KR20220047033A

KR20220047033A - 선박

Info

Publication number: KR20220047033A
Application number: KR1020200130456A
Authority: KR
Inventors: 전원; 손문호; 정진기; 하대승
Original assignee: 삼성중공업 주식회사
Priority date: 2020-10-08
Filing date: 2020-10-08
Publication date: 2022-04-15

Abstract

선박을 제공한다. 선박은 선체와, 상기 선체에 구비된 전력망과, 상기 전력망에 연결되고, 전력을 생산하여 상기 전력망으로 공급하는 복수의 발전기와, 상기 전력망에 연결되어 전력을 저장하거나 상기 전력망으로 전력을 공급하는 에너지 저장부, 및 상기 복수의 발전기 중 일부가 교대 운전하는 경우 상기 에너지 저장부의 방전을 제어하는 에너지 관리부를 포함한다.

Description

선박{Ship}

본 발명은 발전기 및 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.

에너지 저장 시스템은 부하의 이용 현황에 따라 전력을 저장하거나 방출할 수 있다.

대한민국 공개특허공보 제10-2017-0114332호 (2017.10.16)

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 발전기 및 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 연결되고, 전력을 생산하여 상기 전력망으로 공급하는 복수의 발전기와, 상기 전력망에 연결되어 전력을 저장하거나 상기 전력망으로 전력을 공급하는 에너지 저장부, 및 상기 복수의 발전기 중 일부가 교대 운전하는 경우 상기 에너지 저장부의 방전을 제어하는 에너지 관리부를 포함한다.

상기 에너지 관리부는 교대 운전하는 발전기 중 동작 중단되는 발전기의 목표 발전량 또는 동작 개시하는 발전기의 목표 발전량에 대응하는 전력이 상기 전력망으로 일정하게 공급되도록 상기 에너지 저장부의 방전을 제어한다.

상기 에너지 관리부는 교대 운전하는 발전기 중 동작 중단하는 발전기의 발전량과 동작 개시하는 발전기의 발전량의 차이에 대응하는 전력이 상기 전력망으로 공급되도록 상기 에너지 저장부의 방전을 제어한다.

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 복수의 발전기 중 일부가 교대 운전하는 것을 나타낸 도면이다.
도 3 및 도 4는 교대 운전하는 발전기의 교대 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 5 및 도 6은 교대 운전하는 발전기의 부족 전력을 에너지 저장부가 보충하는 것을 설명하기 위한 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 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) 및 에너지 관리 시스템(30)을 포함할 수 있다.

에너지 관리 시스템(30)은 전력망(100), 발전기(210~240), 선내 부하(300), 에너지 저장부(400), 전력 관리부(500) 및 에너지 관리부(600)를 포함하여 구성된다. 에너지 관리 시스템(30)은 선박(10) 또는 해양구조물에 설치되어 전력 저장 및 관리를 수행할 수 있다.

전력망(100)은 선체(20)에 구비되고, 선내에 구비된 각종 전력 설비에 연결되어 전력 설비간 전력 교환을 수행할 수 있다.

도 1에 도시된 바와 같이 전력망(100)은 교류 전력망일 수 있다. 이에, 발전기(210~240)에서 생산된 전력은 직접적으로 전력망(100)으로 공급되고, 전력망(100)의 교류 전력은 AC/DC 컨버터 및 DC/AC 인버터와 같은 전력 변환기(700)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(700)가 적절히 배치될 수 있다. 이하, 전력망(100)이 교류 전력망인 것을 위주로 설명하기로 한다.

발전기(210~240)는 전력을 생산할 수 있다. 예를 들어, 발전기(210~240)는 2000kW 이상의 대용량 전력을 생산하는 디젤 발전기일 수 있다. 복수의 발전기(210~240)가 전력망(100)에 병렬로 연결되어 생산된 전력을 전력망(100)에 공급할 수 있다.

선내 부하(300)는 전력망(100)으로부터 공급된 전력을 이용하여 동작할 수 있다. 예를 들어, 선내 부하(300)는 추진력을 발생시키는 추진기, 크레인, 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(300)에 포함될 수 있으며, 후술하는 전력 관리부(500) 및 에너지 관리부(600)가 선내 부하(300)에 포함될 수도 있다.

에너지 저장부(400)는 전력망(100)에 연결되어 전력을 저장하거나 전력망(100)으로 전력을 공급할 수 있다. 구체적으로, 에너지 저장부(400)는 발전기(210~240)에 의하여 생산된 전력을 저장하거나, 전력망(100)을 통해 저장된 전력을 선내 부하(300)에 공급할 수 있다.

에너지 저장부(400)는 배터리(410) 및 컨버터(420)를 포함할 수 있다. 배터리(410)는 전력을 충전하거나 방전하고, 컨버터(420)는 배터리(410)의 전력을 변환할 수 있다.

배터리(410)는 직류 전력을 충전하거나 방전할 수 있다. 컨버터(420)는 전력망(100)으로부터 수신된 교류 전력을 직류 전력으로 변환하여 배터리(410)로 전달하거나, 배터리(410)로부터 수신된 직류 전력을 교류 전력으로 변환하여 전력망(100)으로 공급할 수 있다.

본 발명의 에너지 저장부(400)는 에너지 저장 시스템(ESS; Energy Storage System)일 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.

전력 관리부(500)는 전력망(100)에 연결된 선내 부하(300) 및 발전기(210~240)의 동작 상태를 모니터링하고, 발전기(210~240)의 동작을 제어하는 역할을 수행한다. 예를 들어, 전력 관리부(500)는 선내 부하(300)의 전력 소비 상태를 확인하고, 그 결과에 따라 발전기(210~240)로 하여금 전력을 생산하도록 하거나 전력 생산을 중단하도록 할 수 있다.

전력망(100)에는 복수의 발전기(210~240)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(210~240)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 발전량 중 현재 생산되고 있는 발전량의 비율을 나타낸다.

전력 관리부(500)는 각 발전기(210~240)의 발전량을 제어함에 있어서 다른 발전기의 발전량을 참조할 수도 있다.

에너지 관리부(600)는 전력 관리부(500) 및 에너지 저장부(400)를 제어하는 역할을 수행한다. 예를 들어, 에너지 관리부(600)는 전력망(100)의 전력 공급 상태를 감지하고, 그 결과에 따라 에너지 저장부(400)를 제어할 수 있다.

특히, 에너지 관리부(600)는 복수의 발전기(210~240) 중 일부가 교대 운전하는 경우 에너지 저장부(400)의 방전을 제어할 수 있다. 발전기(210~240)가 교대 운전하는 경우 부족 전력이 발생할 수 있는데, 에너지 관리부(600)는 부족 전력량을 에너지 저장부(400)가 보충할 수 있도록 하는 것이다. 이하, 도 2 내지 도 6을 참조하여 발전기(210~240)의 교대 운전에 대하여 자세히 설명하기로 한다.

도 2는 도 1에 도시된 복수의 발전기 중 일부가 교대 운전하는 것을 나타낸 도면이고, 도 3 및 도 4는 교대 운전하는 발전기의 교대 과정을 설명하기 위한 도면이며, 도 5 및 도 6은 교대 운전하는 발전기의 부족 전력을 에너지 저장부가 보충하는 것을 설명하기 위한 도면이다.

도 2를 참조하면, 복수의 발전기(210~240) 중 일부는 교대 운전할 수 있다.

발전기(210~240)의 유지 보수를 위하여 복수의 발전기(210~240) 중 일부가 교대 운전할 수 있다. 교대 운전에 의해 동작 중인 발전기는 동작을 중단하고, 중단 중인 발전기는 동작을 개시할 수 있다.

도 2의 (a)는 발전기 1(210) 및 발전기 2(220)가 운전 중인 것을 도시하고 있고, (b)는 발전기 2(220)와 발전기 3(230)이 교대 운전하여 발전기 1(210) 및 발전기 3(230)이 운전 중인 것을 도시하고 있으며, (c)는 발전기 1(210)과 발전기 4(240)가 교대 운전하여 발전기 3(230) 및 발전기 4(240)가 운전 중인 것을 도시하고 있다.

발전기가 교대 운전하는 도중에 교대 운전 중인 발전기가 낮은 부하율로 발전을 수행할 수 있다. 도 3을 참조하여 설명하면, 발전기 2(220)에서 발전기 3(230)으로 교대 운전되는 상황에서 발전기 2(220) 및 발전기 3(230)은 교대 운전 중에 낮은 부하율로 발전을 수행할 수 있다.

새롭게 동작을 개시하는 발전기 3(230)가 목표 발전량의 전력을 생산할 수 있을 때까지 일정 시간이 소요될 수 있다. 도 4를 참조하여 설명하면, 발전기 3(230)의 발전량이 목표 발전량(TP3)에 도달할 때까지 발전기 2(220)의 동작이 지속되어야 하는 것으로서, 이 때 발전기 2(220) 및 발전기 3(230)이 낮은 부하율로 발전을 수행하는 것이다.

발전기(210~240)가 목표 발전량에 대응하는 목표 부하율보다 낮은 부하율로 발전하는 경우 발전 효율이 감소될 수 있다. 발전기(210~240)는 연료를 연소시켜 전력을 생산하는 것인데, 부하율이 낮은 경우 소비된 연료에 비하여 생산된 전력량이 감소될 수 있는 것이다. 따라서, 발전기(210~240)가 낮은 부하율로 동작하는 것을 제한하는 것이 바람직하다.

본 발명의 실시예에 따른 에너지 관리부(600)는 발전기(210~240)가 낮은 부하율로 발전을 수행하는 것을 감소시킬 수 있다. 이를 위하여, 에너지 관리부(600)는 에너지 저장부(400)에 저장된 전력이 전력망(100)으로 공급되도록 할 수 있다. 구체적으로, 에너지 관리부(600)는 교대 운전하는 발전기 중 동작 중단되는 발전기의 목표 발전량 또는 동작 개시하는 발전기의 목표 발전량에 대응하는 전력이 전력망(100)으로 일정하게 공급되도록 에너지 저장부(400)의 방전을 제어할 수 있다.

도 5를 참조하면, 에너지 저장부(400)는 교대 운전하는 발전기의 부족 전력을 보충할 수 있다.

발전기 2(220)에서 발전기 3(230)으로 교대 운전이 수행될 수 있다. 이 때, 발전기 2(220)는 동작을 중단하고, 발전기 3(230)은 목표 발전량(TP3)에 도달할 때까지 발전량을 지속적으로 증가시킬 수 있다.

발전기 2(220)가 동작을 중단함에 따라 발전기 2(220)의 발전량이 급격하게 감소될 수 있다. 즉, t1 시점에서 발전기 2(220)가 동작을 중단한 경우 ts 시점에 발전기 2(220)의 발전량은 0이 될 수 있다. 따라서, 발전기 2(220)의 동작 중단이 개시되고, 발전기 3(230)의 동작이 개시되는 시점인 t1부터 발전기 3(230)의 발전량이 목표 발전량(TP3)에 도달하는 t2 시점까지 전력망(100)으로 공급되는 전력의 부족이 발생할 수 있다.

에너지 관리부(600)는 해당 부족 전력을 에너지 저장부(400)가 보충하도록 할 수 있다. 에너지 저장부(400)는 에너지 관리부(600)의 제어에 따라 t1 시점부터 t2 시점까지 방전을 수행할 수 있다. 에너지 관리부(600)는 교대 운전하는 발전기 중 동작 중단하는 발전기의 발전량과 동작 개시하는 발전기의 발전량의 차이에 대응하는 전력이 전력망(100)으로 공급되도록 에너지 저장부(400)의 방전을 제어할 수 있다. 이에, 에너지 저장부(400)는 t1 시점부터 ts 시점까지 방전량을 증가시키고, ts 시점부터 t2 시점까지 방전량을 감소시킬 수 있다.

부족 전력량은 동작 중단되는 발전기의 목표 발전량 또는 동작 개시하는 발전기의 목표 발전량을 기준으로 산출될 수 있다. 도 5를 참조하여 설명하면, 발전기 2(220)의 목표 발전량(TP2)을 기준으로 하는 경우 부족 전력량은 발전기 2(220)의 목표 발전량(TP2)에서 발전기 3(230)의 발전량을 뺀 값으로 결정될 수 있다. 한편, 발전기 3(230)의 목표 발전량(TP3)을 기준으로 하는 경우 부족 전력량은 발전기 3(230)의 목표 발전량(TP3)에서 발전기 2(220)의 발전량을 뺀 값으로 결정될 수 있다.

동작 개시하는 발전기의 목표 발전량을 기준으로 부족 전력량이 산출되는 경우 t1 시점 및 t2 시점에서 에너지 저장부(400)의 방전량은 0 이외의 값을 가질 수 있다.

도 5는 발전기 2(220)의 동작이 중단되는 시점부터 발전량이 0이 될 때까지 일정 시간이 소요되는 것을 도시하고 있으나, 도 6에 도시된 바와 같이 발전기 2(220)의 동작이 중단되는 즉시 발전량이 0이 될 수 있다. 이러한 경우 에너지 저장부(400)는 t1 시점에 발전기 2(220)의 목표 발전량(TP2) 또는 발전기 3(230)의 목표 발전량(TP3)의 전력을 방전할 수 있다. 이에 따라 발전기 2(220)에 의한 전력 공급이 즉시 중단되더라도 전력망(100)에는 균일한 양의 전력이 공급될 수 있게 된다.

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
30: 에너지 관리 시스템 100: 전력망
210~240: 발전기 300: 선내 부하
400: 에너지 저장부 500: 전력 관리부
600: 에너지 관리부 700: 전력 변환기

Claims

선체;
상기 선체에 구비된 전력망;
상기 전력망에 연결되고, 전력을 생산하여 상기 전력망으로 공급하는 복수의 발전기;
상기 전력망에 연결되어 전력을 저장하거나 상기 전력망으로 전력을 공급하는 에너지 저장부; 및
상기 복수의 발전기 중 일부가 교대 운전하는 경우 상기 에너지 저장부의 방전을 제어하는 에너지 관리부를 포함하는 선박.
제1 항에 있어서,
상기 에너지 관리부는 교대 운전하는 발전기 중 동작 개시하는 발전기의 목표 발전량에 대응하는 전력이 상기 전력망으로 일정하게 공급되도록 상기 에너지 저장부의 방전을 제어하는 선박.
제2 항에 있어서,
상기 에너지 관리부는 교대 운전하는 발전기 중 동작 중단하는 발전기의 발전량과 동작 개시하는 발전기의 발전량의 차이에 대응하는 전력이 상기 전력망으로 공급되도록 상기 에너지 저장부의 방전을 제어하는 선박.