KR101711459B1 - 선박 및 그 전력 운용 방법 - Google Patents

Abstract

선박 및 그 전력 운용 방법이 제공된다. 선박은 전력 그리드; 상기 전력 그리드에 연결되고 상기 전력 그리드에 전기를 공급하는 제1 및 제2 발전기; 상기 전력 그리드에 연결되고, 상기 전력 그리드로부터 전기를 공급받아 충전되거나 상기 전력 그리드에 전력을 공급하도록 방전되는 대용량 배터리; 상기 전력 그리드에 연결된 복수의 부하 요소; 상기 제1 및 제2 발전기로부터 발전기 부하 정보를 수신하고, 상기 전력 그리드의 전압을 센싱하여 현재 부하 및 평균 부하를 산출하여, 상기 평균 부하는 상기 제1 및 제2 발전기가 감당하도록 제어하고, 상기 현재 부하와 상기 평균 부하의 차이 부하는 상기 대용량 배터리가 감당하도록 제어하는 제어기를 포함하고, 상기 제어기는 상기 평균 부하가 상기 제1 발전기의 최대효율부하보다 클 때, 상기 제2 발전기를 가동시킨다.

Description

선박 및 그 전력 운용 방법{Ship and power managing method of the same}

본 발명은 선박 및 그 전력 운용 방법에 관한 것이다.

발전기에 의하여 생산된 전력 중 소비되지 않은 잉여 전력을 저장하고, 부하에 의한 부족 전력을 보충하는 장치를 에너지 저장 시스템(ESS; Energy Storage System)이라 한다. 잉여 전력 저장 및 부족 전력 보충을 위하여 에너지 저장 시스템은 에너지 송수신 수단 및 에너지 저장 수단을 구비할 수 있다.

에너지 저장 시스템을 이용하는 경우 발전기가 항시 동작되어야 하는 것이 아니기 때문에 보다 유연한 전력 이용이 가능하게 된다.

대한민국 공개특허공보 제 10-2015-0011224호 (2015.01.30)

본 발명의 해결하고자 하는 과제는 발전기의 출력 효율을 최대화하는 것이다.

본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 선박의 일 면(aspect)은 전력 그리드; 상기 전력 그리드에 연결되고 상기 전력 그리드에 전기를 공급하는 제1 및 제2 발전기; 상기 전력 그리드에 연결되고, 상기 전력 그리드로부터 전기를 공급받아 충전되거나 상기 전력 그리드에 전력을 공급하도록 방전되는 대용량 배터리; 상기 전력 그리드에 연결된 복수의 부하 요소; 상기 제1 및 제2 발전기로부터 발전기 부하 정보를 수신하고, 상기 전력 그리드의 전압을 센싱하여 현재 부하 및 평균 부하를 산출하여, 상기 평균 부하는 상기 제1 및 제2 발전기가 감당하도록 제어하고, 상기 현재 부하와 상기 평균 부하의 차이 부하는 상기 대용량 배터리가 감당하도록 제어하는 제어기를 포함하고, 상기 제어기는 상기 평균 부하가 상기 제1 발전기의 최대효율부하보다 클 때, 상기 제2 발전기를 가동시킨다.

상기 제어기는 상기 평균 부하가 상기 제1 발전기의 최대효율부하보다 클 때, 상기 제1 발전기의 가동 부하를 상기 제1 발전기의 최대효율부하에 상응하도록 유지하고, 상기 제1 발전기의 가동 부하와 상기 제2 발전기의 가동 부하의 합이 상기 평균 부하에 상응하도록 상기 제1 발전기 및 제2 발전기를 제어한다.

상기 제어기는 상기 평균 부하가 상기 제1 발전기의 최대효율부하보다 클 때, 상기 제1 발전기의 가동 부하와 상기 제2 발전기의 가동 부하의 합이 상기 평균 부하에 상응하고, 상기 제1 발전기의 가동 부하 및 상기 제2 발전기의 가동 부하가 동일하게 되도록 상기 제1 발전기 및 상기 제2 발전기를 제어한다.

상기 선박이 다이나믹 포지션(dynamic position) 동작을 수행할 때, 상기 평균 부하를 상기 제1 발전기가 담당하거나 상기 제1 및 제2 발전기가 담당하고 상기 차이 부하를 대용량 배터리가 담당한다.

상기 대용량 배터리는 슈퍼 커패시터를 포함한다.

상기 제어부는 상기 제1 및 제2 발전기에 발전기 제어 신호를 전송하고, 상기 제1 및 제2 발전기로부터 발전기 부하 정보를 수신하는 발전기 부하 제어부와, 발전기 부하 제어부로부터 발전기 부하 정보를 수신하고 센서를 통해 검출한 전력 그리드의 전압을 기초로 평균 부하 및 현재 부하를 산출하는 부하 산출부와, 상기 대용량 배터리에 배터리 제어 신호를 전송하고, 상기 대용량 배터리로부터 상기 대용량 배터리의 현재 충전 정도, 충방전 회수, 충전 및 방전 지속 시간 등에 관한 정보를 수신하는 배터리 제어부와, 상기 발전기 부하 제어부를 통해 발전기 제어 신호를 각각의 발전기에 제공하여 각각의 발전기의 가동 여부 및 가동 부하를 제어하고, 상기 배터리 제어부를 통해 대용량 배터리에 배터리 제어 신호를 제공하여, 대용량 배터리의 충전 또는 방전 여부를 제어하는 중앙 제어부를 포함한다.

상기 제1 발전기 및 제2 발전기는 디젤 발전기 또는, 석탄 가스, 발생 가스, 액화 가스(LPG) 또는 천연 가스 등의 기체 연료를 사용하는 내연 기관인 가스 엔진 발전기를 포함한다.

상기 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 선박의 다른 면(aspect)은 전력 그리드; 상기 전력 그리드에 연결되고 상기 전력 그리드에 전기를 공급하는 적어도 하나의 발전기; 상기 전력 그리드에 연결되고, 상기 전력 그리드로부터 전기를 공급받아 충전되거나 상기 전력 그리드에 전력을 공급하도록 방전되는 대용량 배터리; 상기 전력 그리드에 연결된 복수의 부하 요소; 상기 적어도 하나의 발전기로부터 발전기 부하 정보를 수신하고, 상기 전력 그리드의 전압을 센싱하여 현재 부하 및 평균 부하를 산출하여, 상기 평균 부하는 상기 발전기가 감당하도록 제어하고, 상기 현재 부하와 상기 평균 부하의 차이 부하는 상기 대용량 배터리가 감당하도록 제어하는 제어기를 포함하고, 상기 적어도 하나의 발전기 중 적어도 하나의 가동 부하는 최대효율부하에 상응하도록 한다.

상기 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 선박의 전력 운용 방법의 일 면(aspect)은 발전기 부하 정보 및 전력 그리드의 전압을 기초로 평균 부하 및 현재 부하를 결정하고, 상기 평균 부하와 최대 효율 부하를 비교하고, 그 결과에 따라 추가의 발전기를 가동시키고, 상기 현재 부하가 상기 평균 부하를 비교하고, 그 결과에 따라 대용량 배터리를 충전하거나 방전하는 것을 포함한다.

상기 평균 부하가 상기 최대 효율 부하보다 작거나 추가의 발전기가 가동된 경우, 상기 현재 부하와 상기 평균 부하의 크기를 비교한다.

상기 평균 부하가 상기 최대 효율 부하보다 큰 경우, 추가의 발전기를 가동 시킨다.

상기 현재 부하가 상기 평균 부하보다 크지 않은 경우, 상기 대용량 배터리를 충전시키고, 상기 현재 부하가 상기 평균 부하를 초과하는 경우, 상기 대용량 배터리를 방전시킨다.

기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 선박의 전력계통을 예시적으로 도시하는 블록도이다.
도 2는 도 1에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 선박의 전력계통에 대해 제어기의 예시적인 구성들을 더 상세히 도시한 블록도이다.
도 3은 순항 중인 선박의 예시적인 현재 부하를 도시한 그래프이다.
도 4는 도 3의 그래프의 일부를 확대 도시한 그래프이다.
도 5는 도 4의 그래프로 도시된 현재 부하에 대한 추가의 발전기가 가동될 때의 가동부하를 예시적으로 도시한 그래프이다.
도 6은 도 4의 그래프로 도시된 현재 부하에 대하여 본 발명의 일 실시예에 따른 선박의 발전기의 가동 부하 및 대용량 배터리의 충방전 부하를 함께 도시한 그래프이다.
도 7은 하나의 발전기의 가동 부하에 대한 단위 생산 전력당 연료 소모를 도시한 그래프이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 선박의 제어기의 충방전 제어 프로세서를 도시한 순서도이다.
도 9는 예시적인 선박의 시간에 따른 부하 변동에 대하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 선박의 복수의 발전기의 가동 부하 변동의 양상을 도시한 그래프이다.
도 10 내지 도 13은 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 전력 그래프를 나타낸 도면이다.
도 14 및 도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 선박을 나타낸 도면이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 게시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 게시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.

다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 선박의 전력계통을 예시적으로 도시하는 블록도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 선박은 전력 그리드(100), 전력 그리드(100)에 연결된 복수의 발전기(G1~Gn 또는 500), 전력 그리드(100)에 연결된 대용량 배터리(400), 전력 그리드(100)에 연결된 복수의 부하 요소(600) 및 제어기(200)를 포함한다.

전력 그리드(100)는 선박 내 전력 계통을 관류하는 하나 이상의 전기적 노드에 대응될 수 있다. 전력 그리드(100)는 하나 이상의 전기적 노드를 형성하여 부하 요소에 전력을 공급할 수 있는 하나 또는 그 이상의 전기 케이블의 집합 또는 네트워크를 의미할 수 있다.

도 1에 도시된 실시예에서, 전력 그리드(100)는 AC 전압이 인가된 AC 그리드를 형성하는 것으로 예시된다. 그러나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 전력 그리드(100)는 예를 들어, DC 전압이 인가되는 DC 그리드를 형성할 수도 있다.

복수의 발전기(G1~Gn)는 전력 그리드(100)에 연결되며 전력 그리드(100)에 전기를 공급할 수 있다. 복수의 발전기(G1~Gn)는, 예를 들어, 200KW 이상의 대용량 전력을 생성할 수 있는 디젤 발전기들로 구성될 수 있다. 또한, 발전기는 석탄 가스, 발생 가스, 액화 가스(LPG), 천연 가스 등의 기체 연료를 사용하는 내연 기관인 가스 엔진 발전기일 수도 있다. 각각의 발전기는 특정 전압 레벨 및 주파수를 갖는 AC 전압을 생성할 수 있고, 그 특정 전압 레벨 및 주파수를 유지하기 위하여 자기 조절(self regulation)될 수 있다. 예를 들어, 디젤 발전기는 440V 및 60Hz를 갖는 AC 전압을 제공하도록 소모하는 연료의 양을 자기 조절할 수 있고, 이에 따라, 전력 그리드(100)에 제공하는 전압 및 주파수를 440V 및 60Hz로 유지할 수 있다.

복수의 부하 요소들(600)은 전력 그리드(100)에 연결될 수 있고 전력 그리드(100)로부터 전력을 공급받아 복수의 부하 요소들(600)의 상응하는 기능들을 수행할 수 있다.

만일, 복수의 부하 요소들(600)이 많은 전력을 소모하여 전력 그리드(100)의 부하가 상승할 경우, 전력 그리드(100)의 AC 전압 진폭은 작아지거나 전력 그리드(100)의 AC 전압의 주파수는 감소할 수 있다. 이 경우, 전력 그리드(100)의 부하가 증가된 것으로 해석할 수 있으며, 복수의 발전기(G1~Gn)는 증가된 부하에 상응하는 가동 부하를 제공하도록 조절될 수 있다. 구체적으로, 전력 그리드(100)의 부하가 증가된 경우, 복수의 발전기(G1~Gn)는 소모하는 연료의 양을 증가시킴으로써, AC 전압의 진폭 및 주파수를 특정 레벨 및 주파수, 예를 들어, 440V 및 60Hz로 조절하여 전력 그리드(100)로 제공하는 가동 부하를 증가시킬 수 있다.

또한, 복수의 발전기(G1~Gn)는 외부로부터 발전기 제어 신호(CS_G)를 수신할 수 있고, 수신된 발전기 제어 신호(CS_G)에 응답하여, 복수의 발전기(G1~Gn)가 전력을 생산하여 전력 그리드(100)에 공급하는 전력의 양에 대응하는 가동 부하를 조절할 수 있다.

즉, 본 발명의 일 실시예에서 복수의 발전기(G1~Gn)는, 외부의 발전기 제어 신호(CS_G)에 따라 발전기(G1~Gn)의 가동 부하를 조절하는 외부 조절식으로 동작할 수 있다. 또는, 전력 그리드(100) 망의 순시적인 전압 변동에 독립적으로 생성하는 전력 부하의 양을 외부 조절식으로 유지할 수 있다.

선박 내 복수의 부하 요소(600)은 선박 내 전력 계통에 접속하여 제 기능을 수행하는 다양한 응용 기기 및 기구들일 수 있다. 복수의 부하 요소(600)은 변압기를 통해 전력 그리드(100)에 연결될 수 있고, 변압기는 예를 들어, 440V인 전력 그리드(100)의 전압을 각각의 부하 요소의 운용 전압으로 감압 또는 승압하여 복수의 부하 요소(600)에 제공할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 선박에서, 복수의 부하 요소(600)는 선내 기기/기구 부하(L0), 복수의 쓰러스터(L1~Lm)를 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.

선내 기기/기구 부하(L0)는 선박 내에서 전기를 사용하여 운용되는 통상의 기기/기구일 수 있고, 예를 들어, 관제 시스템, 가전 용품, 조명 등 일 수 있다.

복수의 쓰러스터(L1~Lm)는 선박의 운항용 메인 프로펠러 이외에 보조적인 추진력을 제공하는 전기 모터 및 스크류의 결합일 수 있고, 예를 들어, 선박의 선두에서 선박의 길이 방향에 수직한 방향으로 추진력을 제공하는 바우 쓰러스터(bow thruster) 또는 전방위에 걸쳐 추진력을 제공할 수 있는 아지무스 쓰러스터(azimuth thruster) 일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 선박에서, 선박은 다이나믹 포지션 동작을 수행하는 선박일 수 있다. 즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 선박은 시간에 따른 선박의 위치 및 각도의 동적 변화에 대하여 선박의 평형을 유지하도록, 보조 동력 수단인 쓰러스터(L1~Lm)를 이용하여 선박의 다이나믹 포지션 동작을 제어할 수 있다.

선박의 다이나믹 포지션 동작을 위한 쓰러스터(L1~Lm)의 가동은 불특정한 선박의 위치 및 각도의 동적 변화에 대응하는 것이므로, 특정되지 않은 시간 구간 동안에, 선박에서 평균적으로 소모하는 부하에 대하여 요동하는 순시 부하의 변동을 야기할 수 있다.

이와 같은 선박 내의 전력 그리드(100)에 인가되는 요동하는 순시 부하의 변동에 대응하기 위하여, 선박 내의 복수의 발전기(G1~Gn)는 공급가능한 부하의 충분한 마진을 가지고 있어야 한다. 예를 들어, 선박에서 소모되는 평균 부하(L_A) 이상의 부하를 공급하기 위하여, 하나의 발전기가 평균 부하(L_A)에 비하여 충분히 큰 전력 공급 능력을 가지거나, 추가의 발전기가 최소 부하 공급 상태에서 발전 상태를 유지하고 있어야 한다. 예를 들어, 복수의 발전기(G1~Gn) 중에서, 제1 발전기(예를 들어, G1)가 공급 가능한 최대 부하가 선박 내에서 소모되는 평균 부하(L_A) 이상일 지라도, 동적 위치 제어를 위하여 불특정한 시간 구간 동안 가동되는 쓰러스터의 가동 부하에 대한 마진을 고려하여, 제2 발전기(예를 들어, G2)는 대기 상태를 유지할 필요가 있다. 이 때, 제2 발전기(G2)는, 상대적으로 그 용량에 비하여 낮은 부하를 공급하는 발전 상태를 유지해야 하며, 이는 발전기의 연비를 저해하는 원인이 될 수 있다.

하지만, 본 발명의 일 실시예에 따른 선박에서, 대기 상태를 유지하는 발전기를 사용하지 않고, 대용량 배터리(400)를 이용하여 순시 부하의 변동에 능동적으로 대처할 수 있다.

이러한 대용량 배터리(400)는 DC to AC 변압기 또는 AC to DC 변압기를 통해 전력 그리드(100)에 연결될 수 있고, 선박 내 전력 계통에 대한 보조적인 전력 공급 수단으로 작용할 수 있다. 대용량 배터리(400)는 전력 그리드(100)로부터 전력을 공급 받아 충전되거나 방전하여 전력 그리드(100)에 전력을 공급할 수 있다.

대용량 배터리(400)는 리튬이온 전지 또는 슈퍼 커패시터일 수 있다. 또한, 대용량 배터리(400)는 리튬이온 전지 및 슈퍼 커패시터 중 하나 이상이 ISO 컨테이너에 탑재된 것일 수 있다.

대용량 배터리(400)는 미리 설정된 충전치를 유지 또는 추종하도록 충전 또는 방전을 반복할 수 있다. 예를 들어, 대용량 배터리(400)는 미리 설정된 하한 충전치 이하로 방전될 경우, 충전을 시작하고 미리 설정된 상한 충전치 이상으로 충전될 경우 방전되도록 자기 조절될 수 있다. 또한, 예를 들어, 대용량 배터리(400)는 시간에 따라 변동하는 미리 설정된 충방전 목표값을 추종하도록 충방전이 자기 조절될 수 있다.

나아가, 대용량 배터리(400)는 외부의 배터리 제어 신호(CS_B)에 응답하여 대용량 배터리의 충전 또는 방전 상태를 스위칭할 수 있다. 예를 들어, 대용량 배터리(400)에 충전 개시 신호에 상응하는 배터리 제어 신호(CS_B)가 인가될 때 대용량 배터리는 충전을 시작한다. 방전 개시 신호에 상응하는 배터리 제어 신호(CS_B)가 인가될 때 대용량 배터리(400)는 방전을 시작하도록, 대용량 배터리(400)는 외부 조절식으로 제어될 수 있다.

복수의 발전기(G1~Gn)는 각각의 발전기(G1~Gn)의 가동 여부 및 가동 부하에 관한 발전기 부하 정보(L_G)를 외부로, 예를 들어, 외부의 제어기(200)에 전달할 수 있다. 또한, 대용량 배터리(400)는, 대용량 배터리(400)의 현재 충전 정도, 충방전 회수, 충전 및 방전 지속 시간 등에 관한 정보를 외부로, 예를 들어, 외부의 제어기(200)에 전달할 수 있다.

제어기(200)는 각각의 발전기에 발전기 제어 신호(CS_G)를 제공하여 각각의 발전기(G1~Gn)의 가동 여부 및 가동 부하의 정도를 제어할 수 있다. 또한, 제어기(200)는 대용량 배터리(400)에 배터리 제어 신호(CS_B)를 제공하여 대용량 배터리의 충전 또는 방전 여부를 제어할 수 있다. 또한, 제어기(200)는 센서를 통해 전력 그리드(100)에 접속될 수 있고, 센서에 의해 전력 그리드(100)의 전압을 검출할 수 있다.

구체적으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 선박에서, 제어기(200)는 복수의 발전기(G1~Gn)로부터 발전기 부하 정보(L_G)를 수신하고 전력 그리드(100)의 전압을 검출하여 현재 부하(L_C) 및 평균 부하(L_A)를 산출하고, 산출된 현재 부하(L_C) 및 평균 부하(L_A)를 기초로 발전기 각각의 발전기의 가동 부하 및 대용량 배터리의 충방전을 제어할 수 있다.

더욱 구체적으로, 제어기(200)는 적어도 제1 발전기(예를 들어, G1)의 가동 부하(L_G1)를 전력 계통에서 소모되는 평균 부하(L_A)에 상응하도록 제어할 수 있다. 즉, 평균 부하(L_A)는 발전기가 감당하도록 제어될 수 있다. 또한, 제어기(200)는 현재 전력 계통에서 소모되는 현재 부하(L_C)가 전력 계통에서 소모되는 평균 부하(L_A) 보다 큰 시간 구간 동안 대용량 배터리(400)를 방전시키고, 현재 부하(L_C)가 평균 부하(L_A)보다 작은 시간 구간 동안 대용량 배터리(400)를 충전시킬 수 있다. 즉, 현재 부하(L_C)와 평균 부하(L_A)의 차이 부하는 대용량 배터리(400)가 감당하도록 제어될 수 있다.

본 명세서에서, 현재 부하(L_C)는 현재 시점에서 전력 그리드(100)에 인가되는 부하의 총량(예를 들어, 산술 합계)을 의미한다. 또한, 평균 부하(L_A)는 현재 시점 이전의 적어도 일정 시간 구간 동안에, 전력 그리드(100)에 인가되는 부하의 평균을 의미한다. 평균은 일정 시간 구간 동안의 부하 총량을 시간으로 나눈 값일 수 있다. 한편, 평균은 단순 평균일 수도 있고, 가중 평균일 수도 있다.

이어, 도 2를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 제어기(200)의 예시적인 구성들을 상세히 설명한다.

도 2는 도 1에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 선박의 전력계통에 대해 제어기(200)의 예시적인 구성들을 더 상세히 도시한 블록도이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 선박에서, 제어기(200)는 발전기 부하 제어부(210), 부하 산출부(220), 중앙 제어부(230), 배터리 제어부(240), 운항 정보 DB(250)를 포함할 수 있다.

발전기 부하 제어부(210)는 복수의 발전기(G1~Gn)에 발전기 제어 신호(CS_G)를 전송하고, 복수의 발전기(G1~Gn)로부터 발전기 부하 정보(L_G)를 수신하는 인터페이스일 수 있다.

발전기 부하 제어부(210)는 수신된 발전기 부하 정보(L_G)를 부하 산출부(220)로 전달할 수 있다. 또한, 발전기 부하 제어부(210)는 중앙 제어부(230)로부터 발전기 제어 신호(CS_G)를 수신하여 이를 복수의 발전기(G1~Gn)에 전달할 수 있다. 복수의 발전기(G1~Gn)는 외부의 발전기 제어 신호(CS_G)에 응답하여, 각각의 발전기(G1~Gn)의 가동 여부 및 가동 부하를 조절할 수 있다.

센서(300)는 전력 그리드(100)로부터 전압(예를 들어, 전압의 레벨, 진폭, 주파수 등)을 센싱하고, 그 센싱값(V_Sense)를 부하 산출부(220)에 전달할 수 있다.

부하 산출부(220)는 발전기(G1~Gn)의 총 가동 부하, 선박 내 부하들의 평균 부하(L_A), 선박 내 부하들의 현재 부하(L_C), 현재 부하(L_C)와 총 가동 부하의 차이 등을 산출할 수 있다. ,

부하 산출부(220)는, 예를 들어, 수신된 발전기 부하 정보(L_G)를 토대로, 현재 발전기(G1~Gn)에서 생산하는 총 가동 부하를 결정할 수 있다.

또한, 부하 산출부(220)는 전력 그리드(100)의 센싱값(V_Sense)(즉, 전압의 레벨, 진폭, 주파수 등)을 기초로, 평균 부하(L_A) 및 현재 부하(L_C)를 산출한다. 이어서, 중앙 제어부(230)에 산출된 평균 부하(L_A) 및 현재 부하(L_C)를 제공할 수 있다.

부하 산출부(220)는 예를 들어, 전력 그리드(100)의 전압의 진폭과 특정 진폭 사이의 편차(이하, "진폭 편차"라 함)를 모니터링하거나, 전력 그리드(100)의 전압의 주파수와 특정 주파수 사이의 편차(이하, "주파수 편차"라 함)를 모니터링할 수 있다. 여기서, 특정 진폭 및 특정 주파수는 예를 들어, 현재 복수의 발전기(G1~Gn)에서 생산하는 총 가동 부하에 대응되는 값일 수 있다. 전술한 것과 같이, 현재 부하(L_C)는, 현재 시점에서 전력 그리드(100)에 연결된 모든 부하들의 산술 합계에 대응한다. 따라서, "진폭 편차"는 현재 부하(L_C)와 총 가동 부하의 차이에 상응할 수 있다. 마찬가지로, "주파수 편차"도, 현재 부하(L_C)와 총 가동 부하의 차이에 상응할 수 있다.

예를 들어, 현재 부하(L_C)가 현재 발전기(G1~Gn)에서 생산하는 총 가동 부하보다 크다면, 전력 그리드(100)로부터 검출된 전압의 진폭은 작아지거나 전압의 주파수는 감소될 수 있다. 반대로, 현재 부하(L_C)가 현재 발전기(G1~Gn)에서 생산하는 총 가동 부하보다 작다면, 전력 그리드(100)로부터 검출된 전압의 진폭은 커지거나 전압의 주파수는 증가될 수 있다.

정리하면, 부하 산출부(220)는, "진폭 편차"와 "주파수 편차"를 토대로, 현재 부하(L_C)와 총 가동 부하의 차이를 산출할 수 있다.

또한, 부하 산출부(220)는, 현 시점 이전에 산출되었던 현재 부하(L_C)들의 임의의 표본들을 임의의 시간 구간에 대하여 평균함으로써 평균 부하(L_A)를 산출할 수 있다. 다만, 평균 부하(L_A)는 요동하는 현재 부하(L_C)의 평균적인 경향성을 나타내는 것으로 이해되어야 한다. 단지, 이전 시점의 현재 부하(L_C)들의 평균만이 아니라, 이전 시점 및 현재 시점의 현재 부하(L_C)들의 경향성을 고려하여 판단될 수 있는 것으로 해석되어야 할 것이다.

배터리 제어부(240)는 대용량 배터리(400)에 배터리 제어 신호(CS_B)를 전송한다. 배터리 제어부(240)는 대용량 배터리(400)로부터 대용량 배터리(400)의 현재 충전 정도, 충방전 회수, 충전 및 방전 지속 시간 등에 관한 정보를 수신하는 인터페이스일 수 있다.

배터리 제어부(240)는 대용량 배터리(400)로부터 수신된 상기 정보를 중앙 제어부(230)로 전달할 수 있다. 또한, 배터리 제어부(240)는 중앙 제어부(230)로부터 배터리 제어 신호(CS_B)를 수신하여 이를 대용량 배터리(400)에 전달할 수 있다. 대용량 배터리(400)는 외부의 배터리 제어 신호(CS_B)에 응답하여, 충전 또는 방전 상태를 스위칭할 수 있다.

중앙 제어부(230)는 발전기 부하 제어부(210)를 통해 발전기 제어 신호(CS_G)를 각각의 발전기(G1~Gn)에 제공할 수 있고, 이에 중앙 제어부(230)는 각각의 발전기의 가동 여부 및 가동 부하를 제어할 수 있다. 또한, 중앙 제어부(230)는 배터리 제어부(240)를 통해 대용량 배터리(400)에 배터리 제어 신호(CS_B)를 제공할 수 있고, 이에 중앙 제어부(230)는 대용량 배터리(400)의 충전 또는 방전 여부를 제어할 수 있다.

구체적으로, 중앙 제어부(230)는 부하 산출부(220)로부터 수신된 현재 부하(L_C) 및 평균 부하(L_A)를 기초로 각각의 발전기(G1~Gn)의 가동 여부 및 가동 부하를 결정하여 이에 상응하는 발전기 제어 신호(CS_G)를 생성할 수 있다. 또한, 중앙 제어부(230)는 현재 부하(L_C) 및 평균 부하(L_A)를 기초로 대용량 배터리(400)의 충방전 타이밍을 결정하여 이에 상응하는 배터리 제어 신호(CS_B)를 생성할 수 있다

더욱 구체적으로, 중앙 제어부(230)는 적어도 하나의 발전기(예를 들어, G1)의 가동 부하(L_G1)를 평균 부하(L_A)에 상응하도록 제어할 수 있다. 즉, 중앙 제어부(230)는 평균 부하(L_A)가 일정하게 유지되거나 완만한 속도로 증감할 때, 복수의 발전기(G1~Gn)에서 생산하는 부하에 대응하는 가동 부하가 이러한 평균 부하(L_A)에 일치하거나 근접하도록 하는 발전기 제어 신호(CS_G)를 생성하여 복수의 발전기(G1~Gn)에 제공할 수 있다.

또한, 중앙 제어부(230)는 현재 부하(L_C)와 평균 부하(L_A)를 비교할 수 있고, 현재 부하(L_C)가 평균 부하(L_A) 보다 큰 시간 구간 동안 대용량 배터리의 방전을 지시하는 배터리 제어 신호(CS_B)를 대용량 배터리(400)에 제공할 수 있다. 반대로, 현재 부하(L_C)가 평균 부하(L_A) 부하 보다 작은 시간 구간 동안 대용량 배터리(400)의 충전을 지시하는 배터리 제어 신호(CS_B)를 대용량 배터리에 제공할 수 있다.

즉, 중앙 제어부(230)는 발전기(G1~Gn)에서 생산하는 가동 부하가 평균 부하(L_A)를 추종하도록 제어하며, 예를 들어, 쓰러스터에 의해 불특정한 시점에서 유발되는 현재 부하(L_C)의 요동을 대용량 배터리의 충방전을 통해 보상할 수 있다. 이와 관련한 더 상세한 설명은 이후 도 3 내지 도 7을 참조하여 기술된다.

운항 정보 DB(250)는 선박의 항해 스케쥴링에 관한 정보(S_I)가 기록된 데이터베이스 일 수 있다.

운항 정보 DB(250)는 선박의 항해 스케쥴링에 관한 정보(S_I)를 중앙 제어부(230)로 제공할 수 있고, 중앙 제어부(230)는 선박의 항해 스케쥴링을 고려하여, 대용량 배터리(400)의 추가적인 충전 또는 방전 시간 구간을 설정할 수 있다.

도 3은 순항 중인 선박의 예시적인 현재 부하를 도시한 그래프이다.도 4는 도 3의 그래프의 일부를 확대 도시한 그래프이다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 순항하는 선박에서 소모되는 부하는 일반적으로 시간에 따라 큰 변동 없이 일정하게 또는 낮은 기울기로 증감할 것으로 예측될 수 있다. 이에, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 시간에 대한 선박의 현재 부하(L_C)의 그래프는 일정한 값으로 유지되는 평활 구간(S_P)를 가질 수 있다.

참고로, 도 3 및 도 4에서 세로축의 부하(%)의 단위는 복수의 발전기(G1~Gn) 중 하나의 발전기가 생산할 수 있는 최대 가동 부하를 100%로 가정하여 도시한 것이고, 가로축은 초(sec) 단위의 시간이다.

순항 중에 예를 들어, 동적 위치 제어를 위해 쓰러스터와 같은 대용량의 부하를 사용하는 경우, 선박에서 소모하는 부하는 크게 요동할 수 있고, 이에, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 시간에 대한 선박의 현재 부하(L_C)의 그래프는 특정 시간 구간 동안 시간에 대해 요동하는 요동 구간(F_P)를 가질 수 있다.

도 3 및 도 4에서, 요동 구간의 현재 부하(L_C)의 최대 값(Max_P)은 130%이며 최소 값(Min_P)은 60%로 예시되었다. 또한, 순항하는 선박의 평균 부하(L_A)는 80%로 예시되었다.

즉, 도시된 예시에서, 순항하는 선박의 평균 부하(L_A)는 80%이고 이는 적어도 하나의 발전기가 생산 가능한 가동 부하의 범위 이내이므로, 평활 구간(S_P) 동안 하나의 발전기만이 전력을 생산하여 전력 계통에 전력을 공급하는 것이 효율적일 수 있다.

그러나, 예를 들어, 동적 위치제어 선박에서 쓰러스터를 가동과 같은 특별한 부하 소요가 발생할 수 있으며, 이러한 부하 소요에 대응하기 위하여 복수의 발전기(G1~Gn)는 공급가능한 부하의 마진을 가지고 있어야 한다.

즉, 도 3 및 도 4에서 예시된 바와 같이, 요동 구간(F_P)의 현재 부하(L_C)의 최대 값(Max_P)가 130%일 때, 하나의 발전기의 가동 부하(100%)로는 요동 구간에서의 현재 부하(L_C)의 변동에 대응할 수 없으며, 모자라는 전력을 공급하는 추가적인 전력 공급원이 요구될 수 있다.

요동 구간(F_P)에서 모자라는 전력을 공급하기 위한 가장 쉬운 접근은 추가의 발전기를 더 가동하는 것일 수 있다. 이와 관련하여, 아래에서 도 5를 참조하여 더 상술한다.

본 발명은 요동 구간(F_P)에서 모자라는 전력을 공급하기 위한 다른 접근으로서, 평균 부하(L_A) 및 현재 부하(L_C)를 기초로 발전기의 가동 부하 및 대용량 배터리의 충방전을 제어하는 것을 제시한다. 이와 관련하여, 아래에서 도 6을 참조하여 더 상술한다.

도 5는 도 4의 그래프로 도시된 현재 부하에 대해서, 추가의 발전기가 가동될 때의 가동부하를 예시적으로 도시한 그래프이다.도 6은 도 4의 그래프로 도시된 현재 부하에 대해서, 본 발명의 일 실시예에 따른 선박의 발전기의 가동 부하 및 대용량 배터리의 충방전 부하를 함께 도시한 그래프이다.도 7은 하나의 발전기의 가동 부하에 대한 단위 생산전력당 연료소모를 도시한 그래프이다.

우선, 도 5를 참조하면, 예를 들어, 2대의 발전기(G1, G2)를 사용하는 경우를 설명한다. 제1 발전기(G1)의 가동 부하(L_G1) 및 제2 발전기(G2)의 가동 부하(L_G2)의 합은, 현재 부하(L_C)에 대응될 수 있다.

발전기(G1, G2)가 시동되어 전력을 공급하기 까지 상당한 지연 시간이 있을 수 있기 때문에, 요동 구간(F_P)에서의 현재 부하(L_C)의 변동에 대응하기 위하여, 추가의 발전기가 사용되는 될 때, 추가의 발전기는 항시 시동 상태를 유지해야할 필요가 있다. 즉, 도 5에 예시된 바와 같이, 요동 구간에서의 현재 부하(L_C)의 변동에 대응하기 위하여, 제2 발전기(G2)는 예를 들어, 20%의 가동 부하를 유지할 수 있다.

이 때, 제1 발전기(G1)는 평활 구간에서 60%의 가동 부하를 가질 수 있고, 요동 구간(F_P)에서 가동 부하의 증감을 반복할 수 있고, 요동 구간(F_P)의 현재 부하(L_C)가 최대 값을 갖는 지점에서 제1 발전기(G1)는 100%에 근접한 최대의 가동 부하(Max_P_G1)를 가질 수 있다. 제2 발전기(G2)는 대기 상태로서 20%의 가동 부하 상태를 유지할 수 있고, 요동 구간의 현재 부하(L_C)가 최대가 되는 지점에서 제2 발전기는 약 30%인 최대 가동 부하(Max_P_G2)를 가질 수 있다.

도 7을 참조하면, 일반적으로 하나의 디젤 발전기에서 생산되는 가동 부하가 증가함에 따라 단위 생산전력당 연료소모(g/kwh)는 점진적으로 감소되며, 대략 가동 부하가 80%인 지점에서 단위 생산 전력당 연료 소모가 최소 값을 갖는 것을 확인할 수 있다.

즉, 최대효율부하는 연비가 최대가 되는 지점의 가동 부하이다. 디젤 발전기는 가동 부하가 최대효율부하에 근접하게 증가할수록 그 연비가 증가됨을 확인할 수 있다.

다시, 도 5를 참조하면, 제1 발전기(G1)는 평활 구간(S_P)에서 대략 60%의 가동 부하를 가지며 제2 발전기(G2)는 평활 구간(S_P)에서 대략 20%의 가동 부하를 가진다. 즉, 도 4에 도시된 바와 같이, 선박 내 전력 계통의 평균 부하(L_A)는 80%임에도 불구하고, 제2 발전기는 요동 구간의 현재 부하(L_C) 변동에 대응하기 위하여 약 20%의 가동 부하를 유지하여야 하고, 이에 따라 제1 발전기는 60%의 가동 부하 상태를 유지하게 된다. 하나의 발전기(예를 들어, G1)로 공급 가능한 부하에 대하여, 두 개의 발전기(G1, G2)가 가동 부하를 공급하는 것은, 각각의 발전기(G1, G2)의 가동 부하가 감소되는 것으로 해석된다. 즉, 도 7을 참조하면, 발전기(G1, G2)의 연비가 감소됨을 알 수 있다.

특히, 대기 상태를 유지하는 제2 발전기(G2)의 경우, 시동을 유지하는 가장 낮은 가동 부하 상태인 대략 20%의 가동 부하를 가질 수 있고 이는 도 7로부터 가장 낮은 연비를 생성하는 가동 부하임을 알 수 있다.

한편, 도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 선박의 제어기(200)는 평균 부하(L_A) 및 현재 부하(L_C)를 산출하고, 제1 발전기(G1)의 가동 부하(L_G1)를 평균 부하(L_A)에 상응하도록 제어할 수 있다. 즉, 도 6에 도시된 바와 같이, 평균 부하(L_A)가 80%일 때, 제1 발전기(G1)는 80%의 가동 부하(L_G1)을 가질 수 있고, 이는 평탄 구간(S_P) 및 요동 구간(F_P) 모두에서 유지된다.

또한, 제어기(200)는 현재 부하(L_C)가 평균 부하(L_A) 보다 큰 시간 구간 동안 대용량 배터리(400)를 방전시키고 현재 부하(L_C)가 평균 부하(L_A) 보다 작은 시간 구간 동안 대용량 배터리(400)를 충전시키도록 대용량 배터리를 제어할 수 있다.

즉, 도 6에 도시된 바와 같이, 제1 발전기(G1)의 가동 부하(L_G1)의 가동 부하를 평균 부하(L_A)에 근접한 80% 수준을 유지한다. 현재 부하(L_C)가 평균 부하(L_A)보다 큰 시간 구간(+) 동안 대용량 배터리는 방전되어 전력 계통에 전력을 공급할 수 있다. 현재 부하(L_C)가 평균 부하(L_A)보다 작은 시간 구간(-) 동안 대용량 배터리는 충전되어 전력 계통으로부터 전력을 공급받을 수 있다.

즉, 평균 부하(L_A)가, 복수의 발전기 중 하나의 발전기(G1)의 최대 효율 부하보다 작은 경우, 하나의 발전기(G1)만 구동되고, 나머지 발전기(G2)는 구동되지 않을 수도 있다. 하나의 발전기(G1)로 평균 부하(L_A)를 감당하고, 나머지 부하는 대용량 배터리로 감당할 수 있다. 따라서, 나머지 발전기(G2)가 대략 20%의 낮은 가동 부하로 구동되고 있을 필요가 없다.

따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 선박은 하나의 발전기의 최대 가동 부하 범위 내의 평균 부하(L_A)에 대하여, 추가적인 발전기의 시동 없이도 임의의 부하 소요에 대한 충분한 마진을 확보할 수 있으며, 추가적인 발전기의 사용으로 인한 연비 감소를 회피할 수 있다.

나아가, 본 발명의 일 실시예에 따른 선박에서, 적어도 하나의 발전기(예를 들어, G1)는 평균 부하(L_A)에 상응하는 가동 부하를 가진다. 따라서, 시간에 대하여 일정하거나, 시간에 대하여 낮은 기울기를 갖는 가동 부하 변동을 가지므로, 발전기의 급감가속을 억제할 수 있다. 이는, 발전기의 노후화를 억제할 것으로 기대할 수 있다.

특히, 선박이 다이나믹 포지션(dynamic position) 동작을 수행할 때, 상기 평균 부하(L_A)를 발전기가 담당하고, 현재 부하(L_C)와 평균 부하(L_A)의 차이 부하를 대용량 배터리가 담당하는 것은 매우 효과적일 수 있다. 다이나믹 포지션 동작은, 예를 들어, 드릴쉽(Drillship)과 같은 선박이 해상의 작업영역에서 정박할 수 있도록 조류, 바람, 파고의 영향에도 위치를 유지할 수 있도록 하는 것이다. 다이나믹 포지션 동작을 할 때, 경험적으로 평균 부하(L_A)가 일정하고, 갑작스런 조류, 바람, 파고 등에 의해서 순간적인 부하가 발생되는 경우가 많기 때문이다. 또한, 다이나믹 포지션 동작을 수행할 때는, 대용량 배터리는 슈퍼 캐패시터를 사용할 수 있다. 왜냐하면, 다이나믹 포지션 동작시에는, 에너지 저장 용량은 크지 않아도 되지만, 순간적인 출력은 커야 하기 때문이다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 선박은, 가동 부하가 일반적인 순항시의 사전에 측정된 평균 부하(L_A)에 상응하는 발전기(G1)를 설치할 수 있다. 따라서, 순항시 적어도 하나의 발전기는 그 가동 부하가 가능한 최대효율부하에 근접할 수 있으며, 이로써, 선박 운항의 연비가 개선될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서, 만일 평균 부하(L_A)가 적어도 하나의 발전기의 최대 가동 부하, 예를 들어 100% 가동 부하, 또는 최대 효율 부하, 예를 들어 80% 가동 부하를 초과한다면, 추가의 발전기가 발전을 시작할 수 있다.

이하에서는, 평균 부하(L_A)가 최대 가동 부하 또는 최대 효율 부하를 초과할 때의 본 발명의 일 실시예에 따른 발전기들의 발전 제어 및 그 양상을 도 8 및 도 9를 참조하여 설명한다.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 선박의 제어기(200)의 충방전 제어 프로세스를 도시한 순서도이다.

도 8을 참조하면, 제어기(도 2의 200 참조)는 발전기 부하 정보(L_G) 및 전력 그리드(100)의 전압을 기초로, 평균 부하(L_A) 및 현재 부하(L_C)를 결정할 수 있다(810).

이어, 제어기(200)는 평균 부하(L_A)와 최대 효율 부하(예를 들어, 80%)를 비교할 수 있다(820). 최대 효율 부하의 값(80%)은 발전기에 따라서 변경될 수 있다. 다만, 도 8에 도시된 실시예에서, 제어기(200)는 평균 부하(L_A)와 최대 효율 부하의 크기를 비교하나, 다른 실시예에서, 제어기(200)는 평균 부하(L_A)와 적어도 하나의 발전기의 최대 가동 부하를 비교할 수도 있다.

이어, 만일, 최대 효율 부하가 평균 부하(L_A)보다 작다면, 즉 평균 부하(L_A)가 최대 효율 부하보다 크다면("N"), 제어기(200)는 추가의 발전기를 가동 시킨다(840).

이어, 만일, 최대 효율 부하가 평균 부하(L_A) 이상이거나("Y"), 추가의 발전기가 가동되었다면, 제어기(200)는 현재 부하(L_C)와 평균 부하(L_A)의 크기를 비교한다(830).

이어, 만일 현재 부하(L_C)가 평균 부하(L_A)보다 크지 않다면("N"), 제어기(200)는 대용량 배터리를 충전시킨다(860). 만일 현재 부하(L_C)가 평균 부하(L_A) 이상이라면("Y"), 제어기(200)는 대용량 배터리를 방전시킨다(850).

이후, 블록(810)의 단계로 복귀될 수 있고, 제어기(200)의 충방전 제어는 계속 반복 진행될 수 있다.

도 9는 예시적인 선박의 시간에 따른 부하 변동에 대하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 선박의 복수의 발전기(G1~Gn)의 가동 부하 변동의 양상을 도시한 그래프이다.

도 9에 도시된 바와 같이, 선박의 시간에 따른 총 부하가 대략 150%의 평균 부하(L_A)를 가지고 시간에 따라 최대 180% 최소 130%로 변동하는 것이 예시된다.

도 9를 참조하면, 제어기(200)는 평균 부하(L_A)가 제1 발전기(G1)의 최대효율부하보다 클 때, 제1 발전기(G1)의 가동 부하(L_G1)를 제1 발전기(G1)의 최대효율부하에 상응하도록 유지한다. 제1 발전기(G1)의 가동 부하(L_G1)와 제2 발전기(G2)의 가동 부하(L_G2)의 합이 평균 부하(L_A)에 상응하도록 제1 발전기(G1) 및 제2 발전기(G2)를 제어할 수 있다.

예를 들어, 제어기(200)는 시간에 따른 현재 부하(L_C)의 변동에 독립적으로, 제1 발전기(G1)의 가동 부하(L_G1)를 제1 발전기(G1)의 최대 효율 부하(약 80%)에 상응하게 유지할 수 있다.

또한, 제어기(200)는 시간에 따른 현재 부하(L_C)의 변동에 독립적으로, 제1 발전기(G1)의 가동 부하(L_G1)와 제2 발전기(G2)의 가동 부하(L_G2)의 합이 평균 부하(L_A)에 상응하도록 제2 발전기(G2)의 가동 부하(L_G2)를 유지(예를 들어, 70%)로 유지할 수 있다.

또는, 제어기(200)는 제 1 발전기(G1) 및 제 2 발전기(G2)의 가동 부하가 각각 최대 효율 부하에 상응하도록 제 1 발전기(G1) 및 제 2 발전기(G2)를 제어할 수 있다. 예를 들어, 제어기(200)는 제 1 발전기(G1) 및 제 2 발전기(G2) 모두가 80%의 가동 부하로 동작하도록 제어할 수도 있다.

또는, 제어기(200)는 제 1 발전기(G1)의 가동 부하(L_G1)와 제 2 발전기(G2)의 가동 부하(L_G2)가 동일하게 되도록 제어할 수도 있다. 즉, 평균 부하(L_A)가 150%인 경우 제 1 발전기(G1)의 가동 부하(L_G1) 및 제 2 발전기(G2)의 가동 부하(L_G2)는 각각 75%일 수 있는 것이다. 이하, 각 발전기의 가동 부하가 동일한 경우 해당 가동 부하를 "분할 효율 부하"라 한다.

이 때, 제어기(200)는 현재 부하(L_C)가 평균 부하(L_A)보다 클 때 대용량 배터리(도 2의 400 참조)를 방전시킬 수 있고, 현재 부하(L_C)가 평균 부하(L_A)보다 작을 때 대용량 배터리(400)를 충전시킬 수 있다.

따라서, 본 발명의 일 실시예에서, 적어도 하나의 발전기(예를 들어, G1)는 최대 효율 부하 또는 분할 효율 부하로 전력을 생산하며, 다른 하나의 발전기(예를 들어, G2)는 가능한 최대 효율 부하에 근접하는 부하 또는 분할 효율 부하로 전력을 생산하므로, 선박의 발전기의 연비를 개선시킬 수 있다.

나아가, 본 발명의 일 실시예에서, 적어도 하나의 최대 효율 부하로 전력을 생산하며, 적어도 하나의 발전기(예를 들어, G1)와 다른 하나의 발전기(예를 들어, G2)의 가동 부하의 합은 평균 부하(L_A)에 상응하도록 유지되므로, 즉, 가동 부하의 합이 시간에 대하여 일정하거나 시간에 대하여 낮은 기울기를 가지므로, 발전기의 급감가속을 억제할 수 있으며, 이는 발전기의 노후화를 억제할 수 있다.

도 10 내지 도 12는 평균 부하(Pc)의 변화에 따라서 발전기의 순차적 동작을 나타낸 도면이다.

도 10을 참조하면, 평균 부하(Pc)가 o -> a -> b -> c -> d -> e와 같이 변동되고, 평균 부하(Pc)에 따라 각 발전기(Pg1, Pg2, Pg3)가 순차적으로 동작 개시 및 동작 중지된 것을 도시하고 있다.

o 지점에서부터 평균 부하(Pc)가 증가하기 시작하면 제 1 발전기(Pg1)가 동작을 개시한다. 이 때, 제 1 발전기(Pg1)는 사전에 설정된 크기의 가동 부하로 동작을 수행할 수 있는데, 도 10은 80%의 가동 부하로 제 1 발전기(Pg1)가 동작하는 것을 도시하고 있다. 이러한 경우, 제1 발전기(Pg1)가 생산한 전력이 남을 수 있는데, 남는 전력은 대용량 배터리(400)에 축적할 수 있다.

a 지점에서 제 1 기준(P1)을 초과하면 제 2 발전기(Pg2)가 동작을 개시한다. 제 2 발전기(Pg2)도 사전에 설정된 크기의 가동 부하로 동작을 수행할 수 있으며, 도 10은 80%의 가동 부하로 제 2 발전기(Pg2)가 동작하는 것을 도시하고 있다. 이러한 경우, 제2 발전기(Pg2)가 생산한 전력이 남을 수 있는데, 남는 전력은 대용량 배터리(400)에 축적할 수 있다.

b 지점에서 제 2 기준(P2)을 초과하면 제 3 발전기(Pg3)가 동작을 개시한다. 제 3 발전기(Pg3)도 사전에 설정된 크기의 가동 부하로 동작을 수행할 수 있으며, 도 10은 80%의 가동 부하로 제 3 발전기(Pg3)가 동작하는 것을 도시하고 있다.

여기서, 제 1 발전기(Pg1), 제 2 발전기(Pg2), 제 3 발전기(Pg3)에 의한 80%의 가동 부하는 전술한 최대 효율 부하일 수 있다.

b 지점에서부터 평균 부하(Pc)가 큰 변동 없이 유지되다가 c 지점에서 제 2 기준(P2) 미만이 되면 제 3 발전기(Pg3)가 동작을 중지한다.

c 지점에서부터 평균 부하(Pc)가 지속적으로 감소하여 d 지점에서 제 1 기준(P1) 미만이 되면 제 2 발전기(Pg2)가 동작을 중지한다. 마찬가지로, c 지점과 d 지점 사이에서, 제2 발전기(Pg2)가 생산한 전력이 남을 수 있는데, 남는 전력은 대용량 배터리(400)에 축적할 수 있다.

d 지점에서부터 평균 부하(Pc)가 지속적으로 감소하여 e 지점에서 0이 되면 제 1 발전기(Pg1)가 동작을 중지한다. 마찬가지로, d 지점과 e 지점 사이에서, 제1 발전기(Pg1)가 생산한 전력이 남을 수 있는데, 남는 전력은 대용량 배터리(400)에 축적할 수 있다.

이와 같은 각 발전기의 동작 개시 및 동작 중지는 중앙 제어부(230)에 의한 스케줄링 결과에 따라 수행될 수 있다.

즉, 평균 부하(Pc)가가 제 1 기준(P1) 미만인 경우 제 1 발전기(Pg1)만이 동작하고, 평균 부하(Pc)가가 제 1 기준(P1)을 초과하면서 제 2 기준(P2) 미만인 경우 제 1 발전기(Pg1) 및 제 2 발전기(Pg2)가 동작하며, 평균 부하(Pc)가가 제 2 기준(P2)을 초과하는 경우 제 1 발전기(Pg1), 제 2 발전기(Pg2) 및 제 3 발전기(Pg3)가 동작하도록 스케줄링되어 있는 것이다.

각 발전기(Pg1, Pg2, Pg3)가 최대 효율 부하에서 동작할 수 있도록 유도하여, 효율을 극대화할 수 있다. 게다가, 남는 전력은 배터리(400)에 충전시킴으로써, 순시 부하 변동에 용이하게 대응할 수 있다.

도 10은 동작 개시의 역순에 따라 발전기의 동작 중지가 수행되는 것을 도시하고 있다. 즉, 도 10은 가장 먼저 동작을 개시한 제 1 발전기(Pg1)가 가장 나중에 동작을 중지하고, 가장 나중에 동작을 개시한 제 3 발전기(Pg3)가 가장 먼저 동작을 중지하는 것을 도시하고 있다.

한편, 도 11에 도시된 바와 같이 동작 개시의 순서에 따라 또는 발전기의 동작 경과 시간에 따라 발전기의 동작 중지가 수행될 수도 있다.

도 11을 참조하면, 평균 부하(Pc)가 o -> a -> b -> c -> d -> e와 같이 변동되고, 평균 부하(Pc)에 따라 각 발전기(Pg1, Pg2, Pg3)가 순차적으로 동작 개시 및 동작 중지된 것을 도시하고 있다.

이와 같이, 가장 먼저 동작을 개시한 제 1 발전기(Pg1)가 가장 먼저 동작을 중지하고, 가장 나중에 동작을 개시한 제 3 발전기(Pg3)가 가장 나중에 동작을 중지할 수 있다.

또한, 도 1에 도시된 바와 같이 임의의 순서에 따라 발전기의 동작 개시 및 동작 중지가 수행될 수도 있다.

도 12를 참조하면, 평균 부하(Pc)가 o -> a -> b -> c -> d -> e와 같이 변동되고, 평균 부하(Pc)에 따라 각 발전기(Pg1, Pg2, Pg3)가 임의의 순서대로 동작 개시 및 동작 중지된 것을 도시하고 있다.

임의의 순서인 제 2 발전기(Pg2) -> 제 1 발전기(Pg1) -> 제 3 발전기(Pg3)의 순서로 동작 개시가 수행될 수 있고, 동작 개시 순서와는 무관하게 제 3 발전기(Pg3) -> 제 2 발전기(Pg2) -> 제 1 발전기(Pg1)의 순서로 동작 개시가 수행될 수 있는 것이다.

이와 같이, 중앙 제어부(230)는 복수의 발전기 각각의 동작 개시 순서, 동작 경과 시간 또는 임의로 설정된 순서에 따라 복수의 발전기에 대한 동작을 스케줄링 할 수 있다. 그러나, 이러한 스케줄링 기준은 예시적인 것으로서 보다 다양한 방식으로 스케줄링이 수행될 수도 있다.

도 10 내지 도 12는 그리드에 구비된 모든 발전기(500)가 동일한 크기의 가동 부하로 동작하는 것을 설명하였으나, 일부 또는 전체 발전기의 가동 부하가 상이하게 설정될 수도 있다. 또는, 평균 부하(Pc)의 크기에 대응되도록 모든 발전기(500)의 가동 부하가 동일하게 설정될 수도 있다.

도 13을 참조하면, 각 발전기(Pg1, Pg2, Pg3)는 동작을 시작한 후 최대 효율 부하(예를 들어, 80%)에 다다르면, 더 이상 증가하지 않을 수 있다.

구체적으로, 평균 부하(Pc)가 o -> a -> b -> c -> d -> e와 같이 변동되고, 평균 부하(Pc)에 따라 각 발전기(Pg1, Pg2, Pg3)가 순차적으로 동작 개시 및 동작 중지된 것을 도시하고 있다.

o 지점에서부터 평균 부하(Pc)가 증가하기 시작하면 제 1 발전기(Pg1)가 동작을 개시한다. 이 때, 제 1 발전기(Pg1)는 평균 부하(Pc)를 따라서 증가한다.

a 지점에서 평균 부하(Pc)가 제 1 기준(P1)을 초과하면, 제1 발전기(Pg1)은 더 이상 증가하지 않는다. 제1 발전기(Pg1)은 80%의 최대 효율 부하를 유지한다. 즉, 제1 발전기(Pg1)은 최대 효율 부하 이상으로는 동작하지 않는다. 여기서, 제 2 발전기(Pg2)가 동작을 개시한다. 제 2 발전기(Pg2)는 평균 부하(Pc)를 따라서 증가한다.

b 지점에서 평균 부하(Pc)가 제 2 기준(P2)을 초과하면 제 3 발전기(Pg3)도 동작을 개시한다. 제2 발전기(Pg2)은 더 이상 증가하지 않는다. 제2 발전기(Pg2)은 80%의 최대 효율 부하를 유지한다. 즉, 제2 발전기(Pg2)은 최대 효율 부하 이상으로는 동작하지 않는다. 제3 발전기(Pg3)는 평균 부하(Pc)를 따라서 조절될 수 있다.

c 지점에서부터 평균 부하(Pc)가 지속적으로 감소하기 시작하면, 제3 발전기(Pg3)는 동작을 중지한다. 제2 발전기(Pg2)도 평균 부하(Pc)를 따라서 감소하기 시작한다.

또한, d 지점에서 제 1 기준(P1) 미만이 되면 제 2 발전기(Pg2)가 동작을 중지한다. 제1 발전기(Pg1)도 평균 부하(Pc)를 따라서 감소하기 시작한다.

e 지점에서 0이 되면 제 1 발전기(Pg1)도 동작을 중지한다.

이와 같은 각 발전기의 동작 개시 및 동작 중지는 중앙 제어부(230)에 의한 스케줄링 결과에 따라 수행될 수 있다.

이와 같은 방식을 따르면, 평균 부하(Pc)의 증가 단계에서는, 각 발전기(Pg1~Pg3)가 최대 효율 구간에서 동작하지 못할 수도 있다. 하지만, 특정 기준(P1, P2) 이상에서는, 적어도 일부의 발전기(Pg1, Pg2)가 최대 효율 구간으로 동작하도록 할 수 있다. 예를 들어, 평균 부하(Pc)가 특정 기준(P1, P2) 부근에서 장시간 유지될 경우, 적어도 일부의 발전기(Pg1, Pg2)는 최대 효율 구간에서 동작할 수 있다. 또한, 평균 부하(Pc)를 제외한 순시 부하는, 대용량 배터리가 감당하도록 할 수 있다.

도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 컨테이너선을 나타내는 도면이다.

도 14을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 선박과 전력 운용 시스템은 컨테이너선(1000)에 적용될 수 있다. 구체적으로, 선수에 위치한 스러스터(1006)와, 선체의 중앙 부근에 위치한 대용량 배터리(1004)와, 선미에 위치한 발전기(1002) 및 프로펠러(1008)에 본 발명의 일 실시예에 따른 선박과 전력 운용 시스템의 구성들이 적용될 수 있다. 이와 달리, 갑판에 위치한 컨테이너 상에 대용량 배터리(1004) 등의 구성이 배치될 수도 있다.

도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 LNG선을 나타내는 도면이다.

도 15를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 선박과 전력 운용 시스템은 LNG선(2000)에 적용될 수 있다. 구체적으로, 선수에 위치한 스러스터(2006)와, 선체의 중앙 부근에 위치한 대용량 배터리(2004)와, 선미에 위치한 발전기(2002) 및 프로펠러(2008)에 본 발명의 일 실시예에 따른 선박과 전력 운용 시스템의 구성들이 적용될 수 있다. 또한, 발전기(2002)에서 생산된 전력과 대용량 배터리(2004)에서 방전된 전력들은 LNG 탱크의 온도를 조절하는 온도 조절기나, LNG 탱크에서 기화된 BOG를 재액화시키는 압축기 등의 부하에 공급될 수 있다.

따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 선박, 선박의 전력 운용 시스템 및 전력 운용 방법은 전술한 컨테이너선(1000)과 LNG선(2000) 등 전력을 생산하고 상기 생산된 전력을 부하에 공급하는 다양한 선박에 적용될 수 있다. 다만, 도 14 및 도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 선박, 선박의 전력 운용 시스템 및 전력 운용 방법이 다양한 선박에 적용될 수 있는 일 예에 불과하며, 선박과 전력 운용 시스템의 구체적인 구성의 배치는 다양하게 설계 변경될 수 있다.

이상과 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

100: 전력 그리드 200: 제어기
300: 센서 400: 대용량 배터리
500: 발전기 600: 부하 요소

Claims (12)

1. 전력 그리드;
   상기 전력 그리드에 연결되고 상기 전력 그리드에 전기를 공급하는 제1 및 제2 발전기;
   상기 전력 그리드에 연결되고, 상기 전력 그리드로부터 전기를 공급받아 충전되거나 상기 전력 그리드에 전력을 공급하도록 방전되는 대용량 배터리;
   상기 전력 그리드에 연결된 복수의 부하 요소;
   상기 제1 및 제2 발전기로부터 발전기 부하 정보를 수신하고, 상기 전력 그리드의 전압을 센싱하여 현재 부하 및 평균 부하를 산출하여, 상기 평균 부하는 상기 제1 및 제2 발전기가 감당하도록 제어하고, 상기 현재 부하와 상기 평균 부하의 차이 부하는 상기 대용량 배터리가 감당하도록 제어하는 제어기를 포함하고,
   상기 제어기는 상기 평균 부하가 상기 제1 발전기의 최대효율부하보다 클 때, 상기 제2 발전기를 가동시키는 선박.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 제어기는 상기 평균 부하가 상기 제1 발전기의 최대효율부하보다 클 때,
   상기 제1 발전기의 가동 부하를 상기 제1 발전기의 최대효율부하에 상응하도록 유지하고, 상기 제1 발전기의 가동 부하와 상기 제2 발전기의 가동 부하의 합이 상기 평균 부하에 상응하도록 상기 제1 발전기 및 제2 발전기를 제어하는 선박.
3. 제 1항에 있어서,
   상기 제어기는 상기 평균 부하가 상기 제1 발전기의 최대효율부하보다 클 때,
   상기 제1 발전기의 가동 부하와 상기 제2 발전기의 가동 부하의 합이 상기 평균 부하에 상응하고, 상기 제1 발전기의 가동 부하 및 상기 제2 발전기의 가동 부하가 동일하게 되도록 상기 제1 발전기 및 상기 제2 발전기를 제어하는 선박.
4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 선박이 다이나믹 포지션(dynamic position) 동작을 수행할 때,
   상기 평균 부하를 상기 제1 발전기가 담당하거나 상기 제1 및 제2 발전기가 담당하고 상기 차이 부하를 대용량 배터리가 담당하는 선박.
5. 제 4항에 있어서,
   상기 대용량 배터리는 슈퍼 커패시터를 포함하는 선박.
6. 제1 항에 있어서, 상기 제어기는,
   상기 제1 및 제2 발전기에 발전기 제어 신호를 전송하고, 상기 제1 및 제2 발전기로부터 발전기 부하 정보를 수신하는 발전기 부하 제어부와,
   발전기 부하 제어부로부터 발전기 부하 정보를 수신하고 센서를 통해 검출한 전력 그리드의 전압을 기초로 평균 부하 및 현재 부하를 산출하는 부하 산출부와,
   상기 대용량 배터리에 배터리 제어 신호를 전송하고, 상기 대용량 배터리로부터 상기 대용량 배터리의 현재 충전 정도, 충방전 회수, 충전 및 방전 지속 시간 등에 관한 정보를 수신하는 배터리 제어부와,
   상기 발전기 부하 제어부를 통해 발전기 제어 신호를 각각의 발전기에 제공하여 각각의 발전기의 가동 여부 및 가동 부하를 제어하고, 상기 배터리 제어부를 통해 대용량 배터리에 배터리 제어 신호를 제공하여, 대용량 배터리의 충전 또는 방전 여부를 제어하는 중앙 제어부를 포함하는 선박.
7. 제 1항에 있어서,
   상기 제1 발전기 및 제2 발전기는 디젤 발전기 또는, 석탄 가스, 발생 가스, 액화 가스(LPG) 또는 천연 가스 등의 기체 연료를 사용하는 내연 기관인 가스 엔진 발전기를 포함하는 선박.
8. 전력 그리드;
   상기 전력 그리드에 연결되고 상기 전력 그리드에 전기를 공급하는 적어도 하나의 발전기;
   상기 전력 그리드에 연결되고, 상기 전력 그리드로부터 전기를 공급받아 충전되거나 상기 전력 그리드에 전력을 공급하도록 방전되는 대용량 배터리;
   상기 전력 그리드에 연결된 복수의 부하 요소; 및
   상기 적어도 하나의 발전기로부터 발전기 부하 정보를 수신하고, 상기 전력 그리드의 전압을 센싱하여 현재 부하 및 평균 부하를 산출하여, 상기 평균 부하는 상기 발전기가 감당하도록 제어하고, 상기 현재 부하와 상기 평균 부하의 차이 부하는 상기 대용량 배터리가 감당하도록 제어하는 제어기를 포함하고,
   상기 적어도 하나의 발전기 중 적어도 하나의 가동 부하는 최대효율부하에 상응하도록 유지되는 선박.
9. 발전기 부하 정보 및 전력 그리드의 전압을 기초로 평균 부하 및 현재 부하를 결정하고,
   상기 평균 부하와 최대 효율 부하를 비교하고, 그 결과에 따라 추가의 발전기를 가동시키고,
   상기 현재 부하가 상기 평균 부하를 비교하고, 그 결과에 따라 대용량 배터리를 충전하거나 방전하는 것을 포함하는 선박의 전력 운용 방법.
10. 제 9항에 있어서,
    상기 평균 부하가 상기 최대 효율 부하보다 작거나 추가의 발전기가 가동된 경우, 상기 현재 부하와 상기 평균 부하의 크기를 비교하는 선박의 전력 운용 방법.
11. 제 9항에 있어서,
    상기 평균 부하가 상기 최대 효율 부하보다 큰 경우, 추가의 발전기를 가동 시키는 선박의 전력 운용 방법.
12. 제 9항에 있어서,
    상기 현재 부하가 상기 평균 부하보다 크지 않은 경우, 상기 대용량 배터리를 충전시키고,
    상기 현재 부하가 상기 평균 부하를 초과하는 경우, 상기 대용량 배터리를 방전시키는 선박의 전력 운용 방법.

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