하이브리드 추진 솔루션

  • 하이브리드화 및 통합에서 중요한 역할을 하는 AC 드라이브  

    선박은 해상에서 운전할 때와 항구에 정박했을 때 또한 선상 장비를 항시 작동하기 위해 추진 동력을 필요로 합니다. 선박 중 98%가 아직도 디젤 엔진을 사용합니다. 하지만 NOx 배출과 관련하여 보다 엄격해진 전 세계적 규제로 인해 대체 연료와 기타 기술 솔루션을 확보해야 합니다. 

    조선 및 해양 산업은 디젤 소비를 줄이고 배출량을 최소화하기 위한 방법을 모색하고 있습니다. 액화 천연 가스(LNG)와 같은 청정 연료의 사용 노력이 이미 시작되었습니다. 앞으로는 순수 전기선으로 그 방향이 정해질 것입니다. 현재는 설계 및 설치 유연성을 증가시키고 운전 성능을 최적화하며 환경적 영향을 최소화하기 위해 조선소 및 선주가 선박 하이브리드 시스템에 대한 투자를 점차 늘리고 있습니다. 현재 소형 셔틀에서 초대형 항공모함까지 모든 선박 유형은 보다 효율적이고 청정한 성능을 위해 하이브리드화 기술을 활용할 수 있습니다. 

    다음과 같은 장점은 명확한 비즈니스 원동력입니다.

    • 선박 성능 개선
    • 배출량 감소
    • 연료 소비 절감에 따른 운전 비용 절감
    • 디젤 엔진 관련 유지보수 비용 절감
    • 소음 수준 감소
    • 전원 공급 시스템의 장기적인 효율성 개선

    하이브리드화 방식

    하이브리드화는 전력 변환의 형태 및 그리드 컨버터 기술에서 AC 드라이브를 활용합니다. VLT® 및 VACON® AC 드라이브는 하이브리드화된 에너지 생산이 발전기와 함께 사용될때 필요하며, 예를 들어, 하이브리드 부하가 추진 장치 및 크레인과 함께 사용됩니다.

    하이브리드 선박은 다음과 같이 2개 이상의 전원을 사용하여 구동합니다. 주 엔진과 발전기는 일반적으로 배터리 또는 수퍼 컨덴서의 형태로 통합 에너지 저장소와 함께 결합됩니다. 이렇게 하는 첫 번째 목적은 에너지 생산을 하이브리드화하여 주 엔진의 최적화를 용이하게 하기 위함이고 두 번째 목적은 에너지를 소비하는 모든 기계류를 하이브리드화하여 장비 동작을 최적화하기 위함입니다.

    조선 및 해양 산업은 하이브리드 동력과 혁신적인 추진 시스템의 잠재력을 인식하고 있습니다. 이러한 솔루션은 배출량을 감소하고 연료 소비를 개선할 뿐만 아니라 엔진 유지보수 간격 및 엔진 수명을 연장합니다. 하이브리드 솔루션을 활용하면 엔진 크기 또한 줄일 수 있어 투자 비용과 선상 공간을 절약할 수 있습니다.

    에너지 생산 측면에서 유연성은 '시간'의 형태로 나타납니다. 에너지 저장은 최적의 방식으로 부하 조건의 변화에 반응하기 위해 발전할 시간을 제공합니다. 부하 측면에서 부하 동작은 발전에 의존적이지 않으며 '시간' 상수입니다.

    현재 운영 중인 하이브리드 선박의 검증된 피드백과 설계 대상을 통해 알 수 있듯이 동력선에 다자원 에너지 솔루션을 사용하면 연료 소비를 20–30%까지 절감할 수 있는 것으로 나타났습니다. 디젤 엔진을 정지하고 배터리 또는 보다 작은 발전기로 구동하거나 배터리 또는 발전기를 차단하고 엔진을 재기동할 수 있습니다.

    예인선 및 지원선과 같은 특수 선박의 경우에는 예를 들어, 주 엔진이 구동 중이고 반응을 기다리고 있지만 실제로 동력이 추진 장치에 사용되지 않는 유휴 상태에 서비스 시간을 허비하고 있습니다. 하이브리드 솔루션을 사용하면 유휴 상태이거나 운전 대기 중이거나 항구 내 운항 또는 단거리 운항 시 선박에 에너지를 공급하는 데 배터리와 소형 디젤 발전기를 사용할 수 있습니다. 기동/정지가 잦고 예정 진로를 운항하는 페리선에서도 유사한 공정을 활용할 수 있습니다. 다이나믹 위치 제어와 관련하여 장시간의 추진 동력을 제공하기 위해 주 엔진을 추가적으로 기동 및 가속할 때까지는 배터리를 추진 동력에 사용할 수 있습니다.

    전기 추진
    대체로 현대적인 전기 추진 시스템(디젤 전기, LNG 전기 또는 순수 전기)을 갖춘 선박의 설계는 하이브리드 솔루션으로 매우 쉽게 변환할 수 있습니다. 최고의 경우, 병렬 E-Storage 시스템 추가만으로도 예를 들어 피크 전력 요구에 배터리 전력을 활용하여 선박을 작동할 수 있습니다. 일부 사례에서의 최적 솔루션은 기존의 AC 배전과 연계하여 또는 그 대신 DC 배전을 활용하는 것입니다.
    축 발전기
    수많은 장거리 운항 선박은 아직도 디젤 추진으로만 작동하며 전기 추진 시스템은 전혀 없습니다. 이러한 선박은 프로펠러와 주 엔진 사이에 축 발전기/모터를 추가하면 효율을 개선하고 주 엔진 부하 동력 및 배출을 최적화할 수 있습니다. Power Take Out(PTO) / Power Take In(PTI)라고 하는 이 솔루션은 이러한 선박을 보다 효율적이고 하이브리드화 가능하게 하는 전기적 부가장치입니다. 하이브리드 선박에서 AC 드라이브 기술을 갖춘 축 발전기/모터는 다양한 속도로 추진 기계류를 최적 제어할 수 있어 에너지를 절감할 수 있습니다. 
    항만 전력 공급

    항만 전력 공급 솔루션에서 드라이브 기술을 사용하면 선박은 현지 전력망에서 청정 에너지를 공급 받을 수 있습니다. 선박이 정박 중일 때는 불필요한 NOx 및 탄소 배출과 소음 공해를 방지하기 위해 선박의 주 발전기를 완전히 차단할 수 있습니다.

    Danfoss Drives는 12펄스 드라이브 및 액티브 필터의 형태로 VLT 및 VACON AC 드라이브 및 저고조파 솔루션을 제공합니다.  당사의 전력 변환 솔루션은 액티브 프론트 엔드 AFE 기술과 DC 전력 최적화 솔루션이 필요한 경우에 대비해 DC-DC 변환기를 기반으로 합니다. 그리드 컨버터는 액티브 프론트 엔드 AFE 기술과 AC 그리드(마이크로 그리드) 동작을 만들고 제어할 수 있는 적절한 소프트웨어를 활용합니다. 

    AC 그리드 또는 DC 그리드에 연결된 에너지 저장소/배터리/수퍼 컨덴서 인터페이스는 그리드 전압, 배터리 DC 전압 동작 및 DC 전압 최적화 필요 여부에 따라 그리드 컨버터 기술 또는 DC-DC 변환기를 사용합니다.

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