KR20210044015A

KR20210044015A - 하이브리드 선박의 전력 운용 방법 및 시스템

Info

Publication number: KR20210044015A
Application number: KR1020190127058A
Authority: KR
Inventors: 박윤식; 심현섭; 이상민; 권은현; 한영준
Original assignee: 대우조선해양 주식회사
Priority date: 2019-10-14
Filing date: 2019-10-14
Publication date: 2021-04-22

Abstract

본 발명은 하이브리드 선박에 있어서, 엔진의 부하 등 조건이나 상황에 따라 효율적으로 발전하여 전력을 사용하며, 환경규제를 만족할 수 있는 하이브리드 선박의 전력 운용 방법 및 시스템에 관한 것이다.
본 발명에 따른 하이브리드 선박의 전력 운용 방법은 추진용 메인엔진과, 연료전지와, 배터리를 포함하는 하이브리드 선박의 전력 운용 방법에 있어서, 액화천연가스의 증발가스를 상기 추진용 메인엔진의 연료로 공급하고, 잉여의 증발가스가 감지되면, 상기 연료전지에 동작신호를 보내는 것과 동시에 상기 배터리를 방전모드로 전환하며, 상기 잉여의 증발가스가 개질기로 공급되도록 경로를 제어하고, 상기 개질기에서 생성된 수소가 상기 연료전지로 공급되어 연료전지에서 전력이 생성되면 상기 배터리를 충전모드로 전환한다.

Description

하이브리드 선박의 전력 운용 방법 및 시스템 {Power Management Method and System for Hybrid Vessel}

본 발명은 하이브리드 선박에 있어서, 엔진의 부하 등 조건이나 상황에 따라 효율적으로 발전하여 전력을 사용하며, 환경규제를 만족할 수 있는 하이브리드 선박의 전력 운용 방법 및 시스템에 관한 것이다.

선박의 배출환경규제가 점차 강화되고 있다. 일례로 국제해사기구는 2020년 01월 01일부터 선박 연료유의 황 함유량 상한선을 기존 3.5%에서 0.5%로 대폭 강화하는 규제를 실시하기로 하였다. 이렇게 강화된 환경규제인 IMO 2020 기준을 충족하기 위해서는, 선박에 약 50억에서 100억 원에 달하는 배기가스 정화 장치를 설치하거나, 추진 장치의 연료를 기존 고유황유보다 약 50% 이상 고가인 저유황유로 바꾸거나, 일반 선박보다 약 30% 이상 고가인 LNG(Liquefied Natural Gas)를 연료로 사용할 수 있는 추진 장치를 적용하여야 한다.

환경규제를 만족하기 위한 또 다른 방안으로서, 화석연료의 사용을 자제하는 하이브리드 선박이 제안되고 있다.

종래의 하이브리드 선박은, 샤프트(shaft)를 통해 프로펠러를 구동하는 추진 동력 부가용 메인엔진과, 메인엔진과 샤프트를 통해 연결되어 회전력을 이용하여 전력을 생산하는 축 발전기와, 메인엔진의 폐열을 터빈의 작동유체로 하여 전력을 생산하는 터빈 발전기를 포함한다.

이러한 종래의 하이브리드 선박은, 메인엔진의 동력과 폐열을 이용하여 발전하므로 메인엔진이 동작하는 구간에서만 전력을 사용할 수 있으므로, 메인엔진이 동작하지 않는 구간에서는 발전용 보조엔진을 이용하여 추가로 화석연료를 연소시켜 발전함으로써 전력을 사용하였다. 즉, 전력 생산을 위한 화석연료의 사용이 불가피하였다.

한편, 메인엔진과 발전용 보조엔진의 연료로서 LNG 또는 LNG가 자연기화하여 발생한 증발가스(BOG; Boil-Off Gas)를 사용하더라도, 연료의 연소 과정에서 발생하는 질소산화물이나 황산화물 등의 오염물질 배출은 불가피하다.

또한, 종래의 하이브리드 선박은 추력 샤프트에서 발생한 전력으로 부하를 구동하거나, 추력 샤프트에 복수의 동력을 인가하는 일방향 방식이므로, 각종 부하변동에 따른 효율성을 높이기에도 한계가 있다.

따라서, 본 발명은 상술한 문제점을 해결하고자 하는 것으로, 엔진의 부하 등 조건이나 상황에 따라 효율적으로 발전하여 전력을 사용하며, 선박의 배출환경규제를 만족할 수 있는, 하이브리드 선박의 전력 운용 방법 및 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 추진용 메인엔진과, 연료전지와, 배터리를 포함하는 하이브리드 선박의 전력 운용 방법에 있어서, 액화천연가스의 증발가스를 상기 추진용 메인엔진의 연료로 공급하고, 잉여의 증발가스가 감지되면, 상기 연료전지에 동작신호를 보내는 것과 동시에 상기 배터리를 방전모드로 전환하며, 상기 잉여의 증발가스가 개질기로 공급되도록 경로를 제어하고, 상기 개질기에서 생성된 수소가 상기 연료전지로 공급되어 연료전지에서 전력이 생성되면 상기 배터리를 충전모드로 전환하는, 하이브리드 선박의 전력 운용 방법이 제공된다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 일 측면에 따르면, 추진용 메인엔진과, 연료전지와, 배터리를 포함하는 하이브리드 선박의 전력 운용 방법에 있어서, 액화천연가스의 증발가스를 상기 추진용 메인엔진 및 발전용 보조엔진의 연료로 공급하고, 잉여의 증발가스가 감지되면, 상기 연료전지에 동작신호를 보내는 것과 동시에 발전용 보조엔진의 부하를 감소시키며 상기 배터리를 방전모드로 전환하고, 상기 잉여의 증발가스가 개질기로 공급되도록 경로를 제어하고, 상기 개질기에서 생성된 수소가 상기 연료전지로 공급되어 연료전지에서 전력이 생성되면 상기 배터리를 충전모드로 전환하는, 하이브리드 선박의 전력 운용 방법이 제공된다.

바람직하게는, 상기 추진용 메인엔진이 작동하면, 상기 추진용 메인엔진에서 생성된 에너지를 프로펠러에서 사용하고, 상기 프로펠러에서 사용하고 남은 나머지 에너지는 축 발전기에 의해 전력으로 전환하고, 상기 축 발전기에 의해 생성된 전력은 선내 전력 수요처에서 사용하거나 상기 배터리에 충전할 수 있다.

바람직하게는, 상기 추진용 메인엔진이 작동하면, 상기 추진용 메인엔진으로부터 배출되는 배기가스를 작동유체로 하여 터빈을 구동시키고, 터빈의 구동력으로 컴프레서를 작동시키고, 상기 컴프레서를 작동시키고 남은 구동력은 전력으로 전환하여, 상기 선내 전력 수요처에서 사용하거나 상기 배터리에 충전할 수 있다.

바람직하게는, 상기 잉여의 증발가스를 감지하는 것은, 상기 액화천연가스를 저장하는 액화천연가스 저장탱크의 내압 측정값과 상기 추진용 메인엔진의 부하를 인자로 하여 감지할 수 있다.

또한, 상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 일 측면에 따르면, 액화천연가스의 증발가스를 연료로 사용하여 프로펠러에 동력을 부가하는 추진용 메인엔진; 상기 증발가스를 상기 추진용 메인엔진을 포함하는 연료 수요처로 공급하는 증발가스 유닛; 상기 증발가스를 수소로 개질하는 개질기; 상기 개질기에서 생성된 수소를 연료로 사용하여 전력을 생산하는 연료전지; 선내 전력 수요처의 전력 수요량을 초과하는 전력 생성량을 저장하는 배터리; 및 상기 추진용 메인엔진으로 공급하고 남는 잉여의 증발가스를 감지하고, 잉여의 증발가스가 감지되면 상기 잉여의 증발가스를 상기 개질기로 공급하는 것과 동시에 상기 배터리를 방전모드로 전환하고 상기 연료전지를 동작시키는 제어부;를 포함하는, 하이브리드 선박의 전력 운용 시스템이 제공된다.

바람직하게는, 상기 추진용 메인엔진의 샤프트에 연결되며 상기 프로펠러에 부가되고 남은 동력을 전력으로 전환하는 축 발전기; 및 상기 추진용 메인엔진으로부터 배출되는 배기가스를 이용하여 전력을 생산하는 터빈 발전기;를 더 포함하고, 상기 제어부는, 축 발전기 및 터빈 발전기에서 생산된 전력은 상기 전력 수요처로 공급되고, 상기 전력 수요처로 공급하고 남는 잉여의 전력은 상기 배터리에 충전시킬 수 있다.

바람직하게는, 상기 증발가스를 연료로 사용하여 전력을 생산하는 보조 발전기;를 더 포함하고, 상기 제어부는, 상기 증발가스를 추진용 메인엔진 및 상기 보조 발전기로 공급하되, 상기 잉여의 증발가스가 감지되면 상기 보조 발전기의 부하를 감소시키거나 동작을 중단시키고 상기 증발가스를 개질기로 공급할 수 있다.

바람직하게는, 상기 제어부는, 상기 개질기로부터 상기 연료전지로 수소가 공급되기 시작하면, 상기 배터리를 충전모드로 전환하여 상기 연료전지에서 생산된 전력을 상기 전력 수요처로 공급하되, 상기 전력 수요처로 공급하고 남은 잉여 전력을 상기 배터리에 충전시킬 수 있다.

본 발명에 따른 하이브리드 선박의 전력 운용 방법 및 시스템은, 연료전지와 배터리를 효과적으로 활용하여, 엔진의 부하 등 조건이나 상황에 따라 효율적으로 발전하여 전력을 사용할 수 있고, 환경규제를 만족할 수 있으며, 연료 사용량을 절감할 수 있다.

특히, 수소를 생성하는 동안 배터리를 이용하여 전력을 사용함으로써 연료전지로 전력을 생산하기까지의 준비시간을 보완할 수 있어 부하가 즉각적으로 변동하는 선박에 연료전지를 실질적으로 적용할 수 있고, 연료를 연소시켜 전력을 생산하지 않아도 된다.

또한, 연료를 연소시키는 것이 아니라 연료전지를 이용하여 전기분해 과정을 통해 전력을 생산하므로, 연료를 연소시켜 전력을 생산하는 보조 발전기의 수량 또는 용량을 줄이거나 사용하지 않음으로써, 환경오염물질이 전혀 발생하지 않는 'Zero Emission' 선박을 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 선박의 전력 운용 시스템을 간략하게 도시한 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 선박의 전력 운용 제어 방법을 간략하게 도시한 제어 구성도이다.

본 발명의 동작상 이점 및 본 발명의 실시예에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부도면 및 첨부도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.

이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 구성 및 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다. 여기서 각 도면의 구성요소들에 대해 참조 부호를 부가함에 있어 동일한 구성요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호로 표기되었음에 유의하여야 한다. 또한, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.

후술하는 본 발명의 일 실시예에서 선박은, LNG 운반선(LNG Carrier), 원유운반선 등 자체 추진 능력을 갖는 선박은 물론, LNG FSRU(Floating Storage Regasification Unit), LNG FPSO(Floating Production Storage Offloading) 등의 해상 부유 구조물을 포함할 수 있다. 후술하는 본 발명의 일 실시예에서 선박은 LNG 운반선인 것을 예로 들어 설명하기로 한다.

또한, 후술하는 본 발명의 일 실시예에서 추진엔진은, LNG를 연료로 사용하는 엔진일 수 있으며, 예를 들어, ME-GI(MAN Electronic Gas-Injection Engine) 엔진 또는 X-DF(eXtra long stroke Dual Fuel) 엔진일 수 있다.

또한, 후술하는 본 발명의 일 실시예에서 보조 발전기는 DF 엔진(DFDE(Dual Fuel Diesel Electric), DFDG(Dual Fuel Diesel Generator, 또는 DFGE))일 수 있다.

ME-GI 엔진은, 2행정으로 구성되며, 약 100 bar 내지 400 bar, 또는 약 150 bar 이상, 바람직하게는 약 300 bar 부근의 고압 천연가스를 피스톤의 상사점 부근에서 연소실에 직접 분사하는 디젤 사이클(Diesel Cycle)을 기준으로 작동한다.

X-DF 엔진은, 2행정으로 구성되고, 10 bar 내지 20 bar, 바람직하게는 약 16 bar 정도의 중압 천연가스를 연료로 사용하며, 오토 사이클을 기준으로 작동한다.

DF 엔진은, 4행정으로 구성되며, 비교적 저압인 약 5 bar 내지 10 bar, 바람직하게는 약 6.5 bar 정도의 압력을 가지는 저압 천연가스를 연소공기 입구에 주입하여, 피스톤이 올라가면서 압축을 시키는 오토 사이클(Otto Cycle)을 기준으로 작동한다.

이하, 도 1 및 도 2를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 선박의 전력 운용 방법 및 시스템을 설명하기로 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 선박의 전력 운용 시스템은, 프로펠러(11)가 축(shaft)를 통해 연결되어 있으며 프로펠러(11)의 구동력을 부가하는 추진용 메인엔진(10); 추진용 메인엔진(10)의 축의 회전력을 전력으로 전환하는 축 발전기(20); 추진용 메인엔진(10)의 폐열을 회수하여 전력을 생산하는 터빈 발전기(30); 수소를 연료로 사용하여 전력을 생산하는 연료전지(40); 선박에서 생산된 잉여의 전력을 저장하는 배터리(50); 선박에서 생산된 전력 및/또는 배터리(50)에 저장된 전력을 필요로 하는 전력 수요처(80); 및 선박에서 생산된 전력 및/또는 배터리(50)에 저장된 전력을 각 전력 수요처(80)의 부하에 따라 할당하여 분배하는 스위치 보드(70);를 포함한다.

본 실시예의 추진용 메인엔진(10)은, 연료의 연소에 의한 열에너지를 운동에너지로 전환하는 기관으로서, LNG가 자연기화하여 생성된 증발가스(BOG)를 연료로 사용할 수 있다. BOG는 메탄(CH₄)이 주성분이다.

본 실시예에 따른 하이브리드 선박의 전력 운용 시스템은, LNG 저장탱크(미도시)로부터 공급받은 BOG를 추진용 메인엔진(10)으로 공급하는 증발가스 유닛(90);를 더 포함한다.

또한, 본 실시예에 따른 하이브리드 선박의 전력 운용 시스템은, BOG를 연료로 사용하여 전력을 생산하는 보조 발전기(60);를 더 포함할 수 있다.

본 실시예의 보조 발전기(60)는 발전용 보조엔진일 수 있다. 발전용 보조엔진은 BOG를 연소시켜 그 열에너지를 전력으로 전환시킴으로써 전력을 생산한다.

또한, 도면에 도시하지는 않았지만, 본 실시예에 따른 하이브리드 선박의 전력 운용 시스템은, BOG를 수소로 개질하는 개질기(미도시);를 더 포함하고, 개질기에서 개질된 수소는 연료전지(40)의 연료로 공급된다.

연료전지(40)는 수소를 전기화학반응에 의해 산화시켜 전력을 생산한다.

본 실시예의 터빈 발전기(30)는 예를 들어 터보차저(turbo charger)일 수 있다. 즉, 터빈 발전기(30)는 추진용 메인엔진(10)으로부터 배출되는 배기가스를 작동유체로 하여 터빈을 구동시키고, 터빈의 구동력은 터빈과 동축에 연결되는 컴프레서를 구동시키며, 컴프레서를 구동시키고 남는 회전력을 전력으로 전환시킴으로써 전력을 생산할 수 있다.

또한, 본 실시예에 따른 하이브리드 선박의 전력 운용 시스템은, 축 발전기(20), 터빈 발전기(30), 연료전지(40), 개질기, 배터리(50) 및 보조 발전기(60)의 동작을 선택적으로 제어하는 제어부(100);를 더 포함할 수 있다.

예를 들어 제어부(100)는, 개질기, 연료전지(40) 및 보조 발전기(60)의 작동 여부, 배터리(50)의 모드 전환, 축 발전기(20), 터빈 발전기(30), 연료전지(40), 배터리(50) 및 보조 발전기(60)에서 생산된 전력 사용처 등을 제어할 수 있다.

본 실시예와 같이 선박의 LNG 운반선인 경우, LNG 운반선에는 IAS(Integrated Automation System)이 탑재되는데, IAS는 선박의 하역 및 기기운용 등 거의 모든 조작을 할 수 있도록 한 시스템이다. 본 실시예의 제어부(100)는 IAS의 기능과 연계하여 사용할 수 있다.

다음으로, 상술한 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 선박의 전력 운용 시스템을 이용한 전력 운용 방법을 설명하기로 한다.

도 2에는 추진용 메인엔진(10)과 발전용 보조엔진(60)이 동작중인 상태에서, 잉여의 BOG가 감지되었을 때의 하이브리드 선박의 전력 운용 제어 방법을 간략하게 도시한 제어 구성도이다.

본 실시예에 따르면, 추진용 메인엔진(10)의 부하와 BOG의 양을 실시간으로 측정하여, 선내 전력 생산처를 선택적으로 제어할 수 있다.

일반적인 선박의 운항 상태(normal seagoing)에서, 제어부(100)는, 증발가스 유닛(90)으로부터 BOG가 추진용 메인엔진(10)의 연료로 공급되도록 증발가스 유닛(90)을 제어한다.

추진용 메인엔진(10)이 작동하면, 추진용 메인엔진(10)의 동력은 프로펠러(11)를 구동시키고, 프로펠러(11)를 구동시키고 남는 동력은 축 발전기(20)에 의해 전력으로 전환되어 스위치 보드(70)를 통해 전력 수요처(80)로 공급한다.

축 발전기(20)에 의해 생산된 전력 중에서 전력 수요처(80)로 공급하고 남은 전력은 배터리(50)에 저장한다.

또한, 추진용 메인엔진(10)이 작동하면, 추진용 메인엔진(10)으로부터 배출되는 폐열을 회수하여 터빈 발전기(30)로 공급하고, 터빈 발전기(30)에서 생산한 전력은 스위치 보드(70)를 통해 전력 수요처(80)로 공급한다.

터빈 발전기(30)에 의해 생산된 전력 중에서 전력 수요처(80)로 공급하고 남은 전력은 배터리(50)에 저장한다.

예를 들어, 추진용 메인엔진(10)의 부하가 낮을 때에는, 축 발전기(20)에 의해 생산한 전력 중 전력 수요처(80)로 공급하고 남는 전력, 즉 잉여전력이 발생하며, 이를 배터리(50)에 충전시킬 수 있다.

한편, 추진용 메인엔진(10)의 부하가 낮을 때나 선박이 정박 중일 때에는, BOG의 생성량에 비해 BOG 연료 사용량이 적기 때문에 잉여의 BOG가 발생하게 된다.

본 실시예에 따르면, 제어부(100)는 IAS를 통해 잉여의 BOG를 감지할 수 있다.

IAS에는 GMS(Gas Management System) 기능이 있는데, 이는 LNG 저장탱크(미도시)의 압력을 실시간으로 측정하여 BOG로 인한 탱크의 내압을 관리하는 기능이다.

일반적으로는, BOG의 양이 많아지면 증발가스 유닛(90)을 통해 BOG를 추진용 메인엔진(10)과 보조 발전기(60)의 연료로 공급할 수 있고, 추진용 메인엔진(10)과 보조 발전기(60)의 연료로 공급하고 남은 BOG는 재액화 장치를 이용하여 재액화시켜 LNG 저장탱크로 회수하였다. 또한, 연료로 공급하거나 재액화시키고도 남는 BOG는 GCU(Gas Combustion Unit)로 공급하여 소각시켜 처리하기도 하였다. BOG를 GCU로 보내 태워버리는 경우 환경오염을 발생할 뿐 아니라, 수송 중인 화물을 압력을 위해 불가피하게 소모시켜 낭비하는 비효율적인 방법이다.

본 실시예에 따르면, 추진용 메인엔진(10) 및 보조 발전기(60)의 연료로 공급하고 남은 BOG를 연료전지(40)의 연료로 공급하여 전력을 생산한다.

선박의 저속운전이나 오랜 정박상태에서는 많은 양의 잉여 BOG가 발생하게 된다. 이때, 제어부(100)는, IAS를 통해 잉여의 BOG량을 감지하고, 잉여의 BOG가 개질기로 공급되도록 증발가스 유닛(90)를 제어한다. 이와 동시에 제어부(100)는 동작중인 보조 발전기(60)의 부하를 줄이거나 보조 발전기(60)의 작동을 중단시킨다.

또한, 개질기를 작동시켜 BOG를 개질하여 수소를 생산하고, 생산된 수소를 연료전지의 연료로 공급한다.

그러나, 개질기를 통하여 수소를 생산하기까지는 상당한 일정 시간이 소모되므로, 실질적으로 BOG의 공급과 동시에 연료전지(40)에서 전력이 생산되지는 않는다.

즉, 잉여의 BOG의 감지와 동시에 보조 발전기(60)의 부하를 차단하거나 중단시킬 경우 개질기를 통해 수소를 생산하는 시간까지 즉각적으로 연료전지(40)가 동작할 수 없게된다.

본 실시예에 따르면 이때, 배터리(50)를 방전모드로 전환하여, 보조 발전기(60)에서 감당하고 있던 전력 수요량을 충당한다.

개질기에서 생성된 수소가 연료전지(40)로 공급되어 연료전지(40)에서 실질적으로 전력이 생산되기 시작하면, 제어부(100)는 배터리(50)를 다시 충전모드로 전환하여, 축 발전기(20)에서 생산된 잉여 전력이나 연료전지(40)에서 생산된 잉여 전력을 배터리(50)에 충전한다.

연료전지(40)는 충분한 양의 BOG가 확보되기만 하면, 환경 오염물질을 전혀 배출하지 않으면서도 전력을 오랜 시간 지속적으로 공급할 수 있다. 한편, 배터리(50)는 방전모드로 전환함으로써 즉각적으로 전력을 공급할 수 있기는 하지만, 용량(capacity) 제한이 있어 오랜 시간 지속적으로 전력을 공급할 수는 없다.

즉, 본 실시예에 따르면, 연료전지(40)와 배터리(50)를 상황에 맞게 상호 보완적으로 활용함으로써 최적의 시스템을 구성할 수 있다.

한편, 추진용 메인엔진(10)의 부하가 높을 때에는, 축 발전기(20)로부터 잉여전력이 발생하지 않고, 터빈 발전기(30)의 컴프레서의 부하도 높아지므로 터빈 발전기(30)로부터의 잉여전력도 거의 발생하지 않는다.

이때, 제어부(100)는, 보조 발전기(60)를 작동시키는 대신에, 개질기로 BOG를 공급하고, 수소를 생산하는 동안 배터리(50)를 방전모드로 전환하여 전력 수요처(80)로 전력을 공급하다가, 연료전지(40)로 수소가 공급되어 전력이 생산되기 시작하면 배터리(50)를 충전모드로 전환하는 방식으로 전력을 운용할 수도 있다.

이상과 같이 본 발명에 따른 실시예를 살펴보았으며, 앞서 설명된 실시예 이외에도 본 발명이 그 취지나 범주에 벗어남이 없이 다른 특정 형태로 구체화될 수 있다는 사실은 해당 기술에 통상의 지식을 가진 이들에게는 자명한 것이다. 그러므로 상술한 실시예는 제한적인 것이 아니라 예시적인 것으로 여겨져야 하고, 이에 따라 본 발명은 상술한 설명에 한정되지 않고, 첨부된 청구항의 범주 및 그 동등 범위 내에서 변경될 수도 있다.

10 : 추진용 메인엔진
11 : 프로펠러
20 : 축 발전기
30 : 터빈 발전기
40 : 연료전지
50 : 배터리
60 : 보조 발전기
70 : 스위치 보드
80 : 전력 수요처
90 : 증발가스 유닛
100 : 제어부

Claims

추진용 메인엔진과, 연료전지와, 배터리를 포함하는 하이브리드 선박의 전력 운용 방법에 있어서,
액화천연가스의 증발가스를 상기 추진용 메인엔진의 연료로 공급하고,
잉여의 증발가스가 감지되면,
상기 연료전지에 동작신호를 보내는 것과 동시에 상기 배터리를 방전모드로 전환하며, 상기 잉여의 증발가스가 개질기로 공급되도록 경로를 제어하고,
상기 개질기에서 생성된 수소가 상기 연료전지로 공급되어 연료전지에서 전력이 생성되면 상기 배터리를 충전모드로 전환하는, 하이브리드 선박의 전력 운용 방법.
추진용 메인엔진과, 연료전지와, 배터리를 포함하는 하이브리드 선박의 전력 운용 방법에 있어서,
액화천연가스의 증발가스를 상기 추진용 메인엔진 및 발전용 보조엔진의 연료로 공급하고,
잉여의 증발가스가 감지되면,
상기 연료전지에 동작신호를 보내는 것과 동시에 발전용 보조엔진의 부하를 감소시키며 상기 배터리를 방전모드로 전환하고,
상기 잉여의 증발가스가 개질기로 공급되도록 경로를 제어하고,
상기 개질기에서 생성된 수소가 상기 연료전지로 공급되어 연료전지에서 전력이 생성되면 상기 배터리를 충전모드로 전환하는, 하이브리드 선박의 전력 운용 방법.
청구항 1 또는 2에 있어서,
상기 추진용 메인엔진이 작동하면,
상기 추진용 메인엔진에서 생성된 에너지를 프로펠러에서 사용하고,
상기 프로펠러에서 사용하고 남은 나머지 에너지는 축 발전기에 의해 전력으로 전환하고,
상기 축 발전기에 의해 생성된 전력은 선내 전력 수요처에서 사용하거나 상기 배터리에 충전하는, 하이브리드 선박의 전력 운용 방법.
청구항 3에 있어서,
상기 추진용 메인엔진이 작동하면,
상기 추진용 메인엔진으로부터 배출되는 배기가스를 작동유체로 하여 터빈을 구동시키고,
터빈의 구동력으로 컴프레서를 작동시키고,
상기 컴프레서를 작동시키고 남은 구동력은 전력으로 전환하여, 상기 선내 전력 수요처에서 사용하거나 상기 배터리에 충전하는, 하이브리드 선박의 전력 운용 방법.
청구항 1 또는 2에 있어서,
상기 잉여의 증발가스를 감지하는 것은,
상기 액화천연가스를 저장하는 액화천연가스 저장탱크의 내압 측정값과 상기 추진용 메인엔진의 부하를 인자로 하여 감지하는, 하이브리드 선박의 전력 운용 방법.
액화천연가스의 증발가스를 연료로 사용하여 프로펠러에 동력을 부가하는 추진용 메인엔진;
상기 증발가스를 상기 추진용 메인엔진을 포함하는 연료 수요처로 공급하는 증발가스 유닛;
상기 증발가스를 수소로 개질하는 개질기;
상기 개질기에서 생성된 수소를 연료로 사용하여 전력을 생산하는 연료전지;
선내 전력 수요처의 전력 수요량을 초과하는 전력 생성량을 저장하는 배터리; 및
상기 추진용 메인엔진으로 공급하고 남는 잉여의 증발가스를 감지하고, 잉여의 증발가스가 감지되면 상기 잉여의 증발가스를 상기 개질기로 공급하는 것과 동시에 상기 배터리를 방전모드로 전환하고 상기 연료전지를 동작시키는 제어부;를 포함하는, 하이브리드 선박의 전력 운용 시스템.
청구항 6에 있어서,
상기 추진용 메인엔진의 샤프트에 연결되며 상기 프로펠러에 부가되고 남은 동력을 전력으로 전환하는 축 발전기; 및
상기 추진용 메인엔진으로부터 배출되는 배기가스를 이용하여 전력을 생산하는 터빈 발전기;를 더 포함하고,
상기 제어부는, 축 발전기 및 터빈 발전기에서 생산된 전력은 상기 전력 수요처로 공급되고, 상기 전력 수요처로 공급하고 남는 잉여의 전력은 상기 배터리에 충전시키는, 하이브리드 선박의 전력 운용 시스템.
청구항 6에 있어서,
상기 증발가스를 연료로 사용하여 전력을 생산하는 보조 발전기;를 더 포함하고,
상기 제어부는,
상기 증발가스를 추진용 메인엔진 및 상기 보조 발전기로 공급하되, 상기 잉여의 증발가스가 감지되면 상기 보조 발전기의 부하를 감소시키거나 동작을 중단시키고 상기 증발가스를 개질기로 공급하는, 하이브리드 선박의 전력 운용 시스템.
청구항 6에 있어서,
상기 제어부는,
상기 개질기로부터 상기 연료전지로 수소가 공급되기 시작하면, 상기 배터리를 충전모드로 전환하여 상기 연료전지에서 생산된 전력을 상기 전력 수요처로 공급하되, 상기 전력 수요처로 공급하고 남은 잉여 전력을 상기 배터리에 충전시키는, 하이브리드 선박의 전력 운용 시스템.