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WO2016032083A1 - 액화천연가스 운반선의 추진 장치 및 액화천연 가스 운반선 - Google Patents

액화천연가스 운반선의 추진 장치 및 액화천연 가스 운반선 Download PDF

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WO2016032083A1
WO2016032083A1 PCT/KR2015/003366 KR2015003366W WO2016032083A1 WO 2016032083 A1 WO2016032083 A1 WO 2016032083A1 KR 2015003366 W KR2015003366 W KR 2015003366W WO 2016032083 A1 WO2016032083 A1 WO 2016032083A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
power
fuel oil
dual fuel
electric generator
main propulsion
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/KR2015/003366
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
남병탁
강신우
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hanwha Ocean Co Ltd
Original Assignee
Daewoo Shipbuilding and Marine Engineering Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Daewoo Shipbuilding and Marine Engineering Co Ltd filed Critical Daewoo Shipbuilding and Marine Engineering Co Ltd
Priority to JP2017511826A priority Critical patent/JP6633055B2/ja
Priority to CN201580046724.2A priority patent/CN106660621A/zh
Publication of WO2016032083A1 publication Critical patent/WO2016032083A1/ko
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63H—MARINE PROPULSION OR STEERING
    • B63H21/00—Use of propulsion power plant or units on vessels
    • B63H21/12—Use of propulsion power plant or units on vessels the vessels being motor-driven
    • B63H21/17—Use of propulsion power plant or units on vessels the vessels being motor-driven by electric motor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63J—AUXILIARIES ON VESSELS
    • B63J3/00—Driving of auxiliaries
    • B63J3/02—Driving of auxiliaries from propulsion power plant
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D19/00—Controlling engines characterised by their use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures
    • F02D19/06—Controlling engines characterised by their use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures peculiar to engines working with pluralities of fuels, e.g. alternatively with light and heavy fuel oil, other than engines indifferent to the fuel consumed
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/30—Use of alternative fuels, e.g. biofuels
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T70/00—Maritime or waterways transport
    • Y02T70/50—Measures to reduce greenhouse gas emissions related to the propulsion system
    • Y02T70/5218—Less carbon-intensive fuels, e.g. natural gas, biofuels

Definitions

  • the present invention relates to a propulsion device for a liquefied natural gas carrier, and more particularly, to a propulsion device for a liquefied natural gas carrier that can operate in a gas mode dual fuel oil electric generator even when fast acceleration and deceleration is required.
  • Natural gas is a fossil fuel containing methane as a main component and a small amount of ethane, propane and the like, and has recently been spotlighted as a low pollution energy source in various technical fields.
  • LNG is suitable for generating fuel because it is relatively inexpensive and causes less pollution.
  • Natural gas may be transported in gaseous state, or liquefied natural gas (LNG) in a liquefied natural gas carrier (LNGC, Liquefied Natural Gas Carrier) to a remote consumer.
  • Liquefied natural gas is obtained by cooling natural gas to cryogenic temperature (below -163 °C or less), and its volume is reduced to approximately 1/600 than natural gas in gas state, so it is very suitable for long distance transportation by sea.
  • LNG when LNG is transported by an LNG Regasification Vessel (RV), LNG is regasified in the LNG regasification vessel itself without going through an LNG floating storage or regasification apparatus or an offshore terminal. Supplied.
  • RV LNG Regasification Vessel
  • the liquefaction temperature of natural gas is cryogenic at about -163 ° C at atmospheric pressure
  • LNG is evaporated even if its temperature is only slightly higher than -163 ° C at atmospheric pressure.
  • the cargo hold of the LNG carrier is insulated, but since the external heat is continuously transferred to the LNG, the LNG is in the cargo hold while transporting the LNG by the LNG carrier.
  • the vapors are continuously vaporized in the evaporation to produce boil-off gas.
  • the double fuel oil propulsion LNG carrier drives the propulsion motor using the power generated by the dual fuel oil electric generator.
  • the dual fuel oil electric generator uses one of three fuel oils, heavy oil, diesel oil and natural gas to drive a plurality of engines and generate power through a generator connected to the drive shaft.
  • the generated power is supplied to auxiliary equipment and propulsion motors through switchboards.
  • to drive the propulsion motor at the speed required for ship propulsion using a variable frequency converter to control the power supply and speed to the main propulsion motor.
  • the gas costs less when producing the same power and emits less harmful substances.
  • FIG. 1 is a diagram showing the maximum load increase rate of a generator, and Table 1 shows the time taken to change the shaft speed when the generator is operated in the gas mode and the oil mode.
  • FIG. 2 is a view showing a change in the speed of the shaft when docking the port. As shown in FIG. 2, the speed changes rapidly when the port is docked, and the load of the generator changes rapidly.
  • the rapid acceleration and deceleration of the vessel required during manoeuvring exceeds the allowable load change allowance when the dual fuel oil generator is operating in gas mode, so that after the dual fuel oil generator switches to oil mode, And carry out port docking.
  • a propulsion apparatus for a liquefied natural gas carrier, a double fuel oil electric generator using gas as fuel in the gas mode and oil as fuel in the oil mode;
  • a variable frequency converter receiving power from the dual fuel oil electric generator and supplying power to a main propulsion motor;
  • a main propulsion motor connected to the variable frequency converter to receive electric power from the variable frequency converter to rotate the propeller;
  • a resistance unit connected to the variable frequency converter, the resistor unit consuming a power when power generated by the dual fuel oil electric generator remains.
  • the dual fuel oil electric generator can produce a constant power in the gas mode.
  • the constant power may be a load capable of satisfying the maximum value of the required power of the main propulsion motor.
  • the amount of change in power consumption of the main propulsion motor is greater than or equal to a threshold may be the case that the liquefied natural gas carrier ships docked in the port.
  • the dual fuel oil generator when the amount of change in power consumption of the main propulsion motor is greater than or equal to a threshold value, when the required power of the main propulsion motor is less than or equal to a predetermined value, the dual fuel oil generator operates to satisfy the predetermined value in a gas mode. If the required power of the main propulsion motor exceeds the predetermined value, the dual fuel oil electric generator may operate to satisfy the required power of the main propulsion motor in the gas mode.
  • the variable frequency converter may also include a DC bus; An AC / DC converter for converting AC power produced by the dual fuel oil electric generator to DC and supplying the DC bus; A DC / AC converter for converting a direct current of the DC bus into alternating current to supply the main propulsion motor; And a DC / DC converter connected to the DC bus.
  • the resistor may be connected to the DC / DC converter, and the DC / DC converter may control power supply to the resistor.
  • the dual fuel oil electric generator may generate power using the BOG stored in the LNG storage tank of the LNG carrier while operating in the gas mode.
  • LNG storage tank for storing LNG;
  • a dual fuel oil electric generator using gas as fuel in gas mode and oil as fuel in oil mode;
  • a main propulsion motor receiving electric power from the dual fuel oil electric generator to rotate the propeller;
  • a resistor for consuming power when the power generated by the dual fuel oil electric generator remains, wherein the dual fuel oil electric generator uses BOG stored in the LNG storage tank of the LNG carrier while operating in gas mode.
  • the dual fuel oil electric generator can produce a constant power in the gas mode.
  • the constant power may be a load capable of satisfying the maximum value of the required power of the main propulsion motor.
  • the amount of change in power consumption of the main propulsion motor is greater than or equal to a threshold may be the case that the liquefied natural gas carrier ships docked in the port.
  • the dual fuel oil electric generator when the amount of change in power consumption of the main propulsion motor is greater than or equal to a threshold value, when the required power of the main propulsion motor is less than or equal to a predetermined value, the dual fuel oil electric generator operates to satisfy the predetermined value in a gas mode. If the required power of the main propulsion motor exceeds the predetermined value, the dual fuel oil electric generator may operate to satisfy the required power of the main propulsion motor in the gas mode.
  • the apparatus may further include a variable frequency converter receiving power from the dual fuel oil electric generator and supplying power to a main propulsion motor, wherein the resistor unit may be connected to the variable frequency converter.
  • the variable frequency converter may also include a DC bus; An AC / DC converter for converting AC power produced by the dual fuel oil electric generator to DC and supplying the DC bus; A DC / AC converter for converting a direct current of the DC bus into alternating current to supply the main propulsion motor; And a DC / DC converter connected to the DC bus.
  • the resistor may be connected to the DC / DC converter, and the DC / DC converter may control power supply to the resistor.
  • the dual fuel oil generator operates at a constant load, and when the power produced by the dual fuel oil generator is left, the power is consumed by the resistor unit, so that even when rapid acceleration and deceleration is required,
  • the fuel oil electric generator can operate in the gas mode, thereby reducing the fuel cost and the emission of harmful gas.
  • 1 is a view showing the maximum load increase rate of the generator.
  • FIG. 2 is a view showing a change in the speed of the shaft when docking the port.
  • FIG 3 is a view showing a propulsion device for a liquefied natural gas carrier according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a view showing a propulsion device for a liquefied natural gas carrier according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a view showing a propulsion device for a liquefied natural gas carrier according to a first embodiment of the present invention.
  • the propulsion device of the LNG carrier includes a dual fuel oil electric generator 310, a variable frequency converter 320, a main propulsion motor 330, and a resistor. 340, reduction gear 350, and propeller 360.
  • the dual fuel oil electric generator 310 generates power by using oil or natural gas as a fuel.
  • the dual fuel oil electric generator 310 generates electric power using oil when operating in the oil mode, and generates electric power using natural gas when operating in the gas mode.
  • the dual fuel oil electric generator 310 may generate electric power using BOG when operating in the gas mode.
  • the dual fuel oil electric generator 310 is more advantageous to operate in gas mode.
  • the dual fuel oil electric generator 310 operates in the gas mode, it takes about twice as long to change the generator load by the same amount than when operating in the oil mode.
  • fast acceleration / deceleration is needed, and the power demand of the main propulsion motor 330 changes rapidly.
  • the dual fuel oil generator 310 when fast acceleration and deceleration is required, the dual fuel oil generator 310 operates under a constant load in the gas mode. That is, the dual fuel oil electric generator 310 produces a certain amount of power in the gas mode. In addition, when the speed of the LNGC is low and the power remains, the resistance unit 340 consumes the remaining power.
  • the required power of the main propulsion motor 330 changes rapidly, and the dual fuel oil electric generator 310 continues to operate to satisfy the maximum value of the required power of the main propulsion motor.
  • the required power of the main propulsion motor 330 is the maximum value
  • the power generated by the dual fuel oil generator 310 is consumed by the main propulsion motor 330, and the required power of the main propulsion motor 330 is the maximum value.
  • the remaining portion of the power produced by the dual fuel oil electric generator 310 consumes in the resistor unit 340.
  • the dual fuel oil electric generator 310 may operate to satisfy a predetermined ratio of the maximum value of the required electric power of the main propulsion motor 330. For example, when the maximum value of the required power of the main propulsion motor is A, the dual fuel oil generator 310 may operate with a load that can satisfy 0.8A. The dual fuel oil electric generator 310 continuously operates at a constant load to satisfy 0.8 A when the required power of the main propulsion motor 330 is 0.8 A or less, and the required power of the main propulsion motor 330 is 0.8 A. If exceeded, it operates with a load capable of satisfying the required power of the main propulsion motor 330.
  • the required power of the main propulsion motor 330 is 0.8A or less, when the dual fuel oil electric generator 310 operates at a load capable of satisfying 0.8A, the required power of the main propulsion motor 330 suddenly increases. Edo can satisfy the required power of the main propulsion motor 330.
  • the variable frequency converter 320 receives power from the dual fuel oil electric generator 310 and supplies power to the main propulsion motor 330. As shown in FIG. 3, the variable frequency converter 320 includes an AC / DC converter 321, a DC bus 322, a DC / AC converter 324, and a DC / DC converter 323.
  • the AC / DC converter 321 converts the AC power produced by the dual fuel oil electric generator 310 into DC and supplies it to the DC bus 322, and the DC / AC converter 324 is a DC of the DC bus 322. Is converted into AC and supplied to the main propulsion motor 330.
  • the resistor 340 is connected to the DC / DC converter 323 to control the power supply to the resistor 340. That is, when the power produced by the dual fuel oil electric generator 310 is left, power is supplied to the resistor unit 340.
  • the resistor unit 340 is connected to the variable frequency converter 320 to consume power when the power produced by the dual fuel oil generator 310 remains.
  • the main propulsion motor 330 is connected to the variable frequency converter 320 to receive power from the variable frequency converter 320 to rotate the propeller 360.
  • the reduction gear 350 converts the rotation speed into the rotation speed of the propeller 360.
  • FIG. 4 is a view showing a propulsion device for a liquefied natural gas carrier according to a second embodiment of the present invention.
  • the propulsion device of the LNG carrier includes a dual fuel oil electric generator 310, a variable frequency converter 320, a main propulsion motor 330, and electric power storage.
  • the unit 410, a resistor 340, a reduction gear 350, and a propeller 360 are included.
  • the dual fuel oil electric generator 310 generates power by using oil or natural gas as a fuel.
  • the dual fuel oil electric generator 310 generates electric power using oil when operating in the oil mode, and generates electric power using natural gas when operating in the gas mode.
  • the dual fuel oil electric generator 310 may generate electric power using BOG when operating in the gas mode.
  • the dual fuel oil generator 310 when the fast acceleration and deceleration is required, the dual fuel oil generator 310 operates under a constant load in the gas mode. That is, the dual fuel oil electric generator 310 produces a certain amount of power in the gas mode.
  • the electric power storage unit 410 stores the power, and the power of the dual fuel oil electric generator 310 is increased.
  • the power is insufficient because the power of the main propulsion motor is less than the power storage unit 410 supplies power.
  • the resistor unit 340 consumes the remaining power.
  • the variable frequency converter 320 receives power from the dual fuel oil electric generator 310 and supplies power to the main propulsion motor 330. As shown in FIG. 3, the variable frequency converter 320 includes an AC / DC converter 321, a DC bus 322, a DC / AC converter 324, and a DC / DC converter 323.
  • the AC / DC converter 321 converts the AC power produced by the dual fuel oil electric generator 310 into DC and supplies it to the DC bus 322, and the DC / AC converter 324 is a DC of the DC bus 322. Is converted into AC and supplied to the main propulsion motor 330.
  • the resistor 340 is connected to the DC / DC converter 323 to control the power supply to the resistor 340. That is, when the power produced by the dual fuel oil electric generator 310 is left, power is supplied to the resistor unit 340.
  • the power storage unit 410 is connected to the variable frequency converter 320, and stores the power when the power produced by the dual fuel oil generator 310 is left, and supplies power when the power is insufficient.
  • the power storage unit 410 may be at least one of an ultracapacitor, a capacitor, a battery, and a flywheel.
  • the ultracapacitor reacts faster than the generator 310 so that when the required power of the main propulsion motor 330 suddenly rises, power is rapidly supplied to the main propulsion motor 330.
  • the resistor unit 340 is connected to the variable frequency converter 320, and consumes power when the power produced by the dual fuel oil generator 310 remains.
  • the main propulsion motor 330 is connected to the variable frequency converter 320 to receive power from the variable frequency converter 320 to rotate the propeller 360.
  • the reduction gear 350 converts the rotation speed into the rotation speed of the propeller 360.

Landscapes

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Abstract

본 발명은 빠른 가감속이 필요한 경우에도 이중 연료유 전기 발전기가 가스 모드로 동작할 수 있는 액화천연가스 운반선의 추진 장치에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 액화천연가스 운반선의 추진 장치에 있어서, 가스 모드에서는 가스를 연료로 이용하고 오일 모드에서는 오일을 연료로 이용하는 이중 연료유 전기 발전기; 상기 이중 연료유 전기 발전기로부터 전력을 공급받아 주 추진 모터로 전력을 공급하는 가변 주파수 변환기; 상기 가변 주파수 변환기에 연결되어 상기 가변 주파수 변환기로부터 전력을 공급받아 프로펠러를 회전시키는 주 추진 모터; 및 상기 가변 주파수 변환기에 연결되어, 상기 이중 연료유 전기 발전기에서 생산된 전력이 남는 경우 전력을 소모시키는 저항부를 포함하는 액화천연가스 운반선의 추진 장치가 제공된다.

Description

액화천연가스 운반선의 추진 장치 및 액화천연 가스 운반선
본 발명은 액화천연가스 운반선의 추진 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 빠른 가감속이 필요한 경우에도 이중 연료유 전기 발전기가 가스 모드로 동작할 수 있는 액화천연가스 운반선의 추진 장치에 관한 것이다.
천연가스(natural gas)는 메탄(methane)을 주성분으로 하고, 소량의 에탄(ethane), 프로판(propane) 등을 포함하는 화석연료로서, 최근 다양한 기술 분야에서 저공해 에너지원으로서 각광받고 있다. 특히, LNG는 비교적 저렴하며 공해를 덜 유발하므로 발전연료로 적합하다.
최근에는 육지에 매립된 에너지의 고갈에 따라, 다양한 해양 자원 개발이 활발해지고 있고, 해상에서 원유나 천연가스를 채굴하기 위한 유정 및 가스정 확보 및 개발도 각국에서 앞다퉈 이루어지고 있다.
천연가스는 가스 상태로 운반되기도 하고, 액화된 액화천연가스(LNG, Liquefied Natural Gas)의 상태로 액화천연가스 운반선(LNGC, Liquefied Natural Gas Carrier)에 의해 원거리의 소비처로 운반되기도 한다. 액화천연가스는 천연가스를 극저온(대략 -163℃이하)으로 냉각하여 얻어지는 것으로 가스 상태의 천연가스일 때보다 그 부피가 대략 1/600로 줄어들므로 해상을 통한 원거리 운반에 매우 적합하다.
천연가스가 액화천연가스의 상태로 운반되는 경우 천연가스는 생산지에서 극저온으로 액화된 액화천연가스의 상태로 만들어진 후 LNG 운반선에 의해 목적지까지 원거리에 걸쳐 수송된 후, LNG 부유식 저장 및 재기화 장치(FSRU, Floating Storage and Regasification Unit) 또는 육상의 하역 터미널을 거치면서 재기화되어 소비처로 공급된다.
또는, LNG 재기화선(RV, LNG Regasification Vessel)에 의해 LNG가 수송되는 경우에는, LNG가 LNG 부유식 저장 및 재기화 장치 또는 육상의 하역 터미널을 거치지 않고도 LNG 재기화선 자체에서 재기화되어 소비처로 직접 공급된다.
천연가스의 액화 온도는 상압에서 약 -163℃의 극저온이므로, LNG는 그 온도가 상압에서 -163℃ 보다 약간만 높아도 증발된다. 종래의 LNG 운반선의 경우를 예를 들어 설명하면, LNG 운반선의 화물창은 단열처리가 되어 있기는 하지만, 외부의 열이 LNG에 지속적으로 전달되므로, LNG 운반선에 의해 LNG를 수송하는 도중에 LNG가 화물창 내에서 지속적으로 기화되어 화물창 내에 증발 가스(Boil-Off Gas)가 발생한다.
이중연료유 전기추진 액화천연가스 운반선은 이중 연료유 전기 발전기가 생산한 전력을 이용하여 추진 모터를 구동한다. 이중 연료유 전기 발전기는 중유, 경유, 천연가스 3가지 연료 중 1개의 연료유를 사용하여 다수개의 엔진을 구동하고 그 구동축에 연결된 발전기를 통해 전력을 생산한다. 생산된 전력은 배전반을 통해 보조기기, 추진 모터 등으로 공급된다. 그리고, 선박 추진에 필요한 회전수로 추진 모터를 구동시키기 위하여 가변 주파수변환기를 사용하여 주 추진 모터에 전력 공급 및 속도 제어를 한다.
가스가 일반 중유, 경유와 비교하여 동일 동력 생산 시 단가가 낮고, 유해 물질의 배출도 적다.
그러나, 발전기가 가스 모드에서 동작할 때는 오일 모드에서 동작할 때보다 부하 변경 시간이 오래 걸린다. 도 1은 발전기의 최대 로드 증가율을 나타낸 도면이고, 표 1은 발전기가 가스 모드에서 동작할 때와 오일 모드에서 동작할 때의 샤프트(shaft) 속도를 변경시키는데 걸리는 시간을 나타낸다.
표 1
샤프트 속도 오일 가스
0에서 26 rpm으로 15초 30초
26에서 53 rpm으로 45초 180초
53에서 81 rpm으로 360초 780초
81에서 53rpm으로 220초 780초
53에서 26 rpm으로 15초 30초
26에서 0 rpm으로 15초 30초
표 1에 나타난 바와 같이, 발전기가 가스 모드에서 동작할 때는 발전기 부하를 동일한 양만큼 변경하는데 오일 모드에서 동작할 때보다 2배 정도 시간이 걸린다. 그런데, 항구 접안, 또는 크래쉬 어스턴(Crash astern) 등의 상황에서는 빠른 가감속이 필요하다. 도 2는 항구 접안 시 샤프트의 속도 변화를 나타낸 도면이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 항구 접안시에는 속도가 급변하고, 이에 따라 발전기의 부하가 급변한다.
따라서, 빠른 가감속이 필요한 항구 접안, 또는 크래쉬 어스턴(Crash astern) 등의 상황에서는 이중 연료유 전기 발전기가 가스 모드로 동작할 수 없고, 무리하게 가스 모드로 운전할 경우, 엔진이 손상되고 주 전력의 주파수 불안정으로 선박 내 정전이 유발될 수도 있다.
따라서, 종래 기술에 따르면 빠른 가감속이 필요할 때는 가스 모드로 동작할 수 없다는 문제점이 있다.
특히, 항구 접안(Manoeuvring) 시 요구되는 선박의 신속한 가감속은 이중 연료유 전기 발전기가 가스 모드로 운전하는 상태에서는 가능한 부하 변경의 허용 정도를 초과하므로, 이중 연료유 전기 발전기가 오일 모드로 전환한 후, 항구 접안을 수행한다.
특히, LNG를 적재하기 위해 항구 접안시에는 LNG 로딩(loading)을 위한 탱크 쿨 다운(Tank cool down)을 수행 중이므로 잉여 증발가스가 많이 발생하고, LNG를 적재하고 항구를 떠날 시에도 많은 잉여 증발가스가 발생하는데 종래 기술에 따르면 항구 접안시 이중 연료유 전기 발전기가 가스 모드로 작동할 수 없어서, 많은 증발 가스가 낭비되는 문제점이 있다.
본 발명의 목적은 신속한 가감속이 필요할 때에도 이중 연료유 전기 발전기가 가스 모드로 동작할 수 있는 액화천연가스 운반선의 추진 장치를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따르면, 액화천연가스 운반선의 추진 장치에 있어서, 가스 모드에서는 가스를 연료로 이용하고 오일 모드에서는 오일을 연료로 이용하는 이중 연료유 전기 발전기; 상기 이중 연료유 전기 발전기로부터 전력을 공급받아 주 추진 모터로 전력을 공급하는 가변 주파수 변환기; 상기 가변 주파수 변환기에 연결되어 상기 가변 주파수 변환기로부터 전력을 공급받아 프로펠러를 회전시키는 주 추진 모터; 및 상기 가변 주파수 변환기에 연결되어, 상기 이중 연료유 전기 발전기에서 생산된 전력이 남는 경우 전력을 소모시키는 저항부를 포함하는 액화천연가스 운반선의 추진 장치가 제공된다.
특히, 상기 주 추진 모터의 소비 전력의 변화량이 임계치 이상일 때에 상기 이중 연료유 전기 발전기는 가스 모드에서 일정한 전력을 생산할 수 있다.
또한, 상기 일정한 전력은 상기 주 추진 모터의 요구 전력의 최대값을 만족시킬 수 있는 부하일 수 있다.
또한, 상기 주 추진 모터의 소비 전력의 변화량이 임계치 이상일 때는 상기 액화천연 가스 운반선이 항구에 접안하는 경우일 수 있다.
또한, 상기 주 추진 모터의 소비 전력의 변화량이 임계치 이상일 때에, 상기 주 추진 모터의 요구 전력이 미리 정해진 값이하일 때는 상기 이중 연료유 전기 발전기는 가스 모드에서 상기 미리 정해 진 값을 만족하도록 동작하고 상기 주 추진 모터의 요구 전력이 상기 미리 정해진 값을 초과하면 상기 이중 연료유 전기 발전기는 가스 모드에서 상기 주 추진 모터의 요구 전력을 만족하도록 동작할 수 있다.
또한, 상기 가변 주파수 변환기는 DC 버스; 상기 이중 연료유 전기 발전기에서 생산된 교류 전력을 직류로 변환하여 상기 DC 버스로 공급하는 교류/직류 변환기; 상기 DC 버스의 직류를 교류로 변환하여 상기 주 추진 모터로 공급하는 직류/교류 변환기; 및 상기 DC 버스에 연결된 직류/직류 변환기를 포함할 수 있다.
또한, 상기 직류/직류 변환기에는 상기 저항부가 연결되어 있고, 상기 직류/직류 변환기는 상기 저항부로의 전력 공급을 제어할 수 있다.
또한, 상기 이중 연료유 전기 발전기는 가스 모드로 동작하는 동안 상기 액화천연가스 운반선의 LNG 저장탱크에 저장된 BOG를 이용하여 전력을 생산할 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 액화천연가스 운반선에 있어서, LNG를 저장하는 LNG 저장 탱크; 가스 모드에서는 가스를 연료로 이용하고 오일 모드에서는 오일을 연료로 이용하는 이중 연료유 전기 발전기; 상기 이중 연료유 전기 발전기로부터 전력을 공급받아 프로펠러를 회전시키는 주 추진 모터; 및 상기 이중 연료유 전기 발전기에서 생산된 전력이 남는 경우 전력을 소모시키는 저항부를 포함하고, 상기 이중 연료유 전기 발전기는 가스 모드로 동작하는 동안 상기 액화천연가스 운반선의 LNG 저장탱크에 저장된 BOG를 이용하여 전력을 생산하는, 액화천연가스 운반선이 제공된다.
특히, 상기 주 추진 모터의 소비 전력의 변화량이 임계치 이상일 때에 상기 이중 연료유 전기 발전기는 가스 모드에서 일정한 전력을 생산할 수 있다.
또한, 상기 일정한 전력은 상기 주 추진 모터의 요구 전력의 최대값을 만족시킬 수 있는 부하일 수 있다.
또한, 상기 주 추진 모터의 소비 전력의 변화량이 임계치 이상일 때는 상기 액화천연 가스 운반선이 항구에 접안하는 경우일 수 있다.
또한, 상기 주 추진 모터의 소비 전력의 변화량이 임계치 이상일 때에, 상기 주 추진 모터의 요구 전력이 미리 정해진 값 이하일 때는 상기 이중 연료유 전기 발전기는 가스 모드에서 상기 미리 정해 진 값을 만족하도록 동작하고 상기 주 추진 모터의 요구 전력이 상기 미리 정해진 값을 초과하면 상기 이중 연료유 전기 발전기는 가스 모드에서 상기 주 추진 모터의 요구 전력을 만족하도록 동작할 수 있다.
또한, 상기 이중 연료유 전기 발전기로부터 전력을 공급받아 주 추진 모터로 전력을 공급하는 가변 주파수 변환기를 더 포함하고, 상기 저항부는 상기 가변 주파수 변환기에 연결되어 있을 수 있다.
또한, 상기 가변 주파수 변환기는 DC 버스; 상기 이중 연료유 전기 발전기에서 생산된 교류 전력을 직류로 변환하여 상기 DC 버스로 공급하는 교류/직류 변환기; 상기 DC 버스의 직류를 교류로 변환하여 상기 주 추진 모터로 공급하는 직류/교류 변환기; 및 상기 DC 버스에 연결된 직류/직류 변환기를 포함할 수 있다.
또한, 상기 직류/직류 변환기에는 상기 저항부가 연결되어 있고, 상기 직류/직류 변환기는 상기 저항부로의 전력 공급을 제어할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 저항부를 설치하여 이중 연료유 발전기는 일정한 부하로 동작하고, 이중 연료유 발전기에서 생산된 전력이 남는 경우에는 저항부에서 전력을 소모시키게 함으로써, 신속한 가감속이 필요할 때에도 이중 연료유 전기 발전기가 가스 모드로 동작할 수 있어서, 연료비를 줄이고 유해가스의 배출을 줄일 수 있다.
도 1은 발전기의 최대 로드 증가율을 나타낸 도면이다.
도 2는 항구 접안 시 샤프트의 속도 변화를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 액화천연가스 운반선의 추진 장치를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 액화천연가스 운반선의 추진 장치를 나타낸 도면이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
먼저, 도 3을 참조하여, 본 발명의 제1 실시예에 따른 액화천연가스 운반선의 추진 장치를 설명한다. 도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 액화천연가스 운반선의 추진 장치를 나타낸 도면이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 액화천연가스 운반선의 추진 장치는 이중 연료유 전기 발전기(310), 가변 주파수 변환기(320), 주 추진 모터(330), 저항부(340), 감속 기어(reduction gear)(350) 및 프로펠러(360)를 포함한다.
이중 연료유 전기 발전기(310)는 오일 또는 천연가스를 연료로 사용하여 전력을 생산한다. 이중 연료유 전기 발전기(310)는 오일 모드로 동작하는 경우에는 오일을 이용하여 전력을 생산하고, 가스 모드로 동작하는 경우에는 천연가스를 이용하여 전력을 생산한다.
LNGC는 LNG 저장탱크에 LNG를 저장하여 운송하는데, LNG 저장탱크에 저장된 LNG가 자연 기화하여 BOG가 생성된다. 따라서, 이중 연료유 전기 발전기(310)는 가스 모드로 동작할 때 BOG를 이용하여 전력을 생산할 수 있다.
천연가스가 오일에 비해 저렴하고, 천연가스가 유해 물질을 덜 배출하므로, 이중 연료유 전기 발전기(310)는 가스 모드로 동작하는 것이 더 유리하다. 그러나, 이중 연료유 전기 발전기(310)가 가스 모드에서 동작할 때는 발전기 부하를 동일한 양만큼 변경하는데 오일 모드에서 동작할 때보다 2배 정도 시간이 걸린다. 그런데, 항구 접안, 또는 크래쉬 어스턴(Crash astern) 등의 상황에서는 빠른 가감속이 필요하고, 그에 따라 주 추진 모터(330)의 요구 전력이 급변한다.
본 발명의 제1 실시예에서는 빠른 가감속이 필요한 경우에 이중 연료유 전기 발전기(310)는 가스 모드에서 일정한 부하로 동작한다. 즉, 이중 연료유 전기 발전기(310)는 가스 모드에서 일정한 양을 전력을 생산한다. 그리고, LNGC의 속도가 낮아서 전력이 남을 때는 남는 전력을 저항부(340)가 소모시킨다.
일례로서, 빠른 가감속이 필요한 경우 주 추진 모터(330)의 요구 전력은 급변하는데, 이중 연료유 전기 발전기(310)는 주 추진 모터의 요구 전력의 최대값을 만족시킬 수 있도록 계속 동작한다. 그리고, 주 추진 모터(330)의 요구 전력이 최대값일 때는 이중 연료유 전기 발전기(310)에서 생산된 전력을 주 추진 모터(330)에서 소비하고, 주 추진 모터(330)의 요구 전력이 최대값 미만일 때는 이중 연료유 전기 발전기(310)에서 생산된 전력 중 남는 양을 저항부(340)에서 소모시킨다.
다른 예로서, 이중 연료유 전기 발전기(310)는 주 추진 모터(330)의 요구 전력의 최대값의 일정 비율을 만족시킬 수 있도록 동작할 수 있다. 예를 들어, 주 추진 모터의 요구 전력의 최대값이 A인 경우, 이중 연료유 전기 발전기(310)는 0.8A를 만족시킬 수 있는 부하로 동작할 수 있다. 이중 연료유 전기 발전기(310)는 주 추진 모터(330)의 요구 전력이 0.8A 이하일 때는 0.8A를 만족시킬 수 있도록 계속 일정 부하로 동작하고, 주 추진 모터(330)의 요구 전력이 0.8A를 초과하면 주 추진 모터(330)의 요구 전력을 만족시킬 수 있는 부하로 동작한다. 즉, 주 추진 모터(330)의 요구 전력이 0.8A 이하일 때도 이중 연료유 전기 발전기(310)가 0.8A를 만족시킬 수 있는 부하로 동작함으로써 주 추진 모터(330)의 요구 전력이 갑자기 증가하는 경우에도 주 추진 모터(330)의 요구 전력을 만족시킬 수 있다.
가변 주파수 변환기(320)는 이중 연료유 전기 발전기(310)로부터 전력을 공급받아 주 추진 모터(330)로 전력을 공급한다. 도 3에 도시된 바와 같이, 가변 주파수 변환기(320)는 교류/직류 변환기(321), DC 버스(322), 직류/교류 변환기(324) 및 직류/직류 변환기(323)를 포함한다.
교류/직류 변환기(321)는 이중 연료유 전기 발전기(310)에서 생산된 교류 전력을 직류로 변환하여 DC 버스(322)로 공급하고, 직류/교류 변환기(324)는 DC 버스(322)의 직류를 교류로 변환하여 주 추진 모터(330)로 공급한다.
직류/직류 변환기(323)에는 저항부(340)가 연결되어 있어, 저항부(340)로의 전력 공급을 제어한다. 즉, 이중 연료유 전기 발전기(310)에서 생산된 전력이 남는 경우에 저항부(340)로 전력이 공급되도록 한다.
저항부(340)는 상기 가변 주파수 변환기(320)에 연결되어, 이중 연료유 전기 발전기(310)에서 생산된 전력이 남는 경우 전력을 소모시킨다.
주 추진 모터(330)는 가변 주파수 변환기(320)에 연결되어 상기 가변 주파수 변환기(320)로부터 전력을 공급받아 프로펠러(360)를 회전시킨다.
감속 기어(350)는 회전수를 프로펠러(360)의 회전수로 변환한다.
다음으로, 도 4를 참조하여, 본 발명의 제2 실시예에 따른 액화천연가스 운반선의 추진 장치를 설명한다. 도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 액화천연가스 운반선의 추진 장치를 나타낸 도면이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2 실시예에 따른 액화천연가스 운반선의 추진 장치는 이중 연료유 전기 발전기(310), 가변 주파수 변환기(320), 주 추진 모터(330), 전력 저장부(410), 저항부(340), 감속 기어(reduction gear)(350) 및 프로펠러(360)를 포함한다.
이중 연료유 전기 발전기(310)는 오일 또는 천연가스를 연료로 사용하여 전력을 생산한다. 이중 연료유 전기 발전기(310)는 오일 모드로 동작하는 경우에는 오일을 이용하여 전력을 생산하고, 가스 모드로 동작하는 경우에는 천연가스를 이용하여 전력을 생산한다.
LNGC는 LNG 저장탱크에 LNG를 저장하여 운송하는데, LNG 저장탱크에 저장된 LNG가 자연 기화하여 BOG가 생성된다. 따라서, 이중 연료유 전기 발전기(310)는 가스 모드로 동작할 때 BOG를 이용하여 전력을 생산할 수 있다.
본 발명의 제2 실시예에서는 빠른 가감속이 필요한 경우에 이중 연료유 전기 발전기(310)는 가스 모드에서 일정한 부하로 동작한다. 즉, 이중 연료유 전기 발전기(310)는 가스 모드에서 일정한 양을 전력을 생산한다. 그리고, 이중 연료유 전기 발전기(310)의 생산 전력이 주 추진 모터의 요구 전력보다 많아서 전력이 남을 때는 전력저장부(410)가 전력을 저장하고, 이중 연료유 전기 발전기(310)의 생산 전력이 주 추진 모터의 요구 전력보다 적어서 전력이 부족할 때는 전력저장부(410)가 전력을 공급한다. 그리고, 전력이 남을 때 전력저장부(410)의 용량이 다 찬 경우에는 남는 전력을 저항부(340)가 소모시킨다.
가변 주파수 변환기(320)는 이중 연료유 전기 발전기(310)로부터 전력을 공급받아 주 추진 모터(330)로 전력을 공급한다. 도 3에 도시된 바와 같이, 가변 주파수 변환기(320)는 교류/직류 변환기(321), DC 버스(322), 직류/교류 변환기(324) 및 직류/직류 변환기(323)를 포함한다.
교류/직류 변환기(321)는 이중 연료유 전기 발전기(310)에서 생산된 교류 전력을 직류로 변환하여 DC 버스(322)로 공급하고, 직류/교류 변환기(324)는 DC 버스(322)의 직류를 교류로 변환하여 주 추진 모터(330)로 공급한다.
직류/직류 변환기(323)에는 저항부(340)가 연결되어 있어, 저항부(340)로의 전력 공급을 제어한다. 즉, 이중 연료유 전기 발전기(310)에서 생산된 전력이 남는 경우에 저항부(340)로 전력이 공급되도록 한다.
전력 저장부(410)는 가변 주파수 변환기(320)에 연결되어, 이중 연료유 전기 발전기(310)에서 생산된 전력이 남는 경우 전력을 저장하고, 전력이 부족한 경우에는 전력을 공급한다. 전력 저장부(410)는 울트라 캐패시터, 캐패시터, 배터리 및 플라이휠(fly wheel) 중 적어도 하나일 수 있다. 특히, 전력 저장부(410)가 울트라 캐패시터인 경우, 울트라 캐패시터는 반응속도가 발전기(310)보다 빨라서 주 추진 모터(330)의 요구 전력이 갑자기 올라갈 때, 주 추진 모터(330)에 빠르게 전력을 공급할 수 있다.
저항부(340)는 가변 주파수 변환기(320)에 연결되어, 이중 연료유 전기 발전기(310)에서 생산된 전력이 남는 경우 전력을 소모시킨다.
주 추진 모터(330)는 가변 주파수 변환기(320)에 연결되어 상기 가변 주파수 변환기(320)로부터 전력을 공급받아 프로펠러(360)를 회전시킨다.
감속 기어(350)는 회전수를 프로펠러(360)의 회전수로 변환한다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (16)

  1. 액화천연가스 운반선의 추진 장치에 있어서,
    가스 모드에서는 가스를 연료로 이용하고 오일 모드에서는 오일을 연료로 이용하는 이중 연료유 전기 발전기;
    상기 이중 연료유 전기 발전기로부터 전력을 공급받아 주 추진 모터로 전력을 공급하는 가변 주파수 변환기;
    상기 가변 주파수 변환기에 연결되어 상기 가변 주파수 변환기로부터 전력을 공급받아 프로펠러를 회전시키는 주 추진 모터; 및
    상기 가변 주파수 변환기에 연결되어, 상기 이중 연료유 전기 발전기에서 생산된 전력이 남는 경우 전력을 소모시키는 저항부를 포함하는 액화천연가스 운반선의 추진 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 주 추진 모터의 소비 전력의 변화량이 임계치 이상일 때에 상기 이중 연료유 전기 발전기는 가스 모드에서 일정한 전력을 생산하는, 액화천연가스 운반선의 추진 장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 일정한 전력은 상기 주 추진 모터의 요구 전력의 최대값을 만족시킬 수 있는 부하인, 액화천연가스 운반선의 추진 장치.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 주 추진 모터의 소비 전력의 변화량이 임계치 이상일 때는 상기 액화천연 가스 운반선이 항구에 접안하는 경우인, 액화천연가스 운반선의 추진 장치.
  5. 청구항 1 있어서,
    상기 주 추진 모터의 소비 전력의 변화량이 임계치 이상일 때에, 상기 주 추진 모터의 요구 전력이 미리 정해진 값 이하일 때는 상기 이중 연료유 전기 발전기는 가스 모드에서 상기 미리 정해 진 값을 만족하도록 동작하고 상기 주 추진 모터의 요구 전력이 상기 미리 정해진 값을 초과하면 상기 이중 연료유 전기 발전기는 가스 모드에서 상기 주 추진 모터의 요구 전력을 만족하도록 동작하는, 액화천연가스 운반선의 추진 장치.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 가변 주파수 변환기는
    DC 버스;
    상기 이중 연료유 전기 발전기에서 생산된 교류 전력을 직류로 변환하여 상기 DC 버스로 공급하는 교류/직류 변환기;
    상기 DC 버스의 직류를 교류로 변환하여 상기 주 추진 모터로 공급하는 직류/교류 변환기; 및
    상기 DC 버스에 연결된 직류/직류 변환기를 포함하는, 액화천연가스 운반선의 추진 장치.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 직류/직류 변환기에는 상기 저항부가 연결되어 있고,
    상기 직류/직류 변환기는 상기 저항부로의 전력 공급을 제어하는 액화천연가스 운반선의 추진 장치.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 이중 연료유 전기 발전기는 가스 모드로 동작하는 동안 상기 액화천연가스 운반선의 LNG 저장탱크에 저장된 BOG를 이용하여 전력을 생산하는, 액화천연가스 운반선의 추진 장치.
  9. 액화천연가스 운반선에 있어서,
    LNG를 저장하는 LNG 저장 탱크;
    가스 모드에서는 가스를 연료로 이용하고 오일 모드에서는 오일을 연료로 이용하는 이중 연료유 전기 발전기;
    상기 이중 연료유 전기 발전기로부터 전력을 공급받아 프로펠러를 회전시키는 주 추진 모터; 및
    상기 이중 연료유 전기 발전기에서 생산된 전력이 남는 경우 전력을 소모시키는 저항부를 포함하고,
    상기 이중 연료유 전기 발전기는 가스 모드로 동작하는 동안 상기 액화천연가스 운반선의 LNG 저장탱크에 저장된 BOG를 이용하여 전력을 생산하는, 액화천연가스 운반선.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 주 추진 모터의 소비 전력의 변화량이 임계치 이상일 때에 상기 이중 연료유 전기 발전기는 가스 모드에서 일정한 전력을 생산하는, 액화천연가스 운반선.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 일정한 전력은 상기 주 추진 모터의 요구 전력의 최대값을 만족시킬 수 있는 부하인, 액화천연가스 운반선.
  12. 청구항 10에 있어서,
    상기 주 추진 모터의 소비 전력의 변화량이 임계치 이상일 때는 상기 액화천연 가스 운반선이 항구에 접안하는 경우인, 액화천연가스 운반선.
  13. 청구항 9에 있어서,
    상기 주 추진 모터의 소비 전력의 변화량이 임계치 이상일 때에, 상기 주 추진 모터의 요구 전력이 미리 정해진 값이하일 때는 상기 이중 연료유 전기 발전기는 가스 모드에서 상기 미리 정해 진 값을 만족하도록 동작하고 상기 주 추진 모터의 요구 전력이 상기 미리 정해진 값을 초과하면 상기 이중 연료유 전기 발전기는 가스 모드에서 상기 주 추진 모터의 요구 전력을 만족하도록 동작하는, 액화천연가스 운반선.
  14. 청구항 9에 있어서,
    상기 이중 연료유 전기 발전기로부터 전력을 공급받아 주 추진 모터로 전력을 공급하는 가변 주파수 변환기를 더 포함하고,
    상기 저항부는 상기 가변 주파수 변환기에 연결되어 있는, 액화천연가스 운반선.
  15. 청구항 14에 있어서,
    상기 가변 주파수 변환기는
    DC 버스;
    상기 이중 연료유 전기 발전기에서 생산된 교류 전력을 직류로 변환하여 상기 DC 버스로 공급하는 교류/직류 변환기;
    상기 DC 버스의 직류를 교류로 변환하여 상기 주 추진 모터로 공급하는 직류/교류 변환기; 및
    상기 DC 버스에 연결된 직류/직류 변환기를 포함하는, 액화천연가스 운반선.
  16. 청구항 15에 있어서,
    상기 직류/직류 변환기에는 상기 저항부가 연결되어 있고,
    상기 직류/직류 변환기는 상기 저항부로의 전력 공급을 제어하는 액화천연가스 운반선.
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