KR20240047339A - 선박으로 에너지를 운송하는 시스템 및 방법 - Google Patents

Abstract

[문제] 송전선을 사용하지 않고 수용 시설에 전력 등 에너지원을 효율적으로 수송한다.
[해결책] 에너지 운송 시스템(100)은 에너지원을 보유하기 위한 보유 수단을 가지는 운송선(10); 운송선(10)의 보유 수단에 에너지원을 공급하는 공급 시설(20); 및 운송선(10)의 보유 수단으로부터 공급되는 에너지원을 수용하는 수용 시설(30)을 포함한다. 운송선(10)의 보유 수단에 보유되는 에너지원의 예로는 전력 및 수소가 있다.

Description

선박으로 에너지를 운송하는 시스템 및 방법

본 발명은 선박에 의해 해상 항로를 따라 육지의 시설들 사이에서 에너지를 운송하는 시스템 및 방법에 관한 것이다.

종래, 해상 풍력 발전 시스템에서는, 예를 들어, 송전선(power transmission cable)을 해저에 매설하고, 해상 발전기에서 생산된 전력은 해저 송전선을 통해 육지 전력 시스템으로 운송된다. 예를 들어, 특허 문헌 1에서 해저 지형에 관계없이 송전선을 부설하기 위해 복수의 해상 풍력 발전 시설을 부유 상태(floating state)로 설치하는 배선 시스템(wiring system)이 개시되어 있다. 또한, 특허 문헌 2에는 해상 풍력 발전으로 생성된 전력을 안정적으로 전국에 공급하기 위해, 육지를 둘러싸고 해상 풍력 발전 시설을 연결하는 고리형 전력 운송망(ring-shaped power transportation network)을 개시하고, 해상 운송망에서 육지까지 송전선을 포함하는 이러한 전력 운송망을 개시한다.

특허 문헌 1: JP 2014-093902 A 특허 문헌 2: JP 2014-158363 A

그런데, 종래 시스템에서는, 예를 들어, 해상 발전 시설에서 생산된 전력을 육지의 수용 시설로 운송하기 위한 송전선이 해저에 설치되고, 이 송전선을 통해 전력이 운송된다. 그러나, 이러한 종래 시스템은 송전선의 설치와 유지 관리에 많은 시간과 비용이 소요될 뿐만 아니라, 다음과 같은 다양한 문제가 있다.

예를 들어, 바다에 송전선을 설치하기 위해, 예를 들어, 국가나 지방 자치 단체의 허가를 받는 절차가 필요하고, 설치 작업에 시간이 걸리기 때문에, 발전 시설이 가동되기까지 많은 시간이 소요된다.

또한, 바다에서 송전선이 설치되는 장소의 경우, 바다나 해저의 자연 환경에 영향을 미칠 위험이 있으므로, 송전선 설치시 주의가 필요하고, 환경 조건에 따라 송전선을 설치하지 못하는 경우도 있을 수 있다.

또한, 송전선은 해저에 고정되어 있기 때문에, 이러한 송전선들을 사용할 때 전력을 운송하는 장소에 대한 선택의 여지가 없다. 예를 들어, 해상의 발전 시설에서 육지의 수용 시설에 송전선을 통해 전력을 운송하는 경우, 전력은 주어진 시간에 특정 수용 시설에 직접 운송될 수밖에 없다. 따라서, 발전 시설에서 임의의 위치로 전력을 전달하기 위해서는, 항상 육지 전력 시스템을 거쳐야 하므로 전력 운송 효율이 떨어지는 문제가 있다.

따라서, 본 발명의 주된 목적은 해저 송전선과 같은 공급 라인(supply line)을 사용하지 않고, 전력과 같은 에너지원을 임의의 수용 시설에 효율적으로 운송하는 방법을 제공하는 것이다.

종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 수단을 깊이 연구한 결과, 본 발명의 발명자는 송전선 등을 이용한 에너지 운송 방법들이 직면하고 있는 다양한 문제들을 공급 시설에서 수용 시설까지 해상 경로를 따라 이동하는 선박에 의한 에너지 운송으로 해결할 수 있다는 것을 알았다. 본 발명자는 상기 지식을 토대로, 종래 기술의 문제를 해결할 수 있다는 생각으로 본 발명을 완성하였다. 보다 구체적으로, 본 발명은 다음과 같은 구성들 또는 단계들을 가진다.

본 발명의 제1 면(aspect)은 에너지 운송 시스템에 관한 것이다. 본 발명에 따른 시스템은 기본적으로: 에너지원을 보유하기 위한 보유 수단을 가지는 운송선; 상기 운송선의 외부에 위치하고 상기 운송선의 상기 보유 수단에 상기 에너지원을 공급하는 공급 시설; 및 상기 운송선의 외부에 위치하고 상기 운송선의 상기 보유 수단으로부터 상기 에너지원을 공급받는 수용시설을 포함한다.

본 발명에서, “에너지원(energy source)”은 전력(electricity) 외에 전력과 호환되는 에너지원을 포함한다. 예를 들어, 에너지원은 전력 외에, 수소, 열, 위치 에너지, 운동 에너지 등을 전력과 양립할 수 있는 포함하고, 에너지원은 실질적인 운영 효율로 일정 시간 동안 유지될 수 있다. 또한, 공급 시설에서 운송선으로 공급되는 에너지원과, 운송선에서 수용 시설로 공급되는 에너지원은 반드시 동일한 종류일 필요는 없다. 예를 들어, 공급 시설에서 운송선으로 수소를 공급하고, 운송선에서 수소로부터 전력을 생성하고, 운송선에서 수용 시설로 전력을 공급할 수 있다. “공급 시설(supply facility)”은 운송선에 에너지원을 공급할 수 있는 시설이다. 예를 들어, 에너지원이 전력인 경우, 공공 전력 시스템과 연결되고 운송선에 전력을 공급하는 기능을 가지는 전력 변압기 등이 여기에서 말하는 공급 시설에 해당한다. “수용 시설(reception facility)”은 운송선으로부터 에너지원을 공급받을 수 있는 시설이고, 육지 시설은 물론 운송선으로부터 공급되는 에너지원을 이용하여 구동되는 선박, 차량, 기차, 항공기 등을 포함한다. 예를 들어, 에너지원이 전력인 경우, 운송선에서 공급된 전력을 공공 전력 시스템으로 운송하는 전력 변압기가 여기서 말하는 수용 시설에 해당한다. 운송선은 케이블을 통해 발전 시설로부터 에너지원을 공급받을 수도 있고, 케이블을 통해 수용 시설에 에너지원을 공급할 수도 있다. 이 경우, 운송선은 케이블을 매달아 고정하는 로봇 암을 더 포함하는 것이 바람직하다.

상기 구성과 같이 공급 시설에서 수용 시설까지 해상 경로를 따라 운송선으로 에너지를 운송함으로써, 다음과 같은 이점이 있다.

첫째, 본 발명에 따르면, 이전처럼 공급 시설과 수용 시설 사이에 송전선을 설치할 필요가 없어 이러한 시설들 사이에서 운송을 시작하기 위한 초기 비용을 절감할 수 있다.

또한, 본 발명은 해저 송전선 역시 필요하지 않으므로, 해저 자연 환경에 미치는 영향을 최소화할 수 있다.

또한, 본 발명에서는, 송전선이 아닌 운송선에 의해 에너지원을 운송하므로, 에너지 운송 목적지를 자유롭게 선택할 수 있다. 예를 들어, 전력 수요가 높은 지역, 상업 시설, 병원, 공공 시설 등으로 에너지원을 직접 운송하는 것이 가능하다.

본 발명에서는, 에너지원을 보유하기 위한 보유 수단을 운송선에 설치함으로써, 전력 판매처에 도달하는 시기를 어느 정도 자유롭게 선택할 수 있다. 예를 들어, 전력 수요가 높은 시기에 전력 수요가 높은 지역으로 운송선을 보내 에너지원의 판매 단가를 높일 수 있다.

본 발명에 따른 에너지 운송 시스템에서, 운송선의 보유 수단은 축전지(2차 전지)일 수 있다. 이 경우, 발전 시설에서 얻은 전력은 필요에 따라 변압(전압 변환 및/또는 직류와 교류의 상호 변환)을 거쳐 운송선에 직접 공급된다. “축전지(storage batteries)”는 전기 에너지를 화학 에너지로 변환하여 에너지를 저장하는 액체 전지와 전-고체 전지(all-solid-state batteries) 뿐만 아니라, 전기 에너지를 회전 운동 등의 물리적 에너지로 변환하여 에너지를 저장하는 플라이휠 전지(flywheel batteries) 등의 기계적 전지를 포함한다. 기계식 전지는, 액체 전지 등과 비교할 때, 에너지 저장 방식이 화학 방식이 아니므로 화재나 폭발의 위험이 적고, 일반 리튬 전지에 비해 수명이 길다는 장점이 있다.

본 발명에 따른 에너지 운송 시스템에서, 운송선의 보유 수단은 수소 탱크일 수 있다. 이 경우, 발전 시설에서 얻은 전기를 이용하여 수전해 설비(water electrolysis equipment) 등에서 수소 가스를 생성하고, 얻은 수소 가스를 운송선의 수소 탱크에 공급한다. 또한, 운송선에서 수용 시설로 수소 가스가 공급될 수 있고, 수용 시설에서 수소 가스는 연료 전지 등을 이용해 전력을 생산하는데 이용될 수 있다. 수전해 설비는 발전 시설에 제공될 수도 있고, 공급 시설에 제공될 수도 있고, 운송선에 제공될 수도 있다. 또한, 연료 전지는 수용 시설에 제공될 수도 있고, 운송선에 제공될 수도 있다.

본 발명에 따른 에너지 운송 시스템은 공급 설비에 에너지원을 공급하는 발전 시설을 더 포함한다. 전력은 예를 들어, 알려진 전력 시스템을 통해 발전 시설에서 공급 시설로 운송된다. “발전 시설(power generation facility)”이라 함은, 풍력 발전, 태양광 발전, 조력 발전, 지열 발전, 수력 발전, 바이오 매스 발전, 화력 발전, 원자력 발전 등 공지된 방법으로 전력을 생산하는 설비를 말한다. 발전 시설에는 발전기, 전력 변압기, 전력 운송 설비, 전력 저장 설비, 에너지원 변환 설비 등 에너지원을 운송선에 공급하기 위해 필요한 각종 설비를 포함한다.

본 발명에 따른 에너지 운송 시스템에서, 공급 시설과 수용 시설은 외딴 섬이나 해안 등 육지에 위치할 수 있다. 예를 들어, 육지 발전 시설에서 생산된 전력은 공공 전력 시스템을 통해 해안에 설치된 공급 시설로 운송되고, 운송 시설은 운송선에 전력을 공급한다. 그러면 운송선은 해상 경로를 통해 해안에 설치된 수용 시설로 전력을 운송한다. 이러한 방식으로, 전력은 운송선을 이용하여 육상 공급 시설에서 수용 시설에 운송될 수 있다.

본 발명의 제2 면은 에너지 운송 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 운송 방법에서, 에너지원은 에너지원 보유 수단을 구비한 운송선에 의해 운송선 외부의 공급 시설로부터 운송선 외부의 수용 시설까지 운송된다. 예를 들어, 본 발명에 따른 운송 방법은 공급 시설에서 운송선으로 에너지원을 공급하는 단계, 운송선에 의해 에너지원을 운송하는 단계, 및 운송선으로부터 수용 시설로 에너지원을 공급하는 단계를 포함한다.

본 발명에 다르면, 송전선과 같은 공급 라인을 사용하지 않고, 임의의 수용 시설로 전력 등의 에너지원을 효율적으로 운송할 수 있다.

도 1은 전력 운송을 예로 들어, 본 발명에 따른 에너지 운송 시스템의 개요를 도시한다.
도 2는 운송선의 주요 구성의 일 예를 도시한 블록도이다.
도 3은 육지의 공급 시설로부터 운송선을 전기적으로 충전하는 방법의 예를 개략적으로 도시한다.
도 4(a)는 운송선에서 육지의 수용 시설로의 전기적인 방전 방법의 예를 개략적으로 도시한다. 도 4(b)는 운송선에서 또다른 선박에 전력을 방전하는 방법의 예를 개략적으로 도시한다.
도 5는 운송선에서 컨테이너(container)를 제거하는 방법의 예를 개략적으로 도시한다.
도 6은 전력 운송 방식의 예를 도시한다.
도 7은 에너지 운송 시스템의 적용예를 도시한 블록도이다. 구체적으로, 도 7은 전력을 대체하거나 전력과 결합하여 운송선에 의해 수소를 운송하는 방법을 도시한다.

이하, 본 발명을 구현하기 위한 실시예를 도면을 이용하여 설명한다. 본 발명은 이하에 설명하는 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술분야에서 통상의 기술자에게 자명한 범위 내에서 이하 설명하는 실시예를 적절하게 변형한 실시예도 포함한다.

도 1은 본 발명에 따른 에너지 운송 시스템 및 에너지 운송 방법의 실시예를 도시한다. 도 1에 도시된 실시예에 따른 에너지 운송 시스템(100)에서는, 전력은 해안에 있는 공급 시설(20)로부터 다른 해안에 있는 수용 시설(30)까지 해상 경로를 통해 운송선(10)에 의해 운송된다. 먼저, 도 1을 참조하여 본 발명의 개요를 설명한다.

도 1에 도시된 바와 같이, 전력은 공공 전력 시스템(200)에서 해안에 설치된 공급 시설(20)로 운송된다. 공급 시설(20)은, 예를 들어, 전력 변압기(power transformer)(21)와, 송전선(power transmission cable)(22)을 포함한다. 공급 시설(20)에서, 변압기(21)는 송전선(32)을 통해 전력 시스템(200)에 연결된다. 전력 변압기(21)는, 예를 들어, 전력 시스템(200)에서 공급되는 전력을 교류(AC) 전력에서 직류(DC) 전력으로 변환한다. 또한, 운송선(10)이 공급 시설(20) 부근에 도착하면, 직류 전력은 전력 변압기(21)에서 충전 케이블을 통해 운송선(10)에 제공되는 축전지(storage battery)(에너지원 보유 수단)에 공급된다. 이와 같이, 운송선(10)에 대한 전력 공급은 해상에서 케이블을 통해 수행되는 것이 바람직하다. 그리고, 축전지의 충전이 완료된, 운송선(10)은 해상 경로를 통해 미리 정해진 수용 시설(30)을 향해 항해한다. 수용 시설(30)은, 예를 들어, 전력 변압기(31)와, 송전선(32)을 포함한다. 운송선(10)이 수용 시설(30) 부근에 도착하면, 축전지에 보유된 직류 전력이 방전 케이블을 통해 전력 변압기(31)에 공급된다. 전력 변압기(31)는 직류 전력을 교류 전력으로 변환하여 변전소 등을 포함하는 공공 전력 시스템(200)에 전달한다.

이와 같이, 본 발명에서는, 기본적으로 전기 에너지가 육지의 공급 시설(20)에서 다른 육지의 수용 시설(30)로 운송되고, 최종적으로는 축전지를 구비한 운송선(10)에 의해 전력 시스템(전력 운송망)으로 운송된다. 비록 운송선(10)의 동력원에 따라 다르지만, 예를 들어, 전력을 동력원으로 하는 모터 타입 운송선(10)의 경우 재충전 없이 해상에서 약 300~500km를 항해할 수 있다. 따라서, 공급 시설(20)로부터 수용 시설(30)까지의 거리는 대략 300~500km정도 될 수 있다.

도 2는 운송선(10)의 주요 구성 요소를 도시한다. 특히, 본 실시예에서, 운송선(10)은 전력을 동력원으로 사용하는 모터 타입(motor type)이다. 다만, 운송선(10)은 화석 연료를 동력원으로 사용하는 내연 기관 타입일 수도 있고, 모터와 내연 기관을 모두 사용하는 하이브리드 타입일 수도 있다. 또한, 운송선(10)은 수소를 동력원으로 하여 구동될 수도 있다. 예를 들어, 수소를 동력원으로 사용하는 경우, 운송선(10)은 연료 전지에서 생산된 전력을 이용하여 모터를 구동하는 연료 전지 타입일 수도 있고, 운송선(10)은 내연 기관으로 수소를 연소시켜 동력을 얻는 수소 엔진 타입일 수도 있다.

도 2에 도시된 바와 같이, 운송선(10)은 컨테이너(10a)와, 선체(10b)를 포함한다. 컨테이너(10a)는 선체(10b)로부터 분리 가능하게 구성된다. 또한, 선체(10b)는 컨테이너(10a)가 제거된 경우에도 독립적으로 항해가 가능하도록 구성된다.

컨테이너(10a)는 공급 시설(20)에서 수용 시설(30)로 운송되는 에너지원(구체적으로, 전력)을 보유하는(holding) 구성 요소이다. 컨테이너(10a)에 저장된 전력은 공급 시설(20)에서 수용 시설(30)로 운송하기 위한 것이므로, 운송 시 운송선(10) 및 선박 내부 설비의 동력원으로 소모되지 않고 기본적으로 그대로 유지된다. 다만, 후술하는 바와 같이 긴급 상황 등의 경우에는 컨테이너(10a)에 저장된 전력을 운송선(10) 등의 동력원으로 사용할 수도 있다.

컨테이너(10a)는 충전/방전 포트(11), 복수의 배터리 셀(12), 및 배터리 제어 장치(13)를 포함한다. 충전/방전 케이블(40)(도 3 참조)이 삽입되는 충전/방전 포트(11)는 각 배터리 셀(12)을 충전 및 방전시키기 위한 인터페이스(interface)이다. 배터리 셀(12)은 컨테이너(10a) 내에 설치된 축전지이다. 설치된 배터리 셀(12)의 개수에 따라, 운송선(10)의 컨테이너(10a)에 저장될 수 있는 전력량이 조절될 수 있다. 예를 들어, 운송선(10)의 크기에 따라 컨테이너(10a)는 200~6000MWh의 전력량을 확보할 수 있다. 배터리 제어 장치(13)는 각 배터리 셀(12)에 접속되고, 각 배터리 셀(12)에 대한 전력의 충전/방전 양 및 충전/방전 속도를 제어하기 위한 제어 회로이다. 배터리 제어 장치(13)는 회로 기판 상에 CPU, 제어 프로그램을 저장하는 메모리, 외부 서버 장치와의 통신 장치, 배터리 셀(12)의 충전 상태를 감지하는 센서 장치 등을 포함한다.

본 실시예에서, 컨테이너(10a)가 선체(10b)로부터 제거 가능하게 구성되지만, 각 배터리 셀(12)이 컨테이너(10a)로부터 제거 가능하도록 구성될 수도 있다. 한편, 각 배터리 셀(12)이 컨테이너(10a)에 제거 가능하게 부착되는 경우, 컨테이너(10a) 자체가 선체(10b)에 제거 불가능하게 고정될 수도 있다. 또한, 본 실시예에서, 배터리 제어 장치(13)는 컨테이너(10a) 내부에 설치되지만, 이러한 구성 대신에, 배터리 제어 장치(13)가 선체(10b) 측에 설치될 수도 있다.

운송선(10)의 선체(10b)는 기존적으로 전력을 동력원으로 사용하는 일반적인 모터 타입 선박과 동일한 구성을 가진다. 즉, 선체(10b)는 구동 배터리(14), 인버터(15), 및 모터(16)를 포함한다. 구동 배터리(14)는 운송선(10) 및 내부 장비의 전력으로 소비되는 전기를 보유한다. 인버터(15)는 구동 배터리(14)에서 나오는 전기를 제어 또는 변환하여 모터(16)에 공급한다. 모터(16)는 인버터(15)로부터 공급받은 전기를 전력으로 변환한다. 예를 들어, 모터(16)는 샤프트(미도시)를 통해 스크류 프로펠러(screw propeller)를 회전시켜 운송선(10)의 추진력을 얻는다.

이와 같이, 선체(10b)에는 운송을 위한 전력을 저장하는 배터리 셀(12)과 별도의 구동 배터리(14)가 구비되어, 배터리 셀(12)의 전력을 소모하지 않고도 항해가 가능하다. 그러나, 본 실시예에서, 구동 배터리(14)는 배터리 제어 장치(13)를 통해 배터리 셀(12)에 전기적으로 연결된다. 따라서, 긴급 상황 등의 상황에서는 배터리 셀(12)의 전력이 구동 배터리(14)에 공급될 수 있다. 이에 따라, 운송선(10)도 배터리 셀(12)의 전기를 동력원으로 하여 항해할 수 있게 된다.

또한, 도시되지는 않았지만, 운송선(10)은 에너지원인 전력 대신에 수소를 운송할 수도 있다. 이 경우, 컨테이너(10a) 내부에는 배터리 셀(12) 대신에 수소 탱크가 설치될 수도 있다. 또한, 운송선(10)은 수소를 동력원으로 하여 항해하는 것일 수도 있다. 이 경우, 구동 배터리(14) 대신에 연료 전지가 선체(10b)에 설치될 수도 있다. 또한, 전력을 동력원으로 하는 운송선(10)에 의해 수소를 운송할 수도 있고, 수소를 동력원으로 하는 운송선(10)에 의해 전력을 운송할 수도 있다.

도 3은 육지의 공급 시설(20)로부터 운송선(10)의 배터리 셀(12)로 전력을 공급하는 방법을 개략적으로 도시한다. 공급 시설(20)로부터 운송선(10)으로의 전력 공급은 기본적으로 운송선(10)이 해상에 있는 동안 충전/방전 케이블(40)을 통해 이루어진다. 전력을 공급받은 운송선(10)은 닻을 내리면서 공급 시설(20) 부근에 정박할 수도 있고, 닻을 내리지 않고 모터와 스크류 프로펠러를 제어하여 공급 시설(20) 부근에 정박할 수도 있다. 참고로, 충전/방전 케이블(40)은 운송선(10)에 구비될 수도 있고, 공급 시설(20)에 구비될 수도 있다. 또한, 공급 시설(20)로부터 운송선(10)으로의 전력 공급은 기본적으로 배터리 셀(12)에 저장된 전력을 수용 시설(30)로 운송할 에너지원으로 공급하는 것을 목적으로 이루어진다. 운송선(10)이 소비하는 전력원으로서 공급 시설(20)로부터 운송선(10)에 전력(구동 배터리(14)에 저장되는 전력)을 공급하는 것도 가능한다; 그러나, 이것이 주요 목적은 아니다.

도 3에 도시된 방법에서, 운송선(10)은 충전/방전 케이블(40)을 매달아 파지하는 로봇 암(robot arm)(50)을 포함한다. 로봇 암(50)으로 충전/방전 케이블(40)을 파지함으로써, 운송선(10)은 충전/방전 케이블(40)이 해수면에 닿지 않고도 충전이 가능할 수 있다.

또한, 로봇 암(50)은 충전/방전 케이블(40)의 파지 위치의 공간적 위치(수평 위치 및 수직 위치)를 일정하게 유지하기 위한 안정 장치를 포함하는 것이 바람직하다. 스태빌라이저 매커니즘(stabilizer mechanism)은 파지된 부위의 공간적 위치를 기계적으로 유지할 수 있다. 또한, 스태빌라이저 매커니즘은 가속도 센서, 자이로 센서 등과 같은 센서 장치로부터의 감지 정보에 기초하여 파지된 부위의 공간적 위치를 유지하도록 전기적으로 제어될 수 있다. 운송선(10)에 대한 전력 공급은 해상에서 이루어지며, 파도나 조수의 영향을 받기 쉽다. 따라서, 운송선(10)의 로봇 암(50)에 스태빌라이저 매커니즘을 설치함으로써, 충전/방전 케이블(40)이 충전/방전 포드로부터 우연히 떨어지는 것을 방지하거나, 충전/방전 케이블(40)의 고정이나 단선이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 또한, 도시되지는 않았지만, 로봇 암(50)을 운송선(10)에 탑재하지 않고 충전/방전 케이블(40)을 해수면에 부유시킨 상태에서 공급 시설에서 운송선(10)에 전력을 공급하는 것도 가능하다.

도 4는 운송선(10)에서 연안의 수용 시설(30)로 전력을 공급하는 방법을 개략적으로 도시한 것이다. 기본적으로, 운송선(10)이 해상에 머무르는 동안, 운송선(10)으로부터 수용 시설(30)로의 전력 공급은 충전/방전 케이블(40)을 통해 수행되는 것이 바람직하다. 다만, 육지에 있는 수용 시설(30)에 전력을 공급하는 경우, 수용 시설(30) 근처에 항구가 있으면 운송선(10)은 그 항구에 정박할 수 있다.

도 4의 (a)에 도시된 시스템에서는, 육지의 수용 시설(30)은 전력 변압기(31)를 포함한다. 운송선(10)의 배터리 셀(12)에 저장된 전력은 로봇 암(50)에 파지된 충전/방전 케이블(40)을 통해 전력 변압기(31)에 공급된다. 배터리 셀(12)에는 직류 전력이 저장되므로, 전력 변압기(31)는 직류 전력을 교류 전력으로 변환한 후, 교류 전력을 송전선(32)을 통해 전력 시스템(200)으로 전송한다. 또한, 도시되지는 않았으나, 도 3의 (b)에 도시된 방법과 유사하게, 로봇 암(50)을 운송선(10)에 설치하지 않고, 충전/방전 케이블(40)을 해수면에 부유시킨 채로 운송선(10)에서 전력 변압기(31)로 전력을 공급하는 것도 가능하다.

도 4의 (b)에 도시된 예에서는, 전력은 운송선(10)에서 해상에 있는 다른 선박(34)으로 공급된다. 선박(34)의 예는 전기를 동력원으로 하여 항해하는 모터 타입 선박이다. 이 경우, 운송선(10)에 설치된 배터리 셀(12)로부터 선박(34)에 전력을 공급함으로써 선박(34)은 해상에서 구동 배터리를 충전할 수 있다. 이와 같이, 운송선(10)으로부터 에너지원의 공급처는 육지의 수용 시설(30)에 한정되지 않고, 해상에 있어 전력을 에너지원으로 필요로 하는 선박(34)일 수도 있다.

또한, 도시되지는 않았으나, 운송선(10)으로부터 에너지원의 공급처(수용 시설)는 육지에 있는 차량(EV 또는 FCV)일 수 있으며, 상업 시설, 병원, 주택, 대중 교통 시설 등 다양한 장소에 에너지원을 직접 공급하는 것도 가능하다. 이와 같이, 본 발명에 의하면, 운송선(10)이 에너지원을 운송하는 목적지를 자유롭게 선택하는 것이 가능해진다.

도 5는 운송선(10)에서 컨테이너(10a)를 제거하고, 컨테이너(10a)를 개별적으로 운송하는 방법을 도시한다. 전술한 바와 같이, 운송선(10)은 배터리 셀(12)을 수용한 컨테이너(10a)를 선체(10b)로부터 분리할 수 있도록 구성된다. 이로 인해, 예를 들어, 도 5에 도시된 바와 같이, 운송선(10)이 항구에 정박한 후, 크레인(310)에 의해 컨테이너(10a)를 선체(10b)로부터 제거하고, 컨테이너(10a)를 트레일러(320)에 적재할 수 있다. 그 결과, 대용량 컨테이너(10a)를 다양한 지역 및 위치에 개별적으로 운송할 수 있다. 예를 들어, 농촌, 산과 숲, 건설 현장 등 송전선이 설치되지 않은 곳에서도 에너지원(전력)을 자유롭게 운송할 수 있다. 컨테이너(10a)를 운송하는 방법은 트레일러(320)에 한정되지 않으며, 기차 등의 기타 육지 운송 방법, 헬리콥터, 비행기 등의 항공 운송 방법, 화물선 등의 해상 운송 방법도 사용될 수 있다. 또한, 백업 전원으로서 컨테이너(10a)를 항구에 그대로 하역하여 보관하는 것도 가능하다.

도 6은 본 발명에서 가정하는 전력 전송 방법을 도시한다. 발전 시설(60)에서 생산된 교류 전력은 전력 시스템(200)을 통해 공급 시설(20)로 운송된다. 공급 시설(20)에서, 전력 변압기(21)는 교류 전력을 직류 전력으로 변환한다. 또한, 이 때, 전력 변압기(21)는 전력을 220kV 내지 550Kv의 고전압 직류(HVDC) 전력으로 변환한다. 이 고전압 직류 전력은 전력 변압기(21)로부터 운송선(10)으로 공급된다. 이와 같이, 운송선(10)의 배터리 셀을 고전압 직류 전력으로 충전함으로써 운송 중 전력 손실을 억제할 수 있다.

또한, 운송선(10)으로부터 수용 시설(30)로 고전압 직류 전력을 이용하여 전력이 공급된다. 따라서, 수용 시설(30) 측에서도 집전판(current collector board)(33)과 고전압 직류 전력용 전력 변압기(31)를 마련할 필요가 있다. 운송선(10)의 배터리 셀에 보유된 전력은 집전판(33)을 거쳐 전력 변압기(31)에 공급된다. 전력 변압기(31)는 고전압 직류 전력을 각 지역의 규격에 맞는 100V~250V 정도의 교류 전력으로 변환한 후, 송전선(32)을 통해 전력 시스템(200)에 운송한다.

다음으로, 도 7을 참조하여 전술한 본 발명의 실시예의 적용예를 설명한다. 도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 전력 운송 시스템(100)은 발전 시설(60)을 포함한다. 발전 시설(60)은 발전기(61)와 전력 변압기(62)를 포함한다. 발전기(62)로는 풍력 발전기(61a) 뿐만 아니라, 태양광 발전기(61b), 조력 발전기(61c), 지열 발전기(61d), 수력 발전기(61e), 및 바이오매스 발전기(61f) 등 신재생 에너지를 이용한 발전 방법을 채용할 수 있다. 또한, 발전기(61)로서 화력 발전기 또는 원자력 발전기도 사용할 수 있다. 발전 시설(60)에서는 이들 발전기(61a 내지 61f 등) 중 선택된 1종을 전력 발생을 위해 사용해도 되고, 복수의 기종을 조합하여 전력 발생을 위해 사용해도 된다. 각각의 발전기의 타입은 이미 잘 알려져 있으므로, 각각의 발전기의 상세한 구조에 대해서는 설명하지 않는다. 발전기(61)에서 생산된 전력은 전력 변압기(62)를 거쳐 공공 전력 시스템(200)으로 공급된다.

또한, 전술한 실시예에서, 운송용 에너지원으로 전력이 사용되었다. 즉, 공급 시설(20)은 전력 시스템(200)으로부터 얻은 전력을 운송선(10)에 공급한다. 이러한 방식으로 운송선(10)은 배터리 셀(12)에 전기를 충전하여 해상 항로를 통해 전력을 운송한다. 이로 인해, 도 7의 상부에 도시된 전력 운송 시스템과 같이, 공급 시설(20)에서, 전력 변압기(21)에 의해 교류 전력에서 직류 전력으로 변환되어 운송선(10)의 배터리 셀(12)에 충전되고, 수용 시설(30)에서도 역시, 배터리 셀(12)로부터 공급된 전력은 전력 변압기(31)에 의해 직류 전력에서 교류 전력으로 변환되어 전력 시스템(200)으로 전달된다.

한편, 도 7의 적용예에서, 수소를 운송용 에너지원으로 사용할 수도 있다. 이 경우, 공급 시설(20)은 전력 시스템(200)으로부터 획득한 전력을 수전해 설비(23)에 공급한다. 수전해 설비(23)는 전력을 이용해 물을 전기분해하여 고순도 수소 가스를 생성한다. 수전해 설비(23)에서 생성된 수소 가스는 수소 가스 공급 노즐(공급 라인)을 통해 해상에 정박해 있거나, 정박 중인 운송선(10)에 공급된다. 운송선(10)에는 수소 탱크(17)가 구비되고, 수전해 설비(23)로부터 공급되는 수소 가스는 수소 탱크(17)에 저장된다. 또한, 수소 가스 공급 라인은 도 3에 도시된 예와 같이, 운송선(10)의 로봇 암(50)에 의해 유지되는 것이 바람직하다.

수소 탱크(17)의 충전이 완료되면, 운송선(10)은 수용 시설(30)을 향해 항해한다. 수소를 에너지원으로 사용하는 경우, 수용 시설(30)에는 연료 전지(35)가 설치된다. 운송선(10)의 수소 탱크(17)로부터 공급 노즐(공급 라인)을 통해 연료 전지(35)에 수소 가스가 공급된다. 연료 전지(35)는 운송선(10)으로부터 공급되는 수소와 공기 중의 산소를 화학 반응시켜 전력을 생성한다. 연료 전지(35)에서 얻은 전력은 필요에 따라 변환되어 전력 시스템(200)으로 전달된다. 이와 같이, 운송선(10)에 의해 수소를 운송함으로써, 공급 시설(20)에서 얻은 에너지원을 수용 시설(30)로 운송할 수 있다.

본 발명에 따른 에너지 운송 시스템(100)은 도 7에 도시된 전력 운송 시스템(상부 예) 또는 수소 운송 시스템(하부 예) 중 하나를 포함할 수도 있고, 이들 운송 시스템 모두를 포함할 수도 있다. 즉, 필요에 따라 전력 운송과 수소 운송을 선택하여 실행하는 것이 가능하다.

전술한 바와 같이, 본 명세서에서는 본 발명의 내용을 표현하기 위해, 본 발명의 실시예를 도면을 참조하여 설명하였다. 그러나, 본 발명의 전술한 실시예에 한정되지 않으며, 본 명세서에 기재된 사항을 토대로 본 기술분야에서 통상의 기술자에게 자명한 변형 및 개량을 포함한다.

본 발명은 에너지 운송 시스템 및 에너지 운송 방법에 관한 것이다. 예를 들어, 본 발명은 발전 사업 및 전력 운송 사업에 적합하게 사용될 수 있다.

10: 운송선(Transportation ship)
10a: 컨테이너(Container)
10b: 선체(Hull)
11: 충전/방전 포트(Charging/discharging port)
12: 배터리 셀(Battery cell)
13: 베터리 제어 장치(Battery control device)
14: 구동 배터리(Drive battery)
15: 인버터(Inverter)
16: 모터(Motor)
17: 수소 탱크(Hydrogen tank)
20: 공급 시설(Supply facility)
21: 전력 변압기(Power transformer)
22: 송전선(Power transmission cable)
23: 수전해 설비(Water electrolysis equipment)
30: 수용 시설(Reception facility)
31: 전력 변압기(Power transformer)
32: 송전선(Power transmission cable)
33: 집전판(Current collector board)
34: 선박(Ship)
35: 연료 전지(Fuel cell)
40: 충전/방전 케이블(Charging/discharging cable)
50: 로봇 암(Robot arm)
60: 발전 시설(Power generation facility)
61: 발전기(Power generator)
62: 전력 변압기(Power transformer)
100: 에너지 운송 시스템(Energy transportation system)
200: 전력 시스템(Power system)
310: 크레인(Crane)
320: 트레일러(Trailer)

Claims (7)

1. 에너지원(energy source)을 보유하기 위한 보유 수단(holding means)을 가지는 운송선(transportation ship);
   상기 운송선의 외부에 위치하고, 상기 보유 수단에 에너지원을 공급하는 공급 시설(supply facility); 및
   상기 운송선의 외부에 위치하고, 상기 보유 수단으로부터 에너지원을 공급받는 수용 시설(reception facility)을 포함하는 에너지 운송 시스템.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 보유 수단은 축전지(storage battery)인 시스템.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 보유 수단은 수소 탱크(hydrogen tank)인 시스템.
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 공급 시설에 에너지원을 공급하는 발전 시설(power generation facility)을 더 포함하는 시스템.
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 공급 시설과 상기 수용 시설은 육지에 위치하는 시스템
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 운송선은 케이블을 통해 상기 발전 시설로부터 에너지원을 공급받거나, 상기 케이블을 통해 에너지원을 상기 수용 시설에 공급하고,
   상기 운송선은 상기 케이블을 매달아 고정하는(suspending and holding) 로봇 암(robot arm)을 더 포함하는 시스템.
7. 운송선 외부의 공급 시설로부터 에너지원을 보유하는 보유 수단을 구비하는 상기 운송선에 의해 상기 운송선 외부의 수용 시설로 상기 에너지원을 운송하는 단계를 포함하는 에너지 운송 방법.