댄포스, 축 발전기 드라이브로 국내 연구용 선박 배기가스 배출량 줄여

관리자
2021-03-01

▲ 댄포스 코리아 제작 축발전기 데모 장비(출처 : 댄포스)

- 선내 발전기와 엔진 성능 최적화한 축 발전기 솔루션 공급

- 연료 소비 최대 20~30% 줄이고 배기가스 배출량 저감


댄포스 코리아(대표이사 김성엽)는 국내 연구용 선박에 축 발전기(Shaft generator) 드라이브 솔루션을 적용하여 선박의 연료 소비를 최대 20~30% 줄이고 배기가스 배출량을 저감한다.

댄포스는 국내 선박 엔진 전문가인 STX엔진을 지원하여 선내의 발전기와 엔진 성능을 최적화하는 혁신적인 축 발전기 솔루션을 공급하였으며, 2020년 발효되는 국제해사기구(IMO)의 환경 규정을 준수하는 데 중요한 역할을 했다.


디자인 장애물 극복

이 프로젝트의 초기 단계에서 고객은 해외의 엔진 업체와 프로젝트를 진행하여 설계 및 시운전에 대한 어려움을 호소했다. 또한, 유럽에서 제작한 동기식 발전기를 사용해야 하는 요건에 따라 과도한 시운전 비용 문제와 제어 및 성능 기준을 만족하면서 인터페이스를 구현해야하는 도전 과제를 극복해야 했다.


최적화된 드라이브 설계로 공간 절약

선박에서 축발전기는 발전기로 분류되어 요구조건인 Short Circuit Current를 만족시키기 위해 기준용량 대비 두 배로 키워야 했던 어려움이 있었다. 하지만 댄포스 코리아, 댄포스 Center of Excellence팀, 그리고 STX 엔진과 현지에서 직접 진행된 기술적 협의를 통해 그리드 컨버터의 용량을 낮춤으로써 최적의 드라이브를 공급할 수 있었다.

이 프로젝트에서 댄포스는 보다 덜 복잡하지만 고성능의 축 발전기를 공급하였으며, 축 발전기를 선내에 설치함으로써 작동 효율을 개선하고 설계자가 엔진 크기를 줄일 수 있도록 함으로써 배출 목표를 달성하는 데 도움이 되었다.


배기가스 저감을 위한 전기 추진

댄포스의 축 발전기 솔루션은 해양을 항해하는 선박에 많은 이점을 제공한다. 댄포스 드라이브 솔루션은 동기식에서 비동기식 발전기 사용으로 변환하고, 현지 엔지니어링 및 시운전과 기술지원의 장점을 제공한다. 

특히 발전기와 엔진은 댄포스 드라이브를 통해 동력을 공급하기 때문에 일반 선박에 비해 소음, 진동, 에너지 소비량이 적고 CO2 및 NOx 배출량이 적은 친환경 운전의 표준이 된다.

저속 운전 또는 부분부하 운전시 선박은 엔진을 시동하지 않고 전기추진모드로 운항할 수 있어 소음 및 에너지 소비도 줄여준다.

아울러 선박에 탑재된 윈치 가동을 위해 전기추진모드로 운전시 Power Limitation 기능을 사용함으로써 발전기를 과부하로부터 보호해준다. 이 접근 방식을 통해 선박의 안정성 유지와 선박의 수명 연장이 가능하다.


설치 프로세스

댄포스 코리아는 현지에서 엔지니어링, 프로젝트 관리, 시운전을 수행하였으며 댄포스 코리아에서 제작한 축 발전기 데모 시스템을 시연하고, 이 특정 설치에 하이브리드 솔루션을 어떻게 적용할지에 대해 소개했다. 선박에 탑재된 축 발전기는 발전기로 분류되기 때문에 일반 발전기에 필요한 조건이 적용됐다.


축 발전기의 구성

500kW 축 발전기 시스템은 다음과 같은 제품으로 구성된다.

| VACON® NXP Grid Converter(사인 필터 포함)

| VACON® NXP(du/dt 필터 포함)

| HXM-M-120-N-S

| 엔지니어링 캐비닛

| 변압기

| 축발전기

애플리케이션 : 500kW 축 발전기 시스템


축 발전기는 어떻게 작동하나?

일반적인 축 발전기는 동기식 발전기로 가변피치 프로펠러와 같이 사용되는데 AVR과 여자기(Excitation unit)를 사용하여 회전자와 고정자사이의 전자기장을 만들어 발전시키는 원리다.

하지만 저속회전 시 발전기 출력전압이 낮아지고 AVR 자체로는 정격 전압으로 출력이 안나온다는 단점이 있다. 따라서 반드시 발전에 필요한 정격 속도로 구동시켜 주거나 저속에서 사용 시 여자기의 전압을 제어해주는 추가적인 드라이브가 필요하다.

또한, 이 프로젝트에서는 축발전기의 전기추진을 위해 속도제어를 위한 PTI(Power Take In) 추진용 AC 드라이브의 설치가 요구되었다. 이에 Power Take In과 Power Take Out 기능을 모두 구현할 수 있는 댄포스 드라이브를 적용하여 비동기식 전동기를 발전기로 사용함으로써 별도의 여자기 없이 발전성능을 구현하고, 결과적으로 동기식 발전기의 복잡성을 배제함과 동시에 시운전 및 장기적인 유지보수 비용을 효과적으로 절감하였다.

한편 STX 엔진은 1976년 한국에서 설립된 엔진 종합 전문 제조사이다. 유럽, 아시아, 남미 등지에 시장을 공급하는 전자통신 분야의 글로벌 리더일 뿐 아니라, 전문화된 종합 엔진 제조사로 대형 컨테이너선, LNG선, 유조선용 해상엔진은 물론 육상공장용 엔진, 가스엔진, 철도차량 등 산업용엔진을 생산하다. STX 엔진은 해군함정과 해안경비대 초계함용 방산엔진을 기반으로 한 기술을 보유하고 있으며 선박 자동화 시스템, 내비게이션, 통신 시스템도 개발하고 있다.

댄포스는 덴마크에 본사를 둔 글로벌 에너지 효율 솔루션 전문 기업으로 디지털화, 전기화, 도시화, 식품 공급, 기후 변화로 대표되는 5대 글로벌 메가트렌드에 주목하고 있으며, 오랜 기간 축적해온 전문 기술을 활용하여 조선해양·상업용 빌딩·콜드체인·하이브리드화·배터리 등 국내의 여러 산업에서 시장 경쟁력을 키워나가고 있다. HP