WO2019245259A1 - 저압 배전이 적용된 선박 - Google Patents

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WO2019245259A1
WO2019245259A1 PCT/KR2019/007326 KR2019007326W WO2019245259A1 WO 2019245259 A1 WO2019245259 A1 WO 2019245259A1 KR 2019007326 W KR2019007326 W KR 2019007326W WO 2019245259 A1 WO2019245259 A1 WO 2019245259A1
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load
power
power system
switchboard
generator
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PCT/KR2019/007326
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강남숙
김상현
정태식
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현대중공업 주식회사
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    • Y02T70/00—Maritime or waterways transport
    • Y02T70/50—Measures to reduce greenhouse gas emissions related to the propulsion system

Definitions

  • the present invention relates to a vessel to which low-voltage distribution is applied, and more specifically, ship power loads divided into essential loads (Essential, Important Load) and service load (Service Load) are separated into an essential load power system and a service load power system.
  • the configuration relates to a vessel employing a power system capable of supplying power to a load via low voltage alternating current or direct current distribution (e.g., 440V).
  • Ships are a representative maritime vehicle, and mounting of electric power loads in ships is increasing due to the recent development of ship construction technology and electronic technology.
  • In-vehicle power loads include essential and important loads associated with the operation and service loads not associated with the operation.
  • the thruster motor is a large-capacity load (approximately 2 MW class) used for the docking / berthing of a large ship. In the case of a normal container ship, two thruster motors are installed in the bow part.
  • essential loads include a thruster motor, a fuel oil supply pump, a fuel valve cooling pump, and a service load includes a refrigerated container.
  • the essential loads and service loads of these vessels are variable loads whose power consumption varies depending on the driving characteristics such as continuous loads that consume constant power during operation, variable frequency drive (VFD) loads, and refrigerated container loads. It may include.
  • VFD variable frequency drive
  • the vessel is applied to the AC power supply system, the continuous load and the variable load is mixed and linked to a single power system, the whole system has a very large load capacity.
  • a power supply system that generates power at a high pressure and converts it to a low pressure to supply power to a load in order to solve the cable capacity and system capacity limitation due to the high current of a low voltage system.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a system structure of a power supply system for a ship configured as a single system by mixing a continuous load and a variable load according to a conventional embodiment.
  • a ship power supply system in which a continuous load and a variable load are mixed in a single power system includes a high pressure power generation unit 10; High pressure switchboard 20; One or more decompression transformers (30) for decompressing the high voltage electrical signal of the high voltage switchboard (20); Low pressure switchboard 40; A load unit 50 in which a continuous load and a variable load are mixed; And emergency switchboard 60.
  • the main distribution may be branched to a sub-grid to which the load is connected and the high voltage is applied.
  • the high pressure is supplied to the low pressure transformer 30 to reduce the pressure.
  • the power supply system of Figure 1 consists of a single power system has a low performance in terms of power generation efficiency.
  • the power supply system of FIG. 1 uses a fixed RPM generator that generates power at 70-80% of the load rate.
  • the generation capacity of the fixed RPM generator included in the power generation unit 10 is calculated based on the maximum load power of the continuous load, variable load. Therefore, when the required power is lowered compared to the maximum load power in the driving characteristics such as the variable load, the load ratio of the generator is lowered and the power generation efficiency is lowered.
  • the container ship may include a refrigerated container which is a typical variable load.
  • Large container ships carry approximately 1000 FEU refrigerated containers, with a maximum power consumption of 4.5 to 5 MW.
  • the power consumption of refrigerated containers varies depending on the outside temperature and the type of shipment.
  • the loading rate of refrigerated containers is around 30-40% of the load stage in the system.
  • the low average load ratio of such a refrigerated container leads to a decrease in the load ratio of the entire system in a single power system, which in turn lowers the power generation efficiency of the entire single power system. That is, in the system of FIG. 1, the larger the ratio of the variable load to the total load, the lower the power generation efficiency.
  • VFD variable frequency drive
  • the power supply system of Figure 1 is configured on the basis of high-voltage distribution, there is a limit to the space utilization of the vessel.
  • the power supply process to the load is as follows. 6.6kV generator-> 6.6kV high voltage main switchboard-> 6.6kV / 440V transformer-> 440V low voltage sub-switchboard. That is, the ship power supply system of FIG. 1 generates power at high pressure, and decompresses it at low pressure to supply power to the load.
  • FIG. 2 is a view for explaining the internal structure of a conventional ship having the ship power supply system of FIG.
  • the vessel 1000 includes an engine room 1030.
  • the engine room 1030 includes various engine facilities such as generators, and other facilities connected to the engine facility, and the ECR switchboard room 1005, which is a space in which an engine control room (ECR) and / or a switchboard for controlling the engine is disposed.
  • ECR engine control room
  • transformer room 1007 which is a space in which the decompression transformer 30 is disposed.
  • the power system of FIG. 1 to which the high voltage distribution is partially applied requires a large pressure reducing transformer 40 to supply power to the load. Since high pressure distribution is performed in a ship with a large load, the size of the transformer chamber 1007 in which the decompression transformer 40 is disposed is considerable.
  • each of the pressure reducing transformers 40 has a size of 6600/440 VAC, 3400 kVA, 3ph, each having a width (2.6m) x length (2.65m) x height (1.6m).
  • eight pressure reducing transformers 40 are installed in the ship, considerable space is utilized as the transformer compartment.
  • two spaces on board (engine room) with dimensions of width (13-15 m) ⁇ length (6-8 m) ⁇ height (6-8 m) (e.g. 13.25 m ⁇ 6.06 m ⁇ 6.62 m) It is used as two transformer rooms.
  • the available space on board is reduced by the size corresponding to the transformer room.
  • the problem of lowering power generation efficiency or lowering space utilization on board may occur not only in container ships but also in other types of vessels such as LNG carriers or LPG carriers.
  • the problem of a reduction in power generation efficiency or a problem of lowering utilization of inboard space which can occur in an LNG carrier or an LPG carrier is described in more detail with reference to FIGS. 13 and 21 below.
  • Patent Document 1 Korean Unexamined Patent Publication No. 10-2017-0118285
  • a service load power system such as (e.g., 440V)
  • the ship power load divided into the essential load and the service load is divided into the essential load power system and the service load power system, thereby reducing the low-voltage distribution (for example, 440V).
  • the LNG carrier can be provided with a power supply system for LNG carriers that can supply power to the load.
  • the power load of the LPG carrier divided into essential load and service load is divided into an essential load power system and a service load power system to configure each power system. It is possible to provide a power supply system which belongs to a load rate range having high fuel efficiency or which has a close load rate and an LPG carrier to which the power supply system is applied.
  • a vessel having a mandatory load and a service load comprises: a first power system associated with the mandatory load; And a second power system associated with the service load.
  • the first power system may include a first load unit including an essential load required for the operation of the first power generation unit, the first switchboard, and the ship.
  • the second power system includes a second power generation unit and a second switchboard; And a second load unit including a variable load.
  • the first power system and the second power system may include only a low voltage switchgear to which low voltage is applied to supply power to a load.
  • the low voltage switchboard may be a voltage of 1000V or less (for example, 440V) in the case of alternating current.
  • At least some of the first load portion may be electrically connected to the first switchboard without a transformer.
  • At least some of the second load portion may be electrically connected to the second switchboard without a transformer.
  • the essential load may include one or more of a thruster motor, an engine fuel supply pump, a lubricating oil pump and a cooling pump.
  • the service load may include a refrigerated container.
  • At least one of said first power system and said second power system comprises a variable speed RPM generator.
  • the first power generation unit may include a fixed RPM generator or a variable speed RPM generator.
  • the first power generation unit when the first power generation unit includes a variable speed RPM generator, the first power generation unit receives an alternating current (AC) / direct current (DC) converter for receiving an alternating current (AC) electrical signal and converting it into a direct current (DC) electrical signal.
  • the first load unit may further include a direct current (DC) / AC (AC) converter for receiving a direct current (DC) electrical signal and converts it into an alternating current (AC) electrical signal.
  • the second power generation unit may include a fixed RPM generator or a variable speed RPM generator.
  • the second power generation unit when the second power generation unit includes a variable speed RPM generator, the second power generation unit converts an alternating current (AC) / direct current (DC) converter for receiving an alternating current (AC) electrical signal and converting it into a direct current (DC) electrical signal.
  • the second load unit may further include a direct current (DC) / AC (AC) converter for receiving a direct current (DC) electrical signal and converts it into an alternating current (AC) electrical signal.
  • the essential load may include one or more of a thruster motor, an engine fuel supply pump, a lubricating oil pump and a cooling pump, and a variable frequency drive based load.
  • the second power generation unit when the second power generation unit includes a fixed RPM generator, it may be configured to generate power having a frequency matching the frequency of the second switchboard.
  • the second power generation unit may include a plurality of generators, and the second switchboard may include a plurality of buses.
  • the vessel generates only one of the plurality of generators in the heavy or low load section
  • the second switchboard may be controlled by a closed-bus (closed-bus).
  • a vessel having a mandatory load and a service load comprises: a first power system associated with the mandatory load; And a second power system associated with the service load.
  • the second power system generates low voltage power to supply power to the service load.
  • the second power system may include a service load for service of the second power generation unit, the second switchboard, and the ship.
  • the service load includes a refrigeration container.
  • the second switchboard is a low pressure switchboard, which is arranged in the engine room of the stern.
  • At least a portion of the freezing container may receive power from the second switchboard through a freezing panel located in the bow portion.
  • the second power system may be further configured to convert the low voltage power of the second switchgear into high voltage power and transmit the converted high voltage power to the refrigeration panel.
  • the second power system Step-up transformer for converting the low voltage power of the second switchboard to high voltage power; And a decompression transformer for converting the high voltage power into the low pressure power and outputting the low voltage power.
  • the boost transformer may be arranged in the engine room.
  • the decompression transformer may be disposed in an accommodation under space.
  • the first power system and the second power system may include a fixed RPM generator.
  • a ship having a mandatory load and a service load comprises: a first power system associated with the mandatory load; And a second power system associated with the service load.
  • the thruster motor is associated with the second power system.
  • the second power system may include a second power generation unit, a second switchboard, a service load for service of the ship, the thruster motor, and a switching unit disposed between the service load and the thruster motor.
  • the switching unit may be configured to interlock for power supply to the service load or thruster motor in the second switchboard.
  • the switching unit when the thruster motor operates, the second power generation unit may be switched to supply power to the thruster motor through the second switchboard.
  • the switching unit when the thruster motor does not operate, the second power generation unit may be switched to supply power to the service load through the second switchboard.
  • the vessel Preferably, the vessel, a boost transformer disposed between the second switchboard and the switching unit; And a decompression transformer disposed between the switching unit and the service load.
  • the first power system and the second power system may include a fixed RPM generator.
  • the second power generation unit may include a variable speed RPM generator.
  • the apparatus may further include a power converter for matching the frequency of the power received from the variable speed RPM generator with the frequency of the second switchboard.
  • an LNG carrier having a mandatory load and a service load comprises: a first power system associated with the mandatory load; And a second power system associated with the service load.
  • the first power system may include a first load unit including a first power generation unit, a first switchboard, and a continuous load required for the operation of the ship.
  • the second power system includes a second power generation unit and a second switchboard; And a second load unit including a variable load.
  • the first power system and the second power system may include only a low voltage switchgear to which low voltage is applied to supply power to a load.
  • the first power system and the second power system may include a fixed RPM generator.
  • the first power system may include a fixed RPM generator
  • the second power system may include a variable RPM generator.
  • the second power system may further include a power converter for matching the frequency of the electrical signal received from the variable RPM generator with the frequency of the second switchboard.
  • the second power system AC (AC) / DC (DC) converter for converting the AC (AC) electrical signal output from the power generation unit into a direct current (DC) electrical signal;
  • a direct current (DC) / alternating current (AC) inverter for converting the direct current (DC) electric signal into an alternating current (AC) electric signal.
  • At least the second power system may include a high voltage switchgear to which high pressure is applied to supply power to the load.
  • the first power system and the second power system may include a fixed RPM generator.
  • the first power system may include a fixed RPM generator
  • the second power system may include a variable RPM generator.
  • an LNG carrier having a mandatory load and a service load comprises: a first power system associated with the mandatory load; And a second power system associated with the service load.
  • the thruster motor is associated with the second power system.
  • the LNG carrier may further include: a switching unit configured to switch to transfer power generated in the first power system to the thruster motor of the second power system.
  • the switching unit is configured to switch to transfer the power generated in the first power system to the thruster motor of the second power system when the thruster motor starts to operate.
  • the switching unit is configured to switch to transfer the power generated in the first power system to the essential load when the thruster motor ends the operation.
  • the switching unit may include a single pole double throw (SPDT).
  • SPDT single pole double throw
  • the first power system may be configured to perform low voltage distribution
  • the second power system may be configured to perform high voltage distribution
  • the LNG carrier may further include a transformer that receives the low voltage electric signal from the switching unit and boosts the voltage to a high voltage electric signal.
  • an LPG carrier having a mandatory load and a service load comprises: a first power system associated with the mandatory load of the LPG carrier; And a second power system associated with a service load of the LPG carrier separated from the first power system.
  • the first power system may include an essential load required for the operation of the first power generation unit, the first switchboard, and the LPG carrier.
  • the second power system may include a second power generation unit, a second switchgear, and a service load used for LPG transportation.
  • the power generation unit may include a fixed RPM generator.
  • the second power generation unit may include a variable RPM generator.
  • variable RPM generator is controlled to the RPM corresponding to the load section, which is set in advance based on the service load, when the second load unit has a load section that varies for each time zone.
  • the second power generation unit may further include an AC / AC converter configured to convert a frequency of an AC electrical signal generated in the variable RPM generator into a specific frequency of the second switchboard. have.
  • the second power generation unit may further include an alternating current (AC) / direct current (DC) converter for receiving an alternating current (AC) electrical signal generated by the variable RPM generator and converting the electrical power into a direct current (DC) electrical signal.
  • the second load unit may further include a direct current (DC) / alternating current (AC) inverter that receives a direct current (DC) electric signal of the alternating current (AC) / direct current (DC) converter and converts it into an alternating current (AC) electric signal. It may include.
  • the service load is a cargo compressor, a cargo pump, a cargo spray pump, a stripping pump, a depp well pump, and a booster pump. It may include one or more of (Booster Pump).
  • an LPG carrier having a mandatory load and a service load comprises: a first power system associated with the mandatory load of the LPG carrier; A second power system associated with the service load of the LPG carrier; A redundancy unit for supplying power from the power system in which the accident does not occur to the load part of the power system in which the accident occurs; And a control unit configured to monitor an electric signal of the first power system or the second power system, determine an accident power system based on the monitoring result, and supply power to the load unit of the power system in which the accident occurs from the power system in which the accident does not occur. It may include.
  • the second power system may include a first load unit including a first power generation unit including a plurality of generators, a first switchboard, and an essential load required for the operation of the LPG carrier.
  • a first load unit including a first power generation unit including a plurality of generators, a first switchboard, and an essential load required for the operation of the LPG carrier.
  • at least one of the plurality of generators may be a standby generator, which does not operate during normal sailing.
  • the second power system may include a second power generation unit, a second distribution board, and a second load unit including a service load.
  • control unit is configured to enable power supply from the standby generator to the second load unit when detecting the occurrence of an accident of the generator in the second power system.
  • the redundancy is configured to enable power supply from the standby generator of the first power system to the service load of the second power system.
  • the redundancy unit may include a bus linking switch configured to transfer power of the standby generator to the second switchboard.
  • the duplexing unit may include a single pole double throw (SPDT).
  • SPDT is configured to connect a first path traveling from the standby generator to the first switchboard, or a second path traveling from the standby generator to the second switchboard.
  • the duplexing unit may include a single pole double throw (SPDT).
  • the second power generation unit further includes an AC (AC) / DC (DC) converter for receiving an AC (AC) electrical signal generated by the variable RPM generator and converts it into a DC (DC) electrical signal
  • the SPDT is standby And connect a first path from the generator to the first switchboard, or a second path from the standby generator to the alternating current (AC) / direct current (DC) converter.
  • the service load includes a cargo compressor, a cargo pump, a cargo spray pump, a stripping pump, a depp well pump, and a booster pump. It may include one or more of (Booster Pump).
  • the low-voltage power distribution-based power system having a vessel is divided into an essential load power system and a service load power system according to the load characteristics.
  • the essential load power system includes the essential loads necessary for the operation of the ship (eg thrust motors, engine lubricating oil pump motors, etc.), and most of the required loads correspond to continuous loads.
  • Service load The power system is not essential to the operation of the ship, but includes the loads associated with providing service by the ship (eg loads for storing cargo such as refrigerated containers, etc.), and most of the service loads are variable loads. .
  • This load separation reduces the capacity of each power system compared to the existing single grid, enabling the use of low-voltage switchboards to supply power to each power system.
  • the high voltage distribution is not required, and the existing high voltage distribution panel and the large capacity pressure reducing transformer are not required.
  • the space previously provided for the decompression transformer ie the transformer compartment
  • the decompression transformer is located in an engine room with high equipment density, which greatly affects onboard space utilization.
  • each power system may have an independent system configuration.
  • the generator type, voltage for distribution or electrical signal type of each power system can be configured and operated independently.
  • the system is configured to configure and operate a generator optimized for load characteristics so as to have a high power generation efficiency.
  • a fixed RPM generator is installed in a power system mainly including a continuous load
  • a variable speed RPM generator is installed in a power system mainly including a variable load to supply power.
  • a variable load power generation efficiency in which a generator having a power generation capacity showing an optimum efficiency for continuous load power supply is installed in a mandatory load power system and operated at a fixed RPM, and the load ratio is changed in the service load power system. Install a variable speed RPM generator to optimize the performance.
  • the average load rate is 30-40% of the total load stage in the system.
  • the amount of fuel consumed to generate 1 km / h of power based on a 35% load rate is reduced from approximately 216 g to approximately 190 g. That is, the container ship according to the present invention can improve fuel consumption of approximately 13%.
  • variable speed RPM generator and a variable frequency drive (VFD) based load included in the required load stage may be linked by installing a variable speed RPM generator in the essential load power system.
  • the power distribution system in each power system may be configured to enable low voltage DC distribution and / or low voltage AC distribution. That is, unlike the conventional power supply system in which DC distribution is difficult, the distribution type may be freely set, and thus flexible power supply may be possible according to characteristics of the power generation unit and the load.
  • the marine power supply system may supply power to a power system including a variable load using a fixed RPM generator. Due to the use of the fixed RPM generator, the cost of the generator is reduced, it is possible to obtain the effect that the power converter required when applying a variable speed generator is not required.
  • the marine power supply system can efficiently perform long distance power supply from a low pressure switchgear in an engine room located at the stern to a refrigeration panel located at the fore using a boost transformer.
  • the service load in the power supply of the thruster motor 152 located in the bow portion and operated only at the entry / departure time, the service load is configured to distribute the service loads of the bow portion to supply power to the refrigeration container. By supplying from the power system, it is possible to reduce the generating capacity of the essential load power system.
  • the low-voltage power distribution-based power system of the LNG carrier is divided into an essential load power system and a service load power system according to the load characteristics.
  • Essential load The power system includes the essential loads associated with the operation of the LNG Carrier (eg thrust motors, propulsion motors, engine lubricating oil pump motors, etc.), and most of the essential loads are continuous loads.
  • Service load power systems are not essential to the operation of LNG carriers, but include loads associated with providing services by LNG carriers (eg, Cargo Pumps, HD Compressors, LD Compressors, Vaporizers, etc.) Most of the service loads are variable loads.
  • This load separation reduces the capacity of each power grid compared to a single single grid, so that only low-voltage distribution can supply power to each load in the power grid. Therefore, high pressure distribution is not necessary, and a large capacity pressure reducing transformer for reducing the high pressure to low pressure is not required. By not using a pressure reducing transformer, cost savings can be achieved in terms of capital expenditures (CAPEX).
  • the space previously provided for the decompression transformer ie the transformer compartment
  • the decompression transformer is located in an engine room with high equipment density, which greatly affects onboard space utilization.
  • each power system may have an independent system configuration.
  • the generator type, voltage for distribution or electrical signal type of each power system can be configured and operated independently.
  • the system is configured to configure and operate a generator optimized for load characteristics so as to have a high power generation efficiency.
  • a fixed RPM generator more suitable for continuous load power supply is installed to operate at a fixed RPM so as to have a power generation capacity that shows optimum efficiency for continuous load power supply.
  • the power system includes a variable RPM generator that is more suitable for variable load power supply, and operates at a variable RPM having optimum efficiency for variable load power supply.
  • the amount of fuel consumed in the LNG carrier can be reduced.
  • the system can also supply power to a power system that mainly includes variable loads using a fixed RPM generator. Due to the use of the fixed RPM generator, the cost of the generator is reduced, it is possible to obtain the effect that the power converter required when applying a variable speed generator is not required.
  • the power distribution system in each power system may be configured to enable low voltage DC distribution and / or low voltage AC distribution. That is, unlike the conventional power supply system in which DC distribution is difficult, the distribution type can be freely set, and flexible power supply may be possible according to the characteristics of the power generation unit and the load.
  • the system is configured to provide power to a thruster motor, located in the bow and operating only at entry / departure, in the service load power system. As a result, it is possible to reduce the generating capacity of the essential load power system.
  • the LPG carrier has a low-voltage distribution-based power system is divided into a mandatory load power system and a service load power system according to the load characteristics.
  • Mandatory power system includes the mandatory loads associated with the operation of LPG carriers (eg cooling pumps, engine lubricating oil pump motors, ballast pumps, etc.), most of which are continuous loads.
  • Service loads The power system is not essential for the operation of LPG carriers, but includes the loads associated with providing service by LPG carriers (eg cargo compressors, cargo spray pumps, strip pumps, etc.), and most of the service loads are variable loads.
  • This load separation reduces the capacity of each power system compared to the existing single system, reducing the capacity of the generator (or engine) in the required load power system. This reduces the cost of generator equipment and increases the space utilization in the engine room.
  • each power system is in the load rate range which has the high fuel efficiency or has a load rate value close to.
  • the power supply system can obtain improved power generation efficiency compared to a single grid structure.
  • each separated power system may have an independent system configuration.
  • the mandatory load power system with many continuous loads is configured to include a fixed RPM generator
  • the service load power system with many variable loads includes a variable RPM generator. Due to the application of the generator in consideration of such load characteristics, the power supply system has a high fuel efficiency (especially in the heavy load / low load section of the service load power system).
  • the service load power system may be configured to allow partial direct current distribution.
  • the separate power grids may be further configured to be connected via a connection element (eg, a bus-tie breaker or a single pole double throw, or SPDT).
  • a connection element eg, a bus-tie breaker or a single pole double throw, or SPDT.
  • connection element when configured to be connected in the event of a generator load of the service load power system, LPG can be safely transported by controlling the temperature, pressure, etc. of the cargo tank (Cargo Tank) storing the LPG.
  • cargo tank Cargo Tank
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a system structure of a power supply system for a ship configured as a single system by mixing a continuous load and a variable load according to a conventional embodiment.
  • FIG. 2 is a view for explaining the internal structure of a conventional vessel having a high-voltage power distribution-based single power system of FIG.
  • FIG. 3 is a schematic system structure diagram of a marine power supply system including a separate power system in an embodiment according to the first aspect of the present invention.
  • FIG. 4 is a view showing a relationship between the load ratio of the load stage in the power system and the fuel consumption of the generator to power the load stage.
  • FIG. 5 is a schematic system structure diagram of a ship power supply system in which an essential load power system is AC distribution and a service load power system is DC distribution in one embodiment according to the first aspect of the present invention.
  • FIG. 6 is a schematic system structure diagram of a ship power supply system in which an essential load power system is DC distribution and a service load power system is AC distribution in another embodiment according to the first aspect of the present invention.
  • FIG. 7 is a schematic system structure diagram of a marine power supply system in which an essential load power system and a service load power system are configured as direct current distribution in another embodiment according to the first aspect of the present invention.
  • FIG. 8 is a schematic system structure diagram of a marine power supply system in which an essential load power system and a service load power system are configured as fixed RPM based AC power distribution in another embodiment according to the first aspect of the present invention.
  • FIG. 9 is a schematic system structure diagram of a ship power supply system for utilizing a space of an existing transformer room for other purposes than container shipping in another embodiment according to the first aspect of the present invention.
  • FIG. 10 is a side structural view of a container ship in which the boosting transformer and the pressure reducing transformer of FIG. 9 are disposed.
  • FIG. 11 is a schematic system structure diagram of a marine power supply system including a separate power system in an embodiment according to the first aspect of the present invention.
  • FIG. 12 is a schematic system structural diagram of a marine power supply system including a separate power system in another embodiment according to the first aspect of the present invention.
  • FIG. 13 is a diagram illustrating a system structure diagram of an LNG carrier power supply system configured as a single system by mixing essential loads and service loads according to another exemplary embodiment.
  • FIG. 14 is a view for explaining the internal structure of a conventional LNG carrier having the power supply system for LNG carrier of FIG.
  • FIG. 15 is a schematic system structure diagram of a power supply system for an LNG carrier including a separate power system in an embodiment according to the second aspect of the present invention.
  • 16 is a schematic system structure diagram of an LNG carrier power supply system configured to have a variable RPM generator in a service load power system in an embodiment according to the second aspect of the present invention.
  • FIG. 17 is a diagram illustrating a relationship between a load rate of a load stage in a power system and a fuel consumption of a generator for powering the load stage.
  • the mandatory load power system is configured to perform alternating current distribution with a fixed RPM generator, and the service load power system has a variable RPM generator and partially direct current distribution.
  • 19 is a schematic system structure diagram of a power supply system of an LNG carrier including a separate power system in another embodiment according to the second aspect of the present invention.
  • 20 is a schematic system structure diagram of a power supply system of an LNG carrier including a separate power system in another embodiment according to the second aspect of the present invention.
  • FIG. 21 is a diagram illustrating a system structure of an LPG carrier power supply system configured as a single system by mixing a continuous load and a variable load according to another conventional embodiment.
  • FIG. 22 is a schematic system structural diagram of an LPG carrier power supply system including a separate power system in an embodiment according to the third aspect of the present invention.
  • FIG. 23 is a schematic system structure diagram of an LPG carrier power supply system configured to have a variable RPM generator in a service load power system according to an embodiment according to the third aspect of the present invention.
  • FIG. 24 is a diagram illustrating a relationship between a load ratio of a load stage in a power system and a fuel consumption of a generator for powering the load stage.
  • the mandatory load power system is configured to perform alternating current distribution with a fixed RPM generator, and the service load power system has a variable RPM generator and partially direct current distribution.
  • FIG. 26 is a schematic system structure diagram of an LPG carrier power supply system further configured to be distributed to a service load in an emergency according to an embodiment according to the third aspect of the present invention.
  • FIG. 27 is a schematic system structure diagram of a power supply system for an LPG carrier, which is further configured to be distributed to a service load in an emergency according to another embodiment according to the third aspect of the present invention.
  • FIG. 28 is a schematic diagram of a power supply system for an LPG carrier, in an embodiment according to a third aspect of the present invention, further configured to be capable of power distribution with a service load configured to perform DC distribution partially with a variable RPM generator in an emergency;
  • Marine power supply system 200 service load power system
  • switch 214 AC / AC converter
  • switching unit 221 DC main bus
  • switchboard 226 DC (AC) / AC (AC) inverter
  • bus breaker 231 bus breaker 231
  • 232 main bus
  • thruster motor 250 service load
  • step-up transformer 256 DC (AC) / AC (AC) inverter
  • transformer 261 step-up transformer
  • a vessel is a vessel including essential loads essential for the operation of the vessel and a service load additionally used for functions other than the operation, and refers to various vessels such as container ships, fuel carriers, passenger ships, and the like.
  • the present invention will be described centering on container ships, LNG carriers, LPG carriers, but it will be apparent to those skilled in the art that the present invention is not limited to this type of vessel.
  • the separation of the load system into the essential load system and the service load system means that the essential load and the service load are not mixed in the same system, such as being powered through the same switchboard.
  • Each separate grid is included and configured to be powered by a different main switchboard. Separation of the load grid is not permanent, and different load grids can be connected by any component that can be electrically connected between the power supply components (e.g., an SPDT switch, or a bus-tie breaker, etc.). have.
  • Embodiments herein relate to the power system of a ship.
  • DC low voltage is set to 1500V or less in the international regulations
  • AC low pressure is set to 1000V or less. Therefore, unless otherwise specified, the term "low pressure" is used in this specification to 1500V or less for DC and 1000V or less for AC. Refers to the applicable voltage.
  • Marine power supply system is composed of a power system is divided into a mandatory load power system mainly including an essential load, and a service load power system mainly including a service load.
  • the separation of the system reduces the load capacity of each power system compared to a single power system, enabling low voltage distribution.
  • FIG. 3 is a schematic system structure diagram of a marine power supply system including a separate power system in an embodiment according to the first aspect of the present invention.
  • the marine power supply system 1 includes one or more power systems 100, 200, and the like.
  • the power system 100 includes a power generation unit 110, a distribution panel 130 including a main distribution panel, and an essential load unit 150 including an essential load.
  • the power system 200 includes a power generation unit 210, a distribution board 230 including a main distribution board, and a service load unit 250 including a service load.
  • the ship power supply system 1 may further include a controller (not shown) for monitoring the state of the power system and controlling the power supply.
  • the controller may include one or more of a power management system (PMS), an energy management system (EMS), and an energy power management system (EPMS).
  • PMS power management system
  • EMS energy management system
  • EPMS energy power management system
  • the ship power supply system 1 is described as including two power systems 100 and 200, but is not to be construed as limited thereto.
  • a detailed description of the two components is represented by representing a detailed description of the one component.
  • the ship power supply system 1 is configured in a state in which a power system is separated for each of an essential load and a service load.
  • the essential load and the service load do not share the same switchboard.
  • the power generation unit 110 supplies power to the essential load unit 150 through the switchboard 130 so that the load of the essential load unit 150 consumes and drives power.
  • the generator 110 outputs an alternating current electrical signal, and includes a plurality of generators (eg, generators 111 and 112 in Fig. 3.
  • the properties and power generation capacity of the generators 111 and 112 depend on the load. For example, an alternator can be used when the motor load for the ship's operation is a constant output load, and when the capacity of the generator is 85% and the load capacity is 1MW, the generator's generating capacity is about 1.2MW. Can be.
  • the power supply system 1 may be a standby generator (eg, included in the required load power system 100).
  • 112 is configured to supply power to the required load 150.
  • the generators 111 and 112 may include, but are not limited to, a diesel generator, a combined fuel generator, a gas fuel generator, a gas turbine, and the like.
  • the power generation unit 110 may further include one or more switches, and / or disconnectors for power supply control according to a situation.
  • the ship power supply system 1 may further include two switches 113A and 113B when the two generators 111 and 112 are included.
  • the switch and / or disconnector is not an expensive high voltage power connection device, but a low voltage power connection device.
  • the switchboard 130 power is supplied to the AC.
  • the switchboard 130 may include a main switchboard of the power system 100.
  • the main switchboard is composed of a bus cable, in which case the bus cable may be referred to as a main bus.
  • switchboard 130 may include a plurality of bus cables.
  • the switchboard 130 may include a plurality of bus cables, such as a main bus 131 electrically connected to the generator 111 and a main bus 132 electrically connected to the generator 112.
  • the switchboard 130 is electrically connected to the plurality of main buses 131 and 132 as usual, but further includes a bus tie breaker 133 that is electrically disconnected in case of emergency and / or accident. can do.
  • Low voltage can be applied to the switchboard 130, the power system 100 is capable of low voltage distribution.
  • an AC voltage of 440 V is applied to the main bus 131 and the main bus 132 of FIG. 3 to supply power to the load.
  • Components of the power system 100 may be electrically connected to interact.
  • the ship power supply system 1 may supply power to the essential load using a power supply line that electrically connects the power generation unit 110 to the essential load unit 150 through the switchboard 130.
  • the essential load 150 of the power system 100 includes an essential load that is essentially required for operation of the ship.
  • the essential load is essentially required for the essential load and the ship operation defined by the ship regulation, but the quasi-mandatory load is not included in the essential load according to the ship regulation.
  • essential load eg, an important load.
  • the essential load used for the operation of the container ship may include, but is not limited to, a thruster motor 152, a lubricating oil pump, an engine fuel supply pump, a cooling pump, and the like. Most of the essential loads included in the essential load unit 150 correspond to continuous loads in which the load rate hardly changes.
  • the mandatory load unit 150 may further include a variable frequency drive (VFD) based load.
  • VFD variable frequency drive
  • a variable frequency control-based load is an essential load that optimizes the power consumption of the load stage according to the operating characteristics, such as a central cooling system.
  • a VFD load is a cooling pump configured to control the temperature of the cooling water.
  • Essential loads configured to control temperature, pressure, and the like.
  • the switchboard 130 is configured to perform low voltage distribution.
  • at least some of the required loads can be electrically connected directly and powered without the need for a separate transformer.
  • the required load 150 may be a power supply line (not shown) for electrically connecting the thruster motor 152 from the switchboard 130, and to supply the power to the thruster motor 152 more efficiently.
  • a booster transformer 153 may be further included.
  • the thruster motor 152 is a motor used for the teeth of the ship.
  • the thruster motor 152 is a large load that consumes a large amount of power compared to other continuous loads.
  • the thruster motors 152A and 152B of FIG. 3 have a load capacity of about 2 MW. For this reason, when power is supplied by the low voltage switchgear 130 to which a low voltage such as 440 V is applied, 8 to 10 strands of cable 270A having a cross section of 150 SQMM should be laid, and the installation of the power supply line in the vessel 1000 may not be easy. Can be.
  • the power supply line is a component that electrically connects the switchboard 130 to the thruster motor 152.
  • the power supply line may be a cable.
  • the boost transformer 153 is a transformer for boosting the low voltage supplied from the switchboard 130, and the output voltage of the boost transformer 153 is configured to correspond to the driving voltage of the thruster motor 152.
  • the boost transformer 153 is a different transformer from the pressure reducing transformer 40 of FIG. 1, so that the output voltage of the boost transformer 153 has a voltage higher than that of the switchboard 130, but still outputs a low voltage of 1500V or less. It is composed.
  • the voltage is increased from low voltage to high voltage by the boost transformer 153, and the current magnitude in the corresponding power supply line is reduced by the boost transformer 153.
  • the voltage drop is improved to reduce the cross-sectional area of the cable and / or the number of strands.
  • the cross-sectional area of the cable may be 50SQMM, and in another embodiment, the cross-sectional area of the cable may be 50SQMM to 75SQMM.
  • the ship power supply system 1 may supply power to the thruster motor 152 using one strand of cable.
  • the boost transformer 153 As a result, in the case where the boost transformer 153 is not included in FIG. 3, 8 to 10 strands are required for a cable having a cross-sectional area of 150 SQMM. However, when the boost transformer 153 is used as shown in FIG. The strands also provide power to the 2MW thruster motor 152 with a load capacity.
  • the mandatory load unit 150 may further include one or more lower switchboards 154 that supply power to a voltage lower than the voltage of the switchboard 130 (eg, 220V).
  • the essential load unit 150 may further include a transformer 155 disposed between the switchboard 130 and the lower switchboard 154 to reduce the voltage.
  • the mandatory load 150 includes a transformer 155A between the switchboard 130 (eg, 450V applied) and the lower switchboards 154A, 154B (eg, 220V applied). , 155B).
  • the transformer of the essential load 150 is a small transformer having a smaller capacity than the transformer of FIG. 1. Thus, there is an advantage in transformer installation cost and space utilization.
  • the power system 100 may further include an emergency switchboard 160 including an emergency generator for supplying power in an emergency situation such as black out and a load operating at this time.
  • the emergency switchboard 160 may include shore power, emergency load, and the like.
  • the components and operation of power system 200 are substantially similar to the components and operation of power system 100.
  • the switchboard 230 is also configured to perform low pressure distribution. Therefore, the power system 200 will be described based mainly on differences from the power system 100.
  • the service load unit 250 of the power system 200 includes a service load additionally used in addition to the operation of the ship.
  • the variable load unit 250 may further include one or more lower switchboards (not shown) for supplying power at a lower voltage than the switchboard 230.
  • the service load includes a load for storing a shipment used to store a shipment, a load for a user convenience used for the convenience of a passenger of a ship.
  • the service load unit 250 includes, but is not limited to, a refrigerated container in which ship cargo is stored.
  • the freezing container is configured such that the storage temperature changes with time. For this reason, most of the service loads correspond to variable loads with a variable load rate.
  • each separated power system 100, 200 of the LPG carrier power supply system 1 has an independent system configuration, such that the power system 100, 200 may be configured in various or different ways depending on the design purpose. Can be.
  • each power system 100, 200 is configured to configure and operate a generator that is primarily optimized for the type of load included.
  • the required load power system 100 may include a fixed RPM generator
  • the service load power system 200 may include a variable speed RPM generator.
  • the generators 111 and 112 of the mandatory load power system in FIG. 3 may be a fixed RPM generator
  • the generators 211 and 212 of the service load power system 200 may be variable speed RPM generators.
  • the fixed RPM generator is operated to operate in the optimum efficiency section.
  • the generators 111 and 112 of FIG. 3 are configured to operate in an optimum efficiency interval (ie, a load factor range of 75 to 85%).
  • the power load of the LNG carrier is mixed in a single grid, resulting in a load section having a low load ratio of the entire system due to the variable load. As a result, the power generation efficiency of the fixed RPM power generation is lowered.
  • variable speed RPM generator capable of variable speed operation is operated in accordance with the load rate variation.
  • the generator rotational speed is controlled by the RPM having the optimum power generation efficiency for each load section through the variable speed RPM generator of the variable load power system
  • the electric power is applied to the variable load as compared to the case where the continuous load and the variable load are mixed in a single system. It can improve the fuel efficiency of the generator to supply.
  • FIG. 4 is a view showing a relationship between the load ratio of the load stage in the power system and the fuel consumption of the generator to power the load stage.
  • the conventional single power system uses a fixed RPM generator to power a variable load (eg, a refrigerated container).
  • the load factor of the entire refrigerated container averages 30-40% of the maximum power requirements.
  • it consumes approximately 216 g / kwh of fuel based on a 35% load rate (point P F of FIG. 4).
  • it is possible to supply power to the variable load by using a variable speed RPM generator.
  • a variable speed RPM generator When power is supplied using a variable speed RPM generator as in one embodiment of the present invention, it consumes approximately 190 g / kwh of fuel based on the same 35% load rate (point P V of FIG. 4).
  • the power supply system 1 of FIG. 3 has an effect of improving fuel consumption by approximately 13% in generating the same power.
  • the power generation efficiency may be further improved by controlling the generator rotation speed with RPM having an optimal power generation efficiency for each load section.
  • the low load section L1 is a section having a load rate of 10 to 40% and has a fuel consumption of approximately 285 to 210 g / kwh.
  • the heavy load section L2 is a section with a load ratio of 40 to 60% and has a fuel consumption of approximately 210 to 194 g / kwh.
  • the high load section L3 represents a section having a load ratio of 80 to 100%, and has a fuel consumption of approximately 185 to 190 g / kwh.
  • the power supply system 1 of FIG. 3 has a fuel consumption similar to that of the power supply system of FIG. 1 in the high load section L3. However, in the low load section L1, the fuel consumption rate per kwh is improved by about 6 to 10%, and in the heavy load section L2, the fuel consumption per kwh is improved by about 10 to 35%.
  • variable speed RPM generator of the service power system 200 of FIG. 3 may control the RPM based on the load ratio of each load section, thereby improving power generation efficiency of the power generation unit 210.
  • the switchboard 230 may be configured to have a specific frequency (eg, 50 Hz or 60 Hz).
  • the power generation unit 210 generates AC power based on the load ratio of each load section, and alternating current (AC) electric signal having a frequency (eg, 50 Hz or 60 Hz) matching the frequency of the switchboard 230. It is configured to output.
  • AC alternating current
  • the power generation unit 210 includes an alternating current (AC) / AC (AC) converter (not shown) located between the generator 211 and the switchboard 230.
  • the AC / AC converter (not shown) is configured to convert the frequency of the alternating current (AC) electrical signal generated by the variable RPM generator into a specific frequency (eg, 50 Hz or 60 Hz) of the switchboard 230.
  • the power generation unit 210 may output an alternating current (AC) electric signal having a specific frequency of the switchboard 230.
  • the essential load unit 150 may include a variable frequency drive (VFD) based load that controls temperature, pressure, cooling water, and the like in relation to the operation of the ship.
  • VFD variable frequency drive
  • the load rate of the variable frequency control-based load may be changed to control the temperature, the pressure coolant, and the like. For this reason, the variable frequency control-based load has various load sections according to the operating characteristics of the ship.
  • variable speed RPM generator may also be included in the mandatory power system 100.
  • the vessel to which the ship power supply system 1 is applied is not a container vessel, the proportion of the variable load in the service load may be relatively reduced.
  • the essential load power system 100 may be treated as a variable load power system by a relative relationship.
  • variable speed RPM generator When the power supply is performed by the variable speed RPM generator in the required load power system 100, the variable speed RPM generator is associated with a variable frequency drive (VFD) based load of the required load unit 150.
  • VFD variable frequency drive
  • variable load is variable as compared to the case where the continuous load and the variable load are mixed in a single system. It is possible to improve the fuel efficiency of the generator that powers the load. As it is similar to the embodiment of the service load power system 200 described above, a detailed description thereof will be omitted.
  • the power distribution system in each of the power systems 100 and 200 may be configured to enable low voltage DC distribution and / or low voltage AC distribution.
  • the load in the ship when the load in the ship has an alternating voltage as the rated voltage, it is composed of a partial distribution structure in which direct current distribution is performed in the distribution panel part.
  • FIG. 5 is a schematic system structure diagram of a ship power supply system in which an essential load power system is AC distribution and a service load power system is DC distribution in one embodiment according to the first aspect of the present invention.
  • the DC load is further configured in the service load power system 200.
  • the generators 111 and 112 may be fixed RPM generators, and the generators 211 and 212 may be variable speed RPM generators.
  • the power generation unit 210 further includes an alternating current (AC) / direct current (DC) converter 216 for receiving and converting an alternating current (AC) electrical signal into a direct current (DC) electrical signal.
  • the load unit may further include a direct current (DC) / alternating current (AC) converter 256 for receiving a direct current (DC) electrical signal and converting the signal into an alternating current (AC) electrical signal.
  • the power system 200 includes two generators 211 and 212, two alternating currents (AC) electrically connecting the generators 211 and 212 and the switchboard 230. And a plurality of direct current (DC) converters 216A and 216B, respectively, and a plurality of direct current (DC) / AC (AC) converters 256A to 256D to electrically connect the switchboard 230 and each service load. can do.
  • the alternating current (AC) / direct current (DC) converter 216 and the direct current (DC) / alternating current (AC) converter 256 the DC power distribution is possible in the power distribution board 230 in the power system 200 .
  • the voltage applied to the switchboard 230 in the service load power system 200 is set for proper DC distribution, and may be different from the voltage applied to the switchboard 130 in the essential load power system 100. For example, a voltage of 440V is applied to the switchboard 130, but a voltage of 690V may be applied to the switchboard 230 in which partial DC distribution is performed.
  • the power supply system 1 the mandatory load power system may be composed of a fixed RPM generator-based AC distribution
  • the service load power system may be of a variable RPM generator-based DC or AC distribution.
  • FIG. 6 is a schematic system structure diagram of a ship power supply system in which an essential load power system is DC distribution and a service load power system is AC distribution in another embodiment according to the first aspect of the present invention.
  • the DC load is further configured in the essential load power system 100.
  • the generators 111 and 112 may be variable speed RPM generators, and the generators 211 and 212 may be fixed RPM generators.
  • the power generation unit 110 further includes an alternating current (AC) / direct current (DC) converter 116 that receives an alternating current (AC) electrical signal and converts it into a direct current (DC) electrical signal.
  • the load unit may further include a direct current (DC) / alternating current (AC) converter 156 for receiving a direct current (DC) electrical signal and converting the signal into an alternating current (AC) electrical signal.
  • the power system 100 when the power system 100 includes two generators 111 and 112, two alternating currents (AC) electrically connecting the generators 111 and 112 and the switchboard 130. And a plurality of direct current (DC) converters 116A and 116B, respectively, and a plurality of direct current (DC) / alternating current (AC) converters 156A to 156M electrically connecting between the switchboard 130 and each of the required loads. can do.
  • the alternating current (AC) / direct current (DC) converter 116 and the direct current (DC) / AC (AC) converter 156 direct current power distribution is possible in the power distribution panel 130 in the power system 100 .
  • the power supply system 1, the mandatory load power system 100 may be configured as a variable RPM generator based AC or DC distribution
  • the service load power system 200 is a fixed RPM generator based AC distribution.
  • FIG. 7 is a schematic system structure diagram of a marine power supply system in which an essential load power system and a service load power system are configured as direct current distribution in another embodiment according to the first aspect of the present invention.
  • both the essential load power system 100 and the service load power system 200 may be configured to enable direct current distribution.
  • the service load power system 200 is similar to the service load power system 200 of FIG. 5, and the essential load power system 100 is similar to the structure of the essential load power system 100 of FIG. 6. Description is omitted.
  • power systems 100 and 200 may be configured to be efficient in terms of component supply.
  • FIG. 8 is a schematic system structure diagram of a marine power supply system in which an essential load power system and a service load power system are configured as fixed RPM based AC power distribution in another embodiment according to the first aspect of the present invention.
  • the ship power supply system 1 is a power supply unit 110 of the essential load power system 100 and the power generation unit 210 of the service load power system 200 to operate at a fixed RPM in terms of component supply to generate power Can be configured.
  • the service load power system 200 includes a power generation unit 210, a low voltage switchgear 230, and a service load unit 250.
  • the frequency of the switchboard 230 is a specific frequency (for example, 50 Hz or 60 Hz).
  • the switchboard 230 may include a plurality of buses.
  • the switchboard 230 includes two buses 231 and 232 as shown in FIG.
  • the switchboard 230 is electrically connected to the plurality of main buses 231 and 232 as usual, but further includes a bus tie breaker 233 in which electrical connection is cut off in an emergency and / or accident. can do.
  • the power generation unit 210 is configured to generate power having a frequency (eg, 50 Hz or 60 Hz) matching the frequency of the switchboard 230.
  • the power generation unit 210 may include a fixed RPM generator for driving at a fixed RPM for a frequency matching the frequency of the switchboard 230.
  • the power generation unit 210 may include a plurality of fixed RPM generators 211 and 212.
  • the power generation capacity of the fixed RPM generators 211 and 212 may be greater than or equal to the power capacity of the service load 250.
  • the fixed RPM generator 211 or 212 has a power generation capacity sufficient to supply power to the service load power system 200 in a heavy load or low load section.
  • the service load unit 250 may include a load (eg, a refrigerated container) in which the load rate does not change rapidly.
  • the ship power supply system 1 allows the service load power system 200 to operate the buses 231 and 232 as a closed bus in a heavy load or low load section, thereby generating one of two generators. Supplies power to the service load unit 250.
  • the service load power system 200 may further include one or more power transfer components between the switchboard 230 and the service load 250 to supply power of the low voltage switchboard 230 to the service load 250. Can be.
  • the power transfer component may include, for example, a transformer, an intermediate terminal box (J / B, junction box), etc., but is not limited thereto, and includes a conventional fixed RPM generator as shown in FIG. 8.
  • the power system may include various power delivery components that connect between the low voltage switchboard and the load.
  • the service load power system 200 does not require additional power devices (eg, power converters) for frequency matching between the low voltage switchgear and the power generation unit.
  • additional power devices eg, power converters
  • the distribution board 230 low-voltage alternating current (AC) distribution may be performed.
  • the generator 211 or 212 of the service load power system 200 is a variable RPM generator, and may generate power having a frequency in a variable frequency range (for example, 37 Hz to 60 Hz) according to the speed.
  • a specific frequency for example, 50Hz or 60Hz
  • the variable RPM generator 211 the frequency of the power output from the power generation unit 210 for frequency matching is the frequency of the switchboard 230.
  • a power converter eg, a matrix converter
  • the price of a variable RPM generator is typically higher than the price of a fixed RPM generator.
  • the service load power system 200 of FIG. 8 maintains the advantages of low voltage distribution and at the same time, additional power devices (eg, for frequency matching of the low voltage switchgear 230 and the variable RPM generator 210) required for applying a variable speed generator.
  • additional power devices eg, for frequency matching of the low voltage switchgear 230 and the variable RPM generator 210 required for applying a variable speed generator.
  • a low-voltage distribution-based power supply system can be built on a ship at lower cost.
  • a part of the service load power system 200 can be configured based on a fixed RPM generation standard that can be supplied in the existing, and there is ease of design.
  • the power system is separated into a mandatory load power system and a service load power system according to the characteristics of the ship power load.
  • the size of individual power systems is reduced compared to a single power system. For example, when a single power system having a power capacity of 14 MW is separated into a mandatory load power system 100 at 9 MW and a service load power system 200 at 5 MW as shown in FIG. 3, the size of the individual power system is 14 MW. To 9MW and 14MW to 5MW respectively.
  • a low voltage (eg, 440V) is applied to the power supply through the main switchboard. This no longer requires the large-capacity pressure reducing transformer 40 of FIG. 1.
  • CAEX capital expenditures
  • the space occupied by the decompression transformer 40 of FIG. 2 (that is, the existing transformer compartment) 1007 can be utilized more efficiently.
  • the space of the transformer compartment 1007, in which eight decompression transformers 40 can be arranged, is further expanded for the shipment of silver containers. Can be utilized.
  • a commonly used container standard is a TEU container with a size of 6.058m ⁇ 2.591m ⁇ 2.438m.
  • TEU container As a reference, the number of containers that can be shipped in two spaces of a transformer room of 13.25m ⁇ 6.06m ⁇ 6.62m is calculated.
  • the container may be further shipped in a space associated with the utilization of the conventional pressure reducing transformer.
  • certain structures may have been installed due to the presence of transformer 40 on the deck surface located vertically in conventional transformer room 1007.
  • the transformer 40 may not be necessary and some structures may also not be needed, so that additional containers may be vertically loaded onto the deck surface. In this case, 100 more containers may be loaded if 5 more horizontally and 10 more vertically are loaded onto the deck surface.
  • the decompression transformer 40 is not used, allowing up to about 120 more containers to be shipped on the vessel 1000.
  • the number of containers shipped in the space of the existing transformer chamber 1007 is merely exemplary, and 120 or more containers may be further loaded according to the shape of the container, the transformer, and the size of the transformer chamber.
  • the application of the ship power supply system 1 of FIG. 3 enables the movement of an object previously placed in a space other than the existing transformer chamber 1007 into the space of the transformer chamber 1007.
  • the space originally located due to the movement of the prearranged object becomes an empty space.
  • the container may additionally be placed in the additionally generated empty space instead of being shipped directly to the space of the transformer chamber 1007.
  • transformer rooms may be utilized for a variety of purposes other than shipping containers.
  • FIG. 9 is a schematic system structure diagram of a ship power supply system for utilizing a space of an existing transformer room for other purposes than container shipping in another embodiment according to the first aspect of the present invention.
  • the service load power system 200 includes a transformer 260 for converting a voltage between the switchboard 230 and a refrigeration panel (R).
  • the transformer 260 includes a step-up transformer 261 and a step-down transformer 266.
  • the boosting transformer 261 is installed between the low voltage switchboard 230 and the refrigeration panel R of the bow portion.
  • the boost transformer 261 is configured to receive the low voltage power of the switchboard 230 and output power having a voltage higher than the voltage of the switchboard 230 (eg, 1.5 kV to 6.6 kV).
  • the pressure reducing transformer 266 is configured to receive the high voltage power output from the boosting transformer 261 and output power having a lower voltage.
  • the output power from the decompression transformer 266 is supplied to a freezing container connected to the freezing panel R of the bow portion.
  • the service load power system 200 includes a plurality of step-up transformers 261 and a decompression transformer 266 for respectively connecting the power paths between each refrigeration panel R of the bow portion and the switchboard 230. do.
  • the service load power system 200 includes two boosting transformers 261A and 261B and pressure reducing transformers 266A and 266B.
  • FIG. 10 is a side structural view of a ship to which the power supply system of FIG. 9 is applied.
  • Container vessels including refrigerated containers typically comprise four refrigeration panels (R).
  • the refrigeration panel (R) is disposed in the bow portion and two stern portion. Power supply to the refrigeration container is performed through the refrigeration panel (R) for each section in the power generation unit 210 and the switchboard 230 located in the stern engine room (1030).
  • the distance from the low pressure switchboard 230 disposed in the engine room 1030 to the two refrigeration panels R located at the bow is dependent on the size of the vessel, but is typically several hundred meters.
  • the refrigeration panel of the bow portion In order to supply power at a low pressure from the switchboard 230 to which the low pressure is applied, the refrigeration panel of the bow portion, a cable connecting them is quite required.
  • a vessel for example, a container ship
  • a refrigeration panel R of a fore part which transmits electric power to an engine room 1030 of the stern at which the switchboard 230 is located and a freezing container of the fore part.
  • the distance of about 120 ⁇ 130m.
  • the boost transformer 261 or the like is not used, a cable of approximately 10 to 15 strands is required for a 237A cable having a 120SQMM cross section.
  • boost transformer 261 or the like it is possible to supply hundreds of meters of long distance power even with one cable.
  • the service load power system 200 further includes a boost transformer 261 and / or a decompression transformer 266, the boost transformer does not reduce the size of cargo (eg, a refrigerated container) that is shipped to the vessel. 261 and / or pressure reducing transformer 266 are disposed in the ship.
  • cargo eg, a refrigerated container
  • boost transformer 261 may be installed in main transformer room 1007 in which a conventional single power system pressure reducing transformer is installed. Since the load capacity in one power system decreases as the power system is disconnected, the boost transformer 261 is smaller than the pressure reducing transformer. In addition, an additional cargo such as a container may be further loaded in the remaining space occupied by the boost transformer 261.
  • the decompression transformer 266 is disposed at a point where a considerable weight of cable is not required even when power is supplied to the refrigeration panel R of the bow portion at low pressure without affecting the size of the cargo loaded on the vessel.
  • the cargo may be disposed in an Accomm. Under space in which no cargo is disposed in the space below the port of the ship.
  • the distance from the engine room 1030 including the transformer room 1007 to the vessel under space of the vessel in a vessel (eg, a container ship) having a total length of 350 m is approximately. 180m.
  • the step-up transformer 261 outputs high voltage power at low voltage (eg, 440 V) power of the switchboard 230, the refrigeration of the bow portion is performed by using a relatively small amount of cable (eg, one strand of cable having a cross section of 120 SQMM). Power can be supplied to the panel R.
  • the placement of the boosting transformer 261 and / or the decompression transformer 266 is not limited to the above-mentioned spaces, but may also be arranged in other spaces within the ship, such that the scale of the cargo loaded on the ship is not reduced.
  • the marine power supply system 1 may be configured such that the thruster motor 152 and the essential load power system 100 are not connected.
  • FIG. 11 is a schematic system structure diagram of a marine power supply system including a separate power system in an embodiment according to the first aspect of the present invention.
  • the power generation capacity of the mandatory load power system 100 associated with the thruster motor 152 is defined as the power capacity of the thruster motor 152 and the mandatory load in the ship rule.
  • the power supply is set based on all of the power capacities of the continuous loads required to be supplied. This is because the thruster motor 152 operates only for a short time at the time of entry / departure, but is essential for the operation of the ship as a large load.
  • the thruster motor 152 is linked to the service load power system 200, which is a power system other than the required load power system 100, so as to set down the generation capacity of the required load power system 100.
  • the power capacity of the stur motor 152 is configured not to be considered.
  • the service load power system 200 is associated with a large load (that is, the thruster motor 152) by cross-using power for a short time when the thruster motor 152 is operated, the additional generation capacity It is configured so that there is no increase.
  • the thruster motor 152 receives the power of the generator 210 through the switchboard 230.
  • the power generation unit 210 includes a fixed RPM generator.
  • the thruster motor 152 is an important important load (Important Load) in ship operation in terms of functionality, but corresponds to a secondary essential load (Secondary Essential Load) that does not require continuous power supply during ship operation. Therefore, even if it is not linked to the essential load power system 100 that continuously supplies power to the essential load does not significantly affect the operation of the ship.
  • the service load power system 200 includes a switching unit 240 so that there is no addition of the generation capacity of the generator 210 according to the additional linkage of the thruster motor 152.
  • the switching unit 240 includes an Auto switch (hereinafter referred to as an "Interlock Switch") configured to interlock.
  • the interlock switch is disposed between the switchboard 230 and the load of the service load power system 200 (that is, the thruster motor 152 and the service load unit 250).
  • the interlocking switch is an auto switch that is automatically switched by the control unit of the ship.
  • the interlock switch is installed between the power path to the thruster motor 152 or the power path to the service load unit 250, so that any one load stage (eg, the thruster motor ( 152) when the power is supplied to the other load stage (for example, the service load unit 250) performs an interlocking operation is prohibited.
  • any one load stage eg, the thruster motor ( 152) when the power is supplied to the other load stage (for example, the service load unit 250) performs an interlocking operation is prohibited.
  • a boosting transformer 261 and a pressure reducing transformer 266 may be included.
  • the boosting transformer 261 is disposed between the switching unit 240 and the switchboard 230 to receive the low voltage power (eg, 440V power) of the switchboard 230 and output high voltage power (eg, 6.6kV power). It is composed.
  • the high voltage power of the boost transformer 261 is transmitted to the thruster motor 152 or the service load unit 250 through the switching paths of the first lower switchboard 270 and the switching unit 240.
  • the switching unit 240 When the thruster motor 152 does not operate (for example, during a normal sailing time of the ship), the switching unit 240 has the power of the power generation unit 210 to the switchboard 230 and the first lower switchboard 270 Switched to be delivered to the service load 250 through.
  • the high voltage power output from the switching unit 240 is transferred to the second lower switchboard 280 to which low pressure is applied through the pressure reducing transformer 266, and is transmitted to a load other than the thruster motor 152.
  • the switching unit 240 When the thruster motor 152 is driven (for example, approximately 30 minutes when the vessel enters or leaves the ship), the switching unit 240 has a power of the power generation unit 210 having a fixed RPM, the switchboard 230 and the first The switch is transmitted to the thruster motor 152 through the lower switchboard 270.
  • the service load unit 250 includes a refrigeration container as the service load
  • the interruption of power supply to the freezing container by switching to the thruster motor 152 does not affect the function of the freezing container. This is because the refrigeration container generally maintains a constant temperature even without being supplied with power for about 30 to 40 minutes.
  • the power supply system 1 is also used in the power supply to the thruster motor 152 and other loads (for example, refrigeration containers) located in the bow portion, the step-up transformer (described in detail with reference to FIGS. 9 and 10). 261) can reduce the cable savings.
  • the service load power system 200 may include a plurality of paths for supplying power to each of the thruster motors 152.
  • a plurality of booster transformers 261A and 261B for efficient power supply to the plurality of thruster motors 152A and 152B may be configured.
  • FIG. 12 is a schematic system structure diagram of a marine power supply system including a separate power system according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 12 is a schematic system structural diagram of a marine power supply system including a separate power system in another embodiment according to the first aspect of the present invention.
  • the service load power system 200 supplies power to the thruster motor 152 or the service load 250 using a variable RPM generator.
  • the power generation unit 210 includes a variable RPM generator 211.
  • the service load power system 200 may include a power converter 220 for frequency matching of the variable RPM generator 211 and the switchboard 230.
  • the power generation efficiency may be increased by controlling the operating speed of the generator 211.
  • the power supply system 1 links the thruster motor 152 to a power system other than the essential load power system 100, while maintaining the characteristics of the load stage in the service load power system. It can be configured as a fixed RPM or variable RPM generator.
  • the power supply system 1 described with reference to FIGS. 11 and 12 may be embodied in various forms.
  • the service load power system 200 is configured to be low voltage distribution from the switchboard 230 to the service load 250.
  • the service load power system 200 is configured such that the thruster motor 152 receives power from the switchboard 230 through the boosting transformer 261 and / or the starter panel (S / T).
  • the service load power system 200 includes a boost transformer 261 and / or a starter panel between the switchboard 230 and the thruster motor 152 for powering the thruster motor 152.
  • the boost transformer 261 and a separate boost transformer (not shown) and a decompression transformer 266 are disposed between the switchboard 230 and the service load 250 to supply power to the service load 250. It may be configured to.
  • the power supply system 1 may control the operation of the generator according to the time zone (or the operation mode) and adjust the amount of power supplied to the load unit. For example, if the required load 150 of the power system 100 does not require the generating capacity of two generators 111 and 112, the marine power supply system 1 may be at least one generator (eg, The generator 111 may be set as a standby generator to stop operation, and if necessary, the standby generator may be used to supply power to the essential load unit 150 and other purposes.
  • the generator 111 may be set as a standby generator to stop operation, and if necessary, the standby generator may be used to supply power to the essential load unit 150 and other purposes.
  • a vessel having a power supply system 1 separated into a mandatory load power system 100 and a service load power system 200 is different from a conventional ship in which the mandatory load and the service load consist of a single power system.
  • Low voltage distribution is possible, and expensive high-pressure shut-off equipment is not required.
  • the problem of lowering the generation efficiency or the utilization of the space on board can be improved.
  • LNG is generally stored in specially designed cargo tanks for transport by sea at cryogenic temperatures (eg -160 ° C). It is impossible to transport LNG by sea without controlling the temperature and pressure of the cargo tank during normal sailing.
  • the LNG Carrier is configured to be propelled to operate the ship and at the same time configured to safely transport the LNG.
  • Power loads in LNG carriers may include mandatory loads associated with operations (eg, essential load-fuel oil supply pump, fuel valve cooling pump, etc.) and service loads not associated with operation (eg, Service Load).
  • mandatory loads associated with operations eg, essential load-fuel oil supply pump, fuel valve cooling pump, etc.
  • service loads not associated with operation eg, Service Load
  • Essential loads in LNG carriers are electric motors for propulsion and navigation, such as a Thruster Motor, a Propulsion Motor, a Cooling Sea Water Pump, and an L.O Pump.
  • Service loads in LNG carriers are designed to use LNG storage loads configured to operate cooling and compression process systems according to the external temperatures of pipelines and cargo tanks of LNG carriers, and to use BOG (Boil-Off Gas) generated from LNG as fuel. Contains loads for LNG fuel.
  • the essential load and the service load of the LNG carrier may include a continuous load consuming a constant power during operation, and a variable load whose power consumption varies according to the driving characteristics.
  • LNG carriers are powered by an AC power supply system and are linked to a single power system with a mixture of continuous and variable loads.
  • the essential load for propulsion and service loads such as LNG storage loads and LNG fuel loads are configured in a single system, and the power capacity of the entire system is very large.
  • the conventional LNG carrier has a power supply system that performs power supply for high pressure distribution similarly to the case of the conventional container ship.
  • FIG. 13 is a diagram illustrating a system structure diagram of an LNG carrier power supply system configured as a single system by mixing essential loads and service loads according to another exemplary embodiment.
  • a conventional LNG carrier power supply system in which essential loads and service loads are mixed in a single power system includes a high pressure power generation unit 10; High pressure switchboard 21; Transformers 31, 32, 33, 34 for depressurizing the high voltage electrical signal of the high voltage switchboard 21; Low pressure switchboards 41, 42, 43; It includes a load unit 50 in which a continuous load and a variable load are mixed.
  • the power supply process to the load is as follows: 6.6kV generator-> 6.6kV high voltage main switchboard-> 6.6kV / 440V transformer- Low voltage sub-switchboard> 440V. That is, the power supply system for LNG carriers of FIG. 13 generates power at high pressure, and decompresses it to low pressure to supply power to the load.
  • FIG. 14 is a view for explaining the internal structure of a conventional LNG carrier having the power supply system for LNG carrier of FIG.
  • the LNG carrier 1000 includes an engine room 1030.
  • the engine room 1030 includes various engine facilities such as generators, and other facilities connected to the engine facility, and the ECR switchboard room 1005, which is a space in which an engine control room (ECR) and / or a switchboard for controlling the engine is disposed.
  • ECR engine control room
  • transformer room 1007 which is a space in which the decompression transformers 31, 32, 33, and 34 are disposed.
  • the power system of FIG. 13 to which some of the high voltage distribution is applied requires a large-capacity pressure reducing transformer 31, 32, 33, 34 to supply power to the load. Since the high pressure distribution is performed in the LNG carrier having a large load, the size of the transformer chamber 1007 in which the decompression transformers 31, 32, 33, 34 are arranged is considerable.
  • the power supply system of Figure 13 is composed of a single power system has a low performance in terms of power generation efficiency.
  • Generators applied to LNG carriers are typically fixed RPM generators.
  • the fixed RPM generator has a high fuel efficiency when generating power in the case where the load factor is a value between approximately 75 to 85%.
  • the power generation capacity of the fixed RPM generator included in the power generation unit 10 is calculated based on the maximum load power of the continuous load, variable load. Since most essential loads of LNG carriers are continuous loads, the load ratio of the essential loads is not large.
  • the LNG carrier may include a cargo part load as a service load.
  • the load capacity of the entire cargo part is approximately 5.5 MW, and has an abrupt load factor of approximately 30 to 100 in operation mode.
  • the service load and the essential load are mixed in a single system, and there is a problem in that power generation efficiency of the power supply system is lowered in a heavy load or a low load section.
  • the conventional LNG carrier also has a problem of lowering power generation efficiency or lowering space utilization on board.
  • FIG. 15 is a schematic system structure diagram of a power supply system for an LNG carrier including a separate power system in an embodiment according to the second aspect of the present invention.
  • the power supply system 1 for an LNG carrier includes one or more power systems 100, 200, and the like.
  • the power system 100 includes a power generation unit 110, a distribution panel 130 including a main distribution panel, and an essential load unit 150 including an essential load.
  • the power system 200 includes a power generation unit 210, a distribution board 230 including a main distribution board, and a service load unit 250 including a service load.
  • the LNG carrier ship power supply system 1 may further include a control unit (not shown) for monitoring the state of the power system and control the power supply.
  • the controller may include one or more of a power management system (PMS), an energy management system (EMS), and an energy power management system (EPMS).
  • PMS power management system
  • EMS energy management system
  • EPMS energy power management system
  • the power supply system 1 for an LNG carrier is described as including two power systems 100 and 200, but is not to be construed as limited thereto.
  • a detailed description of the two components is represented by representing a detailed description of the one component.
  • the power supply system 1 for an LNG carrier has a state in which power systems are separated for each of essential loads and service loads.
  • the power generation unit 110 supplies power to the essential load unit 150 through the switchboard 130 so that the load of the essential load unit 150 consumes and drives power.
  • the generator 110 outputs an alternating current electrical signal, and includes a plurality of generators (eg, generators 111 and 112 of Fig. 15.
  • the power generation type and power generation capacity of the generators 111 and 112 depend on the load. For example, an alternator can be used when the motor load for the operation of an LNG carrier is a constant output load, and when the capacity of the generator is 85% and the load capacity is 1 MW, the generator capacity is about. May be 1.2 MW.
  • the capacity of one generator included in the power generation unit 110 has sufficient capacity to supply power to the essential load unit 150 in the general navigation mode.
  • at least one of the plurality of generators 111 and 112 is designated as a standby generator, and the standby generator is set not to operate during normal sailing.
  • the power supply system 1 may be a standby generator (eg, included in the required load power system 100).
  • 112 is configured to supply power to the required load 150.
  • the standby generator of the mandatory power system 100 may operate to supply power to the service load of the service load power system 200. This will be described in more detail with reference to FIGS. 19 and 20 below.
  • the generators 111 and 112 may include, but are not limited to, a diesel generator, a combined fuel generator, a gas fuel generator, a gas turbine, and the like.
  • the power generation unit 110 may further include one or more switches, and / or disconnectors for power supply control according to a situation. For example, as shown in FIG. 15, when the LNG carrier ship's power supply system 1 includes two generators 111 and 112, it may further include two switches.
  • the switchboard 130 power is supplied to AC.
  • the switchboard 130 may include a main switchboard of the power system 100.
  • the main switchboard is composed of a bus cable, in which case the bus cable may be referred to as a main bus.
  • switchboard 130 may include a plurality of bus cables.
  • the switchboard 130 may include a plurality of bus cables, such as a main bus 131 electrically connected to the generator 111 and a main bus 132 electrically connected to the generator 112.
  • the switchboard 130 is electrically connected to the plurality of main buses 131 and 132 as usual, but further includes a bus tie breaker 133 that is electrically disconnected in case of emergency and / or accident. can do.
  • Low voltage can be applied to the switchboard 130, the power system 100 is capable of low voltage distribution.
  • a low voltage of 440V may be applied to the main bus 131 and the main bus 132 of FIG. 15 to supply power to the load.
  • Components of the power system 100 may be electrically connected to interact.
  • the LNG carrier power supply system 1 may supply power to the essential load by using a power supply line that electrically connects the power generation unit 110 to the essential load unit 150 through the switchboard 130. have.
  • the essential load 150 of the power system 100 includes an essential load that is essentially required for operation of the ship.
  • the essential load is essentially required for the essential load and the ship operation defined by the ship regulation, but the quasi-mandatory load is not included in the essential load according to the ship regulation.
  • essential load eg, an important load.
  • Essential loads used for the operation of LNG carriers may include, but are not limited to, for example, propulsion motors, ballast pumps, lubricant pumps, engine fueling pumps, cooling pumps, water spray pumps, and the like. It doesn't work. Most of the essential loads included in the essential load unit 150 correspond to continuous loads in which the load rate hardly changes.
  • the mandatory load unit 150 may further include a variable frequency drive (VFD) based load.
  • VFD variable frequency drive
  • a variable frequency control-based load is an essential load that optimizes the power consumption of the load stage according to the operating characteristics, such as a central cooling system.
  • a VFD load is a cooling pump configured to control the temperature of the cooling water.
  • Essential loads configured to control temperature, pressure, and the like.
  • the switchboard 130 is configured to perform low voltage distribution. Thus, as shown in FIG. 15, at least some required loads can be electrically connected and powered without the need for a separate transformer.
  • the essential load unit 150 may include one or more lower switchboards that supply power to a voltage equal to or lower than that of the switchboard 130.
  • the essential load unit 150 may further include a transformer 155 disposed between the switchboard 130 and the lower switchboard to reduce the voltage.
  • the mandatory load 150 includes a transformer 155A, 155B, 155C, between the switchboard 130 (eg, 450V applied) and the lower switchboard (eg, 220V applied). 155D).
  • the transformer 155 is a transformer for reducing the low pressure to a lower voltage (for example, 220V), and compared to the pressure reducing transformers 31, 32, 33, and 34 of FIG. Have
  • the power system 100 may further include an emergency generator for supplying power in an emergency situation such as black out, and an emergency switchboard including a load operating at this time.
  • the emergency switchboard may include shore power, emergency load, and the like.
  • the service load unit 250 of the power system 200 includes a service load additionally used in addition to the operation of the LNG carrier.
  • the variable load unit 250 may further include one or more lower switchboards (not shown) for supplying power at a lower voltage than the switchboard 230.
  • the service load unit 250 includes an LNG storage load used to store LNG, a user convenience load generated from LNG and used for the convenience of a passenger of an LNG carrier.
  • LNG is a flammable material, and LNG carriers must control the temperature and pressure of cargo tanks or pipelines to easily load or unload LNG. In addition, in order to safely transport LNG by sea, it is necessary to continuously control the temperature and pressure of the cargo tank during normal sailing.
  • the load for LNG storage including loads that operate to load, unload, and store LNG on LNG carriers, and loads that operate for management of LNG stored during operation (eg, LNG cooling, compression, etc.), corresponds to variable loads. do.
  • the service load unit 250 may include a load for LNG fuel for using the BOG (Boil-Off Gas) as a fuel.
  • BOG Bit-Off Gas
  • the dual fuel engine system may control at least a part of the load for the LNG fuel in Gas Mode or HFO Mode.
  • the gas mode is a mode in which the naturally occurring BOG in the cargo tank and the forced vaporized BOG is used as a fuel for the LNG carrier
  • the HFO mode is a high fuel oil (HFO) such as high sulfur fuel oil and bunker oil. This mode is used as fuel for carrier ships.
  • HFO high fuel oil
  • the load for LNG fuel for using such BOG as fuel also corresponds to a variable load. For this reason, most of the service loads correspond to variable loads with a variable load rate.
  • the LNG storage load may include, but is not limited to, for example, a high duty compressor, a cargo pump, a cargo auxiliary machine, and the like.
  • the load for LNG fuel includes, but is not limited to, for example, a LD compressor, a vaporizer, and the like.
  • variable load unit 250 may further include one or more lower switchboards (not shown) for supplying power at a lower voltage than the switchboard 230.
  • At least some of the power load of the essential load 150 or the service load 250 may control a component (eg, a starter panel) that controls the amount of power received during operation of the load. Starter Panel, S / T).
  • a component eg, a starter panel
  • each of the separated power systems 100 and 200 of the LNG carrier power supply system 1 has an independent system configuration, the stability of each system is also increased.
  • the system is composed of a single system, which affects the required load. If the system is separated, the accident of the service load stage spreads only in the service load power system, and thus does not affect the essential load power system. Likewise, the accident does not spread to the service load stage even in the event of an essential load stage disconnection.
  • the size of individual power systems is reduced compared to a single power system. For example, when a single power system having a power capacity of 14 MW is separated into a mandatory load power system 100 at 9 MW and a service load power system 200 at 5 MW as shown in FIG. 15, the size of the individual power system is 14 MW. To 9MW and 14MW to 5MW respectively.
  • a low voltage (eg, 440V) is applied to the power supply through the main switchboard. This no longer requires the large capacity pressure reducing transformers 31, 32, 33, 34 of FIG. 13. Thus, cost savings in terms of capital expenditures (CAPEX) can be achieved.
  • large capacity pressure reducing transformers 31, 32, 33, 34 are not required, so that the space occupied by the existing pressure reducing transformers 31, 32, 33, 34 of the transformer chamber 1007 shown in FIG. It can be used efficiently.
  • the space of the transformer chamber 1007 may be used for other purposes (for example, cargo ships, etc.) instead of for the arrangement of a plurality of pressure reducing transformers. Can be.
  • the power system 100, 200 may be configured in various ways or differently depending on the design purpose due to the separation of the system.
  • each power system 100, 200 is configured to configure and operate a generator that is primarily optimized for the load characteristics involved.
  • the required load power system 100 may include a fixed RPM generator
  • the service load power system 200 may include a variable RPM generator.
  • FIG. 16 is a schematic system structure diagram of an LNG carrier power supply system configured to have a variable RPM generator in a service load power system in an embodiment according to the second aspect of the present invention.
  • the generators 111 and 112 of the essential load power system are fixed RPM generators, and the generators 211 and 212 of the service load power system 200 are variable RPM generators.
  • the generators 111 and 112 of the essential load power system are fixed RPM generators
  • the generators 211 and 212 of the service load power system 200 are variable RPM generators.
  • the variable load is characterized by a change in the load ratio.
  • the fixed RPM generator Since most of the load of the essential load power system 100 corresponds to a continuous load in which the load rate does not change, the fixed RPM generator is operated to operate in an optimum efficiency range (ie, a load rate range of 75 to 85%).
  • the power load of the LNG carrier is mixed in a single grid, resulting in a load section having a low load ratio of the entire system due to the variable load. As a result, the power generation efficiency of the fixed RPM power generation is lowered.
  • most of the load of the service load power system 200 is a variable load in which the load rate changes.
  • the service load power system 200 of the power supply system 1 of FIG. 15 is configured to drive a variable RPM generator capable of variable speed operation in accordance with a load rate variation of the power system 200.
  • variable RPM generator when controlling the rotational speed of the variable RPM generator with RPM having an optimal power generation efficiency for each load section, when the continuous load, variable load is mixed in a single system In comparison, the fuel efficiency of the generator for supplying power to the variable load can be improved.
  • FIG. 17 is a diagram illustrating a relationship between a load rate of a load stage in a power system and a fuel consumption of a generator for powering the load stage.
  • a fixed RPM generator was used to supply a variable load (eg, an LNG storage load).
  • the service load of the whole cargo part has an average load rate of 30 to 100%.
  • the power supply system of FIG. 13 has a fuel efficiency corresponding to P F at a load rate of 45% as an example of a low load period.
  • the power supply system 1 of FIG. 16 has a fuel efficiency corresponding to P V.
  • P F and P V it is shown that the power supply system 1 of FIG. 16 consumes less fuel amount to generate 1 kwh of power.
  • the power supply system 1 of FIG. 16 is calculated to have an improvement in fuel consumption of approximately 8% compared to the power supply system of FIG. 13 in generating the same power for service load of the LNG carrier.
  • the power generation efficiency is further increased by controlling the generator rotational speed with an RPM having an optimal generation efficiency corresponding to the load section. It can be improved.
  • the low load section L1 is a section with a load rate of 10 to 40% and has a fuel consumption of approximately 285 to 210 g / kwh.
  • the heavy load section L2 is a section with a load ratio of 40 to 60% and has a fuel consumption of approximately 210 to 194 g / kwh.
  • the high load section L3 is a section with a load ratio of 80 to 100% and has a fuel consumption of approximately 185 to 190 g / kwh.
  • the power supply system 1 of FIG. 15 has a fuel consumption similar to that of the power supply system of FIG. 13 in the high load section L3. However, in the low load section L1, the fuel consumption rate per kwh is improved by about 6 to 10% compared to FIG. 13, and in the heavy load section L2, the fuel consumption per kwh is improved by about 10 to 35% compared to FIG.
  • variable RPM generator of the service power system 200 of FIG. 16 may control the RPM based on the load ratio of each load section, thereby improving power generation efficiency of the power generation unit 210.
  • the switchboard 230 may be configured to have a specific frequency (eg, 50 Hz or 60 Hz).
  • the power generation unit 210 generates AC power based on the load ratio of each load section, and alternating current (AC) electric signal having a frequency (eg, 50 Hz or 60 Hz) matching the frequency of the switchboard 230. It is configured to output.
  • AC alternating current
  • the power generation unit 210 includes an alternating current (AC) / AC (AC) converter 214 located between the generator 211 and the switchboard 230.
  • the AC / AC converter 214 is configured to convert the frequency of the alternating current (AC) electrical signal generated in the variable RPM generator to a specific frequency (eg, 50 Hz or 60 Hz) of the switchboard 230.
  • the power generation unit 210 may output an alternating current (AC) electric signal having a specific frequency of the switchboard 230.
  • the power supply system 1 for LNG carriers is capable of low voltage distribution
  • the low voltage direct current (DC) distribution and / or low voltage alternating current (AC) distribution of the power distribution system in each of the power systems 100 and 200 is possible.
  • DC direct current
  • AC alternating current
  • the mandatory load power system is configured to perform alternating current distribution with a fixed RPM generator, and the service load power system has a variable RPM generator and partially direct current distribution.
  • the service load power system 200 is further configured to partially distribute DC.
  • the generators 111 and 112 are fixed RPM generators, and the generators 211 and 212 are variable RPM generators.
  • the power generation unit 210 further includes an AC / DC converter 216 for receiving an AC electrical signal and converting the same into a DC electrical signal.
  • the load unit may further include a direct current (DC) / alternating current (AC) inverter 226 for receiving a direct current (DC) electric signal and converting it into an alternating current (AC) electric signal.
  • the power system 200 further includes a direct current (DC) switchboard 220 including a direct current (DC) main bus 221 between the power generation unit 210 and the switch panel 230. can do.
  • the DC switchboard 220 may efficiently supply power to a plurality of service loads disposed in a carrier.
  • the power system 200 may include a plurality of direct current (DC) / AC (AC) inverters 226A to 226B for electrically connecting the service load of each of the switchboard 220 and the switchboard 230.
  • the power supply system 1 the mandatory load power system may be composed of a fixed RPM generator-based AC distribution
  • the service load power system may be of a variable RPM generator-based DC or AC distribution.
  • the power supply system 1 may configure different voltages for power distribution of the respective power systems 100 and 200.
  • the power supply system 1 performs low-voltage distribution through the switchboard 130 in the essential load power system 100, and performs high-voltage distribution through the switchboard 230 in the service load power system 200. It is configured to.
  • the low pressure distribution of the essential load power system 100 may be performed using a fixed RPM generator
  • the high pressure distribution of the service load power system 200 may be performed using a variable RPM generator.
  • the power generation unit 210 of the service load power system 200 is configured to output a high voltage (eg, 6.6 kV) electrical signal to the switchboard 230.
  • power systems 100 and 200 may be configured to be efficient in terms of component supply.
  • the service load power system 200 performs low-voltage distribution through the switchboard 230, the low-pressure distribution may be performed using a fixed RPM generator.
  • the service load power system 200 includes a power generation unit 210, a low voltage switchgear 230, and a service load unit 250.
  • the frequency of the switchboard 230 is a specific frequency (for example, 50 Hz or 60 Hz).
  • the power generation unit 210 is configured to generate power having a frequency (eg, 50 Hz or 60 Hz) matching the frequency of the switchboard 230.
  • the power generation unit 210 may include a fixed RPM generator for driving at a fixed RPM for a frequency matching the frequency of the switchboard 230.
  • fixed RPM generators have the advantages of being cheaper and easier to supply than variable RPM generators.
  • the power generation unit 210 may include a plurality of fixed RPM generators 211 and 212.
  • the power generation capacity of the fixed RPM generators 211 and 212 may be greater than or equal to the power capacity of the service load 250.
  • the fixed RPM generator 211 or 212 has a power generation capacity sufficient to supply power to the service load power system 200 in a heavy load or low load section.
  • the service load power system 200 does not require additional power devices (eg, power converters) for frequency matching between the low voltage switchgear and the power generation unit.
  • additional power devices eg, power converters
  • the distribution board 230 low-voltage alternating current (AC) distribution may be performed.
  • the generator 211 or 212 of the service load power system 200 is a variable RPM generator, and may generate power having a frequency in a variable frequency range (for example, 37 Hz to 60 Hz) according to the speed.
  • a specific frequency for example, 50Hz or 60Hz
  • the variable RPM generator 211 the frequency of the power output from the power generation unit 210 for frequency matching is the frequency of the switchboard 230.
  • a power converter eg, a matrix converter
  • the price of a variable RPM generator is typically higher than the price of a fixed RPM generator.
  • the service load power system 200 including the fixed RPM generator maintains the advantages of low-voltage distribution and at the same time does not require an additional power device (eg, a power converter) for frequency matching with the low-voltage switchgear, which is required when applying a variable speed generator.
  • an additional power device eg, a power converter
  • lower cost distribution-based power supply systems can be built on board ships at lower cost.
  • a part of the service load power system 200 can be configured based on a fixed RPM generation standard that can be supplied in the existing, and there is ease of design.
  • the service load power system 200 including the fixed RPM generator is applied to a low voltage is applied to the switchboard 230 is not limited to the low-voltage alternating current (AC) distribution structure, the AC (AC) distribution.
  • the service load power system 200 including the fixed RPM generator similar to Figure 18, may be configured in a low voltage direct current (DC) distribution structure.
  • the service load power system 200 including the fixed RPM generator may be configured as a high-voltage alternating current (AC) distribution structure.
  • the marine power supply system 1 may be configured such that the thruster motor 152 and the essential load power system 100 are not connected.
  • 19 is a schematic system structure diagram of a power supply system of an LNG carrier including a separate power system in another embodiment according to the second aspect of the present invention.
  • the power generation capacity of the mandatory load power system 100 associated with the thruster motor 152 is defined as the power capacity of the thruster motor 152 and the mandatory load in the ship rule.
  • the power supply is set based on all of the power capacities of the continuous loads required to be supplied.
  • the thruster motor 152 operates only for a short time at the time of entry / departure, but is included in the essential load power system 100 in the power supply system 1 of FIG. 15 because it is essential to the operation of the ship as a large load.
  • the thruster motor 152 is linked to the service load power system 200, which is a power system other than the required load power system 100, so as to set down the generation capacity of the required load power system 100.
  • the power capacity of the stur motor 152 is configured not to be considered.
  • the service load power system 200 is associated with a large load (that is, the thruster motor 152) by cross-using power for a short time when the thruster motor 152 is operated, the additional generation capacity It is configured so that there is no increase.
  • the LNG carrier ship power supply system 1 is further configured to control the power supply according to the operation of the thruster motor 152.
  • the thruster motor 152 receives the power of the generator 210 through the switchboard 230.
  • the power generation unit 210 includes a variable RPM generator. In another embodiment, the power generation unit 210 includes a fixed RPM generator.
  • the thruster motor 152 is an important important load (Important Load) in ship operation in terms of functionality, but corresponds to a semi-essential load (Secondary Essential Load) that does not require continuous power supply during ship operation. Therefore, a configuration that is not linked to the required load power system 100 that continuously supplies power to the required load is possible.
  • thruster motors 152A, 152B are associated with switchboard 230 of service load power system 200.
  • the essential load power system 100 and the thruster motor 152 are not connected, the essential load power system 100 may increase the load rate during normal sailing. As a result, fuel efficiency can be further increased and operating costs can be reduced.
  • the power generation capacity of the required load power system 100 is reduced as compared with the case in which the thruster motor 152 is connected (for example, FIG. 15), a smaller generator can be applied to the required load power system 100. Thereby, the generator cost can be reduced.
  • the service load power system 200 includes a switching unit 125 so that there is no addition of the generating capacity of the generator 210 according to the additional linkage of the thruster motor 152.
  • the switching unit 125 By the switching unit 125, even when the thruster motor 152 connected to the service load power system 200 is operated, power supply to other service loads is not insufficient.
  • the switching unit 125 allows the power of the power generation unit 110 to supply the thruster motor 152 through the switchboard 230.
  • the switching unit 125 may include a single pole double throw (SPDT).
  • the SPDT is a first path from the power generation unit 110 (eg, the generator 112) to the switchboard 130, or the service load power system 200 from the power generation unit 110 (eg, the generator 112). It is configured to connect a second path to the switchboard 230 of the).
  • the power supply by the switching unit 125 may be described as follows: For the departure of the LNG carrier, the switching unit 125 is switched by the control unit to connect the second path, and the Power is supplied to the thruster motor 152 through the switchboard 230. After the departure, the switching unit 125 is switched by the controller to connect the first path, and the thruster motor 152 does not operate during normal sailing. In order to re-enter the LNG carrier, the switching unit 152 is switched by the controller to connect the second path, and the power of the power generation unit 110 is supplied to the thruster motor 152 through the switchboard 230. .
  • the power systems 100 and 200 of FIG. 19 are not limited to low voltage alternating current (AC) distribution.
  • a fixed RPM generator or a variable RPM generator may be applied according to the characteristics of the power system 200.
  • it may be configured as a low pressure alternating current (AC) distribution, a high pressure alternating current (AC) distribution, or a low pressure direct current (DC) structure.
  • the power grids 100, 200 of FIG. 19 are configured to perform high voltage alternating current (AC) distribution.
  • the power generation units 110 and 210 are configured to output a high voltage electric signal (eg, 6.6 KV).
  • 20 is a schematic system structure diagram of a power supply system of an LNG carrier including a separate power system in another embodiment according to the second aspect of the present invention.
  • the essential load power system 100 performs low voltage distribution through the distribution panel 130, and the service load power system 200 is configured to perform high voltage distribution through the distribution panel 230.
  • the power generation unit 110 is configured to output a low voltage electric signal (eg, 440V)
  • the power generation unit 21 is configured to output a high voltage electric signal (eg, 6.6 kV).
  • the power output from the power generation unit 110 is provided to the thruster motor 152 through the cross-power transformer 126.
  • the cross power transformer 126 boosts a low voltage electric signal output from the power generation unit 110 and provides the thruster motor 152 through the switchboard 230 to which the high pressure is applied.
  • the input voltage of the cross power transformer 126 depends on the output voltage of the power generation unit 110, and the output voltage of the transformer 126 depends on the applied voltage of the switchboard 230.
  • the LNG carrier power supply system 1 connects the thruster motor 152 to a power system other than the essential load power system 100, while in the service load power system.
  • Apply various generators e.g., fixed RPM or variable RPM generators
  • DC direct current
  • AC alternating current
  • AC high pressure alternating current
  • LPG is generally stored in specially designed cargo tanks for transport by sea at low temperatures (eg -50 ° C). It is impossible to transport LPG by sea without controlling the temperature and pressure of the cargo tank during normal voyage.
  • the LPG carrier is configured to operate a ship and, at the same time, to safely transport the LPG.
  • Power loads in LPG carriers may include mandatory loads associated with operations (eg, essential load-fuel oil supply pump, fuel valve cooling pump, etc.) and service loads not associated with operation (eg, Service Load).
  • mandatory loads associated with operations eg, essential load-fuel oil supply pump, fuel valve cooling pump, etc.
  • service loads not associated with operation eg, Service Load
  • An essential load in LPG carriers is electric motors for propulsion and navigation such as cooling sea water pumps, lubricating oil pumps (L.O pumps) and ballast pumps.
  • Service loads include LPG storage loads configured to operate the cooling and compression process systems according to the LPG carrier's pipeline and cargo tank external temperatures.
  • the essential load and the service load of the LPG carrier may include a continuous load consuming a constant power during operation and a variable load whose power consumption varies depending on the driving characteristics.
  • LPG carriers have an AC power supply system, and a continuous load and a variable load are mixed and linked to a single power system, thereby having a very large load capacity.
  • FIG. 21 is a diagram illustrating a system structure of an LPG carrier power supply system configured as a single system by mixing essential loads and service loads according to an exemplary embodiment.
  • an LPG carrier power supply system in which essential loads and service loads are mixed in a single power system includes a power generation unit 10; A low voltage switchgear 20 which receives power from the power generation unit 10 and transmits the power to a load or another switchboard; A load unit 50, which is supplied with power through the low voltage switchboard 20, in which an essential load and a service load are mixed; And other low pressure switchboards 60.
  • the power supply system of FIG. 21 is composed of a single power system and thus has low performance in terms of power generation efficiency.
  • the fixed RPM generator has a high fuel efficiency when generating power in the case where the load factor is a value between approximately 75 to 85%.
  • the power generation capacity of the fixed RPM generator included in the power generation unit 10 is calculated based on the maximum load power of the continuous load, variable load. Since most essential loads of LPG carriers are continuous loads, the variation of the load rate of the essential loads is not large.
  • the service load of the LPG carrier which performs the operations such as cooling, compressing, storing and unloading the LPG cargo, corresponds to a variable load whose load rate varies with time.
  • LPG carriers may include cargo part loads as service loads.
  • the average load ratio of the service load of the whole cargo part is approximately 30 to 60%.
  • the system load ratio is lowered in a single power system, and the power generation efficiency of the system is reduced.
  • the LPG carrier to which the power supply system of FIG. 21 is applied will have a load factor of approximately 40 to 70% (eg, 43% to 71%) for each operation mode.
  • the generator's generating capacity depends on the total load capacity of the single power system. For this reason, a large capacity generator is installed and there is a problem that the space utilization in the engine room is relatively lowered.
  • the power supply system for LPG carriers is composed of a power system is divided into a mandatory load power system mainly including an essential load, and a service load power system mainly including a service load.
  • the essential load and the service load do not share the switchboard.
  • the power supply system is applied to the medium LPG vessel of 50k or more and less than 100k, it is configured to enable low-voltage distribution.
  • FIG. 22 is a schematic system structure diagram of a power supply system for an LPG carrier including a separate power system according to an embodiment of the present invention.
  • a power supply system 1 for an LPG carrier includes one or more power systems 100, 200, and the like.
  • the power system 100 includes a power generation unit 110, a distribution board 130 including a main switchboard, and an essential load unit 150 including essential loads for operating a ship, and hereinafter referred to as an essential load power system.
  • the power system 200 includes a power generation unit 210, a distribution board 230 including a main distribution board, and a service load unit 250 including a service load operating for transporting LPG.
  • the LPG carrier power supply system 1 may further include a controller (not shown) for monitoring the state of the power system and control the power supply.
  • the controller may include one or more of a power management system (PMS), an energy management system (EMS), and an energy power management system (EPMS).
  • PMS power management system
  • EMS energy management system
  • EPMS energy power management system
  • the power supply system 1 for an LPG carrier is described as including two power systems 100 and 200, but is not to be construed as limited thereto.
  • a detailed description of the two components is represented by representing a detailed description of the one component.
  • the power supply system 1 for an LPG carrier has a state in which a power system is separated for each of an essential load and a service load.
  • the power generation unit 110 supplies power to the essential load unit 150 through the switchboard 130 so that the load of the essential load unit 150 consumes and drives power.
  • the generator 110 outputs an alternating current electrical signal and includes a plurality of generators (eg, generators 111 and 112 in Fig. 22.
  • the properties and power generation capacity of the generators 111 and 112 depend on the load. For example, an alternator can be used when the motor load for the operation of the LPG carrier is a constant output load, and when the capacity of the generator is 85% and the load capacity is 1 MW, the generator's generating capacity is about 1.2. It may be MW.
  • the capacity of one generator included in the power generation unit 110 has sufficient capacity to supply power to the essential load unit 150 in the general navigation mode.
  • at least one of the plurality of generators 111 and 112 is designated as a standby generator, and the standby generator is set not to operate during normal sailing.
  • the power supply system 1 may be a standby generator (eg, included in the required load power system 100).
  • 112 is configured to supply power to the required load 150.
  • the standby generator of the mandatory power system 100 may operate to supply power to the service load of the service load power system 200. This will be described in more detail with reference to FIGS. 26 to 28 below.
  • the generators 111 and 112 may include, but are not limited to, a diesel generator, a combined fuel generator, a gas fuel generator, a gas turbine, and the like.
  • the power generation unit 110 may further include one or more switches, and / or disconnectors for power supply control according to a situation. For example, as shown in FIG. 22, when the LPG carrier power supply system 1 includes two generators 111 and 112, the switch may further include two switches.
  • the switchboard 130 power is supplied to the AC.
  • the switchboard 130 may include a main switchboard of the power system 100.
  • the main switchboard is composed of a bus cable, in which case the bus cable may be referred to as a main bus.
  • switchboard 130 may include a plurality of bus cables.
  • the switchboard 130 may include a plurality of bus cables, such as a main bus 131 electrically connected to the generator 111 and a main bus 132 electrically connected to the generator 112.
  • the switchboard 130 is electrically connected to the plurality of main buses 131 and 132 as usual, but further includes a bus tie breaker 133 that is electrically disconnected in case of emergency and / or accident. can do.
  • the power system 100 is capable of low voltage distribution, and an AC voltage is applied to the switchboard 130 to supply power to the load.
  • Components of the power system 100 may be electrically connected to interact.
  • the power supply system 1 for the LPG carrier may supply power to the essential load by using a power supply line electrically connecting the power generation unit 110 to the essential load unit 150 through the switchboard 130. have.
  • the essential load 150 of the power system 100 includes an essential load (essential load) that is required for operation of the ship.
  • the essential load is essentially required for the essential load and the ship operation defined by the ship regulation, but the quasi-mandatory load is not included in the essential load according to the ship regulation.
  • essential load eg, important load
  • Essential loads used for the operation of LPG carriers may include, but are not limited to, for example, lubricating oil pumps, engine fueling pumps, cooling pumps, water spray pumps, and the like. Most of the essential loads included in the essential load unit 150 correspond to continuous loads in which the load rate hardly changes.
  • the mandatory load unit 150 may further include a variable frequency drive (VFD) based load.
  • VFD variable frequency drive
  • a variable frequency control-based load is an essential load that optimizes the power consumption of the load stage according to the operating characteristics, such as a central cooling system.
  • a VFD load is a cooling pump configured to control the temperature of the cooling water.
  • Essential loads configured to control temperature, pressure, and the like.
  • the essential load unit 150 may include one or more lower switchboards that supply power to a voltage equal to or lower than that of the switchboard 130, as shown in FIG. 22.
  • the essential load unit 150 may further include a transformer disposed between the switchboard 130 and the lower switchboard to reduce the voltage.
  • the transformer of the essential load 150 is a small transformer having a smaller capacity than the transformer of FIG. 1. Thus, there is an advantage in transformer installation cost and space utilization.
  • the power system 100 may further include an emergency generator for supplying power in an emergency situation such as black out, and an emergency switchboard including a load operating at this time.
  • the emergency switchboard may include shore power, emergency load, and the like.
  • the service load unit 250 of the power system 200 includes a service load additionally used in addition to the operation of the LPG carrier.
  • the variable load unit 250 may further include one or more lower switchboards (not shown) for supplying power at a lower voltage than the switchboard 230.
  • the service load includes an LPG storage load used to store the LPG, a user convenience load used for the passenger's convenience of the LPG carrier.
  • LPG is a flammable material, and LPG carriers must control the temperature and pressure of cargo tanks or pipelines in order to efficiently and reliably ship or unload LPG. In addition, in order to safely transport LPG by sea, it is necessary to continuously control the temperature and pressure of the cargo tank during normal sailing.
  • LPG storage loads including loads that operate to load, unload, and store LPG on LPG carriers, and loads that operate for management of LPG stored during operation (eg, LPG cooling, compression, etc.), correspond to variable loads. do. For this reason, most of the service loads correspond to variable loads with a variable load rate.
  • the LPG storage load is, for example, cargo compressor (Cargo Compressor), cargo pump (Cargo Pump), cargo spray pump (Cargo Spray Pump), stripping pump (stripping pump), deep well (Depp Well) pump, booster Booster pumps, and the like.
  • each separated power system 100, 200 of the LPG carrier power supply system 1 has an independent system configuration, such that the power system 100, 200 may be configured in various or different ways depending on the design purpose. Can be.
  • each power system 100, 200 is configured to configure and operate a generator that is primarily optimized for the type of load included.
  • the mandatory load power system 100 (eg, the generator 110) may include a fixed RPM generator
  • the service load power system 200 may include a variable RPM generator.
  • FIG. 23 is a schematic system structure diagram of a power supply system for an LPG carrier configured to have a variable RPM generator according to an embodiment of the present invention.
  • the generators 111 and 112 of the essential load power system 100 are fixed RPM generators, and the generator 211 of the service load power system 200 is a variable RPM generator.
  • the variable load is characterized by a change in the load ratio.
  • the generators 111 and 112 of FIG. 23 are configured to operate in an optimum efficiency interval (ie, load rate range of 75 to 85%).
  • the vessel load of the LPG carrier is mixed in a single grid, so that the operation mode of the LPG carrier is approximately 40 to 70% (for example, 43 to 71%). It has a range of load factors.
  • the vessel load of the LPG carrier is divided into power systems 100 and 200, so that the total load capacity of the power system including the essential load includes the essential load in FIG. 1. (Ie, the entire power supply system of FIG. 1).
  • This can reduce the capacity of the generator (or engine) used to supply power to the essential load as compared to the power supply system of FIG. 1.
  • the cost of generator equipment for essential loads is reduced and the space utilization in the engine room is increased.
  • most of the load of the service load power system 200 is a variable load in which the load rate changes.
  • the service load power system 200 of the power supply system 1 of FIG. 23 is configured to drive a variable RPM generator capable of variable speed operation in accordance with a load rate variation of the power system 200.
  • variable RPM generator when controlling the rotational speed of the variable RPM generator with RPM having an optimal power generation efficiency for each load section, when the continuous load, variable load is mixed in a single system In comparison, the fuel efficiency of the generator for supplying power to the variable load can be improved.
  • FIG. 24 is a diagram illustrating a relationship between a load ratio of a load stage in a power system and a fuel consumption of a generator for powering the load stage.
  • a fixed RPM generator was used to supply a variable load (eg, LPG storage load).
  • the service load of the whole cargo part has an average load rate of 30 to 60%.
  • the power supply system of FIG. 1 has a fuel efficiency corresponding to P F at a load rate of 45% as an example of a low load period.
  • the power supply system 1 of FIG. 23 has a fuel efficiency corresponding to P V.
  • P F and P V it is shown that the power supply system 1 of FIG. 23 consumes less fuel amount to generate 1 kwh of power.
  • the power supply system 1 of FIG. 23 is calculated to have an improvement in fuel consumption of approximately 8% compared to the power supply system of FIG. 1 in generating the same power for service load of the LPG carrier.
  • the power generation efficiency is further increased by controlling the generator rotational speed with an RPM having an optimal generation efficiency corresponding to the load section. It can be improved.
  • the low load section L1 is a section having a load ratio of 10 to 40% and has a fuel consumption of approximately 285 to 210 g / kwh.
  • the heavy load section L2 is a section with a load ratio of 40 to 60% and has a fuel consumption of approximately 210 to 194 g / kwh.
  • the high load section L3 is a section with a load ratio of 80 to 100% and has a fuel consumption of approximately 185 to 190 g / kwh.
  • the fuel consumption in the high load section L3 is almost similar to that of FIG. 1.
  • the fuel consumption rate per kwh is improved by about 6 to 10%
  • the heavy load section L2 the fuel consumption per kwh is improved by about 10 to 35%.
  • variable RPM generator of the service power system 200 of FIG. 23 may control the RPM based on the load ratio of each load section, thereby improving power generation efficiency of the power generation unit 210.
  • the switchboard 230 may be configured to have a specific frequency (eg, 50 Hz or 60 Hz).
  • the power generation unit 210 generates AC power based on the load ratio of each load section, and alternating current (AC) electric signal having a frequency (eg, 50 Hz or 60 Hz) matching the frequency of the switchboard 230. It is configured to output.
  • AC alternating current
  • the power generation unit 210 includes an alternating current (AC) / AC (AC) converter 214 located between the generator 211 and the switchboard 230.
  • the AC / AC converter 214 is configured to convert the frequency of the alternating current (AC) electrical signal generated in the variable RPM generator to a specific frequency (eg, 50 Hz or 60 Hz) of the switchboard 230.
  • the power generation unit 210 may output an alternating current (AC) electric signal having a specific frequency of the switchboard 230.
  • the power distribution system in each of the power systems 100 and 200 may be configured to enable low voltage DC distribution and / or low voltage AC distribution.
  • 25 is an essential load power system configured to perform alternating current distribution with a fixed RPM generator and a service load power system having a variable RPM generator according to an embodiment of the present invention.
  • a schematic system structure diagram of a power supply system for a carrier ship is shown.
  • the service load power system 200 is further configured to partially allow DC distribution.
  • the generators 111 and 112 may be fixed RPM generators, and the generator 211 may be a variable RPM generator.
  • the power generation unit 210 further includes an AC / DC converter 216 for receiving an AC electrical signal and converting the same into a DC electrical signal.
  • the load unit may further include a direct current (DC) / alternating current (AC) inverter 226 for receiving a direct current (DC) electric signal and converting it into an alternating current (AC) electric signal.
  • the power system 200 further includes a direct current (DC) switchboard 220 including a direct current (DC) main bus 221 between the power generation unit 210 and the switch panel 230. can do.
  • the DC switchboard 220 may efficiently supply power to a plurality of service loads disposed in a carrier.
  • the power system 200 may include a plurality of direct current (DC) / AC (AC) inverters 226A to 226B for electrically connecting the service load of each of the switchboard 220 and the switchboard 230.
  • the power supply system 1 the mandatory load power system may be composed of a fixed RPM generator-based AC distribution
  • the service load power system may be of a variable RPM generator-based DC or AC distribution.
  • the power supply system 1 for the LPG carrier is further configured to monitor the status of the power system and to control the power supply.
  • FIG. 26 is a schematic system structure diagram of an LPG carrier power supply system further configured to be distributed to a service load in an emergency according to one embodiment of the present invention.
  • the mandatory load power system 100 includes a plurality of generators (eg, 111 and 112 in FIG. 26), the plurality of generators being generators operating during navigation (eg, 111 in FIG. 26) and the A standby generator (eg, 112 in FIG. 26) that operates in the event of a generator accident.
  • a plurality of generators eg, 111 and 112 in FIG. 26
  • the plurality of generators being generators operating during navigation (eg, 111 in FIG. 26)
  • the A standby generator eg, 112 in FIG. 26 that operates in the event of a generator accident.
  • the power supply system 1 is a standby generator of the essential load power system 100 when the accident of the generator 211 of the service load power system 200 is supplied to the service load unit 250 Configured to supply.
  • the essential load power system 100 includes a redundancy unit 120 for supplying power to the service load power system 200.
  • the redundancy unit 120 is a bus connection switch connecting the switchboard 130 and the switchboard 230. It includes.
  • the power supply system 1 of FIG. 26 monitors an electric signal or a power supply state of the power system 200 (for example, by a control unit), and generates an occurrence of a generator accident of the power system 200 based on the monitoring result. Detect.
  • the power supply system 1 controls the redundancy unit 120 in response to the detection of the occurrence of a generator accident, the switchboard 130 of the essential load power system 100 and the switchboard 230 of the service load power system 200 that were separated. ) Is electrically connected, and the standby power generator is configured to maintain a power supply to the load part (that is, the service load part 250) of the power system in which an accident occurs.
  • the controller determines that the controller is in a normal state without an accident. On the other hand, if the electrical signal of the power generation unit 210 exceeds a predetermined threshold range, it is determined that an accident has occurred.
  • the threshold range may be variously set according to the power generation scale and power generation system of the generator.
  • the power supply system 1 configured to control the redundancy unit 120 described above with reference to FIG. 26 to supply power to the service load power system 200 is not limited to the configuration of FIG. 26. It will be obvious to the technicians.
  • the power supply system 1 of FIG. 26 is an embodiment in which the generator 211 is a fixed RPM generator, and the generator 210 does not include an AC / AC converter 214. May also be implemented.
  • FIG. 27 is a schematic system structure diagram of an LPG carrier power supply system further configured to be distributed to a service load in an emergency according to another embodiment of the present invention.
  • the redundancy unit 120 may include a single pole double throw (SPDT).
  • the SPDT is configured to connect a first path from the standby generator (eg, 112) to the switchboard 130, or a second path from the standby generator to the switchboard 230 of the service load power system 200.
  • FIG. 28 is a schematic system structural diagram of an LPG carrier power supply system further configured to be capable of power distribution with a service load configured to partially perform direct current distribution with a variable RPM generator in an emergency according to an embodiment of the present invention.
  • the service load power system 200 is partially configured to distribute DC current.
  • the required load power system 100 includes a redundancy unit 120 to supply power from the standby generator (eg, 112) to the service load unit 250.
  • the redundancy unit 120 includes an SPDT.
  • the SPDT travels from a standby generator (eg, 112) to the switchboard 130, or from an standby generator to an alternating current (AC) / direct current (DC) converter 216 of the service load power system 200. And to connect the second path.
  • a standby generator eg, 112
  • AC alternating current
  • DC direct current
  • the redundant unit 120 of FIG. 28 is configured to supply power to the service load unit 250 through an AC / DC converter DC 216 in which a standby generator of the power generation unit 110 is already designed. It is configured not to require an additional converter to allow the power of the standby generator to be converted to direct current in the service load power system 200.
  • the redundant unit 120 of FIG. 28 controls the redundant unit 120 when an accident occurs in the generator 211 so that the standby generator supplies power to the service load unit 250, and the power of the standby generator is alternating current ( By passing through AC / DC (DC) converter 216 and DC / DC (AC) inverter 226, power supply system 1 provides direct current distribution to service load 250 in an emergency. Power the standby generator.
  • DC DC
  • AC DC / DC
  • the power supply system 1 described with reference to FIGS. 26 to 28 may supply power to the service load unit 250 even when a generator accident occurs in the separated service load power system 200. This maintains power supply to the LPG storage load, such as a cargo tank storing LPG, thereby maintaining control over temperature, pressure, and the like of the cargo tank, and eventually transporting the LPG safely.
  • the LPG storage load such as a cargo tank storing LPG
  • the structure of the power supply system 1 shown around FIG. 3 may be different depending on the ship environment such as the load capacity included in the ship.
  • three generators may be included in the power system 100.
  • the generating capacity of the three generators may be the same or not all the same.
  • 440V applied to the switchboard 130 of FIG. 3 is merely an exemplary voltage indicating a lower voltage than the 6.6kV of FIG. 1, and the switchboards 130 and 230 may supply power at different voltages in some cases.
  • 450V may be applied to the switchboard 130 depending on the rated voltage of the different loads, or 690V may be applied to the switchboard 230 by an alternating current (AC) / direct current (DC) converter.
  • AC alternating current
  • DC direct current
  • the power supply system 1 may control the operation of the generator according to the time zone (or the operation mode) and adjust the amount of power supplied to the load unit. For example, if the required load 150 of the power system 100 does not require the generating capacity of two generators 111 and 112, the marine power supply system 1 may be at least one generator (eg, The generator 111 may be set as a standby generator to stop operation, and if necessary, the standby generator may be used to supply power to the essential load unit 150 and other purposes.
  • the generator 111 may be set as a standby generator to stop operation, and if necessary, the standby generator may be used to supply power to the essential load unit 150 and other purposes.
  • the load corresponding to the essential load in the ship regulations and the essential load in the ship regulations does not correspond to the essential load (eg, important load, etc.) required for the operation of the ship It can have a mandatory load power system, and a service load power system.
  • the essential load eg, important load, etc.
  • the load can have a mandatory load power system, and a service load power system.
  • low-voltage distribution is possible, and expensive high-pressure cut-off facilities are not required, and a large-capacity decompression transformer for reducing high pressure to low pressure is not required, thereby reducing system installation costs.

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Abstract

본 발명의 제1 측면의 실시예들은, 필수부하에 연관된 제1 전력 계통; 및 서비스부하에 연관된 제2 전력 계통을 포함하는 선박에 관련된다.

Description

저압 배전이 적용된 선박
본 발명은 저압 배전이 적용된 선박에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 필수부하(Essential, Important Load)와 서비스부하(Service Load)로 나뉘어지는 선박 전력 부하들을 필수부하 전력 계통 및 서비스부하 전력 계통으로 분리하여 구성함으로써 (예컨대, 440V와 같은) 저압 교류 또는 직류 배전을 통해 부하에 전력을 공급할 수 있는 전력 계통이 적용된 선박에 관련된다.
선박은 대표적인 해상 운송 수단으로서, 최근 선박 건조 기술 및 전자 기술의 발전으로 인해 선박 내 전력 부하의 장착이 증가하고 있는 추세이다.
선박 내 전력 부하는 운항과 관련된 필수부하(Essential & Important Load)와 운항과 관련되지 않은 서비스부하(Service load)를 포함한다. 쓰러스터 모터는 대형선박의 이/접안을 위하여 사용되는 (대략 2MW 급인) 대용량 부하로서, 통상의 컨테이너선의 경우 선수부에 2개의 쓰러스터 모터가 설치된다.
컨테이너 선의 경우, 필수부하는 쓰러스터 모터, Fuel oil supply pump, Fuel valve cooling pump 등을 포함하며, 서비스부하는 냉동 컨테이너(Reefer container)를 포함한다.
또한, 이러한 선박의 필수부하와 서비스부하는 운전 시 일정한 전력을 소모하는 연속부하와 가변주파수제어(Variable Frequency Drive, VFD) 부하, 냉동 컨테이너 부하와 같이 운전 특성에 따라 전력 소모량이 변화하는 가변부하를 포함할 수 있다. 통상적으로 선박은 교류 계통의 전력 공급 시스템이 적용되어 있으며 연속부하와 가변부하가 혼재되어 단일 전력 계통에 연계되어, 시스템 전체는 매우 큰 부하 용량을 가진다.
통상적으로 대형 컨테이너 선의 경우 단일 전력계통 용량이 10MW 이상으로 매우 크다. 단일 계통 내 대형 선박의 모든 부하에 전력을 공급하게 되면 전력 공급 케이블 물량이 급증하게 된다. 또한, 선박의 주요 부하는 정격전압이 690V 이하의 저압이므로, 690V 이하의 저압으로 전력이 공급되도록 전력 계통을 설계하게 되면 계통 용량 대비 배전 전압이 낮아 배전반에 매우 높은 전류가 흐르게 된다. 따라서, 계통 내 높은 전류로 인하여 계통 사고를 보호하기 위하여 고가의 고압용 차단 설비가 필요하게 된다. 정격정류가 4000~5000A 이상인 경우 상용 차단 설비가 있지 않으므로 단일 전력 계통은 용량의 한계로 인해 저압 기반의 전력 공급에 있어 한계가 발생하게 된다.
따라서, 특정 규모 이상의 전력계통이 적용되는 선박의 경우 저압 계통의 고전류로 인한 케이블 물량, 계통 용량 한계를 해소하기 위하여 부득이 고압으로 전력을 생성하여 이를 저압으로 변압하여 부하에 전력을 공급하는 전력 공급 시스템을 가진다.
도 1은, 종래의 일 실시예에 따른, 연속부하, 가변부하가 혼재되어 단일 계통으로 구성된 선박용 전력 공급 시스템의 시스템 구조도를 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 단일 전력 계통 내에 연속부하, 가변부하가 혼재되어 있는 선박용 전력 공급 시스템은 고압 발전부(10); 고압 배전반(20); 고압 배전반(20)의 고압 전기 신호를 감압하는 하나 이상의 감압 변압기(30); 저압 배전반(40); 연속부하, 가변부하가 혼재되어 있는 부하부(50); 및 비상 배전반(60)을 포함한다.
도 1과 같이, 단일 계통 선박용 전력 공급 시스템을 대형 선박에 적용 시 계통 규모가 일정 크기 이상일 경우, 부하의 정격전압이 저압일지라도 주 배전은 고압 배전을 적용하고 부하가 연계되어 있는 하위 계통으로 분기될 때 고압을 저압으로 감압하는 감압 변압기(30)를 통해 전력을 공급한다.
도 1의 전력 공급 시스템은 단일 전력 계통으로 구성되어 있어 발전 효율 측면에서도 낮은 성능을 가진다.
교류 계통의 경우 부하율이 70~80%에 달하여야 발전 효율이 최적이게 된다. 따라서, 도 1의 전력 공급 시스템에서는 부하율의 70~80%에 맞추어 발전하는 고정 RPM 발전기를 이용한다. 발전부(10)에 포함된 고정 RPM 발전기의 발전 용량은 연속부하, 가변부하의 최대부하전력을 기반으로 산정된다. 따라서, 가변부하와 같이 운전 특성에 소요 전력이 최대부하전력 대비 낮아 지게 되는 경우가 생기면, 발전기의 부하율이 낮아져 발전효율이 저하되게 된다.
예를 들어, 컨테이너 선에 도 1의 전력 공급 시스템이 적용되는 경우, 컨테이너 선은 대표적인 가변 부하인 냉동 컨테이너(Reefer Container)를 포함할 수 있다. 대형 컨테이너 선의 경우 대략 대략 1000FEU 냉동 컨테이너를 운송하며, 이러한 냉동 컨테이너의 최대소요전력은 4.5 ~ 5MW 정도이다. 냉동 컨테이너의 전력소모는 외기온도와 선적물의 종류에 따라 변동된다. 평균적으로 냉동 컨테이너의 부하율은 계통 내 부하단의 30~40% 내외이다. 이와 같은 냉동 컨테이너의 낮은 평균 부하율은 단일 전력계통에서는 계통 전체의 부하율 저하로 이어져, 결국 단일 전력 계통 전체의 발전효율이 저하된다. 즉, 도 1의 시스템에서는 전체 부하에서 가변 부하의 비율이 클수록 발전효율의 상당한 저하가 발생한다.
또한 최근 냉각시스템(Central Cooling System)을 비롯하여 운항 특성에 맞게 부하단의 전력소모를 최적화하는 가변주파수제어(VFD, Variable Frequency Drive) 기반 부하가 증가하는 추세이다. 이러한 추세 역시 전체 부하율 저하에 영향을 미쳐 발전효율이 저하되는 문제가 있다.
또한, 도 1의 전력 공급 시스템은 고압 배전 기반으로 구성되어 있어, 선박의 공간 활용도에도 제한이 있다.
도 1의 배전반(20)에는 6.6kV 고압이 적용되어 있으면, 부하까지 전력 공급 과정은 다음과 같다. 6.6kV 발전기 -> 6.6kV 고압 주배전반(high voltage main switchboard) -> 6.6kV/440V 변압기 -> 440V 저압 하위배전반(low voltage sub-switchboard). 즉, 도 1의 선박용 전력 공급 시스템은 고압으로 전력을 생성하고, 이를 저압으로 감압하여 부하에 전력을 공급한다.
도 2는, 도 1의 선박용 전력 공급 시스템을 갖는 종래의 선박의 내부 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 2를 참조하면, 선박(1000)은 엔진 룸(1030)을 포함한다. 엔진 룸(1030) 내부는 발전기 등과 같은 다양한 엔진 설비, 및 엔진 설비에 연결된 기타 설비들을 포함하며, 엔진을 제어하는 ECR(Engine control Room) 및/또는 배전반이 배치되는 공간인 ECR-배전반 실(1005), 그리고 감압 변압기(30)가 배치되는 공간인 변압기 실(transformer room)(1007)을 포함한다.
전술한 바와 같이, 고압 배전이 일부 적용된 도 1의 전력 계통은 부하에 전력을 공급하기 위하여 대용량의 감압 변압기(40)가 요구된다. 대용량 부하를 갖는 선박에서 고압 배전이 수행되기 때문에, 감압 변압기(40)가 배치되는 변압기 실(1007)의 크기는 상당하다.
예를 들어, 도 1의 경우, 각각의 감압 변압기(40)가 6600/440 VAC, 3400kVA, 3ph 사양으로서, 가로(2.6m) x 세로(2.65m) x 높이(1.6m)의 크기를 각각 갖는 8 개의 감압 변압기(40)가 선박 내에 설치되는 경우, 상당한 공간이 변압기 실로 활용된다. 예를 들어, 가로(13~15m) Х 세로(6~8m) Х 높이(6~8m) (예를 들어, 13.25m Х6.06m Х 6.62m) 크기를 갖는 선내(엔진 룸) 공간 두 곳이 두 개의 변압기 실로 활용된다. 결국, 해당 변압기 실에 대응하는 규모만큼 선내의 활용 가능한 공간이 줄어들게 된다.
이러한 발전 효율 저하 문제 또는 선내 공간 활용도의 저하 문제는 컨테이너 선은 물론, LNG 운반선 또는 LPG 운반선과 같은 다른 형태의 선박에도 발생할 수 있다. 특히, LNG 운반선 또는 LPG 운반선에서 발생 가능한 발전 효율의 저하 문제 또는 선내 공간의 활용도 저하 문제에 대해선 아래의 도 13 및 도 21을 참조하여 보다 상세하게 서술한다.
[선행기술문헌]
[특허문헌]
(특허문헌 1) 한국 공개특허공보 제10-2017-0118285호
본 발명의 제1 측면에 따르면 필수부하(Essential load)와 서비스부하(Service Load)로 나뉘어지는 선박 전력 부하를 필수부하 전력 계통 및 서비스부하 전력 계통으로 분리하여 구성함으로써, (예컨대, 440V와 같은) 저압 배전을 통해 부하에 전력을 공급할 수 있는 전력 공급 시스템 및 상기 전력 공급 시스템이 적용된 선박을 제공할 수 있다.
본 발명의 제2 측면에 따르면 필수부하(Essential load)와 서비스부하(Service Load)로 나뉘어지는 선박 전력 부하를 필수부하 전력 계통 및 서비스부하 전력 계통으로 분리하여 (예컨대, 440V와 같은) 저압 배전을 통해 부하에 전력을 공급할 수 있는 LNG 운반선용 전력 공급 시스템이 적용된 LNG 운반선을 제공할 수 있다.
본 발명의 제3 측면에 따르면 필수부하(Essential load)와 서비스부하(Service Load)로 나뉘어지는 LPG 운반선의 전력 부하를 필수부하 전력 계통 및 서비스부하 전력 계통으로 분리하여 구성함으로써, 각 전력 계통이 상기 높은 연료 효율을 갖게 하는 부하율 범위에 속하거나, 근접한 부하율을 가질 수 있게 하는 전력 공급 시스템 및 상기 전력 공급 시스템이 적용된 LPG 운반선을 제공할 수 있다
본 발명의 제1 측면에 따른 일 실시예에서, 필수부하와 서비스부하를 가지는 선박은 상기 필수부하에 연관된 제1 전력 계통; 및 상기 서비스부하에 연관된 제2 전력 계통을 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 제1 전력 계통은 제1 발전부, 제1 배전반 및 선박의 운항에 요구되는 필수부하를 포함한 제1 부하부를 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 제2 전력 계통은 제2 발전부 및 제2 배전반; 및 가변부하를 포함한 제2 부하부를 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 제1 전력 계통 및 제2 전력 계통은 저압이 적용되어 부하에 전력을 공급하는 저압 배전반 만을 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 저압 배전반은 교류의 경우 1000V 이하(예컨대, 440V) 전압이 적용될 수 있다.
바람직하게는, 상기 제1 부하부 중 적어도 일부 부하는 변압기 없이 제1 배전반에 전기적으로 연결될 수 있다.
바람직하게는, 상기 제2 부하부 중 적어도 일부는 변압기 없이 제2 배전반에 전기적으로 연결될 수 있다.
바람직하게는, 상기 필수부하는 쓰러스터 모터, 엔진 연료공급 펌프, 윤활유 펌프 및 냉각펌프 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 선박이 컨테이너 선인 경우, 서비스부하는 냉동 컨테이너를 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 제1 전력 계통 및 상기 제2 전력 계통 중 적어도 하나는 가변속 RPM 발전기를 포함한다.
바람직하게는, 상기 제1 발전부는 고정 RPM 발전기 또는 가변속 RPM 발전기를 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 제1 발전부가 가변속 RPM 발전기를 포함한 경우, 상기 제1 발전부는 교류(AC) 전기 신호를 수신하여 직류(DC) 전기 신호로 변환하는 교류(AC)/직류(DC) 변환기를 더 포함하고, 상기 제1 부하부는 직류(DC) 전기 신호를 수신하여 교류(AC) 전기 신호로 변환하는 직류(DC)/교류(AC) 변환기를 더 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 제2 발전부는 고정 RPM 발전기 또는 가변속 RPM 발전기를 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 제2 발전부가 가변속 RPM 발전기를 포함한 경우, 상기 제2 발전부는 교류(AC) 전기 신호를 수신하여 직류(DC) 전기 신호로 변환하는 교류(AC)/직류(DC) 변환기를 더 포함하고, 상기 제2 부하부는 직류(DC) 전기 신호를 수신하여 교류(AC) 전기 신호로 변환하는 직류(DC)/교류(AC) 변환기를 더 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 필수부하는 쓰러스터 모터, 엔진 연료공급 펌프, 윤활유 펌프 및 냉각펌프 및 가변주파수제어(Variable Frequency Drive) 기반 부하 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 제2 발전부가 고정 RPM 발전기를 포함한 경우, 상기 제2 배전반의 주파수에 매칭하는 주파수를 갖는 전력을 발전하도록 구성될 수 있다.
바람직하게는, 상기 제2 발전부는 복수의 발전기를 포함하고, 상기 제2 배전반은 복수의 버스를 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 선박은 중부하 또는 저부하 구간에서는 상기 복수의 발전기 중 하나의 발전기만 발전하고, 상기 제2 배전반은 클로즈-버스(closed-bus)로 제어될 수 있다.
본 발명의 제1 측면에 따른 다른 일 실시예에서, 필수부하 및 서비스 부하를 갖는 선박은, 필수부하에 연관된 제1 전력 계통; 및 서비스부하에 연관된 제2 전력 계통을 포함할 수 있다. 여기서, 상기 제2 전력 계통은 저압 전력을 발전하여 서비스부하에 전력을 공급한다.
바람직하게는, 상기 제2 전력 계통은 제2 발전부, 제2 배전반 및 선박의 서비스를 위한 서비스부하를 포함할 수 있다. 여기서, 상기 서비스부하는 냉동 컨테이너를 포함한다.
바람직하게는, 상기 제2 배전반은 저압 배전반으로서, 선미부의 엔진 룸에 배치된다.
바람직하게는, 상기 냉동 컨테이너의 적어도 일부는 선수부에 위치한 냉동 패널을 통해 제2 배전반으로부터 전력을 전달받을 수 있다.
바람직하게는, 상기 제2 전력 계통은 제2 배전반의 저압 전력을 고압 전력으로 변환하여 상기 냉동 패널에 전달하도록 더 구성될 수 있다.
바람직하게는, 상기 제2 전력 계통은, 제2 배전반의 저압 전력을 고압 전력으로 변환하는 승압 변압기; 및 상기 고압 전력을 저압 전력으로 변환하여 상기 냉동 패널로 출력하는 감압 변압기를 포함한다.
바람직하게는, 상기 승압 변압기는 엔진 룸에 배치될 수 있다.
바람직하게는, 상기 감압 변압기는 거주구 하부 공간(Acoom under space)에 배치될 수 있다.
바람직하게는, 상기 제1 전력 계통 및 제2 전력 계통은 고정 RPM 발전기를 포함할 수 있다.
본 발명의 제1 측면에 따른 또 다른 일 실시예에서, 필수부하 및 서비스 부하를 갖는 선박은, 필수부하에 연관된 제1 전력 계통; 및 서비스부하에 연관된 제2 전력 계통을 포함할 수 있다. 여기서, 쓰러스터 모터는 상기 제2 전력 계통에 연계된다.
바람직하게는, 상기 제2 전력 계통은 제2 발전부, 제2 배전반, 선박의 서비스를 위한 서비스부하, 상기 쓰러스터 모터, 및 상기 서비스부하 및 쓰러스터 모터 사이에 배치된 스위칭부를 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 스위칭부는, 상기 제2 배전반에서 상기 서비스부하 또는 쓰러스터 모터로의 전력 공급을 위한 인터라킹하도록 구성될 수 있다.
바람직하게는, 상기 스위칭부는, 상기 쓰러스터 모터가 동작하는 경우, 상기 제2 발전부에서 상기 제2 배전반을 통해 상기 쓰러스터 모터로 전력을 공급하도록 스위칭될 수 있다.
바람직하게는, 상기 스위칭부는, 상기 쓰러스터 모터가 동작하지 않는 경우, 상기 제2 발전부에서 상기 제2 배전반을 통해 상기 서비스부하로 전력을 공급하도록 스위칭될 수 있다.
바람직하게는, 상기 선박은, 상기 제2 배전반과 스위칭부 사이에 배치된 승압 변압기; 및 상기 스위칭부와 서비스부하 사이에 배치된 감압 변압기를 더 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 제1 전력 계통 및 제2 전력 계통은 고정 RPM 발전기를 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 제2 발전부는 가변속 RPM 발전기를 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 가변속 RPM 발전기로부터 수신된 전력의 주파수를 제2 배전반의 주파수와 매칭하기 위한 전력변환기를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 제2 측면에 따른 일 실시예에 있어서, 필수부하 및 서비스부하를 갖는 LNG 운반선은: 필수부하에 연관된 제1 전력 계통; 및 서비스부하에 연관된 제2 전력 계통을 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 제1 전력 계통은 제1 발전부, 제1 배전반, 및 선박의 운항에 요구되는 연속부하를 포함한 제1 부하부를 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 제2 전력 계통은 제2 발전부 및 제2 배전반; 및 가변부하를 포함한 제2 부하부를 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 제1 전력 계통 및 제2 전력 계통은 저압이 적용되어 부하에 전력을 공급하는 저압 배전반 만을 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 제1 전력 계통 및 제2 전력 계통은 고정 RPM 발전기를 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 제1 전력 계통은 고정 RPM 발전기를 포함하고, 상기 제2 전력 계통은 가변 RPM 발전기를 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 제2 전력 계통은, 상기 가변 RPM 발전기로부터 수신된 전기 신호의 주파수를 제2 배전반의 주파수와 매칭하기 위한 전력변환기를 더 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 제2 전력 계통은, 발전부에서 출력된 교류(AC) 전기 신호를 직류(DC) 전기 신호로 변환하는 교류(AC)/직류(DC) 컨버터; 및 상기 직류(DC) 전기 신호를 교류(AC) 전기 신호로 변환하는 직류(DC)/교류(AC) 인버터를 포함할 수 있다.
바람직하게는, 적어도 제2 전력 계통은 고압이 적용되어 부하에 전력을 공급하는 고압 배전반을 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 제1 전력 계통 및 제2 전력 계통은 고정 RPM 발전기를 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 제1 전력 계통은 고정 RPM 발전기를 포함하고, 상기 제2 전력 계통은 가변 RPM 발전기를 포함할 수 있다.
본 발명의 제2 측면에 따른 다른 일 실시예에 있어서, 필수부하 및 서비스부하를 갖는 LNG 운반선은: 필수부하에 연관된 제1 전력 계통; 및 서비스부하에 연관된 제2 전력 계통을 포함할 수 있다. 여기서, 쓰러스터 모터는 상기 제2 전력 계통에 연계된다.
바람직하게는, 상기 LNG 운반선은: 스위칭하도록 구성되어, 상기 제1 전력 계통에서 발전된 전력을 상기 제2 전력 계통의 쓰러스터 모터로 전달하게 하는 스위칭부를 더 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 스위칭부는: 상기 쓰러스터 모터가 동작을 시작하는 경우 상기 제1 전력 계통에서 발전된 전력을 상기 제2 전력 계통의 쓰러스터 모터로 전달하도록 스위칭하도록 구성된다.
바람직하게는, 상기 스위칭부는: 상기 쓰러스터 모터가 동작을 종료하는 경우 상기 제1 전력 계통에서 발전된 전력을 상기 필수부하로 전달하도록 스위칭하도록 구성된다.
바람직하게는, 상기 스위칭부는, SPDT(Single Pole Double Throw)를 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 제1 전력 계통은 저압 배전을 수행하도록 구성되고, 상기 제2 전력 계통은 고압 배전을 수행하도록 구성될 수 있다. 또한, 상기 LNG 운반선은: 상기 스위칭부로부터의 저압 전기 신호를 수신하여 고압 전기 신호로 승압하는 변압기를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 제3 측면에 따른 일 실시예에 있어서, 필수부하 및 서비스 부하를 갖는 LPG 운반선은: 상기 LPG 운반선의 필수부하에 연관된 제1 전력 계통; 및 상기 제1 전력 계통과 분리된, 상기 LPG 운반선의 서비스부하에 연관된 제2 전력 계통을 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 제1 전력 계통은 제1 발전부, 제1 배전반 및 LPG 운반선의 운항에 요구되는 필수부하를 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 제2 전력 계통은 제2 발전부, 제2 배전반 및 LPG 운송을 위해 사용되는 서비스부하를 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 발전부는 고정 RPM 발전기를 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 제2 발전부는 가변 RPM 발전기를 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 가변 RPM 발전기는 제2 부하부가 시간대 별로 변동하는 부하 구간을 갖는 경우, 서비스부하에 기초하여 미리 설정된, 상기 부하 구간에 대응하는 RPM으로 제어된다.
바람직하게는, 상기 제2 발전부는, 상기 가변 RPM 발전기에서 발전된 교류(AC) 전기 신호의 주파수를 제2 배전반의 특정 주파수로 변환하도록 구성된 교류(AC)/교류(AC) 컨버터를 더 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 제2 발전부는, 상기 가변 RPM 발전기에서 발전된 교류(AC) 전기 신호를 수신하여 직류(DC) 전기 신호로 변환하는 교류(AC)/직류(DC) 컨버터를 더 포함할 수 있다. 여기서, 상기 제2 부하부는, 상기 교류(AC)/직류(DC) 컨버터의 직류(DC) 전기 신호를 수신하여 교류(AC) 전기 신호로 변환하는 직류(DC)/교류(AC) 인버터를 더 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 서비스부하는, 카고 컴프레서(Cargo Compressor), 카고 펌프(Cargo Pump), 카고 스프레이 펌프(Cargo Spray Pump), 스트리핑 펌프(stripping pump), 딥 웰(Depp Well) 펌프, 및 부스터 펌프(Booster Pump) 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
본 발명의 제3 측면에 따른 일 실시예에 있어서, 필수부하 및 서비스 부하를 갖는 LPG 운반선은: 상기 LPG 운반선의 필수부하에 연관된 제1 전력 계통; 상기 LPG 운반선의 서비스부하에 연관된 제2 전력 계통; 사고가 발생지 않은 전력 계통으로부터 사고가 발생한 전력 계통의 부하부로 전력을 공급하는 이중화부; 및 제1 전력 계통 또는 제2 전력 계통의 전기 신호를 모니터링하고, 상기 모니터링 결과에 기초하여 사고 전력 계통을 결정하고 사고가 발생지 않은 전력 계통으로부터 사고가 발생한 전력 계통의 부하부로 전력을 공급하게 하는 제어부를 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 제2 전력 계통은 복수의 발전기를 포함한 제1 발전부, 제1 배전반, 및 LPG 운반선의 운항에 요구되는 필수부하를 포함한 제1 부하부를 포함할 수 있다. 여기서, 상기 복수의 발전기 중 적어도 하나는 일반 항해 시 동작하지 않는, 대기 발전기일 수 있다.
바람직하게는, 상기 제2 전력 계통은 제2 발전부, 제2 배전반, 그리고 서비스부하를 포함한 제2 부하부를 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 제어부는, 상기 제2 전력 계통에서 발전기의 사고 발생을 감지한 경우, 대기 발전기로부터 제2 부하부로의 전력 공급을 가능하게 하도록 구성된다.
바람직하게는, 상기 이중화부는, 상기 제1 전력 계통의 대기 발전기로부터 상기 제2 전력 계통의 서비스부하로 전력을 공급 가능하게 하도록 구성된다.
바람직하게는, 상기 이중화부는, 상기 대기 발전기의 전력을 제2 배전반으로 전달하도록 구성된 버스 연계용 스위치를 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 이중화부는 SPDT(Single Pole Double Throw)를 포함할 수 있다. 여기서, 상기 SPDT는 대기 발전기로부터 제1 배전반으로 진행하는 제1 경로, 또는 대기 발전기로부터 제2 배전반으로 진행하는 제2 경로를 연결하도록 구성된다.
바람직하게는, 상기 이중화부는 SPDT(Single Pole Double Throw)를 포함할 수 있다. 여기서, 상기 제2 발전부가 상기 가변 RPM 발전기에서 발전된 교류(AC) 전기 신호를 수신하여 직류(DC) 전기 신호로 변환하는 교류(AC)/직류(DC) 컨버터를 더 포함한 경우, 상기 SPDT는 대기 발전기로부터 제1 배전반으로 진행하는 제1 경로, 또는 대기 발전기로부터 상기 교류(AC)/직류(DC) 컨버터로 진행하는 제2 경로를 연결하도록 구성된다.
바람직하게는, 상기 서비스부하는, 카고 컴프레서(Cargo Compressor), 카고 펌프(Cargo Pump), 카고 스프레이 펌프(Carp Spray Pump), 스트리핑 펌프(stripping pump), 딥 웰(Depp Well) 펌프, 및 부스터 펌프(Booster Pump) 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
본 발명의 제1 측면에 따르면, 선박이 갖는 저압 배전 기반 전력 계통은 부하 특성에 따라 필수부하 전력 계통, 그리고 서비스부하 전력 계통으로 분리 구성된다.
컨테이너 선의 경우, 필수부하 전력 계통은 선박의 운전에 필수적인 필수 부하(예컨대, 쓰러스터 모터, 엔진 윤활유 펌프모터 등)를 포함하며, 필수부하의 대부분은 연속부하에 해당된다. 서비스부하 전력 계통은 선박의 운전에는 필수적이지 않으나, 선박에 의한 서비스를 제공하는 것과 관련된 부하(예컨대, 냉동 컨테이너와 같은 선적물 보관용 부하 등)를 포함하며, 서비스부하의 대부분은 가변부하에 해당된다.
이러한 부하 분리로 인해 각 전력 계통의 용량이 기존 단일 계통 대비 줄어 들게 되어 저압 배전반만을 이용해 각 전력 계통 내 부하에 대해 전력을 공급할 수 있게 된다. 그 결과, 고압 배전이 필요치 않게 되어 기존 고압 배전반 및 대용량 감압 변압기가 필요치 않게 된다.
이와 같이, 다수의 감압 변압기를 사용하지 않음으로써, 컨테이너 선의 경우, CAPEX(Capital expenditures) 측면에서 대략 2.5억/척의 원가 절감 효과를 얻을 수 있다.
아울러, 기존에 감압 변압기를 위해 제공되었던 공간(즉, 변압기 실)은 다양한 다른 목적으로 활용 가능하다. 일반적으로 해당 감압 변압기는 장비 밀집도가 높은 엔진 룸 내에 위치하고 있어 선내 공간 활용도 개선에 미치는 영향이 크다.
그리고, 필수부하용 전력계통과 서비스부하용 전력계통을 분리 구성함으로써 각 계통의 안정성도 높아지게 된다. 기존의 경우 서비스부하단에 계통사고가 발생하게 되면 단일 계통으로 구성되어 있어 필수부하에도 영향을 미치게 된다. 계통을 분리 구성하게 되는 경우 서비스부하 단의 사고 발생 시 해당 계통 사고는 서비스부하용 전력계통 내에서만 확산되므로 필수부하용 전력계통에는 영향을 미치지 않게 된다. 마찬가지로 계통 분리 시 필수부하 단의 사고 시에도 해당 사고가 서비스부하단으로 확산되지 않는다.
또한, 전력 계통이 분리되었기 때문에, 각 전력 계통은 독립적인 계통 구성을 가질 수 있다. 예를 들어, 각 전력 계통의 발전기 유형, 배전을 위한 전압 또는 전기 신호 유형이 독립적으로 구성 및 운영될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 시스템은, 높은 발전 효율을 가질 수 있도록, 부하 특성에 최적화된 발전기를 구성 및 운영하도록 구성된다. 예를 들어, 연속부하를 주로 포함하는 전력 계통에는 고정 RPM 발전기를 설치하고, 가변부하를 주로 포함하는 전력 계통에는 가변속 RPM 발전기를 설치하여 전력을 공급한다.
일 실시예에서, 컨테이너 선의 경우, 필수부하 전력 계통 내에 연속부하 전력공급에 최적효율을 나타내는 발전용량을 가지는 발전기를 설치하여 고정 RPM으로 운전하고, 서비스부하 전력 계통 내에 부하율이 변동하는 가변부하 발전효율을 최적화할 수 있는 가변속 RPM 발전기를 설치한다.
컨테이너 내 대표적인 서비스부하인 냉동 컨테이너의 경우, 평균 부하율은 계통 내 전체 부하단의 30~40%이다. 고정 RPM 발전기를 이용하여 서비스부하에 전력을 공급하는 도 1의 전력 계통과 비교하면, 35%의 부하율을 기준으로 1kmh의 전력을 발전하기 위한 소모 연료의 량이 대략 216g에서 대략 190g으로 감소한다. 즉, 본 발명에 따른 컨테이너 선의 경우 대략 13%의 연료 소모를 개선할 수 있다.
이로 인해, $640/ton의 MGO(Marin Gas Oil)을 연료로 이용하는 컨테이너 선에 대하여 연료 소모의 개선을 10%로 단순화하여 계산할 경우, OPEX USD 2,4000/년(=USD 9,636/일 × 개선 효율(10%) × 운항 일수(통상 250일))의 연료 비용 절감 효과를 얻을 수 있다.
다른 일 실시예에서, 필수부하 전력 계통 내에도 가변속 RPM 발전기를 설치함으로써 상기 가변속 RPM 발전기와, 필수부하단에 포함된 가변주파수제어(VFD, Variable Frequency Drive) 기반 부하가 연계될 수 있다. 그 결과, 선박의 운항 특성에 따라 가변주파수제어 기반 부하의 부하율이 감소하는 경우, 전력 소모량 저하로 인한 부하율 저하 시 발전효율이 저하되는 문제가 개선된다.
나아가, 각각의 전력 계통 내 배전 방식을 저압 직류 배전 및/또는 저압 교류 배전이 가능하도록 구성할 수 있다. 즉, 직류 배전이 어려운 종래의 전력 공급 시스템과 달리 배전 형태를 자유롭게 설정할 수 있어, 발전부와 부하의 특성에 따라 유연한 전력 공급이 가능할 수 있다.
또 다른 일 실시예에서, 선박용 전력 공급 시스템은 가변부하를 주로 포함한 전력 계통에도 고정 RPM 발전기를 이용하여 전력을 공급할 수 있다. 상기 고정 RPM 발전기의 이용으로 인해, 발전기 비용이 감소하고, 가변속 발전기 적용 시 필요한 전력 변환기가 요구되지 않는 효과를 얻을 수 있다.
또 다른 일 실시예에서, 선박용 전력 공급 시스템은 승압 변압기를 이용하여 선미부에 위치한 엔진 룸의 저압 배전반에서 선수부에 위치한 냉동 패널까지의 장거리 전력 공급을 효율적으로 수행할 수 있다.
또 다른 일 실시예에서, 선수부에 위치하며, 입/출항시에만 운전되는 쓰러스터 모터(152)의 전력 공급에 있어서, 냉동 컨테이너에 전력을 공급하기 위하여 선수부의 서비스부하들까지 배전하도록 구성된 서비스부하 전력 계통에서 공급함으로써, 필수부하 전력 계통의 발전 용량을 감소시킬 수 있다.
본 발명의 제2 측면에 따르면, LNG 운반선이 갖는 저압 배전 기반 전력 계통은 부하 특성에 따라 필수부하 전력 계통, 그리고 서비스부하 전력 계통으로 분리 구성된다. 필수부하 전력 계통은 LNG 운반선의 운전에 관련된 필수 부하(예컨대, 쓰러스터 모터, 추진 모터, 엔진 윤활유 펌프모터 등)를 포함하며, 필수부하의 대부분은 연속부하에 해당된다. 서비스부하 전력 계통은 LNG 운반선의 운전에는 필수적이지 않으나, LNG 운반선에 의한 서비스를 제공하는 것과 관련된 부하(예컨대, 카고 펌프(Cargo Pump), HD 컴프레서, LD 컴프레서, 기화기(Vaporizer) 등)를 포함하며, 서비스부하의 대부분은 가변부하에 해당된다.
이러한 부하 분리로 인해 각 전력 계통의 용량이 기존 단일 계통 대비 줄어 들게 되어 저압 배전으로만 각 전력 계통 내 부하에 대해 전력을 공급할 수 있게 된다. 따라서, 고압 배전이 필요치 않게 되어 고압을 저압으로 감압하는 대용량의 감압 변압기가 필요치 않게 된다. 감압 변압기를 사용하지 않음으로써, CAPEX(Capital expenditures) 측면에서 원가 절감 효과를 얻을 수 있다.
아울러, 기존에 감압 변압기를 위해 제공되었던 공간(즉, 변압기 실)은 다양한 다른 목적으로 활용 가능하다. 일반적으로 해당 감압 변압기는 장비 밀집도가 높은 엔진 룸 내에 위치하고 있어 선내 공간 활용도 개선에 미치는 영향이 크다.
그리고, 필수부하용 전력계통과 서비스부하용 전력계통을 분리 구성함으로써 각 계통의 안정성도 높아지게 된다. 기존의 경우 서비스부하단에 계통사고가 발생하게 되면 단일 계통으로 구성되어 있어 필수부하에도 영향을 미치게 된다. 계통을 분리 구성하게 되는 경우 서비스부하 단의 사고 발생 시 해당 계통 사고는 서비스부하용 전력계통 내에서만 확산되므로 필수부하용 전력계통에는 영향을 미치지 않게 된다. 마찬가지로 계통 분리 시 필수부하 단의 사고 시에도 해당 사고가 서비스부하단으로 확산되지 않는다.
또한, 전력 계통이 분리되었기 때문에, 각 전력 계통은 독립적인 계통 구성을 가질 수 있다. 예를 들어, 각 전력 계통의 발전기 유형, 배전을 위한 전압 또는 전기 신호 유형이 독립적으로 구성 및 운영될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 시스템은, 높은 발전 효율을 가질 수 있도록, 부하 특성에 최적화된 발전기를 구성 및 운영하도록 구성된다. 예를 들어, 연속부하를 주로 포함하는 전력 계통에는 연속부하 전력공급에 보다 적합한 고정 RPM 발전기를 설치하여 연속부하 전력공급에 최적효율을 나타내는 발전용량을 갖도록 고정 RPM 으로 운전하고, 또한 가변부하를 주로 포함하는 전력 계통에는 가변부하 전력 공급에 보다 적합한 가변 RPM 발전기를 설치하여 가변부하 전력공급에 최적효율을 갖는 가변 RPM으로 운전한다.
그 결과, LNG 운반선에 소모되는 연료의 량이 감소하는 효과를 얻을 수 있다.
다른 일 실시예에서, 상기 시스템은 가변부하를 주로 포함한 전력 계통에도 고정 RPM 발전기를 이용하여 전력을 공급할 수 있다. 상기 고정 RPM 발전기의 이용으로 인해, 발전기 비용이 감소하고, 가변속 발전기 적용 시 필요한 전력 변환기가 요구되지 않는 효과를 얻을 수 있다.
나아가, 각각의 전력 계통 내 배전 방식을 저압 직류 배전 및/또는 저압 교류 배전이 가능하도록 구성할 수 있다. 즉, 직류 배전이 어려운 종래의 전력 공급 시스템과 달리 배전 형태를 자유롭게 설정할 수 있어, 발전부와 부하의 특성에 따라 유연한 전력 공급이 가능할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 시스템은 서비스부하 전력 계통에서, 선수부에 위치하며 입/출항시에만 운전되는, 쓰러스터 모터로 전력 공급을 하도록 구성된다. 이로 인해, 필수부하 전력 계통의 발전 용량을 감소시킬 수 있다.
본 발명의 제3 측면에 따르면, LPG 운반선이 갖는 저압 배전 기반 전력 계통은 부하 특성에 따라 필수부하 전력 계통, 그리고 서비스부하 전력 계통으로 분리 구성된다. 필수부하 전력 계통은 LPG 운반선의 운전에 관련된 필수 부하(예컨대, 냉각펌프, 엔진 윤활유 펌프모터, 발라스트 펌프 등)를 포함하며, 필수부하의 대부분은 연속부하에 해당된다. 서비스부하 전력 계통은 LPG 운반선의 운전에는 필수적이지 않으나, LPG 운반선에 의한 서비스를 제공하는 것과 관련된 부하(예컨대, 카고 컴프레서, 카고 스프레이 펌프, 스트립 펌프 등)를 포함하며, 서비스부하의 대부분은 가변부하에 해당된다.
이러한 부하 분리로 인해 각 전력 계통의 용량이 기존 단일 계통 대비 줄어 들게 되어, 필수부하 전력 계통 내 발전기(또는 엔진)의 용량을 축소시킬 수 있다. 이로 인해, 발전기 설비 비용이 감소하고, 엔진 룸 내 공간 활용도가 높아진다.
또한, 상기 부하 분리로 인해, 각 전력 계통은 상기 높은 연료 효율을 갖게 하는 부하율 범위에 속하거나, 근접한 부하율 값을 갖게 된다. 이로 인해, 전력 공급 시스템은 단일 계통 구조에 비해 향상된 발전 효율을 얻을 수 있다.
나아가, 분리된 각 전력 계통은 독립적인 계통 구성을 가질 수 있다. 일 예에서, 상당수가 연속부하인 필수부하 전력 계통은 고정 RPM 발전기, 그리고 상당수가 가변부하인 서비스부하 전력 계통은 가변 RPM 발전기를 포함하도록 구성된다. 이와 같은 부하 특성을 고려한 발전기 적용으로 인해 전력 공급 시스템은 (특히, 서비스부하 전력 계통에서 중부하/저부하 구간인 경우) 높은 연료 효율을 가진다. 다른 일 예에서, 서비스부하 전력 계통은 부분 직류 배전이 가능하도록 구성될 수 있다.
일 실시예에서, 분리된 전력 계통들은 연결 소자(예컨대, 버스 연결 차단기(bus-tie breaker) 또는 SPDT(Single Pole Double Throw) 등)를 통해 연결되도록 더 구성될 수 있다. 따라서, 서비스부하 전력 계통은 서비스부하에 전력을 공급하기 위해 발전기의 추가 또는 용량 증대가 요구되지 않는다.
또한, 상기 연결 소자가 서비스부하 전력 계통의 발전기 사고 시에 연결되도록 구성된 경우, LPG를 저장하는 화물탱크(Cargo Tank)의 온도, 압력 등을 제어하여 LPG를 안전하게 운송할 수 있다. 이와 같이 전력 공급 시스템을 이중화(redundancy) 구조로 설계함으로써 서비스부하 전력 계통의 안정성과 신뢰성을 강화할 수 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명 또는 종래 기술의 실시예의 기술적 해결책을 보다 명확하게 설명하기 위해, 실시예에 대한 설명에서 필요한 도면이 아래에서 간단히 소개된다. 아래의 도면들은 본 명세서의 실시예를 설명하기 목적일 뿐 한정의 목적이 아니라는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 설명의 명료성을 위해 아래의 도면들에서 과장, 생략 등 다양한 변형이 적용된 일부 요소들이 도시될 수 있다.
도 1은, 종래의 일 실시예에 따른, 연속부하, 가변부하가 혼재되어 단일 계통으로 구성된 선박용 전력 공급 시스템의 시스템 구조도를 도시한 도면이다.
도 2는, 도 1의 고압 배전 기반 단일 전력 계통을 갖는 종래의 선박의 내부 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은, 본 발명의 제1 측면에 따른 일 실시예에 있어서, 분리된 전력 계통을 포함하는 선박용 전력 공급 시스템의 개략적인 시스템 구조도이다.
도 4는 전력 계통 내 부하단의 부하율과 상기 부하단에 전력을 발전기의 연료 소모량 간의 관계를 도시한 도면이다.
도 5는, 본 발명의 제1 측면에 따른 일 실시예에 있어서, 필수부하 전력 계통은 교류 배전, 서비스 부하 전력 계통은 직류 배전으로 구성된 선박용 전력 공급 시스템의 개략적인 시스템 구조도이다.
도 6은, 본 발명의 제1 측면에 따른 다른 실시예에 있어서, 필수부하 전력 계통은 직류 배전, 서비스부하 전력 계통은 교류 배전으로 구성된 선박용 전력 공급 시스템의 개략적인 시스템 구조도이다.
도 7은, 본 발명의 제1 측면에 따른 또 다른 실시예에 있어서, 필수부하 전력 계통 및 서비스부하 전력 계통이 직류 배전으로 구성된 선박용 전력 공급 시스템의 개략적인 시스템 구조도이다.
도 8은, 본 발명의 제1 측면에 따른 또 다른 실시예에 있어서, 필수부하 전력 계통 및 서비스부하 전력 계통은 고정 RPM 기반 교류 배전으로 구성된 선박용 전력 공급 시스템의 개략적인 시스템 구조도이다.
도 9는, 본 발명의 제1 측면에 따른 또 다른 일 실시예에 있어서, 기존의 변압기 실의 공간을 컨테이너 선적 이외의 다른 목적으로 활용하기 위한 선박용 전력 공급 시스템의 개략적인 시스템 구조도이다.
도 10은, 도 9의 승압 변압기 및 감압 변압기가 배치된 컨테이너 선의 측면 구조도이다.
도 11은, 본 발명의 제1 측면에 따른 일 실시예에 있어서, 분리된 전력 계통을 포함하는 선박용 전력 공급 시스템의 개략적인 시스템 구조도이다.
도 12는, 본 발명의 제1 측면에 따른 다른 실시예에 있어서, 분리된 전력 계통을 포함하는 선박용 전력 공급 시스템의 개략적인 시스템 구조도이다.
도 13은, 종래의 다른 일 실시예에 따른, 필수부하, 서비스부하가 혼재되어 단일 계통으로 구성된 LNG 운반선용 전력 공급 시스템의 시스템 구조도를 도시한 도면이다.
도 14는, 도 13의 LNG 운반선용 전력 공급 시스템을 갖는 종래의 LNG 운반선의 내부 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 15은, 본 발명의 제2 측면에 따른 일 실시예에 있어서, 분리된 전력 계통을 포함하는 LNG 운반선용 전력 공급 시스템의 개략적인 시스템 구조도이다.
도 16는, 본 발명의 제2 측면에 따른 일 실시예에 있어서, 서비스부하 전력 계통은 가변 RPM 발전기를 갖도록 구성된 LNG 운반선용 전력 공급 시스템의 개략적인 시스템 구조도이다.
도 17는 전력 계통 내 부하단의 부하율과 상기 부하단에 전력을 발전기의 연료 소모량 간의 관계를 도시한 도면이다.
도 18은, 본 발명의 제2 측면에 따른 일 실시예에 있어서, 필수부하 전력 계통은 고정 RPM 발전기를 갖고 교류 배전을 수행하도록 구성되고, 서비스부하 전력 계통은 가변 RPM 발전기를 갖고 부분적으로 직류 배전을 수행하도록 구성된 LNG 운반선용 전력 공급 시스템의 개략적인 시스템 구조도이다.
도 19은, 본 발명의 제2 측면에 따른 다른 일 실시예에 있어서, 분리된 전력 계통을 포함하는 LNG 운반선의 전력 공급 시스템의 개략적인 시스템 구조도이다.
도 20은, 본 발명의 제2 측면에 따른 또 다른 일 실시예에 있어서, 분리된 전력 계통을 포함하는 LNG 운반선의 전력 공급 시스템의 개략적인 시스템 구조도이다.
도 21은, 종래의 또 다른 일 실시예에 따른, 연속부하, 가변부하가 혼재되어 단일 계통으로 구성된 LPG 운반선용 전력 공급 시스템의 시스템 구조도를 도시한 도면이다.
도 22는, 본 발명의 제3 측면에 따른 일 실시예에 있어서, 분리된 전력 계통을 포함하는 LPG 운반선용 전력 공급 시스템의 개략적인 시스템 구조도이다.
도 23은, 본 발명의 제3 측면에 따른 일 실시예에 있어서, 서비스부하 전력 계통은 가변 RPM 발전기를 갖도록 구성된 LPG 운반선용 전력 공급 시스템의 개략적인 시스템 구조도이다.
도 24는 전력 계통 내 부하단의 부하율과 상기 부하단에 전력을 발전기의 연료 소모량 간의 관계를 도시한 도면이다.
도 25는, 본 발명의 제3 측면에 따른 일 실시예에 있어서, 필수부하 전력 계통은 고정 RPM 발전기를 갖고 교류 배전을 수행하도록 구성되고, 서비스부하 전력 계통은 가변 RPM 발전기를 갖고 부분적으로 직류 배전을 수행하도록 구성된 LPG 운반선용 전력 공급 시스템의 개략적인 시스템 구조도이다.
도 26은, 본 발명의 제3 측면에 따른 일 실시예에 있어서, 비상 시 서비스부하로 배전 가능하도록 더 구성된 LPG 운반선용 전력 공급 시스템의 개략적인 시스템 구조도이다.
도 27은, 본 발명의 제3 측면에 따른 다른 일 실시예에 있어서, 비상 시 서비스부하로 배전 가능하도록 더 구성된 LPG 운반선용 전력 공급 시스템의 개략적인 시스템 구조도이다.
도 28은, 본 발명의 제3 측면에 따른 일 실시예에 있어서, 비상 시에 가변 RPM 발전기를 갖고 부분적으로 직류 배전을 수행하도록 구성된 서비스부하로 배전 가능하도록 더 구성된 LPG 운반선용 전력 공급 시스템의 개략적인 시스템 구조도이다.
[부호의 설명]
1: 선박용 전력 공급 시스템 200: 서비스부하 전력 계통
100: 필수부하 전력 계통 210: 서비스부하 발전부
110: 필수부하 발전부 211, 212: 발전기
111, 112: 발전기 213: 스위치
113: 스위치 214: 교류(AC)/교류(AC) 컨버터
116: 교류(AC)/직류(DC) 컨버터 216: 교류(AC)/직류(DC) 컨버터
120: 이중화부 220: 직류(DC) 배전반
125: 스위칭부 221: 직류(DC) 메인버스
130: 배전반 226: 직류(DC)/교류(AC) 인버터
131, 132: 메인버스 230: 배전반
133: 버스 연결 차단기 231, 232: 메인버스
150: 필수부하부 233: 버스 연결 차단기
152: 쓰러스터 모터 250: 서비스부하부
153: 승압 변압기 256: 직류(DC)/교류(AC) 인버터
154: 하위 배전반 260: 변압부
155: 변압기 261: 승압 변압기
156: 직류(DC)/교류(AC) 인버터 266: 감압 변압기
160: 비상 배전반 270: 제1 하위 배전반
280: 제2 하위 배전반
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 기재된 특징, 영역, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 및/또는 성분을 구체화하는 것이며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징, 영역, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 및/또는 성분의 존재 또는 부가를 제외시키는 것이 아니다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미이다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미인 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
본 명세서에서 선박은 선박의 운항에 필수적인 필수부하와 운항 외의 기능을 위해 부가적으로 사용되는 서비스부하를 포함하는 선박으로서, 컨테이너 선, 연료 운반선, 여객선 등과 같은 다양한 선박을 지칭한다. 이하, 컨테이너 선, LNG 운반선, LPG 운반선을 중심으로 본 발명이 설명되나, 본 발명이 이러한 선박 유형에 제한되지 않는 것이 통상의 기술자에게 명백할 것이다.
본 명세서에서, 부하 계통이 필수부하 계통과 서비스부하 계통으로 분리되었다는 것은 필수부하와 서비스부하가, 동일한 배전반을 통해 전력을 공급 받는 것과 같은, 동일 계통에 혼재되지 않는 것을 지칭한다. 분리된 상이한 계통 각각 포함되어 상이한 주배전반에 의해 전력을 공급받도록 구성된다. 부하 계통의 분리는 영구적인 것이 아니며, 상이한 부하 계통은 전력 공급 구성요소 사이를 전기적으로 연결 가능한 임의의 구성요소(예컨대, SPDT 스위치, 또는 버스 연결 차단기(Bus-tie breaker) 등)에 의해 연결될 수 있다.
본 명세서에서, 실시예들은 선박의 전력 시스템에 관한 것이다. 선박의 경우 국제 규정에 직류 저압은 1500V 이하로 규정되고, 교류 저압은 1000V 이하로 규정되고 있으므로, 특별한 한정이 없으면, 본 명세서에서 용어 "저압"은 직류의 경우 1500V 이하, 교류의 경우 1000V 이하에 해당되는 전압을 지칭한다.
본 발명의 실시예들에 따른 선박용 전력 공급 시스템은 주로 필수부하를 포함한 필수부하 전력 계통과, 주로 서비스부하를 포함한 서비스부하 전력 계통으로 전력 계통이 분리되어 구성된다.
계통의 분리로 인해 단일 전력 계통 대비 각가의 전력 계통의 부하의 용량이 감소하여 저압 배전이 가능하도록 구성된다.
이하에서, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 대하여 상세히 살펴본다.
도 3은, 본 발명의 제1 측면에 따른 일 실시예에 있어서, 분리된 전력 계통을 포함하는 선박용 전력 공급 시스템의 개략적인 시스템 구조도이다.
도 3을 참조하면, 선박용 전력 공급 시스템(1)은 하나 이상의 전력 계통(100, 200 등)을 포함한다. 전력 계통(100)은 발전부(110), 주배전반을 포함한 배전반(130) 및 필수부하를 포함한 필수부하부(150)를 포함한다. 전력 계통(200)은 발전부(210), 주배전반을 포함한 배전반(230) 및 서비스부하를 포함한 서비스부하부(250)를 포함한다.
또한, 상기 선박용 전력 공급 시스템(1)은 전력 계통의 상태를 모니터링하고 전력 공급을 제어하는 제어부(미도시)를 더 포함할 수 있다. 상기 제어부는 전력관리시스템(PMS; Power Management System), 에너지관리시스템(EMS: Energy Management System), 에너지 전력 관리 시스템(EPMS: Energy Power Management System) 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
이하, 설명의 명료성을 위해 선박용 전력 공급 시스템(1)은 2개의 전력 계통(100, 200)을 포함하는 것으로 서술되나, 이에 제한되는 것으로 해석되진 않는다. 또한, 경우에 따라 2개의 구성요소에 대한 상세한 설명은 1개의 구성요소에 대한 상세한 설명으로 대표하여 서술된다.
도 3에 도시된 바와 같이, 선박용 전력 공급 시스템(1)은 필수부하와 서비스부하 별로 전력 계통이 각각 분리된 상태로 구성된다. 상기 필수부하와 서비스부하는 동일한 배전반을 공유하지 않는다.
발전부(110)는 배전반(130)를 통해 필수부하부(150)로 전력을 공급하여 필수부하부(150)의 부하가 전력을 소모하고 구동하게 한다.
발전부(110)는 교류 전기 신호를 출력하며, 복수의 발전기(예컨대, 도 3의 발전기(111, 112)를 포함한다. 발전기(111, 112)의 속성 및 발전 용량은 부하에 의존한다. 예를 들어, 선박의 운용을 위한 모터 부하가 정출력 부하인 경우, 교류 발전기가 사용될 수 있다. 또한, 발전기의 수용율이 85%이고, 부하 용량이 1MW인 경우, 발전기의 발전 용량은 약 1.2MW일 수 있다.
일 실시예에서, 필수부하 전력 계통(100)에서 동작 중인 발전기(예컨대, 111)의 사고가 발생한 경우, 상기 전력 공급 시스템(1)은 상기 필수부하 전력 계통(100)에 포함된 대기 발전기(예컨대, 112)로부터 필수부하부(150)로 전력이 공급되도록 구성된다.
발전기(111, 112)는 디젤발전기, 복합연료발전기, 가스연료발전기, 가스터빈 등이 포함할 수 있으나 이에 제한되지는 않는다.
또한, 발전부(110)는 상황에 따른 전력 공급 제어를 위해 하나 이상의 스위치, 및/또는 단로기를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 3에 도시된 바와 같이, 선박용 전력 공급 시스템(1)은 두 개의 발전기(111, 112)를 포함한 경우, 두 개의 스위치(113A, 113B)를 더 포함할 수 있다.
상기 스위치 및/또는 단로기는 고가의 고압용 전력 연결 기기가 아니고, 저압용 전력 연결 기기이다.
배전반(130)에서는 교류로 전력 공급이 실시된다. 일 실시예에서, 배전반(130)은 전력 계통(100)의 주배전반을 포함할 수 있다. 상기 주배전반은 버스 케이블로 구성되며, 이 경우 버스 케이블은 메인 버스로 지칭될 수 있다.
또한, 일부 실시예에서, 배전반(130)은 복수의 버스 케이블을 포함할 수도 있다. 예를 들어, 배전반(130)은 발전기(111)에 전기적으로 연결된 메인버스(131), 발전기(112)에 전기적으로 연결된 메인버스(132)와 같이, 복수의 버스 케이블을 포함할 수 있다. 이 경우, 배전반(130)은 복수의 메인버스(131, 132)를 평소에는 전기적으로 연결하나, 비상 및/또는 사고 시 전기적 연결이 차단되는 버스 연결 차단기(bus tie breaker)(133)를 더 포함할 수 있다.
배전반(130)에는 저압이 적용될 수 있어, 전력 계통(100)은 저압 배전이 가능하다. 예를 들어, 도 3의 메인버스(131) 및 메인버스(132)에 440V의 교류 전압이 적용되어 전력이 부하로 공급된다.
전력 계통(100)의 구성요소는 상호작용하도록 전기적으로 연결될 수 있다. 예를 들어, 선박용 전력 공급 시스템(1)은 발전부(110)로부터 배전반(130)를 통해 필수부하부(150)까지를 전기적으로 연결하는 전력 공급선을 사용하여 필수부하에 전력을 공급할 수 있다.
전력 계통(100)의 필수부하부(150)는 선박 운항을 위해 필수적으로 동작이 요구되는 필수부하(Essential load)를 포함한다. 상기 필수부하(Essential load)는 선박 규정이 정의하는 필수부하(Essential load) 및 선박 운항을 위해 필수적으로 동작이 요구되나, 선박 규정 상 필수부하(Essential load)에는 포함되지 않는 준-필수부하(secondary essential load)(예컨대, 중요부하(important load))를 포함한다.
컨테이너 선의 운용을 위해 사용되는 필수부하는, 예를 들어, 쓰러스터 모터(152), 윤활유 펌프, 엔진 연료공급 펌프, 냉각펌프 등을 포함할 수 있으나, 이에 제한되진 않는다. 필수부하부(150)에 포함된 필수부하의 대부분은 부하율이 거의 변하지 않는 연속부하에 해당된다.
일부 실시예에서, 필수부하부(150)는 가변주파수제어(VFD, Variable Frequency Drive) 기반 부하를 더 포함할 수도 있다. 가변주파수제어 기반 부하는 냉각 시스템((Central Cooling System)과 같이, 운항 특성에 맞게 부하단의 전력소모를 최적화하는 필수부하이다. 예를 들어, VFD 부하는 냉각수의 온도를 제어 가능하도록 구성된 냉각 펌프 등과 같은 온도, 압력 등을 제어하도록 구성된 필수부하를 포함한다.
전술한 바와 같이, 배전반(130)은 저압 배전이 실시되도록 구성된다. 따라서, 도 3에 도시된 바와 같이, 적어도 일부 필수부하는 별도의 변압기가 필요 없이 전기적으로 직접 연결되어 전력을 공급받을 수 있다.
일 실시예에서, 필수부하부(150)는 배전반(130)으로부터 쓰러스터 모터(152)를 전기적으로 연결하는 전력 공급선(미도시), 그리고 전력을 보다 효율적으로 쓰러스터 모터(152)에 공급할 수 있는 승압 변압기(153)를 더 포함할 수도 있다.
상기 쓰러스터 모터(152)는 선박의 이/접안에 사용되는 모터이다. 쓰러스터 모터(152)는 다른 연속부하들과 비교하여 대용량의 전력을 소모하는 대형 부하이다. 예를 들어, 도 3의 쓰러스터 모터(152A, 152B)는 2MW 정도의 부하 용량을 가진다. 이로 인해, 440V와 같은 저압이 적용된 저압 배전반(130)에 의한 전력 공급 시, 단면적이 150SQMM인 케이블(270A)을 8~10가닥 포설해야 하며, 선박(1000) 내 전력 공급선의 포설이 용이하지 않을 수 있다.
전력 공급선은 배전반(130)으로부터 쓰러스터 모터(152)까지를 전기적으로 연결하는 구성요소로서, 일 예에서, 전력 공급선은 케이블일 수 있다.
승압 변압기(153)는 배전반(130)에서 공급되는 저압을 승압하는 변압기로서, 상기 승압 변압기(153)의 출력 전압은 쓰러스터 모터(152)의 구동 전압에 대응하도록 구성된다. 상기 승압 변압기(153)는 도 1의 감압 변압기(40)와 상이한 변압기로서, 승압 변압기(153)의 출력 전압은 배전반(130)의 전압 보다 높은 전압을 가지지만, 여전히 1500V 이하의 저압을 출력하도록 구성된다.
승압 변압기(153)에 의해 전압이 저압에서 고압으로 증가하여 승압 변압기(153)에 의해 해당 전력 공급선 내 전류 크기는 감소한다. 그 결과, 전압 강하가 개선되어 케이블의 단면적 및/또는 가닥의 수가 감소한다. 일 실시예에서, 케이블의 단면적은 50SQMM 일 수도 있고, 다른 일 실시예에서, 케이블의 단면적은 50SQMM 내지 75SQMM일 수도 있다. 또한, 선박용 전력 공급 시스템(1)은 한 가닥의 케이블을 이용하여 쓰러스터 모터(152)에 전력을 공급할 수 있다.
그 결과, 도 3에서 승압 변압기(153)를 포함하지 않은 경우에는 단면적이 150SQMM인 케이블을 8~10 가닥이 요구되지만, 도 3에 도시된 바와 같이 승압 변압기(153)를 이용하는 경우 50SQMM의 케이블 한 가닥으로도 부하 용량이 2MW 쓰러스터 모터(152)에 전력 공급이 가능하다.
또한, 일부 실시예에서, 필수부하부(150)는 배전반(130)의 전압 보다 낮은 전압(예컨대, 220V)으로 전력을 공급하는 한 개 이상의 하위 배전반(154)을 더 포함할 수 있다. 이 경우, 필수부하부(150)는 배전반(130)과 하위 배전반(154) 사이에 배치되어 전압을 감압하는 변압기(155)를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 3에 도시된 바와 같이, 필수부하부(150)는 (예컨대, 450V가 적용된) 배전반(130)과 (예컨대, 220V가 적용된) 하위 배전반(154A, 154B) 사이에 변압기(155A, 155B)를 포함할 수 있다.
필수부하 전력 계통(100)의 용량은 도 1의 단일 전력 계통의 용량 보다 적어서, 필수부하부(150)의 변압기는 도 1의 변압기 보다 용량이 작은 소형변압기이다. 따라서, 변압기 설치 비용 및 공간 활용도에서 이점이 있다.
또한, 전력 계통(100)은 블랙 아웃과 같은 비상 상황시 전력을 공급하는 비상 발전기 및, 이 때 동작하는 부하를 포함한 비상 배전반(160)을 더 포함할 수도 있다. 상기 비상 배전반(160)은 쇼어 파워(shore power), 비상용 부하 등을 포함할 수 있다.
전력 계통(200)의 구성요소 및 동작은 전력 계통(100)의 구성요소 및 동작과 상당부분 유사하다. 배전반(230) 또한 저압 배전을 수행하도록 구성된다. 따라서, 전력 계통(200)에 대해서는 전력 계통(100)과 차이점을 위주로 설명한다.
반면, 전력 계통(200)의 서비스부하부(250)는 선박의 운항 이외에 부가적으로 사용되는 서비스 부하를 포함한다. 가변부하부(250)는 배전반(230) 보다 낮은 전압으로 전력을 공급하는 한 개 이상의 하위 배전반(미도시)을 더 포함할 수도 있다.
컨테이너 선의 경우, 서비스부하는 선적물을 보관하는데 사용되는 선적물 보관용 부하, 선박의 탑승자의 편의를 위해 사용되는 사용자 편의용 부하 등을 포함한다. 선박이 컨테이너 선인 경우, 서비스부하부(250)는 선박 화물이 저장되는 냉동 컨테이너를 포함하나, 이에 제한되진 않는다.
상기 냉동 컨테이너는 시간에 따라 저장 온도가 변하도록 구성된다. 이로 인해, 서비스부하의 대부분은 부하율이 변동하는 가변부하에 해당된다.
이와 같이, LPG 운반선용 전력 공급 시스템(1)의 분리된 각 전력 계통(100, 200)은 독립적인 계통 구성을 가짐으로써, 전력 계통(100, 200)은 설계 목적에 따라 다양하거나 상이하게 구성될 수 있다.
일 실시예에서, 각 전력 계통(100, 200)은 주로 포함된 부하 유형에 최적화된 유형의 발전기를 구성 및 운영하도록 구성된다.
예를 들어, 필수부하 전력 계통(100)은 고정 RPM 발전기를 포함하고, 서비스부하 전력 계통(200)은 가변속 RPM 발전기를 포함할 수 있다. 이 경우, 도 3에서 필수부하 전력 계통의 발전기(111, 112)는 고정 RPM 발전기, 서비스부하 전력 계통(200)의 발전기(211, 212)는 가변속 RPM 발전기일 수 있다.
연속부하의 경우 정출력 특성으로 인하여 부하변동이 없으므로, 부하율의 변화가 거의 없는 반면, 가변부하는 부하율이 변하는 것이 특징이다.
필수부하 전력 계통(100)의 부하 대부분은 부하율이 변하지 않는 연속부하에 해당하므로, 최적 효율구간에서 동작하도록 고정 RPM 발전기를 운전한다. 예를 들어, 도 3의 발전기(111, 112)는 최적 효율구간(즉, 75 내지 85%의 부하율 범위)에서 동작하도록 구성된다.
도 1에 도시된 종래의 단일 계통 기반 전력 공급 시스템에서는 LNG 운반선의 전력부하가 단일 계통에 혼재되어 있어, 가변부하로 인하여 전체 시스템의 부하율이 낮은 부하 구간이 발생하게 된다. 이로 인해, 고정 RPM 발전의 발전 효율이 저하된다.
반면, 도 4의 전력 공급 시스템(1)은 LNG 운반선의 대부분 가변부하가 전력 계통(100)로부터 분리되어 있어 서비스부하 전력 계통(200)의 가변 부하에 의한 부하율 변화가 필수부하 전력 계통(100)의 필수부하에 영향을 미치지 않는다.
한편, 서비스부하 전력 계통(200)의 부하 대부분은 부하율이 변하는 가변부하이므로, 부하율 변동에 맞추어 가변속 운전이 가능한 가변속 RPM 발전기를 운전한다.
이와 같이 가변부하 전력 계통의 가변속 RPM 발전기를 통해 부하 구간별 최적의 발전 효율을 가지는 RPM으로 발전기 회전 속도를 제어할 경우, 단일 계통 내에 연속부하, 가변부하가 혼재된 경우에 비해, 가변 부하에 전력을 공급하는 발전기의 연료 효율을 향상시킬 수 있다.
도 4는 전력 계통 내 부하단의 부하율과 상기 부하단에 전력을 발전기의 연료 소모량 간의 관계를 도시한 도면이다.
전술한 바와 같이 종래의 단일 전력 계통에서는 고정 RPM 발전기를 이용하여 가변 부하(예컨대, 냉동 컨테이너)에 전력을 공급하였다. 냉동 컨테이너 전체의 부하율은 평균적으로 최대소요전력의 30~40%을 가진다. 이러한 냉동 컨테이너 전체에 종래와 같이 고정 RPM 발전기를 이용하여 전력을 공급할 경우, 35% 부하율을 기준으로 대략 216g/kwh의 연료를 소모한다(도 4의 지점(P F)). 반면, 본 발명의 일 실시예에 따르면 가변속 RPM 발전기를 이용하여 가변 부하에 전력을 공급할 수 있다. 본 발명의 일 실시예와 같이 가변속 RPM 발전기를 이용하여 전력을 공급할 경우, 동일한 35% 부하율을 기준으로 대략 190g/kwh의 연료를 소모한다(도 4의 지점(P V)).
결국, 도 3의 전력 공급 시스템(1)은 동일 전력을 발전하는데 있어 연료 소모율이 대략 13% 개선되는 효과를 가진다.
이로 인해, $640/ton의 MGO(Marin Gas Oil)을 연료로 이용하는 컨테이너 선에 대하여 연료 소모의 개선을 10%로 단순화하여 계산할 경우, OPEX USD 2,4000/년(=USD 9,636/일 × 개선 효율(10%) × 운항 일수(통상 250일))의 연료 비용 절감 효과를 얻을 수 있다.
나아가, 서비스부하가 시간 대 별로 부하율이 변동하는 부하 구간을 갖도록 구성되는 경우, 부하 구간별 최적의 발전 효율을 가지는 RPM으로 발전기 회전 속도를 제어함으로써 발전 효율을 더 개선할 수 있다.
선박 부하에 있어서, 저부하 구간(L1)은 부하율이 10~40%인 구간으로서 대략 285~210g/kwh의 연료 소모량을 가진다. 중부하 구간(L2)은 부하율이 40~60%인 구간으로서, 대략 210~194g/kwh의 연료 소모량을 가진다. 고부하 구간(L3)은 부하율이 80~100%인 구간을 나타으로서, 대략 185~190g/kwh의 연료 소모량을 가진다. 도 3의 전력 공급 시스템(1)은 고부하 구간(L3)에서 연료 소모가 도 1의 전력 공급 시스템과 거의 유사하다. 그러나, 저부하 구간(L1)에서는 도 1 대비 kwh 당 연료 소모율이 대략 6~10% 개선되고, 중부하 구간(L2)에서는 도 1 대비 kwh 당 연료 소모율이 대략 10~35% 개선된다.
이와 같이, 도 3의 서비스 전력 계통(200)의 가변속 RPM 발전기는 각 부하 구간의 부하율에 기초하여 RPM을 제어함으로써, 발전부(210)의 발전 효율을 개선할 수 있다.
한편, 상기 서비스부하 전력 계통(200)이 교류 배전을 하는 경우, 배전반(230)은 특정 주파수(예컨대, 50Hz 또는 60Hz)를 갖도록 구성될 수 있다. 이 경우, 발전부(210)는 각 부하 구간의 부하율에 기초하여 교류 전력을 발전하고, 상기 배전반(230)의 주파수에 매칭하는 주파수(예컨대, 50Hz, 또는 60Hz)를 갖는 교류(AC) 전기 신호를 출력하도록 구성된다.
일 실시예에서, 발전부(210)는 발전기(211) 및 배전반(230) 사이에 위치한 교류(AC)/교류(AC) 컨버터(미도시)를 포함한다. 상기 교류(AC)/교류(AC) 컨버터(미도시)는 가변 RPM 발전기에서 발전된 교류(AC) 전기 신호의 주파수를 배전반(230)의 특정 주파수(예컨대, 50Hz 또는 60Hz)로 변환하도록 구성된다.
그 결과, 각 부하 구간의 부하율에 기초한 가변 RPM 발전기(211)의 RPM 변화가 있어도, 발전부(210)는 배전반(230)의 특정 주파수를 갖는 교류(AC) 전기 신호를 출력할 수 있다.
도 4를 참조하여 서술된 연료 개선 효과는 서비스부하 전력 계통(200)에 대해서 서술되었으나, 이에 제한되지 않는다.
전술한 바와 같이, 필수부하부(150)는 선박의 운항과 관련하여 온도, 압력, 냉각수 등을 제어하는 가변주파수제어(VFD, Variable Frequency Drive) 기반 부하를 포함할 수도 있다. 상기 온도, 압력 냉각수 등의 제어를 위해 가변주파수제어 기반 부하의 부하율이 변화할 수 있다. 이로 인해, 가변주파수제어 기반 부하는 선박의 운항 특성에 따라 다양한 부하 구간을 가진다.
다른 일 실시예에서, 선박이 컨테이너 선박 이외인 경우 (예컨대, LNG 선박인 경우), 가변속 RPM 발전기는 필수부하 전력 계통(100)에도 포함될 수도 있다. 선박용 전력 공급 시스템(1)이 적용되는 선박이 컨테이너 선박이 아닌 경우, 서비스부하 내 가변부하의 비중이 상대적으로 줄어들 수 있다. 또한, 이러한 선박 내에 가변주파수제어 기반 부하가 다수 설치되는 경우, 상대적인 관계에 의해 필수부하 전력 계통(100)이 가변부하 전력 계통으로 취급될 수 있다.
필수부하 전력 계통(100)에서 가변속 RPM 발전기에 의해 전력 공급이 수행되는 경우, 상기 가변속 RPM 발전기는 필수부하부(150)의 가변주파수제어(VFD, Variable Frequency Drive) 기반 부하와 연계된다.
이와 같이 필수부하 전력 계통(100)의 가변속 RPM 발전기를 통해 부하 구간별 최적의 발전 효율을 가지는 RPM으로 발전기 회전 속도를 제어할 경우, 단일 계통 내에 연속부하, 가변부하가 혼재된 경우에 비해, 가변 부하에 전력을 공급하는 발전기의 연료 효율을 향상시킬 수 있다. 이에 대해서는 전술한 서비스부하 전력 계통(200)의 실시예와 유사하므로, 자세한 설명은 생략한다.
더욱이, 상기 선박용 전력 공급 시스템(1)은 저압 배전이 가능하기 때문에, 각각의 전력 계통(100, 200) 내 배전 방식을 저압 직류 배전 및/또는 저압 교류 배전이 가능하도록 구성할 수 있다.
일 실시예에서, 선박 내 부하가 교류 전압을 정격 전압으로 가지는 경우, 배전반 부분에서 직류 배전이 수행되는 부분 배전 구조로 구성된다.
이러한 직류 배전이 수행되는 경우, 주파수 및 위상 동기화, 무효 전력으로 인한 전력 손실을 방지할 수 있다.
도 5는, 본 발명의 제1 측면에 따른 일 실시예에 있어서, 필수부하 전력 계통은 교류 배전, 서비스 부하 전력 계통은 직류 배전으로 구성된 선박용 전력 공급 시스템의 개략적인 시스템 구조도이다.
도 5를 참조하면, 서비스부하 전력 계통(200) 내에서 직류 배전이 가능하도록 더 구성된다. 이 경우, 발전기(111, 112)는 고정 RPM 발전기이고, 발전기(211, 212)는 가변속 RPM 발전기일 수 있다.
일 실시예에서, 발전부(210)는 교류(AC)전기 신호를 수신하여 직류(DC) 전기 신호로 변환하는 교류(AC)/직류(DC) 변환기(216)를 더 포함하고, 상기 제2 부하부는 직류(DC) 전기 신호를 수신하여 교류(AC) 전기 신호로 변환하는 직류(DC)/교류(AC) 변환기(256)를 더 포함할 수 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 전력 계통(200)이 두 개의 발전기(211, 212)를 포함하는 경우, 발전기(211, 212)와 배전반(230) 사이를 전기적으로 연결하는 두 개의 교류(AC)/직류(DC) 변환기(216A, 216B)를 각각 포함하고, 배전반(230)과 각각의 서비스부하 사이를 전기적으로 연결하는 복수의 직류(DC)/교류(AC) 변환기(256A 내지 256D)를 포함할 수 있다. 교류(AC)/직류(DC) 변환기(216)와 직류(DC)/교류(AC) 변환기(256)에 의해, 전력 계통(200)에서는 배전반(230) 부분에서 직류 배전이 가능하다 .
상기 서비스부하 전력 계통(200) 내 배전반(230)에 적용되는 전압은 적절한 직류 배전을 위해 설정되며, 필수부하 전력 계통(100) 내 배전반(130)에 적용되는 전압과 상이할 수도 있다. 예를 들어, 배전반(130)에는 440V의 전압이 적용되지만, 부분 직류 배전이 수행되는 배전반(230)에는 690V의 전압이 적용될 수도 있다.
이와 같이, 전력 공급 시스템(1)은, 필수부하 전력 계통은 고정 RPM 발전기 기반 교류배전, 서비스 부하 전력 계통은 가변 RPM 발전기 기반 직류 또는 교류배전으로 구성될 수 있다.
도 6은, 본 발명의 제1 측면에 따른 다른 실시예에 있어서, 필수부하 전력 계통은 직류 배전, 서비스부하 전력 계통은 교류 배전으로 구성된 선박용 전력 공급 시스템의 개략적인 시스템 구조도이다.
도 6을 참조하면, 필수부하 전력 계통(100) 내에서 직류 배전이 가능하도록 더 구성된다. 이 경우, 발전기(111, 112)는 가변속 RPM 발전기이고, 발전기(211, 212)는 고정 RPM 발전기일 수 있다.
일 실시예에서, 발전부(110)는 교류(AC)전기 신호를 수신하여 직류(DC) 전기 신호로 변환하는 교류(AC)/직류(DC) 변환기(116)를 더 포함하고, 상기 제2 부하부는 직류(DC) 전기 신호를 수신하여 교류(AC) 전기 신호로 변환하는 직류(DC)/교류(AC) 변환기(156)를 더 포함할 수 있다.
도 6에 도시된 바와 같이, 전력 계통(100)이 두 개의 발전기(111, 112)를 포함하는 경우, 발전기(111, 112)와 배전반(130) 사이를 전기적으로 연결하는 두 개의 교류(AC)/직류(DC) 변환기(116A, 116B)를 각각 포함하고, 배전반(130)과 각각의 필수부하 사이를 전기적으로 연결하는 복수의 직류(DC)/교류(AC) 변환기(156A 내지 156M)를 포함할 수 있다. 교류(AC)/직류(DC) 변환기(116)와 직류(DC)/교류(AC) 변환기(156)에 의해, 전력 계통(100)에서는 배전반(130) 부분에서 직류 배전이 가능하다 .
이와 같이, 전력 공급 시스템(1)은, 필수부하 전력 계통(100)은 가변 RPM 발전기 기반 교류 또는 직류 배전, 서비스 부하 전력 계통(200)은 고정 RPM 발전기 기반 교류 배전으로 구성될 수 있다.
도 7은, 본 발명의 제1 측면에 따른 또 다른 실시예에 있어서, 필수부하 전력 계통 및 서비스부하 전력 계통이 직류 배전으로 구성된 선박용 전력 공급 시스템의 개략적인 시스템 구조도이다.
일 실시예에서, 필수부하 전력 계통(100) 및 서비스부하 전력 계통(200) 모두 직류 배전이 가능하도록 구성될 수 있다. 이 경우, 서비스부하 전력 계통(200)은 도 5의 서비스부하 전력 계통(200)와 유사하고, 필수부하 전력 계통(100)은 도 6의 필수부하 전력 계통(100)의 구조와 유사하므로, 자세한 설명은 생략한다.
추가적으로, 전력 계통(100, 200)은 부품 공급 측면에서 효율적이도록 구성될 수 있다.
도 8은, 본 발명의 제1 측면에 따른 또 다른 실시예에 있어서, 필수부하 전력 계통 및 서비스부하 전력 계통은 고정 RPM 기반 교류 배전으로 구성된 선박용 전력 공급 시스템의 개략적인 시스템 구조도이다.
도 8의 전력 공급 시스템은 도 3의 전력 공급 시스템은 구성이 유사하므로, 차이점을 위주로 설명한다.
상기 선박용 전력 공급 시스템(1)은 부품 공급 측면에서 필수부하 전력 계통(100)의 발전부(110) 및 서비스부하 전력 계통(200)의 발전부(210)가 고정 RPM으로 운전하여 전력을 생성하도록 구성될 수 있다.
도 8을 참조하면, 서비스부하 전력 계통(200)은 발전부(210), 저압 배전반(230) 및 서비스부하부(250)를 포함한다.
배전반(230)에서는 계통 분리에 따른 저압 배전이 수행된다. 상기 배전반(230)이 교류(AC) 전력을 배전하는 경우, 배전반(230)의 주파수는 특정 주파수(예컨대, 50Hz 또는 60Hz)이다.
일부 실시예에서, 상기 배전반(230)은 복수의 버스를 포함할 수도 있다. 예를 들어, 배전반(230)은 도 8에 도시된 바와 같이 두 개의 버스(231, 232)를 포함한다. 이 경우, 배전반(230)은 복수의 메인버스(231, 232)를 평소에는 전기적으로 연결하나, 비상 및/또는 사고 시 전기적 연결이 차단되는 버스 연결 차단기(bus tie breaker)(233)를 더 포함할 수 있다.
발전부(210)는 상기 배전반(230)의 주파수에 매칭하는 주파수(예컨대, 50Hz, 또는 60Hz)를 갖는 전력을 발전하도록 구성된다. 예를 들어, 발전부(210)는 상기 배전반(230)의 주파수에 매칭하는 주파수를 위한 고정 RPM으로 운전하는 고정 RPM 발전기를 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 발전부(210)는 복수의 고정 RPM 발전기(211, 212)를 포함할 수 있다. 상기 고정 RPM 발전기(211, 212)의 발전 용량은 서비스부하(250)의 전력 용량 이상일 수 있다. 고정 RPM 발전기(211 또는 212)는 중부하 또는 저부하 구간에서 서비스부하 전력 계통(200)에 전력을 공급하기 충분한 발전 용량을 가진다.
서비스부하부(250)는 부하율이 급변하지 않는 부하(예컨대, 냉동 컨테이너)를 포함할 수 있다. 상기 선박용 전력 공급 시스템(1)은 서비스부하 전력 계통(200)이 중부하 또는 저부하 구간에서 버스(231, 232)를 클로즈 버스(closed-bus)로 운영되게 하여, 2개의 발전기 중 하나의 발전기에서 서비스부하부(250)로 전력을 공급한다.
서비스부하 전력 계통(200)은 저압 배전반(230)의 전력을 서비스부하부(250)에 공급하기 위해, 배전반(230)과 서비스부하부(250) 사이에 하나 이상의 전력 전달 구성요소를 더 포함할 수 있다.
상기 전력 전달 구성요소는, 예를 들어, 도 8에 도시된 바와 같이, 변압기, 중간 단자함(J/B, junction box) 등을 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않으며, 종래의 고정 RPM 발전기를 포함한 전력 계통에서 저압 배전반과 부하 사이를 연결하는 다양한 전력 전달 구성요소를 포함할 수 있다.
이러한 발전부(210)와 배전반(230) 간의 주파수 매칭 구조로 인해, 상기 서비스부하 전력 계통(200)은 저압 배전반과 발전부 간의 주파수 매칭을 위한 추가적인 전력 기기(예컨대, 전력 변환기)가 요구되지 않으면서, 배전반(230)에서 저압 교류(AC) 배전이 수행될 수 있다.
예를 들어, 서비스부하 전력 계통(200)의 발전기(211 또는 212)는 가변 RPM 발전기로서, 속도에 따라 가변주파수 범위(예컨대, 37Hz 내지 60Hz)에서의 주파수를 가지는 전력을 발전할 수 있다. 이 경우, 특정 주파수(예컨대, 50Hz 또는 60Hz)를 갖는 배전반(230)과 상기 가변 RPM 발전기(211) 사이에는 주파수 매칭을 위해 발전부(210)에서 출력되는 전력의 주파수를 배전반(230)의 주파수로 변환해주는 전력변환기(예컨대, 매트릭스 컨버터(Matrix Converter))가 요구되는데, 선박에 사용되는 발전기의 발전 용량(예컨대, 3MW)을 변환하는 대용량 컨버터를 공급하는 것은 쉽지 않다. 더욱이, 통상적으로 가변 RPM 발전기의 가격이 고정 RPM 발전기의 가격 보다 고가이다.
결국, 도 8의 서비스부하 전력 계통(200)은 저압 배전의 장점을 유지함과 동시에 가변속 발전기 적용 시 필요한, 저압 배전반(230)과 가변 RPM 발전부(210)의 주파수 매칭을 위한 추가적인 전력 기기(예컨대, 전력 변환기)가 요구되지 않고, 보다 저렴하게 저압 배전 기반 전력 공급 시스템을 선박에 구축할 수 있다. 나아가, 서비스부하 전력 계통(200)의 일부를 기존 공급 가능한 고정 RPM 발전 기준으로 구성할 수 있어, 설계의 용이성이 있다.
이와 같이, 본 발명의 실시예들에 따른 선박용 전력 공급 시스템(1)은 선박 전력 부하의 특성에 따라 필수부하용 전력계통과 서비스부하용 전력계통으로 전력 계통이 분리된다.
그 결과, 각 계통의 안정성도 높아지게 된다. 기존의 경우 서비스부하단에 계통사고가 발생하게 되면 단일 계통으로 구성되어 있어 필수부하에도 영향을 미치게 된다. 계통을 분리 구성하게 되는 경우 서비스부하 단의 사고 발생 시 해당 계통 사고는 서비스부하용 전력계통 내에서만 확산되므로 필수부하용 전력계통에는 영향을 미치지 않게 된다. 마찬가지로 계통 분리 시 필수부하 단의 사고 시에도 해당 사고가 서비스부하단으로 확산되지 않는다.
또한, 개별 전력 계통의 규모가 단일 전력 계통 대비 축소된다. 예를 들어, 14MW의 전력 용량을 갖는 단일 전력 계통을 필수부하 전력 계통(100)은 9MW, 서비스부하 전력 계통(200)은 5MW 규모로 도 3과 같이 분리된 경우, 개별 전력 계통의 규모는 14MW에서 9MW로, 14MW에서 5MW로 각각 축소된다.
그리고, 6.6kV 이상의 고압 대신 저압(예컨대, 440V)이 적용된 주배전반을 통해 전력 공급이 가능하다. 이로 인해, 도 1의 대용량의 감압 변압기(40)를 더 이상 요구하지 않는다. 따라서, CAPEX(Capital expenditures) 측면에서 대략 2.5억/척의 원가 절감 효과를 얻을 수 있다.
나아가, 도 2의 감압 변압기(40)가 차지했던 공간(즉, 기존의 변압기 실)(1007)을 보다 효율적으로 활용할 수 있다.
다시 도 2를 참조하면, 도 3의 전력 공급 시스템(1)이 컨테이너 선에 적용될 경우, 8개 감압 변압기(40)가 배치될 수 있는 변압기 실(1007)의 공간은 은 컨테이너의 선적을 위해 더 활용될 수 있다.
일반적으로 사용되는 컨테이너 기준은 6.058m ×2.591m × 2.438m 크기를 갖는 TEU 컨테이너이다. 상기 TEU 컨테이너를 기준으로 사용하여 13.25m ×6.06m × 6.62m 크기의 변압기 실 2개의 공간에 선적될 수 있는 컨테이너의 수를 산출하면, 종래의 변압기 실(1007)에는 TEU 컨테이너가 최대 26(=13Х2)개가 선적 가능하다. 즉, 도 3의 선박용 전력 공급 시스템(1)을 갖는 선박은 도 1의 선박용 전력 공급 시스템을 갖는 종래의 컨테이너 선 대비 최대 26개의 TEU 컨테이너를 더 선적할 수 있다. 일부 실시예에서, 컨테이너를 선적, 하적하는 작업을 고려하여 공간을 보다 여유롭게 확보해야 하는 점을 고려하더라도 대략 20(=10Х2)개의 컨테이너를 추가로 선적할 수 있다.
또한, 감압 변압기를 사용하지 않으면, 종래의 감압 변압기의 활용과 연관된 공간에 컨테이너를 더 선적할 수도 있다. 예를 들어, 종래의 변압기 실(1007)에서 수직에 위치한 갑판 표면에 변압기(40)의 존재로 인해 소정의 구조물이 설치되었을 수도 있다. 그러나, 변압기(40)가 필요치 않아 소정의 구조물 또한 필요하지 않을 수도 있어, 갑판 표면에 추가 컨테이너를 수직으로 더 선적할 수도 있다. 이 경우, 갑판 표면 상에 수평으로 5개, 수직으로 10개의 컨테이너를 더 선적하는 경우 100개의 컨테이너를 더 선적할 수 있다.
따라서, 감압 변압기(40)가 사용되지 않아, 선박(1000)에 최대 약 120개의 컨테이너를 더 선적할 수 있다. 상기 추가적으로 기존의 변압기 실(1007)의 공간에 선적되는 컨테이너의 개수는 단지 예시적인 것으로서, 컨테이너의 형태, 변압기, 변압기 실의 크기 등에 따라 120개 이상의 컨테이너가 더 선적될 수도 있다.
더욱이, 도 3의 선박용 전력 공급 시스템(1)의 적용으로 인해, 기존의 변압기 실(1007) 이외의 공간에 미리 배치된 물건을 변압기 실(1007)의 공간으로 이동시킬 수 있다. 이 경우, 미리 배치된 물건의 이동으로 인해 원래 위치하던 공간은 빈 공간이 된다. 컨테이너는 변압기 실(1007)의 공간에 직접 선적되는 대신에 추가적으로 발생한 빈 공간에 추가로 배치될 수도 있다.
대안적으로, 기존의 변압기 실의 공간을 컨테이너 선적 이외의 다양한 목적을 위해 활용할 수도 있다.
도 9는, 본 발명의 제1 측면에 따른 또 다른 일 실시예에 있어서, 기존의 변압기 실의 공간을 컨테이너 선적 이외의 다른 목적으로 활용하기 위한 선박용 전력 공급 시스템의 개략적인 시스템 구조도이다.
상기 도 9의 서비스부하 전력 계통(200)은 도 8의 서비스부하 전력 계통(200)과 유사하므로, 차이점을 위주로 설명한다.
도 9를 참조하면, 서비스부하 전력 계통(200)은 배전반(230)과 냉동 패널(Reefer Panel, R) 사이에 전압을 변환하는 변압부(260)를 포함한다. 일 실시예에서, 변압부(260)는 승압 변압기(step-up transformer)(261) 및 감압 변압기(step-down transformer)(266)를 포함한다.
승압 변압기(261)는 저압 배전반(230)과 상기 선수부의 냉동 패널(R) 사이에 설치된다. 상기 승압 변압기(261)는 배전반(230)의 저압 전력을 수신하고, 배전반(230)의 전압 보다 높은 전압을 갖는 전력(예컨대, 1.5kV 내지 6.6kV)을 출력하도록 구성된다.
감압 변압기(266)는 승압 변압기(261)에서 출력된 고압 전력을 수신하여 보다 낮은 전압을 갖는 전력을 출력하도록 구성된다. 감압 변압기(266)에서의 출력 전력은 상기 선수부의 냉동 패널(R)에 연결된 냉동 컨테이너로 공급된다.
일부 실시예에서, 서비스부하 전력 계통(200)은 선수부의 각 냉동 패널(R)과 배전반(230) 사이의 전력 경로를 각각 연결하기 위해 복수의 승압 변압기(261) 및 감압 변압기(266)를 포함한다. 예를 들어, 도 9에 도시된 바와 같이, 서비스부하 전력 계통(200)은 2개의 승압 변압기(261A, 261B) 및 감압 변압기(266A, 266B)를 포함한다.
도 10은, 도 9의 전력 공급 시스템이 적용된 선박의 측면 구조도이다.
냉동 컨테이너를 포함한 컨테이너 선박은 통상적으로 4개의 냉동 패널(R)을 포함한다. 상기 냉동 패널(R)은 선수부에 2개, 선미부에 2개 배치된다. 냉동 컨테이너로의 전력 공급은 선미 엔진 룸(1030)에 위치한 발전부(210) 및 배전반(230)에서 각 섹선별 냉동 패널(R)을 통해 수행되게 된다.
상기 엔진 룸(1030)에 배치된 저압 배전반(230)에서 선수부에 위치한 2개의 냉동 패널(R)까지의 거리는 선박의 규모에 의존하나, 통상적으로 수백 미터이다. 저압이 적용된 배전반(230)에서 상기 선수부의 냉동 패널까지 전력을 저압으로 공급하려면 그 사이를 연결하는 케이블이 상당히 요구된다.
도 10을 참조하면, 총 길이가 350m인 선박(예컨대, 컨테이너 선)에서 배전반(230)이 위치한 선미부의 엔진 룸(1030)과 선수부의 냉동 컨테이너에 전력을 전달하는 선수부의 냉동 패널(R)까지의 거리는 대략 120~130m이다. 승압 변압기(261) 등을 이용하지 않을 경우, 120SQMM 단면을 갖는 237A 케이블이 대략 10~15가닥의 케이블이 요구된다.
반면, 승압 변압기(261) 등을 이용하면, 1가닥의 케이블로도 수백 미터의 장거리 전력 공급을 수행할 수 있다.
또한, 상기 서비스부하 전력 계통(200)가 승압 변압기(261) 및/또는 감압 변압기(266)를 더 포함하더라도, 선박에 선적되는 화물(예컨대, 냉동 컨테이너)의 규모가 감소하지 않도록, 상기 승압 변압기(261) 및/또는 감압 변압기(266)가 선박 내에 배치된다.
일 실시예에서, 승압 변압기(261)는 종래의 단일 전력 계통의 감압 변압기가 설치되는 메인 변압기 룸(1007)에 설치될 수 있다. 전력 계통의 분리에 따라 하나의 전력 계통 내의 부하 용량이 감소하므로, 상기 승압 변압기(261)는 상기 감압 변압기에 비해 소형이다. 그리고 상기 승압 변압기(261)가 차지 않은 나머지 공간에 컨테이너 등 추가 화물을 더 선적할 수 있다.
또한, 감압 변압기(266)는 선박에 선적되는 화물의 규모에 영향을 미치지 않으면서, 선수부의 냉동 패널(R)에 저압으로 전력을 공급하여도 상당한 무게의 케이블이 요구되지 않는 지점에 배치된다. 예를 들어, 선박의 거주구 하부 공간에는 화물이 배치되지 않는, 선박의 거주구 하부 공간(Accomm. under space)에 배치될 수 있다.
도 10에 도시된 바와 같이, 총 길이가 350m인 선박(예컨대, 컨테이너 선)에서 상기 변압기 룸(1007)을 포함한 엔진 룸(1030)로부터 선박의 거주구 하부 공간(Acoom under space)까지의 거리는 대략 180m이다. 상기 승압 변압기(261)가 배전반(230)의 저압(예컨대, 440V) 전력에서 고압 전력을 출력하는 경우, 상대적으로 소량의 케이블(예컨대, 120SQMM의 단면을 갖는 케이블 1가닥)을 이용하여 선수부의 냉동 패널(R)까지 전력을 공급할 수 있다.
이와 같이, 도 9의 서비스부하 전력 계통(200)을 이용하면 선수부의 냉동 패널(R)까지의 케이블 중량이 감소하고, 케이블의 포설이 용이한 효과를 얻을 수 있다.
상기 승압 변압기(261) 및/또는 감압 변압기(266)의 배치는 전술한 공간들에 제한되지 않으며, 이외에 선박에 선적되는 화물의 규모가 감소하지 않게 하는, 선박 내 다른 공간에도 배치될 수 있다.
추가적으로, 상기 선박용 전력 공급 시스템(1)은 쓰러스터 모터(152)와 필수부하 전력 계통(100)이 연계되지 않도록 구성될 수 있다.
도 11은, 본 발명의 제1 측면에 따른 일 실시예에 있어서, 분리된 전력 계통을 포함하는 선박용 전력 공급 시스템의 개략적인 시스템 구조도이다.
상기 도 11의 전력 공급 시스템(1)은 도 9의 전력 공급 시스템(1)의 구성과 유사하므로, 차이점을 위주로 설명한다.
도 9에서, 쓰러스터 모터(152)와 연계된 필수부하 전력 계통(100)의 발전 용량은 상기 쓰러스터 모터(152)의 전력 용량, 그리고 선박 규정(Rule)에서 필수부하로 정의된, 연속적인 전력 공급이 요구되는 연속부하의 전력 용량 모두에 기초하여 설정된다. 쓰러스터 모터(152)는 입/출항 시 단시간 동안만 운전되지만, 대용량의 부하로서 선박의 운항에 필수적이기 때문이다.
이와 같이 연속부하가 대부분 포함된 필수부하 전력 계통(100)에 쓰러스터 모터(152)가 연계되는 경우, 필수부하 전력 계통(100) 내에서는 쓰러스터 모터(152)가 운전하지 않는 대부분의 선박 운행 시간 동안 부하에서 소모되는 전력 용량과 발전 용량의 상당한 차이가 발생한다. 즉, 실질적으로 필수 부하 전력 계통(100)에서 요구되는 발전 용량 보다 오버스펙의 발전기를 설치해야 하여, 실질적으로 요구되는 발전기 비용 보다 고가의 발전기 비용이 요구된다.
일 실시예에서, 쓰러스터 모터(152)는 필수부하 전력 계통(100) 이외의 전력 계통인 서비스부하 전력 계통(200)에 연계되어, 필수부하 전력 계통(100)의 발전 용량을 설정하는데 있어 쓰러스터 모터(152)의 전력 용량이 고려되지 않도록 구성된다. 또한, 상기 서비스부하 전력 계통(200)은 쓰러스터 모터(152)가 운전되는 단 시간 동안 전력을 교차 사용함으로써 대용량의 부하(즉, 쓰러스터 모터(152))와 연계됨에도 불구하고, 추가적인 발전 용량의 증가가 없도록 구성된다.
도 11을 참조하면, 쓰러스터 모터(152)는 배전반(230)을 통해 발전부(210)의 전력을 수신한다. 상기 발전부(210)는 고정 RPM 발전기를 포함한다.
쓰러스터 모터(152)는 기능적인 측면에서 선박 운행에서 중요한 중요부하(Important Load)이지만, 선박 운행 동안 연속적으로 전력 공급이 필요하진 않은 보조 필수부하(Secondary Essential Load)에 해당된다. 따라서, 필수부하에 연속적으로 전력을 공급하는 필수부하 전력 계통(100)에 연계되지 않아도 선박 운항에 큰 영향을 미치지 않는다.
또한, 서비스부하 전력 계통(200)은 쓰러스터 모터(152)의 추가 연계에 따른 발전부(210)의 발전 용량의 추가가 없도록, 스위칭부(240)를 포함한다.
일 실시예에서, 스위칭부(240)는 인터락킹하도록 구성된 오토 스위치(Auto switch)(이하, "인터락 스위치(Interlock Switch)")를 포함한다. 상기 인터락 스위치는 배전반(230)과 서비스부하 전력 계통(200)의 부하(즉, 쓰러스터 모터(152), 및 서비스부하부(250)를 포함함) 사이에 배치된다. 상기 인터락킹 스위치는 선박의 제어부에 의해 자동으로 스위칭되는 오토 스위치이다.
상기 인터락 스위치는, 도 11에 도시된 바와 같이, 쓰러스터 모터(152)로의 전력 경로 또는 서비스부하부(250)로의 전력 경로 사이에 설치되어, 어느 하나의 부하단(예컨대, 쓰러스터 모터(152) 단)으로의 전력 공급 시 다른 하나의 부하단(예컨대, 서비스부하부(250))으로의 전력 공급이 금지되는 인터락킹 동작을 수행한다.
또한, 배전반(230)과 선박의 선수부에 위치한 쓰러스터 모터(152) 및 냉동 패널(R) 간의 장거리 전력 공급을 적은 케이블을 통해 효율적으로 수행하기 위해, 승압 변압기(261), 감압 변압기(266), 배전반(230)의 하위 배전반으로서 제1 하위 배전반(270), 및 제2 하위 배전반(280)을 포함할 수 있다.
상기 승압 변압기(261)는 스위칭부(240)와 배전반(230) 사이에 배치되며, 배전반(230)의 저압 전력(예컨대, 440V 전력)을 수신하여 고압 전력(예컨대, 6.6kV 전력)을 출력하도록 구성된다. 상기 승압 변압기(261)의 고압 전력은 제1 하위 배전반(270) 및 스위칭부(240)의 스위칭 경로를 통해 쓰러스터 모터(152) 또는 서비스부하부(250)로 전달된다.
쓰러스터 모터(152)가 운전하지 않는 경우 (예컨대, 선박의 일반 항해 시간 동안), 상기 스위칭부(240)는 발전부(210)의 전력이 배전반(230) 및 제1 하위 배전반(270)을 통해 서비스부하부(250)로 전달되도록 스위칭된다. 상기 스위칭부(240)에서 출력된 고압 전력은 감압 변압기(266)을 통해 저압이 적용된 제2 하위 배전반(280)로 전달되어 쓰러스터 모터(152) 이외의 부하에 전달된다.
쓰러스터 모터(152)가 운전하는 경우 (예컨대, 선박의 입항 또는 출항 시 대략 30분), 상기 스위칭부(240)는 고정 RPM을 갖는 발전부(210)의 전력이 배전반(230) 및 제1 하위 배전반(270)을 통해 쓰러스터 모터(152)로 전달되도록 스위칭된다.
이러한 스위칭 구조로 인해, 쓰러스터 모터(152)가 서비스부하 전력 계통(200)에 추가 연계되어도, 서비스부하 전력 계통(200)의 발전 용량이 추가 증가하지 않는다.
더욱이, 서비스부하부(250)가 서비스부하로 냉동 컨테이너를 포함할 경우, 쓰러스터 모터(152)로의 스위칭에 의한 냉동 컨테이너로의 전력 공급 중단은 냉동 컨테이너의 기능에 영향을 미치지 않는다. 일반적으로 냉동 컨테이너는 대략 30 내지 40분 정도 전력 공급을 받지 않아도 일정 온도를 유지하기 때문이다.
또한, 상기 전력 공급 시스템(1)은 선수부에 위치한 쓰러스터 모터(152) 및 다른 부하(예컨대, 냉동 컨테이너)에 대한 전력 공급에 있어서도, 도 9 및 도 10을 참조하여 서술된, 상기 승압 변압기(261) 등을 이용한 케이블 절감 효과를 얻을 수 있다.
상기 쓰러스터 모터(152)가 복수인 경우, 상기 서비스부하 전력 계통(200)은 각 쓰러스터 모터(152)로 전력을 공급하기 위한 복수의 경로로 구성될 수 있다.
예를 들어, 도 11에 도시된 바와 같이, 서비스부하 전력 계통(200)에 쓰러스터 모터(152A, 152B)가 연계된 경우, 쓰러스터 모터(152A)를 위한 경로 및 쓰러스터 모터(153A)를 위한 경로로 구성되며, 복수의 쓰러스터 모터(152A, 152B)로의 효율적인 전력 공급을 위한 복수의 승압 변압기(261A, 261B)를 포함할 수 있다. 그리고 복수의 승압 변압기(261A, 261B)의 고압 전력을 저압 전력으로 변환하는 복수의 감압 변압기(266A, 266B)를 포함할 수 있다.
도 12는, 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른, 분리된 전력 계통을 포함하는 선박용 전력 공급 시스템의 개략적인 시스템 구조도이다.
도 12는, 본 발명의 제1 측면에 따른 다른 실시예에 있어서, 분리된 전력 계통을 포함하는 선박용 전력 공급 시스템의 개략적인 시스템 구조도이다.
일 실시예에서, 쓰러스터 모터(152)가 필수부하 전력 계통(100) 이외의 전력 계통(예컨대, 서비스부하 전력 계통(200))에 연계된 전력 공급 시스템(1)에서, 서비스부하 전력 계통(200)은 가변 RPM 발전기를 이용하여 상기 쓰러스터 모터(152) 또는 서비스부하(250)에 전력을 공급한다.
도 12를 참조하면, 발전부(210)는 가변 RPM 발전기(211)를 포함한다. 그리고 서비스부하 전력 계통(200)은 가변 RPM 발전기(211)와 배전반(230)의 주파수 매칭을 위해 전력 변환기(220)를 포함할 수 있다. 이 경우, 발전기(211)의 운전 속도를 제어하여 발전 효율을 증가시킬 수 있다.
도 11 및 도 12에 도시된 바와 같이, 전력 공급 시스템(1)은 쓰러스터 모터(152)를 필수부하 전력 계통(100) 이외의 전력 계통에 연계하면서, 서비스부하 전력계통 내 부하단의 특성에 맞게 고정 RPM 또는 가변 RPM 발전기로 구성할 수 있다.
한편, 상기 도 11 및 도 12를 참조하여 서술된 전력 공급 시스템(1)은 다양한 형태로 변형되어 구현될 수 있다.
일 실시예에서, 도 8과 유사하게, 서비스부하 전력 계통(200)은 배전반(230)에서 서비스부하(250)까지 저압 배전이 되도록 구성된다. 또한, 서비스부하 전력 계통(200)은 쓰러스터 모터(152)가 배전반(230)으로부터 승압 변압기(261) 및/또는 스타터 패널(Starter Panel, S/T)을 통해 전력을 수신하도록 구성된다.
다른 일 실시예에서, 서비스부하 전력 계통(200)은, 쓰러스터 모터(152)로의 전력 공급을 위해 배전반(230)과 쓰러스터 모터(152) 사이에 승압 변압기(261) 및/또는 스타터 패널이 배치되고, 서비스부하부(250)로의 전력 공급을 위해 배전반(230)과 서비스부하부(250) 사이에 상기 승압 변압기(261)와 별개의 승압 변압기(미도시) 및 감압 변압기(266)가 배치되도록 구성될 수 있다.
추가적으로, 전력 공급 시스템(1)은 시간대(또는 운전 모드)에 따라 발전기의 운전을 제어하고, 부하부에 공급되는 전력 공급량을 조절할 수 있다. 예를 들어, 전력 계통(100)의 필수부하부(150)가 두 개의 발전기(111, 112)의 발전 용량을 필요로 하지 않는 경우, 선박용 전력 공급 시스템(1)은 적어도 하나의 발전기(예컨대, 발전기(111))를 대기 발전기로 설정하여 운전을 중지하고, 필요한 경우에 대기 발전기를 이용하여 필수부하부(150)로의 전력 공급 및 그외 목적으로 사용할 수 있다.
위에서 서술한 바와 같이, 필수부하 전력 계통(100)과 서비스부하 전력 계통(200)으로 분리된 전력 공급 시스템(1)을 갖는 선박은 필수부하와 서비스부하가 단일 전력 계통으로 구성된 종래의 선박과 달리 저압 배전이 가능하여, 고가의 고압용 차단 설비가 요구되지 않는다. 또한, 발전 효율의 저하 문제 또는 선내 공간의 활용도 저하 문제를 개선할 수 있다. 위에서는 컨테이너 선을 중심으로 시스템 구성 및 효과를 서술하였으나, 본 발명의 실시예들이 컨테이너 선에 대하여 제한되지 않는 것이 통상의 기술자에게 명백하다.
이하, 컨테이너 선 이외의 다른 유형의 선박으로서, LNG 운반선 및 LPG 운반선을 참조하여 본 발명의 다른 측면들에 대해서 보다 상세하게 서술한다.
우선 LNG 운반선에 대한 본 발명의 실시예들에 관하여 아래에서 살펴본다.
LNG는 일반적으로 극저온(예컨대, -160°C)의 액체상태로 특수 제작된 화물탱크(Cargo Tank)에 저장되어 해상 운송된다. 일반 항해 도중에 상기 화물탱크의 온도, 압력을 제어하지 않고는 LNG를 해상 수송하는 것이 불가능하다.
따라서, LNG 운반선은 선박을 운행하기 위해 추진되도록 구성됨과 동시에, LNG를 안전하게 해상 수송하도록 구성된다.
LNG 운반선 내 전력 부하는 운항과 연관된 필수부하(예, Essential load - Fuel oil supply pump, Fuel valve cooling pump등)와 운항과 연관되지 않는 서비스부하(예, Service Load)를 포함할 수 있다.
LNG 운반선 내 필수부하는 쓰러스터 모터(Thruster Motor), 추진 모터(Propulsion Motor), 냉각 펌프(Cooling Sea Water Pump) 및 윤활유 펌프(L.O Pump) 등 추진 및 항해를 위한 전기 모터이다. LNG 운반선 내 서비스부하는 LNG 운반선의 파이프라인 및 화물탱크의 외부 온도에 따라 냉각, 압축 공정 시스템이 동작하도록 구성된 LNG 보관용 부하, 및 LNG로부터 발생한 BOG(Boil-Off Gas)를 연료로 사용하기 위한 LNG 연료용 부하를 포함한다.
이러한 LNG 운반선의 필수부하와 서비스부하는 운전 시 일정한 전력을 소모하는 연속부하와, 운전 특성에 따라 전력 소모량이 변화하는 가변부하를 포함할 수 있다. 통상적으로 LNG 운반선은 교류 계통의 전력 공급 시스템이 적용되어 있으며 연속부하와 가변부하가 혼재되어 단일 전력 계통에 연계되어 있다.
종래의 경우, 추진을 위한 필수부하와 LNG 보관용 부하 및 LNG 연료용 부하와 같은 서비스부하가 단일 계통으로 구성되어 있어, 시스템 전체의 전력용량이 매우 크다.
따라서, 특정 규모 이상의 전력계통이 적용되는 LNG 운반선의 경우 저압 계통의 고전류로 인한 케이블 물량, 계통 용량 한계를 해소하기 위하여 부득이 고압으로 전력을 생성하여 이를 저압으로 변압하여 부하에 전력을 공급하는 전력 공급 시스템을 가진다. 즉, 종래의 LNG 운반선은, 종래의 컨테이너 선의 경우와 유사하게, 고압 배전을 전력 공급을 수행하는 전력 공급 시스템을 갖게 된다.
도 13은, 종래의 다른 일 실시예에 따른, 필수부하, 서비스부하가 혼재되어 단일 계통으로 구성된 LNG 운반선용 전력 공급 시스템의 시스템 구조도를 도시한 도면이다.
도 13을 참조하면, 단일 전력 계통 내에 필수부하, 서비스부하가 혼재되어 있는 종래의 LNG 운반선용 전력 공급 시스템은 고압 발전부(10); 고압 배전반(21); 고압 배전반(21)의 고압 전기 신호를 감압하는 변압기(31, 32, 33, 34); 저압 배전반(41, 42, 43); 연속부하 및 가변부하가 혼재되어 있는 부하부(50)를 포함한다.
도 13과 같이, 단일 계통 LNG 운반선용 전력 공급 시스템을 LNG 운반선에 적용 시 계통 규모가 일정 크기 이상일 경우, 부하의 정격전압이 저압일지라도 주 배전은 고압 배전을 적용하고 부하가 연계되어 있는 하위 계통으로 분기될 때 고압을 저압으로 감압하는 감압 변압기(31, 32, 33, 34)를 통해 전력을 공급한다.
도 13의 배전반(20)에는 6.6kV 고압이 적용되어 있으면, 부하까지 전력 공급 과정은 다음과 같다: 6.6kV 발전기 -> 6.6kV 고압 주배전반(high voltage main switchboard) -> 6.6kV/440V 변압기 -> 440V 이하의 저압 하위배전반(low voltage sub-switchboard). 즉, 도 13의 LNG 운반선용 전력 공급 시스템은 고압으로 전력을 생성하고, 이를 저압으로 감압하여 부하에 전력을 공급한다.
도 14는, 도 13의 LNG 운반선용 전력 공급 시스템을 갖는 종래의 LNG 운반선의 내부 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 14를 참조하면, LNG 운반선(1000)은 엔진 룸(1030)을 포함한다. 엔진 룸(1030) 내부는 발전기 등과 같은 다양한 엔진 설비, 및 엔진 설비에 연결된 기타 설비들을 포함하며, 엔진을 제어하는 ECR(Engine control Room) 및/또는 배전반이 배치되는 공간인 ECR-배전반 실(1005), 그리고 감압 변압기(31, 32, 33, 34)가 배치되는 공간인 변압기 실(transformer room)(1007)을 포함한다.
전술한 바와 같이, 고압 배전이 일부 적용된 도 13의 전력 계통은 부하에 전력을 공급하기 위하여 대용량의 감압 변압기(31, 32, 33, 34)가 요구된다. 대용량 부하를 갖는 LNG 운반선에서 고압 배전이 수행되기 때문에, 감압 변압기(31, 32, 33, 34)가 배치되는 변압기 실(1007)의 크기는 상당하다.
결국, 다수의 감압 변압기(도 13의 31, 32, 33, 34)가 차지하는 공간만큼 선내의 활용 가능한 공간이 줄어들게 된다.
또한, 도 13의 전력 공급 시스템은 단일 전력 계통으로 구성되어 있어 발전 효율 측면에서도 낮은 성능을 가진다.
LNG 운반선에 적용되는 발전기는 통상적으로 고정 RPM 발전기이다. 상기 고정 RPM 발전기는 부하율이 대략 75 내지 85% 사이의 값인 경우에 맞추어 발전할 경우, 높은 연료 효율을 가진다.
한편, 발전부(10)에 포함된 고정 RPM 발전기의 발전 용량은 연속부하, 가변부하의 최대부하전력을 기반으로 산정된다. LNG 운반선의 필수부하는 대부분 연속부하이므로, 필수부하의 부하율의 변동이 크지 않다.
반면, 선박의 추진과 관련 없이 LNG Tank Operation, LNG Fuel Supply와 관련된 동작을 수행하는, LNG 운반선의 서비스부하 대부분은 시간에 따라 부하율이 변동되는 가변부하에 해당된다.
예를 들어, LNG 운반선은 화물 파트(Cargo part) 부하를 서비스부하로 포함할 수 있다. 도 13의 시스템이 적용된 LNG 운반선에서 화물 파트(Cargo part) 전체의 부하 용량은 대략 5.5MW이며, 운전모드별(operation mode)로 대략 30 내지 100 사이의 급격한 부하율(load factor)을 가진다.
따라서, 고정 RPM 발전기가 적용된 도 13의 전력 공급 시스템은 서비스부하와 필수부하가 단일 계통에 혼재되어 있어, 중부하 또는 저부하 구간에서 전력 공급 시스템의 발전 효율이 저하되는 문제가 있다.
결국, 종래의 LNG 운반선 또한 발전 효율 저하 문제 또는 선내 공간 활용도의 저하 문제를 가진다.
도 15는, 본 발명의 제2 측면에 따른 일 실시예에 있어서, 분리된 전력 계통을 포함하는 LNG 운반선용 전력 공급 시스템의 개략적인 시스템 구조도이다.
도 15를 참조하면, LNG 운반선용 전력 공급 시스템(1)은 하나 이상의 전력 계통(100, 200 등)을 포함한다. 전력 계통(100)은 발전부(110), 주배전반을 포함한 배전반(130) 및 필수부하를 포함한 필수부하부(150)를 포함한다. 전력 계통(200)은 발전부(210), 주배전반을 포함한 배전반(230) 및 서비스부하를 포함한 서비스부하부(250)를 포함한다.
또한, 상기 LNG 운반선용 전력 공급 시스템(1)은 전력 계통의 상태를 모니터링하고 전력 공급을 제어하는 제어부(미도시)를 더 포함할 수 있다. 상기 제어부는 전력관리시스템(PMS; Power Management System), 에너지관리시스템(EMS: Energy Management System), 에너지 전력 관리 시스템(EPMS: Energy Power Management System) 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
이하, 설명의 명료성을 위해 LNG 운반선용 전력 공급 시스템(1)은 2개의 전력 계통(100, 200)을 포함하는 것으로 서술되나, 이에 제한되는 것으로 해석되진 않는다. 또한, 경우에 따라 2개의 구성요소에 대한 상세한 설명은 1개의 구성요소에 대한 상세한 설명으로 대표하여 서술된다.
도 15에 도시된 바와 같이, LNG 운반선용 전력 공급 시스템(1)은 필수부하와 서비스부하 별로 전력 계통이 각각 분리된 상태로 구성된다.
발전부(110)는 배전반(130)를 통해 필수부하부(150)로 전력을 공급하여 필수부하부(150)의 부하가 전력을 소모하고 구동하게 한다.
발전부(110)는 교류 전기 신호를 출력하며, 복수의 발전기(예컨대, 도 15의 발전기(111, 112)를 포함한다. 발전기(111, 112)의 발전 유형 및 발전 용량은 부하에 의존한다. 예를 들어, LNG 운반선의 운용을 위한 모터 부하가 정출력 부하인 경우, 교류 발전기가 사용될 수 있다. 또한, 발전기의 수용율이 85%이고, 부하 용량이 1MW인 경우, 발전기의 발전 용량은 약 1.2MW일 수 있다.
발전부(110)에 포함된 발전기 하나의 용량은 일반항해 모드에서 필수부하부(150)에 전력을 공급하게 충분한 용량을 가진다. 이 경우, 상기 복수의 발전기(111, 112) 중 적어도 하나는 대기 발전기로 지정되며, 상기 대기 발전기는 일반 항해 시에는 동작하지 않도록 설정된다.
일 실시예에서, 필수부하 전력 계통(100)에서 동작 중인 발전기(예컨대, 111)의 사고가 발생한 경우, 상기 전력 공급 시스템(1)은 상기 필수부하 전력 계통(100)에 포함된 대기 발전기(예컨대, 112)로부터 필수부하부(150)로 전력이 공급되도록 구성된다.
일 실시예에서, 필수부하 전력 계통(100)의 대기 발전기는 서비스부하 전력 계통(200)의 서비스부하에 전력을 공급하기 위해 동작할 수 있다. 이에 대해서는 아래의 도 19 및 도 20을 참조하여 보다 상세하게 서술한다.
발전기(111, 112)는 디젤발전기, 복합연료발전기, 가스연료발전기, 가스터빈 등이 포함할 수 있으나 이에 제한되지는 않는다. 또한, 발전부(110)는 상황에 따른 전력 공급 제어를 위해 하나 이상의 스위치, 및/또는 단로기를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 15에 도시된 바와 같이, LNG 운반선용 전력 공급 시스템(1)은 두 개의 발전기(111, 112)를 포함한 경우, 두 개의 스위치를 더 포함할 수 있다.
배전반(130)에서는 교류(AC)로 전력 공급이 실시된다. 일 실시예에서, 배전반(130)은 전력 계통(100)의 주배전반을 포함할 수 있다. 상기 주배전반은 버스 케이블로 구성되며, 이 경우 버스 케이블은 메인 버스로 지칭될 수 있다.
또한, 일부 실시예에서, 배전반(130)은 복수의 버스케이블을 포함할 수도 있다. 예를 들어, 배전반(130)은 발전기(111)에 전기적으로 연결된 메인버스(131), 발전기(112)에 전기적으로 연결된 메인버스(132)와 같이, 복수의 버스케이블을 포함할 수 있다. 이 경우, 배전반(130)은 복수의 메인버스(131, 132)를 평소에는 전기적으로 연결하나, 비상 및/또는 사고 시 전기적 연결이 차단되는 버스 연결 차단기(bus tie breaker)(133)를 더 포함할 수 있다.
배전반(130)에는 저압이 적용될 수 있어, 전력 계통(100)은 저압 배전이 가능하다. 예를 들어, 도 15의 메인버스(131) 및 메인버스(132)에 440V의 저압이 적용되어 전력을 부하로 공급할 수 있다.
전력 계통(100)의 구성요소는 상호작용하도록 전기적으로 연결될 수 있다. 예를 들어, LNG 운반선용 전력 공급 시스템(1)은 발전부(110)로부터 배전반(130)를 통해 필수부하부(150)까지를 전기적으로 연결하는 전력 공급선을 사용하여 필수부하에 전력을 공급할 수 있다.
전력 계통(100)의 필수부하부(150)는 선박 운항을 위해 필수적으로 동작이 요구되는 필수부하(Essential load)를 포함한다. 상기 필수부하(Essential load)는 선박 규정이 정의하는 필수부하(Essential load) 및 선박 운항을 위해 필수적으로 동작이 요구되나, 선박 규정 상 필수부하(Essential load)에는 포함되지 않는 준-필수부하(secondary essential load)(예컨대, 중요부하(important load))를 포함한다.
LNG 운반선의 운용을 위해 사용되는 필수부하는, 예를 들어, 추진 모터, 발라스트 펌프, 윤활유 펌프, 엔진 연료공급 펌프, 냉각펌프, 워터 스프레이 펌프(water spray pump) 등을 포함할 수 있으나, 이에 제한되진 않는다. 필수부하부(150)에 포함된 필수부하의 대부분은 부하율이 거의 변하지 않는 연속부하에 해당된다.
일부 실시예에서, 필수부하부(150)는 가변주파수제어(VFD, Variable Frequency Drive) 기반 부하를 더 포함할 수도 있다. 가변주파수제어 기반 부하는 냉각 시스템((Central Cooling System)과 같이, 운항 특성에 맞게 부하단의 전력소모를 최적화하는 필수부하이다. 예를 들어, VFD 부하는 냉각수의 온도를 제어 가능하도록 구성된 냉각 펌프 등과 같은 온도, 압력 등을 제어하도록 구성된 필수부하를 포함한다.
전술한 바와 같이, 배전반(130)은 저압 배전이 실시되도록 구성된다. 따라서, 도 15에 도시된 바와 같이, 적어도 일부 필수부하는 별도의 변압기가 필요 없이 전기적으로 연결되어 전력을 공급받을 수 있다.
또한, 필수부하부(150)는 배전반(130)의 전압과 동일하거나, 보다 낮은 전압으로 전력을 공급하는 한 개 이상의 하위 배전반을 포함할 수 있다. 이 경우, 필수부하부(150)는 배전반(130)과 하위 배전반 사이에 배치되어 전압을 감압하는 변압기(155)를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같이, 필수부하부(150)는 (예컨대, 450V가 적용된) 배전반(130)과 (예컨대, 220V가 적용된) 하위 배전반 사이에 변압기(155A, 155B, 155C, 155D)를 포함할 수 있다.
상기 변압기(155)는 저압을 더 낮은 전압(예컨대, 220V)으로 감압하는 변압기로서, 고압을 저압으로 감압하는 도 13의 감압 변압기(31, 32, 33, 34)와 비교하여 소형화된 변압 사양을 가진다.
또한, 전력 계통(100)은 블랙 아웃과 같은 비상 상황시 전력을 공급하는 비상 발전기 및, 이 때 동작하는 부하를 포함한 비상 배전반을 더 포함할 수도 있다. 상기 비상 배전반은 쇼어 파워(shore power), 비상용 부하 등을 포함할 수 있다.
전력 계통(200)의 구성요소 및 동작은 전력 계통(100)의 구성요소 및 동작과 상당부분 유사하므로, 차이점을 위주로 설명한다.
반면, 전력 계통(200)의 서비스부하부(250)는 LNG 운반선의 운항 이외에 부가적으로 사용되는 서비스 부하를 포함한다. 또한, 가변부하부(250)는 배전반(230) 보다 낮은 전압으로 전력을 공급하는 한 개 이상의 하위 배전반(미도시)을 더 포함할 수도 있다.
서비스부하부(250)는 LNG를 보관하는데 사용되는 LNG 보관용 부하, LNG로부터 발생한 및 LNG 운반선의 탑승자의 편의를 위해 사용되는 사용자 편의용 부하 등을 포함한다.
LNG는 가연성 물질로서, LNG 운반선은 LNG를 쉽게 선적 또는 하역하기 위해 화물탱크 또는 파이프라인의 온도, 압력을 제어해야 한다. 또한, LNG를 해상으로 안전하게 수송하기 위해 일반 항해 시에도 화물 탱크의 온도, 압력을 지속적으로 제어해야 한다.
따라서, LNG 운반선에 LNG를 선적, 하역, 저장하기 위해 동작하는 부하, 그리고 운항 도중에 저장된 LNG의 관리(예컨대, LNG 냉각, 압축 등)을 위해 동작하는 부하를 포함한 LNG 보관용 부하는 가변부하에 해당된다.
또한, 서비스부하부(250)는 BOG(Boil-Off Gas)를 연료로 사용하기 위한 LNG 연료용 부하를 포함할 수 있다.
LNG 운반선은 환경 규제로 인해 이중연료엔진(Dual Fuel Engine) 시스템이 설치되어 운용된다. 상기 이중연료엔진 시스템은 LNG 연료용 부하 중 적어도 일부를 Gas Mode 또는 HFO Mode로 제어할 수 있다. 여기서, Gas Mode는 화물탱크 내 자연 발생하는 BOG, 및 강제 기화시킨 BOG를 LNG 운반선의 연료로 사용하는 모드이고, HFO Mode는 고유황 연료유, 벙커유와 같은, HFO(Heavy Fuel Oil)를 LNG 운반선의 연료로 사용하는 모드이다.
따라서, 이러한 BOG를 연료로 사용하기 위한 LNG 연료용 부하 또한 가변부하에 해당된다. 이로 인해, 서비스부하의 대부분은 부하율이 변동하는 가변부하에 해당된다.
상기 LNG 보관용 부하는, 예를 들어, HD 컴프레서(High duty compressor), 카고 펌프, 카고 보조 기기(Cargo Auxiliary Machine) 등을 포함하나, 이에 제한되진 않는다.
상기 LNG 연료용 부하는, 예를 들어, LD 컴프레서(Low duty compressor), 기화기(Vaporizer) 등을 포함하나, 이에 제한되지 않는다.
또한, 가변부하부(250)는 배전반(230) 보다 낮은 전압으로 전력을 공급하는 한 개 이상의 하위 배전반(미도시)을 더 포함할 수도 있다.
일부 실시예에서, 도 15에 도시된 바와 같이, 필수부하부(150) 또는 서비스부하부(250)의 적어도 일부 전력부하는 부하의 동작 시 수신하는 전력량을 제어하는 구성요소(예컨대, 스타터 패널(Starter Panel, S/T)를 포함할 수 있다.
또한, LNG 운반선용 전력 공급 시스템(1)의 분리된 각 전력 계통(100, 200)은 독립적인 계통 구성을 가짐으로써, 각 계통의 안정성도 높아지게 된다. 기존의 경우 서비스부하단에 계통사고가 발생하게 되면 단일 계통으로 구성되어 있어 필수부하에도 영향을 미치게 된다. 계통을 분리 구성하게 되는 경우 서비스부하 단의 사고 발생 시 해당 계통 사고는 서비스부하용 전력계통 내에서만 확산되므로 필수부하용 전력계통에는 영향을 미치지 않게 된다. 마찬가지로 계통 분리 시 필수부하 단의 사고 시에도 해당 사고가 서비스부하단으로 확산되지 않는다.
또한, 개별 전력 계통의 규모가 단일 전력 계통 대비 축소된다. 예를 들어, 14MW의 전력 용량을 갖는 단일 전력 계통을 필수부하 전력 계통(100)은 9MW, 서비스부하 전력 계통(200)은 5MW 규모로 도 15과 같이 분리된 경우, 개별 전력 계통의 규모는 14MW에서 9MW로, 14MW에서 5MW로 각각 축소된다.
그리고, 6.6kV 이상의 고압 대신 저압(예컨대, 440V)이 적용된 주배전반을 통해 전력 공급이 가능하다. 이로 인해, 도 13의 대용량의 감압 변압기(31, 32, 33, 34)를 더 이상 요구하지 않는다. 따라서, CAPEX(Capital expenditures) 측면에서 원가 절감 효과를 얻을 수 있다.
더욱이, 대용량의 감압 변압기(31, 32, 33, 34)가 요구되지 않아, 도 2에 도시된 변압기 실(1007)의 기존의 감압 변압기(31, 32, 33, 34)가 차지했던 공간을 보다 효율적으로 활용할 수 있다. 예를 들어, 도 15의 전력 공급 시스템(1)이 LNG 운반선에 적용될 경우, 변압기 실(1007)의 공간을 다수의 감압 변압기의 배치를 위한 용도 대신에 (예컨대, 화물선적 등) 다른 용도로 활용할 수 있다.
나아가, 전력 계통(100, 200)은 계통의 분리로 인해, 설계 목적에 따라 다양하거나 상이하게 구성될 수 있다.
일 실시예에서, 각 전력 계통(100, 200)은 주로 포함된 부하 특성에 최적화된 유형의 발전기를 구성 및 운영하도록 구성된다. 예를 들어, 필수부하 전력 계통(100)은 고정 RPM 발전기를 포함하고, 서비스부하 전력 계통(200)은 가변 RPM 발전기를 포함할 수 있다.
도 16은, 본 발명의 제2 측면에 따른 일 실시예에 있어서, 서비스부하 전력 계통은 가변 RPM 발전기를 갖도록 구성된 LNG 운반선용 전력 공급 시스템의 개략적인 시스템 구조도이다.
상기 도 16의 전력 공급 시스템(1)은 도 15의 전력 공급 시스템(1)과 유사하므로, 차이점을 위주로 설명한다.
도 16을 참조하면, 필수부하 전력 계통의 발전기(111, 112)는 고정 RPM 발전기, 서비스부하 전력 계통(200)의 발전기(211, 212)는 가변 RPM 발전기다. 연속부하의 경우 정출력 특성으로 인하여 부하변동이 없으므로, 부하율의 변화가 거의 없는 반면, 가변부하는 부하율이 변하는 것이 특징이다.
필수부하 전력 계통(100)의 부하 대부분은 부하율이 변하지 않는 연속부하에 해당하므로, 최적 효율구간(즉, 75 내지 85%의 부하율 범위)에서 동작하도록 고정 RPM 발전기를 운전한다.
도 1에 도시된 종래의 단일 계통 기반 전력 공급 시스템에서는 LNG 운반선의 전력부하가 단일 계통에 혼재되어 있어, 가변부하로 인하여 전체 시스템의 부하율이 낮은 부하 구간이 발생하게 된다. 이로 인해, 고정 RPM 발전의 발전 효율이 저하된다.
반면, 도 16의 전력 공급 시스템(1)은 LNG 운반선의 대부분 가변부하가 전력 계통(100)로부터 분리되어 있어 서비스부하 전력 계통(200)의 가변 부하에 의한 부하율 변화가 필수부하 전력 계통(100)의 필수부하에 영향을 미치지 않는다.
따라서, 필수부하 전력 계통(100)에 고정 RPM 발전기를 적용하여도, 중부하 또는 저부하 구간에서 높은 발전효율을 가진다.
반면, 전술한 바와 같이, 서비스부하 전력 계통(200)의 부하 대부분은 부하율이 변하는 가변부하이다.
따라서, 도 15의 전력 공급 시스템(1)의 서비스부하 전력 계통(200)은 전력 계통(200)의 부하율 변동에 맞추어 가변속 운전이 가능한 가변 RPM 발전기를 운전하도록 구성된다.
이러한 가변 RPM 발전기를 포함한 서비스부하 전력 계통(200)에 있어서, 부하 구간별로 최적의 발전 효율을 가지는 RPM으로 가변 RPM 발전기의 회전 속도를 제어할 경우, 단일 계통 내에 연속부하, 가변부하가 혼재된 경우에 비해, 가변 부하에 전력을 공급하는 발전기의 연료 효율을 향상시킬 수 있다.
도 17는 전력 계통 내 부하단의 부하율과 상기 부하단에 전력을 발전기의 연료 소모량 간의 관계를 도시한 도면이다.
전술한 바와 같이 종래의 단일 전력 계통에서는 고정 RPM 발전기를 이용하여 가변 부하(예컨대, LNG 보관용 부하)에 전력을 공급하였다. 화물 파트 전체의 서비스부하는 30 내지 100% 수준의 평균 부하율을 가진다.
이와 같이 중부하 또는 저부하로 변동하는 LNG 운반선의 서비스부하 전체에 종래와 같이 고정 RPM 발전기를 이용하여 전력을 공급할 경우, 부하율이 낮은 중부하 또는 저부하 구간에서는 낮은 발전 효율을 가진다.
반면, 본 발명의 일 실시예와 같이 가변 RPM 발전기를 이용하여 부하율이 변동하는 서비스부하에 전력을 공급할 경우, 도 13의 전력 공급 시스템과 비교하여, 부하율이 낮은 저부하 구간에서 발전 효율이 향상된다.
도 17을 참조하면, 도 13의 전력 공급 시스템은 저부하 구간의 예시로서 45%의 부하율에서 P F에 해당하는 연료 효율을 가진다. 반면, 도 16의 전력 공급 시스템(1)은 P V에 해당하는 연료 효율을 가진다. P F와 P V의 비교 시, 도 16의 전력 공급 시스템(1)이 1kwh의 전력을 발전하는데 보다 적은 연료 량을 소모하는 것을 나타낸다. 결국, 도 16의 전력 공급 시스템(1)은 LNG 운반선의 서비스부하를 위한 동일 전력을 발전하는데 있어 도 13의 전력 공급 시스템에 비해 대략 8%의 연료 소모율의 개선 결과를 갖는 것으로 산출된다.
상기 8%는 단순한 예시로서, 서비스부하가 시간 대 별로 부하율이 변동하는 부하 구간을 갖도록 구성되는 경우, 부하 구간에 대응하는, 최적의 발전 효율을 가지는 RPM으로 발전기 회전 속도를 제어함으로써 발전 효율을 더 개선할 수 있다.
LNG 운반선 부하에 있어서, 저부하 구간(L1)은 부하율이 10~40%인 구간으로서 대략 285~210g/kwh의 연료 소모량을 가진다. 중부하 구간(L2)은 부하율이 40~60%인 구간으로서, 대략 210~194g/kwh의 연료 소모량을 가진다. 고부하 구간(L3)은 부하율이 80~100%인 구간으로서, 대략 185~190g/kwh의 연료 소모량을 가진다. 도 15의 전력 공급 시스템(1)은 고부하 구간(L3)에서 연료 소모가 도 13의 전력 공급 시스템과 거의 유사하다. 그러나, 저부하 구간(L1)에서는 도 13 대비 kwh 당 연료 소모율이 대략 6~10% 개선되고, 중부하 구간(L2)에서는 도 13 대비 kwh 당 연료 소모율이 대략 10~35% 개선된다.
이와 같이, 도 16의 서비스 전력 계통(200)의 가변 RPM 발전기는 각 부하 구간의 부하율에 기초하여 RPM을 제어함으로써, 발전부(210)의 발전 효율을 개선할 수 있다.
한편, 상기 서비스부하 전력 계통(200)이 교류 배전을 하는 경우, 배전반(230)은 특정 주파수(예컨대, 50Hz 또는 60Hz)를 갖도록 구성될 수 있다. 이 경우, 발전부(210)는 각 부하 구간의 부하율에 기초하여 교류 전력을 발전하고, 상기 배전반(230)의 주파수에 매칭하는 주파수(예컨대, 50Hz, 또는 60Hz)를 갖는 교류(AC) 전기 신호를 출력하도록 구성된다.
일 실시예에서, 발전부(210)는 발전기(211) 및 배전반(230) 사이에 위치한 교류(AC)/교류(AC) 컨버터(214)를 포함한다. 상기 교류(AC)/교류(AC) 컨버터(214)는 가변 RPM 발전기에서 발전된 교류(AC) 전기 신호의 주파수를 배전반(230)의 특정 주파수(예컨대, 50Hz 또는 60Hz)로 변환하도록 구성된다.
그 결과, 각 부하 구간의 부하율에 기초한 가변 RPM 발전기(211)의 RPM 변화가 있어도, 발전부(210)는 배전반(230)의 특정 주파수를 갖는 교류(AC) 전기 신호를 출력할 수 있다.
또한, 상기 LNG 운반선용 전력 공급 시스템(1)은 저압 배전이 가능하기 때문에, 각각의 전력 계통(100, 200) 내 배전 방식을 저압 직류(DC) 배전 및/또는 저압 교류(AC) 배전이 가능하도록 구성할 수 있다.
도 18은, 본 발명의 제2 측면에 따른 일 실시예에 있어서, 필수부하 전력 계통은 고정 RPM 발전기를 갖고 교류 배전을 수행하도록 구성되고, 서비스부하 전력 계통은 가변 RPM 발전기를 갖고 부분적으로 직류 배전을 수행하도록 구성된 LNG 운반선용 전력 공급 시스템의 개략적인 시스템 구조도이다.
상기 도 18의 전력 공급 시스템(1)은 도 16의 전력 공급 시스템(1)과 유사하므로, 차이점을 위주로 설명한다.
도 18을 참조하면, 서비스부하 전력 계통(200)은 부분적으로 직류 배전이 가능하도록 더 구성된다. 상기 전력 공급 시스템(1)에서 발전기(111, 112)는 고정 RPM 발전기이고, 발전기(211, 212)는 가변 RPM 발전기이다.
일 실시예에서, 발전부(210)는 교류(AC) 전기 신호를 수신하여 직류(DC) 전기 신호로 변환하는 교류(AC)/직류(DC) 컨버터(216)를 더 포함하고, 상기 제2 부하부는 직류(DC) 전기 신호를 수신하여 교류(AC) 전기 신호로 변환하는 직류(DC)/교류(AC) 인버터(226)를 더 포함할 수 있다.
이와 같이 직류 배전이 수행되는 경우, 주파수 및 위상 동기화, 무효 전력으로 인한 전력 손실을 방지할 수 있다.
또한, 도 18에 도시된 바와 같이, 전력 계통(200)은 발전부(210)와 배전반(230) 사이에 직류(DC) 메인버스(221)를 포함한 직류(DC) 배전반(220)을 더 포함할 수 있다. 상기 직류(DC) 배전반(220)를 이용하면 운반선 내에 배치된 복수의 서비스부하에 효율적으로 전력을 공급할 수 있다. 이 경우, 전력 계통(200은 배전반(220)과 배전반(230) 각각의 서비스부하 사이를 전기적으로 연결하는 복수의 직류(DC)/교류(AC) 인버터(226A 내지 226B)를 포함할 수 있다.
교류(AC)/직류(DC) 컨버터(216)와 직류(DC)/교류(AC) 인버터(226)에 의해, 전력 계통(200)에서는 발전부(210)와 배전반(230) 사이의 부분에서 직류 배전이 가능하다 .
이와 같이, 전력 공급 시스템(1)은, 필수부하 전력 계통은 고정 RPM 발전기 기반 교류배전, 서비스 부하 전력 계통은 가변 RPM 발전기 기반 직류 또는 교류배전으로 구성될 수 있다.
또한, 전력 공급 시스템(1)은 각 전력 계통(100, 200)의 배전을 위한 전압을 서로 상이하게 구성할 수 있다.
일 실시예에서, 전력 공급 시스템(1)은 필수부하 전력 계통(100)에서는 배전반(130)을 통해 저압 배전을 수행하고, 서비스부하 전력 계통(200)에서는 배전반(230)를 통해 고압 배전을 수행하도록 구성된다. 여기서, 필수부하 전력 계통(100)의 저압 배전은 고정 RPM 발전기를 이용하여 수행되고, 서비스부하 전력 계통(200)의 고압 배전은 가변 RPM 발전기를 이용하여 수행될 수 있다. 이 경우, 서비스부하 전력 계통(200)의 발전부(210)는 고압(예컨대, 6.6kV) 전기 신호를 배전반(230)으로 출력하도록 구성된다.
추가적으로, 전력 계통(100, 200)은 부품 공급 측면에서 효율적이도록 구성될 수 있다.
일 실시예에서, 서비스부하 전력 계통(200)은 배전반(230)를 통해 저압 배전을 수행하되, 상기 저압 배전은 고정 RPM 발전기를 이용하여 수행될 수 있다. 다시 도 15를 참조하면, 서비스부하 전력 계통(200)은 발전부(210), 저압 배전반(230) 및 서비스부하부(250)를 포함한다.
배전반(230)에서는 계통 분리에 따른 저압 배전이 수행된다. 상기 배전반(230)이 교류(AC) 전력을 배전하는 경우, 배전반(230)의 주파수는 특정 주파수(예컨대, 50Hz 또는 60Hz)이다.
발전부(210)는 상기 배전반(230)의 주파수에 매칭하는 주파수(예컨대, 50Hz, 또는 60Hz)를 갖는 전력을 발전하도록 구성된다. 예를 들어, 발전부(210)는 상기 배전반(230)의 주파수에 매칭하는 주파수를 위한 고정 RPM으로 운전하는 고정 RPM 발전기를 포함할 수 있다. 대용량 발전기의 경우, 고정 RPM 발전기가 가변 RPM 발전기에 비해 가격이 보다 저렴하고 수급이 용이한 장점을 가진다.
일부 실시예에서, 발전부(210)는 복수의 고정 RPM 발전기(211, 212)를 포함할 수 있다. 상기 고정 RPM 발전기(211, 212)의 발전 용량은 서비스부하(250)의 전력 용량 이상일 수 있다. 고정 RPM 발전기(211 또는 212)는 중부하 또는 저부하 구간에서 서비스부하 전력 계통(200)에 전력을 공급하기 충분한 발전 용량을 가진다.
이러한 발전부(210)와 배전반(230) 간의 주파수 매칭 구조로 인해, 상기 서비스부하 전력 계통(200)은 저압 배전반과 발전부 간의 주파수 매칭을 위한 추가적인 전력 기기(예컨대, 전력 변환기)가 요구되지 않으면서, 배전반(230)에서 저압 교류(AC) 배전이 수행될 수 있다.
예를 들어, 서비스부하 전력 계통(200)의 발전기(211 또는 212)는 가변 RPM 발전기로서, 속도에 따라 가변주파수 범위(예컨대, 37Hz 내지 60Hz)에서의 주파수를 가지는 전력을 발전할 수 있다. 이 경우, 특정 주파수(예컨대, 50Hz 또는 60Hz)를 갖는 배전반(230)과 상기 가변 RPM 발전기(211) 사이에는 주파수 매칭을 위해 발전부(210)에서 출력되는 전력의 주파수를 배전반(230)의 주파수로 변환해주는 전력변환기(예컨대, 매트릭스 컨버터(Matrix Converter))가 요구되는데, 선박에 사용되는 발전기의 발전 용량(예컨대, 3MW)을 변환하는 대용량 컨버터를 공급하는 것은 쉽지 않다. 더욱이, 통상적으로 가변 RPM 발전기의 가격이 고정 RPM 발전기의 가격 보다 고가이다.
결국, 고정 RPM 발전기를 포함한 서비스부하 전력 계통(200)은 저압 배전의 장점을 유지함과 동시에 가변속 발전기 적용 시 필요한, 저압 배전반과의 주파수 매칭을 위한 추가적인 전력 기기(예컨대, 전력 변환기)가 요구되지 않고, 보다 저렴하게 저압 배전 기반 전력 공급 시스템을 선박에 구축할 수 있다. 나아가, 서비스부하 전력 계통(200)의 일부를 기존 공급 가능한 고정 RPM 발전 기준으로 구성할 수 있어, 설계의 용이성이 있다.
한편, 상기 고정 RPM 발전기를 포함한 서비스부하 전력 계통(200)은 배전반(230)에 저압이 적용되어 교류(AC) 배전하는, 저압 교류(AC) 배전 구조로 제한되지 않는다. 다른 일 실시예에서, 상기 고정 RPM 발전기를 포함한 서비스부하 전력 계통(200)은, 도 18과 유사하게, 저압 직류(DC) 배전 구조로 구성될 수 있다. 또 다른 일 실시예에서, 상기 고정 RPM 발전기를 포함한 서비스부하 전력 계통(200)은 고압 교류(AC) 배전 구조로 구성될 수 있다.
추가적으로, 상기 선박용 전력 공급 시스템(1)은 쓰러스터 모터(152)와 필수부하 전력 계통(100)이 연계되지 않도록 구성될 수 있다.
도 19는, 본 발명의 제2 측면에 따른 다른 일 실시예에 있어서, 분리된 전력 계통을 포함하는 LNG 운반선의 전력 공급 시스템의 개략적인 시스템 구조도이다.
상기 도 19의 전력 공급 시스템(1)은 도 15의 전력 공급 시스템(1)의 구성과 유사하므로, 차이점을 위주로 설명한다.
도 15에서, 쓰러스터 모터(152)와 연계된 필수부하 전력 계통(100)의 발전 용량은 상기 쓰러스터 모터(152)의 전력 용량, 그리고 선박 규정(Rule)에서 필수부하로 정의된, 연속적인 전력 공급이 요구되는 연속부하의 전력 용량 모두에 기초하여 설정된다. 쓰러스터 모터(152)는 입/출항 시 단시간 동안만 운전되지만, 대용량의 부하로서 선박의 운항에 필수적이기 때문에, 도 15의 전력 공급 시스템(1)에서는 필수부하 전력 계통(100)에 포함된다.
한편, 연속부하가 대부분 포함된 필수부하 전력 계통(100)에 쓰러스터 모터(152)가 연계되는 경우, 필수부하 전력 계통(100) 내에서는 쓰러스터 모터(152)가 운전하지 않는 대부분의 선박 운행 시간 동안 부하에서 소모되는 전력 용량과 발전 용량의 상당한 차이가 발생한다. 즉, 실질적으로 필수 부하 전력 계통(100)에서 요구되는 발전 용량 보다 오버스펙의 발전기를 설치해야 하여, 실질적으로 요구되는 발전기 비용 보다 고가의 발전기 비용이 요구된다.
일 실시예에서, 쓰러스터 모터(152)는 필수부하 전력 계통(100) 이외의 전력 계통인 서비스부하 전력 계통(200)에 연계되어, 필수부하 전력 계통(100)의 발전 용량을 설정하는데 있어 쓰러스터 모터(152)의 전력 용량이 고려되지 않도록 구성된다. 또한, 상기 서비스부하 전력 계통(200)은 쓰러스터 모터(152)가 운전되는 단 시간 동안 전력을 교차 사용함으로써 대용량의 부하(즉, 쓰러스터 모터(152))와 연계됨에도 불구하고, 추가적인 발전 용량의 증가가 없도록 구성된다. 이 경우, LNG 운반선용 전력 공급 시스템(1)은 쓰러스터 모터(152)의 동작 여부에 따라 전력 공급을 제어하도록 더 구성된다.
도 19를 참조하면, 쓰러스터 모터(152)는 배전반(230)을 통해 발전부(210)의 전력을 수신한다. 일 실시예에서, 발전부(210)는 가변 RPM 발전기를 포함한다. 다른 일 실시예에서, 발전부(210)는 고정 RPM 발전기를 포함한다.
쓰러스터 모터(152)는 기능적인 측면에서 선박 운행에서 중요한 중요부하(Important Load)이지만, 선박 운행 동안 연속적으로 전력 공급이 필요하진 않은 준-필수부하(Secondary Essential Load)에 해당된다. 따라서, 필수부하에 연속적으로 전력을 공급하는 필수부하 전력 계통(100)에 연계되지 않는 구성이 가능하다. 예를 들어, 도 19에 도시된 바와 같이, 쓰러스터 모터(152A, 152B)는 서비스부하 전력 계통(200)의 배전반(230)에 연계된다.
이와 같이, 필수부하 전력 계통(100)과 쓰러스터 모터(152)가 연계되지 않아, 필수부하 전력 계통(100)은 일반 항해 시 부하율이 증가하게 된다. 그 결과, 연료효율이 더욱 증가하게 되고, 운영 비용을 절감할 수 있다. 그리고, 필수부하 전력 계통(100)의 발전 용량은 쓰러스터 모터(152)와 연계된 경우(예컨대, 도 15)에 비해 감소하므로, 보다 소형화된 발전기를 필수부하 전력 계통(100)에 적용할 수 있어, 발전기 비용을 절감할 수 있다.
또한, 서비스부하 전력 계통(200)은 쓰러스터 모터(152)의 추가 연계에 따른 발전부(210)의 발전 용량의 추가가 없도록, 스위칭부(125)를 포함한다. 상기 스위칭부(125)에 의해, 서비스부하 전력 계통(200)에 연계된 쓰러스터 모터(152)가 동작하여도 다른 서비스부하로의 전력 공급이 부족하지 않게 된다.
일 실시예에서, 스위칭부(125)는 발전부(110)의 전력을 배전반(230)을 통해 쓰러스터 모터(152)에 공급하게 한다. 스위칭부(125)는, 도 19에 도시된 바와 같이, SPDT(Single Pole Double Throw)를 포함할 수 있다. 상기 SPDT는 발전부(110)(예컨대, 발전기(112))로부터 배전반(130)으로 진행하는 제1 경로, 또는 상기 발전부(110) (예컨대, 발전기(112))로부터 서비스부하 전력 계통(200)의 배전반(230)으로 진행하는 제2 경로를 연결하도록 구성된다.
스위칭부(125)에 의한 전력 공급은 다음과 같이 설명될 수 있다: LNG 운반선의 출항을 위해, 제어부에 의해 스위칭부(125)는 상기 제2 경로를 연결하도록 스위칭되고, 발전부(110)의 전력이 배전반(230)을 통해 쓰러스터 모터(152)에 공급된다. 출항이 완료된 이후, 제어부에 의해 스위칭부(125)는 상기 제1 경로를 연결하도록 스위칭되고, 일반 항해 동안에는 쓰러스터 모터(152)가 동작하지 않는다. 다시 LNG 운반선의 입항을 위해, 제어부에 의해 스위칭부(152)는 상기 제2 경로를 연결하도록 스위칭되고, 발전부(110)의 전력이 배전반(230)을 통해 쓰러스터 모터(152)에 공급된다.
이러한 스위칭 구조로 인해, 쓰러스터 모터(152)가 서비스부하 전력 계통(200)에 추가 연계되어도, 서비스부하 전력 계통(200)의 발전 용량이 추가 증가하지 않는다.
한편, 상기 도 19의 전력 계통(100, 200)은 저압 교류(AC) 배전에 제한되지 않는다. 전술한 바와 같이 전력 계통(200)의 특성에 맞게 고정 RPM 발전기, 또는 가변 RPM 발전기를 적용할 수 있다. 또한, 저압 교류(AC) 배전, 고압 교류(AC) 배전, 또는 저압 직류(DC) 구조로 구성될 수 있다.
일 실시예에서, 도 19의 전력 계통(100, 200)은 고압 교류(AC) 배전을 수행하도록 구성된다. 이 경우, 발전부(110, 210)는 고압 전기 신호(예컨대, 6.6KV)를 출력하도록 구성된다.
도 20은, 본 발명의 제2 측면에 따른 또 다른 일 실시예에 있어서, 분리된 전력 계통을 포함하는 LNG 운반선의 전력 공급 시스템의 개략적인 시스템 구조도이다.
도 20의 전력 공급 시스템(1)은 도 19의 전력 공급 시스템(1)과 유사하므로, 차이점을 위주로 설명한다.
도 20을 참조하면, 필수부하 전력 계통(100)은 배전반(130)을 통해 저압 배전을 수행하고, 서비스부하 전력 계통(200)은 배전반(230)을 통해 고압 배전을 수행하도록 구성된다. 이 경우, 발전부(110)는 저압 전기 신호(예컨대, 440V)를 출력하도록 구성되고, 발전부(21)는 고압 전기 신호(예컨대, 6.6kV)를 출력하도록 구성된다.
이 실시예에서, 발전부(110)에서 출력되는 전력은 교차전력용 변압기(126)를 통해 쓰러스터 모터(152)에 제공된다. 상기 교차전력용 변압기(126)는 발전부(110)에서 출력된 저압 전기 신호를 승압하여, 고압이 적용된 배전반(230)를 통해 쓰러스터 모터(152)에 제공한다. 상기 교차전력용 변압기(126)의 입력 전압은 발전부(110)의 출력 전압에 의존하고, 변압기(126)의 출력 전압은 배전반(230)의 적용 전압에 의존한다.
도 19 및 도 20을 참조하여 서술한 바와 같이, LNG 운반선용 전력 공급 시스템(1)은 쓰러스터 모터(152)를 필수부하 전력 계통(100) 이외의 전력 계통에 연계하면서, 서비스부하 전력계통 내 부하단의 특성에 맞게 다양한 발전기(예컨대, 고정 RPM 또는 가변 RPM 발전기)를 적용하거나, 다양한 배전 구조(예컨대, 저압 직류(DC) 배전, 저압 교류(AC) 배전 또는 고압 교류(AC) 배전)로 구성할 수 있다.
이와 같이, 서비스부하와 필수부하별로 전력 계통을 각각 구성함으로써, 발전 효율 저하 문제 또는 선내 공간 활용도의 저하 문제를 개선할 수 있다.
또한 LPG 운반선에 대한 본 발명의 실시예들에 관하여 아래에서 살펴본다.
LPG는 일반적으로 저온(예컨대, -50 °C)의 액체상태로 특수 제작된 화물탱크(Cargo Tank)에 저장되어 해상 운송된다. 일반 항해 도중에 상기 화물탱크의 온도, 압력을 제어하지 않고는 LPG를 해상 수송하는 것이 불가능하다.
따라서, LPG 운반선은 선박을 운행하도록 구성됨과 동시에, LPG를 안전하게 해상 수송하도록 구성된다.
LPG 운반선 내 전력 부하는 운항과 연관된 필수부하(예, Essential load - Fuel oil supply pump, Fuel valve cooling pump등)와 운항과 연관되지 않는 서비스부하(예, Service Load)를 포함할 수 있다.
LPG 운반선 내 필수부하는 냉각 펌프(Cooling Sea Water Pump), 윤활유 펌프(L.O Pump), 발라스트 펌프(Ballast Pump) 등 추진 및 항해를 위한 전기 모터이다. 서비스부하는 LPG 운반선의 파이프라인 및 화물탱크의 외부 온도에 따라 냉각, 압축 공정 시스템이 동작하도록 구성된 LPG 보관용 부하를 포함한다.
이러한 LPG 운반선의 필수부하와 서비스부하는 운전 시 일정한 전력을 소모하는 연속부하와 운전 특성에 따라 전력 소모량이 변화하는 가변부하를 포함할 수 있다. 통상적으로 LPG 운반선은 교류 계통의 전력 공급 시스템이 적용되어 있으며 연속부하와 가변부하가 혼재되어 단일 전력 계통에 연계되어 있어, 매우 큰 부하 용량을 가진다.
도 21은, 종래의 일 실시예에 따른, 필수부하, 서비스부하가 혼재되어 단일 계통으로 구성된 LPG 운반선용 전력 공급 시스템의 시스템 구조도를 도시한 도면이다.
도 21을 참조하면, 단일 전력 계통 내에 필수부하, 서비스부하가 혼재되어 있는 LPG 운반선용 전력 공급 시스템은 발전부(10); 발전부(10)로부터 전력을 수신하여 부하 또는 다른 배전반에 전달하는 저압 배전반(20); 상기 저압 배전반(20)을 통해 전력을 공급받는, 필수부하 및 서비스부하가 혼재되어 있는 부하부(50); 및 다른 저압 배전반(60)을 포함한다.
이러한 도 21의 전력 공급 시스템은 단일 전력 계통으로 구성되어 있어 발전 효율 측면에서도 낮은 성능을 가진다.
LPG 운반선에 적용되는 발전기는 통상적으로 고정 RPM 발전기이다. 상기 고정 RPM 발전기는 부하율이 대략 75 내지 85% 사이의 값인 경우에 맞추어 발전할 경우, 높은 연료 효율을 가진다.
한편, 발전부(10)에 포함된 고정 RPM 발전기의 발전 용량은 연속부하, 가변부하의 최대부하전력을 기반으로 산정된다. LPG 운반선의 필수부하는 대부분 연속부하이므로, 필수부하의 부하율의 변동이 크지 않다.
반면, LPG 화물의 냉각, 압축, 그리고 저장, 하역 등의 동작을 수행하는, LPG 운반선의 서비스부하는 시간에 따라 부하율이 변동되는 가변부하에 해당된다. 예를 들어, LPG 운반선은 화물 파트 부하를 서비스부하로 포함할 수 있다. 도 21의 시스템이 적용된 LPG 운반선에서 화물 파트(Cargo part) 전체의 서비스부하의 평균 부하율은 대략 30 내지 60% 사이의 값을 가진다.
따라서, 가변부하와 같이 운전 특성에 의해 전력 계통의 소요 전력이 최대부하전력 대비 낮아 지게 되는 경우가 생기면, 단일 전력계통에서는 계통 전체 부하율 저하로 이어지게 되고, 결국 시스템의 발전효율이 저하되게 된다.
통상적으로, 도 21의 전력 공급 시스템이 적용된 LPG 운반선은, 운전모드(operation mode)별로 대략 40 내지 70%(예컨대, 43%~71%) 사이의 부하율(load factor)을 갖게 된다.
결국, 서비스부하와 필수부하가 단일 계통에 혼재되어 있어, 중부하 또는 저부하 구간에서 전력 공급 시스템의 발전 효율이 저하되는 문제가 있다.
또한, 단일 전력 계통으로 구성되므로, 발전기의 발전 용량이 단일 전력 계통의 전체 부하 용량에 의존한다. 이로 인해, 대용량의 발전기가 설치되어, 엔진 룸 내 공간 활용도가 상대적으로 저하되는 문제가 있다.
본 발명의 제3 측면에 따른 실시예들에 있어서, LPG 운반선용 전력 공급 시스템은 주로 필수부하를 포함한 필수부하 전력 계통과, 주로 서비스부하를 포함한 서비스부하 전력 계통으로 전력 계통이 분리되어 구성된다. 상기 필수부하와 서비스부하는 배전반을 공유하지 않는다. 상기 전력 공급 시스템은, 50k 이상 100k 미만의 중형 LPG 선박에 적용되어, 저압 배전이 가능하도록 구성된다.
도 22는, 본 발명의 일 실시예에 따른, 분리된 전력 계통을 포함하는 LPG 운반선용 전력 공급 시스템의 개략적인 시스템 구조도이다.
도 22를 참조하면, LPG 운반선용 전력 공급 시스템(1)은 하나 이상의 전력 계통(100, 200 등)을 포함한다. 전력 계통(100)은 발전부(110), 주배전반을 포함한 배전반(130) 및 선박 운항을 위해 동작하는 필수부하를 포함한 필수부하부(150)를 포함하며, 이하 필수부하 전력 계통으로 지칭한다. 전력 계통(200)은 발전부(210), 주배전반을 포함한 배전반(230) 및 LPG 운반을 위해 동작하는 서비스부하를 포함한 서비스부하부(250)를 포함한다.
또한, 상기 LPG 운반선용 전력 공급 시스템(1)은 전력 계통의 상태를 모니터링하고 전력 공급을 제어하는 제어부(미도시)를 더 포함할 수 있다. 상기 제어부는 전력관리시스템(PMS; Power Management System), 에너지관리시스템(EMS: Energy Management System), 에너지 전력 관리 시스템(EPMS: Energy Power Management System) 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
이하, 설명의 명료성을 위해 LPG 운반선용 전력 공급 시스템(1)은 2개의 전력 계통(100, 200)을 포함하는 것으로 서술되나, 이에 제한되는 것으로 해석되진 않는다. 또한, 경우에 따라 2개의 구성요소에 대한 상세한 설명은 1개의 구성요소에 대한 상세한 설명으로 대표하여 서술된다.
도 22에 도시된 바와 같이, LPG 운반선용 전력 공급 시스템(1)은 필수부하와 서비스부하 별로 전력 계통이 각각 분리된 상태로 구성된다.
발전부(110)는 배전반(130)를 통해 필수부하부(150)로 전력을 공급하여 필수부하부(150)의 부하가 전력을 소모하고 구동하게 한다.
발전부(110)는 교류 전기 신호를 출력하며, 복수의 발전기(예컨대, 도 22의 발전기(111, 112)를 포함한다. 발전기(111, 112)의 속성 및 발전 용량은 부하에 의존한다. 예를 들어, LPG 운반선의 운용을 위한 모터 부하가 정출력 부하인 경우, 교류 발전기가 사용될 수 있다. 또한, 발전기의 수용율이 85%이고, 부하 용량이 1MW인 경우, 발전기의 발전 용량은 약 1.2MW일 수 있다.
발전부(110)에 포함된 발전기 하나의 용량은 일반항해 모드에서 필수부하부(150)에 전력을 공급하게 충분한 용량을 가진다. 이 경우, 상기 복수의 발전기(111, 112) 중 적어도 하나는 대기 발전기로 지정되며, 상기 대기 발전기는 일반 항해 시에는 동작하지 않도록 설정된다.
일 실시예에서, 필수부하 전력 계통(100)에서 동작 중인 발전기(예컨대, 111)의 사고가 발생한 경우, 상기 전력 공급 시스템(1)은 상기 필수부하 전력 계통(100)에 포함된 대기 발전기(예컨대, 112)로부터 필수부하부(150)로 전력이 공급되도록 구성된다.
일 실시예에서, 필수부하 전력 계통(100)의 대기 발전기는 서비스부하 전력 계통(200)의 서비스부하에 전력을 공급하기 위해 동작할 수 있다. 이에 대해서는 아래의 도 26 내지 도 28을 참조하여 보다 상세하게 서술한다.
발전기(111, 112)는 디젤발전기, 복합연료발전기, 가스연료발전기, 가스터빈 등이 포함할 수 있으나 이에 제한되지는 않는다. 또한, 발전부(110)는 상황에 따른 전력 공급 제어를 위해 하나 이상의 스위치, 및/또는 단로기를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 22에 도시된 바와 같이, LPG 운반선용 전력 공급 시스템(1)은 두 개의 발전기(111, 112)를 포함한 경우, 두 개의 스위치를 더 포함할 수 있다.
배전반(130)에서는 교류로 전력 공급이 실시된다. 일 실시예에서, 배전반(130)은 전력 계통(100)의 주배전반을 포함할 수 있다. 상기 주배전반은 버스 케이블로 구성되며, 이 경우 버스 케이블은 메인 버스로 지칭될 수 있다.
또한, 일부 실시예에서, 배전반(130)은 복수의 버스케이블을 포함할 수도 있다. 예를 들어, 배전반(130)은 발전기(111)에 전기적으로 연결된 메인버스(131), 발전기(112)에 전기적으로 연결된 메인버스(132)와 같이, 복수의 버스 케이블을 포함할 수 있다. 이 경우, 배전반(130)은 복수의 메인버스(131, 132)를 평소에는 전기적으로 연결하나, 비상 및/또는 사고 시 전기적 연결이 차단되는 버스 연결 차단기(bus tie breaker)(133)를 더 포함할 수 있다.
전력 계통(100)은 저압 배전이 가능하며, 배전반(130)에는 교류 전압이 적용되어 전력을 부하로 공급한다.
전력 계통(100)의 구성요소는 상호작용하도록 전기적으로 연결될 수 있다. 예를 들어, LPG 운반선용 전력 공급 시스템(1)은 발전부(110)로부터 배전반(130)를 통해 필수부하부(150)까지를 전기적으로 연결하는 전력 공급선을 사용하여 필수부하에 전력을 공급할 수 있다.
전력 계통(100)의 필수부하부(150)는 선박 운행을 위해 필수적으로 동작이 요구되는 필수부하(Essential load)를 포함한다. 상기 필수부하(Essential load)는 선박 규정이 정의하는 필수부하(Essential load) 및 선박 운항을 위해 필수적으로 동작이 요구되나, 선박 규정 상 필수부하(Essential load)에는 포함되지 않는 준-필수부하(secondary essential load) (예컨대, 중요부하(important load))를 포함한다.
LPG 운반선의 운용을 위해 사용되는 필수 부하는, 예를 들어, 윤활유 펌프, 엔진 연료공급 펌프, 냉각펌프, 워터 스프레이 펌프(water spray pump) 등을 포함할 수 있으나, 이에 제한되진 않는다. 필수부하부(150)에 포함된 필수부하의 대부분은 부하율이 거의 변하지 않는 연속부하에 해당된다.
일부 실시예에서, 필수부하부(150)는 가변주파수제어(VFD, Variable Frequency Drive) 기반 부하를 더 포함할 수도 있다. 가변주파수제어 기반 부하는 냉각 시스템((Central Cooling System)과 같이, 운항 특성에 맞게 부하단의 전력소모를 최적화하는 필수부하이다. 예를 들어, VFD 부하는 냉각수의 온도를 제어 가능하도록 구성된 냉각 펌프 등과 같은 온도, 압력 등을 제어하도록 구성된 필수부하를 포함한다.
또한, 필수부하부(150)는, 도 22에 도시된 바와 같이, 배전반(130)의 전압과 동일하거나, 보다 낮은 전압으로 전력을 공급하는 한 개 이상의 하위 배전반을 포함할 수 있다. 이 경우, 필수부하부(150)는 배전반(130)과 하위 배전반 사이에 배치되어 전압을 감압하는 변압기를 더 포함할 수 있다.
필수부하 전력 계통(100)의 용량은 도 1의 단일 전력 계통의 용량 보다 적어서, 필수부하부(150)의 변압기는 도 1의 변압기 보다 용량이 작은 소형변압기이다. 따라서, 변압기 설치 비용 및 공간 활용도에서 이점이 있다.
또한, 전력 계통(100)은 블랙 아웃과 같은 비상 상황시 전력을 공급하는 비상 발전기 및, 이 때 동작하는 부하를 포함한 비상 배전반을 더 포함할 수도 있다. 상기 비상 배전반은 쇼어 파워(shore power), 비상용 부하 등을 포함할 수 있다.
전력 계통(200)의 구성요소 및 동작은 전력 계통(100)의 구성요소 및 동작과 상당부분 유사하므로, 차이점을 위주로 설명한다.
반면, 전력 계통(200)의 서비스부하부(250)는 LPG 운반선의 운항 이외에 부가적으로 사용되는 서비스 부하를 포함한다. 또한, 가변부하부(250)는 배전반(230) 보다 낮은 전압으로 전력을 공급하는 한 개 이상의 하위 배전반(미도시)을 더 포함할 수도 있다.
서비스부하는 LPG를 보관하는데 사용되는 LPG 보관용 부하, LPG 운반선의 탑승자의 편의를 위해 사용되는 사용자 편의용 부하 등을 포함한다.
LPG는 가연성 물질로서, LPG 운반선은 LPG를 효율적이고 안정적으로 선적 또는 하역하기 위해 화물탱크 또는 파이프라인의 온도, 압력을 제어해야 한다. 또한, LPG를 해상으로 안전하게 수송하기 위해 일반 항해 시에도 화물 탱크의 온도, 압력을 지속적으로 제어해야 한다.
따라서, LPG 운반선에 LPG를 선적, 하역, 저장하기 위해 동작하는 부하, 그리고 운항 도중에 저장된 LPG의 관리(예컨대, LPG 냉각, 압축 등)을 위해 동작하는 부하를 포함한 LPG 보관용 부하는 가변부하에 해당된다. 이로 인해, 서비스부하의 대부분은 부하율이 변동하는 가변부하에 해당된다.
상기 LPG 보관용 부하는, 예를 들어, 카고 컴프레서(Cargo Compressor), 카고 펌프(Cargo Pump), 카고 스프레이 펌프(Cargo Spray Pump), 스트리핑 펌프(stripping pump), 딥 웰(Depp Well) 펌프, 부스터 펌프(Booster Pump) 등을 포함하나, 이에 제한되진 않는다.
이와 같이, LPG 운반선용 전력 공급 시스템(1)의 분리된 각 전력 계통(100, 200)은 독립적인 계통 구성을 가짐으로써, 전력 계통(100, 200)은 설계 목적에 따라 다양하거나 상이하게 구성될 수 있다.
일 실시예에서, 각 전력 계통(100, 200)은 주로 포함된 부하 유형에 최적화된 발전기를 구성 및 운영하도록 구성된다.
예를 들어, 필수부하 전력 계통(100)(예컨대, 발전부(110))은 고정 RPM 발전기를 포함하고, 서비스부하 전력 계통(200)은 가변 RPM 발전기를 포함할 수 있다.
도 23은, 본 발명의 일 실시예에 따른, 서비스부하 전력 계통은 가변 RPM 발전기를 갖도록 구성된 LPG 운반선용 전력 공급 시스템의 개략적인 시스템 구조도이다.
상기 도 23의 전력 공급 시스템(1)은 도 22의 전력 공급 시스템(1)과 유사하므로, 차이점을 위주로 설명한다.
도 23을 참조하면, 필수부하 전력 계통(100)의 발전기(111, 112)는 고정 RPM 발전기, 서비스부하 전력 계통(200)의 발전기(211)는 가변 RPM 발전기다. 연속부하의 경우 정출력 특성으로 인하여 부하변동이 없으므로, 부하율의 변화가 거의 없는 반면, 가변부하는 부하율이 변하는 것이 특징이다.
필수부하 전력 계통(100)의 부하 대부분은 부하율이 변하지 않는 연속부하에 해당한다. 도 23의 발전기(111, 112)는 최적 효율구간(즉, 75 내지 85%의 부하율 범위)에서 동작하도록 구성된다.
도 1에 도시된 종래의 단일 계통 기반 전력 공급 시스템에서는 LPG 운반선의 선박부하가 단일 계통에 혼재되어 있어, LPG 운반선의 운전모드(operation mode)별로 대략 40 내지 70%(예컨대, 43 내지 71%) 범위의 부하율(load factor)을 가진다.
반면, 도 22의 전력 공급 시스템(1)은 LPG 운반선의 선박부하가 전력 계통(100, 200)로 분리되어 있어, 서비스부하 전력 계통(200)의 가변 부하에 의한 부하율 변화가 필수부하 전력 계통(100)의 필수부하에 영향을 미치지 않는다.
또한, 도 23의 전력 공급 시스템(1)은 LPG 운반선의 선박부하가 전력 계통(100, 200)로 분리되어 있어, 필수부하를 포함한 전력 계통의 전체 부하 용량이 도 1에서 필수부하를 포함한 전력 계통(즉, 도 1의 전력 공급 시스템 전체)에 비해 감소한다. 이로 인해, 도 1의 전력 공급 시스템에 비해 필수부하에 전력을 공급하기 위해 사용되는 발전기(또는 엔진)의 용량을 축소시킬 수 있다. 그 결과, 필수부하를 위한 발전기 설비 비용이 감소하고, 엔진 룸 내 공간 활용도가 높아진다.
반면, 전술한 바와 같이, 서비스부하 전력 계통(200)의 부하 대부분은 부하율이 변하는 가변부하이다.
따라서, 도 23의 전력 공급 시스템(1)의 서비스부하 전력 계통(200)은 전력 계통(200)의 부하율 변동에 맞추어 가변속 운전이 가능한 가변 RPM 발전기를 운전하도록 구성된다.
이러한 가변 RPM 발전기를 포함한 서비스부하 전력 계통(200)에 있어서, 부하 구간별로 최적의 발전 효율을 가지는 RPM으로 가변 RPM 발전기의 회전 속도를 제어할 경우, 단일 계통 내에 연속부하, 가변부하가 혼재된 경우에 비해, 가변 부하에 전력을 공급하는 발전기의 연료 효율을 향상시킬 수 있다.
도 24는 전력 계통 내 부하단의 부하율과 상기 부하단에 전력을 발전기의 연료 소모량 간의 관계를 도시한 도면이다.
전술한 바와 같이 종래의 단일 전력 계통에서는 고정 RPM 발전기를 이용하여 가변 부하(예컨대, LPG 보관용 부하)에 전력을 공급하였다. 화물 파트 전체의 서비스부하는 30 내지 60% 수준의 평균 부하율을 가진다.
이와 같이 중부하 또는 저부하로 변동하는 LPG 운반선의 서비스부하 전체에 종래와 같이 고정 RPM 발전기를 이용하여 전력을 공급할 경우, 부하율이 낮은 중부하 또는 저부하 구간에서는 낮은 발전 효율을 가진다.
반면, 본 발명의 일 실시예와 같이 가변 RPM 발전기를 이용하여 부하율이 변동하는 서비스부하에 전력을 공급할 경우, 도 1의 전력 공급 시스템과 비교하여, 부하율이 낮은 저부하 구간에서 발전 효율이 향상된다.
도 24를 참조하면, 도 1의 전력 공급 시스템은 저부하 구간의 예시로서 45%의 부하율에서 P F에 해당하는 연료 효율을 가진다. 반면, 도 23의 전력 공급 시스템(1)은 P V에 해당하는 연료 효율을 가진다. P F와 P V의 비교 시, 도 23의 전력 공급 시스템(1)이 1kwh의 전력을 발전하는데 보다 적은 연료 량을 소모하는 것을 나타낸다. 결국, 도 23의 전력 공급 시스템(1)은 LPG 운반선의 서비스부하를 위한 동일 전력을 발전하는데 있어 도 1의 전력 공급 시스템에 비해 대략 8%의 연료 소모율의 개선 결과를 갖는 것으로 산출된다.
상기 8%는 단순한 예시로서, 서비스부하가 시간 대 별로 부하율이 변동하는 부하 구간을 갖도록 구성되는 경우, 부하 구간에 대응하는, 최적의 발전 효율을 가지는 RPM으로 발전기 회전 속도를 제어함으로써 발전 효율을 더 개선할 수 있다.
LPG 운반선 부하에 있어서, 저부하 구간(L1)은 부하율이 10~40%인 구간으로서 대략 285~210g/kwh의 연료 소모량을 가진다. 중부하 구간(L2)은 부하율이 40~60%인 구간으로서, 대략 210~194g/kwh의 연료 소모량을 가진다. 고부하 구간(L3)은 부하율이 80~100%인 구간으로서, 대략 185~190g/kwh의 연료 소모량을 가진다. 도 23의 전력 공급 시스템(1)은 고부하 구간(L3)에서 연료 소모가 도 1의 전력 공급 시스템과 거의 유사하다. 그러나, 저부하 구간(L1)에서는 도 1 대비 kwh 당 연료 소모율이 대략 6~10% 개선되고, 중부하 구간(L2)에서는 도 1 대비 kwh 당 연료 소모율이 대략 10~35% 개선된다.
이와 같이, 도 23의 서비스 전력 계통(200)의 가변 RPM 발전기는 각 부하 구간의 부하율에 기초하여 RPM을 제어함으로써, 발전부(210)의 발전 효율을 개선할 수 있다.
한편, 상기 서비스부하 전력 계통(200)이 교류 배전을 하는 경우, 배전반(230)은 특정 주파수(예컨대, 50Hz 또는 60Hz)를 갖도록 구성될 수 있다. 이 경우, 발전부(210)는 각 부하 구간의 부하율에 기초하여 교류 전력을 발전하고, 상기 배전반(230)의 주파수에 매칭하는 주파수(예컨대, 50Hz, 또는 60Hz)를 갖는 교류(AC) 전기 신호를 출력하도록 구성된다.
일 실시예에서, 발전부(210)는 발전기(211) 및 배전반(230) 사이에 위치한 교류(AC)/교류(AC) 컨버터(214)를 포함한다. 상기 교류(AC)/교류(AC) 컨버터(214)는 가변 RPM 발전기에서 발전된 교류(AC) 전기 신호의 주파수를 배전반(230)의 특정 주파수(예컨대, 50Hz 또는 60Hz)로 변환하도록 구성된다.
그 결과, 각 부하 구간의 부하율에 기초한 가변 RPM 발전기(211)의 RPM 변화가 있어도, 발전부(210)는 배전반(230)의 특정 주파수를 갖는 교류(AC) 전기 신호를 출력할 수 있다.
또한, 상기 LPG 운반선용 전력 공급 시스템(1)은 저압 배전이 가능하기 때문에, 각각의 전력 계통(100, 200) 내 배전 방식을 저압 직류 배전 및/또는 저압 교류 배전이 가능하도록 구성할 수 있다.
도 25는, 본 발명의 일 실시예에 따른, 필수부하 전력 계통은 고정 RPM 발전기를 갖고 교류 배전을 수행하도록 구성되고, 서비스부하 전력 계통은 가변 RPM 발전기를 갖고 부분적으로 직류 배전을 수행하도록 구성된 LPG 운반선용 전력 공급 시스템의 개략적인 시스템 구조도이다.
상기 도 25의 전력 공급 시스템(1)은 도 23의 전력 공급 시스템(1)과 유사하므로, 차이점을 위주로 설명한다.
도 25를 참조하면, 서비스부하 전력 계통(200)은 부분적으로 직류 배전이 가능하도록 더 구성된다. 상기 전력 공급 시스템(1)에서 발전기(111, 112)는 고정 RPM 발전기이고, 발전기(211)는 가변 RPM 발전기일 수 있다.
일 실시예에서, 발전부(210)는 교류(AC) 전기 신호를 수신하여 직류(DC) 전기 신호로 변환하는 교류(AC)/직류(DC) 컨버터(216)를 더 포함하고, 상기 제2 부하부는 직류(DC) 전기 신호를 수신하여 교류(AC) 전기 신호로 변환하는 직류(DC)/교류(AC) 인버터(226)를 더 포함할 수 있다.
이와 같이 직류 배전이 수행되는 경우, 주파수 및 위상동기화, 무효 전력으로 인한 전력 손실을 방지할 수 있다.
또한, 도 25에 도시된 바와 같이, 전력 계통(200)은 발전부(210)와 배전반(230) 사이에 직류(DC) 메인버스(221)를 포함한 직류(DC) 배전반(220)을 더 포함할 수 있다. 상기 직류(DC) 배전반(220)를 이용하면 운반선 내에 배치된 복수의 서비스부하에 효율적으로 전력을 공급할 수 있다. 이 경우, 전력 계통(200은 배전반(220)과 배전반(230) 각각의 서비스부하 사이를 전기적으로 연결하는 복수의 직류(DC)/교류(AC) 인버터(226A 내지 226B)를 포함할 수 있다.
교류(AC)/직류(DC) 컨버터(216)와 직류(DC)/교류(AC) 인버터(226)에 의해, 전력 계통(200)에서는 발전부(210)와 배전반(230) 사이의 부분에서 직류 배전이 가능하다 .
이와 같이, 전력 공급 시스템(1)은, 필수부하 전력 계통은 고정 RPM 발전기 기반 교류배전, 서비스 부하 전력 계통은 가변 RPM 발전기 기반 직류 또는 교류배전으로 구성될 수 있다.
추가적으로, LPG 운반선용 전력 공급 시스템(1)은 전력 계통의 상태를 모니터링하고, 전력 공급을 제어하도록 더 구성된다.
도 26은, 본 발명의 일 실시예에 따른, 비상 시 서비스부하로 배전 가능하도록 더 구성된 LPG 운반선용 전력 공급 시스템의 개략적인 시스템 구조도이다.
도 26의 전력 공급 시스템(1)은 도 22의 전력 공급 시스템(1)과 유사하므로, 차이점을 중심으로 설명한다.
전술한 바와 같이, 필수부하 전력 계통(100)은 복수의 발전기(예컨대, 도 26의 111, 112)를 포함하며, 상기 복수의 발전기는 항해 시 동작하는 발전기(예컨대, 도 26의 111) 및 상기 발전기의 사고 발생시 동작하는 대기 발전기(예컨대, 도 26의 112)를 포함한다.
일 실시예에서, 전력 공급 시스템(1)은 서비스부하 전력 계통(200)의 발전기(211)의 사고가 발생한 경우, 필수부하 전력 계통(100)의 대기 발전기가 서비스부하부(250)로 전력을 공급하도록 구성된다.
도 26을 참조하면, 필수부하 전력 계통(100)은 서비스부하 전력 계통(200)으로 전력 공급을 하게 하는 이중화부(120)를 포함한다.
필수부하 전력 계통(100) 및 서비스부하 전력 계통(200)이 교류(AC) 기반 전력 계통으로 구성된 경우, 상기 이중화부(120)는 배전반(130) 및 배전반(230)를 연결하는 버스 연계용 스위치를 포함한다.
도 26의 전력 공급 시스템(1)은 (예컨대, 제어부에 의해) 전력 계통(200)의 전기 신호 또는 전력 공급 상태를 모니터링하고, 상기 모니터링 결과에 기초하여 전력 계통(200)의 발전기 사고의 발생을 감지한다. 상기 전력 공급 시스템(1)은 발전기 사고 발생의 감지에 응답하여 이중화부(120)를 제어하여 분리되었던 필수부하 전력 계통(100)의 배전반(130)과 서비스부하 전력 계통(200)의 배전반(230)을 전기적으로 연결하고, 상기 대기 발전기를 이용하여 사고가 발생한 전력 계통의 부하부(즉, 서비스부하부(250)로의 전력 공급이 유지되도록 구성된다.
제어부는 발전부(210)의 전기 신호가 소정 임계 범위 이내인 경우 경우 사고가 발생하지 않은 정상 상태로 결정한다. 반면, 발전부(210)의 전기 신호가 소정 임계 범위를 초과한 경우 사고가 발생한 것으로 결정한다. 상기 임계 범위는 발전기의 발전 규모, 발전 계통에 따라 다양하게 설정될 수 있다.
한편, 도 26을 참조하여 서술한, 이중화부(120)를 제어하여 서비스부하 전력 계통(200)으로의 전력 공급을 수행하도록 구성된 전력 공급 시스템(1)은 도 26의 구성에 제한되지 않는 것이 통상의 기술자들에게 명백할 것이다. 예를 들어, 도 26의 전력 공급 시스템(1)은 발전기(211)는 고정 RPM 발전기이고, 발전부(210)는 교류(AC)/교류(AC) 컨버터(214)를 포함하지 않은 실시예로도 구현될 수 있다.
도 27은, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른, 비상 시 서비스부하로 배전 가능하도록 더 구성된 LPG 운반선용 전력 공급 시스템의 개략적인 시스템 구조도이다.
상기 도 27의 전력 공급 시스템(1)은 도 26과 유사하므로, 도 26과의 차이점을 위주로 설명한다.
도 27을 참조하면, 상기 이중화부(120)는 SPDT(Single Pole Double Throw)를 포함할 수 있다. 상기 SPDT는 대기 발전기(예컨대, 112)로부터 배전반(130)으로 진행하는 제1 경로, 또는 대기 발전기로부터 서비스부하 전력 계통(200)의 배전반(230)으로 진행하는 제2 경로를 연결하도록 구성된다.
도 27에서 발전기(211)의 사고 발생 시 이중화부(120)를 제어하여 서비스부하부(250)로의 전력 공급을 유지하는 제어 동작은 도 26과 유사하므로, 자세한 설명은 생략한다.
도 28은, 본 발명의 일 실시예에 따른, 비상 시에 가변 RPM 발전기를 갖고 부분적으로 직류 배전을 수행하도록 구성된 서비스부하로 배전 가능하도록 더 구성된 LPG 운반선용 전력 공급 시스템의 개략적인 시스템 구조도이다.
도 28의 전력 공급 시스템(1)은 도 25의 전력 공급 시스템과 유사하므로, 도 25와의 차이점을 위주로 설명한다.
도 28을 참조하면, 서비스부하 전력 계통(200)은 부분적으로 직류 전류를 배전하도록 구성된다. 또한, 필수부하 전력 계통(100)은 대기 발전기(예컨대, 112)로부터 서비스부하부(250)로 전력을 공급하게 하는 이중화부(120)를 포함한다.
일 실시예에서, 상기 이중화부(120)는 SPDT를 포함한다. 상기 SPDT는 대기 발전기(예컨대, 112)로부터 배전반(130)으로 진행하는 제1 경로, 또는 대기 발전기로부터 서비스부하 전력 계통(200)의 교류(AC)/직류(DC) 컨버터(216)로 진행하는 제2 경로를 연결하도록 구성된다.
도 28의 이중화부(120)는 발전부(110)의 대기 발전기가 이미 설계된 교류(AC)/직류(DC) 컨버터(216)를 통해 서비스부하부(250)로 전력을 공급하게 구성되어, 상기 대기 발전기의 전력이 서비스부하 전력 계통(200) 내에서 직류로 변환되게 하는 추가적인 변환기를 요구하지 않도록 구성된다.
도 28의 이중화부(120)는 발전기(211)의 사고 발생 시 이중화부(120)를 제어하여 대기 발전기가 서비스부하부(250)로 전력을 공급하게 하고, 또한 상기 대기 발전기의 전력이 교류(AC)/직류(DC) 컨버터(216) 및 직류(DC)/교류(AC) 인버터(226)를 통해 전달되게 함으로써, 전력 공급 시스템(1)은 직류 배전으로 서비스부하부(250)에 비상 시 대기 발전기의 전력을 공급하게 한다.
도 28에서 발전기(211)의 사고 발생 시 이중화부(120)를 제어하여 서비스부하부(250)로의 전력 공급을 유지하는 제어 동작은 도 26 및 도 27과 유사하므로, 자세한 설명은 생략한다.
도 26 내지 도 28을 참조하여 서술된 전력 공급 시스템(1)은, 분리된 서비스부하 전력 계통(200) 내에서 발전기 사고가 발생할 경우에도, 서비스부하부(250)로 전력을 공급할 수 있다. 이로 인해, LPG를 저장하는 화물탱크 등과 같은, LPG 보관용 부하에 전력 공급이 유지되어, 화물탱크의 온도, 압력 등에 대한 제어를 유지할 수 있고, 결국 LPG를 안전하게 운송할 수 있다.
이와 같이, 전력 계통을 필수부하 및 서비스부하로 분리함과 동시에, 이중화 구조로 설계함으로써, 서비스부하 전력 계통의 안정성과 신뢰성을 강화할 수 있다.
본 명세서에서, 도 3을 중심으로 도시된 전력 공급 시스템(1)의 구조는 선박에 포함된 부하 용량과 같은 선박 환경에 따라 상이할 수 있다. 예를 들어, 전력 계통(100)에 포함된 발전기는 3개일 수 있다. 또한, 3개의 발전기의 발전 용량은 동일하거나, 또는 모두 동일하지 않을 수도 있다.
또한, 도 3의 배전반(130)에 적용된 440V은 단지 도 1의 6.6kV에 비해 낮은 전압을 나타내는 예시적인 전압으로서, 배전반(130, 230)은 경우에 따라 상이한 전압으로 전력을 공급할 수도 있다. 예를 들어, 상이한 부하의 정격 전압에 따라 450V가 배전반(130)에 적용될 수도, 또는 교류(AC)/직류(DC) 변환기에 의해 690V가 배전반(230)에 적용될 수도 있다.
추가적으로, 전력 공급 시스템(1)은 시간대(또는 운전 모드)에 따라 발전기의 운전을 제어하고, 부하부에 공급되는 전력 공급량을 조절할 수 있다. 예를 들어, 전력 계통(100)의 필수부하부(150)가 두 개의 발전기(111, 112)의 발전 용량을 필요로 하지 않는 경우, 선박용 전력 공급 시스템(1)은 적어도 하나의 발전기(예컨대, 발전기(111))를 대기 발전기로 설정하여 운전을 중지하고, 필요한 경우에 대기 발전기를 이용하여 필수부하부(150)로의 전력 공급 및 그외 목적으로 사용할 수 있다.
이상에서 살펴본 본 발명은 도면에 도시된 실시예들을 참고로 하여 설명하였으나 이는 예시적인 것에 불과하며 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 실시예의 변형이 가능하다는 점을 이해할 것이다. 그러나, 이와 같은 변형은 본 발명의 기술적 보호범위 내에 있다고 보아야 한다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해서 정해져야 할 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 선박은, 선박 규정상 필수부하에 해당하는 부하 및 상기 선박 규정상 필수부하에 해당되진 않으나, 선박의 운항에 요구되는 준-필수부하(예컨대, 중요부하 등)를 포함한 필수부하 전력 계통, 그리고 서비스부하 전력 계통을 가질 수 있다. 이로 인해, 저압 배전이 가능하여 고가의 고압용 차단 설비가 요구되지 않고, 고압을 저압으로 감압하는 대용량 감압 변압기가 요구되지 않아 시스템 설치 비용이 감소한다.
또한, 시스템의 발전 효율 및 선내 공간 활용도가 개선되어, 선박 분야에서 높은 이용가능성이 있을 것으로 예상된다.

Claims (7)

  1. 필수부하 및 서비스 부하를 갖는 선박에 있어서,
    필수부하에 연관된 제1 전력 계통; 및
    서비스부하에 연관된 제2 전력 계통을 포함하는 선박.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 전력 계통 및 제2 전력 계통은 고정 RPM 발전기를 포함하는 것을 특징으로 하는 선박.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 전력 계통은 제1 발전부, 제1 배전반 및 선박의 운항에 요구되는 필수부하를 포함하고,
    상기 제2 전력 계통은 제2 발전부, 제2 배전반 및 선박의 서비스를 위한 서비스부하를 포함하는 것을 특징으로 하는 선박.
  4. 제2항에 있어서, 상기 제2 발전부의 고정 RPM 발전기는,
    상기 제2 배전반의 주파수에 매칭하는 주파수를 갖는 전력을 발전하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 선박.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 제2 발전부는 복수의 발전기를 포함하고,
    상기 제2 배전반은 복수의 버스를 포함하는 것을 특징으로 하는 선박.
  6. 제5항에 있어서,
    중부하 또는 저부하 구간에서는 상기 복수의 발전기 중 하나의 발전기만 발전하고, 상기 제2 배전반은 클로즈-버스(closed-bus)로 제어되는 것을 특징으로 하는 선박.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1 전력 계통 및 제2 전력 계통은 저압으로 부하에 전력을 공급하는 저압 배전반 만을 포함하는 것을 특징으로 하는 선박.
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