KR20230167363A - 선박용 전기 구동 장치 - Google Patents

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위르겐 게르데스
올리버 셰퍼스
게르드 스테펜스
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엠베체-마리팀 비즈니스 앤드 컨설팅 유게 (하프퉁스베체랑크트) 앤드 코. 카게
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Abstract

본 발명은 선박용 전기 구동 장치(electric drive)에 관한 것이며, 상기 구동 장치는 적어도 하나의 추진 장치(3)를 갖는 적어도 하나의 모터(4)와 발전소(1)를 구비하고, 상기 발전소(1)는 연료의 산화를 위한 적어도 하나의 고체 산화물 연료 전지(2)를 구비한다.

Description

선박용 전기 구동 장치
본 발명은 적어도 하나의 전기 모터, 추진 장치 및 발전소를 포함하는 선박용 전기 추진 시스템(electric propulsion system)에 관한 것이다.
전 세계 바다를 항해하는 140,000척 이상의 선박에는 일반적으로 직접 또는 기어박스를 통해 토크를 프로펠러 샤프트에 전달하여 프로펠러를 구동하는 디젤 엔진이 장착되어 있다. 선박에는 전기도 필요하기 때문에, 디젤 전기(diesel-electric electricity)를 생산하는 보조 디젤 엔진도 사용된다. 엔진은 전력 요구 사항에 따라 더 많은 전력으로 영구적으로 작동한다. 현재까지 알려진 선박의 내연기관은 화석 연료를 회전 에너지로 변환하며, 이 과정에서 상당한 양의 배기가스를 발생시킨다. 현대 선박에서 사용되는 연료는 주로 디젤 엔진에서 연소되는 중유 또는 선박용 디젤유이다. 그 결과 선박의 배기구에서 상당량의 이산화탄소(CO2)뿐만 아니라 질소산화물(NOx), 황산화물(SOx), 입자, 회분 등도 배출된다. 글로벌 상선 해운은 전 세계 무역의 약 90%를 운송하며, 전 세계 CO2 배출량의 약 2.9%를 배출한다. 유럽 및 국제 기후 목표를 달성하려면, 이 높은 비율을 크게 줄여야 한다. 가능한 한 빨리 탄소 배출 제로 목표를 달성해야 한다는 해운업계의 압박은 엄청나다. 선박에서 내연기관을 사용하면 다른 단점도 있다. 예를 들어, 바다에 정박 중인 선박 및 해양 물체에서 발생하는 소음 방출과 환경에 미치는 악영향이 여기에 포함된다. 한편으로는 이는 그곳에 거주하고 일하는 사람들에게 유해하고, 다른 한편으로는 해양 환경에 유해하다. 특히, 방향 감각, 먹이 찾기, 의사소통 또는 포식자 회피를 위해 청각에 의존하는 동물은 영구적인 손상을 입을 수 있다. 선박으로 인한 소음은 국제해사기구의 구속력 있는 결의안의 대상이기도 하다. 여기에는 선박 내 다양한 건물에 대한 소음 제한이 포함된다. 디젤 엔진 외에도 소음원은 주로 프로펠러 샤프트 역학, 프로펠러에서 발생하는 압력 및 베어링 힘, 에어컨 시스템, 기동 장비, 특히 횡방향 스러스터, 윈치, 와류 분리, 공기 흡입구 및 배출구 또는 샤프트 충격 등이 있다.
현재, 재생 에너지원 또는 합성 에너지원을 사용하여 선박 운송 시의 배기가스 배출량을 줄이기 위한 다양한 계획(initiatives)이 있다. 그러나 디젤 엔진은 여전히 주 구동 및 발전기로 사용되고 있다. 해운 업계에서는 이미 CO2 배출을 구체적으로 줄이기 위한 프로젝트가 진행되고 있다. 그러나 지금까지 고안된 해결책은 예를 들어 연료 탱크가 너무 복잡하고 너무 커지기 때문에 실제로 실행 가능하지가 않다.
따라서, 본 발명은 적어도 배기가스를 거의 배출하지 않는 선박용 추진 시스템을 생성하는 과제를 갖는 것이다.
본 발명의 과제는 발전소가 화석 연료 또는 합성 연료의 산화를 위해 고체 산화물 연료 전지로 설계된 적어도 하나의 고온 연료 전지를 포함한다는 사실에 의해 해결된다.
본 발명에 따르면, 내연기관은 미래에 관련 선박에서 내연기관 없이도 수행 될 수 있는 것이다. 대신 화석 연료 또는 합성 연료를 산화시키기 위해 하나 이상의 고온 연료 전지로 구성된 발전소가 이 기술을 대체한다. 목표는 관련 선박에서 배기가스를 완전히 배출하지 않도록 하는 것이다. 이를 위해 디젤 또는 연소 엔진이 완전히 교체된다. 대신, 고온 연료 전지를 발전소로 사용하고, 선박에 가장 적합한 발전소와 선박에 가장 적합한 연료를 매칭한다. 발전소는 연료 전지의 연료를 산화시킨다. 고온 연료 전지를 기반으로 하는 이러한 새로운 용도의 조합 덕분에 배기가스를 배출하지 않거나 최소한 배출이 극히 적은 선박을 실현할 수 있다.
발전소로 사용되어 프로펠러의 회전 에너지를 생성할 뿐만 아니라 선박에 전류를 공급하는 고체 산화물 연료전지(solid oxide fuel cells)(SFOC 또는 SOFC)로 설계된 고온 연료전지가, 특히 적합하다는 것이 입증되었다. 디젤 엔진 대신, 전기 모터가 추진 장치(예: 프로펠러 샤프트)를 구동하며, 이 추진 장치는 이전과 같이 디젤 발전기 대신 SFOC 연료전지로부터 에너지를 가져온다.
본 발명의 바람직한 실시예는 발전소가 전기 및/또는 화력을 생성하는 것이다. 따라서, SFOC 발전소는 화석 또는 합성 연료의 에너지 함량을 사용하여 전기 및 화력을 생성한다. 생성되는 유일한 배기 가스는 수증기와 이산화탄소 뿐이다. 동시에, 발전소는 소음이 적고 소음의 원인인 디젤 엔진을 대부분 제거했다.
이 경우에서 특히 중요한 것은, 알칸 그룹에서 유래해야 하며 본 발명에 따른 전기 구동이 이루어지고 중유 또는 디젤유를 대체하는 연료이다. 메탄올 또는 암모니아가 연료로 사용되는 경우, 유용하다. 이 사양은 수소로 작동하는 연료 전지가 아니라, 메탄올 또는 기타 알칸으로 작동 할 수 있는 연료 전지이며 SFOC 연료 전지에서 발견되었다. 메탄올 연소 SFOC가 선박에 사용된 것은 이번이 처음이다. 이 조합은 LNG 선박뿐만 아니라 모든 선박에서 가능한 것이다.
추진 시스템에 발전소에서 발생하는 배기가스를 받아들이는 데 사용되는 저장 장치가 할당되어 있다는 사실도 여러 측면에서 유리하다. 이것은 예를 들어, CO2 포집 및 저장 장치가, SFOC 발전소에서 발생하는 CO2 배기가스를 포집하여 선상에 저장하는 경우이다. CO2는 분리하지 않고, 포집하여 MOF 구조에 저장된다.
본질적으로, 연료 전지는 급격하고 격렬한 부하(load) 변화에 직면했을 때 문제가 발생할 수 있다는 특성이 있다. 특히, 선박의 경우 바람과 파도에 의한 부하 변화는 자연적으로 주기적으로 발생하는 것이다. 따라서 선박의 성능 변동을 보상하기 위해 발전소에서 생성된 에너지를 저장하는 데 사용되는 저장 장치를 추진 시스템에 장착하는 것이 적절하다. 이를 위해 배터리가 온-보드(on-board) 전기 시스템에 에너지 저장 장치로 통합되어 있다.
배터리 저장 시스템은 저장된 에너지를 몇 초 안에 여러 번 방출하거나 흡수할 수 있으므로, 부하 변동에 따른 에너지를 저장할 수 있다. 구체적으로 말하자면, 이는 이미 원칙적으로 언급했듯이 온-보드 전기 시스템에 통합된 배터리가 저장 장치 역할을 하도록 설계되었다.
그 결과, SFOC 연료 전지가 기본 부하를 전달하고 배터리가 전력 피크를 차지하게 된다. 마이너스 피크의 경우 배터리를 적절히 충전할 수 있다. 제어를 위해 특수 전력 관리 시스템이 사용되어 전력 분배를 자동으로 조절하고 SFOC 연료 전지가 최적으로 작동하도록 보장한다.
또한 배터리 에너지 저장 시스템은 예를 들어 SFOC 발전소가 기술적인 이유로 일시적 또는 영구적으로 에너지를 공급할 수 없는 경우, 비상 전원 공급장치 역할을 한다.
본 발명의 유리한 실시예는, 전기 모터가 SFOC 발전소 및/또는 저장 장치로부터 구동 에너지를 얻음으로써 배터리 에너지 저장 시스템이 네트워크에서 가능한 부하 변동을 보상하는 것을 제공한다.
본 발명에 따른 선박은 또한 SFOC 발전소에서 가스 활용화에 의해 생성 된 CO2가 대기 환경으로 들어가기 전에 적절한 포집 장치에서 분리된다는 점에서 완전히 새로운 가능성을 열어놓은 것이다. 한 가지 변형에 따르면 CO2는 적절한 항구에서 해안에 방출하거나 판매하기 위해 더 오랜 기간 동안 선상에 저장할 수 있다. 이러한 측면에서, 가스 활용화에 의해 회수된 CO2를 저장하기 위해 적어도 하나의 탱크가 선박에 제공될 필요성이 있다. 이는 CO2를 저장할 수 있는 하나 이상의 탱크가 선박에 통합되어 있다는 것을 의미한다. 또한 발전소에 필요한 연료를 저장하기 위해 적어도 하나의 탱크가 선박에 제공되고, 가스 활용화를 위해 회수 된 CO2를 저장하기 위해 적어도 하나의 탱크가 선박에 제공 될 것으로 예상된다.
회수된 CO2를 불활성 가스로 사용하여 알코올과 관련된 위험을 줄일 수 있다는 사실은, 또 다른 유리한 설계임이 입증되었다. 불활성 가스는 알코올과 관련된 폭발 위험이 크기 때문에 특정 적용 분야에서는 반드시 사용해야만 한다. 포집된 CO2는 적절한 구조적 조치를 통해 이 기능을 대신하게 된다.
CO2의 총체적 상태를 고려해야 한다. CO2의 임시 저장을 위해서는, MOF 저장 탱크, 냉각 용기 및/또는 압력 탱크 용기가 사용될 것으로 예상된다. CO2를 기체 상태로 저장할 때는, MOF 저장 탱크를, 고체 상태에서는 드라이아이스를, 액체 상태에서는 5bar 내지 70bar의 압력을 받는 압력 탱크 용기를 사용하는 것이 좋다. 저장 장치는 비압축, 가압 및/또는 냉각된 CO2를 저장하는 데 사용되거나 또는 저장 장치는 비압축, 가압 및/또는 냉각된 CO2를 보관하는 데 사용된다.
본 발명의 또 다른 유리한 실시예는, 중앙 메인 배전반의 전기 에너지가 전기 유저에게 분배되고 그리고 전기 모터에 중앙 메인 배전반으로부터 에너지가 공급되는 것을 제공한다.
추진 장치와 관련하여 추가로, 프로펠러, 아지포드, 제트 등이 선박을 구동하는 역할을 하는 것이 제안되었다. 전기 모터는 추진 기술에 에너지를 공급하는 기능을 갖고 있다. 회전 방향을 반대로 할 수 있는 전기 모터를 사용하는 것이 유용하다. 이에 대한 필수 구성요소는 온-보드 전기 시스템으로, 선박에는 전기 에너지 분배를 위한 온-보드 네트워크가 있으며, 온-보드 전기 시스템은 교류(AC), 직류(DC) 또는 이 둘의 조합으로 설계된다.
본 발명에 따른 전기 구동 장치의 또 다른 중앙 장치는 전력 관리이다. 선박에는 메인 배전반에서 사용 가능한 전력을 제어하는 전력 관리 시스템이 있다.
전력 관리 시스템은 또한 발전소 및 에너지 저장 장치로부터의 전력 소비를 자동화하거나 발전소 및 에너지 저장 장치로부터의 전력 소비를 최적화하는 기능을 갖고 있다.
전력 관리 시스템이 에너지 저장 시스템의 충전/방전을 제어한다는 사실은, 이 시스템의 고효율화에 크게 기여하며, 전력 관리 시스템에는 많은 안전 기능도 포함되어 있어 에너지 효율을 전략적으로 제어할 수도 있다.
본 발명은 특히, 하나 이상의 프로펠러, 아지포드(azipod), 워터 제트 및 발전소와 같은 적어도 하나의 추진 장치를 갖는 적어도 하나의 엔진을 갖춘 선박용 전기 추진 시스템이 생성된다는 사실을 특징으로하며, 이것은 지금까지 일반적이고 많은 측면에서 문제가되는 연료 중유/디젤유 및 이에 의해 구동되는 엔진을 갖지 않고 수행되고 전기 구동으로 대체한 것이다. 이를 위해, 적어도 하나의 고체 산화물 연료 전지를 구비한 발전소가 연료를 산화시키는 데 사용되며, 연료는 편리하게는 메탄올이다. 다른 연료의 사용도 고려해 볼 수 있다. 동시에, 발전소는 특히 환경 친화적인 방식으로 연료 전지의 연료를 산화시킨다. 따라서, 본 발명의 목적은 발전소에서 선상의 액체 연료를 (전기) 에너지로 변환하여, 결과적으로 온실 가스, 소음 또는 기타 배출물을 생성하지 않는 배출가스 없는 선박을 이루는 것이다. 본 발명에 따른 선박은 회전 프로펠러, 나셀(nacelle)형 추진 모듈(방위(azimuth)), 워터제트 추진 시스템 또는 임의의 다른 전기 추진 시스템으로 구성된 전기 추진 시스템을 포함한다. 본 발명에 따른 선박은 또한, 회전 방향을 변경할 수 있는 전기 모터(추진 모터)와, 무엇보다도 연료 전지에서 메탄올, 암모니아, 알코올 등과 같은 화석 또는 합성 연료를 산화시켜 합성 가스로 개질하고 필요한 전기 에너지를 생성하는 SFOC 발전소(고온 고체 산화물 연료 전지)를 포함한다. 연료 저장을 위해, 본 발명에 따른 선박은 적절한 연료 탱크 또는 CO2 포집 및 저장 시스템을 포함하여 SFOC 발전소에서 생성된 CO2 배기 가스를 포집하여 선상에 저장한다. 수집된 CO2는 무가압, 냉각 또는 가압 상태로 저장할 수 있으며, 수집된 CO2를 육상의 적절한 지점에서 방출 및 판매할 수도 있다. 또한, 선박의 전력 변동에 대응하고 전기 에너지 소비를 최적화하며, 비상 발전기 역할도 하는 배터리 에너지 저장 시스템이 계획되어 있다. 또한, 온-보드 전기 시스템의 교류(AC), 직류(DC) 또는 그 조합에 맞는 온-보드 전기 시스템이 구현되었으며, 적절한 메인 개폐 장치와 함께 지능적이고 적합한 전력 관리 시스템을 포함하고, 이것은 추진 시스템의 복잡한 전력 요구 사항을 제어하고 궁극적으로 해상 선박을 배기가스 배출 없이 에너지 효율적으로 운영할 수 있도록 선상 전기 소비를 최적화 한다.
전력 변동을 흡수하기 위해 배터리 에너지 저장 시스템이 온-보드 전기 시스템에 통합되었다. 배터리 에너지 저장 시스템은 저장된 에너지의 몇 배를 순식간에 다시 방출하거나 흡수할 수 있으므로 부하 변동에 따른 에너지를 공급하고 저장할 수 있다. 또한, 배터리 에너지 저장 시스템은 예를 들어 SFOC 발전소가 기술적인 이유로 에너지를 공급할 수 없는 경우, 비상 전원 공급 장치 역할을 한다. SFOC 발전소의 에너지 생산과 추진을 위한 에너지 추출을 최적화하기 위해, 해양 물체(maritime object)에는 특별한 지능형 전력 관리 시스템 자동화가 장착되어, SFOC 발전소가 항상 최적의 운영 창에서 운영될 뿐만 아니라 필요한 추진력 및 전기 에너지를 항상 안전하게 사용할 수 있도록 보장한다.
본 발명의 주제에 대한 보다 상세한 사항 및 장점은 관련 도면의 다음의 설명에서 찾을 수 있다.
도 1은 바람직한 실시예가 필요한 세부 사항 및 개별 부품, 특히 전기 드라이브의 기능에 대한 다이어그램과 함께 도시한 도면이다.
예시된 도면에서, 선박(2)으로 설계된 선박의 추진 시스템은 일반적으로 '3'으로 지칭되며, SFOC 발전소(1) 또는 배터리 에너지 저장소(6)에서 에너지를 끌어 오는 방식으로 전력 네트워크(5)에 통합되는 전기 모터(4)를 포함한다. 이 저장 시스템은 네트워크(5)에서 발생할 수 있는 부하 변동을 보상한다. 모든 전기 사용자는 전력 네트워크(5)에 연결되며, 적절한 메인 배전반(7)에서 제어된다. 지능형 전력 관리 시스템은 전기 사용자의 에너지 공급을 제어하고 최적화 한다. 메탄올 또는 기타 연료를 저장하는 탱크는 '9'로 지칭되었고, '10'은 CO2의 임시 저장을 위한 저장 탱크를 지칭한다.

Claims (20)

  1. 적어도 하나의 전기 모터(4), 추진 장치(3) 및 발전소(1)가 있는 선박용 전기 구동 장치에 있어서, 상기 발전소(1)는 화석 또는 합성 연료의 산화를 위해 고체 산화물 연료 전지(2)로 설계된 적어도 하나의 고온 연료 전지(2)를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 구동 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 발전소(1)는 전기 및/또는 화력을 생성하는 것을 특징으로 하는 전기 구동 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 연료는 알칸 그룹으로부터 유래하는 것을 특징으로 하는 전기 구동 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 구동 장치에는 발전소(1)에서 생성된 에너지를 수신하는 데 사용되는 저장 장치(6)가 할당되는 것을 특징으로 하는 전기 구동 장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 저장 장치(6)는 선박의 전력 변동을 보상하기 위한 것을 특징으로 하는 전기 구동 장치.
  6. 제5항에 있어서, 온-보드 전기 시스템(5)에 통합된 배터리는 저장 장치(6) 역할을 하는 것을 특징으로 하는 전기 구동 장치.
  7. 제5항에 있어서, 상기 저장 장치(6)는 비상 전력 공급 장치로 설계된 것을 특징으로 하는 전기 구동 장치.
  8. 제1항에 있어서, 상기 엔진(4)은 SFOC 발전소(1) 및/또는 저장 장치(6)로부터 에너지를 획득하는 것을 특징으로 하는 전기 구동 장치.
  9. 제1항에 있어서, 상기 발전소(1)에 필요한 연료의 저장을 위해 선박(2) 선상에 적어도 하나의 탱크(9)가 제공되는 것을 특징으로 하는 전기 구동 장치.
  10. 제1항에 있어서, 가스 활용화에 의해 회수 된 CO2의 저장을 위해 선박(2) 선상에 적어도 하나의 용기(10)가 제공되는 것을 특징으로 하는 전기 구동 장치.
  11. 제1항에 있어서, 회수된 CO2는 알코올과 관련된 위험을 감소시키기 위해 불활성 가스로서 작용하는 것을 특징으로 하는 전기 구동 장치.
  12. 제10항에 있어서, MOF 저장 탱크, 냉각 용기 및/또는 압력 탱크 용기는 CO2의 임시 저장을 위해 사용되는 것을 특징으로 하는 전기 구동 장치.
  13. 제11항에 있어서, 상기 탱크(10)는 비압축, 가압 및/또는 냉각된 CO2를 저장하는 데 사용되는 것을 특징으로 하는 전기 구동 장치.
  14. 제1항에 있어서, 전기 에너지는 중앙 메인 배전반(7)에서 전기 소비자에게 분배되는 것을 특징으로 하는 전기 구동 장치.
  15. 제14항에 있어서, 상기 중앙 메인 배전반(7)은 전기 모터(4)에 에너지를 공급하는 데 사용되는 것을 특징으로 하는 전기 구동 장치.
  16. 제1항에 있어서, 프로펠러, 아지포드, 제트 등은 선박(2)의 추진력(3) 역할을 하는 것을 특징으로 하는 전기 구동 장치.
  17. 제1항에 있어서, 상기 선박은 전기 에너지 분배를 하기 위한 온-보드 전기 시스템(5)을 구비하는 것을 특징으로 하는 전기 구동 장치.
  18. 제1항에 있어서, 상기 선박은 메인 배전반(7)에서 사용 가능한 전력을 제어하는 전력 관리 시스템(8)을 구비하는 것을 특징으로 하는 전기 구동 장치.
  19. 제18항에 있어서, 상기 전력 관리 시스템(8)은 발전소(1) 및 에너지 저장 장치(6)로부터의 전력 소비를 자동화하는 것을 특징으로 하는 전기 구동 장치.
  20. 제18항에 있어서, 상기 전력 관리 시스템(8)은 에너지 저장 장치(6)의 충전/방전을 제어하는 것을 특징으로 하는 전기 구동 장치.
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CN100386936C (zh) * 2001-01-22 2008-05-07 西门子公司 水运工具的能量系统
DE10231152A1 (de) * 2002-07-10 2004-02-12 Siemens Ag Elektrisches Energieversorgungssystem für ein Schiff, insbesondere für ein mit niedriger IR-Signatur betreibbares Marine(Navy)-Schiff
DE102014114792A1 (de) * 2014-10-13 2016-04-14 Thyssenkrupp Ag Verfahren zum Betrieb eines Stromnetzes, insbesondere eines Stromnetzes eines Wasserfahrzeugs
DE102018202973A1 (de) * 2018-02-28 2019-08-29 Siemens Aktiengesellschaft Energieversorgungssystem für ein Unterwasserfahrzeug, Verfahren zum Betrieb eines Energieversorgungssystems sowie Unterwasserfahrzeug mit einem solchen Energieversorgungssystem
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