KR20230042796A - 선박 - Google Patents

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KR20230042796A
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power grid
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박어진
곽기곤
정진기
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삼성중공업 주식회사
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Abstract

선박을 제공한다. 선박은 선체 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 선체의 항해 중 상기 선체에 적재된 냉동 컨테이너의 동작 온도를 균일하게 유지하기 위한 가변 부하를 추정하고, 상기 추정된 가변 부하를 참조하여 상기 에너지 저장부의 충전 및 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 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 선체, 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 선체의 항해 중 상기 선체에 적재된 냉동 컨테이너의 동작 온도를 균일하게 유지하기 위한 가변 부하를 추정하고, 상기 추정된 가변 부하를 참조하여 상기 에너지 저장부의 충전 및 방전을 제어하는 에너지 관리부를 포함한다.
상기 에너지 관리부는 냉동 컨테이너 개수, 냉동 컨테이너 종류, 냉동 컨테이너 설정 온도, 냉동 컨테이너 외기 온도, 냉동 컨테이너 연식 및 항해 환경을 참조하여 1단계 추정 가변 부하를 산출한다.
상기 에너지 관리부는 상기 1단계 추정 가변 부하 및 상기 냉동 컨테이너의 전력 소비 패턴을 참조하여 2단계 추정 가변 부하를 산출한다.
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 5는 에너지 관리부의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 선내 부하에 의한 전력 사용 패턴을 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 도면이고, 도 3 내지 도 5는 에너지 관리부의 동작을 설명하기 위한 도면이며, 도 6은 선내 부하에 의한 전력 사용 패턴을 설명하기 위한 도면이다.
도 1을 참조하면 선박(10)은 선체(20), 저장 탱크(30), 메인 엔진(40) 및 에너지 관리 시스템(50)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.
메인 엔진(40)은 추진을 위한 회전력을 발생시킬 수 있다. 메인 엔진(40)의 회전력으로 인하여 추진기가 선박(10)의 추진을 위한 추진력을 발생시킬 수 있다. 메인 엔진(40)은 저장 탱크(30)에 저장된 연료를 공급받을 수 있다. 예를 들어, 메인 엔진(40)은 ME-GI(Main engine Electronic control Gas Injection) 엔진과 같은 고압의 분사 엔진일 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 선박(10)은 컨테이너(CT)를 운반하는 컨테이너선일 수 있다. 이에, 선체(20)는 적어도 하나의 컨테이너(CT)를 적재할 수 있다. 컨테이너(CT)는 선체(20)의 갑판에 적재될 수 있고, 선체(20)의 내부에 적재될 수도 있다.
적재되는 컨테이너(CT)에는 냉동 컨테이너(RCT)가 포함될 수 있다. 냉동 컨테이너(RCT)는 공급된 전력으로 동작하여 일정한 동작 온도로 화물을 보관할 수 있다. 구체적으로, 냉동 컨테이너(RCT)는 후술하는 에너지 관리 시스템(50)의 전력망에 연결되어, 전력망으로 전력을 공급받아 동작할 수 있다. 냉동 컨테이너(RCT)는 갑판에 적재되거나 선체(20)의 내부에 적재될 수 있다.
에너지 관리 시스템(50)은 선체(20)의 내부에서 이용되는 전력을 관리할 수 있다.
도 2를 참조하면, 에너지 관리 시스템(50)은 전력망(100), 발전기(200), 선내 부하(300), 에너지 저장부(400), 전력 관리부(500) 및 에너지 관리부(600)를 포함하여 구성된다. 에너지 관리 시스템(50)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 전력을 생산할 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 저장 탱크(30) 또는 별도의 연료 탱크(미도시)에 저장된 연료를 공급받아 동작할 수 있다. 예를 들어, 발전기(200)는 DFDE(Dual Fuel Diesel Electric) 엔진과 같은 저압의 분사 엔진을 포함할 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 수 있다. 또한, 전술한 냉동 컨테이너(RCT)가 선내 부하(300)에 포함될 수 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 발전기의 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 선체(20)의 항해 중 선체(20)에 적재된 냉동 컨테이너(RCT)의 동작 온도를 균일하게 유지하기 위한 가변 부하를 추정하고, 추정된 가변 부하를 참조하여 에너지 저장부(400)의 충전 및 방전을 제어할 수 있다.
선체(20)에는 적어도 하나의 냉동 컨테이너(RCT)가 적재될 수 있다. 냉동 컨테이너(RCT)에는 균일한 온도에서 보관되어야 하는 화물이 수용될 수 있다. 선박(10)이 항해하는 도중에 냉동 컨테이너(RCT)의 동작 온도가 균일하게 유지되어야 하는 것이다. 한편, 냉동 컨테이너(RCT)의 자체적인 특징 및 주변 환경에 따라 동작 온도를 균일하게 유지하기 위한 전력이 상이하게 소비될 수 있다. 예를 들어, 냉동 컨테이너(RCT)의 주변 온도가 상대적으로 높은 경우 상대적으로 높은 전력이 소비되고, 냉동 컨테이너(RCT)의 주변 온도가 상대적으로 낮은 경우 상대적으로 낮은 전력이 소비될 수 있는 것이다.
냉동 컨테이너(RCT)의 소비 전력을 변동시키는 변동 요인은 다양하게 존재할 수 있다. 에너지 관리부(600)는 변동 요인을 고려하여 가변 부하를 추정하고, 추정된 가변 부하(이하, 추정 가변 부하라 한다)를 기초로 에너지 저장부(400)를 제어할 수 있다. 예를 들어, 장차 냉동 컨테이너(RCT)에 소비될 전력이 클 것으로 예측되는 경우 에너지 관리부(600)는 사전에 에너지 저장부(400)가 충분한 전력을 확보하도록 할 수 있다.
냉동 컨테이너(RCT)는 발전기(200)에 의한 전력뿐만 아니라 에너지 저장부(400)에 의한 전력을 공급받아 동작할 수 있다. 이에, 냉동 컨테이너(RCT)는 급격하게 소비 전력을 변경하더라도 안정적으로 전력을 공급받을 수 있게 된다.
이하, 도 3 내지 도 5를 참조하여 에너지 관리부(600)의 동작에 대하여 자세히 설명하기로 한다.
도 3을 참조하면, 에너지 관리부(600)는 추정 가변 부하를 참조하여 에너지 저장부(400)를 제어할 수 있다.
에너지 저장부(400)는 에너지 관리부(600)의 제어에 따라 충전 및 방전을 수행할 수 있다. 에너지 관리부(600)는 냉동 컨테이너(RCT)에 의한 소비 전력이 상대적으로 클 것으로 예측되는 경우 사전에 에너지 저장부(400)가 충전하도록 할 수 있다. 그리고, 에너지 관리부(600)는 냉동 컨테이너(RCT)에 의한 소비 전력에 대응하여 에너지 저장부(400)가 방전하도록 할 수 있다.
추정 가변 부하는 1단계 추정 가변 부하 및 2단계 추정 가변 부하를 포함할 수 있다.
도 4를 참조하면, 에너지 관리부(600)는 냉동 컨테이너 개수, 냉동 컨테이너 종류, 냉동 컨테이너 설정 온도, 외기 온도, 냉동 컨테이너 연식 및 항해 환경을 참조하여 1단계 추정 가변 부하를 산출할 수 있다.
냉동 컨테이너 개수는 선체(20)에 적재된 냉동 컨테이너(RCT)의 개수를 나타낸다. 선체(20)의 갑판 및 선체(20)의 내부에 적재된 모든 냉동 컨테이너(RCT)의 개수가 냉동 컨테이너 개수를 나타낸다.
냉동 컨테이너 종류는 선체(20)에 적재된 각 냉동 컨테이너(RCT)의 종류를 나타낸다. 예를 들어, 냉동 컨테이너 종류에는 냉장용 또는 냉동용을 포함할 수 있다. 냉동 컨테이너 종류에 따라 해당 냉동 컨테이너(RCT)의 동작 온도가 결정될 수 있다.
냉동 컨테이너 설정 온도는 냉동 컨테이너(RCT)에 설정된 동작 온도를 나타낸다. 각 냉동 컨테이너(RCT)별로 개별적으로 동작 온도가 설정될 수 있다. 냉동 컨테이너(RCT)는 동작 온도를 유지하면서 화물을 보관할 수 있다.
외기 온도는 냉동 컨테이너(RCT)의 주변에 대한 공기 순환을 위하여 공급되는 공기의 온도를 나타낸다. 예를 들어, 갑판에 적재된 냉동 컨테이너(RCT)의 외기 온도는 갑판의 온도가 외기 온도에 대응하고, 선체(20)의 내부에 적재된 냉동 컨테이너(RCT)의 외기 온도는 선체(20)의 내부 온도가 외기 온도에 대응할 수 있다.
냉동 컨테이너 연식은 냉동 컨테이너(RCT)가 제조된 연도를 나타내거나 해당 연도에 적용된 제조 방식을 나타낸다. 예를 들어, 특정 연도에 특정 기능일 냉동 컨테이너(RCT)에 적용될 수 있는 것으로서, 이러한 특정 기능이 냉동 컨테이너 연식에 포함될 수 있다.
항해 환경은 선체(20)가 항해하는 도중의 선체(20)의 주변 환경을 나타낸다. 예를 들어, 날씨 변화, 해수 온도 변화, 대기 온도 변화, 위도 변화 및 낮과 밤의 전환 등이 항해 환경에 포함될 수 있다.
항해 초기에 에너지 관리부(600)는 냉동 컨테이너 개수, 냉동 컨테이너 종류, 냉동 컨테이너 설정 온도, 외기 온도, 냉동 컨테이너 연식 및 항해 환경을 참조하여 1단계 추정 가변 부하를 산출하고, 산출된 1단계 추정 가변 부하를 기초로 에너지 저장부(400)를 제어할 수 있다. 에너지 저장부(400)는 선체(20)의 항해 초기에 냉동 컨테이너(RCT)의 소비 전력을 충족하기 위한 충전 및 방전을 수행할 수 있다.
도 5를 참조하면, 에너지 관리부(600)는 전력 소비 패턴 및 1단계 추정 가변 부하를 참조하여 2단계 추정 가변 부하를 산출할 수 있다.
전력 소비 패턴은 냉동 컨테이너(RCT)에 의해 소비되는 전력의 패턴을 나타낸다. 도 6을 참조하여 설명하면, 냉동 컨테이너(RCT)의 전력 소비량은 시간 간격을 두고 일정한 패턴을 형성할 수 있다 구체적으로, 0~t1의 전력 소비 패턴과 t1~t2의 전력 소비 패턴은 유사하게 형성될 수 있다.
전력 소비 패턴이 형성되는 시간 간격은 시간 단위, 일 단위 또는 주 단위일 수 있다. 낮과 밤의 전환 및 선체(20)의 작업 패턴 등에 의해 일정한 시간 간격을 두고 전력 소비 패턴이 형성될 수 있다.
에너지 관리부(600)는 항해 초반에 냉동 컨테이너(RCT)의 전력 소비 패턴을 산출할 수 있다. 그리고, 에너지 관리부(600)는 산출된 전력 소비 패턴과 1단계 추정 가변 부하를 참조하여 2단계 추정 가변 부하를 산출할 수 있다.
항해 중반에 에너지 관리부(600)는 2단계 추정 가변 부하를 참조하여 에너지 저장부(400)를 제어할 수 있다. 냉동 컨테이너(RCT)의 전력 소비 패턴이 반영됨에 따라 에너지 저장부(400)에 대한 보다 세밀한 제어가 가능하게 된다.
또한, 에너지 관리부(600)는 항해 도중에 지속적으로 냉동 컨테이너(RCT)의 전력 소비 패턴을 분석하여 추정 가변 부하를 갱신할 수 있다. 에너지 저장부(400)는 갱신된 추정 가변 부하에 따라 충전 또는 방전을 수행할 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
30: 저장 탱크 40: 메인 엔진
50: 에너지 관리 시스템 100: 전력망
200: 발전기 300: 선내 부하
400: 에너지 저장부 500: 전력 관리부
600: 에너지 관리부 700: 전력 변환기

Claims (4)

  1. 선체; 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 선체의 항해 중 상기 선체에 적재된 냉동 컨테이너의 동작 온도를 균일하게 유지하기 위한 가변 부하를 추정하고, 상기 추정된 가변 부하를 참조하여 상기 에너지 저장부의 충전 및 방전을 제어하는 에너지 관리부를 포함하는 선박.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 에너지 관리부는 냉동 컨테이너 개수, 냉동 컨테이너 종류, 냉동 컨테이너 설정 온도, 냉동 컨테이너 외기 온도, 냉동 컨테이너 연식 및 항해 환경을 참조하여 1단계 추정 가변 부하를 산출하는 선박.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 에너지 관리부는 상기 1단계 추정 가변 부하 및 상기 냉동 컨테이너의 전력 소비 패턴을 참조하여 2단계 추정 가변 부하를 산출하는 선박.
  4. 선체에 장착되어, 상기 선체에서 이용되는 전력을 관리하는 에너지 관리 시스템으로서,
    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 선체의 항해 중 상기 선체에 적재된 냉동 컨테이너의 동작 온도를 균일하게 유지하기 위한 가변 부하를 추정하고, 상기 추정된 가변 부하를 참조하여 상기 에너지 저장부의 충전 및 방전을 제어하는 에너지 관리부를 포함하는 에너지 관리 시스템.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR101349874B1 (ko) 2011-11-30 2014-01-10 삼성중공업 주식회사 선박 추진용 배터리 관리 시스템 및 그 방법

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KR101349874B1 (ko) 2011-11-30 2014-01-10 삼성중공업 주식회사 선박 추진용 배터리 관리 시스템 및 그 방법

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