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함정용 하이브리드 전기추진 시스템 발전기 모드 적용에 대한 연구
A study of the hybrid electric drive generating mode in naval ships 원문보기

한국마린엔지니어링학회지 = Journal of the Korean Society of Marine Engineering, v.39 no.9, 2015년, pp.967 - 972  

류승현 (Division of Public service audit & inspection, Navy Lieutenant Commander) ,  정성영 (Department of Marine Engineering, Graduate school, Korea Maritime and Ocean University) ,  오진석 (Division of Marine Engineering, Korea Maritime and Ocean University)

초록
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화석연료 사용이 증가함에 따라 온실가스로 인한 세계적인 지구온난화 문제가 심각한 편이다. 이에 따라 에너지 절감과 환경오염에 대한 관심이 높아지고, 이에 대한 연구가 활발히 전개되고 있다. 최근, 미 해군에서는 해군 에너지 소비량의 40%를 차지하고 있는 이지스 구축함의 COGAG 추진체계의 연료 효율을 개선하기 위해 HED(Hybrid Electric Drive) System에 대한 연구를 시작했다. 한국에서도 DDG-51급인 이지스 함을 보유하고 있으므로 HED system에 대한 연구를 통해 연료 효율을 개선시킬 수 있다. 따라서 본 연구에서는 미 해군의 HED system을 분석하고 LabVIEW를 통해 HED를 발전기 모드로 사용하였을 경우 에너지 절감량에 대해 시뮬레이션을 진행하였다. 시뮬레이션 결과 평균적으로 700kg/h의 연료가 절감됨을 확인하였다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

Because of recent interests in energy conservation and prevention of environmental pollution, research related to these topics is increasing. The U.S. Navy has started to study the HED (hybrid electric drive) system in order to improve the COGAG propulsion system's fuel efficiency in AEGIS destroyer...

주제어

#이지스 함   #가스터빈 추진체계   #하이브리드 전기추진   #시뮬레이션   #발전기 모드  

AI 본문요약
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* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

  • 본 논문은 우리나라 해군의 HED System 기반 기술을 확보하기 위하여 HED System에 대해 분석하고, LabVIEW를 기반으로 한 HED System 시뮬레이션을 통하여 HED를 발전기 모드로 사용하였을 때 시스템의 최적 운용 알고리즘을 제안하고자 한다.

가설 설정

  • 발전기는 3대가 전투시를 제외했을 때 최대 전력을 요구하는 상태인 4,570.9.kW를 동일하게 부하를 분담하고 있다고 가정하며 위 부하에서 EM 발전량을 0에서 최대로 변화시킬 때 가장 많은 연료를 절감하는 발전량 및 최대 연료절감량을 함속에 따라 산출하였다. 가스터빈 및 발전기의 출력에 따른 연료 효율 모델을 바탕으로 함속에 따라 EM이 0~3,000kW 까지 발전량이 변동한다고 하였을 때 최소 연료소모량을 가지는 EM 발전량은 Figure 8과 같다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
우리나라가 가지고 있는 이지스 구축함은 무엇인가? 우리나라 해군은 현재 총 3대의 이지스 구축함을 가지고 있다 (세종대왕함, 서애 류성룡함, 율곡 이이함). 위 함정은 미국의 DDG-51급 이지스 구축함의 Flight 2A 설계를 바탕으로 건조되었으며, COGAG 추진체계를 사용하고 있다.
높은 출력을 내는 GE의 LM2500을 COGAG 추진체계와 해군 함정에 주로 사용하는 이유는 무엇인가? COGAG 추진체계에 사용되는 가스터빈은 GE (General Electric)에서 개발한 LM2500을 사용하고 있으며, 한 대당 25,060kW의 높은 출력을 낸다. 이러한 가스터빈은 다른 기타 추진장비에 비해 면적대비 출력이 매우 높으며, 구조상 디젤 엔진의 피스톤과 같은 상하 왕복운동이 없어 소음이 적게 발생하기 때문에 해군 함정에 주로 사용되고 있다.
미군 해군 연료 소모량 중 이지스 구축함이 차지하는 비율은 얼마인가? 전 세계적으로 연료비 절감, 환경오염에 대한 문제가 야기되면서 선진 해군에서는 이와 관련된 다양한 분야에 대한 연구가 활성화되고 있다. 미군의 경우 해군 연료 소모량중 40%를 함정에서 소모하고 있으며, 특히 COGAG 추진체계를 채택한 DDG-51급 이지스 구축함은 전체 함정의 연료소모량 중 40%를 차지하고 있을 정도로 많은 연료를 소모한다. 이와 같은 문제를 해결하기 위해 미 해군에서는 DDG-51급 이지스 구축함의 COGAG 추진체계에 전동기를 추가하여 연료 소모량과 수중 소음을 감소시킬 수 있는 HED System에 대한 연구를 수행하고 있다[1][2].
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참고문헌 (8)

  1. J. T. McCoy, "Naval Energy Forum," Program Executive Office, http://www.dtic.mil/ndia/2011navy/McCoy.pdf, October 14, 2011. 

  2. B. H. Gully, Hybrid Powertrain Performance Analysis for Naval and Commercial Ocean-going Vessels, Ph.D. Dissertation, The University of Texas at Austin, USA, 2012. 

  3. D. Rummler, M. Zahzah, and G. Poole, "Hybrid electric drive evaluation for CG 47 class guided missile cruisers", Naval Engineers Journal, vol. 122, no. 2, pp. 67-77 2010. 

    상세보기 crossref

  4. G. Castles, G. Reed, A. Bendre, and R. Pitsch, "Economic benefits of hybrid drive propulsion for naval ships", Electric Ship Technologies Symposium, vol. 1, pp. 379-384, 2009. 

  5. T. McCoy, J. Zgliczynski, N. W. Johanson, F. A. Puhn, and T. W. Martin, "Hybrid electric drive for DDG-51 class destroyers", Naval Engineers Journal, vol. 119, no. 2, pp. 83-91, 2007. 

    상세보기

  6. D. McMullen and T. Dalton, "Hybrid electric drive enhancing energy security," BMT Organizations, http://media.bmt.org/bmt_media/resources/47/Dalton,%20MAST%20paper%20final%20oct%2031%20rev.pdf, Accessed October 6, 2015. 

  7. ASDNews, General Atomics Awarded Hybrid Electric Drive Contract, http://www.ga.com/general-atomics-awarded-hybrid-electric-drive-contract, Accessed July 13, 2009. 

  8. S. Y. Jung and J. S. Oh, "A study on hybrid electric drive system for the AEGIS destroyer", Journal of the Korea Institue of Military Science and Technology, vol. 17, no. 6, pp. 868-876, 2014. 

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