KR20210029467A - 선박 - Google Patents

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Abstract

선박을 제공한다. 선박은 선체와, 상기 선체에 구비된 전력망과, 상기 전력망에 연결되어 전력을 저장하거나 공급하는 에너지 저장부와, 상기 전력망에 연결된 선내 부하 및 발전기의 동작 상태를 모니터링하고 제어하는 전력 관리부, 및 상기 선내 부하 중 목표 부하의 동작에 따라 상기 에너지 저장부의 충전 또는 방전을 제어하는 에너지 관리부를 포함한다.

Description

선박{Ship}
본 발명은 배터리를 구비한 선박에 관한 것이다.
발전기에 의하여 생산된 전력 중 소비되지 않은 잉여 전력을 저장하고, 부하에 의한 부족 전력을 보충하는 장치를 에너지 저장 시스템(ESS; Energy Storage System)이라 한다. 잉여 전력 저장 및 부족 전력 보충을 위하여 에너지 저장 시스템은 에너지 송수신 수단 및 에너지 저장 수단을 구비할 수 있다.
부하의 이용 현황에 따라 전력을 에너지 저장 시스템은 전력을 저장하거나 방출할 수 있다.
대한민국 등록특허공보 제10-1349874호 (2014.01.10)
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 배터리를 구비한 선박을 제공하는 것이다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 선박의 일 면(aspect)은 선체와, 상기 선체에 구비된 전력망과, 상기 전력망에 연결되어 전력을 저장하거나 공급하는 에너지 저장부와, 상기 전력망에 연결된 선내 부하 및 발전기의 동작 상태를 모니터링하고 제어하는 전력 관리부, 및 상기 선내 부하 중 목표 부하의 동작에 따라 상기 에너지 저장부의 충전 또는 방전을 제어하는 에너지 관리부를 포함한다.
상기 에너지 저장부는, 전력을 충전하거나 방전하는 배터리, 및 상기 배터리의 전력을 변환하는 컨버터를 포함한다.
액체연료를 저장하는 저장 탱크, 및 상기 액체연료 또는 상기 저장 탱크에서 배출되는 증발 가스를 이용하여 추진력을 발생시키는 추진기를 더 포함하고, 상기 목표 부하는 상기 저장 탱크에서 액체연료를 배출시키는 펌프와, 상기 저장 탱크에서 배출된 증발 가스를 압축하는 압축기, 및 상기 압축된 증발 가스를 액화시키는 재액화기를 포함한다.
상기 에너지 관리부는, 상기 펌프가 동작하는 경우 상기 에너지 저장부가 충전하도록 제어하고, 상기 압축기가 동작하는 경우 상기 에너지 저장부가 방전하도록 제어한다.
상기 에너지 관리부는, 상기 재액화기의 동작이 중단된 경우 상기 에너지 저장부가 충전하도록 제어하고, 상기 재액화기가 동작하는 경우 상기 에너지 저장부가 방전하도록 제어한다.
선박 또는 해양구조물에 설치되어 전력 저장 및 관리를 수행하는 에너지 관리 시스템에 있어서, 전력망과, 상기 전력망에 연결되어 전력을 저장하거나 공급하는 에너지 저장부와, 상기 전력망에 연결된 상기 선박내 또는 상기 해양구조물내의 부하 및 발전기의 동작 상태를 모니터링하고 제어하는 전력 관리부, 및 상기 선박 내 또는 상기 해양구조물 내 부하 중 목표 부하의 동작에 따라 상기 에너지 저장부의 충전 또는 방전을 제어하는 에너지 관리부를 포함하고, 상기 목표 부하는, 액체연료를 저장하는 저장 탱크에서 액체연료를 배출시키는 펌프와, 상기 저장 탱크에서 배출된 증발 가스를 압축하는 압축기, 및 상기 압축된 증발 가스를 액화시키는 재액화기를 포함한다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 선박을 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 에너지 저장부의 충전율의 변화를 나타낸 그래프이다.
도 3은 도 2에 도시된 에너지 저장부의 충전율이 제1 임계 충전율의 이하인 경우 펌프 또는 압축기의 동작 여부에 따른 선내 설비의 동작 상태를 나타낸 그래프이다.
도 4는 도 2에 도시된 에너지 저장부의 충전율이 제1 임계 충전율을 초과하는 경우 펌프 또는 압축기의 동작 여부에 따른 선내 설비의 동작 상태를 나타낸 그래프이다.
도 5는 도 2에 도시된 에너지 저장부의 충전율이 제1 임계 충전율의 이하인 경우 재액화기의 동작 여부에 따른 선내 설비의 동작 상태를 나타낸 그래프이다.
도 6은 도 2에 도시된 에너지 저장부의 충전율이 제1 임계 충전율을 초과하는 경우 재액화기의 동작 여부에 따른 선내 설비의 동작 상태를 나타낸 그래프이다.
도 7 및 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 선박의 동작을 나타낸 흐름도이다.
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 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 게시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 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 구성요소를 지칭한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 선박을 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 선박(10)은 선체(20), 전력망(100), 발전기(210, 220), 선내 부하(310, 320), 에너지 저장부(410, 420), 전력 관리부(500) 및 에너지 관리부(600)를 포함하여 구성된다.
전력망(100)은 선체(20)에 구비되고, 제1 모선(110) 및 제2 모선(120)을 포함할 수 있다. 전력망(100)은 선내에 구비된 각종 전력 설비에 연결되어 전력 설비간 전력 교환을 수행할 수 있다. 제1 모선(110) 및 제2 모선(120)별로 각종 전력 설비에 연결될 수 있다.
제1 모선(110) 및 제2 모선(120)은 선박(10)의 이중화 운용을 위하여 구비된 것일 수 있다. 예를 들어, 평상 시에는 제1 모선(110)의 전력 설비만이 동작하고, 제1 모선(110)의 전력 설비의 동작이 중단된 경우 제2 모선(120)의 전력 설비가 동작을 개시할 수 있는 것이다. 또는, 본 발명의 몇몇 실시예에 따르면 제1 모선(110) 및 제2 모선(120)의 전력 설비가 동시에 동작할 수도 있다.
제1 모선(110) 및 제2 모선(120)의 사이에는 버스 타이(bus tie)(130)가 구비될 수 있다. 버스 타이(130)는 제1 모선(110)과 제2 모선(120) 간의 선로를 연결하거나 차단할 수 있다. 버스 타이(130)가 선로를 연결한 경우 제1 모선(110)의 전력이 제2 모선(120)으로 전달되거나 제2 모선(120)의 전력이 제1 모선(110)으로 전달될 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이 전력망(100)은 교류 전력망일 수 있다. 이에, 발전기(210, 220)에서 생산된 전력은 직접적으로 전력망(100)으로 공급되고, 전력망(100)의 교류 전력은 AC/DC 컨버터 및 DC/AC 인버터와 같은 전력 변환기(710, 720)에 의해 변환되어 전력 설비로 분배될 수 있다. 그러나, 본 발명의 전력망(100)은 교류 전력망에 한정되지 않고 직류 전력망일 수도 있다. 이러한 경우 전력 변환기(710, 720)가 적절히 배치될 수 있다. 이하, 전력망(100)이 교류 전력망인 것을 위주로 설명하기로 한다.
발전기(210, 220)는 전력을 생산할 수 있다. 예를 들어, 발전기(210, 220)는 200kW 이상의 대용량 전력을 생산하는 디젤 발전기일 수 있다. 복수의 발전기(210, 220)가 전력망(100)에 병렬로 연결되어 생산된 전력을 전력망(100)에 공급할 수 있다.
선내 부하(310, 320)는 전력망(100)으로부터 공급된 전력을 이용하여 동작할 수 있다. 예를 들어, 선내 부하(310, 320)는 추진력을 발생시키는 추진기, 화물 탱크의 온도를 조절하는 온도 조절기, 증발 가스를 압축시키는 압축기 또는 압축된 증발 가스를 액화시키는 재액화기일 수 있다. 또는, 연료공급용 펌프, 블로워, 비상용 제어 장비, 비상용 전등, 배수설비용 펌프, GPS 수신기, 레이더 장치, 무선설비, 선박 위치발신장치 등이 선내 부하(310, 320)에 포함될 수 있으며, 후술하는 전력 관리부(500) 및 에너지 관리부(600)가 선내 부하(310, 320)에 포함될 수도 있다.
에너지 저장부(410, 420)는 전력망(100)에 연결되어 전력을 저장하거나 공급할 수 있다. 구체적으로, 에너지 저장부(410, 420)는 발전기(210, 220)에 의하여 생산된 전력을 저장하거나, 저장된 전력을 전력망(100)을 통해 선내 부하(310, 320)에 공급할 수 있다.
기본적으로, 제1 모선(110)에 구비된 에너지 저장부(410)는 제1 모선(110)의 발전기(210)로부터 전력을 공급받고, 제1 모선(110)에 연결된 선내 부하(310)에 전력을 공급할 수 있다. 이와 마찬가지로, 제2 모선(120)에 구비된 에너지 저장부(410)는 제2 모선(120)의 발전기(220)로부터 전력을 공급받고, 제2 모선(120)에 연결된 선내 부하(320)에 전력을 공급할 수 있다. 그러나, 버스 타이(130)가 제1 모선(110) 및 제2 모선(120)을 연결하는 경우 제1 모선(110)의 에너지 저장부(410)는 제2 모선(120)의 발전기(220)로부터 전력을 공급받고, 제2 모선(120)의 선내 부하(320)에 전력을 공급할 수 있다. 이와 마찬가지로, 버스 타이(130)가 제1 모선(110) 및 제2 모선(120)을 연결하는 경우 제2 모선(120)의 에너지 저장부(420)는 제1 모선(110)의 발전기(210)로부터 전력을 공급받고, 제1 모선(110)의 선내 부하(310)에 전력을 공급할 수 있다.
에너지 저장부(410, 420)는 배터리(411, 421) 및 컨버터(412, 422)를 포함할 수 있다. 배터리(411, 421)는 전력을 충전하거나 방전하고, 컨버터(412, 422)는 배터리(411, 421)의 전력을 변환할 수 있다. 이하, 에너지 저장부(410, 420)에 구비된 컨버터(412, 422)를 전력 컨버터라 한다.
배터리(411, 421)는 직류 전력을 충전하거나 방전할 수 있다. 전력 컨버터(412, 422)는 전력망(100)으로부터 수신된 교류 전력을 직류 전력으로 변환하여 배터리(411, 421)로 전달하거나, 배터리(411, 421)로부터 직류 전력을 수신하여 전력망(100)으로 공급할 수 있다.
본 발명의 에너지 저장부(410, 420)는 에너지 저장 시스템(ESS; Energy Storage System)일 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
전력 관리부(500)는 전력망(100)에 연결된 선내 부하(310, 320) 및 발전기(210, 220)의 동작 상태를 모니터링하고 제어하는 역할을 수행한다. 예를 들어, 전력 관리부(500)는 선내 부하(310, 320)의 전력 소비 상태를 확인하고, 그 결과에 따라 발전기(210, 220)로 하여금 전력을 생산하도록 하거나 전력 생산을 중단하도록 할 수 있다.
전력망(100)에는 복수의 발전기(210, 220)가 연결될 수 있다. 전력 관리부(500)는 일부 발전기만이 동작하도록 하고 나머지 발전기는 동작하지 않도록 할 수 있다. 또한, 전력 관리부(500)는 발전기(210, 220)별로 부하율을 제어할 수도 있다. 예를 들어, 전력 관리부(500)는 특정 발전기로 하여금 20%의 부하율로 발전하도록 하고, 다른 발전기로 하여금 80%의 부하율로 발전하도록 할 수 있다. 여기서, 부하율은 발전기의 최대 전력 생산량 중 현재 생산되고 있는 전력 생산량의 비율을 나타낸다.
전력 관리부(500)는 각 발전기(210, 220)의 전력 생산량을 제어함에 있어서 다른 발전기의 전력 생산량을 참조할 수도 있다.
에너지 관리부(600)는 전력 관리부(500)의 모니터링 정보에 따라 에너지 저장부(410, 420)를 제어하는 역할을 수행한다. 예를 들어, 에너지 관리부(600)는 발전기(210, 220)의 부하율이 80%이거나 80%가 포함된 일정 범위에 포함되도록 에너지 저장부(410, 420)가 충전 또는 방전하도록 할 수 있다. 여기서, 특정 값 또는 특정 범위는 발전기(210, 220)의 최대 동작 효율을 나타내는 부하율(이하, 최대 부하율이라 한다)일 수 있다. 발전기(210, 220)는 연료를 소비하여 전력을 생산하는데, 최대 부하율로 동작할 때 발전기(210, 220)에 의해 소비되는 연료량 대비 생산되는 전력량은 최대일 수 있는 것이다.
선내 부하(310, 320)에 의해 소비되는 전력량이 변하더라도 에너지 저장부(410, 420)의 충전 및 방전 동작에 의해 발전기(210, 220)의 부하율이 일정하게 유지될 수 있다. 특히, 발전기(210, 220)의 부하율이 최대 부하율로 유지될 수 있다.
또한, 에너지 관리부(600)는 선내 부하(310, 320) 중 목표 부하의 동작에 따라 에너지 저장부(410, 420)의 충전 또는 방전을 제어할 수 있다. 여기서, 목표 부하는 펌프, 압축기 또는 재액화기일 수 있다. 펌프는 액체연료를 저장하는 저장 탱크에서 액체연료를 배출시키는 것이고, 압축기는 저장 탱크에서 배출된 증발 가스를 압축하는 것이며, 재액화기는 압축된 증발 가스를 저장 탱크에 저장시키기 위하여 액화시키는 것일 수 있다.
펌프에 의해 배출된 액체연료 또는 압축기에 의해 압축된 증발 가스는 추진기에 의해 이용될 수 있다. 추진기는 액체연료 또는 증발 가스를 이용하여 선체(20)를 이동시키기 위한 추진력을 발생시킬 수 있는 것이다.
펌프에 비하여 압축기는 많은 전력을 소비할 수 있다. 발전기(210, 220)에 의해 발전된 전력 생산량과 펌프 및 압축기의 동작이 균형을 이루지 않는 경우 발전기(210, 220)의 동작 효율이 감소될 수 있다. 예를 들어, 펌프가 동작하는 경우 전력 소비량이 작기 때문에 발전기(210, 220)는 상대적으로 낮은 부하율로 동작하게 되는데, 낮은 부하율에서 발전기(210, 220)의 동작 효율은 낮게 형성된다. 또한, 압축기가 동작하는 경우 전력 소비량이 크기 때문에 동작 중인 발전기(210, 220)에 의해 발전된 전력 생산량이 충분하지 않은 경우 또 다른 발전기(210, 220)의 동작이 개시될 수 있다. 이러한 경우 전체 발전기(210, 220)가 상대적으로 낮은 부하율로 동작하게 되고, 발전기(210, 220)의 동작 효율이 낮게 형성될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 에너지 저장부(410, 420)는 전술한 목표 부하에서 소비되어야 하는 전력 중 부족 전력을 보충할 수 있다. 목표 부하는 발전기(210, 220)에 의해 생산된 전력 및 에너지 저장부(410, 420)로부터 공급된 전력을 이용하여 동작할 수 있으며, 이에 발전기(210, 220)는 상대적으로 높은 부하율로 동작하여 그 동작 효율이 향상될 수 있다.
도 2는 도 1에 도시된 에너지 저장부의 충전율의 변화를 나타낸 그래프이다.
도 2를 참조하면, 에너지 저장부(410, 420)의 충전율은 목표 부하의 동작 상태에 따라 변화할 수 있다.
도 2는 제1 임계 충전율(C1)을 기준으로 에너지 저장부(410, 420)의 충전율이 변화하는 것을 도시하고 있다. 제1 임계 충전율(C1)은 사전에 설정된 것으로서, 비상 시의 사용을 위한 충전율일 수 있다. 즉, 비상 장비(미도시)를 정상적으로 동작시키기 위하여 에너지 저장부(410, 420)의 충전율은 제1 임계 충전율(C1) 이상인 것이 바람직하다.
0~t1 구간에서 에너지 저장부(410, 420)의 충전율은 제1 임계 충전율(C1)보다 작게 형성되고 있다. 제1 임계 충전율(C1)까지의 전력을 확보하기 위하여 에너지 관리부(600)는 에너지 저장부(410, 420)로 하여금 전력을 충전하도록 제어할 수 있다. 이를 위하여, 에너지 관리부(600)는 전력 관리부(500)를 제어하여 발전기(210, 220)의 부하율을 증가시킬 수 있다. 예를 들어, 전력 관리부(500)는 최대 부하율의 미만의 부하율로 동작하는 발전기(210, 220)가 최대 부하율로 동작하도록 제어할 수 있다. 또는, 모든 발전기(210, 220)가 최대 부하율로 동작하고 있는 경우 전력 관리부(500)는 추가적인 발전기가 동작하도록 할 수 있다. 충전 동작이 수행됨에 따라 에너지 저장부(410, 420)의 충전율이 증가할 수 있다.
t1~t2 구간은 에너지 저장부(410, 420)의 충전율이 제1 임계 충전율(C1)로 유지되고 있는 것을 나타내고 있다. 일단, 에너지 저장부(410, 420)의 충전율이 제1 임계 충전율(C1)에 도달한 경우 에너지 관리부(600)는 에너지 저장부(410, 420)의 충전이 중단되도록 전력 관리부(500)를 제어할 수 있다. 전력 관리부(500)는 발전기(210, 220)의 부하율을 감소시키거나 일부 발전기(210, 220)의 동작을 중단시킬 수 있다.
t2~t3 구간은 에너지 저장부(410, 420)가 충전 및 방전을 반복하는 것을 나타내고 있다. 에너지 관리부(600)는 펌프가 동작하는 경우 에너지 저장부(410, 420)가 충전하도록 제어하고, 압축기가 동작하는 경우 에너지 저장부(410, 420)가 방전하도록 제어할 수 있다. 또는, 에너지 관리부(600)는 재액화기의 동작이 중단된 경우 에너지 저장부(410, 420)가 충전하도록 제어하고, 재액화기가 동작하는 경우 에너지 저장부(410, 420)가 방전하도록 제어할 수 있다.
에너지 관리부(600)는 펌프 및 압축기의 동작만을 고려하여 에너지 저장부(410, 420)의 충전 및 방전을 제어하거나 재액화기의 동작만을 고려하여 에너지 저장부(410, 420)의 충전 및 방전을 제어할 수 있다. 예를 들어, 펌프 및 압축기만의 동작만을 고려할 때 에너지 관리부(600)는 재액화기의 동작은 고려하지 않을 수 있다. 이와 마찬가지로, 재액화기만의 동작만을 고려할 때 에너지 관리부(600)는 펌프 및 압축기의 동작은 고려하지 않을 수 있다.
또한, 에너지 관리부(600)는 펌프, 압축기 및 재액화기의 동작을 모두 고려하여 에너지 저장부(410, 420)의 충전 및 방전을 제어할 수 있다. 이 때, 에너지 관리부(600)는 펌프, 압축기 및 재액화기 전체에 의하여 사용되는 전력 사용량이 임계 사용량의 미만인 경우 에너지 저장부(410, 420)가 충전하도록 제어하고, 펌프, 압축기 및 재액화기 전체에 의하여 사용되는 전력 사용량이 임계 사용량의 이상인 경우 에너지 저장부(410, 420)가 방전하도록 제어할 수 있다.
이하, 에너지 관리부(600)가 펌프 및 압축기의 동작만을 고려하거나 재액화기의 동작만을 고려하여 에너지 저장부(410, 420)의 충전 및 방전을 제어하는 것을 위주로 설명하기로 한다.
t3~t4 구간은 에너지 저장부(410, 420)의 충전율이 제1 임계 충전율(C1)로 유지되고 있는 것을 나타내고 있다. 전술한 바와 같이, 압축기 또는 재액화기가 동작하는 경우 에너지 저장부(410, 420)는 방전할 수 있다. 이 때, 에너지 관리부(600)는 에너지 저장부(410, 420)의 충전율이 제1 임계 충전율(C1) 미만으로 감소되지 않도록 에너지 저장부(410, 420)의 방전을 제어할 수 있다. 충전율이 점차 감소하여 제1 임계 충전율(C1)에 도달한 경우 에너지 저장부(410, 420)는 방전을 중단할 수 있다. 이후에 압축기 및 재액화기의 동작이 중단되는 경우 t4 이후의 구간과 같이 에너지 저장부(410, 420)는 충전을 수행할 수 있다.
도 3은 도 2에 도시된 에너지 저장부의 충전율이 제1 임계 충전율의 이하인 경우 펌프 또는 압축기의 동작 여부에 따른 선내 설비의 동작 상태를 나타낸 그래프이다.
도 3을 참조하면, 펌프 또는 압축기의 동작 여부에 따라 선내 설비의 동작 상태가 달라질 수 있다.
도 3에서 (a)는 저장 탱크의 내부 압력을 나타낸 그래프이고, (b)는 목표 부하에 의하여 소비되는 전력 사용량을 나타낸 그래프이고, (c)는 에너지 저장부(410, 420)의 충전율을 나타낸 그래프이며, (d)는 발전기(210, 220)의 부하율을 나타낸 그래프이다.
에너지 저장부(410, 420)의 충전율이 제1 임계 충전율(C1)의 이하인 경우 에너지 관리부(600)는 목표 부하의 동작과는 무관하게 에너지 저장부(410, 420)가 충전하도록 제어할 수 있다.
h1~h2 구간은 펌프가 동작하는 구간을 나타낸다. 저장 탱크의 내부 압력이 제2 임계 압력(P2)에 도달하지 않은 경우 펌프가 동작할 수 있다.
펌프가 동작함에 따라 저장 탱크에서 액체화물이 배출되지만 증발 가스의 양이 증가하면서 저장 탱크의 내부 압력이 증가하게 된다. 목표 부하인 펌프에 의해 소비되는 전력 사용량은 상대적으로 작게 형성된다. 이 때, 발전기(210, 220)는 에너지 저장부(410, 420)의 전력 보충 없이 선내 부하(310, 320)의 부하량을 충족하여야 하기 때문에 비교적 낮은 부하율로 동작하고, 그 부하율은 최적 부하율(GL)에 비하여 작게 형성될 수 있다.
h2~h3 구간은 압축기가 동작하는 구간을 나타낸다. 저장 탱크의 내부 압력이 제2 임계 압력(P2)에 도달한 경우 압축기가 동작할 수 있다. 압축기의 동작은 저장 탱크의 내부 압력이 제1 임계 압력(P1)에 도달할 때까지 수행될 수 있다. 제1 임계 압력(P1)은 0이거나 그 이상의 값일 수 있다.
압축기가 동작함에 따라 저장 탱크에서 발생된 증발 가스가 배출되면서 저장 탱크의 내부 압력이 감소하게 된다. 이 때, 목표 부하인 압축기에 의해 소비되는 전력 사용량은 상대적으로 크게 형성된다. 압축기에 의해 소비되는 전력 사용량은 동작 중인 발전기(210, 220)에 의해 생산되는 전력만으로는 부족할 수 있으며, 이에 별도의 발전기(210, 220)가 동작을 개시할 수 있다. 추가적인 발전기(210, 220)가 동작함에 따라 발전기(210, 220)의 부하율은 최적 부하율(GL)에 비하여 작게 형성될 수 있다.
도 3에서 h1~h3 구간은 도 2의 0~t1 구간의 이내에 포함된 구간일 수 있다. 즉, 에너지 저장부(410, 420)의 충전율이 제1 임계 충전율(C1)의 이하인 상태에서 펌프 및 압축기의 동작이 교대로 수행될 수 있다. 이 때 에너지 저장부(410, 420)는 충전만을 수행하고, 발전기(210, 220)의 부하율은 최적 부하율(GL)보다 작게 형성될 수 있다.
도 4는 도 2에 도시된 에너지 저장부의 충전율이 제1 임계 충전율을 초과하는 경우 펌프 또는 압축기의 동작 여부에 따른 선내 설비의 동작 상태를 나타낸 그래프이다.
도 4를 참조하면, 펌프 또는 압축기의 동작 여부에 따라 선내 설비의 동작 상태가 달라질 수 있다.
도 4에서 (a)는 저장 탱크의 내부 압력을 나타낸 그래프이고, (b)는 목표 부하에 의하여 소비되는 전력 사용량을 나타낸 그래프이고, (c)는 에너지 저장부(410, 420)의 충전율을 나타낸 그래프이며, (d)는 발전기(210, 220)의 부하율을 나타낸 그래프이다.
에너지 저장부(410, 420)의 충전율이 제1 임계 충전율(C1)을 초과하는 경우 에너지 관리부(600)는 목표 부하의 동작에 따라 에너지 저장부(410, 420)의 충전 및 방전이 수행되도록 제어할 수 있다.
h4~h5 구간 및 h6~h7 구간은 펌프가 동작하는 구간을 나타낸다. 저장 탱크의 내부 압력이 제2 임계 압력(P2)에 도달하지 않은 경우 펌프가 동작할 수 있다.
펌프가 동작함에 따라 저장 탱크에서 액체화물이 배출되지만 증발 가스의 양이 증가하면서 저장 탱크의 내부 압력이 증가하게 된다. 이 때, 목표 부하인 펌프에 의해 소비되는 전력 사용량은 상대적으로 작게 형성된다.
펌프에 의해 소비되는 전력 사용량은 임계 사용량(GP)의 아래에 형성될 수 있다. 임계 사용량(GP)은 목표 부하로의 전력 공급을 위하여 확보된 전력량인 것으로 이해될 수 있다. 전력 사용량이 임계 사용량(GP)의 아래에 형성됨에 따라 전력 사용량과 임계 사용량(GP)의 차이에 해당하는 잉여 전력이 발생할 수 있다.
잉여 전력은 에너지 저장부(410, 420)의 충전에 이용될 수 있다. 이에, 에너지 저장부(410, 420)는 잉여 전력으로 충전을 수행할 수 있다. 에너지 관리부(600)는 에너지 저장부(410, 420)의 충전율이 제2 임계 충전율(C2)을 초과하지 않도록 에너지 저장부(410, 420)를 제어할 수 있다. 제2 임계 충전율(C2)은 에너지 저장부(410, 420)의 성능 및 수명의 기준일 수 있다. 예를 들어, 제2 임계 충전율(C2)을 초과하여 충전한 상태가 유지되는 경우 에너지 저장부(410, 420)의 성능이 저하되거나 수명이 감축될 수 있는 것이다. h6~h7 구간과 같이 충전율이 제2 임계 충전율(C2)에 도달한 경우 에너지 저장부(410, 420)는 충전을 중단하고, 해당 충전율을 유지할 수 있다.
목표 부하에 의한 잉여 전력이 에너지 저장부(410, 420)에 의해 소비됨에 따라 발전기(210, 220)의 부하율은 유지될 수 있다. 예를 들어, 발전기(210, 220)의 부하율은 최적 부하율(GL)에 근접한 상태를 유지할 수 있다.h5~h6 구간 및 h7의 이후 구간은 압축기가 동작하는 구간을 나타낸다. 저장 탱크의 내부 압력이 제2 임계 압력(P2)에 도달한 경우 압축기가 동작할 수 있다.
압축기가 동작함에 따라 저장 탱크에서 증발 가스가 배출되면서 저장 탱크의 내부 압력이 감소하게 된다. 이 때, 목표 부하인 압축기에 의해 소비되는 전력 사용량은 상대적으로 크게 형성된다.
압축기에 의해 소비되는 전력 사용량은 임계 사용량(GP)의 위에 형성될 수 있다. 전력 사용량이 임계 사용량(GP)의 위에 형성됨에 따라 전력 사용량과 임계 사용량(GP)의 차이에 해당하는 부족 전력이 발생할 수 있다.
부족 전력은 에너지 저장부(410, 420)에 의해 보충될 수 있다. 에너지 저장부(410, 420)는 부족 전력을 보충하기 위하여 방전을 수행할 수 있다. 에너지 관리부(600)는 에너지 저장부(410, 420)의 충전율이 제1 임계 충전율(C1)의 미만으로 감소되지 않도록 에너지 저장부(410, 420)를 제어할 수 있다.
목표 부하에 의한 부족 전력이 에너지 저장부(410, 420)에 의해 보충됨에 따라 발전기(210, 220)의 부하율은 유지될 수 있다. 예를 들어, 발전기(210, 220)의 부하율은 최적 부하율(GL)에 근접한 상태를 유지할 수 있다.
이와 같이, 에너지 저장부(410, 420)의 충전율이 제1 임계 충전율(C1)을 초과하는 경우 펌프 및 압축기가 교대로 동작하더라도 에너지 저장부(410, 420)가 전력을 충전하거나 방전함에 따라 발전기(210, 220)의 부하율은 최적 부하율(GL)에 근접한 상태로 유지될 수 있다.
도 5는 도 2에 도시된 에너지 저장부의 충전율이 제1 임계 충전율의 이하인 경우 재액화기의 동작 여부에 따른 선내 설비의 동작 상태를 나타낸 그래프이다.
도 5를 참조하면, 재액화기의 동작 여부에 따라 선내 설비의 동작 상태가 달라질 수 있다.
도 5에서 (a)는 재액화기에 의한 액체연료의 재액화량을 나타낸 그래프이고, (b)는 재액화기에 의하여 소비되는 전력 사용량을 나타낸 그래프이고, (c)는 에너지 저장부(410, 420)의 충전율을 나타낸 그래프이며, (d)는 발전기(210, 220)의 부하율을 나타낸 그래프이다.
에너지 저장부(410, 420)의 충전율이 제1 임계 충전율(C1)의 이하인 경우 에너지 관리부(600)는 재액화기의 동작과는 무관하게 에너지 저장부(410, 420)가 충전하도록 제어할 수 있다.
h1~h2 구간은 재액화기의 동작이 중단된 구간을 나타낸다. 재액화 대상인 가스가 없거나 충분하지 않은 경우 재액화기는 동작하지 않을 수 있다.
재액화기의 동작이 중단됨에 따라 재액화기에 의한 액체연료의 재액화량 및 재액화기에 의하여 소비되는 전력 사용량은 0이 된다. 이 때, 발전기(210, 220)는 에너지 저장부(410, 420)의 전력 보충 없이 선내 부하(310, 320)의 부하량을 충족하여야 하기 때문에 비교적 낮은 부하율로 동작하고, 그 부하율은 최적 부하율(GL)에 비하여 작게 형성될 수 있다.
h2~h3 구간은 재액화기가 동작하는 구간을 나타낸다. 재액화 대상인 가스가 충분히 발생됨에 따라 재액화기는 동작할 수 있다.
재액화기가 동작함에 따라 액체연료의 재액화량 및 재액화기에 의해 소비되는 전력이 발생된다. 재액화기에 의해 소비되는 전력 사용량은 동작 중인 발전기(210, 220)에 의해 생산되는 전력만으로는 부족할 수 있으며, 이에 별도의 발전기(210, 220)가 동작을 수행할 수 있다. 추가적인 발전기(210, 220)가 동작함에 따라 발전기(210, 220)의 부하율은 최적 부하율(GL)에 비하여 작게 형성될 수 있다.
도 5에서 h1~h3 구간은 도 2의 0~t1 구간의 이내에 포함된 구간일 수 있다. 즉, 에너지 저장부(410, 420)의 충전율이 제1 임계 충전율(C1)의 이하인 상태에서 재액화기의 동작 및 동작 중단이 수행될 수 있다. 이 때 에너지 저장부(410, 420)는 충전만을 수행하고, 발전기(210, 220)의 부하율은 최적 부하율(GL)보다 작게 형성될 수 있다.
도 6은 도 2에 도시된 에너지 저장부의 충전율이 제1 임계 충전율을 초과하는 경우 재액화기의 동작 여부에 따른 선내 설비의 동작 상태를 나타낸 그래프이다.
도 6을 참조하면, 재액화기의 동작 여부에 따라 선내 설비의 동작 상태가 달라질 수 있다.
도 6에서 (a)는 재액화기에 의한 액체연료의 재액화량을 나타낸 그래프이고, (b)는 재액화기에 의하여 소비되는 전력 사용량을 나타낸 그래프이고, (c)는 에너지 저장부(410, 420)의 충전율을 나타낸 그래프이며, (d)는 발전기(210, 220)의 부하율을 나타낸 그래프이다.
에너지 저장부(410, 420)의 충전율이 제1 임계 충전율(C1)을 초과하는 경우 에너지 관리부(600)는 목표 부하의 동작에 따라 에너지 저장부(410, 420)의 충전 및 방전이 수행되도록 제어할 수 있다.
h4~h5 구간 및 h6~h7 구간은 재액화기의 동작이 중단된 구간을 나타낸다. 재액화 대상인 가스가 없거나 충분하지 않은 경우 재액화기는 동작하지 않을 수 있다.
재액화기의 동작이 중단됨에 따라 재액화기에 의한 액체연료의 재액화량 및 재액화기에 의하여 소비되는 전력 사용량은 0이 된다.
재액화기에 의하여 소비되는 전력 사용량이 0이기 때문에 전력 사용량과 임계 사용량(GP)의 차이에 해당하는 잉여 전력이 발생할 수 있다.
잉여 전력은 에너지 저장부(410, 420)의 충전에 이용될 수 있다. 이에, 에너지 저장부(410, 420)는 잉여 전력으로 충전을 수행할 수 있다. 에너지 관리부(600)는 에너지 저장부(410, 420)의 충전율이 제2 임계 충전율(C2)을 초과하지 않도록 에너지 저장부(410, 420)를 제어할 수 있다. h6~h7 구간과 같이 충전율이 제2 임계 충전율(C2)에 도달한 경우 에너지 저장부(410, 420)는 충전을 중단하고, 해당 충전율을 유지할 수 있다.
재액화기가 동작하지 않음에 따른 잉여 전력이 에너지 저장부(410, 420)에 의해 소비됨에 따라 발전기(210, 220)의 부하율은 유지될 수 있다. 예를 들어, 발전기(210, 220)의 부하율은 최적 부하율(GL)에 근접한 상태를 유지할 수 있다.
h5~h6 구간 및 h7의 이후 구간은 재액화기가 동작하는 구간을 나타낸다. 재액화 대상인 가스가 충분히 발생됨에 따라 재액화기는 동작할 수 있다.
재액화기가 동작함에 따라 액체연료의 재액화량 및 재액화기에 의해 소비되는 전력이 발생된다. 재액화기에 의해 소비되는 전력 사용량은 임계 사용량(GP)의 위에 형성될 수 있다. 전력 사용량이 임계 사용량(GP)의 위에 형성됨에 따라 전력 사용량과 임계 사용량(GP)의 차이에 해당하는 부족 전력이 발생할 수 있다.
부족 전력은 에너지 저장부(410, 420)에 의해 보충될 수 있다. 에너지 저장부(410, 420)는 부족 전력을 보충하기 위하여 방전을 수행할 수 있다. 에너지 관리부(600)는 에너지 저장부(410, 420)의 충전율이 제1 임계 충전율(C1)의 미만으로 감소되지 않도록 에너지 저장부(410, 420)를 제어할 수 있다.
재액화기가 동작함에 따른 부족 전력이 에너지 저장부(410, 420)에 의해 보충됨에 따라 발전기(210, 220)의 부하율은 유지될 수 있다. 예를 들어, 발전기(210, 220)의 부하율은 최적 부하율(GL)에 근접한 상태를 유지할 수 있다.
이와 같이, 에너지 저장부(410, 420)의 충전율이 제1 임계 충전율(C1)을 초과하는 경우 재액화기의 동작 여부에 따라 에너지 저장부(410, 420)가 전력을 충전하거나 방정함에 따라 발전기(210, 220)의 부하율은 최적 부하율(GL)에 근접한 상태로 유지될 수 있다.
도 7 및 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 선박의 동작을 나타낸 흐름도이다.
도 7을 참조하면, 에너지 관리부(600)는 목표 부하의 동작 상태 및 에너지 저장부(410, 420)의 충전율에 따라 에너지 저장부(410, 420)의 충전 및 방전을 제어할 수 있다.
우선, 에너지 관리부(600)는 에너지 저장부(410, 420)의 충전율을 모니터링할 수 있다(S810). 이 때, 에너지 관리부(600)는 에너지 저장부(410, 420)의 충전율이 제1 임계 충전율(C1)을 초과하는지 확인할 수 있다(S820). 그리하여, 에너지 저장부(410, 420)의 충전율이 제1 임계 충전율(C1)을 초과하지 않는 경우 에너지 관리부(600)는 목표 부하의 동작 여부에 무관하게 에너지 저장부(410, 420)가 충전하도록 제어할 수 있다(S840).
에너지 저장부(410, 420)의 충전율이 제1 임계 충전율(C1)을 초과하는 경우 에너지 관리부(600)는 목표 부하의 동작을 모니터링할 수 있다. 구체적으로, 에너지 저장부(410, 420)는 목표 부하 중 압축기의 동작을 확인할 수 있다(S830). 그리하여, 압축기가 동작하는 것으로 판단되는 경우 에너지 관리부(600)는 에너지 저장부(410, 420)가 방전하도록 제어할 수 있다(S850). 압축기가 동작함에 따라 발생되는 부족 전력은 에너지 저장부(410, 420)에 의해 보충될 수 있다.한편, 압축기가 동작하지 않고 펌프가 동작하는 것으로 판단되는 경우 에너지 관리부(600)는 에너지 저장부(410, 420)가 충전하도록 제어할 수 있다(S860). 압축기의 동작이 중단됨에 따라 발생되는 잉여 전력은 에너지 저장부(410, 420)에 저장될 수 있다.
도 8을 참조하면, 에너지 관리부(600)는 재액화기의 동작 상태 및 에너지 저장부(410, 420)의 충전율에 따라 에너지 저장부(410, 420)의 충전 및 방전을 제어할 수 있다.
우선, 에너지 관리부(600)는 에너지 저장부(410, 420)의 충전율을 모니터링할 수 있다(S910). 이 때, 에너지 관리부(600)는 에너지 저장부(410, 420)의 충전율이 제1 임계 충전율(C1)을 초과하는지 확인할 수 있다(S920). 그리하여, 에너지 저장부(410, 420)의 충전율이 제1 임계 충전율(C1)을 초과하지 않는 경우 에너지 관리부(600)는 재액화기의 동작 여부에 무관하게 에너지 저장부(410, 420)가 충전하도록 제어할 수 있다(S940).
에너지 저장부(410, 420)의 충전율이 제1 임계 충전율(C1)을 초과하는 경우 에너지 관리부(600)는 재액화기의 동작을 확인할 수 있다(S930). 그리하여, 재액화기가 동작하는 것으로 판단되는 경우 에너지 관리부(600)는 에너지 저장부(410, 420)가 방전하도록 제어할 수 있다(S950). 재액화기가 동작함에 따라 발생되는 부족 전력은 에너지 저장부(410, 420)에 의해 보충될 수 있다. 한편, 재액화기가 동작하는 것으로 판단되는 경우 에너지 관리부(600)는 에너지 저장부(410, 420)가 충전하도록 제어할 수 있다(S960). 재액화기의 동작이 중단됨에 따라 발생되는 잉여 전력은 에너지 저장부(410, 420)에 저장될 수 있다.
이상과 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.
10: 선박 20: 선체
100: 전력망 110: 제1 모선
120: 제2 모선 130: 버스 타이
210, 220: 발전기 310, 320: 선내 부하
410, 420: 에너지 저장부 411, 421: 배터리
412, 422: 전력 컨버터 500: 전력 관리부
600: 에너지 관리부 710, 720: 전력 변환기

Claims (6)

  1. 선체;
    상기 선체에 구비된 전력망;
    상기 전력망에 연결되어 전력을 저장하거나 공급하는 에너지 저장부;
    상기 전력망에 연결된 선내 부하 및 발전기의 동작 상태를 모니터링하고 제어하는 전력 관리부; 및
    상기 선내 부하 중 목표 부하의 동작에 따라 상기 에너지 저장부의 충전 또는 방전을 제어하는 에너지 관리부를 포함하는 선박.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 에너지 저장부는,
    전력을 충전하거나 방전하는 배터리; 및
    상기 배터리의 전력을 변환하는 컨버터를 포함하는 선박.
  3. 제1 항에 있어서,
    액체연료를 저장하는 저장 탱크; 및
    상기 액체연료 또는 상기 저장 탱크에서 배출되는 증발 가스를 이용하여 추진력을 발생시키는 추진기를 더 포함하고,
    상기 목표 부하는 상기 저장 탱크에서 액체연료를 배출시키는 펌프;
    상기 저장 탱크에서 배출된 증발 가스를 압축하는 압축기; 및
    상기 압축된 증발 가스를 액화시키는 재액화기를 포함하는 선박.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 에너지 관리부는,
    상기 펌프가 동작하는 경우 상기 에너지 저장부가 충전하도록 제어하고,
    상기 압축기가 동작하는 경우 상기 에너지 저장부가 방전하도록 제어하는 선박.
  5. 제3 항에 있어서,
    상기 에너지 관리부는,
    상기 재액화기의 동작이 중단된 경우 상기 에너지 저장부가 충전하도록 제어하고,
    상기 재액화기가 동작하는 경우 상기 에너지 저장부가 방전하도록 제어하는 선박.
  6. 선박 또는 해양구조물에 설치되어 전력 저장 및 관리를 수행하는 에너지 관리 시스템에 있어서,
    전력망;
    상기 전력망에 연결되어 전력을 저장하거나 공급하는 에너지 저장부;
    상기 전력망에 연결된 상기 선박내 또는 상기 해양구조물내의 부하 및 발전기의 동작 상태를 모니터링하고 제어하는 전력 관리부; 및
    상기 선박 내 또는 상기 해양구조물 내 부하 중 목표 부하의 동작에 따라 상기 에너지 저장부의 충전 또는 방전을 제어하는 에너지 관리부를 포함하고,
    상기 목표 부하는,
    액체연료를 저장하는 저장 탱크에서 액체연료를 배출시키는 펌프;
    상기 저장 탱크에서 배출된 증발 가스를 압축하는 압축기; 및
    상기 압축된 증발 가스를 액화시키는 재액화기를 포함하는 에너지 관리 시스템.
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