KR20220055595A - 선박 - Google Patents

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KR20220055595A
KR20220055595A KR1020200139860A KR20200139860A KR20220055595A KR 20220055595 A KR20220055595 A KR 20220055595A KR 1020200139860 A KR1020200139860 A KR 1020200139860A KR 20200139860 A KR20200139860 A KR 20200139860A KR 20220055595 A KR20220055595 A KR 20220055595A
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하대승
심재홍
전원
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삼성중공업 주식회사
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Abstract

선박을 제공한다. 선박은 선체와, 상기 선체에 구비되고, 연료를 저장하는 저장 탱크와, 상기 저장 탱크에서 발생된 증발 가스를 압축시키는 압축기, 및 상기 선체의 내부에서 이용되는 전력을 관리하는 에너지 관리 시스템을 포함하되, 상기 에너지 관리 시스템은, 상기 선체에 구비된 전력망과, 상기 전력망에 연결되고, 전력을 생산하여 상기 전력망으로 공급하는 발전기와, 상기 전력망에 연결되어 전력을 저장하거나 상기 전력망으로 전력을 공급하는 에너지 저장부, 및 상기 저장 탱크의 내부 압력이 사전에 설정된 제1 임계 압력을 초과하는 경우 상기 발전기로 하여금 상기 압축기에 의해 압축된 증발 가스로 벙커링 시에 선내 부하에 공급할 벙커링용 전력을 생산하도록 하고, 상기 에너지 저장부로 하여금 상기 벙커링용 전력을 저장하도록 하는 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 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 구비되고, 연료를 저장하는 저장 탱크와, 상기 저장 탱크에서 발생된 증발 가스를 압축시키는 압축기, 및 상기 선체의 내부에서 이용되는 전력을 관리하는 에너지 관리 시스템을 포함하되, 상기 에너지 관리 시스템은, 상기 선체에 구비된 전력망과, 상기 전력망에 연결되고, 전력을 생산하여 상기 전력망으로 공급하는 발전기와, 상기 전력망에 연결되어 전력을 저장하거나 상기 전력망으로 전력을 공급하는 에너지 저장부, 및 상기 저장 탱크의 내부 압력이 사전에 설정된 제1 임계 압력을 초과하는 경우 상기 발전기로 하여금 상기 압축기에 의해 압축된 증발 가스로 벙커링 시에 선내 부하에 공급할 벙커링용 전력을 생산하도록 하고, 상기 에너지 저장부로 하여금 상기 벙커링용 전력을 저장하도록 하는 에너지 관리부를 포함한다.
상기 에너지 관리부는 벙커링 시에 상기 에너지 저장부로 하여금 상기 벙커링용 전력을 방전하도록 한다.
상기 선박은 상기 압축된 증발 가스를 연소시키는 가스 연소기를 더 포함하고, 상기 에너지 관리부는 상기 저장 탱크의 내부 압력이 상기 제1 임계 압력보다 큰 제2 임계 압력을 초과하는 경우 상기 가스 연소기로 하여금 상기 압축된 증발 가스를 연소시키도록 한다.
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 관리 시스템을 나타낸 도면이다.
도 3 내지 도 7은 선박의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 저장 탱크의 내부 압력 변화를 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 도면이고, 도 2는 도 1에 도시된 에너지 관리 시스템을 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면 선박(10)은 선체(20), 저장 탱크(30), 압력 펌프(40), 압축기(50), 메인 엔진(60), 벙커링 장치(70), 가스 연소기(80) 및 에너지 관리 시스템(90)를 포함하여 구성된다.
저장 탱크(30)는 연료를 저장할 수 있다. 저장 탱크(30)에 저장되는 연료는 액화 가스일 수 있다. 예를 들어, 연료는 LNG(Liquefied Natural Gas), LPG(Liquefied Petroleum Gas), DME(Dimethyl ether) 및 에탄(Ethane) 중 어느 하나일 수 있다.
압력 펌프(40)는 저장 탱크(30)에 저장된 연료를 배출하기 위한 압력을 제공할 수 있다. 구체적으로, 압력 펌프(40)는 저장 탱크(30)에 저장된 연료를 연료용으로 공급하기 위한 압력을 제공할 수 있다. 압력 펌프(40)에 가압된 연료는 메인 엔진(60) 및 에너지 관리 시스템(90)으로 공급되고, 메인 엔진(60) 및 에너지 관리 시스템(90)은 공급된 연료를 연료용으로 이용할 수 있다.
압축기(50)는 저장 탱크(30)에서 발생된 증발 가스를 압축할 수 있다. 압축기(50)에 의해 압축된 증발 가스(이하, 압축 가스라 한다)는 가스 연소기(80) 및 에너지 관리 시스템(90)으로 공급될 수 있다.
메인 엔진(60)은 추진을 위한 회전력을 발생시킬 수 있다. 메인 엔진(60)의 회전력으로 인하여 추진기가 선박(10)의 추진을 위한 추진력을 발생시킬 수 있다. 메인 엔진(60)은 저장 탱크(30)에 저장된 연료를 공급받을 수 있다. 예를 들어, 메인 엔진(60)은 ME-GI(Main engine Electronic control Gas Injection) 엔진과 같은 고압의 분사 엔진일 수 있다.
벙커링 장치(70)는 벙커링 시에 이용될 수 있다. 예를 들어, 벙커링 장치(70)는 매니폴드일 수 있다. 벙커링 장치(70)와 저장 탱크(30)의 사이에는 제1 이송 라인(71) 및 제2 이송 라인(72)이 구비될 수 있다. 제1 이송 라인(71)은 인접한 다른 선박 또는 해상 구조물(미도시)로부터 공급된 연료를 저장 탱크(30)로 이송시키기 위한 연료의 이송 경로를 제공할 수 있다. 공급된 연료는 저장 탱크(30)에 저장될 수 있다. 제2 이송 라인(72)은 저장 탱크(30)에서 발생된 증발 가스를 벙커링 장치(70)로 이송시키기 위한 증발 가스의 이송 경로를 제공할 수 있다.
가스 연소기(80)는 압축기(50)에 의해 압축된 증발 가스 즉, 압축 가스를 연소시킬 수 있다. 전술한 바와 같이, 저장 탱크(30)에 저장된 연료는 액화 가스일 수 있다. 액화 가스는 자연 기화하면서 증발 가스를 발생시킬 수 있다. 또는, 외력으로 선체(20)에 충격이 가해지는 경우 저장 탱크(30)에 증발 가스가 발생될 수 있다. 지나치게 많은 양의 증발 가스가 발생하는 경우 저장 탱크(30)의 내부 압력이 증가하면서 저장 탱크(30)가 파손될 수 있다. 이러한 저장 탱크(30)의 내부 압력을 감소시키기 위하여 가스 연소기(80)는 증발 가스를 연소시킬 수 있다. 가스 연소기(80)가 증발 가스를 연소시킴에 따라 저장 탱크(30)에 존재하는 증발 가스가 일부 제거되고 저장 탱크(30)의 내부 압력이 감소될 수 있게 된다.
에너지 관리 시스템(90)은 선체(20)의 내부에서 이용되는 전력을 관리할 수 있다.
도 2를 참조하면, 에너지 관리 시스템(90)은 전력망(100), 발전기(200), 선내 부하(300), 에너지 저장부(400), 전력 관리부(500) 및 에너지 관리부(600)를 포함하여 구성된다. 에너지 관리 시스템(90)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 2에 도시된 바와 같이 전력망(100)은 교류 전력망일 수 있다. 이에, 발전기(200)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(200)는 전력망(100)에 연결되고, 전력을 생산하여 전력망(100)으로 공급할 수 있다. 예를 들어, 발전기(200)는 2000kW 이상의 대용량 전력을 생산하는 디젤 발전기일 수 있다. 복수의 발전기(200)가 전력망(100)에 병렬로 연결되어 생산된 전력을 전력망(100)에 공급할 수 있다.
발전기(200)는 DFDE(Dual Fuel Diesel Electric) 엔진과 같은 저압의 분사 엔진을 포함할 수 있다. 발전기(200)는 압력 펌프(40)에 의해 가압되어 공급된 연료를 이용하거나 별도의 연료 탱크(미도시)로부터 공급된 연료를 이용하여 전력을 생산할 수 있다. 또는, 발전기(200)는 압축기(50)로부터 제공된 압축 가스를 이용하여 전력을 생산할 수도 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 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 수 있다. 또한, 전술한 압력 펌프(40) 및 압축기(50)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(200)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(200)의 동작 상태를 모니터링하고, 발전기(200)의 동작을 제어하는 역할을 수행한다. 예를 들어, 전력 관리부(500)는 선내 부하(300)의 전력 소비 상태를 확인하고, 그 결과에 따라 발전기(200)로 하여금 전력을 생산하도록 하거나 전력 생산을 중단하도록 할 수 있다.
전력망(100)에는 복수의 발전기(200)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(200)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 발전기(200)의 최대 발전량 중 현재 생산되고 있는 발전량의 비율을 나타낸다.
전력 관리부(500)는 각 발전기(200)의 발전량을 제어함에 있어서 다른 발전기(200)의 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.
또한, 에너지 관리부(600)는 저장 탱크(30)의 내부 압력이 사전에 설정된 제1 임계 압력을 초과하는 경우 발전기(200)로 하여금 압축기(50)에 의해 압축된 증발 가스로 벙커링 시에 선내 부하(300)에 공급할 벙커링용 전력을 생산하도록 하고, 에너지 저장부(400)로 하여금 벙커링용 전력을 저장하도록 할 수 있다. 벙커링용 전력의 생산 및 저장은 벙커링이 수행되지 않는 동안에 수행될 수 있다.
벙커링 시에 에너지 관리부(600)는 에너지 저장부(400)로 하여금 벙커링용 전력을 방전하도록 할 수 있다. 벙커링용 전력을 저장한 에너지 저장부(400)는 해당 벙커링용 전력의 확보를 유지할 수 있다. 즉, 선내 부하(300)에 의해 소비되는 전력이 증가하는 경우 에너지 저장부(400)는 저장된 전력을 전력망(100)으로 공급할 수 있지만, 충전량이 벙커링용 전력량에 도달한 경우 에너지 저장부(400)는 전력망(100)으로의 전력 공급을 중단할 수 있다.
이하, 도 3 내지 도 7을 통하여 선박의 동작에 대하여 자세히 설명하기로 한다.
도 3 내지 도 7은 선박의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 3을 참조하면, 압력 펌프(40)에 의해 가압된 연료(LNG)는 메인 엔진(60) 및 에너지 관리 시스템(90)으로 공급될 수 있다.
메인 엔진(60)은 공급된 연료(LNG)를 이용하여 추진력을 발생시킬 수 있다. 에너지 관리 시스템(90)의 발전기(200)는 공급된 연료(LNG)를 이용하여 전력을 생산할 수 있다.
도 4를 참조하면, 압축기(50)는 압축 가스(CG)를 에너지 관리 시스템(90)으로 공급할 수 있다.
저장 탱크(30)에서 배출된 증발 가스(BOG)는 압축기(50)로 전달되어 압축될 수 있다. 압축기(50)는 증발 가스(BOG)를 압축하여 에너지 관리 시스템(90)으로 공급할 수 있다. 에너지 관리 시스템(90)의 발전기(200)는 공급된 압축 가스(CG)를 이용하여 전력을 생산할 수 있다.
저장 탱크(30)의 내부 압력이 제1 임계 압력을 초과하는 경우 에너지 관리부(600)는 발전기(200)로 하여금 압축 가스(CG)를 이용하여 벙커링용 전력을 생산하도록 하고, 에너지 저장부(400)로 하여금 해당 벙커링용 전력을 저장하도록 할 수 있다.
도 5를 참조하면, 압축기(50)는 압축 가스(CG)를 가스 연소기(80)로 공급할 수 있다.
저장 탱크(30)에서 배출된 증발 가스(BOG)는 압축기(50)로 전달되어 압축될 수 있다. 압축기(50)는 증발 가스(BOG)를 압축하여 가스 연소기(80)로 공급할 수 있다. 가스 연소기(80)는 공급된 압축 가스(CG)를 연소시켜 제거할 수 있다. 에너지 관리부(600)는 가스 연소기(80)로 하여금 압축 가스(CG)를 연소시키도록 하여 저장 탱크(30)의 내부 압력을 감소시킬 수 있다.
도 6을 참조하면, 벙커링 장치(70)를 통해 인접한 다른 선박 또는 해상 구조물로부터 연료가 공급될 수 있다.
벙커링 시에 벙커링 장치(70)는 인접한 다른 선박 또는 해상 구조물로부터 연료(LNG)를 공급받을 수 있다. 공급된 연료(LNG)는 제1 이송 라인(71)을 통해 이송되어 저장 탱크(30)에 저장될 수 있다. 벙커링 시에도 저장 탱크(30)에서 증발 가스(BOG)가 발생할 수 있다. 한편, 벙커링 시에 저장 탱크(30)에서 발생된 증발 가스(BOG)는 제2 이송 라인(72)을 통해 벙커링 장치(70)로 이송되고, 이어서 연료(LNG)를 공급하는 선박 또는 해상 구조물로 회수될 수 있다. 이로 인하여, 벙커링 시에는 저장 탱크(30)에서 발생된 증발 가스(BOG)를 이용한 전력의 생산이 불가능하다. 도 7에 도시된 바와 같이, 벙커링 시에 에너지 관리 시스템(60)의 에너지 관리부(600)는 에너지 저장부(400)에 저장된 벙커링용 전력(BP)이 이용되도록 할 수 있다. 에너지 저장부(400)는 에너지 관리부(600)의 제어에 의해 벙커링용 전력(BP)을 전력망(100)으로 공급할 수 있다. 선내 부하(300)는 벙커링 시에도 전력을 공급받아 정상적으로 동작할 수 있게 된다.
도 8은 저장 탱크의 내부 압력 변화를 설명하기 위한 도면이다.
도 8을 참조하면, 저장 탱크(30)의 내부 압력은 변화할 수 있다. 저장 탱크(30)의 내부 압력이 제1 임계 압력(TP1)을 초과하는 t1 시점에 에너지 관리부(600)는 압축 가스(CG)를 이용하여 발전기(200)로 하여금 벙커링용 전력을 생산하도록 하고, 에너지 저장부(400)로 하여금 벙커링용 전력을 충전하도록 할 수 있다.
발전기(200)에 의해 압축 가스(CG)가 소비됨에 따라 저장 탱크(30)의 내부 압력이 감소될 수 있다. 그리하여, 저장 탱크(30)의 내부 압력이 제1 임계 압력(TP1) 또는 사전에 설정된 안전 압력으로 감소되거나 사전에 설정된 시간이 경과한 경우 벙커링용 전력의 생산 및 저장은 중단될 수 있다.
한편, 벙커링용 전력의 생산 및 저장이 수행되는 도중에도 외력에 의한 충격 등에 의해 저장 탱크(30)의 내부 압력이 증가할 수 있다. 그리하여, 저장 탱크(30)의 내부 압력이 제1 임계 압력(TP1)보다 큰 제2 임계 압력(TP2)을 초과하는 t2 시점에서 에너지 관리부(600)는 가스 연소기(80)로 하여금 압축 가스(CG)를 연소시키도록 할 수 있다.
발전기(200)에 의한 증발 가스(BOG)의 소비와 함께 가스 연소기(80)에 의해 증발 가스(BOG)가 제거됨에 따라 저장 탱크(30)의 내부 압력이 신속하게 감소할 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: 저장 탱크 40: 압력 펌프
50: 압축기 60: 메인 엔진
70: 벙커링 장치 80: 가스 연소기
90: 에너지 관리 시스템 100: 전력망
200: 발전기 300: 선내 부하
400: 에너지 저장부 500: 전력 관리부
600: 에너지 관리부 700: 전력 변환기

Claims (3)

  1. 선체;
    상기 선체에 구비되고, 연료를 저장하는 저장 탱크;
    상기 저장 탱크에서 발생된 증발 가스를 압축시키는 압축기; 및
    상기 선체의 내부에서 이용되는 전력을 관리하는 에너지 관리 시스템을 포함하되,
    상기 에너지 관리 시스템은,
    상기 선체에 구비된 전력망;
    상기 전력망에 연결되고, 전력을 생산하여 상기 전력망으로 공급하는 발전기;
    상기 전력망에 연결되어 전력을 저장하거나 상기 전력망으로 전력을 공급하는 에너지 저장부; 및
    상기 저장 탱크의 내부 압력이 사전에 설정된 제1 임계 압력을 초과하는 경우 상기 발전기로 하여금 상기 압축기에 의해 압축된 증발 가스로 벙커링 시에 선내 부하에 공급할 벙커링용 전력을 생산하도록 하고, 상기 에너지 저장부로 하여금 상기 벙커링용 전력을 저장하도록 하는 에너지 관리부를 포함하는 선박.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 에너지 관리부는 벙커링 시에 상기 에너지 저장부로 하여금 상기 벙커링용 전력을 방전하도록 하는 선박.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 압축된 증발 가스를 연소시키는 가스 연소기를 더 포함하고,
    상기 에너지 관리부는 상기 저장 탱크의 내부 압력이 상기 제1 임계 압력보다 큰 제2 임계 압력을 초과하는 경우 상기 가스 연소기로 하여금 상기 압축된 증발 가스를 연소시키도록 하는 선박.
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