KR20240071283A - 전력 공급 시스템 및 이의 동작 방법 - Google Patents
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Abstract
본 문서에서 개시되는 일 실시 예에 따른 선박에 포함되는 전력 공급 시스템은, 수소를 포함하는 연료를 저장하는 연료 저장 탱크; 상기 연료를 이용하여 전기를 생산하는 연료 전지; 및 선박의 운항 모드 및 상기 연료 전지의 동작 상태에 기초하여 상기 연료 전지를 초기 기동하거나, 또는 상기 연료 전지의 온도를 고온으로 유지하는 제어부;를 포함할 수 있다.
Description
본 문서에서 개시되는 실시 예들은, 전력 공급 시스템 및 이의 동작 방법에 관한 것이다.
최근에 선박의 전기추진 시스템에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있다. 여기서, 전기추진 시스템은, 온실 가스 배출의 주 원인인 기존의 기계식 추진 시스템이 아닌 연료 전지(fuel cell)를 선박의 주 동력원으로 이용하는 시스템을 의미한다. 여기서, 연료 전지는 고분자 전해질 연료 전지(PEMFC: polymer electrolyte membrane fuel cell), 직접 메탄올 연료 전지(DMFC: direct methanol fuel cell), 알칼리 연료 전지(AFC: alkaline fuel cell), 인산형 연료 전지(PAFC: phosphoric acid fuel cell), 용융 탄산염 연료 전지(MCFC: molten carbonate fuel cell), 및 고체 산화물 연료 전지(SOFC: solid oxide fuel cell)를 포함할 수 있다. 특히, 고체 산화물 연료 전지는 3세대 연료 전지로 지칭되고 있으며, 산소 또는 수소 이온을 투과시킬 수 있는 고체 산화물을 전해질로 사용하는 연료 전지이다.
고체 산화물 연료 전지는 연료를 산화제와 전기화학적으로 반응시켜 화학적 에너지를 전기 에너지로 변환시키는 에너지 변환 장치이다. 고체 산화물 연료 전지는, 내연기관과 같은 연소 과정이 없어 공해물질을 배출하지 않고, 소음과 진동이 적다는 측면에서 친환경적이다.
고체 산화물 연료 전지는 고온(섭씨 500도 내지 1000도)에서만 작동할 수 있다. 이에 따라, 연료 전지의 온도를 고온으로 예열하기 위해서는 약 10시간이 소요되므로, 선박을 이용하기 위한 시간적 제약이 존재하는 문제점이 있다.
또한, 고체 산화물 연료 전지에 대한 온/오프(on/off)가 잦을 경우 고체 산화물 연료 전지의 수명이 현저하게 감소하는 문제점이 있다.
본 문서에 개시된 실시예들의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또다른 기술적 과제들은 아래의 기재들로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 문서에서 개시되는 일 실시 예에 따른 선박에 포함되는 전력 공급 시스템은, 수소를 포함하는 연료를 저장하는 연료 저장 탱크; 상기 연료를 이용하여 전기를 생산하는 연료 전지; 및 선박의 운항 모드 및 상기 연료 전지의 동작 상태에 기초하여 상기 연료 전지를 초기 기동하거나, 또는 상기 연료 전지의 온도를 고온으로 유지하는 제어부;를 포함할 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 제어부는, 상기 동작 상태가 초기 기동을 필요로 하는 경우, 예열부를 통해 상기 연료 전지의 온도를 지정된 온도로 예열하고, 상기 동작 상태가 상기 초기 기동을 필요로 하지 않는 경우, 상기 연료 저장 탱크를 통해 상기 연료를 상기 연료 전지에 공급함으로써 상기 연료 전지를 상기 고온으로 유지할 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 제어부는 상기 운항 모드가 적재(loading) 모드, 하역(unloading) 모드, 및 항구(harbor) 모드 중 하나이고, 상기 동작 상태가 초기 기동을 필요로 하는 경우, 상기 예열부를 통해 상기 연료 전지의 온도를 상기 지정된 온도로 예열할 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 제어부는, 상기 운항 모드가 상기 항구 모드에 해당하면, 상기 선박에 육상전원공급 장치(AMP: alternative maritime power)가 연결되는지 여부를 확인하고, 상기 선박과 상기 AMP가 연결되면, 상기 AMP로부터 공급받은 전기 에너지를 이용하여 상기 선박에 포함된 부하에 상기 전기 에너지를 공급할 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 제어부는, 상기 예열부를 이용하여 상기 AMP로부터 공급받은 전기 에너지를 열 에너지로 변환하고, 상기 열 에너지를 이용하여 상기 연료 전지를 초기 기동하거나, 또는 상기 고온으로 유지할 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 선박은 상기 연료 전지와 DC 링크(DC-link)로 연계되는 배터리를 더 포함하고, 상기 제어부는, 상기 배터리가 상기 생산된 전기에너지 중 잉여 에너지를 공급받도록 하거나, 또는 상기 선박에 포함된 추진 장치에 의해 회생된 전기 에너지를 공급받도록 할 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 선박은 상기 선박의 드라이브와 DC 링크(DC-link)로 연계되는 배터리를 더 포함하고, 상기 제어부는, 상기 배터리가 상기 생산된 전기에너지 중 잉여 에너지를 공급받도록 하거나, 또는 상기 선박에 포함되는 추진 장치에 의해 회생된 전기 에너지를 공급받도록 할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 연료 전지는 상기 선박의 주 동력원으로 이용될 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 제어부는 상기 선박의 운항 모드에 따라 상기 주 동력원으로 이용되는 상기 연료 전지의 출력 비율을 가변할 수 있다.
본 문서에서 개시되는 일 실시 예에 따른 선박에 포함되는 전력 공급 시스템의 동작 방법은, 선박의 운항 모드를 구별하는 동작; 상기 선박의 수소를 포함하는 연료를 이용하여 전기를 생산하는 연료 전지의 동작 상태를 확인하는 동작; 상기 선박의 상기 운항 모드 및 상기 연료 전지의 상기 동작 상태에 따라 초기 기동을 필요로 하는 경우, 예열부를 통해 상기 연료 전지의 온도를 지정된 온도로 예열하는 동작; 및 상기 선박의 상기 운항 모드 및 상기 연료 전지의 상기 동작 상태에 따라 상기 초기 기동을 필요로 하지 않는 경우, 연료 저장 탱크를 통해 연료를 상기 연료 전지에 공급함으로써 상기 연료 전지를 고온으로 유지하는 동작을 포함할 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 지정된 온도로 예열하는 동작은, 상기 선박의 상기 운항 모드가 적재(loading) 모드, 하역(unloading) 모드, 및 항구(harbor) 모드 중 하나이고, 상기 동작 상태가 초기 기동을 필요로 하는 경우, 상기 예열부를 통해 상기 연료 전지의 온도를 상기 지정된 온도로 예열하는 동작을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따른 동작 방법은, 상기 운항 모드가 상기 항구 모드에 해당하면, 상기 선박에 육상전원공급 장치(AMP: alternative maritime power)가 연결되는지 여부를 확인하는 동작; 및 상기 선박과 상기 AMP가 연결되면, 상기 AMP로부터 공급받은 전기 에너지를 이용하여 상기 선박에 포함된 부하에 상기 전기 에너지를 공급하는 동작을 더 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따른 동작 방법은, 상기 예열부를 이용하여 상기 AMP로부터 공급받은 전기 에너지를 열 에너지로 변환하는 동작; 및 상기 열 에너지를 이용하여 상기 연료 전지를 초기 기동하거나, 또는 상기 고온으로 유지하도록 하는 동작을 더 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따른 동작 방법은, 상기 연료 전지와 DC 링크(DC-link)로 연계되는 배터리가 상기 생산된 전기에너지 중 잉여 에너지를 공급받도록 하거나, 또는 상기 선박에 포함된 추진 장치에 의해 회생된 전기 에너지를 공급받도록 하는 동작을 더 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따른 동작 방법은, 상기 선박의 드라이브와 DC 링크(DC-link)로 연계되는 배터리가 상기 생산된 전기에너지 중 잉여 에너지를 공급받도록 하거나, 또는 상기 선박에 포함되는 추진 장치에 의해 회생된 전기 에너지를 공급받도록 하는 동작을 더 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따른 동작 방법에서, 상기 선박의 운항 모드에 따라 상기 선박의 주 동력원으로 이용되는 상기 연료 전지의 출력 비율을 가변하는 동작을 더 포함할 수 있다.
본 문서에 개시되는 다양한 실시 예들에 따른 전력 공급 시스템 및 이의 동작 방법은, 연료 전지의 동작 상태를 확인하여 연료 전지의 온도를 고온 상태로 유지함으로써, 연료 전지에 대한 온/오프 횟수를 감소시킬 수 있다. 이에 따라, 연료 전지의 수명이 급격하게 단축되는 현상을 방지할 수 있다.
본 문서의 개시에 따른 전력 공급 시스템 및 이의 동작 방법의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또다른 효과들은 본 문서의 개시에 따라 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 개시의 일 실시 예에 따른 전력 공급 시스템의 블록도이다.
도 2는 본 개시의 일 실시 예에 따른 배터리가 연료 전지와 DC 링크(DC-link)로 연계된 전력 공급 시스템을 도시한다.
도 3은 본 개시의 일 실시 예에 따른 배터리가 드라이브와 DC 링크(DC-link)로 연계된 전력 공급 시스템을 도시한다.
도 4는 본 개시의 일 실시 예에 따른 육상전원공급 장치(AMP: alternative maritime power)로부터 에너지를 공급받는 선박을 예시한다.
도 5는 본 개시의 일 실시 예에 따른 연료 전지의 구성도를 예시한다.
도 6은 본 개시의 일 실시 예에 따른 AMP로부터 공급받은 에너지를 전기 에너지로 변환시키는 과정을 도시한다.
도 7은 본 개시의 일 실시 예에 따른 전력 공급 시스템이 선박의 운항 모드를 구별하는 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 8은 본 개시의 일 실시 예에 따른 선박의 운항 모드가 적재 모드, 또는 하역 모드인 경우 전력 공급 시스템의 동작 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 9는 본 개시의 일 실시 예에 따른 선박의 운항 모드가 항구 모드인 경우 전력 공급 시스템의 동작 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 10a 및 도 10b는 초 대형 원유 운반선 및 액화 천연 가스 운반선의 전력망을 각각 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 11은 다양한 실시예에 따른 버스 타이를 개략적으로 도시하는 도면이다.
도면의 설명과 관련하여, 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일 또는 유사한 참조 부호가 사용될 수 있다.
도 2는 본 개시의 일 실시 예에 따른 배터리가 연료 전지와 DC 링크(DC-link)로 연계된 전력 공급 시스템을 도시한다.
도 3은 본 개시의 일 실시 예에 따른 배터리가 드라이브와 DC 링크(DC-link)로 연계된 전력 공급 시스템을 도시한다.
도 4는 본 개시의 일 실시 예에 따른 육상전원공급 장치(AMP: alternative maritime power)로부터 에너지를 공급받는 선박을 예시한다.
도 5는 본 개시의 일 실시 예에 따른 연료 전지의 구성도를 예시한다.
도 6은 본 개시의 일 실시 예에 따른 AMP로부터 공급받은 에너지를 전기 에너지로 변환시키는 과정을 도시한다.
도 7은 본 개시의 일 실시 예에 따른 전력 공급 시스템이 선박의 운항 모드를 구별하는 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 8은 본 개시의 일 실시 예에 따른 선박의 운항 모드가 적재 모드, 또는 하역 모드인 경우 전력 공급 시스템의 동작 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 9는 본 개시의 일 실시 예에 따른 선박의 운항 모드가 항구 모드인 경우 전력 공급 시스템의 동작 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 10a 및 도 10b는 초 대형 원유 운반선 및 액화 천연 가스 운반선의 전력망을 각각 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 11은 다양한 실시예에 따른 버스 타이를 개략적으로 도시하는 도면이다.
도면의 설명과 관련하여, 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일 또는 유사한 참조 부호가 사용될 수 있다.
이하, 본 발명의 실시 예들이 첨부된 도면을 참조하여 기재된다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 실시 예의 다양한 변경(modification), 균등물(equivalent), 및/또는 대체물(alternative)을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 문서의 실시 예들 및 이에 사용된 용어들은 본 문서에 기재된 기술적 특징들을 특정한 실시 예로 한정하려는 것이 아니며, 해당 실시예의 다양한 변경, 균등물, 또는 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 도면의 설명과 관련하여, 유사한 또는 관련된 구성요소에 대해서는 유사한 참조 부호가 사용될 수 있다. 아이템에 대응하는 명사의 단수 형은 관련된 문맥상 명백하게 다르게 지시하지 않는 한, 상기 아이템 한 개 또는 복수 개를 포함할 수 있다.
본 문서에서, "A 또는 B", "A 및 B 중 적어도 하나", "A 또는 B 중 적어도 하나", "A, B 또는 C", "A, B 및 C 중 적어도 하나", 및 "A, B, 또는 C 중 적어도 하나"와 같은 문구들 각각은 그 문구들 중 해당하는 문구에 함께 나열된 항목들 중 어느 하나, 또는 그들의 모든 가능한 조합을 포함할 수 있다. "제1", "제2", "첫째", "둘째", "A", "B", "(a)" 또는 "(b)"와 같은 용어들은 단순히 해당 구성요소를 다른 해당 구성요소와 구분하기 위해 사용될 수 있으며, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성요소들을 다른 측면(예: 중요성 또는 순서)에서 한정하지 않는다.
본 문서에서, 어떤(예: 제1) 구성요소가 다른(예: 제2) 구성요소에, "기능적으로" 또는 "통신적으로"라는 용어와 함께 또는 이런 용어 없이, "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 언급되거나 "커플드" 또는 "커넥티드"라고 언급된 경우, 그것은 상기 어떤 구성요소가 상기 다른 구성요소에 직접적으로(예: 유선으로, 또는 무선으로), 또는 간접적으로(예: 제3 구성요소를 통하여) 연결될 수 있다는 것을 의미한다.
본 문서에 개시된 다양한 실시 예들에 따른 방법은 컴퓨터 프로그램 제품(computer program product)에 포함되어 제공될 수 있다. 컴퓨터 프로그램 제품은 상품으로서 판매자 및 구매자 간에 거래될 수 있다. 컴퓨터 프로그램 제품은 기기로 읽을 수 있는 저장 매체(예: compact disc read only memory, CD-ROM)의 형태로 배포되거나, 또는 어플리케이션 스토어를 통해 또는 두 개의 사용자 장치들 간에 직접, 온라인으로 배포(예: 다운로드 또는 업로드)될 수 있다. 온라인 배포의 경우에, 컴퓨터 프로그램 제품의 적어도 일부는 제조사의 서버, 어플리케이션 스토어의 서버, 또는 중계 서버의 메모리와 같은 기기로 읽을 수 있는 저장 매체에 적어도 일시 저장되거나, 임시적으로 생성될 수 있다.
본 문서에 개시된 실시 예들에 따르면, 상기 기술한 구성요소들의 각각의 구성요소(예: 모듈 또는 프로그램)는 단수 또는 복수의 개체를 포함할 수 있으며, 복수의 개체 중 일부는 다른 구성요소에 분리 배치될 수도 있다. 본 문서에 개시된 실시 예들에 따르면, 전술한 해당 구성요소들 중 하나 이상의 구성요소들 또는 동작들이 생략되거나, 또는 하나 이상의 다른 구성요소들 또는 동작들이 추가될 수 있다. 대체적으로 또는 추가적으로, 복수의 구성요소들(예: 모듈 또는 프로그램)은 하나의 구성요소로 통합될 수 있다. 이런 경우, 통합된 구성요소는 상기 복수의 구성요소들 각각의 구성요소의 하나 이상의 기능들을 상기 통합 이전에 상기 복수의 구성요소들 중 해당 구성요소에 의해 수행되는 것과 동일 또는 유사하게 수행할 수 있다. 본 문서에 개시된 실시 예들에 따르면, 모듈, 프로그램 또는 다른 구성요소에 의해 수행되는 동작들은 순차적으로, 병렬적으로, 반복적으로, 또는 휴리스틱하게 실행되거나, 상기 동작들 중 하나 이상이 다른 순서로 실행되거나, 생략되거나, 또는 하나 이상의 다른 동작들이 추가될 수 있다.
도 1은 본 개시의 일 실시 예에 따른 전력 공급 시스템(100)의 블록도이다.
도 1을 참조하면, 선박(10)은 전력 공급 시스템(100), 부하(160), 추진 장치(180), 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 선박(10)은 도 1에 도시된 구성 요소들 이외의 적어도 하나의 구성 요소를 더 포함할 수 있다.
전력 공급 시스템(100)은 하나 이상의 전원(동력원)들에 의해 생산된 전기 에너지를 부하(160), 및/또는 추진 장치(180)에게 공급할 수 있다. 여기서, 부하(160)는 전기 에너지를 소비하는 복수의 장치들을 포함할 수 있다. 추진 장치(180)는 선박(10)에 포함된 장치들을 포함할 수 있다. 예컨대, 추진 장치(180)는 프로펠러(propeller), 외륜(paddle wheel), 워터 제트(water jet), 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
전력 공급 시스템(100)은 연료 저장 탱크(102), 연료 전지(104), 예열부(106), 제어부(108), 발전기(112), 배전반(120, 150), 드라이브(140), 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
연료 저장 탱크(102)는 연료를 저장할 수 있다. 연료 저장 탱크(102)는 수소로 치환 가능한 연료를 저장할 수 있다. 예컨대, 연료는 수소, 암모니아, 메탄올, 또는 천연가스일 수 있다.
연료 전지(104)는 연료를 이용하여 전기를 생산할 수 있다. 연료 전지(104)는 연료 저장 탱크(102)에 저장된 연료를 이용하여 전기를 생산할 수 있다. 여기서, 연료 전지는 고분자 전해질 연료 전지(PEMFC: polymer electrolyte membrane fuel cell), 직접 메탄올 연료 전지(DMFC: direct methanol fuel cell), 알칼리 연료 전지(AFC: alkaline fuel cell), 인산형 연료 전지(PAFC: phosphoric acid fuel cell), 용융 탄산염 연료 전지(MCFC: molten carbonate fuel cell), 및 고체 산화물 연료 전지(SOFC: solid oxide fuel cell)를 포함할 수 있다.
이하에서는, 연료 전지(104)는 고체 산화물 연료 전지(SOFC)라고 가정하여 설명한다. 다만, 이는 설명의 편의성을 위한 것일 뿐, 연료 전지(104)를 고체 산화물 연료 전지라고 한정하는 것은 아니다.
예열부(106)는 연료 전지(104)를 가열하기 위한 장치를 포함할 수 있다. 일 실시 예에서, 예열부(106)는 열을 방사함으로써 연료 전지(104)를 가열하기 위한 장치(예: 라디에이터(radiator))를 지칭할 수 있다. 실시 예에 따라, 연료 전지(104)가 복수의 연료 전지들로 구성되는 경우, 예열부(106)는 복수의 연료 전지들 각각을 예열시키기 위한 복수의 라디에이터들을 포괄할 수 있다.
예열부(106)는 선박(10)의 운항 모드에 따라 연료 전지(104)를 예열할 수 있다. 예열부(106)는 연료 전지(104)의 온도를 지정된 온도로 예열할 수 있다. 예열부(106)는 연료 전지(104)를 초기 기동하기 위하여 연료 전지(104)의 온도를 지정된 온도로 예열할 수 있다. 예열부(106)는, 프로세서(110)의 명령어 실행에 의해, 연료 전지(104)의 온도를 지정된 온도로 예열할 수 있다. 여기서, 지정된 온도는 연료 전지(104)를 이용하여 전기 에너지를 생산하기 위한 온도일 수 있다. 예컨대, 지정된 온도는 섭씨(centigrade) 500도 내지 1000도일 수 있다.
제어부(108)는 메모리(109), 및 프로세서(110)를 포함할 수 있다.
메모리(109)는 복수의 명령어들을 저장할 수 있다. 일 실시 예에서, 메모리(109)는 휘발성 메모리 및/또는 비휘발성 메모리를 포함할 수 있다. 일 실시 예에서, 메모리(109)는, 전력 공급 시스템(100)의 적어도 하나의 구성요소(예: 프로세서(110))에 의해 사용되는 데이터를 저장할 수 있다. 예를 들어, 데이터는 소프트웨어(또는, 이와 관련된 명령어(instruction)), 입력 데이터 또는 출력 데이터를 포함할 수 있다. 일 실시 예에서, 명령어는 프로세서(110)에 의해 실행 시 전력 공급 시스템(100)이 명령어에 의해 정의되는 동작들을 수행하게 할 수 있다.
프로세서(110)는 명령어들을 실행하여 전력 공급 시스템(100)이 명령어에 의해 정의되는 동작들을 수행하도록 제어할 수 있다. 일 실시 예에서, 프로세서(110)는 중앙 처리 장치, 어플리케이션 프로세서, 그래픽 처리 장치, 신경망 처리 장치(NPU, neural processing unit), 이미지 시그널 프로세서, 센서 허브 프로세서, 또는 커뮤니케이션 프로세서를 포함할 수 있다. 일 실시 예에서, 프로세서(110)는 소프트웨어를 실행하여 프로세서(110)에 연결된 전력 공급 시스템(100)의 적어도 하나의 다른 구성 요소(예: 하드웨어 또는 소프트웨어 구성요소)를 제어할 수 있고, 다양한 데이터 처리 또는 연산을 수행할 수 있다. 여기서, 하드웨어 또는 소프트웨어 구성요소에는, 연료 저장 탱크(102), 연료 전지(104), 예열부(106), 발전기(112), 배전반(120, 150), 드라이브(140), 또는 이들의 조합이 포함될 수 있다.
발전기(112)는 선박(10)의 복수의 동력원들 중 하나일 수 있다. 선박(10)은 복수의 동력원들 중 연료 전지(104)를 주 동력원으로 이용하고 발전기(112)를 보조 동력원으로 이용할 수 있다. 선박(10)이 이용할 수 있는 보조 동력원은, 발전기(112) 외에도, 선박(10)에 포함된 에너지 저장 장치(ESS: energy storage system), 또는 선박(10) 외부의 육상전원공급 장치(AMP: alternative maritime power)를 보조 동력원으로 이용할 수 있다. 즉, 선박(10)은 발전기(112), ESS, AMP, 또는 이들의 조합을 보조 동력원으로 이용할 수 있다.
이하에서는, 선박(10)의 보조 동력원은 발전기(112)라고 가정하여 설명한다. 다만, 이는 설명의 편의를 위한 가정일 뿐 선박(10)의 보조 동력원은 이에 한정되지 않는다.
배전반(120, 150), 및 드라이브(140)는 복수의 동력원들에 의해 생성된 전기 에너지를 전달하는 배전 시스템일 수 있다. 배전반(120, 150), 및 드라이브(140)는, 전기 에너지를 부하(160), 및/또는 추진 장치(180)에게 전달하는 배전 시스템일 수 있다.
배전반(120, 150)은 복수의 동력원들에 의해 생성된 전기 에너지를 전달하는 장치일 수 있다. 배전반(120, 150)은 주 배전반(120)과 하위 배전반(150)을 포함할 수 있다. 주 배전반(120)은 복수의 동력원들에 의해 생성된 전기 에너지를 드라이브(140)에게 전달할 수 있다. 하위 배전반(150)은 드라이브(140)로부터 분배 받은 전기 에너지를 부하(160)에게 전달할 수 있다.
드라이브(140)는 전기 에너지를 부하(160), 및/또는 추진 장치(180)에게 분배할 수 있다. 드라이브(140)는, 주 배전반(120)을 통해 전달받은 전기 에너지를 부하(160), 및/또는 추진 장치(180)에게 분배할 수 있다.
이하에서는, 전력 공급 시스템(100)의 제어부(108)가 하나 이상의 전원들을 제어하는 방법을 설명한다.
전력 공급 시스템(100)의 제어부(108)는 선박(10)의 운항 모드를 구별할 수 있다. 여기서, 운항 모드란 선박(10)의 현재 상태를 의미할 수 있다. 운항 모드는 항해(seagoing) 모드, 입항(port in) 모드, 출항(port out) 모드, 하역(unloading) 모드, 적재(loading) 모드, 항구(harbor) 모드, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 선박(10)의 운항 모드는 선박(10)의 부하에 기초하여 자동으로 변경되거나, 사용자의 입력에 의해 변경될 수 있다.
항해 모드는 선박(10)이 해상에서 항해 중인 상태를 의미할 수 있다. 입항 모드는 선박(10)이 해상에서 항구로 입항하는 상태를 의미할 수 있다. 출항 모드는 선박(10)이 항구에서 해상으로 출항하는 상태를 의미할 수 있다. 하역 모드는 선박(10)이 항구에 정박하여 적재된 화물을 하역하고 있는 상태를 의미할 수 있다. 적재 모드는 선박(10)이 항구에 정박하여 화물을 적재하고 있는 상태를 의미할 수 있다. 항구 모드는 선박(10)이 항구에 정박한 상태로, 화물을 적재하거나 하역하는 상태를 제외한 상태를 의미할 수 있다.
제어부(108)는 선박(10)의 운항 모드가 적재 모드, 하역 모드, 또는 항구 모드인지를 확인할 수 있다.
제어부(108)는 선박(10)의 운항 모드가 적재 모드, 또는 하역 모드인 경우 연료 전지(104)의 동작 상태를 확인할 수 있다. 여기서, 동작 상태는, 연료 전지(104)를 통해 출력 중인 상태(예: 정격 출력(rated power)), 연료 전지(104)가 고온을 유지하는 상태(hot stand-by), 초기 기동 상태(initial-starting), 및 연료 전지(104)가 꺼진 상태(off)를 포함할 수 있다. 초기 기동 상태는, 연료 전지(104)가 꺼진 상태(off)에서 연료 전지(104)의 온도가 지정된 온도로 예열되는 상태를 의미할 수 있다.
연료 전지(104)가 꺼진 경우에는 연료 전지(104)의 초기 기동이 필요할 수 있다. 구체적으로, 연료 전지(104)가 최초로 동작을 하는 경우, 및 블랙 아웃 등의 원인으로 인해 선박(10) 내의 전원이 꺼진 상태에서 해당 원인이 종료된 후 전원이 다시 켜지는 경우에는 연료 전지(104)의 초기 기동이 필요할 수 있다. 실시 예에 따라, 꺼진 상태에서 선박(10)의 운항 모드가 하역 모드, 적재 모드, 및 항구 모드인 경우, 연료 전지(104)의 초기 기동이 요구될 수 있다.
연료 전지(104)가 초기 기동을 필요로 하지 않는 경우는, 이미 연료 전지(104)가 초기 기동을 완료한 이후, 현재 연료 전지(104)가 출력 중인 상태(즉, 정격 출력(rated power))이거나, 또는 고온을 유지하는 상태(즉, 고온 대기(hot stand-by))인 경우일 수 있다.
이하에서는, 초기 기동이 필요한 경우는 연료 전지(104)가 턴 오프된 경우이고, 초기 기동을 필요로 하지 않는 경우는 연료 전지(104)가 턴 온된 상태라고 가정하여 설명한다.
전력 공급 시스템(100)은 예열부(106)를 통해 연료 전지(104)의 온도를 지정된 온도로 예열할 수 있다. 전력 공급 시스템(100)은 연료 전지(104)의 동작 상태가 턴 오프인 경우 연료 전지(104)의 온도를 지정된 온도로 예열하도록 예열부(106)를 제어할 수 있다. 여기서, 연료 전지(104)의 동작 상태가 턴 오프인 경우는, 연료 전지(104)의 동작 상태가 꺼진 상태에서 연료 전지(104)의 운항 모드가 적재 모드, 또는 하역 모드가 된 경우일 수 있다. 본 개시에 따르면, 전력 공급 시스템(100)은 상대적으로 긴 시간이 소요되는 적재 또는 하역과 동시에 연료 전지(104)의 초기 기동을 수행함으로써, 다른 태스크와 별도, 또는 순차적으로 연료 전지(104)의 초기 기동을 수행함으로써 발생하는 시간 로스를 감소시킬 수 있다.
연료 전지(104)의 동작 상태가 턴 온인 경우는 연료 전지(104)의 동작 상태가 이미 출력 중인 상태, 또는 이미 고온을 유지하는 상태인 경우일 수 있다.
전력 공급 시스템(100)은 연료 저장 탱크(102)를 통해 연료를 연료 전지(104)에 공급함으로써 연료 전지(104)의 동작 상태를 고온 상태로 유지하도록 할 수 있다. 전력 공급 시스템(100)은 연료 전지(104)의 동작 상태가 턴 온인 경우 연료 저장 탱크(102)를 통해 연료를 연료 전지(104)에 공급함으로써 연료 전지(104)의 동작 상태를 고온 상태로 유지시킬 수 있다. 전력 공급 시스템(100)은 연료 전지(104)의 동작 상태가 턴 온인 경우 연료 저장 탱크(102)를 통해 연료를 연료 전지(104)에 공급함으로써 연료 전지(104)의 동작 상태를 고온 상태로 유지할 수 있다. 전력 공급 시스템(100)이 연료 전지(104)의 동작 상태를 고온 상태로 유지함으로써, 연료 전지(104)를 초기 기동시키는 시간을 단축할 수 있다. 또한, 선박(10)의 운항 모드가 변경됨에 따라 연료 전지(104)의 동작 상태를 턴 온 상태로 유지할 수 있으므로, 턴 온 상태 또는 턴 오프 상태가 수시로 변경되는 경우를 방지할 수 있다. 이에 따라, 연료 전지(104)의 수명이 늘어날 수 있다.
전력 공급 시스템(100)은 선박(10)의 운항 모드가 항구 모드인 경우 연료 전지(104)의 동작 상태를 확인할 수 있다. 일 실시 예에서, 전력 공급 시스템(100)은 연료 전지(104)의 동작 상태가 정격 출력 중인 경우 연료 전지(104)를 이용하여 부하(160), 및/또는 추진 장치(180)에게 전기 에너지를 공급할 수 있다. 일 실시 예에서, 선박(10)에 AMP가 연결되면, 선박(10)은 AMP로부터 전기 에너지를 공급받을 수 있다. 전력 공급 시스템(100)은, AMP로부터 공급받은 전기 에너지를 이용하여 부하(160), 및/또는 추진 장치(180)를 구동시킬 수 있다. 전력 공급 시스템(100)은, AMP로부터 공급받은 전기 에너지를 열 에너지로 변환하고, 변환된 열 에너지를 이용하여 연료 전지(104)를 고온 상태로 유지시키거나, 초기 기동을 시킬 수 있다. 이상에서는, 설명의 편의를 위하여 선박(10)의 운항 모드가 항구 모드인 경우 AMP가 선박(10)과 연결된 상황을 가정하였지만, 이에 한정되지 않는다. 예컨대, 전력 공급 시스템(100)은, 선박(10)의 운항 모드가 하역 모드, 또는 적재 모드인 경우에도 AMP가 선박(10)과 연결된 경우 AMP로부터 전기 에너지를 공급받을 수 있다.
전력 공급 시스템(100)이 AMP로부터 공급받은 전기 에너지를 열 에너지로 변환시키는 구체적인 과정은 도 6에서 후술한다.
일 실시 예에서, 전력 공급 시스템(100)은, 선박(10)의 운항 모드가 항구 모드이고, 연료 전지(104)의 동작 상태가 초기 기동을 필요로 하는 경우 예열부(106)를 통해 연료 전지(104)의 온도를 지정된 온도로 예열할 수 있다. 전력 공급 시스템(100)은, 선박(10)의 운항 모드가 항구 모드이고, 연료 전지(104)의 동작 상태가 초기 기동을 필요로 하지 않는 경우 연료 저장 탱크(102)를 통해 연료를 연료 전지(104)에 공급함으로써 연료 전지(104)의 온도를 고온 상태로 유지하도록 제어할 수 있다.
전력 공급 시스템(100)은 복수의 동력원들 중 연료 전지(104)를 주 동력원으로 이용하여 전기 에너지를 부하(160), 및/또는 추진 장치(180)에게 공급할 수 있다. 일 실시 예에서, 제어부(108)는 선박의 운항 모드에 따라 주 동력원으로 이용되는 연료 전지의 비율을 가변할 수 있다. 예를 들어, 제어부는 항해 모드에서 전력 계통 시스템의 60%를 연료 전지로 이용하고, 항구 모드에서 전력의 계통 시스템의 40%를 연료 전지로 이용할 수 있다. 제어부는 발전기(112)를 보조 동력원으로 이용할 수 있다.
도 2는 본 개시의 일 실시 예에 따른 배터리(200)가 연료 전지(104)와 DC 링크(DC-link)로 연계된 전력 공급 시스템(100)을 도시한다.
도 2를 참조하면, 전력 공급 시스템(100)은 배터리(200)를 더 포함할 수 있다. 배터리(200)는 연료 전지(104)와 DC(direct current) 링크로 연계될 수 있다. 여기서, DC 링크란 컨버터, 및 인버터 등에서 전력을 변환 시 전압을 유지시켜 일정한 전압을 공급할 수 있도록 하는 장치일 수 있다. 배터리(200)는 충방전이 가능한 이차 전지로서, 종래의 Ni/Cd 배터리, Ni/MH 배터리 등과 최근의 리튬 이온 배터리를 포함할 수 있다.
배터리(200)는 DC 링크를 통해 공급되는 연료 전지(104)에 의해 발생된 에너지를 저장할 수 있다. 배터리(200)는 연료 전지(104)에 의해 발생된 에너지 중 부하(160), 및/또는 추진 장치(180)에 공급되고 남은 잉여 에너지를 저장할 수 있다.
도 3은 본 개시의 일 실시 예에 따른 배터리(200)가 드라이브(140)와 DC 링크(DC-link)로 연계된 전력 공급 시스템(100)을 도시한다.
도 3을 참조하면, 배터리(200)는 드라이브(140)와 DC 링크로 연계될 수 있다. 배터리(200)는 드라이브(140)를 통해 공급되는 회생 에너지를 저장할 수 있다. 회생 에너지는 추진 장치(180)의 동력에 의해 회생되는 에너지일 수 있다. 예컨대, 선박(10)의 프로펠러의 토크, 또는 관성에 의해 추진 장치(180)에서 운동 에너지가 전기 에너지로 회생되는 에너지는 드라이브(140)를 통해 배터리(200)에게 전달될 수 있다.
DC 링크를 이용하여 배터리(200)와 연료 전지(104), 및/또는 드라이브(140)를 연계함으로써, 별도의 DC/AC 컨버터를 필요로 하지 않기 때문에 비용 절감의 효과가 있을 수 있다.
도 4는 본 개시의 일 실시 예에 따른 육상전원공급 장치(AMP: alternative maritime power, 400)로부터 에너지를 공급받는 선박(10)을 예시한다.
도 4를 참조하면, 선박(10)은 전력 공급 시스템(100)을 포함할 수 있다. 선박(10)은 AMP(400)와 연결될 수 있고, AMP(400)로부터 전기 에너지를 공급받을 수 있다. 항구에 정박한 상태인 선박(10)은 AMP(400)와 연결될 수 있고, 선박(10)은 AMP(400)로부터 전기 에너지를 공급받을 수 있다. 여기서, AMP(400)는 항구에 정박 중인 선박(10)에 필요한 전기를 육상에서 공급하는 시스템일 수 있다. AMP(400)를 이용하여 선박(10)에 전기 에너지를 공급하는 경우, 미세먼지 등 대기 오염 물질의 발생을 현저하게 줄일 수 있다.
도 5는 본 개시의 일 실시 예에 따른 연료 전지(104)의 구성도를 예시한다.
도 5를 참조하면, 연료 전지(104)는 BOP(balance of plant, 500), 및 연료 전지 스택(510)을 포함할 수 있다.
BOP(500)는 연료 전지(104)에 포함된 구성들 중 연료 전지 스택(510)을 제외한 복수의 기계 장치들을 모두 포함할 수 있다. 일 실시 예에서, BOP(500)는 개질기(502), 전력변환 장치(504), 기타 장치(506), 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 여기서, 기타 장치(506)에는 제어 장치, 열 회수 시스템, 펌프, 및 블로워(blower) 등이 포함될 수 있다.
개질기(502)는 수소가 포함된 연료를 고 농도의 수소 가스로 치환할 수 있다. 연료 전지 스택(510)은 변환된 수소 가스를 이용하여 전기를 생산할 수 있다. 전력변환 장치(504)는 생산된 직류 전압을 조절할 수 있다.
연료 전지 스택(510)은 복수의 단위 연료 전지 셀들을 포함할 수 있다. 단위 연료 전지 셀은 블로워로부터 공기가 공급되는 공기극(cathode)과, 수소가 포함된 연료가 공급되는 연료극(anode) 사이에 전해질(electrolyte)층이 형성될 수 있다. 또한, 단위 연료 전지 셀의 연료극과 공기극에는 수소공급 및 공기공급, 열회수를 위한 분리판(separator)이 설치될 수 있다.
연료 전지 스택(510)은 복수의 단위 연료 전지 셀들 각각의 연료극에 연료를 공급하고 공기극에 산소를 공급함으로써, 연료의 수소와 공기의 산소의 전기화학적 반응 전후의 에너지 차를 전기 에너지로 변환할 수 있다.
도 6은 본 개시의 일 실시 예에 따른 AMP(400)로부터 공급받은 전기 에너지를 열 에너지로 변환시키는 과정을 도시한다.
도 6을 참조하면, 전력 공급 시스템(100)은 예열부(106)를 포함할 수 있다. 예열부(106)는 적어도 하나의 라디에이터(radiator)를 포함할 수 있다. 전력 공급 시스템(100)은 예열부(106)를 이용하여 AMP(400)로부터 공급받은 전기 에너지를 열 에너지로 변환할 수 있다. 전력 공급 시스템(100)은, 열 에너지를 이용하여 연료 전지(104)를 고온 상태로 유지하도록 할 수 있다.
도 7은 본 개시의 일 실시 예에 따른 전력 공급 시스템(100)이 선박(10)의 운항 모드를 구별하는 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 7를 참조하면, 동작 700에서, 전력 공급 시스템(100)은 선박(10)의 운항 모드를 구별할 수 있다.
동작 702에서, 전력 공급 시스템(100)은 선박(10)의 운항 모드가 지정된 운항 모드인지 여부를 확인할 수 있다. 여기서, 지정된 운항 모드는 적재 모드, 하역 모드, 또는 항구 모드일 수 있다. 선박(10)의 운항 모드가 지정된 운항 모드인 경우 전력 공급 시스템(100)이 동작을 수행하는 방법에 대해서는 도 8 및 도 9에서 후술한다.
동작 704에서, 전력 공급 시스템(100)은, 선박(10)의 운항 모드가 지정된 운항 모드가 아닌 경우, 출력 중인 연료 전지(104)를 이용하여 부하(160), 및/또는 추진 장치(180)에게 전력을 공급하도록 할 수 있다.
도 8은 본 개시의 일 실시 예에 따른 선박(10)의 운항 모드가 적재 모드, 또는 하역 모드인 경우 전력 공급 시스템(100)의 동작 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 8을 참조하면, 동작 800에서, 전력 공급 시스템(100)은 선박(10)의 운항 모드가 적재 모드, 또는 하역 모드인 경우 연료 전지(104)의 동작 상태를 확인할 수 있다.
동작 802에서, 전력 공급 시스템(100)은 연료 전지(104)의 동작 상태가 턴 온인지 여부를 확인할 수 있다.
동작 804에서, 전력 공급 시스템(100)은 예열부(106)를 통해 연료 전지(104)의 온도를 지정된 온도로 예열하도록 할 수 있다. 전력 공급 시스템(100)은 연료 전지(104)의 동작 상태가 턴 오프인 경우 예열부(106)를 통해 연료 전지(104)의 온도를 지정된 온도로 예열하도록 할 수 있다. 전력 공급 시스템(100)은 연료 전지(104)의 동작 상태가 턴 오프인 경우 예열부(106)를 통해 연료 전지(104)의 온도를 지정된 온도로 예열하도록 제어할 수 있다.
동작 806에서, 전력 공급 시스템(100)은 연료 저장 탱크(102)를 통해 연료를 연료 전지(104)에 공급함으로써 연료 전지(104)의 동작 상태를 고온 상태로 유지하도록 할 수 있다. 전력 공급 시스템(100)은 연료 전지(104)의 동작 상태가 턴 온인 경우 연료 저장 탱크(102)를 통해 연료를 연료 전지(104)에 공급함으로써 연료 전지(104)의 동작 상태를 고온 상태로 유지시킬 수 있다. 전력 공급 시스템(100)은 연료 전지(104)의 동작 상태가 턴 온인 경우 연료 저장 탱크(102)를 통해 연료를 연료 전지(104)에 공급함으로써 연료 전지(104)의 동작 상태를 고온 상태로 유지하도록 제어할 수 있다.
도면에 도시되지 않았으나, 다른 실시 예에서, 적재 모드 또는 하역 모드에서 AMP 연결 여부를 판단하는 단계가 더 포함될 수 있다. AMP가 연결된 경우, AMP를 통해 공급받은 전기 에너지를 이용하여 연료 전지를 고온 상태로 유지하거나 초기 기동할 수 있다. AMP가 연결되지 않은 경우, 연료 전지(104), 배터리(200), 및 발전기(112) 중 적어도 하나를 통해 공급받은 전기 에너지를 이용하여 연료 전지(104)를 고온 상태로 유지하거나 초기 기동할 수 있다.
도 9는 본 개시의 일 실시 예에 따른 선박(10)의 운항 모드가 항구 모드인 경우 전력 공급 시스템(100)의 동작 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 9를 참조하면, 동작 900에서, 전력 공급 시스템(100)은 선박(10)의 운항 모드가 항구 모드인 경우 연료 전지(104)의 동작 상태를 확인할 수 있다.
동작 902에서, 전력 공급 시스템(100)은 선박(10)과 AMP(400)가 연결되는지 여부를 확인할 수 있다.
동작 904에서, 전력 공급 시스템(100)은, 선박(10)에 육상전공급 장치(AMP: alternative maritime power)가 연결되면, AMP로부터 전기 에너지를 공급받을 수 있다.
동작 906에서, 전력 공급 시스템(100)은 연료 전지(104)의 동작 상태가 턴 온인지 여부를 확인할 수 있다.
동작 908에서, 전력 공급 시스템(100)은 연료 전지(104)의 동작 상태가 턴 오프인 경우 AMP로부터 공급받은 전기 에너지를 이용하여 연료 전지(104)를 초기 기동할 수 있다.
동작 910에서, 전력 공급 시스템(100)은 연료 전지(104)의 동작 상태가 턴 온인 경우 AMP로부터 공급받은 전기 에너지를 이용하여 연료 전지(104)를 고온 상태로 유지시킬 수 있다.
동작 912에서, 전력 공급 시스템(100)은 연료 전지(104)의 동작 상태가 턴 온인지 여부를 확인할 수 있다.
동작 914에서, 전력 공급 시스템(100)은, 연료 전지(104)의 동작 상태가 턴 오프인 경우, 배터리(200), 및 발전기(112) 중 적어도 하나를 이용하여 연료 전지(104)를 초기 기동할 수 있다. 전력 공급 시스템(100)은, 연료 전지(104)의 동작 상태가 턴 오프인 경우, 배터리(200), 및 발전기(112) 중 적어도 하나를 이용하여 전기 에너지를 공급시킬 수 있다. 또한, 전력 공급 시스템(100)은, 배터리(200), 및 발전기(112) 중 적어도 하나를 통해 공급받은 전기 에너지를 이용하여 연료 전지(104)의 온도를 지정된 온도로 예열하도록 할 수 있다.
동작 916에서, 전력 공급 시스템(100)은, 연료 전지(104)의 동작 상태가 턴 온인 경우, 연료 전지(104), 배터리(200), 및 발전기(112) 중 적어도 하나를 이용하여 전기 에너지를 공급하도록 할 수 있다. 전력 공급 시스템(100)은, 연료 전지(104), 배터리(200), 및 발전기(112) 중 적어도 하나를 통해 공급받은 전기 에너지를 이용하여 연료 전지(104)를 고온 상태로 유지시킬 수 있다.
한편, 도 10a 및 도 10b는 본 문서에 개시된 일 실시 예에 따른 전력 공급 시스템을 포함하는 선박의 전력망을 개략적으로 도시하고 있다.
먼저, 초 대형 원유 운반선(Very Large Crude-Oil Carrier; VLCC)의 전력망을 개략적으로 도시하는 도 10a를 참조하면, 좌측 직류 버스(MVDC MSBD; medium-voltage direct current main switchboard)에 1개의 연료 전지(가령, 고체 산화물 연료 전지; SOFC) 및 2개의 디젤 발전기(DG)가 각각의 컨버터를 통해 연결되고, 우측 직류 버스(MVDC MSBD)에는 1개의 연료 전지(SOFC) 및 1개의 디젤 발전기(DG)가 각각의 컨버터를 통해 연결되며, 각각의 직류 버스(MVDC MSBD)로부터의 직류 전압이 컨버터를 통해 교류 전압으로 변환되어 부하단(가령, 프로펄젼 모터(propulsion motor) 및 카고 오일 펌프(Cargo Oil Pump; C.O.P) 등)에 공급되는 것을 확인할 수 있다.
이때, 컨버터는, 직류 전압을 복수의 교류 전압으로 변환할 수 있는 모듈형 멀티레벨 컨버터(Modular Multi-level Converter; MMC Plus)를 포함할 수 있다.
또한, 좌측 직류 버스(MVDC MSBD) 및 우측 직류 버스(MVDC MSBD) 사이에는 버스 타이(Bus Tie)가 위치할 수 있으며, 버스 타이(Bus Tie)는 좌측 직류 버스(MVDC MSBD) 및 우측 직류 버스(MVDC MSBD)의 연결을 제어하기 위한 차단기(Bus Tie Breaker)를 포함할 수 있다. 참고로, 차단기(Bus Tie Breaker)에 대해서는 도 11을 참조하여 후술하기로 한다.
한편, 도 10b는 액화 천연 가스 운반선(Liquefied Natural Gas Carrier; LNGC)의 전력망을 개략적으로 도시하고 있으며, 도 10a를 통해 이미 설명한 내용과 중복되는 내용에 대해서는 설명을 생략하기로 한다.
도 10b를 참조하면, 좌측 직류 버스(MVDC MSBD)에 1개의 연료 전지(SOFC) 및 1개의 디젤 발전기(DG)가 각각의 컨버터를 통해 연결되고, 우측 직류 버스(MVDC MSBD)에 1개의 연료 전지(SOFC) 및 1개의 디젤 발전기(DG)가 각각의 컨버터를 통해 연결되며, 각각의 직류 버스(MVDC MSBD)로부터의 직류 전압이 컨버터를 통해 교류 전압으로 변환되어 부하단(가령, 프로펄젼 모터(propulsion motor), 화물 탱크의 쿨다운과 관련된 하이-듀티 콤프레서(HD Comp) 및 로우-듀티 콤프레서(HD Comp) 등)에 공급되는 것을 확인할 수 있다.
한편, 도 11a 내지 도 11c를 참조하여 버스 타이(Bus Tie)의 다양한 실시예를 설명하기로 한다.
먼저, 도 11a를 참조하면, 버스 타이에 포함된 차단기로서 기계적 스위치를 확인할 수 있다.
일반적인 경우에 버스 타이에 포함된 기계적 스위치는 N.O.(normal open) 상태를 유지할 수 있다. 반면에, 전력망에 문제가 발생하는 경우(가령, 우측 직류 버스에 연결된 전력 공급원(SOFC 및/또는 DG)에 문제가 발생하는 경우), 우측 직류 버스에 연결된 부하에 정상적으로 전력을 공급하기 위하여 해당 기계적 스위치의 상태를 열림(open) 상태에서 닫힘(close) 상태로 변경할 수 있다.
또한, 도 11b를 참조하면, 버스 타이에 포함된 차단기로서 반도체 차단기(solid state circuit breaker; SSCB)를 확인할 수 있다. 참고로, 반도체 차단기의 기능은 도 11a를 통해 설명한 기계적 스위치의 기능과 유사하므로 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
또한, 도 11c는 버스 타이(connection box)에 컨버터 및 디젤 발전기(DG)가 추가로 연결된 상태를 도시하고 있다. 참고로, 도 11c의 버스 타이(connection box)에 포함된 2개의 차단기는 도 11a에 도시된 기계적 스위치 및 도 11b에 도시된 반도체 차단기 중 어느 하나일 수 있다.
도 11c에서 도시하는 바와 같이, 추가적인 디젤 발전기(DG)로부터의 교류 전압이 컨버터를 통해 직류 전압으로 변환되어 버스 타이(connection box)에 공급되면, 버스 타이(connection box)에 포함된 2개의 차단기를 적절히 제어하여 도 10a 및 도 10b에 도시된 좌측 직류 버스 및 우측 직류 버스 중 적어도 일부에 직류 전압을 추가적으로 공급할 수 있게 된다.
이상에서 기재된 "포함하다", "구성하다", 또는 "가지다" 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소를 내재할 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 본 문서에 개시된 실시예들이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 문서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이상의 설명은 본 문서에 개시된 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 문서에 개시된 실시예들이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 문서에 개시된 실시예들의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 문서에 개시된 실시예들은 본 문서에 개시된 실시예들의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 문서에 개시된 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 문서에 개시된 기술사상의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술사상은 본 문서의 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
Claims (16)
- 수소를 포함하는 연료를 저장하는 연료 저장 탱크;
상기 연료를 이용하여 전기를 생산하는 연료 전지; 및
선박의 운항 모드 및 상기 연료 전지의 동작 상태에 기초하여 상기 연료 전지를 초기 기동하거나, 또는 상기 연료 전지의 온도를 고온으로 유지하는 제어부;를 포함하는,
전력 공급 시스템.
- 청구항 1에 있어서,
상기 제어부는,
상기 동작 상태가 초기 기동을 필요로 하는 경우, 예열부를 통해 상기 연료 전지의 온도를 지정된 온도로 예열하고,
상기 동작 상태가 상기 초기 기동을 필요로 하지 않는 경우, 상기 연료 저장 탱크를 통해 상기 연료를 상기 연료 전지에 공급함으로써 상기 연료 전지를 상기 고온으로 유지하는,
전력 공급 시스템.
- 청구항 2에 있어서,
상기 제어부는
상기 운항 모드가 적재(loading) 모드, 하역(unloading) 모드, 및 항구(harbor) 모드 중 하나이고, 상기 동작 상태가 초기 기동을 필요로 하는 경우, 상기 예열부를 통해 상기 연료 전지의 온도를 상기 지정된 온도로 예열하는,
전력 공급 시스템.
- 청구항 3에 있어서,
상기 제어부는,
상기 운항 모드가 상기 항구 모드에 해당하면, 상기 선박에 육상전원공급 장치(AMP: alternative maritime power)가 연결되는지 여부를 확인하고,
상기 선박과 상기 AMP가 연결되면, 상기 AMP로부터 공급받은 전기 에너지를 이용하여 상기 선박에 포함된 부하에 상기 전기 에너지를 공급하는,
전력 공급 시스템.
- 청구항 4에 있어서,
상기 제어부는,
상기 예열부를 이용하여 상기 AMP로부터 공급받은 전기 에너지를 열 에너지로 변환하고,
상기 열 에너지를 이용하여 상기 연료 전지를 초기 기동하거나, 또는 상기 고온으로 유지하는,
전력 공급 시스템.
- 청구항 2에 있어서,
상기 선박은 상기 연료 전지와 DC 링크(DC-link)로 연계되는 배터리를 더 포함하고,
상기 제어부는,
상기 배터리가 상기 생산된 전기에너지 중 잉여 에너지를 공급받도록 하거나, 또는 상기 선박에 포함된 추진 장치에 의해 회생된 전기 에너지를 공급받도록 하는,
전력 공급 시스템.
- 청구항 2에 있어서,
상기 선박은 상기 선박의 드라이브와 DC 링크(DC-link)로 연계되는 배터리를 더 포함하고,
상기 제어부는,
상기 배터리가 상기 생산된 전기에너지 중 잉여 에너지를 공급받도록 하거나, 또는 상기 선박에 포함되는 추진 장치에 의해 회생된 전기 에너지를 공급받도록 하는,
전력 공급 시스템.
- 청구항 1에 있어서,
상기 연료 전지는 상기 선박의 주 동력원으로 이용되는
전력 공급 시스템.
- 청구항 8에 있어서,
상기 제어부는
상기 선박의 운항 모드에 따라 상기 주 동력원으로 이용되는 상기 연료 전지의 출력 비율을 가변하는
전력 공급 시스템.
- 선박의 운항 모드를 구별하는 동작;
상기 선박의 수소를 포함하는 연료를 이용하여 전기를 생산하는 연료 전지의 동작 상태를 확인하는 동작;
상기 선박의 상기 운항 모드 및 상기 연료 전지의 상기 동작 상태에 따라 초기 기동을 필요로 하는 경우, 예열부를 통해 상기 연료 전지의 온도를 지정된 온도로 예열하는 동작; 및
상기 선박의 상기 운항 모드 및 상기 연료 전지의 상기 동작 상태에 따라 상기 초기 기동을 필요로 하지 않는 경우, 연료 저장 탱크를 통해 연료를 상기 연료 전지에 공급함으로써 상기 연료 전지를 고온으로 유지하는 동작을 동작을 포함하는,
전력 공급 시스템의 동작 방법.
- 청구항 10에 있어서, 상기 지정된 온도로 예열하는 동작은,
상기 선박의 상기 운항 모드가 적재(loading) 모드, 하역(unloading) 모드, 및 항구(harbor) 모드 중 하나이고, 상기 동작 상태가 초기 기동을 필요로 하는 경우, 상기 예열부를 통해 상기 연료 전지의 온도를 상기 지정된 온도로 예열하는 동작을 포함하는
동작 방법.
- 청구항 11에 있어서,
상기 운항 모드가 상기 항구 모드에 해당하면, 상기 선박에 육상전원공급 장치(AMP: alternative maritime power)가 연결되는지 여부를 확인하는 동작; 및
상기 선박과 상기 AMP가 연결되면, 상기 AMP로부터 공급받은 전기 에너지를 이용하여 상기 선박에 포함된 부하에 상기 전기 에너지를 공급하는 동작을 더 포함하는,
동작 방법.
- 청구항 12에 있어서,
상기 예열부를 이용하여 상기 AMP로부터 공급받은 전기 에너지를 열 에너지로 변환하는 동작; 및
상기 열 에너지를 이용하여 상기 연료 전지를 초기 기동하거나, 또는 상기 고온으로 유지하도록 하는 동작을 더 포함하는,
동작 방법.
- 청구항 10에 있어서,
상기 연료 전지와 DC 링크(DC-link)로 연계되는 배터리가 상기 생산된 전기에너지 중 잉여 에너지를 공급받도록 하거나, 또는 상기 선박에 포함된 추진 장치에 의해 회생된 전기 에너지를 공급받도록 하는 동작을 더 포함하는,
동작 방법.
- 청구항 10에 있어서,
상기 선박의 드라이브와 DC 링크(DC-link)로 연계되는 배터리가 상기 생산된 전기에너지 중 잉여 에너지를 공급받도록 하거나, 또는 상기 선박에 포함되는 추진 장치에 의해 회생된 전기 에너지를 공급받도록 하는 동작을 더 포함하는,
동작 방법.
- 청구항 10에 있어서,
상기 선박의 운항 모드에 따라 상기 선박의 주 동력원으로 이용되는 상기 연료 전지의 출력 비율을 가변하는 동작을 더 포함하는,
동작 방법.
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