KR20240055032A - 수소 생성, 수집 및 분배를 위한 디바이스, 시스템, 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 개시내용의 일 양태에 따르면, 수소 생성 방법이 제공된다. 방법은 연안 현장에서 수중 전개된 수력 전기 터빈으로부터 AC 전류를 생산하는 단계를 포함한다. 방법은 또한 AC 전류를 DC 전류로 변환하고 DC 전류를 수력 전기 터빈의 연안 현장의 물 위에 위치 설정된 전해조에 인가하는 단계를 포함한다. 방법은 전해조를 통해 수소를 생성하는 단계를 더 포함한다.

Description

수소 생성, 수집 및 분배를 위한 디바이스, 시스템, 및 방법

관련 출원에 대한 상호 참조

본 출원은 2021년 8월 30일자로 출원된 "Devices, Systems, and Methods for Hydrogen Generation, Collection, and Distribution"이라는 명칭의 미국 가특허 출원 제63/238,538호에 대한 우선권을 주장하며, 그 전체 내용은 본 명세서에 참조로 포함된다.

기술 분야

본 개시내용은 전반적으로 최종 제품으로서 전기를 생산하는 데 유용한 수소 생성, 수집, 및 분배를 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 개시내용은 수소 생성, 수집, 및 분배를 위한 견고한 시스템을 달성하기 위해 다양한 수상 기술을 사용하는 수력 전기 에너지 시스템의 전개에 관한 것이다.

본 명세서에 사용된 섹션 제목은 조직 목적만을 위한 것이며 어떤 방식으로든 설명된 주제를 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다.

신재생 에너지원을 이용하고 탄소 기반 에너지 생산에 대한 의존도를 감소시키는 것은 오늘날 전 세계에 걸쳐 관심이 증가하고 있다. 예를 들어, 바람 또는 수류와 같은 유체 유동으로부터 변환된 전기 생성을 포함하지만 이에 제한되지 않는 다양한 에너지 생산 기술이 화석 연료에 대한 의존도를 감소시키기 위한 노력으로 개발되었다. 이러한 에너지 변환 시스템은 블레이드가 (예를 들어, 바람 또는 물로부터의) 유체 흐름과 상호 작용하여 발전기를 회전시켜 전기를 생산하는 로터의 회전을 야기하는 터빈에 의존하는 경우가 많다.

수력 전기 에너지 시스템에서, 수력 전기 터빈은 움직이는 수역(예를 들어, 강, 바다 또는 기타 흐름 소스) 또는 기타 유체 소스의 흐름으로부터 전기를 생성하는 데 사용된다. 예를 들어, 조력 발전은 조류에 의해 야기되는 물의 이동이나 조수로 인한 해수면의 상승 및 하강을 활용한다. 물이 상승했다가 하강함에 따라, 유동, 즉, 유체 흐름이 생성된다. 예를 들어, 강으로부터의 일방향 유동은 전기를 생성하는 데 사용될 수 있는 흐름을 생성한다.

전력망에 분배하기 위한 전기의 생산 외에도, 유체 유동 에너지 변환 시스템을 포함하지만 이에 제한되지 않는 신재생 에너지원은 해당 시스템에 의해 생산된 전기를 사용하여 전기 분해 장비(전해조)에 전력을 공급함으로써 수소를 생산하는 데 사용될 수 있다. 전기 분해 프로세스에 의해 생성된 수소는 비탄소 기반 연료 형태로서 저장 및 사용될 수 있다. 전기 분해는 수소를 생산하는 효율적인 방법으로 널리 고려된다. 예를 들어, 현재 이용 가능한 기술을 사용하면, 전기 분해를 통해 약 75%의 효율로 수소를 생산할 수 있는 것으로 밝혀졌다. 따라서, 약 39.4 kWh의 에너지를 보유하는 순수 수소 연료 1 kg을 생산하기 위해서는, 약 52.5 kWh의 전기가 필요하다. 전기 분해 효율을 약 95%까지 개선시킴으로써, 1 kg의 수소 연료를 생성하는 데 약 41.5 kWh의 전기만 필요하게 된다. 전기 분해 효율을 증가시키기 위해, 본 개시내용의 실시예에서는, 예를 들어 고온 전해조를 이용하는 것을 고려한다.

수력 전기 에너지 시스템은 대규모 수역에 의존하고 같은 위치에 있기 때문에 전기 분해를 사용하여 수소를 생산하는 데 특히 적합할 수 있다. 그러나, 비용 효율적이고, 견고하며, 신뢰할 수 있는 수소 생성, 수집 및 분배를 달성하기 위해 이러한 기술을 구현하는 데는 다양한 문제가 존재한다. 예를 들어, 수력 전기 에너지 시스템을 일반적으로 해안으로부터 비교적 멀리 위치될 수 있는 수중 환경에 전개하는 경우, 가혹한 환경 조건으로부터의 장비 보호, 시스템을 전개하는 관심 현장에 대한 접근, 해당 현장으로부터 수소의 수집, 및/또는 수집 현장으로부터 너무 멀리 떨어져 있어 직접 수소를 분배할 수 없는 위치에 수소를 제공하기 위한 수소의 분배를 포함하지만 이에 제한되지 않는 문제들이 제기될 수 있다.

따라서, 전술한 문제를 해결하고 수력 전기 에너지 시스템과 같은 신재생 에너지원을 사용하여 수소 생성, 수집 및 분배를 가능하게 하며, 비용 효율적이고 견고하며 신뢰할 수 있고, 상대적으로 낮은 균분된 전기 비용을 달성할 수 있는 디바이스, 시스템, 및 방법을 개발할 필요성이 존재한다.

본 개시내용의 예시적인 실시예는 전술한 바람직한 특징 중 하나 이상을 입증할 수 있다. 다른 특징 및/또는 이점은 다음 설명으로부터 명백해질 수 있다.

추가적인 목적 및 이점은 다음 설명에서 부분적으로 설명되거나, 부분적으로 설명으로부터 명백하거나, 또는 본 교시의 실시에 의해 학습될 수 있다. 본 개시내용의 목적 및 이점 중 적어도 일부는 첨부된 청구범위에서 특히 지적된 요소 및 조합에 의해 실현되고 달성될 수 있다.

본 개시내용의 일 양태에 따르면, 수소 생성 방법이 제공된다. 방법은 연안 현장에서 수중 전개된 수력 전기 터빈으로부터 AC 전류를 생산하는 단계를 포함한다. 방법은 또한 AC 전류를 DC 전류로 변환하고 DC 전류를 수력 전기 터빈의 연안 현장의 물 위에 위치 설정된 전해조에 인가하는 단계를 포함한다. 방법은 전해조를 통해 수소를 생성하는 단계를 더 포함한다.

본 개시내용의 다른 양태에 따르면, 연안 현장으로부터 수소를 생성, 수집, 및 분배하기 위한 시스템이 제공된다. 시스템은 수역의 연안 현장에 전개되고 연안 현장의 물 위에 장비를 지지하도록 구성된 플랫폼을 포함한다. 시스템은 플랫폼에 의해 지지되는 전해조를 포함한다. 시스템은 전기 에너지를 전송하도록 구성된 케이블을 통해 플랫폼에 결합하도록 구성된 하나 이상의 자율 표면 에너지 수집 선박을 더 포함한다. 하나 이상의 자율 표면 에너지 수집 선박 각각은 케이블을 통해 전해조로 전송하기 위한 전기 에너지를 생성하도록 구성된 전기 에너지 생성 시스템을 포함하며, 전해조는 전기 에너지로부터 수소 가스를 생성하도록 구성된다.

본 개시내용의 또 다른 양태에 따르면, 해양 선박을 고정된 구조에 자율적으로 결합하기 위한 시스템이 제공된다. 시스템은 해양 선박 상에 장착된 제1 결합 디바이스를 포함한다. 제1 결합 디바이스는 인터로크 시스템의 제1 부분을 포함한다. 시스템은 또한 고정된 구조 상에 장착된 제2 결합 디바이스를 포함한다. 제2 결합 디바이스는 인터로크 시스템의 제2 부분을 포함한다. 인터로크 시스템의 제2 부분은 인터로크 시스템의 제1 부분과 맞물려 어떠한 인간의 개입 없이 해양 선박을 고정된 구조에 고정하도록 구성된다.

본 개시내용의 추가 양태에 따르면, 해양 선박을 고정된 구조에 자율적으로 결합하는 방법이 제공된다. 방법은 해양 선박을 고정된 구조까지 자율적으로 항해하는 단계를 포함한다. 방법은 또한 해양 선박 상의 제1 결합 디바이스를 고정된 구조 상의 제2 결합 디바이스와 연결하는 단계를 포함한다. 방법은 또한 제1 결합 디바이스와 제2 결합 디바이스 사이에서 위치 데이터를 교환하는 단계를 포함한다. 방법은 어떠한 인간의 개입 없이 해양 선박을 고정된 구조에 고정하기 위해 제1 결합 디바이스 상의 인터로크 시스템의 제1 부분을 제2 결합 디바이스 상의 인터로크 시스템의 제2 부분과 맞물리게 하는 단계를 더 포함한다.

전술한 일반적인 설명 및 다음의 상세한 설명은 모두 예시적이고 설명적일 뿐이며, 균등물을 포함하여 본 개시내용 및 청구범위를 제한하지 않는다는 것을 이해하여야 한다. 본 개시내용 및 청구범위는, 가장 넓은 의미에서, 이러한 예시적인 양태 및 실시예의 하나 이상의 특징을 가지지 않고도 실시될 수 있다는 것을 이해하여야 한다. 예를 들어, 본 기술 분야의 숙련자는 수소의 생성, 수집, 및 분배와 관련된 다음의 상세한 설명은 예시적인 것에 불과하며, 개시된 디바이스, 시스템, 및 방법은 다양한 반잠수식 플랫폼, 수력 전기 에너지 시스템, 자율 표면 에너지 수집 선박(autonomous surface energy collection vessel)(ASECV), 배(예를 들어, 유조선), 및 육상 차량을 이용하여 신재생 에너지 소스로서 사용될 수소를 생성, 수집 및 분배하는 다양한 구성 요소를 가질 수 있음을 이해할 것이다.

본 명세서에 포함되고 본 명세서의 일부를 구성하는 첨부 도면은 본 개시내용의 다양한 비제한적 실시예를 예시하고 설명과 함께 특정 원리를 설명하는 역할을 한다. 도면에서:
도 1은 본 개시내용에 따른 수소 생산, 수집, 및 분배의 시스템 및 방법의 요소를 예시하는 개략적인 흐름도이고;
도 2a는 본 개시내용의 실시예에 따른 개조 전 석유 시추를 위한 반잠수식 플랫폼의 평면도이며;
도 2b는 도 2a의 반잠수식 플랫폼의 측면도이고;
도 3a는 본 개시내용의 실시예에 따른 재장착 후, 도 2a의 반잠수식 플랫폼의 평면도이며;
도 3b는 도 3a의 반잠수식 플랫폼의 측면도이고;
도 4는 본 개시내용의 실시예에 따른 고정 디바이스를 갖는 도 3a의 반잠수식 플랫폼의 측면도이며;
도 5는 본 개시내용의 실시예에 따른 반잠수식 플랫폼에 결합된 자율 표면 에너지 수집 선박의 다중 체인을 갖는 도 3a의 반잠수식 플랫폼의 평면도이고;
도 6은 본 개시내용의 실시예에 따른 자율 표면 에너지 수집 선박(ASECV)의 정면도이며;
도 7은 도 6의 ASECV의 좌측면도이고;
도 8은 도 6의 ASECV의 우측면도이며;
도 9는 도 6의 ASECV의 평면도이고;
도 10은 본 개시내용의 실시예에 따른 터빈 지지 구조를 통해 상승된 위치에서 수력 전기 터빈이 물 밖으로 들어올려진 상태의 도 6의 ASECV의 좌측면도이며;
도 11은 본 개시내용의 다른 실시예에 따른 모듈식 유닛과 결합 바아를 포함하는 자율 표면 선박(autonomous surface vessel)(ASV)의 측면도이고;
도 12는 도 11의 ASV의 평면도이며;
도 13은 도 11의 ASV 상의 모듈식 유닛의 개략도이고;
도 14는 본 개시내용의 실시예에 따른 모듈식 유닛의 예시적인 실시예의 사시도이며;
도 15a는 플랫폼에 의해 이용되는 예시적인 자체 추진 시스템을 갖는 도 11의 ASV의 개략도이고;
도 15b는 도 15a의 자체 추진 시스템의 자체 추진 포드의 확대 개략도이며;
도 16은 본 개시내용의 실시예에 따른 자율 결합 부표(autonomous coupling buoy)(ACB)에 결합된 도 11의 ASV의 개략적인 측면도이고;
도 17은 결합 바아가 전개되지 않은 구성에 있는 도 16의 ACB에 결합된 ASV의 평면도이며;
도 18은 결합 바아가 부분적으로 전개된 구성에 있는 도 16의 ACB에 결합된 ASV의 평면도이고;
도 19는 결합 바아가 전개된 구성에 있는 도 16의 ACB에 결합된 ASV의 평면도이며;
도 20은 본 개시내용의 실시예에 따라 결합 바아가 전개된 구성에 있고 다수의 ASECV가 결합 바아에 결합된, 도 16의 ACB에 결합된 ASV의 평면도이고;
도 21은 자율 바지선에 결합된 자율 결합 부표를 예시하는, 본 개시내용의 실시예에 따른 자율 결합 시스템의 평면도이며;
도 22는 도 21의 자율 결합 시스템의 측면도이고;
도 23은 본 개시내용의 실시예에 따른 육상 위치로 수소 가스를 운반하기 위한 파이프라인에 결합된 도 11의 ASV의 개략적인 측면도이다.

수중 터빈과 같은 수력 전기 시스템을 사용하여 에너지를 생산하는 것은 발전 설비가 더 먼 연안에 위치되기 때문에 문제가 제기될 수 있다. 이러한 문제는 터빈을 전개하기 위한 상대적으로 복잡한 계류 시스템의 사용과, 발전 소스로부터 육상 위치로 전력을 전송하는 데 필요한 긴 케이블류를 포함할 수 있다. 이러한 문제를 해결하기 위한 노력의 일환으로, 화석 연료 기반 기술에 대한 에너지 생산 대안을 제공하면서, 본 개시내용의 실시예에 따른 방법 및 시스템은 수소를 생성하기 위해 수중 터빈을 이용하여 수중 터빈이 전개된 현장에 공동 위치된 전해조를 가동하는 데 사용되는 전기를 생성하고, 이는 차례로 비교적 효율적이고 경제적인 방식으로 해안으로 운반되어 하류 에너지 생산에 사용될 수 있다.

도 1을 참조하면, 하나 이상의 수력 전기 터빈을 통해 전기를 생성하고 생성된 전력을 수소 연료 소스로 변환(즉, 전기로부터 수소 형태를 생성)하기 위한 시스템 및 방법의 일 실시예의 개략적인 흐름도이다. 흐름도에서, 수중 수력 전기 터빈과 같은 하나 이상의 연안 터빈(하나가 도 1의 개략도에 도시됨)이 전개되어 터빈의 발전기를 통해 AC(교류) 전기를 생성하는 데 사용된다. 본 기술 분야의 숙련자는 다양한 수력 전기 터빈이 사용될 수 있음을 이해할 것이다. 도 1의 시스템 및 방법에서 사용될 수 있는 수력 전기 터빈의 비제한적인 실시예는 "System for Generating Electricity from Fluid Currents"라는 명칭의 미국 특허 제7,453,166 B2호, "Energy Conversion Systems and Methods"라는 명칭의 미국 특허 제9,359,991 B2호, "Hydroelectric Turbines, Anchoring Structures, and Related Methods of Assembly"라는 명칭의 미국 특허 제10,389,209 B2호, "Hydroelectric Energy Systems, and Related Components and Methods"라는 명칭의 미국 특허 제10,544,775 B2호, "Hydroelectric Energy Systems and Methods"라는 명칭의 미국 특허 출원 공개 제2021/0190032 A1호; 및 "Orbital Magnetic Gears and Related Systems"라는 명칭의 국제 특허 출원 공개 제WO/2020/118151호에 개시되어 있고, 이들은 본 명세서에 참조로 포함된다. 본 기술 분야의 숙련자가 이해하는 바와 같이, 전기 분해로서 알려진 프로세스를 통해, 도 1에 예시된 시스템 및 방법은 수력 전기 터빈(들)에 의해 생성된 전류에 의해 전력이 공급되는 전해조를 사용하여 물의 수소 원자와 산소 원자 사이의 결합을 분리시킴으로써, 수소와 산소 가스를 방출할 수 있다. 다양한 실시예에서, 수력 전기 터빈의 현장에 전해조를 위치시킴으로써, 특히 전송 케이블을 통해 더 먼 육상 위치로 전기를 전송하는 것과 비교할 때 에너지 손실이 상대적으로 최소화된다. 전기 분해 프로세스를 위한 전류는 신재생 에너지원을 통해 생성되기 때문에, 전체 프로세스는 추가적인 탄소를 대기로 방출하지 않고 발생할 수 있으며, 전기 분해 프로세스를 통해 생산된 수소는 배출가스 제로 연료 소스로 고려된다.

화석 연료와 같은 탄소 기반 에너지원과 마찬가지로, 수소는 특히 액체 상태에 있을 때 상대적으로 쉽게 저장하고 운반될 수 있는 에너지 형태이다. 도 1에 예시된 바와 같이, 시스템 및 방법은 전해조로부터 생산된 수소(예를 들어, 액체 수소)를, 예를 들어 저장 탱크에 수집 및 저장하는 단계를 더 포함하고, 수소는, 예를 들어 극저온 유조선을 통해 연안 수소 생성 설비로부터 연료 소스로서 분배되는 육상 설비로 운반될 수 있다. 생성된 수소 연료는, 예를 들어 수소 엔진 및/또는 연료 전지에 사용될 수 있으며, 이는 차례로 지역 유틸리티 그리드(예를 들어, 주택 난방 및 조명)에 통합되거나, 자동차 또는 제트 연료 소스로서 직접 사용되거나, 본 기술 분야의 숙련자에게 익숙한 임의의 다른 연료 소스로서 사용될 수 있다.

연안에 위치 설정되는 수력 전기 터빈과 같은 신재생 에너지원을 사용하여 수소 생성, 수집 및 분배를 효율적으로 가능하게 하기 위해, 본 개시내용의 시스템 및 방법은, 수력 전기 터빈(예를 들어, 도 6 내지 도 10 참조) 및 예를 들어, 용도 변경된 반잠수식 플랫폼(예를 들어, 도 2 내지 도 5 참조) 및/또는 계류된 자율 표면 선박(예를 들어, 도 11 내지 도 22 참조)과 같은 생성 플랫폼을 전개하여 연안 수소 생성 설비의 역할을 하기 위해 자율 표면 에너지 수집 선박(ASECV)을 이용하는 것을 고려하고, 이들 각각은 아래에 더 상세히 설명된다.

일 실시예에 따르면, 도 2a 내지 도 4에 예시된 바와 같이, 다양한 반잠수식 플랫폼 중 임의의 것이 사용될 수 있지만, 전기 분해 플랜트(전해조(11)), 극저온 액화 시스템(16)(즉, 전해조(11)에 의해 생산된 수소 가스를 액화하기 위해), 및 액체 수소 저장 탱크(12)를 포함하도록 용도 변경 및 재장착되는 석유 시추 산업에서 통상적으로 사용되는 반잠수식 플랫폼(20)을 이용하는 것이 유익하고 비용이 절감될 수 있다. 도 3a 및 도 3b에서 재장착된 반잠수식 플랫폼(20)의 도면에 예시된 바와 같이, 반잠수식 플랫폼(20)은 액체 수소를 반잠수식 플랫폼(20)으로부터 멀리(예를 들어, 해안으로) 운반하기 위해 반잠수식 플랫폼(20) 상의 저장 탱크(12)로부터 액체 수소를 유조선(30) 상의 액체 수소 저장 탱크(12')로 전달하도록 추가로 구성된다. 도 4에 예시된 바와 같이, 반잠수식 플랫폼(20)은, 예를 들어 해저(25)에 매립되고 앵커 라인(21)을 통해 반잠수식 플랫폼(20)에 연결되는 앵커(22)를 통해 연안 어느 곳에나 고정될 수 있다. 이러한 방식으로, 반잠수식 플랫폼(20)은 (예를 들어, 동력 해양 선박을 통해) 견인될 수 있고 주변 환경에 최소한의 영향을 미치면서 선택된 연안 현장에 설치될 수 있으며 또한 원하는 경우 새로운 위치로 쉽게 재배치될 수 있다.

본 기술 분야의 숙련자는 도 2a 내지 도 4에 예시된 반잠수식 플랫폼(20)이 단지 예시일 뿐이며 본 시스템 및 방법에 의해 고려되는 반잠수식 플랫폼이 본 개시내용 및 청구범위의 범주를 벗어나지 않고 다양한 구성 및 구성요소를 가질 수 있다는 것을 이해할 것이다. 본 시스템 및 방법에 의해 고려되는 반잠수식 플랫폼은 또한 개시된 고정 시스템을 포함하지만 이에 제한되지 않는 선택된 연안 현장에 반잠수식 플랫폼(20)을 설치하기 위해 다양한 기술 및 방법을 이용할 수도 있다. 본 기술 분야의 숙련자는 반잠수식 플랫폼(20)에서 생성되어 저장된 액체 수소가 또한 본 기술 분야에 알려진 임의의 운반 비히클, 시스템, 및/또는 방법을 통해 반잠수식 플랫폼 밖으로(예를 들어, 다시 해안으로) 전달될 수 있다는 것을 추가로 이해할 것이다. 본 개시내용의 다양한 추가 실시예는 또한 생성된 수소를 가스 형태로 직접 해안으로 운반하는 것을 고려한다. 이러한 실시예에서, 반잠수식 플랫폼(20)은 극저온 플랜트(16)의 설치를 생략할 수 있다.

도 5에 예시된 바와 같이, 본 개시내용의 다양한 실시예에 따라, 단일의 계류된 반잠수식 플랫폼(20)은 DC 전력을 지속적으로 생성하고 전력/계류 케이블(102)을 통해 이 전력을 반잠수식 플랫폼(20)으로 전송하는 자율 표면 에너지 수집 선박(ASECV)(100)의 하나 이상의 직렬 체인(140)을 테더링하는 데 사용될 수 있다. ASECV(100)의 각각의 직렬 체인(140)은 전력/계류 케이블(102) 및 커플러(125)를 통해 함께 테더링되어 있는 하나 이상의 개별 ASECV(100)를 포함한다. 도 5에 예시된 바와 같이, 다양한 실시예에 따르면, 하나의 ASECV(100)로부터의 케이블(102)은 2개의 ASECV(100)를 함께 테더링하기 위해 다른 ASECV의 커플러(125)와 맞물릴 수 있다. 유사한 방식으로, ASECV의 각각의 체인(140)은 반잠수식 플랫폼(20)의 데크(1) 상의 커플러(125)를 통해 반잠수식 플랫폼(20)의 데크(1)에 테더링할 수 있다. 다양한 실시예에서는, 아래에 추가로 설명되는 바와 같이, 2개의 ASECV를 함께 테더링하고 및/또는 ASECV 체인을 반잠수식 플랫폼(20)에 결합하기 위해 본 기술 분야의 숙련자에게 친숙한 습식 메이트 커넥터(wet-mate connector)를 이용하는 것이 고려된다.

예를 들어, 각각의 ASECV(100)는 반잠수식 플랫폼(20)이 설치된 수역의 흐름(예를 들어, 해류 또는 수역으로부터의 기타 흐름)으로부터 전기를 생성하도록 구성된 수력 전기 터빈(111)을 운반 및 전개하도록 구성될 수 있다. 다양한 실시예에 따르면, 이러한 수력 전기 터빈은 고정 부재(예를 들어, 스테이터)와 스테이터의 외부 원주방향 표면의 반경방향 외향으로 배치되고(예를 들어, 스테이터 둘레에 동심으로 배치됨) 회전축을 중심으로 스테이터 둘레에서 회전하도록 구성된 회전 부재(예를 들어, 로터)를 포함할 수 있다. 이러한 터빈은, 예를 들어 로터에 대해 반경방향 내부 및 반경방향 외향 모두로 연장되는 복수의 블레이드 부분을 가질 수 있다. 이러한 방식으로, 터빈은 로터의 회전축에 일반적으로 평행한 방향성 성분 유동을 갖는 유체 유동이 블레이드 부분에 작용하여 로터가 회전축을 중심으로 회전하게 하도록 유체 본체에 위치 설정되어야 한다. 사용될 수 있는 비제한적인 실시예의 수력 전기 터빈은, 예를 들어 "System for Generating Electricity from Fluid Currents"라는 명칭의 미국 특허 제7,453,166 B2호, "Energy Conversion Systems and Methods"라는 명칭의 미국 특허 제9,359,991 B2호, "Hydroelectric Turbines, Anchoring Structures, and Related Methods of Assembly"라는 명칭의 미국 특허 제10,389,209 B2호, "Hydroelectric Energy Systems, and Related Components and Methods"라는 명칭의 미국 특허 제10,544,775 B2호, "Hydroelectric Energy Systems and Methods"라는 명칭의 미국 특허 출원 제2021/0190032 A1호; 및 "Orbital Magnetic Gears and Related Systems"라는 명칭의 국제 특허 출원 공개 제WO/2020/118151호에 설명되어 있고, 이들 각각의 내용은 그 전문이 본 명세서에 참조로 포함된다.

전술한 바와 같이, ASECV(100)에 의해 지지되는 수력 전기 터빈(111)은 지속적으로 DC(직류) 전력의 생성을 유발하고 이 전력을 전력/계류 케이블(102)을 통해 반잠수식 플랫폼(20)으로 전송하는 데 사용되며, 여기서 DC 전력은 전해조에 의해 사용되어 수소 가스를 생성한다. 예를 들어, 다양한 실시예에서, AC 전류는 수력 전기 터빈(111)에 의해 직접 생성된다(예를 들어, 본 기술 분야의 숙련자에게 친숙한 발전기의 회전을 통해). 그 후, AC 전류는 정류기(예시되지 않음)를 통해 흘러 AC 전류를 전해조에 공급되는 DC 전류로 변환할 수 있다. 이러한 방식으로, 전류를 전력/계류 케이블(102)을 통해 전해조(11)로 전송하기 전에 각각의 터빈(111) 내부에서 생성된 AC 전류를 DC 전류로 변환하기 위해 정류기(도시되지 않음)가 또한 각각의 ASECV(100)에 위치될 수 있다. 이어서, 전해조에 의해 생성된 수소 가스는 극저온 액화 시스템(16)을 통해 액체 상태로 극저온 냉각되고 분배를 위채 반잠수식 플랫폼(20)에 도킹될 수 있는 유조선(30)과 같은 해양 선박을 통해 해안으로 운반될 때까지 액체 수소 저장 탱크(12)에 저장된다.

수력 전기 에너지 시스템 및 그 관련 구성요소의 전술한 실시예는 제한적이지 않으며, 본 시스템 및 방법은 수력 전기 에너지 시스템의 다양한 유형 및 구성과 함께 사용될 수 있다. 더욱이, 본 개시내용은 수력, 풍력 및 태양 에너지원을 포함하지만 이에 제한되지 않는 다양한 신재생 에너지원을 통해 생성된 DC 전류를 이용하여 수소를 생성, 수집 및 분배하는 개시된 시스템 및 방법을 이용하는 것을 고려하며, 본 명세서에서 상세하게 설명되는 예시적인 수력 전기 터빈에 제한되지 않는다. 이러한 임의의 신재생 에너지 생성 시스템은 ASECV를 통해 반잠수식 플랫폼에서 수력 전기 터빈 대신에 유사한 방식으로 전개될 수 있다.

도 5 내지 도 10에 예시된 바와 같이, 본 개시내용의 실시예는 전술한 것과 같은 내장 수력 전기 터빈(111)을 운반하고 전개하기 위해 하나 이상의 자율 표면 에너지 수집 선박(ASECV)(100)을 이용하는 것을 고려한다. 각각의 ASECV(100)는, 예를 들어 터빈 지지 구조(112)를 갖는 선체(110)를 포함할 수 있다. 실시예에서, 선체(110)는 쌍동선 선체일 수 있지만, 본 개시내용의 범위 내에서 다른 선체 구성도 고려된다. 다양한 실시예에 따르면, 터빈 지지 구조(112)는 선체(110)가 부유하는 유체 본체(135) 내에 수력 전기 터빈(111)을 지지하도록 구성되어, 로터(126)의 회전축(A)에 대해 대체로 평행한 방향성 성분 유동(F)을 갖는 유체 유동이 블레이드 부분(127)에 작용하여 로터(126)가 회전축(A)을 중심으로 회전하게 할 수 있다(도 7 및 도 8 참조). 그러나, 본 개시내용의 터빈은 유체 유동의 다양하고 변화하는 방향으로 작동하도록 구성될 수 있으며, 예를 들어, 조류의 썰물과 유동 뿐만 아니라, 예를 들어 강 흐름과 같은 한 방향에서만 오는 흐름과 함께 작동하도록 구성된다는 것은 당업자에 의해 이해될 것이다.

실시예에 따르면, 터빈 지지 구조(112)는 수력 전기 터빈(111)이 에너지를 수집하기 위해 선체(110) 아래 및 유체 유동에 위치 설정되는 제1 전개된 위치(도 6 내지 도 9 참조)와 ASECV(100)의 자율 조종을 허용하도록 수력 전기 터빈(111)이 유체 밖으로(즉, 수선 위로) 상승되는 제2 적재 위치(도 10 참조) 사이에서 수력 전기 터빈(111)을 상승 및 하강시키도록 추가로 구성된다.

다양한 실시예에 따르면, 각각의 ASECV(100)는 반잠수식 플랫폼(20)으로 그리고 반잠수식 플랫폼으로부터 자율적으로 항해하고, 반잠수식 플랫폼(20)과 결합 및 결합 해제하며, 각각의 직렬 체인(140)과 테더링 및 언테더링하도록 구성된다. 이러한 방식으로, 임의의 ASECV(100)는 체인(140)으로부터 언테더링되고 유지 보수를 위해 미리 결정된 위치로 자율적으로 항해할 수 있는 반면, 나머지 ASECV(100) 및 임의의 대체 ASECV는 필요에 따라 자율적으로 함께 리테더링된다. 더욱이, ASECV(100) 및 그 페이로드(예를 들어, 수력 전기 터빈(111))에 대한 손상을 방지하기 위해, 모든 ASECV(100)는 또한 각각의 직렬 체인(140)으로부터 순차적으로 언테더링하고 폭풍 또는 손상을 유발할 수 있는 기타 이벤트의 예측 경로로부터 미리 결정된 안전한 위치로 자율적으로 항해할 수 있다. 이어서, ASECV(100)는 일단 이벤트의 위협이 지나가면 각각의 직렬 체인(140)을 재형성하도록 순차적으로 리테더링할 수 있다.

다양한 실시예에 따르면, 본 개시내용의 시스템 및 방법은 내장 센서(119, 120) 및 제어 시스템(제어실(109)에 수용됨)을 포함하는 ASECV(100)를 이용하여 반잠수식 플랫폼(20)에 자율적으로 결합/결합 해제하고 다른 ASECV 100에 (즉, 직렬 체인(140))으로 테더링/언테더링할 수 있다. 자동화된 결합/테더링을 위해, ASECV(100)는, 예를 들어(반잠수식 플랫폼(20) 또는 다른 ASECV(100) 상의) 커플러(125)의 케이블 리셉터클(115)에 접근할 수 있다. 커플러(125) 상의 비디오 카메라(105)를 통한 것과 같은 내장 비디오 카메라 이미지는 선형 액추에이터(106) 및 추력 벡터링 추진 시스템(예를 들어, 프로펠러(117) 및 측면 추진기(118))에 제어 신호를 제공하는 데 사용될 수 있다. 선형 액추에이터(106)는 수직/수평이 아닌 쌍동선 선체와 같은 선체에 편리하게 장착하도록 서로 90도로 장착되고 각지게 배치될 수 있으며, 관절식 케이블 스트러트(103)의 전방은 결합/테더링을 지원하기 위해 스트러트(103)와 액추에이터(106) 기하형상에 의해 설정된 반경 내에 동적으로 위치 설정된다. 일단 결합/테더링되면, 습식 메이트 커넥터(101)는 전력/계류 케이블(102)에 전력, 데이터, 및 기계적 연결을 제공할 수 있으며, 케이블은 이어서 윈치/릴 시스템(108)을 사용하여 원하는 분리 거리까지 풀어질 수 있다. 유사한 방식으로, ASECV(100)가 다른 ASECV(100)에 테더링될 때, "수신" ASECV(100)는 비디오 카메라(105) 및 추력 벡터링 추진 시스템을 사용하여 적어도 수평축에서 테더링 중에 정렬을 지원할 수 있다.

결합 해제/언테더링 시, 습식 메이트 커넥터(101)는 기계적으로 해제되고 윈치/릴 시스템(108)은 케이블(102)을 스트러트(103) 안으로 끌어당겨, ASECV(100)가 자율 조종, 항해, 및 최종 재결합/테더링을 위한 준비가 될 수 있게 한다.

본 기술 분야의 숙련자는 도 6 내지 도 10을 참조하여 예시되고 설명된 ASECV(100)가 단지 예시적이며, 본 개시내용에 따른 ASECV는 수력 전기 터빈(111)을 지지하고 반잠수식 플랫폼(20)과 서로 결합/테더링 및 결합 해제/언테더링하기 위한 다양한 구성 및 다양한 컴플라이언스 및 공차를 갖는 다양한 구성요소를 가질 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 다양한 실시예에서, 예를 들어, 액추에이터(106)는 파도 속에서 결합/테더링할 때 반경방향 충격 하중을 최소화하기 위해 일부 내장된 컴플라이언스(예를 들어, 액추에이터(106)가 스프링 장착식이고 가볍게 댐핑됨)를 가지며, 바람 및 바다 상태로 인한 ASECV(100)의 동적 케이블 하중을 최소화하기 위해 계류된 동안 이러한 컴플라이언스를 유지할 수 있다. 마찬가지로, "고정" 케이블 리셉터클(115)은 결합/테더링 하중을 최소화하기 위해 약간의 축방향 컴플라이언스를 가질 수 있고, 윈치(108)는 또한 필요한 경우 바람 및 바다 상태로 인한 케이블 하중을 최소화하기 위해 풀릴 수 있다.

본 기술 분야의 숙련자가 이해하는 바와 같이, 각각의 ASECV(100)는 지정된 위치 사이를 자동으로 이동하도록 (예를 들어, 글로벌 포지셔닝 시스템(global positioning system)(GPS) 좌표를 이용하여) 프로그래밍될 수 있다. ASECV의 자율적 특성으로 인해, 선박은 반잠수식 플랫폼(20)과, 예를 들어 해안, 추가 에너지 수집 위치, 유지 보수 위치, 및/또는 안전 항구 위치를 비롯한 지정된 다양한 이차 위치 사이를 이동할 수 있으며, 해안, 반잠수식 플랫폼(20), 또는 임의의 다른 연안 위치로부터 작업을 제어 및 모니터링할 수 있어 인간 조작자가 ASECV의 작동에 필요하지 않게 된다. 다양한 실시예에서, ASECV(100)에 수용된 제어기(109)와 반잠수식 플랫폼(20)에 수용된 제어기(14) 사이의 데이터 링크 전송은 ASECV(100)의 송신기(122)와 반잠수식 플랫폼(20)의 안테나(15) 사이에 송출되는 고주파 무선 신호에 의해 이루어질 수 있다. 이는 추가로 전개의 안전성과 유지 보수의 용이성에 도움이 될 수 있는 데, 전개 승무원이 물리적으로 수력 전기 터빈(111) 중 어느 하나의 전개 위치에 있을 필요가 없거나 유지 보수 목적으로 전개 위치로 이동할 필요가 없기 때문이다.

본 개시내용의 다양한 실시예에 따른 ASECV는 자율 선박 구성요소의 다양한 유형 및 배열을 포함할 수 있고, 자율 제어 및 모니터링 유닛의 다양한 유형 및 구성을 채용할 수 있으며, 자율 선박을, 예를 들어 제어실에 연결하기 위한 다양한 시스템 및 방법을 이용할 수 있다. 본 기술 분야의 숙련자는, 위의 예시적인 ASECV가 자율 작동을 위해 GPS 좌표를 이용하지만, 본 개시내용의 시스템과 방법은 원하는 위치 사이에서 선박을 앞뒤로 자율적으로 안내하기 위해 임의의 알려진 방법을 사용하는 것을 고려한다는 것을 추가로 이해할 것이다.

더욱이, 다양한 실시예에서, ASECV의 원격 제어 작동이 고려되고, 그에 따라 감지 위치 등에 기초하여 다양한 작동 작업을 자동으로 시작하도록 프로그래밍되는 대신에, 조작자가 선박과 무선으로 통신하는 원격 제어 입력 디바이스를 이용하여 선박을 재배치하고 로봇 제어 시스템 기술과 유사한 다양한 작업(예를 들어, 터빈 지지 구조(113)를 상승 및 하강하는)을 수행하기 위해 선박을 전환시킬 수 있다. 이러한 원격 제어 작동은 보다 완전 자동화된 작동과 조합하여 사용될 수 있다.

이제, 도 11 내지 도 22를 참조하면, 본 개시내용의 다양한 추가 실시예는 또한 반잠수식 플랫폼과 조합하여 또는 반잠수식 플랫폼 대신에, 하나 이상의 자율 표면 선박(ASV)(200)을 이용하여, ASECV(100)에 의해 생성된 DC 전력을 수집하고, 수집된 전력으로부터 수소를 생성하며, 및/또는 나중에 육상 운반을 위해 수소를 저장하는 것을 고려한다. 이러한 자율 플랫폼은, 예를 들어 반잠수식 플랫폼(예컨대, 개조용 기존 플랫폼)을 이용할 수 없거나 실용적이지 않은 지역 및/또는 변동이 심한 날씨 또는 장비를 상이한 위치로 이동하는 능력을 갖는 것이 바람직한 기타 조건에 취약한 지역에서 사용하기에 유리할 수 있다. 다양한 실시예에 따르면, 각각의 ASV(200)는 예를 들어, 아래에서 추가로 설명되는 바와 같이, 현장에서 계류된 표면 부표(예를 들어, 자율 결합 부표(ACB))와 같은 고정된 구조에 자율적으로 결합될 수 있는 연안 현장으로 그리고 연안 현장으로부터 자율적으로 항해하도록 구성된다. 이러한 방식으로, ASV(200)는 또한 부표로부터 자율적으로 결합 해제하고 유지 관리를 위해 및/또는 악천후를 피하기 위해 미리 결정된 위치(예를 들어, 폭풍 또는 선박에 손상을 유발할 수 있는 기타 이벤트의 예측 경로로부터 미리 결정된 안전한 위치)로 항해할 수 있다. 이어서, ASV(200)는 일단 이벤트의 위협이 지나가면 연안 현장에 있는 부표로 다시 항해하여 부표와 재결합할 수 있다.

다양한 자율 표면 선박 중 임의의 것이 사용될 수 있지만, 도 11 내지 도 13에 예시된 바와 같이, 개별 모듈식 유닛(208)을 포함하는 모듈식 수소 생산 플랜트가 장착된 부유식 플랫폼(230)을 갖는 자율 바지선(200)을 이용하는 것이 유익할 수 있다. 아마도 도 13 및 도 14의 개략도 및 확대도에 가장 잘 도시된 바와 같이, 모듈식 유닛은 각각 정수 플랜트(210)(예를 들어, 파이프(214)를 통해 해수를 끌어들여 해수를 담수화하도록 구성됨), 전기 분해 플랜트(전해조(211)), 극저온 플랜트(216)(즉, 전해조(211)에 의해 생성된 수소 가스를 액화하기 위한), 및 액체 수소 저장 탱크(212)를 수용하는 컨테이너(207)를 포함할 수 있다. 이러한 방식으로, 수소 생산 플랜트의 개별 유닛(208)은 자립형이며 휴대 가능하므로, 필요할 때 새로운 유닛으로 쉽게 교체하고 교환할 수 있다. 따라서, 유닛(208)의 모듈식 특성은 수소 생산 플랜트의 효율적인 유지 보수를 용이하게 한다. 본 기술 분야의 숙련자는 각각의 컨테이너(207)가 위에 나열된 모든 구성요소를 저장할 필요는 없으며 다양한 그러한 장비가 상이한 컨테이너에 분배될 수 있고 및/또는 특정 용례에 따라 생략될 수 있다는 것을 이해할 것이다.

도 11 및 도 12의 바지선(200)의 도면에 예시된 바와 같이, 자율 바지선(200)은 바지선(200)의 저장 탱크(212)로부터 액체 수소를, 예를 들어 전달 디바이스(206)를 통해 액체 수소 저장 유조선(30)으로 전달하여, 바지선(200)으로부터 멀리(예를 들어, 해안으로) 액체 수소를 운반하도록 추가로 구성된다. 대안적으로, 바지선(200)의 자율적 특성은 또한 바지선(200)이 저장 탱크(212)로부터 액체 수소를 전달하기 위해 저장 유조선 및/또는 다른 수집/저장 설비(예를 들어, 해안에 있는)까지 자율적으로 항해할 수 있게 한다. 본 개시내용의 다양한 추가 실시예는 또한 생성된 수소를 가스 형태로 직접 해안으로 운반하는 것을 고려한다. 도 23에 예시된 바와 같이, 바지선(200)은 생성된 수소 가스가, 예를 들어 파이프라인(240)을 통해 육상 위치(245)로 다시 전달될 수 있는 위치로 자율적으로 항해할 수 있다. 이러한 실시예에서, 바지선(200)은 극저온 플랜트(216) 및 액체 수소 저장 탱크(212)를 갖는 모듈의 설치를 생략할 수 있고, 이들 모듈은 대신에 육상 위치(245)에 위치될 수 있다. 다양한 실시예에서, 예를 들어, 육상 극저온 플랜트(216)에 의해 생산되고 육상 저장 탱크(212)에 저장된 액체 수소는 추가 운반을 위해 탱커 트럭(250)의 저장 탱크(252)로 전달될 수 있다. 본 기술 분야의 숙련자가 이해하는 바와 같이, 이러한 실시예에서, 수소 생성 프로세스의 다른 구성요소는 또한 육상 위치(245)에 위치될 수 있다. 예를 들어, 다른 실시예에서, 바지선(200)에서 정수 플랜트(210)와 파이프(214)(해수의 담수화를 위한)를 갖는 모듈의 설치를 또한 생략하기 위해, 순수한 물이 대신에 육상 위치(245)로부터 바지선(200)의 전해조(211)로 펌핑될 수 있다.

선박의 자율 구성요소를 쉽게 설명하기 위해 ASV(200)를 개략적으로 도시하는 도 15a 및 도 15b를 참조하면, 전술한 ASECV(100)와 유사하게, 고려되는 ASV(200)는, 도 16에 도시된 바와 같이, 자율적으로 연안 위치로/연안 위치로부터 항해하고 연안 위치에 있는 고정된 구조(300)에 결합/결합 해제하기 위해 ASV(200)에 수용된 내장 센서(219 및 220)와 제어 시스템(209)을 포함할 수 있다. ASV는, 예를 들어 지정된 위치 사이를 자동으로 이동하도록(예를 들어, 글로벌 포지셔닝 시스템(GPS) 좌표를 이용하여) 프로그래밍될 수 있다. 따라서, ASV(200)의 자율적 특성으로 인해, 선박은 고정된 구조(300)와, 예를 들어, 추가적인 고정된 구조(300), 해안, 유지 보수 위치, 및/또는 안전한 항구 위치를 비롯하여 다양한 지정된 이차 위치 사이에서 이동할 수 있으며, 해안 또는 다른 연안 위치로부터 작업을 제어 및 모니터링할 수 있고, 그에 따라 인간 조작자가 ASV(200)의 작동에 필요하지 않다. 다양한 실시예에서, ASV(200)의 제어기(209)와 제어 위치(도시되지 않음)의 제어실에 있는 제어기 사이의 데이터 링크 전송은, ASV(200)의 트랜시버(222)와 제어 위치(도시되지 않음)의 안테나 사이에서 송출되는 고주파 무선 신호에 의해 이루어질 수 있다. ASV(200)의 제어기는 또한 제어 위치로부터 수신된 데이터에 기초하여 ASV(200)의 자체 추진 시스템을 통해 ASV(200)를 추진하고 재배치 수 있다. 일 실시예에서, 자체 추진 시스템은 하나 이상의 포드형 프로펠러(217) - 각각의 프로펠러(217)는 전기 모터(도시되지 않음)에 의해 동력을 공급받음 -, 및 하나 이상의 측면 추진기(260)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 본 기술 분야의 숙련자에 의해 이해되는 바와 같이, 전기 모터는 ASV(200)의 컨테이너(207) 상단에 장착된 태양광 패널(251)에 의해 또는 수소로 작동하는 발전기에 의해 충전되는 배터리(도시되지 않음)에 의해 공급되는 전기에 의해 전력을 공급받을 수 있다.

본 기술 분야의 숙련자는 도 11 내지 도 15에 도시된 ASV(200)가 예시일 뿐이며, 본 시스템 및 방법에 의해 고려되는 ASV가 본 개시내용 및 청구범위의 범주를 벗어나지 않고 다양한 구성 및 유형의 수소 생산 구성요소 및 다양한 구성 및 유형의 자율 구성요소를 비롯하여 다양한 구성 및 구성요소를 가질 수 있다는 것을 이해할 것이다.

도 16에 예시된 바와 같이, 다양한 실시예에 따라, ASV(200)를 연안 위치에 설치하기 위해, ASV(200)는, 예를 들어 해저(25)에 매립되고 앵커 라인(21)을 통해 해수면 부표(300)에 연결되는 앵커(22)에 테더링되는 계류된 해수면 부표(300)와 같은 고정된 구조에 결합될 수 있다. 아래에서 추가로 설명되는 바와 같이, 본 개시내용의 다양한 실시예는 자율 결합 부표(ACB)(300)로서 장착된 해수면 부표와 ASV(200)를 자율적으로 결합하기 위해 자율 결합 시스템(ACS)을 이용하는 것을 고려한다. 그러나, 본 시스템 및 방법에 의해 고려되는 ASV는 ASV(200)를 선택된 연안 현장에 고정하기 위해 임의의 알려진 기술 및 방법을 이용할 수 있다.

이제, 도 17 내지 도 20을 참조하면, 일단 지정된 연안 현장에 고정되면, 단일의 계류된 ASV(200)는 하나 이상의 자율 표면 에너지 수집 선박(ASECV)(100)을 테더링하는 데 사용될 수 있고, 이 에너지 수집 선박은 DC 전력을 지속적으로 생성하고 이 전력을 전력/계류 케이블(202)을 통해 ASV(200)의 모듈식 수소 생산 플랜트로 전송한다(도 20 참조). 일 실시예에서, 전술한 반잠수식 플랫폼(20)과 유사하게, ASV(200)는 ASECV(100)의 전원/계류 케이블(202)과 맞물리도록 구성된 하나 이상의 커플러(225)를 포함할 수 있다. ASV(200)는, 예를 들어, 하나 이상의 결합 바아(223)를 따라 배열된 복수의 커플러(225)를 포함할 수 있다. 도 17 내지 도 20에 점진적으로 예시된 바와 같이, 다양한 실시예에서, 결합 바아(223)는 결합 바아(223)가 ASV(200)의 측면에 대해 절첩되는 전개되지 않은 위치(도 17 참조)와 하나 이상의 결합 바아(223)가 ASV(200)의 측면으로부터 외향으로 연장되어 ASECV(100)의 선형 도킹 구조를 형성하는 전개된 위치(도 20 참조) 사이에서 전개 가능하다. 도 18 및 도 19에 도시된 바와 같이, 일 실시예에서, 케이블(270)은 ASV(200)와 결합 바아(223) 사이에서 연장될 수 있고, 그에 따라 결합 바아(223)가 완전히 전개되면, 케이블은 결합 바아(223)를 지지하는 데 도움이 되도록 장력을 받게 된다. 도시되지는 않았지만, 도 5를 참조하여 전술한 바와 같이, ASECV(100)는 또한 ASECV(100)의 하나 이상의 직렬 체인에서 ASV(200)에 테더링될 수 있다(즉, ASECV(100)의 각각의 직렬 체인은 전력/계류 케이블(202) 및 커플러(225)를 통해 함께 테더링되는 하나 이상의 개별 ASECV(100)를 포함함).

본 기술 분야의 숙련자는 도 17 내지 도 20에 예시된 ASV(200)가 예시일 뿐이며, 개시된 ASV(200)는 전개 가능한 결합 바아(223)에 위치 설정된 커플러(225)를 포함하지만 이에 제한되지 않는 임의의 공지 방법 및/또는 기술을 채용하여 ASECV(100)와 결합할 수 있음을 이해할 것이다. 더욱이, 고려되는 ASV(200)는 커플러(225)의 다양한 개수, 유형 및 구성을 갖는 임의의 개수 및 구성의 결합 바아(223)를 이용할 수 있으며, 도시된 실시예에 제한되도록 의도되지 않는다. 본 개시내용은, 예를 들어, 아래에서 추가로 설명되는 바와 같이, ASECV(100)를 ASV(200)에 결합하기 위해 자율 결합 시스템(ACS)을 채용하는 것을 추가로 고려한다.

본 개시내용의 실시예는, 예를 들어 자율 표면 선박(ASV)이, 예를 들어 고정된 구조(예를 들어, 계류된 해수면 부표), 다른 ASV, 및 하나 이상의 ASECV와 같은 다른 선박과 임의의 인간 개입 없이 자율적으로 결합 및 결합 해제할 수 있게 하는 자율 결합 시스템(ACS)을 추가로 고려한다. 고려되는 ACS는 함께 결합될 선박(예를 들어, ASV 및 고정된 구조) 각각에 장착된 자율 결합 서브시스템을 포함한다. ACS는, 예를 들어 선박에 장착된 제1 결합 디바이스 및 고정된 구조에 장착된 제2 결합 디바이스를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 제1 결합 디바이스는 인터로크 시스템의 제1 부분을 포함하고, 제2 결합 디바이스는 인터로크 시스템의 제2 부분을 포함하며, 그에 따라 연결될 때, 인터로크 시스템의 제1 부분과 제2 부분은 함께 로킹되어 선박을 고정된 구조에 고정시킨다.

도 21 및 도 22를 참조하여, ASV(200)를 고정된 구조, 예를 들어 수정된 해수면 부표(300)에 자율적으로 결합하기 위한 ACS(400)를 이제 설명한다. 본 개시내용의 실시예는, 예를 들어 국립 데이터 부표 센터(National Data Buoy Center)에 의해 사용되는 해수면 부표와 같은 기존 부표를 수정(또는 개조)하여 ACS(400)의 자율 결합 서브시스템을 포함하는 것을 고려한다. 이러한 부표는, 예를 들어 해군 해양 기상 자동 디바이스(Navy Oceanographic Meteorological Automatic Device (NOMAD)), 원반 또는 해안 부표를 포함할 수 있다. 자율 결합 서브시스템이 설치된 수정된 해수면 부표는 자율 결합 부표(ACB)라고 지칭된다. 다양한 실시예에서, ACB는 또한 바람 및/또는 수류 조건에서 더 용이한 결합을 용이하게 하기 위해 ACB 결합 디바이스를 우세한 바람 방향으로부터 바로 떨어져 및/또는 수류 방향으로부터 하류에 정렬하도록 바람 베인 및/또는 물 베인을 이용할 수 있다. ASV(200)는, 예를 들어 초기 구성 동안 또는 기존 ASV에 대한 개조로서 ASV(200)의 전방 단부에 설치된 유사한 자율 결합 서브시스템을 가질 수 있다. ACS(400)는 부표(ACB)와 선박(ASV) 모두에 조합되어 설치된 자율 결합 서브시스템을 나타낸다.

도 21 및 도 22에 예시된 바와 같이, ACS(400)는 ASV(200)에 장착된 제1 결합 디바이스(410) 및 ACB(300)에 장착된 제2 결합 디바이스(430)를 포함한다. 제1 결합 디바이스(410) 및 제2 결합 디바이스(430)는 둘 사이의 맞물림을 제공하도록 상보적이다. 일 실시예에서, ACS는 기계적 인터로크 시스템(400)을 포함하고, 그에 따라 제1 결합 디바이스(410)는 ASV(200)의 전방 단부(215)에 장착된 2축 관절식 결합 스트러트(412)를 포함하며 제2 결합 디바이스(430)는 ACB(300)에 장착된 2축 관절식 리셉터클(432)을 포함한다. 일 실시예에서, 결합 스트러트(412)는 스트러트(412)의 전방 단부(411)에 플런저(414)를 포함하고, 리셉터클(432)은 최종 결합 시 플런저(414)를 리셉터클(432)에 로킹하기 위해 플런저(414)의 슬롯(416)과 맞물리도록 구성되는 스프링-하중식 래칭 메커니즘(434)을 포함한다. 다른 실시예에서, 플런저(414)는 결합 스트러트(412)를 통해 전개될 수 있는 케이블(418)에 연결되어, ASV(200)가 연결된 상태를 유지하면서 ACB로부터 원하는 분리 거리를 달성하게 하고, 다양한 바람 및 파도 조건에서 ASV(200)와 ACB(300) 사이의 더 많은 상대 운동을 허용하고 연결 스트레스를 감소시킨다. 본 기술 분야의 숙련자에 의해 이해되는 바와 같이, 리셉터클(432)의 래칭 메커니즘(434)에 연결된 솔레노이드(도시되지 않음)는 결합 해제를 위해 로킹 래치(435)를 후퇴시키도록 커맨드될 수 있다.

ACS(400)는 또한 최종 결합 동안(예를 들어, 바람, 파도 및 수면 조류의 존재 하에서) 구성 요소의 상호 정렬을 용이하게 하기 위해 결합 스트러트(412) 및 리셉터클(432)의 고도각 및 방위각을 동적이고 지속적으로 제어하도록 구성된 기계적 액추에이터(420 및 440)를 ASV(200) 및 ACB(300)에 각각 포함할 수 있다. 기계적 액추에이터(420, 440)는 본 기술 분야의 숙련자에 의해 이해되는 바와 같이 전기적 또는 유압식으로 동력을 공급받을 수 있다. 단순화된 실시예에서, 기계적 액추에이터(420 및 440)는 수동 스프링 및 유압 댐퍼 또는 가요성 고무 장착부로 대체될 수 있으며, 이는 또한 최종 결합 중에 상호 정렬을 용이하게 하기 위해 구성요소의 수직 및 수평 각도 편향을 허용할 수도 있다.

ACS(400)는 ASV(200)의 결합 스트러트(412)의 전방 단부(411)에 그리고 ACB(300)의 리셉터클(432)에 인접하여 각각 장착되는 위치 센서(422, 442)를 더 포함할 수 있다. 위치 센서(422, 442)는 ACB(300)에 대한 최종 결합 이전에 ASV(200)의 접근 동안 결합 스트러트(412)의 전방 단부(411)에 대한 리셉터클(432)의 상대 위치를 연속적으로 모니터링하도록 구성된다. ASV(200) 및 ACB(300)의 위치 센서(422 및 442)는 실시간 운동학 처리(Real-Time Kinematic processing)(RTK) 기능이 있는 GPS, 3D 물체 인식 기능이 있는 비디오 카메라, 적외선, 초음파, 용량성, 유도성, 광전 및/또는 LIDAR 근접도 센서를 포함할 수 있지만 이에 제한되지 않는다. 또한, 3축 가속도계 및 자이로스코프와 같은 동적 동작 센서를 이용할 수도 있다. 일 실시예에서, 다중 위치 센서는 중복성 및 상호 상관을 통해 결합 신뢰성을 개선시키기 위해 ASV(200) 및 ACB(300) 모두에서 이용될 수 있다.

ASV(200) 및 ACB(300)에 각각 수용된 제어 시스템 프로세서(209, 309)는, 예를 들어 최종 접근 동안 ASV(200)에 속도 및 방향 안내를 제공하기 위해 제어 알고리즘과 함께 위치 센서(422, 442)로부터의 데이터를 이용할 수 있을 뿐만 아니라, 최종 접근 동안 결합 스트러트(412) 및 리셉터클(432)의 연속적인 각도 정렬을 용이하게 하기 위해 ASV(200) 및 ACB(300) 모두의 기계적 액추에이터(420, 440)에 방향 제어를 제공할 수 있다. 다양한 실시예에 따르면, ASV(200) 및 ACB(300) 각각의 제어 시스템 프로세서는 세 가지 기본 동작 모드, 즉, 대기 모드(기본값), 결합 모드, 및 결합 해제 모드를 가질 수 있으며, 이에 대해서는 아래에서 더 상세히 설명된다.

예를 들어, 다양한 실시예에서, 제어 시스템 프로세서(209, 309) 각각은 메모리를 포함한다. 메모리는 정보를 저장 및/또는 검색하도록 구성된 구성요소를 포함한다. 일부 예에서, 메모리는 랜덤 액세스 메모리(Random Access Memory)(RAM), 읽기 전용 메모리(Read-Only Memory)(ROM), 메모리 회로, 광학 저장 드라이브 및/또는 디스크, 자기 저장 드라이브 및/또는 테이프, 하드 디스크, 플래시 메모리, 탈착식 저장 매체 등과 같은 하나 이상의 저장 요소이거나 이를 포함할 수 있다. 메모리는 ACS(400)의 작동과 알고리즘의 구현에 사용될 수 있는 소프트웨어를 저장할 수 있다. 소프트웨어는 운영 체제, 유틸리티, 드라이버, 네트워크 인터페이스, 애플리케이션 등을 비롯한 컴퓨터 프로그램, 펌웨어, 또는 일부 다른 형태의 기계 판독 가능 명령을 포함할 수 있다.

프로세서(209 및 309)는, 예를 들어 ACS(400)의 다른 요소 및/또는 각각의 ASV(200) 및 ACB(300)를 제어하여 저장 요소 또는 다른 소스로부터 검색된 명령을 처리하고, 소프트웨어 명령을 실행하며, 다양한 방법 작동(본 개시내용에 설명된 작동을 포함하지만 이에 제한되지 않음)을 수행하고, 신호 처리 및/또는 기계 학습 알고리즘을 적용하여 데이터를 분석하며, 계산 및/또는 예측을 수행하는 등을 행하는 마이크로프로세서 또는 다른 회로를 포함할 수 있다. 일부 예에서, 프로세서는 하나 이상의 중앙 처리 유닛(central processing unit)(CPU), 산술 로직 유닛(arithmetic logic unit)(ALU), 부동 소수점 유닛(floating-point unit)(FPU), 또는 기타 마이크로제어기이거나 이를 포함할 수 있다.

ACS(400), ASV(200), 및 ACB(300)의 개별 구성요소는 전용 하드웨어 구성요소를 통해, 소프트웨어 구성요소에 의해, 펌웨어에 의해, 또는 그 조합에 의해 구현될 수 있다. 하드웨어 구성요소는 주문형 집적 회로(application-specific integrated circuit)(ASIC), 필드 프로그래밍 가능한 게이트 어레이(field-programmable gate array)(FPGA) 등과 같은 전용 회로를 포함할 수 있다. 소프트웨어 구성요소는 메모리에 저장된 소프트웨어 모듈, 비일시적 컴퓨터 판독 가능 매체(예를 들어, 내부 메모리 또는 외부 메모리)에 저장되고 프로세서(예를 들어, 제어기)에 의해 실행되는 명령, 외부 소스로부터 (예를 들어, 통신 회로를 통해) 수신된 원격 명령 등을 포함할 수 있다.

본 명세서에 설명된 예시적인 디바이스, 시스템 및 방법은, 예를 들어, 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 구체화된 컴퓨터 판독 가능 코드 또는 임시 매체를 통해 송신되는 통신 신호를 실행하는 프로세서의 제어 하에서 수행될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체는 처리 시스템에 의해 판독 가능한 데이터를 저장할 수 있는 임의의 데이터 저장 디바이스이며, 휘발성 매체와 비휘발성 매체, 탈착식 매체와 비탈착식 매체를 모두 포함하며, 데이터베이스, 컴퓨터, 및 다양한 다른 네트워크 디바이스에 의해 판독 가능한 매체를 고려한다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예는 읽기 전용 메모리(ROM), 랜덤 액세스 메모리(RAM), 소거 가능 전기적으로 프로그래밍 가능한 ROM(erasable electrically programmable ROM)(EEPROM), 플래시 메모리 또는 기타 메모리 기술, 홀로그래픽 매체 또는 기타 광학 디스크 저장 장치, 자기 테이프 및 자기 디스크를 포함한 자기 저장 장치, 및 솔리드 스테이트 저장 디바이스를 포함하지만 이에 제한되지 않는다.

예를 들어, 단거리 무선 트랜시버와 같은 무선 트랜시버도 ACS(400)에 의해 이용될 수 있다. 일 실시예에서, ACS(400)는 ASV(200) 상의 트랜시버(222) 및 ACB(300) 상의 제2 트랜시버(444)를 이용할 수 있다. ASV(200)가 ACB(300)에 근접하면, 트랜시버(222, 444)는 제어 시스템 프로세서로부터 기계적 액추에이터(420, 430)로 위치 센서 데이터와 커맨드 및 제어 정보를 전달하도록 각각 구성될 수 있다.

ASV(200)의 기존 내장 전력 시스템은 ASV(200)의 자율 결합 서브시스템에 전력을 제공하기 위해 이용될 수 있고, ACB(300)는 자율 결합 서브시스템에 전력을 공급하기 위해 전력 서브시스템(350)을 구비할 수 있다. 전력 시스템은 기계적 액추에이터(420 및 430), 위치 센서(422 및 442), 제어 시스템 프로세서(즉, 제어 박스(209) 및 제어 박스(309) 내에 위치됨), 및 트랜시버(222 및 444)에 전력을 공급할 수 있다. 다양한 실시예에서, 전력 서브시스템은, 예를 들어 배터리, 태양광 패널 및/또는 터빈 발전기와 같은 전력 저장 디바이스, 관련 배터리 충전 제어기, 및 임의의 필수 전력 분배 제어기 및 기계적 액추에이터(420 및 440), 위치 센서(422 및 442), 제어 시스템 프로세서, 및 트랜시버(222 및 444)용 배선을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 전력 저장 디바이스는 관련 전력 변환 장비와 함께 수소 또는 디젤과 같은 연료를 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 기계적 인터로크 시스템은 ASV(200)와 ACB(300) 사이의 전력 전달을 허용하도록 수정될 수 있다.

전술한 ACS(400)는 다음의 예시적인 방법을 사용하여 ASV(200)를 ACB(300)(예를 들어, 연안 위치에 고정되어 있음)에 자율적으로 도킹하도록 구현될 수 있다. ASV(200)가 ACB(300)의 연안 위치로 항해할 때, ASV(200)의 내장 자율 항해 및 제어 시스템은 제어 시스템 프로세서(209) 및 무선 트랜시버(222)를 이용할 수 있는 반면, 제어 시스템 프로세서의 결합 구성요소는 대기 모드에 있다. ASV(200)가 연안 위치에 근접할 때(예를 들어, 연안 위치로부터 약 100 미터), ASV(200) 상의 트랜시버(222)가 ACB(300) 상의 트랜시버(444)와 연결될 수 있도록, ASV(200) 및 ACB(300) 상의 제어 시스템 프로세서는 결합 모드에 진입하여, 각각의 결합 디바이스(410, 430)의 각각의 구성 요소(예를 들어, 위치 센서(422, 442), 기계적 액추에이터(420, 440), 및 결합 스트러트(412)와 리셉터클(432))를 활성화시킨다.

이 방식으로, ASV(200)가 ACB(300)에 접근함에 따라, 제어 시스템 프로세서(209, 309)는 각각의 위치 센서(422, 442)로부터 신호를 지속적으로 수신할 수 있고, 제1 및 제2 결합 디바이스(410, 430) 사이에서 위치 데이터를 교환하여 ASV(200)의 접근을 모니터링할 수 있다. 예를 들어, 다양한 실시예에서, 제어 시스템 프로세서(209, 309)는 위치 센서(422, 442)로부터의 신호에 기초하여 접근하는 ASV(200)의 접근 속도, 거리, 및 방향을 지속적으로 모니터링하도록 구성된다.

최종 접근 시, 구성요소의 최종 결합 동안 (예를 들어, 바람, 파도, 및/또는 수면 흐름의 존재 하에) ASV(200)의 결합 스트러트(412)와 ACB(300)의 리셉터클(432) 사이의 상호 정렬을 용이하게 하기 위해, 제어 시스템 프로세서(209, 309)는 또한 각각의 결합 스트러트(412)와 리셉터클(432)의 고도각과 방위각을 지속적으로 제어하도록 구성된다. 따라서, 최종 결합 동안, 제어 시스템 프로세서(209 및 309)는 함께 작동하여 ASV(200)를 전방으로 항해하고, 결합 스트러트(412)의 플런저(414)가 리셉터클(432)에 진입할 때까지 결합 스트러트(412)와 리셉터클(432) 사이의 정렬을 조절하며, 여기서 스프링-하중식 래칭 메커니즘(434)에 의해 제자리에 로킹된다. ASV(200)와 ACB(300)가 연결되면, 제어 시스템 프로세서(209, 309)는 대기 모드로 복귀한다.

나중에 ACB(300)로부터 결합 해제하기 위해, ASV(200)의 제어 시스템 프로세서(209)는 래칭 메커니즘(434)을 해제하라는 커맨드를 (예를 들어, 무선 트랜시버(222)를 통해) ACB(300)의 프로세서(309)에 전송함으로써 결합 해제 모드에 진입한다. 일 실시예에서, 예를 들어, 리셉터클(432) 상의 전기 구동식 솔레노이드(도시되지 않음)는 프로세서(309)로부터 제어 프롬프트를 수신할 때 래칭 메커니즘(434)을 해제할 수 있다. 이어서, ASV(200)는 결합 스트러트(412) 및 임의의 전개된 케이블을 리셉터클(432)로부터 후퇴시킬 수 있고, ACB(300)로부터 다른 원하는 위치로 자율적으로 항해할 수 있다.

본 기술 분야의 숙련자는 도 21 및 도 22를 참조하여 설명 및 예시된 자율 결합 시스템(ACS)(400), 결합 디바이스(즉, 서브시스템)(410 및 430), 및 모든 관련 구성요소가 예시일 뿐이며, 본 개시내용은 본 기술 분야의 숙련자에게 알려진 다양한 유형, 구성, 및/또는 개수의 결합 시스템 및 구성요소를 이용하여 ASV(200)를 연안 현장의 고정된 구조에 자율적으로 결합하는 것을 고려한다는 것을 이해할 것이다.

더욱이, 위의 자율 결합 시스템(ACS) 및 방법은 자율 표면 선박(ASV)을 자율 결합 부표(ACB)에 결합하는 것과 관련하여 설명되었지만, 본 기술 분야의 숙련자는 개시된 시스템, 서브시스템, 및 방법이, 예를 들어 ASECV(100)를 ASV(200)에 결합하는 것을 포함하여 임의의 선박 간 결합을 위해 본 개시내용에 기초하여 유사하게 채용될 수 있다는 것을 이해할 것이다.

예시적인 실시예를 예시하는 이 설명 및 첨부 도면은 제한적인 것으로 고려되어서는 안된다. 등가물을 비롯하여, 본 설명 및 청구범위의 범주를 벗어나지 않고 다양한 기계적, 조성적, 구조적, 전기적 및 작동적 변경이 이루어질 수 있다. 일부 예에서, 널리 공지된 구조 및 기술은 개시내용을 모호하게 하지 않도록 상세히 도시되거나 설명되지 않았다. 더욱이, 일 실시예를 참조하여 상세히 설명된 요소 및 그 관련 특징은, 실용적일 때마다, 구체적으로 도시되거나 설명되지 않은 다른 실시예에 포함될 수 있다. 예를 들어, 요소가 일 실시예를 참조하여 상세히 설명되고 제2 실시예를 참조하여 설명되지 않은 경우에도, 요소는 제2 실시예에 포함될 수 있다.

본 명세서에 사용될 때, 단수 형태 "a", "an" 및 "the" 및 임의의 단어의 임의의 단수 사용은 명시하고 명백하게 하나의 대상으로 제한되지 않는 한 복수 대상을 포함한다는 점에 유의한다. 본 명세서에 사용될 때, 용어 "포함한다" 및 그 문법적 변형은 비제한적인 것으로 의도되어, 목록에 있는 항목의 설명은 나열된 항목에 대체되거나 추가될 수 있는 다른 유사한 항목의 배제가 아니다.

또한, 본 설명의 용어는 본 개시내용을 제한하도록 의도되지 않는다. 예를 들어, "상류", "하류", "밑", "아래", "하부", "위", "상부", "전향", "전방", "후방" 등과 같은 공간적 상대 용어는 도면의 배향에 예시된 바와 같이 한 요소 또는 특징과 다른 요소 또는 특징의 관계를 설명하는 데 사용할 수 있다. 이러한 공간적 상대 용어는 도면에 도시된 위치 및 배향 외에도 사용 또는 작동 중인 디바이스의 다양한 위치 및 배향을 포함하도록 의도된다. 예를 들어, 도면의 디바이스가 반전된 경우, 다른 요소나 특징의 "아래" 또는 "밑"으로서 설명된 요소는 다른 요소 또는 특징의 "상부" 또는 "위"에 있게 된다. 따라서, 예시적인 용어 "아래"는 상부 및 아래의 위치 및 배향 모두를 포함할 수 있다. 디바이스는 달리 배향(90도 또는 다른 배향으로 회전)될 수 있으며 여기에 사용된 공간적 상대 설명자는 그에 따라 해석된다.

추가 수정 및 대안 실시예가 본 명세서의 개시내용을 고려하여 본 기술 분야의 숙련자에게 명백할 것이다. 예를 들어, 시스템은 작동의 명확성을 위해 도면과 설명에서 생략된 추가 구성요소를 포함할 수 있다. 따라서, 이 설명은 단지 예시적인 것으로 해석되어야 하며, 본 개시내용의 시스템 및 방법을 수행하는 일반적인 방식을 본 기술 분야의 숙련자에게 교시하기 위한 것이다. 본 명세서에 도시되고 설명된 다양한 실시예는 예시적인 것으로 고려되어야 한다는 점을 이해해야 한다. 요소 및 재료, 그리고 이들 요소 및 재료의 배열은, 본 명세서의 설명의 이점을 얻은 후에 본 기술 분야의 숙련자에게 모두 명백한 바와 같이, 본 명세서에 예시되고 설명된 것으로 대체될 수 있으며, 부품 및 프로세스는 반전될 수 있고, 본 교시의 특정 특징은 독립적으로 사용될 수 있다. 본 개시내용의 범위를 벗어나지 않고 본 명세서에 설명된 요소에 변경이 이루어질 수 있다.

본 명세서에 기재된 특정 예 및 실시예는 비제한적이며, 본 개시내용의 범위를 벗어나지 않고 구조, 치수, 재료 및 방법론에 대한 수정이 이루어질 수 있음을 이해해야 한다. 본 개시내용에 따른 다른 실시예는 본 명세서에 개시된 본 발명의 명세서 및 실시를 고려함으로써 본 기술 분야의 숙련자에게 명백할 것이다. 명세서와 실시예는 단지 예시로서만 고려되며, 등가물을 포함하여 가장 넓은 범위에 해당한다.

Claims (46)

1. 수소를 생성하는 방법이며,
   연안 현장에서 수중 전개된 수력 전기 터빈으로부터 AC 전류를 생산하는 단계;
   AC 전류를 DC 전류로 변환하는 단계;
   DC 전류를 수력 전기 터빈의 연안 현장의 물 위에 위치 설정된 전해조에 인가하는 단계; 및
   전해조를 통해 수소를 생성하는 단계를 포함하는, 방법.
2. 제1항에 있어서, 수소를 생성하는 단계는 물로부터 수소 가스를 방출하는 단계를 포함하는, 방법.
3. 제2항에 있어서, 극저온 프로세스를 통해 수소 가스를 액화시키는 단계를 더 포함하는, 방법.
4. 제3항에 있어서, 수력 전기 터빈의 연안 현장에서 액화 수소를 수집하는 단계를 더 포함하는, 방법.
5. 제4항에 있어서, 수집된 액화 수소를 하나 이상의 육상 현장에 분배하는 단계를 더 포함하는, 방법.
6. 제5항에 있어서, 수집된 액화 수소를 분배하는 단계는 수집된 액화 수소를 하나 이상의 극저온 유조선을 통해 운송하는 단계를 포함하는, 방법.
7. 제2항에 있어서,
   연안 현장에서 수소 가스를 수집하는 단계; 및
   연안 현장으로부터 육상 현장으로 수소 가스를 운반하는 단계를 더 포함하는, 방법.
8. 수소를 생성하고 분배하는 방법이며,
   하나 이상의 자율 표면 에너지 수집 선박을 연안 현장의 플랫폼에 결합하는 단계로서, 하나 이상의 자율 표면 에너지 수집 선박 각각은 전기 에너지 생성 시스템을 지지하고 플랫폼은 전해조를 지지하는, 단계;
   하나 이상의 자율 표면 에너지 수집 선박의 각각의 전기 에너지 생성 시스템을 통해 전기 에너지를 생성하는 단계;
   생성된 전기 에너지를 사용하여 플랫폼 상의 전해조를 작동시키는 단계; 및
   전해조를 통해 수소 가스를 생성하는 단계를 포함하는, 방법.
9. 제8항에 있어서,
   플랫폼에 의해 지지되는 극저온 액화 시스템을 통해 생성된 수소 가스를 액화시키는 단계; 및
   액화 수소를 플랫폼으로부터 육상 현장으로 운반하는 단계를 더 포함하는, 방법.
10. 제9항에 있어서, 플랫폼은 반잠수식 플랫폼을 포함하는, 방법.
11. 제9항에 있어서, 플랫폼은 자율 표면 선박을 포함하는, 방법.
12. 제11항에 있어서, 자율 표면 선박을 계류된 표면 부표에 제거 가능하게 결합하는 단계를 더 포함하고, 계류된 표면 부표는 연안 현장에 고정되어 있는, 방법.
13. 제12항에 있어서, 계류된 표면 부표로부터 자율 표면 선박을 결합 해제하고 계류된 표면 부표의 연안 현장 이외의 위치로 자율 표면 선박을 이동시키는 단계를 더 포함하는, 방법.
14. 제8항에 있어서, 하나 이상의 자율 표면 에너지 수집 선박을 플랫폼에 결합하는 단계는 복수의 자율 표면 에너지 수집 선박을 플랫폼에 결합하는 단계를 포함하는, 방법.
15. 제14항에 있어서, 복수의 자율 표면 에너지 수집 선박을 체인으로 서로 결합하는 단계를 더 포함하는, 방법.
16. 제8항에 있어서, 전기 에너지 생성 시스템은 수력 전기 터빈, 풍력 터빈, 또는 태양광 패널 중 적어도 하나를 포함하는, 방법.
17. 제8항에 있어서, 자율 표면 에너지 수집 선박 중 하나 이상을 플랫폼으로부터 결합 해제하고 하나 이상의 자율 표면 에너지 수집 선박을 플랫폼의 연안 현장 이외의 위치로 이동시키는 단계를 더 포함하는, 방법.
18. 연안 현장으로부터 수소를 생성, 수집 및 분배하기 위한 시스템이며,
    수역의 연안 현장에 전개되고 연안 현장의 물 위에 장비를 지지하도록 구성된 플랫폼;
    플랫폼에 의해 지지되는 전해조; 및
    전기 에너지를 전송하도록 구성된 케이블을 통해 플랫폼에 결합되도록 구성된 하나 이상의 자율 표면 에너지 수집 선박을 포함하고, 하나 이상의 자율 표면 에너지 수집 선박 각각은 케이블을 통해 전해조로 전송하기 위한 전기 에너지를 생성하도록 구성된 전기 에너지 생성 시스템을 포함하며,
    전해조는 전기 에너지로부터 수소 가스를 생성하도록 구성되는, 시스템.
19. 제18항에 있어서, 하나 이상의 자율 표면 에너지 수집 선박은 함께 결합된 자율 표면 에너지 수집 선박의 체인으로 서로 결합되도록 구성된 복수의 자율 표면 에너지 수집 선박을 포함하는, 시스템.
20. 제18항에 있어서, 전기 에너지 생성 시스템은 수력 전기 터빈, 풍력 터빈, 또는 태양광 패널 중 적어도 하나를 포함하는, 시스템.
21. 제18항에 있어서, 플랫폼에 의해 지지되는 극저온 액화 시스템을 더 포함하고, 극저온 액화 시스템은 수소 가스를 액화하도록 구성되는, 시스템.
22. 제21항에 있어서, 플랫폼에 의해 지지되는 저장 탱크를 더 포함하고, 저장 탱크는 액화 수소를 수집하도록 구성되는, 시스템.
23. 제22항에 있어서, 저장 탱크를 플랫폼으로부터 육상 현장으로 운반하도록 구성된 극저온 유조선을 더 포함하는, 시스템.
24. 제18항에 있어서, 플랫폼은 반잠수식 플랫폼을 포함하는, 시스템.
25. 제18항에 있어서, 플랫폼은 자율 표면 선박을 포함하는, 시스템.
26. 제25항에 있어서, 계류된 표면 부표를 더 포함하고, 계류된 표면 부표는 연안 현장에 고정되고 자율 표면 선박과 결합되도록 구성되는, 시스템.
27. 해양 선박을 고정된 구조에 자율적으로 결합하기 위한 시스템이며,
    해양 선박에 장착되는 제1 결합 디바이스로서, 인터로크 시스템의 제1 부분을 포함하는, 제1 결합 디바이스; 및
    고정된 구조에 장착된 제2 결합 디바이스를 포함하고, 제2 결합 디바이스는 인터로크 시스템의 제2 부분을 포함하며, 인터로크 시스템의 제2 부분은 인터로크 시스템의 제1 부분과 맞물려 어떠한 인간의 개입 없이 해양 선박을 고정된 구조에 고정하도록 구성되는, 시스템.
28. 제27항에 있어서, 해양 선박은 자율 표면 선박인, 시스템.
29. 제27항에 있어서, 고정된 구조는 계류된 해수면 부표인, 시스템.
30. 제29항에 있어서, 계류된 해수면 부표는 해군 해양 기상 자동 디바이스(NOMAD), 원반 또는 해안 부표인, 시스템.
31. 제27항에 있어서, 인터로크 시스템은 기계적 인터로크 시스템을 포함하고, 기계적 인터로크 시스템의 제1 부분은 2축 관절식 결합 스트러트를 포함하며, 기계적 인터로크 시스템의 제2 부분은 2축 관절식 리셉터클을 포함하는, 시스템.
32. 제31항에 있어서, 제1 및 제2 결합 디바이스 각각은 기계적 액추에이터를 포함하고, 기계적 액추에이터는 관절식 결합 스트러트와 관절식 리셉터클의 각각의 고도각 및 방위각을 제어하도록 구성되는, 시스템.
33. 제32항에 있어서, 제1 및 제2 결합 디바이스 각각은 위치 센서를 포함하는, 시스템.
34. 제33항에 있어서, 제1 및 제2 결합 디바이스 각각은 각각의 프로세서를 포함하고, 각각의 프로세서는 위치 센서로부터 신호를 수신하고 신호에 기초하여 해양 선박에 속도 및 방향 안내를 제공하도록 구성되는, 시스템.
35. 제34항에 있어서, 제1 및 제2 결합 디바이스 각각은 단거리 무선 트랜시버를 포함하고, 각각의 무선 트랜시버는 위치 센서로부터의 데이터와 프로세서로부터의 커맨드를 기계적 액추에이터에 전달하도록 구성되는, 시스템.
36. 제35항에 있어서, 제2 결합 디바이스는 배터리, 태양광 패널, 풍력 터빈 발전기, 및/또는 수력 전기 터빈 발전기를 포함하는 전력 저장 디바이스를 포함하는, 시스템.
37. 제27항에 있어서, 해양 선박은 하나 이상의 수력 전기 터빈을 운반하고 전개하도록 구성되는, 시스템.
38. 제27항에 있어서, 해양 선박은 전해조를 지지하도록 구성되는, 시스템.
39. 해양 선박을 고정된 구조에 자율적으로 결합하는 방법이며,
    해양 선박을 고정된 구조까지 자율적으로 항해하는 단계;
    해양 선박 상의 제1 결합 디바이스를 고정된 구조 상의 제2 결합 디바이스와 연결하는 단계;
    제1 결합 디바이스와 제2 결합 디바이스 사이에서 위치 데이터를 교환하는 단계; 및
    어떠한 인간의 개입 없이 해양 선박을 고정된 구조에 고정하기 위해 제1 결합 디바이스 상의 인터로크 시스템의 제1 부분을 제2 결합 디바이스 상의 인터로크 시스템의 제2 부분과 맞물리게 하는 단계를 포함하는, 방법.
40. 제39항에 있어서, 해양 선박을 고정된 구조까지 자율적으로 항해하는 단계는 해양 선박을 계류된 해수면 부표까지 자율적으로 항해하는 단계를 포함하는, 방법.
41. 제39항에 있어서, 제1 결합 디바이스를 제2 결합 디바이스와 연결하는 단계는 제1 결합 디바이스와 제2 결합 디바이스 사이에 단거리 무선 링크를 확립하는 단계를 포함하는, 방법.
42. 제39항에 있어서, 제1 결합 디바이스와 제2 결합 디바이스 사이에서 위치 데이터를 교환하는 단계는 해양 선박의 접근 속도, 거리, 및 방향을 모니터링하는 단계를 포함하는, 방법.
43. 제39항에 있어서, 인터로크 시스템의 제1 부분을 인터로크 시스템의 제2 부분과 맞물리게 하는 단계는 제1 결합 디바이스의 결합 스트러트를 제2 결합 디바이스의 리셉터클과 맞물리게 하는 단계를 포함하는, 방법.
44. 제43항에 있어서, 결합 스트러트를 리셉터클과 맞물리게 하는 단계는 결합 스트러트의 단부에 있는 플런저를 리셉터클 내의 스프링-하중식 래칭 메커니즘에 삽입하는 단계를 포함하는, 방법.
45. 제39항에 있어서, 해양 선박은 하나 이상의 수력 전기 터빈을 운반하고 전개하도록 구성되는, 방법.
46. 제39항에 있어서, 해양 선박은 전해조를 지지하도록 구성되는, 방법.

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