개별 부하 시스템의 에너지 절감을 포함한 선박 전력 에너지 관리 시스템 개발 Development of Power Energy Management System for Ships including Energy Saving of Separated Load Systems원문보기
최근 4차 혁명과 연계하여 많은 선박 분야의 연구들이 수행되고 있으며, 그 중 하나로 에너지 관리시스템 (EMS: Energy Management System)이 관심을 받고 있다. 에너지 관리시스템은 선박의 에너지를 관리하기 위한 시스템을 통칭하며, 다양한 시스템을 포함한다. 본 논문에서는 선박에서의 에너지 절감 분야를 분석하고, 기관실에서 에너지 절감이 가능한 개별 부하 제어 시스템을 포함한 선박 전력 에너지 관리 시스템을 제안한다. 제안하는 EMS는 PCS (Pump Control System), ERFCS (Engine Room Fan Control System), LCS (Load Control System), HVACS (Heating, Ventilation, Air conditioning Control System)의 개별 부하 제어 시스템을 포함한다. 1차적으로, 제안하는 EMS는 기관실의 개별적인 부하 시스템에서 에너지를 절감한다. 2차적으로는 통합 모니터링 및 제어 시스템을 통해 발전 시스템과 전력 부하 시스템을 적절히 제어하여 에너지를 절감한다.
최근 4차 혁명과 연계하여 많은 선박 분야의 연구들이 수행되고 있으며, 그 중 하나로 에너지 관리시스템 (EMS: Energy Management System)이 관심을 받고 있다. 에너지 관리시스템은 선박의 에너지를 관리하기 위한 시스템을 통칭하며, 다양한 시스템을 포함한다. 본 논문에서는 선박에서의 에너지 절감 분야를 분석하고, 기관실에서 에너지 절감이 가능한 개별 부하 제어 시스템을 포함한 선박 전력 에너지 관리 시스템을 제안한다. 제안하는 EMS는 PCS (Pump Control System), ERFCS (Engine Room Fan Control System), LCS (Load Control System), HVACS (Heating, Ventilation, Air conditioning Control System)의 개별 부하 제어 시스템을 포함한다. 1차적으로, 제안하는 EMS는 기관실의 개별적인 부하 시스템에서 에너지를 절감한다. 2차적으로는 통합 모니터링 및 제어 시스템을 통해 발전 시스템과 전력 부하 시스템을 적절히 제어하여 에너지를 절감한다.
Many ship researches have been carried out in connection with the fourth revolution, one of which focuses on EMS(energy management system). The EMS is referred to as systems for managing the energy of ships and include various systems. In this paper, we analyze the energy saving field in ship and pr...
Many ship researches have been carried out in connection with the fourth revolution, one of which focuses on EMS(energy management system). The EMS is referred to as systems for managing the energy of ships and include various systems. In this paper, we analyze the energy saving field in ship and propose a ship power energy management system including individual load control systems that can save energy in the engine room. EMS includes individual load control systems of PCS (Pump Control System), ERFCS (Engine Room Fan Control System), LCS (Load Control System), HVACS (Heating, Ventilation, Air conditioning Control System). Proposed EMS primarily conserves energy in the individual load systems of the engine room. Secondly, the integrated monitoring and control system is used to control the power generation system and the power load system to save energy.
Many ship researches have been carried out in connection with the fourth revolution, one of which focuses on EMS(energy management system). The EMS is referred to as systems for managing the energy of ships and include various systems. In this paper, we analyze the energy saving field in ship and propose a ship power energy management system including individual load control systems that can save energy in the engine room. EMS includes individual load control systems of PCS (Pump Control System), ERFCS (Engine Room Fan Control System), LCS (Load Control System), HVACS (Heating, Ventilation, Air conditioning Control System). Proposed EMS primarily conserves energy in the individual load systems of the engine room. Secondly, the integrated monitoring and control system is used to control the power generation system and the power load system to save energy.
* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.
문제 정의
이러한 항목 중 선형 및 추진성능에 대한 부분은 선박 구조에 대한 부분으로 다양한 연구가 진행되고 있다[10-12]. 따라서 운항 효율화 및 전력 효율화 부분의 연구를 통해 선박 에너지를 절감하고자 한다.
본 논문에서는 선박에서 적용 가능한 전력 에너지 관리 시스템을 제안하고 이를 위한 제어시스템을 개발하였다. LCS를 제외한 제어 시스템은 LabVIEW를 사용하여 구현되었으며 LCS의 경우 AB PLC 프로그램을 사용하였다.
따라서 에너지 절감에 대한 불확실성이 높으므로, 자동제어를 통한 에너지 절감에 대한 연구가 필요하다. 본 논문에서는 이러한 문제점을 반영하여 선박에서 알고리즘에 따른 개별 부하 시스템의 에너지 절감을 포함한 선박 전력 에너지 관리 시스템을 제안 및 개발한다.
제안 방법
메인 화면에서는 개별 부하 제어 시스템의 연결 여부, 현재 시간, 운용 시간, 에너지 절감량 등을 알 수 있다. 각 개별 부하 제어 시스템의 연결은 선박에 설치되는 시스템이 다를 수 있기 때문에 상황에 따라 선택할 수 있도록 구성하였다. 메인 화면에서는 또한 EMS의 실행모드를 선택할 수 있으며 개별 제어 모드와 에너지 절감 모드를 가진다.
개별 부하 제어 시스템은 본 논문에서 제안하는 EMS의 구성요소로 특정 부하 시스템을 구성하는 부하들을 제어하여 에너지 절감을 수행한다. 각 제어 시스템은 기존 선박의 전력 시스템, 냉각 시스템, 기관실 팬 시스템, HVAC에 설치되어 시스템 요구사항을 만족시키는 한도 내에서 에너지 절감을 위한 제어를 수행한다.
EMS는 에너지 절감을 위하여 운용중인 부하를 체계적으로 관리하고, 이러한 과정을 통하여 1차적으로 절감대상 시스템에 관련된 에너지 절감을 추진하고, 2차적으로는 발전 시스템과 부하 시스템을 적절히 제어하여 효율을 증가시켜 에너지를 절감한다. 개별 부하 제어 시스템은 본 논문에서 제안하는 EMS의 구성요소로 특정 부하 시스템을 구성하는 부하들을 제어하여 에너지 절감을 수행한다. 각 제어 시스템은 기존 선박의 전력 시스템, 냉각 시스템, 기관실 팬 시스템, HVAC에 설치되어 시스템 요구사항을 만족시키는 한도 내에서 에너지 절감을 위한 제어를 수행한다.
메인 화면에서는 또한 EMS의 실행모드를 선택할 수 있으며 개별 제어 모드와 에너지 절감 모드를 가진다. 개별 제어 모드는 EMS의 개별 부하 제어 시스템 화면에서 각 부하 제어 시스템마다 개별적으로 에너지 절감 알고리즘 실행할 수 있도록 구성하였다. 에너지 절감 모드는 EMS에서 통합적으로 에너지 절감 알고리즘에 따라 부하 제어 시스템들을 자동으로 제어한다.
LCS를 제외한 제어 시스템은 LabVIEW를 사용하여 구현되었으며 LCS의 경우 AB PLC 프로그램을 사용하였다. 또한 개별적으로 선박 적용이 가능하도록 모듈식으로 개발된 각 시스템을 네크워크를 통해 전력관리 시스템에서 통합 모니터링 및 제어가 가능하도록 구현되었다. 추가적으로 구현된 EMS 네트워크를 선박 내부의 제어네트워크와 연결 혹은 원격 시스템 개발을 통해 육상과의 통신을 구현한다면 더욱 효과적으로 시스템이 사용될 수 있을 것이라고 판단된다.
LCS는 NI사의 장비와 다른 장비 간에 연동을 하였을 때를 대비하여 범용 프로토콜인Modbus TCP/IP 통신을 통하여 AB사의 PLC와 데이터를 주고받을 수 있도록 구성되었다. 또한 발전기 테스트를 위해 PMS를 추가로 구성하였다. 1 개의 개별 부하제어 시스템을 설치할 시 EMS 의 중요성은 상대적으로 낮아질 수 있으나 2개 이상의 선박에 채택할 경우 EMS를 함께 설치하면 보다 효과적으로 에너지 절감을 실행할 수 있다.
제안하는 전력 에너지 관리 시스템은 발전기의 발전상황 및 소비 전력에 따라 발전기의 발전량을 제어하거나 부하를 제어하여 에너지를 절감한다. 선박에서 전력공급 장치는 디젤엔진 발전기를 많이 사용하며 선박의 종류에 따라 증기터빈이나 가스터빈 발전기 등이 사용될 수 있다.
이론/모형
배출 저감을 목적으로 국제 해사 기구에서 발효한 규제항목으로서, 운영관점에서 선박의 에너지 효율을 지속적으로 감시 및 관리하기 위한 방법 및 계획을 정리한 문서이다. CO2 저감을 위해 연료 소비량 절감을 중점적으로 다루며 PDCA(Plan-Do-Check-Act) 기법을 사용하여 선박 내의 에너지 소비를 계획, 실행, 확인, 반영과정을 통해 관리한다. 또한 선사 및 선박에서 수립된 에너지 관리 계획을 선박에서 실행 및 기록하고 관련 사항을 모니터링하여 평가 후, 이를 다시 에너지 관리계획에 반영한다.
선박의 제어네트워크 규격 중 하나로 노르웨이에서 제안한 MiTS (Maritime Information Technical Standards)가 IEC 61162-4로 채택되었다[16]. IEC 61162-4의 물리계층은 Ethernet 기반 LAN(IEEE 802.
후속연구
또한 개별적으로 선박 적용이 가능하도록 모듈식으로 개발된 각 시스템을 네크워크를 통해 전력관리 시스템에서 통합 모니터링 및 제어가 가능하도록 구현되었다. 추가적으로 구현된 EMS 네트워크를 선박 내부의 제어네트워크와 연결 혹은 원격 시스템 개발을 통해 육상과의 통신을 구현한다면 더욱 효과적으로 시스템이 사용될 수 있을 것이라고 판단된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
선박의 운항비용절감이 불가피한 이유는?
저성장, 저소비, 높은 실업률, 고위험, 짧은 호황 긴 불황 등 뉴 노멀(new normal) 시대를 맞아 운임이 하락하여 선박의 운항비용절감이 불가피해졌으며, 비용절감을 위한 하나의 방안으로 선박의 에너지 효율을 향상시키기 위한 연구가 진행되고 있다[1,2]. 또한 4차 혁명을 맞아 자율운항선박, 무인 선박 등이 조명을 받기 시작했으며[3,4], 이를 구현하기 위해 선박 내의 에너지소비량을 감소시키기 위한 에너지 절감 시스템에 대한 연구도 활발히 진행되고 있다[5,6].
에너지 절감에 대한 불확실성이 높고, 자동제어를 통한 에너지 절감에 대한 연구가 필요한 이유는?
그림 1과 같은 에너지 효율 분석 및 모니터링 시스템은 각 시스템에서 제어를 통해 에너지를 절감하는 부분은 대부분이 승무원에게 맡기고 있는 실정이다[8]. 따라서 에너지 절감에 대한 불확실성이 높으므로, 자동제어를 통한 에너지 절감에 대한 연구가 필요하다.
에너지 관리시스템이란?
최근 4차 혁명과 연계하여 많은 선박 분야의 연구들이 수행되고 있으며, 그 중 하나로 에너지 관리시스템 (EMS: Energy Management System)이 관심을 받고 있다. 에너지 관리시스템은 선박의 에너지를 관리하기 위한 시스템을 통칭하며, 다양한 시스템을 포함한다. 본 논문에서는 선박에서의 에너지 절감 분야를 분석하고, 기관실에서 에너지 절감이 가능한 개별 부하 제어 시스템을 포함한 선박 전력 에너지 관리 시스템을 제안한다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.