프는 일정한 값으로 유지되는 평활 구간(S_P)를 가질 수 있다.

참고로, 도 3 및 도 4에서 세로축의 부하(%)의 단위는 복수의 발전기(300) 중 하나의 발전기가 생산할 수 있는 최대 가동 부하를 100%로 가정하여 도시한 것이고, 가로축은 초(sec) 단위의 시간이다.

순항 중 예를 들어, 동적 위치 제어를 위해 쓰러스터와 같은 대용량의 부하를 사용하는 경우, 선박에서 소모하는 부하는 크게 요동할 수 있고, 이에, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 시간에 대한 선박의 현재 부하의 그래프는 특정 시간 구간 동안 시간에 대해 요동하는 요동 구간(F_P)를 가질 수 있다.

도 3 및 도 4에서, 요동 구간의 현재 부하의 최대 값(Max_P)은 130%로 예시되었다. 또한, 순항하는 선박의 평균 부하는 80%로 예시되었다.

즉, 도시된 예시에서, 순항하는 선박의 평균 부하는 80%이고 이는 적어도 하나의 발전기가 생산 가능한 가동 부하의 범위 이내이므로, 평활 구간(S_P) 동안 하나의 발전기만이 전력을 생산하여 전력 계통에 전력을 공급하는 것이 효율적일 수 있다.

그러나, 예를 들어, 동적 위치제어 선박에서 쓰러스터의 가동과 같은 특별한 부하 소요가 발생할 수 있으며, 이러한 부하 소요에 대응하기 위하여 복수의 발전기(300)는 공급가능한 부하의 마진을 가지고 있어야 한다.

즉, 도 3 및 도 4에서 예시된 바와 같이, 요동 구간(F_P)의 현재 부하의 최대 값(Max_P)가 130%일 때, 하나의 발전기의 최대 가동 부하(100%)로는 요동 구간에서의 현재 부하의 변동에 대응할 수 없으며, 모자라는 전력을 공급하는 추가적인 전력 공급원이 요구될 수 있다.

요동 구간(F_P)에서 모자라는 전력을 공급하기 위한 가장 쉬운 접근은 추가의 발전기를 더 가동하는 것일 수 있다. 이와 관련하여, 추후 도 5를 참조하여 더 상술한다.

본 발명은 요동 구간에서 모자라는 전력을 공급하기 위한 다른 접근으로서, 평균 부하 및 현재 부하를 기초로 발전기의 가동 부하 및 대용량 배터리의 충방전을 제어하는 것을 제시한다. 이와 관련하여, 추후 도 6을 참조하여 더 상술한다.

도 5는 도 4의 그래프로 도시된 현재 부하에 대한 추가의 발전기가 가동될 때의 가동부하를 예시적으로 도시한 그래프이다.

도 6은 도 4의 그래프로 도시된 현재 부하에 대하여 예시적으로 세 개의 부하 성분으로 구별하여 도시한 그래프이다.

도 7은 도 6의 제3 부하 성분에 대한 충전 및 방전 시간 구간을 도시한 그래프이다.

도 8은 도 6의 제2 부하 성분에 대한 충전 및 방전 시간 구간을 도시한 그래프다.

도 9는 하나의 발전기의 가동 부하에 대한 단위 생산전력당 연료소모를 도시한 그래프이다.

우선, 도 5를 참조하면, 발전기가 시동되어 전력 그리드(600)로 적절한 전력을 공급하기까지 상당한 지연 시간이 있을 수 있다. 그렇기 때문에, 요동 구간에서의 현재 부하의 변동에 대응하기 위하여, 추가의 발전기가 사용되는 되는 경우에, 추가의 발전기는 항시 시동 상태를 유지해야할 필요가 있다. 즉, 도 5에 예시된 바와 같이, 요동 구간에서의 현재 부하의 변동에 대응하기 위하여, 제2 발전기는 예를 들어, 20%의 가동 부하를 유지할 수 있다.

이 때, 제1 발전기는 평활 구간에서 60%의 가동 부하를 가질 수 있고, 요동 구간에서 가동 부하의 증감을 반복할 수 있고, 요동 구간의 현재 부하가 최대 값을 갖는 지점에서 제1 발전기는 100%에 근접한 최대의 가동 부하(Max_P_G1)를 가질 수 있다. 제2 발전기는 대기 상태로서 20%의 가동 부하 상태를 유지할 수 있고, 요동 구간의 현재 부하가 최대가 되는 지점에서 제2 발전기는 약 30%인 최대 가동 부하(Max_P_G2)를 가질 수 있다.

제1 발전기 및 제2 발전기에서 생산되는 각각의 가동 부하의 합은 현재 부하에 대응될 수 있다.

도 9를 참조하면, 일반적으로 하나의 디젤 발전기에서 생산되는 가동 부하가 증가함에 따라 단위 생산전력당 연료소모(g/kwh)는 점진적으로 감소되며, 대략 가동 부하가 80%인 지점에서 단위 생산 전력당 연료 소모가 최소 값을 갖는 것을 확인할 수 있다.

즉, 일반적인 디젤 발전기는 연비가 최대가 되는 지점의 가동 부하인 최대 효율부하를 가지며, 디젤 발전기는 가동 부하가 최대효율부하에 근접하게 증가할수록 그 연비가 증가됨을 확인할 수 있다.

다시, 도 5를 참조하면, 제1 발전기는 평활 구간에서 대략 60%의 가동 부하를 가지며 제2 발전기는 평활 구간에서 대략 20%의 가동 부하를 가진다. 즉, 도 4에 도시된 바와 같이, 선박 내 전력 계통의 평균 부하는 80%임에도 불구하고, 제2 발전기는 요동 구간의 현재 부하 변동에 대응하기 위하여 약 20%의 가동 부하를 유지하여야 하고, 이에 따라 제1 발전기는 60%의 가동 부하 상태를 유지하게 된다. 하나의 발전기로 공급 가능한 부하에 대하여, 두 개의 발전기가 가동 부하를 공급하는 것은, 각각의 발전기의 가동 부하가 감소되는 것으로 해석될 것이며, 이는 도 9를 참조하면 발전기의 연비를 감소시킬 것으로 이해될 것이다.

특히, 대기 상태를 유지하는 제2 발전기의 경우, 시동을 유지하는 가장 낮은 가동 부하 상태인 대략 20%의 가동 부하를 가질 수 있고 이는 도 9로부터 가장 낮은 연비를 생성하는 가동 부하인 것으로 이해될 수 있다.

도 6을 참조하면, 도 4의 그래프로 예시된 현재 부하는 예시적으로 3 개의 부하 성분에 대응하는 라인들(L1, L2, L3)로 표현될 수 있다.

구체적으로, 제1 성분 라인(L1)은 평균 부하에 대응할 수 있고, 제2 성분 라인(L2) 및 제3 성분 라인(L3)는 서로 다른 부하 요소들에 의해 요구되는 부하의 성분에 대응될 수 있다. 즉, 전력 계통에 소모되는 평균 부하에, 특별한 두 개 또는 그 이상의 부하 요소들에 의해 발생되는 부하의 변동은 각각 제1 성분 라인, 제2 성분 라인 및 제3 성분 라인에 대응될 수 있고, 제1 성분 라인, 제2 성분 라인 및 제3 성분의 합은 도 4에 도시된 현재 부하의 그래프에 대응될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 선박의 제어기(100)는 평균 부하를 산출할 수 있고, 제1 발전기의 가동 부하를 산출된 평균 부하에 상응하도록 제어할 수 있다. 즉, 도 6에 도시된 바와 같이, 제1 성분 라인(L1), 즉, 평균 부하가 80%일 때, 제1 발전기는 80%의 가동 부하(L1)을 가질 수 있고, 이는 평탄 구간 및 요동 구간 모두에서 유지된다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 선박의 제어기(100)는, 예를 들어, 도 6에 도시된 바와 같은 제2 성분 라인에 대응하는 부하 변동과 제3 성분 라인에 대응하는 부하 변동을 각각 다른 대용량 배터리를 방전 또는 충전하여 대응할 수 있다.

구체적으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 선박의 제어기(100)는, 각각의 부하 요소들로부터 부하 요소 정보를 수신할 수 있고, 부하 요소 정보로부터 각각의 부하 요소들이 요구하는 요구 전력의 크기 및 그 변동 주기 등을 확인할 수 있다. 이러한 각 부하 요소들의 부하 요소 정보는 누적적으로 업데이트될 수 있고, 제어기(100)는 추후에 어떠한 부하 요소가 가동된다는 부하 요소 정보를 수신할 때, 그 부하 요소가 사용하는 전력량 및 그에 따른 전력 변동 양상을 비교적 정확하게 예측할 수 있다.

즉, 도 6의 예시에서, 제1 부하 요소가 제2 성분 라인에 상응하는 부하를 요구하고, 제2 부하 요소가 제3 성분 라인에 대응하는 부하를 요구한다고 가정할 때, 제어기(100)는 제1 부하 요소로부터의 부하 요소 정보를 토대로 제2 성분 라인에 상응하는 부하가 요구될 것임을 예측할 수 있고, 제2 부하 요소로부터의 부하 요소 정보를 토대로 제3 성분 라인에 상응하는 부하가 요구될 것임을 예측할 수 있다.

도 7을 참조하면, 도 7에서 제2 성분 라인은 도 4의 현재 부하 변동 그래프에서 평균 부하를 기준으로 스윙하는 전압 변동을 도시한 것이므로, 도 7의 시간 축은 평균 부하(예시적으로 80%로 유지됨)에 대응될 것이다.

도 7에서와 같이, 예시적으로 제1 부하 요소가 제2 성분 라인에 상응하는 부하를 요구하고, 제어기(100)가 이를 예측한 때에, 제어기(100)는 현재 부하가 평균 부하(시간 축) 보다 큰 시간 구간 동안 제2 대용량 배터리를 방전시키고 현재 부하가 평균 부하(시간 축) 보다 작은 시간 구간 동안 제2 대용량 배터리를 충전시키도록 제2 대용량 배터리를 제어할 수 있다.

또한 도 8을 참조하면, 도 8에서 제3 성분 라인은 도 4의 현재 부하 변동 그래프에서 평균 부하를 기준으로 스윙하는 전압 변동을 도시한 것이므로, 도 8의 시간 축은 평균 부하(예시적으로 80%로 유지됨)에 대응될 것이다.

도 8에서와 같이, 예시적으로 제2 부하 요소가 제3 성분 라인에 상응하는 부하를 요구하고, 제어기(100)가 이를 예측한 때에, 제어기(100)는 현재 부하가 평균 부하(시간 축) 보다 큰 시간 구간 동안 제1 대용량 배터리를 방전시켜 전력 계통에 전력을 공급할 수 있다. 만일, 제1 대용량 배터리의 충전 잔량이 허용치 이하로 감소된 경우, 제어기(100)는 제1 대용량 배터리에 충전을 시작하는 배터리 제어 신호를 전송할 수 있고, 이에 상응하여 발전기의 가동 부하를 증가시킬 수 있다. 즉, 도 8에서 예시된 바와 같이, 제1 방전 기간(UC1), 제2 방전 기간(UC2) , 제3 방전 기간(UC3), 제4 방전 기간(UC4), 제5 방전 기간(UC5), 제6 방전 기간(UC6) 및 제7 방전 기간(UC7) 동안 제1 대용량 배터리는 방전하고, 추후 충전 기간(C1) 동안 제1 대용량 배터리는 충전될 수 있다.

즉, 도 7 및 도 8에 도시한 바와 같이, 제어기(100)는 제1 발전기의 가동 부하를 평균 부하에 근접한 80% 수준을 유지하도록 제어하면서, 현재 부하가 평균 부하보다 큰 시간 구간 및 현재 부하가 평균 부하보다 작은 시간 구간 각각에 대하여, 특정한 대용량 배터리를 선택하여 방전 및 충전 시킬 수 있다.

특히, 제2 성분 라인에 상응하는 부하 변동과 같이, 충방전 주기가 짧고 순간 출력밀도가 큰 부하에 대하여, 예를 들어, 슈퍼 캐패시터인 제2 대용량 배터리가 충방전을 위하여 적용될 수 있고, 제3 성분 라인에 상응하는 부하 변동과 같이, 충방전 주기가 길고 비교적 순간 출력밀도가 작은 부하에 대하여, 예를 들어, 리튬 이온 배터리인 제1대용량 배터리가 충방전을 위하여 적용될 수 있다. 리튬 이온 배터리는 비교적 충방전 싸이클이 슈퍼 커패시터에 비하여 짧으므로, 제어기(100)는 가능한 리튬 이온 배터리인 제1 대용량 배터리를 여러 번에 나누어 방전 시키고, 충전 구간(CL)을 설정하여 1회에 걸쳐 충전시킬 수 있다. 또한, 슈퍼 커패시터는 충방전 싸이클이 수만회에 달할 정도로 많으므로, 제어기(100)는 슈퍼 커패시터인 제2 대용량 배터리를 가능한 고주파 성분 및 잦은 충방전을 요하는 전력 변동에 대하여 충전 또는 방전시키도록 제어할 수 있다.

따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 선박은 하나의 발전기의 최대 가동 부하 범위 내의 평균 부하에 대하여, 추가적인 발전기의 시동 없이도 임의의 부하 소요에 대한 충분한 마진을 확보할 수 있으며, 추가적인 발전기의 사용으로 인한 연비 감소를 회피할 수 있다.

나아가, 본 발명의 일 실시예에서, 적어도 하나의 발전기는 평균 부하에 상응하는 가동 부하를 가지므로, 즉, 시간에 대하여 일정하거나 시간에 대하여 낮은 기울기를 갖는 가동 부하 변동을 가지므로, 발전기의 급감가속을 억제할 수 있으며, 이는 발전기의 노후화를 억제할 것으로 기대할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 선박은 적어도 하나의 발전기의 가동 부하가 일반적인 순항시의 사전에 측정된 평균 부하에 상응하는 발전기를 채택하여 설치함으로써, 순항시 적어도 하나의 발전기는 그 가동 부하가 가능한 최대효율부하에 근접할 수 있으며, 이로써, 선박 운항의 연비가 개선될 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 선박은 부하 요소의 종류 및 그에 따른 부하 변동 양상에 따라 선택되는 대용량 배터리를 달리 할 수 있어, 대용량 배터리 종류 또는 사용 횟수에 맞추어 적절한 대용량 배터리를 충방전에 이용할 수 있고, 이에 따라, 전체적인 배터리 사용 연한을 증가시킬 수 있다.

도 10은 예시적으로 리튬 이온 배터리인 제1 대용량 배터리와 슈퍼 커패시터인 제2 대용량 배터리의 특성들을 비교한 표이다.

도 11은 예시적인 부하 요소별 특성들을 비교한 표이다.

도 10을 참조하면, 제어기(100)는 예를 들어 리튬 이온 배터리인 제1 대용량 배터리 및 슈퍼 커패시터인 제2 대용량 배터리의 특성에 관한 정보를 포함할 수 있다.

도 10의 표에서, 제1 대용량 배터리는, 리튬 이온 배터리이고, 상대적으로 큰 전력량을 갖고, "큰" 에너지 밀도를 갖고, "비교적 작은 순간 출력밀도를 가지고, "수 시간" 정도의 충전 시간을 가지며, "수 시간" 정도의 방전 시간을 가지고, "1000~1500"의 충방전 싸이클을 가지는 것으로 예시된다. 또한, 제2 대용량 배터리는, 슈퍼 커패시터이고, 상대적으로 작은 전력량을 갖고, "작은" 에너지 밀도를 갖고, "비교적 큰 순간 출력 밀도를 가지고, "수 분" 정도의 충전 시간을 가지며, "수 분" 정도의 방전 시간을 가지고, "수 만회"의 충방전 싸이클을 가지는 것으로 예시된다.

제어기(100)는 이러한 제1 대용량 배터리 및 제2 대용량 배터리의 특성과 동작하는 또는 동작 예정인 부하 요소들의 특성을 비교하여, 어떠한 대용량 배터리를 통해 충전 또는 방전할 것인 지를 결정할 수 있다.

도 11의 표에서, 제어기(100)는, 중간 수준의 순간 출력 밀도를 가지며 긴 작업 시간을 가진 제1 부하 요소에 의한 작업에 대하여 제1 대용량 배터리를 방전시키고, 매우 높은 순간 출력밀도를가지며 짧은 작업 시간을 가진 제2 부하 요소에 의한 작업에 대하여 제2 대용량 배터리를 방전시키고, 높은 순간 출력 밀도를 가지며 짧은 작업 시간을 갖는 제3 부하 요소에 의한 작업에 대하여 제2 대용량 배터리를 방전 시키고, 낮은 순간출력 밀도를 가지며 긴 작업 시간을 갖는 제4 부하 요소에 의한 작업에 대하여 제1 대용량 배터리를 방전 시키는 것으로 예시된다.

그러나, 도 10 및 도 11은 본 발명의 설명의 편의로 위하여 제시한 예시에 불과하며, 본 발명에서, 제어기(100)는 기록된 복수의 부하 요소(400)들의 특성 및 복수의 대용량 배터리(500)의 특성을 참조하여, 부하별 적절한 대용량 배터리를 선택하여 충방전을 진행하는 것에 대응되어야 할 것이며, 부하별로 선택된 대상 배터리는 도 11의 예시와는 다르게 선택될 수도 있다.

도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 컨테이너선을 나타내는 도면이다.

도 12를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 선박과 선박의 전력 운용 시스템은 컨테이너선(1000)에 적용될 수 있다. 구체적으로, 선수에 위치한 스러스터(1006)와, 선체의 선미 또는 선수 부근에 위치한 대용량 배터리(1004)와, 선미에 위치한 발전기(1002) 및 프로펠러(1008)에 본 발명의 일 실시예에 따른 선박과 선박의 전력 운용 시스템의 구성들이 적용될 수 있다. 이와 달리, 갑판에 위치한 컨테이너 상에 대용량 배터리 (1002) 등의 구성이 배치될 수도 있다.

도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 드릴 쉽을 나타내는 도면이다.

도 13을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 선박과 선박의 전력 운용 시스템은 드릴 쉽(2000)에 적용될 수 있다. 구체적으로, 선수와 선미에 위치한 쓰러스터(2006)와, 선체의 중앙 부근에 위치한 대용량 배터리 (2004)와 선체 중앙 부근에 위치한 시추 설비와, 선미에 위치한 발전기(2002) 에 본 발명의 일 실시예에 따른 선박과 선박의 전력 운용 시스템의 구성들이 적용될 수 있다. 또한, 발전기(2002)에서 생산된 전력과 대용량 배터리(2004)에서 방전된 전력들은 드릴쉽의 위치를 고정할 수 있는 동적위치 제어 시스템(DP)의 상기 쓰러스터들을 작동하거나, 상기 해저 시추공을 뚫기 위한 시추설비를 작동하는 등의 부하에 공급될 수 있다.

따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 선박, 선박의 전력 운용 시스템 및 전력 운용 방법은 전술한 컨테이너선(1000)과 드릴 쉽(2000) 등 전력을 생산하고 상기 생산된 전력을 부하에 공급하는 다양한 선박에 적용될 수 있다. 다만, 도 12 및 도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 선박, 선박의 전력 운용 시스템 및 전력 운용 방법이 다양한 선박에 적용될 수 있는 일 예에 불과하며, 선박과 선박의 전력 운용 시스템의 구체적인 구성의 배치는 다양하게 설계 변경될 수 있다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

100: 제어기 200: 정보 통신망
300: 복수의 발전기 400: 복수의 부하 요소
500: 복수의 대용량 배터리 600: 전력 그리드

Claims (5)

1. 전력 그리드;
   상기 전력 그리드에 전기적으로 연결되고 상기 전력 그리드에 전기를 공급하는 복수의 발전기;
   상기 전력 그리드에 연결되고, 상기 전력 그리드로부터 전기를 공급받아 충전되거나 상기 전력 그리드에 전력을 공급하여 방전되는 적어도 하나의 배터리;
   상기 전력 그리드에 연결된 복수의 부하 요소;
   통신망을 통해 상기 복수의 발전기, 상기 복수의 배터리 및 상기 복수의 부하 요소와 정보를 주고 받는 제어기를 포함하되,
   상기 제어기는 복수의 부하 요소로부터 제공된 부하 요소 정보를 기초로 상기 복수의 발전기의 가동 부하 및 상기 복수의 대용량 배터리의 충방전 여부를 제어하는 선박.
2. 제1 항에 있어서, 제어기는, 상기 부하 요소 정보를 기초로 복수의 부하 요소가 소모하는 현재 부하와 평균 부하를 산출하고, 복수의 발전기의 제1 발전기의 가동 부하를 상기 평균 부하에 상응하도록 제어하는 선박.
3. 제2 항에 있어서, 제어기는 상기 현재 부하가 상기 평균 부하 보다 큰 시간 구간 동안 복수의 배터리 중 하나 이상을 방전시키고, 현재 부하가 평균 부하보다 작은 시간 구간 동안 복수의 배터리 중 하나 이상을 충전시키는 선박.
4. 제3 항에 있어서, 복수의 배터리는 제1 배터리 및 제2 배터리를 포함하고, 제어기는 제1 배터리 또는 제2 배터리 중 하나를 충전 또는 방전 대상인 배터리로 선정하는 선박.
5. 제4 항에 있어서, 상기 부하 요소 정보는 상기 복수의 부하가 요구하는 전력량의 크기, 순간 출력 밀도 및 출력 요구 싸이클 중 하나 이상을 포함하고,
   상기 제어기는, 제1 전력량 크기, 제1 순간 출력 밀도 및 제1 출력 요구 싸이클에 대응하는 부하에 대해 제2 배터리를 방전시키고, 제2 전력량 크기, 제2 순간 출력 밀도 및 제2 출력 요구 싸이클에 대응하는 부하에 대해 제1 배터리를 방전시키고,
   상기 제1 전력량 크기는 상기 제2 전력량 크기에 비하여 작고,
   상기 제1 순간 출력 밀도는 상기 제2 순간 출력 밀도에 비하여 크고,
   상기 제1 출력 요구 싸이클은 상기 제2 출력 요구 싸이클에 비하여 큰 선박.
   

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