KR101628854B1 - Lng 운반선을 이용한 발전 플랜트 - Google Patents

Abstract

LNG 운반선을 이용한 발전 플랜트 및 발전 방법이 개시된다. 본 발명의 LNG 운반선을 이용한 발전 플랜트는, 메인 엔진이 설치된 중고 LNG 운반선이나 폐 LNG 운반선으로서, 메인 엔진에 발전기를 연결하여 중고 LNG 운반선이나 폐 LNG 운반선를 발전소로 이용하되 메인 엔진은 스팀 터빈 엔진 또는 가스 터빈 엔진 중 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 한다.

Description

LNG 운반선을 이용한 발전 플랜트{POWER PLANT USING LNG CARRIER}

본 발명은, 발전 플랜트 및 발전 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 중고 LNG 운반선이나 폐 LNG 운반선에 마련된 메인 엔진에 발전기를 연결하여 발전소로 이용할 수 있는 발전 플랜트 및 발전 방법에 관한 것이다.

육상에 설치되는 발전 설비는 화석연료를 사용하든 원자력을 이용하든 환경오염의 유발과 지진과 같은 자연 재해로 설치된 인근의 주민에게 심각한 생명을 위협할 수 있고, 최근의 님비 현상(공공의 이익은 되지만 자신이 속한 지역에는 이익이 되지 않는 일을 반대하는 이기적인 행동)과 맞물려 설치 부지의 확보에 상당한 어려움을 겪고 있다.

따라서, 최근의 발전 설비는 설치 부지 선정에 어려움을 겪는 육상 발전 설비보다는 해상에 설치하는 부유식 발전 설비가 각광을 받고 있다.

부유식 발전 설비는 도서 지역이나, 해상 구조물의 전력수급 또는 전력 수급에 차질이 있는 국가 등에서 단기간 내에 발전 설비를 마련하여 전력을 공급할 수 있도록 한다는 점에서 유용한 설비이다.

이러한 부유식 발전 설비에는 부유식 화력 발전 설비, 부유식 복합화력 발전 설비, 부유식 원자력 발전 설비 등이 있다.

이 중 부유식 화력 또는 복합화력 발전 설비는 추진체의 이동성 및 경제성 등을 고려하여 한 개의 추진체에 한 개의 발전 설비가 설치될 수 있도록 하고 있다. 이는 부유식 화력 및 복합화력 발전의 열원인 보일러 및 가스터빈의 크기가 원자력 발전의 열원인 원자로 및 보조계통에 비해서 작기 때문에 위와 같은 설치가 가능하다.

부유식 원자력 플랜트는 각각의 플랜트를 구성하는 시설물의 하중이 매우 무거우며 부피 또한 클 뿐만 아니라, 설치되어야 할 부지 또한 매우 넓어 해상에 원자력 발전소를 건설하기 위하여 플랜트를 구성하는 시설물의 이동과 설치 등에 경제적, 기술적으로 많은 제약이 뒤따른다.

한편, 수명이 다하거나 크게 파손되어 더 이상 운행할 수 없는 선박 중 폐 유조선이나 폐 컨테이너선 또는 폐 화물선 등의 대형선박은 해양환경을 크게 훼손함은 물론 오염물질을 다량 배출할 수 있으므로, 바다에 방치하지 않고 신속히 처리하여야 한다.

이러한 선박의 일반적인 처리 방법은 선박을 해체하는 것이다. 즉, 폐선박을 육상으로 최대한 끌어 이동시킨 상태에서 작업자가 용접 절단기를 들고 선박에 올라가 선박의 부분을 일일이 절단하는 방법으로 이루어진다.

전술한 선박의 처리 방법과는 달리 최근에는 사용되던 중고 선박이나 폐선박을 바다에 침몰시켜 인공 어초 대용으로 사용하거나, 폐선박을 이용하여 쓰레기를 소각 처리하는 용도로 사용하기도 한다.

하지만, 이러한 방법은 선박에 기 설치되어 있는 구조물을 효율적으로 이용하지 못한 면이 있다. 중고 선박이나 폐선박에는 선박의 추진이나 발전용으로 사용되는 엔진이 설치되어 있으므로, 이 엔진을 이용하여 발전할 수 있다면 중고 선박이나 폐선박의 선체를 그대로 이용할 수 있어 추가적인 시설물 등의 설치를 최소화할 수 있다.

또한, 선박을 발전 시설로 개조하는 데에 소요되는 시간이나 비용 등을 최소로 할 수 있고, 기 선체를 이용할 수 있어 설치 부지의 확보에 따른 어려움도 없으므로 중고 선박이나 폐선박을 이용하여 발전할 수 있는 새로운 대안책이 요구된다.

한국특허등록공보 제10-1039080호(김충부) 2011.05.30.

따라서 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 중고 LNG 운반선 또는 폐 LNG 운반선을 이용하여 발전할 수 있는 발전 플랜트 및 발전방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 메인 엔진이 설치된 중고 LNG 운반선이나 폐 LNG 운반선으로서, 상기 메인 엔진에 발전기를 연결하여 상기 중고 LNG 운반선이나 폐 LNG 운반선를 발전소로 이용하되 상기 메인 엔진은 스팀 터빈 엔진 또는 가스 터빈 엔진 중 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 발전 플랜트가 제공될 수 있다.

상기 메인 엔진과 상기 발전기 사이에 마련되는 클러치를 더 포함하며, 상기 클러치에 의해 상기 중고 LNG 운반선이나 상기 폐 LNG 운반선은 선택적으로 발전 또는 운항 될 수 있다.

상기 발전기는 상기 메인 엔진에 연결된 추진축을 분리하여 상기 메인 엔진에 연결될 수 있다.

상기 추진축은 일부분이 분리될 수 있다.

상기 중고 LNG 운반선이나 상기 폐 LNG 운반선에 마련되는 복수의 추가 발전부를 더 포함할 수 있다.

상기 메인 엔진과 상기 발전기는 복수로 마련되고, 복수로 마련된 상기 메인 엔진의 회전 속도를 제어하는 회전속도 제어부를 더 포함할 수 있다.

복수로 마련된 상기 발전기로부터 출력되는 전력 주파수를 동기화하는 주파수 제어부를 더 포함할 수 있다.

상기 중고 LNG 운반선이나 상기 폐 LNG 운반선은 발전 및 송전설비가 있는 육지에 인접한 해안 또는 강변에 배치되어 상기 발전 및 송전설비에 연결될 수 있다.

상기 중고 LNG 운반선이나 상기 폐 LNG 운반선은 발전소가 있는 육지에 인접한 해안 또는 강변에 배치되어 상기 발전소의 설비에 연결될 수 있다.

상기 중고 LNG 운반선이나 상기 폐 LNG 운반선에 마련되는 송전 설비를 더 포함할 수 있다.

상기 중고 LNG 운반선이나 상기 폐 LNG 운반선에 마련되며, 상기 발전기에서 생성된 전기가 저장되는 전기 저장 장치를 더 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 메인 엔진이 설치된 중고 LNG 운반선이나 폐 LNG 운반선을 이용하여 발전하는 방법으로서, 상기 메인 엔진에 발전기를 연결하여 상기 중고 LNG 운반선이나 상기 폐 LNG 운반선을 발전소로 이용하되 상기 메인 엔진은 스팀 터빈 엔진 또는 가스 터빈 엔진을 포함하는 것을 특징으로 하는 발전 방법이 제공될 수 있다.

상기 메인 엔진과 상기 발전기 사이에 클러치를 마련하여 상기 중고 LNG 운반선이나 상기 폐 LNG 운반선을 선택적으로 발전 또는 운항할 수 있다.

본 발명의 실시예들은, 중고 LNG 운반선이나 폐 LNG 운반선에 마련된 메인 엔진에 발전기를 연결하여 발전함으로써 발전소의 건설에 소요되는 비용을 절감할 수 있고, 발전 설비의 건조 시간을 단축할 수 있으며, 육상에서 전력의 부족이나 전력 공급 단락 사고의 발생 시 신속하게 전력을 공급할 수 있다.

도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 발전 플랜트를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2 는 도 1에 도시된 발전 플랜트에서 엔진과 발전기 사이에 증속기가 부가된 것을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3 은 본 발명의 일 실시 예를 선택적으로 발전 또는 운항할 수 있는 작동 메커니즘을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4 는 본 실시 예에서 엔진을 복수로 마련한 경우 증속기의 회전속도를 제어하는 회전속도 제어부와 발전기의 주파수를 제어하는 주파수 제어부를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 5 는 본 실시 예에서 엔진의 폐열과 육상 발전소의 폐열을 LNG의 재기화에 이용하는 것을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 6 은 도 1에 도시된 발전 플랜트에 채용되는 담수 설비를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 7 은 도 1에 도시된 발전 플랜트에 채용되는 정유 설비를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 8 은 도 1에 도시된 발전 플랜트에 채용되는 고도화 설비를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 9 는 도 1에 도시된 발전 플랜트에 채용되는 바이오 가스 설비를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 10 은 중고 LNG 운반선이나 폐 LNG 운반선을 본 실시 예의 발전 플랜트로 개조한 것을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 11 은 본 발명의 일 실시예에 따른 발전 플랜트의 사용 상태도이다.

본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.

본 실시 예에서 중고 추진체나 폐 추진체는 LNG 운반선, 유조선, 케미컬 운반선, 컨테이너선, 크루즈선, LPG 운반선, 벌크 운반선, 로로선, 컨로선, 로팍스 선박, 쇄빙선, 터그 보트, 해양작업 지원선(offshore support vessel), FPSO, 반잠수식 리그 또는 잭업 리그의 중고 추진체이거나 폐 추진체를 포함한다.

또한, 본 실시 예에서 폐 추진체는 선박 등이 운항을 할 수 없을 정도로 파손된 경우뿐만 아니라 운항은 가능하나 경영난 등의 사정으로 폐기된 선박 등도 포함한다.

한편, 본 실시 예에서 중고 추진체나 폐 추진체의 예로 반잠수식 리그나 잭업 리그도 포함한다. 엄밀하게 말하면 반잠수식 리그나 잭업 리그에 마련되는 엔진은 운항을 위한 추진용으로 사용되지 않지만, 본 실시 예는 반잠수식 리그나 잭업 리그에 마련된 엔진에 의해 반잠수식 리그나 잭업 리그가 움직이는 것도 추진체로 포함한다.

그리고 본 실시 예에서 발전기는 중고 추진체나 폐 추진체에 별도로 마련된 공간에 설치될 수 있다. 본 실시 예에서 별도로 마련된 공간이란 엔진룸에서 추진축을 분리하는 경우 추진축이 분리되어 확보되는 공간일 수 있다.

또한, 엔진룸에서 추진축을 분리하지 않는 경우 메인 엔진의 주변 구조물을 제거하여 확보된 공간일 수 있고, 메인 엔진의 주변 구조물을 제거하지 않고 별도의 프레임 지지물을 설치하여 확보된 공간일 수도 있다.

도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 발전 플랜트를 개략적으로 도시한 도면이다.

이 도면에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 발전 플랜트는, 중고 추진체나 폐 추진체에 마련된 엔진(10)과, 엔진(10)에 연결되며 전기를 생산하여 중고 추진체나 폐 추진체를 발전소로 이용할 수 있도록 하는 발전기(20)와, 추진체에 마련되어 발전기(20)와는 별도로 전기를 생산하는 추가 발전부(30)와, 추진체에 마련되어 발전기(20)에서 생성된 전기를 송전하는 송전설비(40)와, 추진체에 마련되며 발전기(20)에서 생산된 전기가 저장되는 전기 저장 장치(50)를 포함한다.

이하에서 설명의 편의를 위해 중고 추진체를 기준으로 설명하면서, 본 실시 예로 채택되는 메인 엔진을 함께 설명한다.

엔진(10)은, 중고 추진체가 선박인 경우, 도 1에 도시된 바와 같이, 선미부의 엔진룸(ER)에 마련될 수 있고, 중고 추진체에 기 설치된 엔진(10)을 그대로 이용할 수 있으며, 복수 개로 마련될 수 있다.

본 실시예에서 채택될 수 있는 엔진(10)은 중고 추진체에 마련되는 엔진을 설명하면서 함께 설명한다.

일반적으로 중고 추진체에는 추진에 사용되는 메인 엔진과, 발전이나 보조 동력으로 사용되는 보조 엔진이 마련되며, 본 실시 예의 발전기(20)가 연결되는 엔진(10)은 메인 엔진일 수 있다.

또한, 메인 엔진은 개조되는 선박의 종류나 반잠수식 리그와 같은 해양 구조물에 따라 다를 수 있다. 예를 들어, 개조되는 중고 추진체가 선박인 경우 LNG 운반선은 210,000m³ 급, 유조선은 300,000dwt급, 컨테이너선은 4,000TEU, LPG 운반선은 80,000m³, 벌크 운반선은 80,000dwt의 선급이 채택될 수 있고, 메인 엔진도 전술한 중고 선박에 장착된 엔진일 수 있다.

다만, 전술한 중고 추진체인 선박의 크기는 한정되지 않고, 요구되는 전력 수요량과 경제성을 고려하여 선택적으로 변경 채용될 수 있다.

2012년은 전 세계 폐선 선박이 5천 900만DWT로 사상 최대를 기록했다. 2013년에도 지난해 규모로 선박이 폐선 처리될 것으로 전망되고 있고, 건조 한지 10년 밖에 안된 선박도 폐선장으로 향하는 등 폐선되는 선박의 선령은 더욱 낮아지고 있다.

컨테이너선의 경우 2002년에 건조된 선령 10년의 677TEU급 컨테이너선 ‘셀리나(Celina)’호가 폐선 되었고, 3천TEU급 미만의 컨테이너선 평균 폐선 선령은 19.4년으로 전년 대비 2.9년 감소 되었다. 3천~8천TEU급 미만의 선박 평균 폐선 선령도 20.0년으로 3.8년 낮아지고 있고, 20만DWT 이상의 초대형 원유운반선(VLCC)의 평균 폐선 선령은 올해 20년 아래로 떨어졌고, 수에즈막스급(22.8년), 아프라막스급(21.4년)의 평균 폐선 선령도 20년 아래로 떨어질 가능성이 커지고 있다.

그리고 중고 추진체에 설치된 메인 엔진의 종류는 i) 디젤 엔진, ii) 스팀 터빈 엔진, iii) 전기 추진 엔진, iv) 가스 터빈 엔진, v) 이중 연료 엔진, vi) 원자력 엔진 등이 있다.

이하에서, 메인 엔진으로 사용되는 각각의 엔진에 대해 설명한다.

i) 디젤 엔진에는, 중/대형 선박에 적용되는 2 행정 저속 엔진과 소형 선박에 적용되는 4 행정 고속 엔진이 있다. 메인 엔진에서 얻어진 회전 동력은 추진축을 통해 프로펠러로 전달된다. 메인 엔진의 효율은 분당 회전수가 높아야 경제성이 좋지만 프로펠러는 낮은 회전수에서 효율이 좋기 때문에 동력이 전달되는 추진축에 감속 기어를 설치한다. 상선에서의 스크루 프로펠러의 적정 회전수는 80~150rpm이다.

다만, 디젤 엔진에서 메인 엔진과 프로펠러를 직접 연결하는 경우는 메인 엔진이 대형 저속 기관인 경우에 한한다.

또한, 디젤 기관은 분당 회전수(rpm)에 따라 고속, 중속, 저속으로 분류한다. 고속 엔진은 1,200~2,400rpm 정도로 대체로 대당 출력 3,500 마력이 상한이다. 중소 엔진은 400~1,000rpm 정도로 대당 출력은 1만 마력이 상한이고, 저속 엔진은 처음부터 그 회전속도가 프로펠러의 최적 회전 속도와 일치하도록 설계된다. 대형 디젤 엔진은 모두 저속 엔진으로서 120rpm 이하의 회전수를 가지고, 대당 출력은 5천~4만 5천 마력이 보통이다.

본 실시 예는 대형 디젤 엔진으로 추진되는 중고 선박(도 2 참조)을 발전용으로 개조하는 경우, 발전하기 위해 요구되는 대형 디젤 엔진의 분당 회전수가 낮다. 따라서, 도 2의 설명 부분에서 자세히 설명하겠지만 대형 디젤 엔진에서 발전기(20)로 전달되는 분당 회전수를 높이기 위해 대형 디젤 엔진과 발전기(20) 사이에 증속기(60, 도 2 참조)를 더 마련한다.

디젤 엔진 중 4 행정 고속 엔진은 후술하는 추가 발전부(30)에서 추가적인 발전량을 얻기 위해 사용되는 추가 발전 엔진(31)으로 사용될 수 있다. 또한, 추가 발전용으로 사용되는 4 행정 고속 엔진은 중고 선박이나 폐 선박에 설치되어 있는 것을 활용할 수도 있고, 새롭게 설치할 수도 있다.

ii) 스팀 터빈 엔진은, 고온고압의 기체를 축에 연결된 수많은 회전 날개에 부딪쳐서 축을 돌리게 하여 그 기체의 열에너지를 운동에너지로 전환한다. 스팀 터빈 엔진은 강한 힘을 낼 수 있고, 축당 3만 마력을 넘는 경우에는 디젤 엔진에 비해 경제성, 신뢰성 측면에서 유리하여 선박의 메인 엔진으로 사용되었다. 일 예로 LNG 운반선의 경우 2000년대 이전에는 대부분 스팀 터빈 엔진을 대부분 메인 엔진으로 사용 하였다.

상선에 적용되는 스팀 터빈 엔진은 고압 터빈에서는 5,000~7,000rpm, 저압 터빈에서는 3,000~5,000rpm 정도의 회전수를 낸다. 전술한 바와 같이 프로펠러는 낮은 회전수에서 효율이 좋기 때문에 스팀 터빈 엔진을 사용하는 경우 동력이 전달되는 추진축(PS)에 2단 기어 감속기나 유성기어를 채택한 3단 기어 감속기 등을 탑재하여 적정 회전수를 낸다.

스팀 터빈으로 발전 되는 경우, 50Hz 교류발전에는 3,000rpm, 60Hz 교류발전에는 3,600rpm 정도의 분당 회전수가 필요하다.

본 실시 예는 중고 추진체에 설치된 엔진(10)을 이용하여 발전하는 것으로서, 메인 엔진으로 스팀 터빈 엔진이 장착된 중고 추진체를 발전 플랜트로 개조하는 경우, 스팀 터빈 엔진 자체의 분당 회전수가 발전에 요구되는 회전수를 만족할 수 있다.

교류 발전기의 출력 진동수(Hz)는 전극의 수와 회전 속도에 따라 다르다. 특정 주파수에 상응하는 속도를 동기 속도(synchronous speed)라고 하고, 아래의 표 1에 몇 가지 예가 있다.

전극 수	RPM(50Hz)	RPM(60Hz)	RPM(400Hz)
2	3,000	3,600	24,000
4	1,500	1,800	12,000
6	1,000	1,200	8,000
8	750	900	6,000
10	600	720	4,800
12	500	600	4,000
14	428.6	514.3	3,429
16	375	450	3,000
18	333.3	400	2,667
20	300	360	2,400
40	150	180	1,200

따라서, 개조된 중고 추진체의 엔진으로 스팀 터빈 엔진이 장착된 경우, 도 1에 도시된 바와 같이, 엔진(10)으로 장착된 스팀 터빈 엔진에 감속기(RG)를 탑재하지 않고 발전기(20)를 바로 연결하여 발전할 수 있다.

구체적으로, 저압 터빈에서는 3,000~5,000rpm 정도의 회전수를 내므로, 주파수로 50Hz와 60Hz를 선택하는 경우 감속기(RG)를 탑재하지 않고 발전기(20)를 스팀 터빈 엔진에 바로 연결할 수 있다.

고압 터빈에서는 5,000~7,000rpm 정도의 회전수를 내므로, 주파수를 400Hz로 선택하는 경우 저압 터빈과 같이 발전기(20)를 스팀 터빈 엔진에 바로 연결할 수 있다. 다만, 고압 터빈에서 주파수를 50Hz 또는 60Hz로 하는 경우 분당 회전수를 맞추기 위해 감속기(RG)를 사용할 수도 있다.

iii) 전기 추진 엔진은, LNG 운반선이나 쇄빙선 등에 장착되어 선박의 추진용으로 사용된다. 전기 추진 엔진은 전기를 생산하는 용도로 사용되고, 전기 추진 엔진에서 생산된 전기는 추진 모터로 공급되고, 추진 모터에 선박의 추진축이 연결되어 선박이 추진된다.

전기 추진 엔진으로는 4 행정 고속 엔진, 스팀 터빈 엔진 또는 가스 터빈 엔진이 사용될 수 있다.

전기 추진 엔진으로 추진되는 중고 추진체에는 제네레이터가 설치되어 있으므로, 별도의 제네레이터를 설치할 필요가 없고, 기 설치된 설비를 그대로 이용할 수 있는 이점이 있다.

iv) 가스 터빈 엔진은, 작동 유체로 스팀이 아닌 가스를 이용하고, 스팀 터빈에서 필요한 보일러, 원자로 등이 불필요한 점에서 전술한 스팀 터빈 엔진과 차이점이 있다.

가스 터빈 엔진은 만 톤 이하의 경량 함선들이 주류를 이루는 현대 군함, LNG 운반선, 크루즈선 등에 적용되므로 전술한 중고 군함, 중고 LNG 운반선, 중고 크루즈선을 본 실시 예의 중고 추진체로 활용할 수 있다.

본 실시 예에서 가스 터빈 엔진이 장착된 중고 추진체를 개조하는 경우 스팀 터빈 엔진과 같이 발전기(20)를 해당 주파수(Hz)에 따라 선택적으로 가스 터빈 엔진에 감속기(RG) 없이 직접 연결할 수 있다.

v) 이중 연료 엔진은, 디젤유와 액화가스를 선택적으로 엔진에 분사하여 선박을 추진할 수 있는 것으로, DFDE(Dual Fuel Diesel Electric) 엔진과 ME-GI 엔진을 예로 들 수 있다.

DFDE 엔진은, LNG를 기화시킨 액화가스를 엔진에 분사해 동력을 얻은 다음 제네레이터를 통해 전력을 생산해 이 전력으로 모터를 돌려 추진력을 얻는 방법을 사용한다. 즉, 전기 추진 선박이라는 점이 디젤 엔진, 스팀 터빈 엔진을 사용하는 선박과 다르다.

DFDE 엔진은 연료가 가지고 있는 화학 에너지를 기계 에너지로 환산하는 엔진이 아니라, 화학 에너지를 전기 에너지로 변환시켜 모터(전동기)를 회전시키는 엔진이다.

따라서, 에너지 변환 과정에서 에너지 손실이 발생하며, DFDE 엔진은 중속 엔진으로 대형화가 불가능하다는 단점이 있어 일반 상선(케이프사이즈 벌크선, VLCC 등)에 적용하기에는 무리가 있다.

다만, 본 실시 예에서 메인 엔진으로 DFDE 엔진이 장착된 선박을 개조하는 경우 DFDE 엔진으로 추진되는 선박에는 DFDE 엔진과 연결되는 제네레이터가 이미 설치되어 있으므로 별도의 발전기를 설치하지 않고 기 설치된 제네레이터를 이용할 수 있는 이점이 있다. 한편, DFDE 엔진은 후술하는 ME-GI 엔진과 달리 디젤유 없이 기화된 액화가스 자체만으로 100% 작동될 수 있다.

ME-GI 엔진은, DFDE 엔진의 이러한 단점을 극복하기 위해 개발된 엔진이다. ME-GI 엔진은 DFDE 엔진과는 다르게 일반 선박에 채택되던 저속 엔진 타입으로 제네레이터와 모터와 같은 시스템이 불필요하며, 대규모 출력을 낼 수 있어 대형 선박에 적용할 수 있다.

본 실시 예에서 ME-GI 엔진이 장착된 중고 선박을 발전용으로 개조하는 경우 전술한 디젤 엔진과 같이 요구되는 발전 용량을 얻기 위한 분당 회전수가 부족하므로, 발전기(20)와 ME-GI 엔진 사이에 증속기(60, 도 2 참조)를 마련할 수 있다.

vi) 원자력 추진 엔진은, 선박 내에 보일러 대신 원자로를 탑재한 증기 터빈 또는 전기 추진 방식의 엔진으로서, 선박에는 쇄빙선에 장착된다.

쇄빙선(ice breaker)은 얼음이 덮여 있는 결빙해역에서 수역의 얼음을 부수어 항로를 만들기 위해 사용되는 배로 수역에 따라 내해형과 대양(大洋)형이, 선형에 따라 미국형과 유럽형이 있다. 대양형은 대형으로 러시아의 원자력 쇄빙선은 1만 6000t의 초대형선이다. 미국형은 선수에도 추진기가 있어서 빙면 하부의 물을 배제해서 쇄빙을 용이하게 한다. 유럽형은 빙면상에 올려서 쇄빙하는 것과 선수를 빙면에 충돌시켜 쇄빙하는 두 양식이 있는데, 추진기는 선미에만 있다.

본 실시 예에서 중고 추진체로 원자력 엔진으로 추진되는 쇄빙선을 개조하는 경우 원자력 엔진 자체로 발전 용량에 필요한 분당 회전수를 얻을 수 있으므로, 도 1에 도시된 바와 같이, 증속기(60) 없이 원자력 엔진에 발전기(20)를 직접 연결할 수 있다.

본 실시 예에서, 도 1에 도시된 바와 같이, 엔진(10)에 증속기(60) 없이 발전기(20)를 바로 연결할 수 있는 메인 엔진으로는 스팀 터빈 엔진, 가스 터빈 엔진, 전기 추진 엔진, 이중 연료 엔진으로서 DFDE 엔진, 원자력 엔진 등이 있다.

다만, 전기 추진 엔진이나 DFDE 엔진은 중고 추진체 자체에 제네레이터(generator)가 이미 설치되어 있으므로 별도의 발전기(20)를 설치하는 데 소요되는 작업 공수와 비용을 줄일 수 있는 이점이 있다.

발전기(20)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 엔진(10)으로 채택된 메인 엔진에 증속기(60, 도 2 참조) 없이 바로 연결될 수 있다. 이 경우 메인 엔진은 전술한 바와 같이 스팀 터빈 엔진, 가스 터빈 엔진, 전기 추진 엔진, DFDE 엔진, 원자력 엔진일 수 있다.

본 실시 예에서 발전기(20)는 교류 발전기가 사용될 수 있고, 발전기(20)에서 생산되는 전력의 주파수는 60Hz 또는 50Hz 일 수 있다.

또한, 발전기(20)를 엔진(10)에 연결할 때 중고 추진체에 장착되어 있는 추진축(PS)을 전부 또는 일부 분리해낼 수 있다. 추진축(PS)을 분리할 때 추진축(PS) 전체를 분리하는 것이 아닌 스케그(S) 영역의 추진축(PS) 부분과 스케그(S)에 인접한 엔진룸(ER) 영역에 배치되는 추진축(PS) 부분은 그대로 두는 것이 작업 효율 면에서 이점이 있다. 이 경우 스케그(S) 영역과 엔진룸(ER)이 접하는 영역의 추진축(PS) 주위 부분은 수밀(watertight)되어 있으므로 이를 그대로 활용할 수 있다. 나아가, 추진축(PS)은 복수의 단위 축으로 마련되므로 복수의 단위 축을 서로 연결하기 위한 플랜지를 그대로 사용할 수 있다.

추가 발전부(30)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 중고 추진체의 선체에 마련되어 메인 엔진에 연결된 발전기(20)와는 별도로 추가적으로 전력을 생산하는 역할을 한다. 즉, 추가 발전부(30)는 중고 추진체에 마련되어 추진용으로 사용되는 메인 엔진을 이용하는 것이 아닌 점에서 전술한 발전기(20)와 차이점이 있다.

본 실시 예에서 추가 발전부(30)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 중고 추진체의 선체 내부나 상부 갑판(UD)에 마련될 수 있다. 본 실시 예에서 추가 발전부(30)의 설치 장소는 전술한 예에 한정되지 않고, 엔진룸(ER), 선수 창고(bosun store), 배의 가장 앞쪽에 있는 밸러스트 탱크인 선수 탱크(fore peak tank)와 선미 탱크(after peak tank) 등에도 마련될 수 있다.

본 실시 예에서 추가 발전부(30)는 발전에 필요한 회전력을 제공하는 추가 발전 엔진(31)과, 추가 발전 엔진(31)에 연결되어 전기를 생산하는 추가 발전기(32)를 포함한다.

추가 발전 엔진(31)은, 중고 추진체에 기 설치되어 중고 추진체의 전력 생산 용도로 사용되는 발전기 엔진을 그대로 채택할 수도 있고, 중고 발전기 엔진이 아닌 새로운 발전기 엔진을 사용할 수도 있다.

본 실시 예에서 추가 발전 엔진(31)은, 도 1에 도시된 바와 같이, 선체의 내부 예를 들어 화물창의 내부에 마련될 수도 있고, 상부 갑판(UD)에 마련될 수도 있다. 또한, 추가 발전 엔진(31)은 본 실시 예가 배치되는 해안의 영역이나 육상의 강변 영역에서 요구되는 전력량을 감안해서 복수로 마련될 수도 있다.

나아가, 본 실시 예의 추가 발전 엔진(31)으로는 디젤 엔진, 스팀 터빈 엔진, 가스 터빈 엔진 중 어느 하나가 선택될 수 있다.

추가 발전기(32)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 추가 발전 엔진(31)에 연결되어 발전기(20)와는 별도로 전력을 생산하는 것으로서, 추가 발전기(32)에 연결되므로 선체의 내부나 상부 갑판(UD)에 마련될 수 있다.

본 실시 예에서 추가 발전기(32)는 전술한 발전기(20)와 같이 교류 발전기일 수 있고, 발전기(20)에서 생산되는 전력의 주파수는 60Hz 또는 50Hz 일 수 있다.

또한, 추가 발전기(32)로 컨테이너형 발전기를 사용할 수도 있다.

그리고 본 실시 예에서 추가 발전부(30)가 상부 갑판(UD)에 마련되는 경우, 추가 발전 엔진(31)과 추가 발전기(32)가 외부에 노출되므로 추가 발전 엔진(31)과 추가 발전기(32)가 내부에 수용되는 하우징(33)을 상부 갑판(UD)에 마련할 수 있다.

송전설비(40)는, 발전기(20) 또는 추가 발전기(32)에서 생산된 전력을 수송하는 것으로서, 도 1에 도시된 바와 같이, 선체에 마련될 수 있다.

본 실시 예에서 송전설비(40)는 발전기(20) 또는 추가 발전기(32)에서 생산된 전력을 해안이나 강변의 전력 수요처로 전력을 송전하는 송전 케이블(41)과, 상부 갑판(UD)에 마련되어 송전 케이블(41)을 지지하는 송전탑(42)을 포함할 수 있다.

송전 케이블(41)은, 도 1에 도시된 바와 같이, 발전기(20)가 엔진룸(ER)에 마련되는 경우 발전기(20)와 송전탑(42)을 연결할 수 있고, 선체의 내부에 마련되는 추가 발전기(32) 또는 상부 갑판(UD)에 마련되는 추가 발전기(32)와 송전탑(42)을 연결할 수 있다.

또한, 송전 케이블(41)은 마스트(M, mast)에 지지 되거나 호오스 파이프(hawse pipe, 닻줄이 통과하는 통로)와 선미관(stern tube, 축에 선체를 관통하여 선체 밖으로 나오는 곳에 장치하는 원통 모양의 관)의 홀을 통해 발전기(20), 추가 발전기(32)에 연결되거나 육상으로 연결될 수 있다. 본 실시 예에서 마스트(M)는 레이더 마스트(radar mast), 가스를 선외로 배출시키는 벤팅 마스트(venting mast) 등을 포함한다.

송전탑(42)은, 도 1에 도시된 바와 같이, 상부 갑판(UD)에 마련되어 송전 케이블(41)을 지지하는 것으로서, 상부 갑판(UD)에 새롭게 설치될 수도 있고, 중고 추진체에 마련되어 있는 기 구조물을 이용할 수도 있다.

구체적으로, 선박인 중고 추진체에는 마스트(M)와 거주구(LQ)가 기본적으로 설치되어 있다. 마스트의 경우는 레이더 마스트, 벤팅 마스트 등을 예로 들 수 있다. 이들은 모두 상부 갑판(UD)으로부터 일정 높이 만큼 돌출되므로 이들을 이용하여 새롭게 설치될 송전탑(42)의 개수를 줄일 수 있다.

또한, 거주구(LQ)도 상부 갑판(UD)으로부터 일정 높이를 가지므로 거주구(LQ)의 벽부 등을 이용하여 송전 케이블(41)을 지지할 수도 있다.

나아가, 컨테이너선의 경우 상부 갑판(UD)에 복수의 래싱 브리지(140, lashing bridge)가 마련되므로, 래싱 브리지(140)를 송전탑(42)으로 이용할 수도 있다.

전기 저장 장치(50)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 상부 갑판(UD)에 마련되며 발전기(20) 또는 추가 발전기(32)에서 생산된 전력이 저장된다. 본 실시 예에서 발전기(20) 또는 추가 발전기(32)에서 생산된 전력은 송전 케이블(41)과 송전탑(42)을 통해 육상이나 해상의 전력 수요처로 바로 공급될 수도 있고, 전기 저장 장치(50)에 저장될 수도 있다. 육상의 수요처로는 육상 발전소의 블랙 아웃(blackout)이나 전력 공급이 부족할 경우 가정이나 산업 단지로 공급될 수 있고, 해상의 전력 수요처는 해상에 계류되는 선박이나 해상에 계류되어 원유나 LNG를 포함하는 액화가스를 적하역 하는 선박이나 부유식 해양 구조물을 예로 들 수 있다.

본 실시 예에서 전기 저장 장치(50)는 발전기(20) 또는 추가 발전기(32)의 발전량이 많을 때는 전기를 충전하고, 전력 소비량이 많을 때는 저장된 전기를 수요처로 공급함으로써 수요와 공급의 간극을 효율적으로 메울 수 있다.

본 실시 예에서 전기 저장 장치(50)는 출력과 용량에 따라 선택적으로 적용될 수 있다. 예를 들어, 2차 전지를 이용한 전기 저장 장치, 플로우 전지(flow battery, 액체 상태의 전해질이 외부 탱크에 저장되어 있다가, 충방전을 할 때는 펌프를 통해 전지 내부로 흐르면서 활성 물질이 이온교환막을 통해 산화-환원 반응을 일으키는 전지를 말한다)를 이용한 전기 저장 장치, 초전도 전력 저장장치(Superconducting Magnetic Energy Storage, SMES)를 이용할 수 있다.

도 2 는 도 1에 도시된 발전 플랜트에서 엔진과 발전기 사이에 증속기가 부가된 것을 개략적으로 도시한 도면이다.

도 2에 도시된 엔진(10)에서 메인 엔진으로 채용된 엔진은 디젤 엔진일 수 있고, 디젤 엔진 중에서도 저속 대형 디젤 엔진일 수 있다. 전술한 바와 같이, 메인 엔진의 효율은 분당 회전수가 높아야 경제성이 좋지만 프로펠러는 낮은 회전수에서 효율이 좋다.

또한, 디젤 엔진에서 메인 엔진과 프로펠러를 직접 연결하는 경우는 메인 엔진이 대형 저속 기관인 경우에 한한다. 대형 디젤 엔진은 모두 저속 엔진으로서 120rpm 이하의 회전수를 가지고, 대당 출력은 5천~4만 5천 마력이 보통이다.

본 실시 예에서 대형 디젤 엔진으로 추진되는 중고 추진체를 발전용으로 개조하는 경우, 발전하기 위해 요구되는 대형 디젤 엔진의 분당 회전수가 낮다. 따라서, 도 2에 도시된 바와 같이, 대형 디젤 엔진에서 발전기(20)로 전달되는 분당 회전수를 높이기 위해 대형 디젤 엔진과 발전기(20) 사이에 증속기(60)를 더 마련한다.

증속기(60)는, 엔진(10)에 연결되어 엔진(10)에서 발생 되는 동력을 필요한 회전력으로 바꾸어 발전기(20)로 전달하는 것으로서, 도 2에 도시된 바와 같이, 엔진(10)의 후방에 배치되도록 엔진룸(ER)에 마련될 수 있다.

본 실시 예에서 증속기(60)의 내부에는 서로 기어 맞물림 되는 복수의 기어가 마련될 수 있고, 복수의 기어의 기어비는 저속 엔진의 RPM(revolutions per minute)을 발전기(20)에서 요구되는 회전수를 갖도록 마련될 수 있다.

일반적으로 대형 디젤 엔진의 rpm은 120rpm 이하의 회전수를 가진다. 따라서, 발전기(20)에서 요구되는 회전수가 600~1,800rpm인 경우 메인 엔진의 회전수를 5 내지 15배로 증가시켜 발전기(20)로 고속 회전력을 전달하도록 증속기(60)의 기어비를 1/15 내지 1/5로 할 수 있다.

본 실시 예에서 증속기(60)가 장착되는 디젤 엔진이 적용되는 중고 추진체로는 컨테이너선, 유조선, 케미컬 운반선, 벌크 운반선, LPG 운반선, 크루즈선, 로로선, 로팍스선, 컨로선, 쇄빙선, 터크 보트, 해양작업 지원선, FPSO 등이 있다.

또한, 전술한 도 1의 실시예에서 설명한 발전기(20), 추가 발전부(30), 송전설비(40), 전기 저장 장치(50)는 본 실시예에도 그대로 적용될 수 있다.

도 3 은 본 발명의 일 실시 예를 선택적으로 발전 또는 운항할 수 있는 작동 메커니즘을 개략적으로 도시한 도면이다.

본 실시 예는 중고 추진체나 폐 추진체를 개조하여 발전 플랜트로 이용하는 것으로, 해안이나 강변에 계류될 수도 있고, 육상의 전력 수요처로 이동되어 전력을 공급할 수도 있다.

따라서, 본 실시 예는 도 3의 (a)와 (b)에 도시된 바와 같이, 중고 추진체나 폐 추진체에 기 설치된 추진축(PS)을 그대로 두어 추진용으로 사용하고, 중고 추진체나 폐 추진체를 운항하지 않는 경우 발전용으로 사용할 수 있도록 엔진(10)에서 프로펠러로 전달되는 동력을 선택적으로 차단하는 클러치(C)를 포함한다.

클러치(C)는, 도 3의 (a)에 도시된 바와 같이, 엔진(10)으로 디젤 엔진이 장착된 중고 추진체를 개조하는 경우 엔진(10)과 프로펠러를 연결하는 추진축(PS)에 마련될 수 있다. 따라서, 중고 추진체의 운항이 필요할 경우 엔진(10)과 프로펠러를 연결하는 추진축(PS)을 연결시켜 엔진(10)의 회전력이 프로펠러로 전달되도록 하고, 중고 추진체가 운항하지 않고 발전용으로 사용되는 경우 엔진(10)에서 출력되는 회전력이 증속기(60)로 전달되도록 엔진(10)과 프로펠러를 연결하는 추진축(PS)을 차단한다.

또한, 클러치(C)는, 도 3의 (b)에 도시된 바와 같이, 엔진(10)과 감속기(RG)를 연결하는 추진축(PS)에 마련되어 엔진(10)에서 출력되는 회전력을 감속기(RG) 또는 발전기(20)로 선택적으로 전달시킬 수 있다.

전술한 도 3의 (a)에서는 엔진(10)의 회전수로는 요구되는 발전 용량을 얻기 어려워 증속기(60)를 마련했으나, 도 3의 (b)에 도시된 엔진(10)은 충분한 발전 용량을 얻을 수 있는 회전력을 가지지만 프로펠러의 효율을 감안해 감속기(RG)를 엔진(10)과 프로펠러의 사이에 마련하였다.

따라서, 중고 추진체의 운항이 필요할 경우 엔진(10)과 감속기(RG)를 연결하는 추진축(PS)을 연결시켜 엔진(10)의 회전력이 프로펠러로 전달되도록 하고, 중고 추진체가 운항하지 않고 발전용으로 사용되는 경우 엔진(10)에서 출력되는 회전력이 발전기(20)로 전달되도록 엔진(10)과 감속기(RG)를 연결하는 추진축(PS)을 차단한다.

그리고 본 실시 예는, 도 3의 (a)와 (b)에 도시된 바와 같이, 추진용으로 사용되는 엔진(10)에 클러치(C)를 연결할 수도 있고, 이와는 별도로 클러치(C)를 연결하지 않고 메인 엔진으로 사용되는 엔진(10)에 전술한 발전기(20)를 연결하여 엔진룸(ER)에 설치할 수도 있다. 다만, 클러치(C)가 연결되지 않고 메인 엔진에 발전기(20)를 연결한 전술한 구성은 엔진룸(ER)에 설치되는 것에 한정되지 않고 선체의 내부나 상부 갑판(UD) 등에 마련될 수 있다.

도 4 는 본 실시 예에서 엔진을 복수로 마련한 경우 증속기의 회전속도를 제어하는 회전속도 제어부와 발전기의 주파수를 제어하는 주파수 제어부를 개략적으로 도시한 도면이다.

본 실시 예는 중고 추진체나 폐 추진체에 엔진(10)인 메인 엔진을 복수로 마련할 수도 있고, 각각의 메인 엔진은 스펙이 다를 수 있으므로 각각의 메인 엔진의 분당 회전수를 동기화하는 회전속도 제어부(70)를 포함한다.

본 실시 예에서 회전속도 제어부(70)는 엔진(10)의 구동 및 정지상태에 관련된 정보가 입력되면 엔진(10)의 최종 목표 회전값과 기 설정된 각 단계별 목표 회전값을 검출하는 마이크로 프로세서와, 마이크로 프로세서로부터 출력된 최종 목표 회전값과 각 단계별 목표 회전값을 이용하여 엔진(10)의 출발 회전값과 현재 회전값 및 각 단계별 목표 회전값과 최종 목표 회전값에 대한 각각의 비교결과를 출력하는 속도 비교부와, 엔진(10)의 현재 회전값으로부터 엔진(10)의 회전속도를 가속하기 위한 가속신호와 엔진(10)의 회전속도를 감속하기 위한 감속신호 및 엔진(10)의 회전속도를 유지시키기 위한 등속신호를 출력함과 동시에 엔진(10)의 구동개시를 나타 내는 구동개시신호와 엔진(10)의 구동종료를 나타내는 구동종료신호를 각각 출력하는 가/감속 제어부와, 속도 비교부의 비교결과에 따라 엔진(10)의 가속 및 감속비율을 결정하고 결정된 가속 및 감속 비율값에 대응하여 각 단계별 목표속도 및 최종 목표속도로 엔진(10)이 회동하도록 제어하는 제어부를 포함한다. 다만, 회전속도 제어부(70)는 전술한 예에 한정되지 않고 공지된 다른 실시예로 대체될 수 있다.

본 실시 예에서 메인 엔진은 물론 추가 발전 엔진(31)도 복수로 마련될 수 있으므로 전술한 회전속도 제어부(70)는 추가 발전 엔진(31)을 복수로 마련하는 경우에도 적용될 수 있다.

또한, 도 4에는 증속기(60)가 마련된 것이 도시되어 있지만 회전속도 제어부(70)는 증속기(60)를 연결하지 않고(도 2 참조) 메인 엔진이나 추가 발전 엔진(31)을 복수로 마련하는 경우에도 적용될 수 있다.

주파수 제어부(80)는, 메인 엔진이나 추가 발전 엔진(31)을 복수로 마련하는 경우 각각의 발전기(20) 또는 추가 발전기(32)에서 출력되는 전력의 주파수를 동기화하는 역할을 한다.

본 실시 예에서 주파수 제어부(80)는 발전기(20)에 사용되는 공지된 주파수 제어수단을 사용할 수 있고, 일 예로 주파수 제어부(80)는 발전기 조속기를 조정하는 조속기 조정부와, 출력을 조정하는 출력 조정부와, 급전을 조정하는 급전 조정부를 포함할 수 있고, 주파수 변동폭은 0.1Hz내로 제어될 수 있다.

또한, 주파수 제어부(80)는 증속기(60)를 연결하지 않고(도 2 참조) 메인 엔진이나 추가 발전 엔진(31)을 복수로 마련하는 경우에도 적용될 수 있다.

도 5 는 본 실시 예에서 엔진의 폐열과 육상 발전소의 폐열을 LNG의 재기화에 이용하는 것을 개략적으로 도시한 도면이다.

본 실시 예는 엔진(10)으로 채용되는 메인 엔진에서 발생 되는 폐열로 온수를 가열하거나, 대상 액체를 기화시키는 데 사용되는 기화열로 이용하거나, 해안이나 강변의 수요처로 공급할 수도 있다.

본 실시예에서 메인 엔진의 폐열로 온수를 가열하는 폐열회수시스템은, 메인 엔진에 유로로 연결되어 메인 엔진을 통과한 열원인 냉각수를 냉각시키는 재킷 쿨러(jacket cooler)와, 재킷 쿨러와 메인 엔진을 연결하는 유로에 마련되어 재킷 쿨러에서 냉각된 열원인 냉각수를 메인 엔진으로 펌핑(pumping)하는 펌프와, 메인 엔진을 통과한 고온의 냉각수가 재킷 쿨러로 유입되기 전에 분기 되는 유로에 마련되어 고온의 냉각수와 가열 대상인 액체를 열교환 시키는 열교환기를 포함한다.

또한, 기화열을 이용하는 폐열회수시스템은, 도 5에 도시된 실시 예를 예로 들 수 있다.

구체적으로, 중고 추진체의 엔진(10)으로 이중 연료 엔진인 ME-GI 엔진을 사용하는 경우 연료로 LNG를 사용할 수 있고, LNG를 연료로 사용하기 위해서는 LNG를 NG(천연가스)로 기화시키는 기화기(R)가 필요하다.

LNG는 극저온의 액체(-163℃)로 LNG를 기화시키는 방법에는 해수를 이용하는 방법, 고온의 기체를 이용하는 방법, 글리콜을 이용하는 방법 등이 개시되어 있다. 본 실시 예는 ME-GI 엔진에서 배출되는 고온의 냉각수가 재킷 쿨러로 유입되기 전에 열교환기로 유입시켜 열교환기에서 LNG를 NG로 기화시키는 데 사용될 수 있다.

또한, 중고 추진체가 육상 발전소와 인접한 영역에 마련되는 경우 육상 발전소에서 생산된 폐열을 중고 추진체에 마련된 기화기(R)로 공급시켜 LNG를 NG로 기화시키는 데 사용할 수 있다.

한편, 기화기(R)로 공급되는 LNG는 중고 추진체에 마련되는 화물창이나 연료 저장 탱크에 저장될 수도 있고, 육상으로부터 공급받을 수도 있다.

도 6 은 도 1에 도시된 발전 플랜트에 채용되는 담수 설비를 개략적으로 도시한 도면이다.

본 실시 예에 따른 담수 설비는 중고 추진체의 상부 갑판(UD)에 마련될 수 있고, 증발법, 역삼투법, 증발법과 역삼투법을 혼합한 방법이 적용될 수 있다.

본 실시 예는 일 예로 증발법을 사용할 수 있으며, 증발법이 적용된 담수 설비(90)는, 도 6의 (a)에 도시된 바와 같이, 해수를 중고 추진체의 내부로 유입시키는 해수 유입기(91)와, 해수를 증발시켜서 생기는 증기를 다시 응축시켜서 응축수를 모음으로써 담수를 생산하는 증발기(92)를 포함한다.

해수 유입기(91)는, 담수하고자 하는 원수인 해수를 중고 추진체 내로 강제로 유입하기 위한 것으로, 해수 유입기(91)에는 펌프 등의 액체 강제 유입 수단이 구비된다.

증발기(92)는, 해수를 증발시켜서 생기는 증기를 다시 응축시켜서 응축수를 모음으로써 담수를 생산하는 것으로서, 해수를 외부에서 공급된 열과 열교환시켜서 증발시키기 위한 열교환 튜브와 응축기를 구비한다.

본 실시 예에서 증발기(92)는 해수를 증발시켜서 생기는 증기를 다시 응축시키는 과정을 여러번 반복하여 응축수를 모으는 다단플래시 증발(MSF(Multi-Stage Flash) Distillation) 방식을 채용할 수 있고, 이 경우 증발기(92)는 2~3개의 스테이지를 구비한다.

본 실시 예는 해수 유입기(91)로 해수와 함께 유입되는 생물체가 해수 통로를 막는 것을 방지하기 위해 해수 유입기(91) 내로 염소가스를 주입하는 염소가스 주입기(93)와, 증발기(92)의 전단에 마련되어 증발기(92)에서 해수를 증발시키기 전에 화학약품을 해수에 주입하여 해수를 화학약품 처리하는 화학약품 전처리기(94)와, 증발기(92)에서 생산된 증류수에 미네랄을 첨가하여 식수 기준에 맞도록 맞추는 미네랄 첨가기(95)를 더 포함할 수 있다.

한편, 본 실시 예는, 도 6의 (b)에 도시된 바와 같이, 역삼투압법을 이용하여 해수를 담수화시킬 수도 있다.

역삼투압법을 이용한 담수 설비(90a)는, 도 6의 (b)에 도시된 바와 같이, 해수를 상기 역삼투식 해수담수화 플랜트 내로 강제로 유입하는 해수 유입기(91a)와, 해수에 역삼투 방식으로 압력을 가하여 담수를 생산하는 역삼투 모듈(91b)을 포함한다.

역삼투 모듈(91b)은 해수에 역삼투 방식으로 압력을 가하여 담수를 생산하는 것으로서, 역삼투 멤브레인과 멤브레인 압력 용기를 구비한다.

또한, 본 실시 예는 해수 유입기(91a)의 후단에 마련되어 해수를 역삼투 멤브레인의 요구 수질로 맞추는 이중 여재 필터(91c)와, 역삼투 모듈(91b)의 전단에 마련되어 역삼투 모듈(91b)에서 해수에 역삼투 방식으로 압력을 가하기 전에 화학약품을 해수에 주입하여 해수를 화학약품 처리하는 화학약품 전처리기(91d)와, 역삼투 모듈(91b)에 연결되어 해수에 압력을 가하는 데에 필요한 압력을 공급하는 고압 펌프(91e)와, 화학약품 전처리기(91d)와 역삼투 모듈(91b)의 사이에 마련되어 역삼투 모듈(91b)의 역삼투 멤브레인과 고압 펌프(91e)를 보호하는 안전 필터(91f)를 포함한다.

도 7 은 도 1에 도시된 발전 플랜트에 채용되는 정유 정제 설비를 개략적으로 도시한 도면이다.

본 실시 예에 따른 원유 정제 설비(100)는 중고 추진체나 폐 추진체의 상부 갑판(UD)에 마련될 수 있고, 도 7에 도시된 바와 같이, 원유 저장탱크와, 탈염기(Desalter)와, 가열로와, 상압 증류 장치와, 진공 증류탑을 포함한다.

원유 저장탱크에는, 원유를 저장되고, 원유에는 염, 철산화물, 모래 등 각종 고체가 녹아 있다.

본 실시 예에서 중고 추진체로 유조선, 케미컬 운반선, Oil FPSO, LPG 운반선을 채택하는 경우 유조선이나 LPG 운반선에는 저장 탱크가 마련되어 있으므로 이를 원유 저장탱크로 활용할 수 있다. 또한, 유조선, Oil FPSO, LPG 운반선에는 저장된 원유나 LPG를 하역하기 위한 각종 펌프가 마련되어 있으므로 이를 활용할 수 있다.

또한, LNG 운반선이나 LNG FPSO를 중고 추진체로 개조하는 경우 여기에는 LNG 저장탱크(160)와 각종 하역 펌프가 마련되어 있으므로 이를 활용할 수 있다.

탈염기는, 원유 저장탱크에 저장된 원유를 공급받아 원유 속에 함유됨 염분을 제거하는 장치로서 170℃에서 260℃로 예열하게 된다. 이때 소량의 기회 원유(oppoturnity crude)를 탈염기에 공급함과 함께 pH조절을 위한 약품과 유화제 등 첨가제를 주입하고, 산분에 의한 장치 부식 방지를 위하여 인산 에스테르 등 다양한 부식 방지제를 공급하게 된다.

가열로는, 탈염기를 거친 혼합물인 원유와 기회 원유를 상압 증류하기 위하여 필요한 온도 즉, 360~380℃로 가열하는 장치이다. 이때 원유의 증류 또는 제품의 종류에 따라 달라지나 약 340℃까지 가열한다.

상압 증류탑은, 원유를 비등점의 차이에 따라 LPG, 납사, 등유, 경유, 벙커유 유분으로 분리하는 장치로서, 원유 구성 성분이 일정한 압력과 온도에서 증발되려는 성질이 각각 다른 점을 이용하여 분리하게 된다. 즉, 내부의 온도와 압력을 높이에 따라 다르게 하여 혼합되어 있는 유분을 분리하는 것으로 대기압과 비슷한 상압에서 운전되기 때문에 상압 증류탑이라고 한다.

이 상압 증류탑은 내부에 약 30~40개의 단으로 구성되어 윗단에서 응축되어 내려오는 액상 성분과 아랫단에서 기화하여 올라가는 기상 성분의 접촉을 통해 원류를 분리하고 있다.

한편, 상압 증류탑에는 또한 소량 첨가하여 사용하는 기회 원유에 포함된 약 3~4%의 저비등점 성분이 포함되어 있는데 이들 저비등점 성분들을 제거하는 역할도 하게 된다.

진공 증류탑은, 진공으로 운전하여 상압 증류탑을 거쳐 분리된 원유 내에 잔류하는 경유를 회수하고 고 비등점 오일을 생산한다.

도 8 은 도 1에 도시된 발전 플랜트에 채용되는 고도화 설비를 개략적으로 도시한 도면이다.

고도화 설비(110)는 고유황 벙커C유를 원료로 다시 한 번 가공.분해.탈황 등의 공정을 통해 휘발유, 등유, 경유, 저유황 벙커C유를 생산하는 설비이다.

본 실시 예에 따른 고도화 설비(110)는 중고 추진체나 폐 추진체의 상부 갑판(UD)에 마련될 수 있고, 도 8에 도시된 바와 같이, 중질유 분해공정부와 중질유 탈황공정부를 포함한다.

중질유 분해공정부는, 수소와 촉매를 이용해 고유황 벙커C유에 화학반응을 일으켜 휘발유, 등유, 경유를 생산하는 공정이다. 세부적으로는 수첨분해(Hydrocracking)와 촉매접촉분해(Catalytic Cracking)로 구분된다. 수첨분해란 고온.고압 촉매화에서 수소를 첨가하여 중질유를 분해한 다음 나프타, 등유, 경유를 만드는 공정으로 HOU(Heavy Oil Upgrading)라고 불린다. 촉매접촉분해는 고온 촉매하에서 중질유를 접촉시켜 휘발유, 프로필렌을 생산하는 것으로 RFCC(Residue Fluidized Catalytic Cracking : 잔사유유동층접촉분해시설)라 하며 RFCC나 FCC는 수소를 첨가하는 반응이 아니므로 원료유를 탈황하여 공급하여야 한다.

중질유 탈황공정부, 고유황 벙커C유에 함유된 각종 불순물을 제거해 저유황 벙커C유와 RFCC나 FCC의 원료유 등을 생산하는 공정이다.

본 실시 예에서 고도화 설비(110)는 공지된 기술이 적용될 수 있다.

도 9 는 도 1에 도시된 발전 플랜트에 채용되는 바이오 가스 설비를 개략적으로 도시한 도면이다.

본 실시 예에 따른 바이오 가스 설비(120)는, 중고 추진체나 폐 추진체의 상부 갑판(UD)에 마련될 수 있고, 도 9에 도시된 바와 같이, 해양 바이오 매스로부터 발효 공정부(121)를 통해 에탄올을 생산하고, 에탄올 생산과정에서 발생 된 유기성 폐기물을 포집하여 가스화 공정부(122)를 통해 메탄올을 생산할 수 있다.

본 실시 예에 따른 바이오 가스 설비(120)는 본 출원인에 의해 출원되어 공개된 한국 특허공개공보 제10-2012-0071040호 "바이오 매스를 이용한 바이오 에너지 생산 시스템"의 구성을 모두 포함할 수 있다.

전술한 도 1 내지 도 8에서 설명한 내용은 후술하는 도면의 실시예에서도 그대로 적용될 수 있다. 다만, 엔진(10)으로 채용되는 메인 엔진의 종류에 따른 증속기(60)의 설치 유무와 중고 추진체나 폐 추진체로 선택되는 선박이나 해양 구조물의 사이즈 및 종류에 따라 담수 설비(90, 90a), 원유 정제 설비(100), 고도화 설비(110), 바이오 가스 설비(120) 등이 설치되는지 여부에 따른 차이점이 있다.

도 10은 중고 LNG 운반선이나 폐 LNG 운반선을 본 실시 예의 발전 플랜트로 개조한 것을 개략적으로 도시한 도면이다.

본 실시 예는, 도 10에 도시된 바와 같이, 중고 LNG 운반선이나 폐 LNG 운반선을 발전용으로 개조할 수 있다.

중고 LNG 운반선 등에서 메인 엔진으로 사용되는 엔진(10)은 스팀 터빈 엔진, 디젤 엔진, 전기 추진 엔진, 이중 연료 엔진인 ME-GI 엔진 등이 있다.

이 중 스팀 터빈 엔진은 엔진(10)의 회전수가 발전기(20)에서 요구되는 회전수를 만족하므로, 도 12에 도시된 바와 같이, 증속기(60, 도 2 참조)가 필요 없다

구체적으로, 상선에 적용되는 스팀 터빈 엔진은 고압 터빈에서는 5,000~7,000rpm, 저압 터빈에서는 3,000~5,000rpm 정도의 회전수를 낸다. 전술한 바와 같이 프로펠러는 낮은 회전수에서 효율이 좋기 때문에 스팀 터빈 엔진을 사용하는 경우 동력이 전달되는 추진축(PS)에 2단 기어 감속기나 유성기어를 채택한 3단 기어 감속기 등을 탑재하여 적정 회전수를 낸다.

스팀 터빈으로 발전 되는 경우, 50Hz 교류발전에는 3,000rpm, 60Hz 교류발전에는 3,600rpm 정도의 분당 회전수가 필요하다.

본 실시 예는 중고 추진체에 설치된 메인 엔진인 엔진(10)을 이용하여 발전하는 것으로서, 메인 엔진으로 스팀 터빈 엔진이 장착된 중고 LNG 운반선을 발전 플랜트로 개조하는 경우, 스팀 터빈 엔진 자체의 분당 회전수가 발전에 요구되는 회전수를 만족할 수 있다.

따라서, 개조된 중고 추진체의 엔진으로 스팀 터빈 엔진이 장착된 경우, 도 10에 도시된 바와 같이, 엔진(10)으로 장착된 스팀 터빈 엔진에 감속기(RG)를 탑재하지 않고 발전기(20)를 바로 연결하여 발전할 수 있다.

구체적으로, 저압 터빈에서는 3,000~5,000rpm 정도의 회전수를 내므로, 주파수로 50Hz와 60Hz를 선택하는 경우 감속기(RG)를 탑재하지 않고 발전기(20)를 스팀 터빈 엔진에 바로 연결할 수 있다.

고압 터빈에서는 5,000~7,000rpm 정도의 회전수를 내므로, 주파수를 400Hz로 선택하는 경우 저압 터빈과 같이 발전기(20)를 스팀 터빈 엔진에 바로 연결할 수 있다. 다만, 고압 터빈에서 주파수를 50Hz 또는 60Hz로 하는 경우 분당 회전수를 맞추기 위해 감속기(RG)를 사용할 수도 있다.

본 실시 예는 추진축(PS)을 전부 또는 일부 분리하여 사용할 수 있고, 추진축(PS)에 관련된 설명은 전술한 도 2에서 설명한 내용이 그대로 적용될 수 있다.

발전기(20)는, 메인 엔진에 연결되어 발전되는 것으로서 전술한 도 1에서 설명한 발전기(20)의 내용이 그대로 적용될 수 있다.

추가 발전부(30)는, 도 10에 도시된 바와 같이, LNG 저장탱크(160)의 내부나 상부 갑판(UD)에 마련될 수 있고, LNG 저장탱크(160)의 내부에 마련되는 경우 외부의 환경에 영향을 받지 않으므로 하우징(33)을 마련하지 않아도 된다.

송전설비(40)와 전기 저장 장치(50)는, 전술한 도 1에서 설명한 내용이 그대로 적용될 수 있다.

중고 LNG 운반선이나 폐 LNG 운반선에는, 도 10에 도시된 바와 같이, 복수의 LNG 저장탱크(160)가 마련되고, 이 LNG 탱크는 전술한 바와 같이 추가 발전부(30)의 설치 장소로 제공될 수 있다.

또한, LNG 저장탱크(160)는 본래의 용도인 LNG 탱크로 사용될 수 있고, 메인 엔진이나 추가 발전 엔진(31)의 연료가 저장될 수도 있고, 원유가 저장될 수도 있다. 메인 엔진으로 디젤 엔진을 사용하는 경우 LNG 저장탱크(160)에는 디젤유가 저장될 수 있고, LNG를 사용하는 경우 LNG가 저장될 수 있다. 다만, LNG 저장탱크(160)에 원유나 디젤유를 저장하는 경우 원유나 디젤유가 응고되는 것을 방지하기 위해 코일 타입 등의 가열 장치를 LNG 저장탱크(160)의 내부에 마련할 수 있다.

특히, 중고 LNG 운반선이나 폐 LNG 운반선 등에는 적하역 시스템이 마련되어 있으므로, LNG 저장탱크(160)에 원유, LNG 또는 엔진 연료유 등을 저장한 후 이를 육상으로 공급하거나 해상에 부유 된 선박으로 공급할 수도 있다.

본 실시 예에서 적하역 시스템은 LNG 저장탱크(160)와 선체 외부를 연결하며 LNG의 이송 통로가 되는 배관과, 선체의 내부에 마련되어 LNG 저장탱크(160)에 저장된 액체를 선체의 외부로 펌핑하는 펌프와, 상부 갑판(UD)에 마련되어 배관의 접속구 역할을 하는 매니폴드를 포함할 수 있다.

한편, 중고 LNG 운반선 등을 발전용으로 개조하는 경우 전술한 도 3의 (a)나 (b)에서 설명한 바와 같이 엔진(10)과 프로펠러 사이에 클러치(C)를 마련하여 운항 또는 발전용으로 선택적으로 사용할 수도 있다.

구체적으로, 본 실시 예를 발전용으로 사용하는 경우 클러치(C)는, 도 3의 (b)에 도시된 엔진과 감속기(RG)를 연결하는 추진축을 차단하고, 엔진(10)의 회전력을 발전기(20)로 전달한다.

또한, 본 실시 예를 전력이 필요한 육상의 타 지역으로 이동시키는 경우 클러치(C)는, 도 3의 (b)에 도시된 엔진(10)과 발전기(20)를 연결하는 축을 차단하고, 엔진(10)의 회전력을 감속기(RG)로 전달하여 프로펠러를 회전시킨다.

한편, 본 실시 예는 육상의 타 지역으로 이동 중에 선내에서 전력이 필요한 경우 보조 발전기나 추가 발전부를 작동시키지 않고, 클러치(C)에서 엔진(10)의 회전력이 발전기(20)로 전달되도록 할 수도 있다.

즉, 본 실시 예에서 클러치(C)는 엔진(10)의 회전력을 동시에 발전기(20)와 프로펠러로 전달할 수 있고, 이는 클러치(C)의 내부에 복수의 기어를 마련하고, 복수의 기어의 기어비를 서로 다르게 하여 결합함으로써 해결될 수 있다.

도 11은 본 실시 예인 발전 플랜트의 사용 상태도이다.

본 실시 예는, 도 11에 도시된 바와 같이, 육상에 마련된 발전소(P)와 인접한 해상의 안벽(J)에 계류되어 육상에 마련된 발전소(P)의 고장이나 작동 중단 시 본 실시 예에서 생산된 전기 에너지를 전력 수요처로 신속하게 공급할 수 있다.

본 실시 예에서 발전소(P)는 원자력 발전소, 화력 발전소 또는 복합화력발전소를 포함할 수 있고, 복합화력발전소는 LNG 또는 경유 등을 연료로 사용할 수 있다.

본 실시 예는 기 설치된 저장 탱크를 이용할 수도 있고, 선체의 여유 공간에 저장 탱크를 마련하여 저장 탱크에 원유, 엔진 연료, LNG 등을 저장할 수 있고, 저장 탱크에 저장 된 원유, LNG 등을 육상의 소요처로 공급할 수 있다.

본 실시 예는 안벽(J)에 계류된 상태를 유지할 수 있으므로 선체에 설치된 매니폴드와 연결되는 별도의 라인을 안벽(J)에 마련하고, 안벽(J)에 마련된 라인과 육상의 소요처를 연결하는 라인만 육상에 추가적으로 설치하면 된다.

한편, 본 실시 예는 육상에 발전소(P)가 마련된 경우 더 효율적인 데, 이는 육상에 마련된 발전소(P)의 전력망을 그대로 이용할 수 있어 전력망의 구축에 소요되는 비용과 시간을 줄일 수 있고, 육상의 발전소(P)가 고장 등이 나서 작동할 수 없는 경우 발전소(P)를 대체하여 전력 소비처로 전력을 공급할 수 있기 때문이다.

나아가, 본 실시 예는 육상에 발전소(P)가 없는 경우에도 적용될 수 있고, 해안에 한정되지 않고 강변 등에 배치될 수도 있다.

이상에서 살펴 본 바와 같이 본 실시 예는 중고 LNG 운반선이나 폐 LNG 운반선에 마련된 메인 엔진에 발전기를 연결하여 발전함으로써 발전소의 건설에 소요되는 비용을 절감할 수 있고, 발전 설비의 건조 시간을 단축할 수 있으며, 육상에서 전력의 부족이나 전력 공급 단락 사고의 발생 시 신속하게 전력을 공급할 수 있다.

이와 같이 본 발명은 기재된 실시 예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정 예 또는 변형 예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.

10 : 엔진 20 : 발전기
30 : 추가 발전부 40 : 송전설비
50 : 전기 저장 장치 60 : 증속기
70 : 회전 속도 제어부 80 : 주파수 제어부
90 : 담수 설비 100 : 원유 정제 설비
110 : 고도화 설비 120 : 바이오 가스 설비
160 : LNG 저장탱크 ER : 엔진룸
J : 안벽 LQ : 거주구
M : 마스트 PS : 추진축
R : 기화기 RG : 감속기
S : 스케그 UD : 상부 갑판

Claims (13)

1. 메인 엔진이 설치된 중고 LNG 운반선이나 폐 LNG 운반선으로서, 엔진룸 내부에 구비되는 상기 메인 엔진에 발전기를 연결하여 상기 중고 LNG 운반선이나 폐 LNG 운반선을 발전소로 이용하며,
   상기 메인 엔진과 상기 발전기 사이에 마련되는 클러치; 및
   상기 중고 LNG 운반선이나 상기 폐 LNG 운반선에 마련되며, 상기 발전기에서 생성된 전기가 저장되는 전기 저장 장치; 를 더 포함하며,
   상기 메인 엔진은 스팀 터빈 엔진 또는 가스 터빈 엔진 중 선택된 어느 하나이며,
   상기 메인 엔진에서 발생하는 폐열을 이용해 LNG를 재기화하며,
   상기 클러치에 의해 상기 중고 LNG 운반선이나 상기 폐 LNG 운반선은 선택적으로 발전 또는 운항되되,
   상기 중고 LNG 운반선이나 폐 LNG 운반선의 운항의 필요여부에 따라 상기 클러치는 상기 메인 엔진에서 프로펠러로 전달되는 동력을 선택적으로 차단하며,
   상기 발전기의 발전량이 많을 때는 상기 전기 저장 장치에서 전기를 충전하고 수요처의 전력 수요량이 많을 때는 상기 전기 저장 장치에서 충전된 전기를 수요처로 공급하며,
   상기 발전기는 상기 메인 엔진에 연결된 추진축을 분리하여 상기 메인 엔진에 연결되며,
   상기 추진축은 일부분이 분리되되,
   수밀(watertight)되어있는 스케그 영역과 엔진룸이 접하는 영역의 상기 추진축 주위 부분은 그대로 둠으로써,
   상기 중고 LNG 운반선이나 폐 LNG 운반선에 기 설치된 상기 메인 엔진을 이용하여 전력을 생산하는,
   발전 플랜트.
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3. 삭제
4. 삭제
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 중고 LNG 운반선이나 상기 폐 LNG 운반선에 마련되는 복수의 추가 발전부를 더 포함하는 발전 플랜트.
6. 청구항 1에 있어서,
   상기 메인 엔진과 상기 발전기는 복수로 마련되고,
   복수로 마련된 상기 메인 엔진의 회전 속도를 제어하는 회전속도 제어부를 더 포함하는 발전 플랜트.
7. 청구항 6에 있어서,
   복수로 마련된 상기 발전기로부터 출력되는 전력 주파수를 동기화하는 주파수 제어부를 더 포함하는 발전 플랜트.
8. 청구항 1에 있어서,
   상기 중고 LNG 운반선이나 상기 폐 LNG 운반선은 발전 및 송전설비가 있는 육지에 인접한 해안 또는 강변에 배치되어 상기 발전 및 송전설비에 연결되는 것을 특징으로 하는 발전 플랜트.
9. 청구항 1에 있어서,
   상기 중고 LNG 운반선이나 상기 폐 LNG 운반선은 발전소가 있는 육지에 인접한 해안 또는 강변에 배치되어 상기 발전소의 설비에 연결되는 것을 특징으로 하는 발전 플랜트.
10. 청구항 1에 있어서,
    상기 중고 LNG 운반선이나 상기 폐 LNG 운반선에 마련되는 송전 설비를 더 포함하는 발전 플랜트.
11. 청구항 1에 있어서,
    상기 중고 LNG 운반선이나 상기 폐 LNG 운반선에 마련되며, 상기 발전기에서 생성된 전기가 저장되는 전기 저장 장치를 더 포함하는 발전 플랜트.
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