하이브리드 해양 추진 시스템(직렬 vs 병렬 vs 직병렬)

하이브리드 해양 추진 시스템은 두 가지 주요 구동 방식인 직렬과 병렬 하이브리드 시스템으로 나뉜다. 각각의 방식은 선박의 크기, 용도, 요구 사항에 맞춰 선택된다.

하이브리드 차량 추진 시스템과 원리는 동일하지만, 정리되어 있는 논문 등을 활용해서 다시 정리해 보았다. 

하이브리드 차량 구동 원리(직렬, 병렬, 직병렬, 플러그 인)

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1. 직렬 하이브리드 시스템

직렬 하이브리드 시스템에서는 연소 엔진과 프로펠러 샤프트가 직접 연결되지 않는다. 엔진은 발전기를 구동하여 전기를 생산하고, 이 전기는 전기 모터를 통해 프로펠러를 구동한다. 즉, 모든 추진은 전기 모터를 통해 이루어지며, 엔진은 배터리를 충전하거나 전기를 생산하는 역할을 한다. 

이 방식은 엔진이 항상 일정한 속도로 작동할 수 있어 연료 효율성이 높다. 대형 배터리를 탑재할 경우 배터리 전력만으로 장시간 전기 추진이 가능해 배출가스를 최소화할 수 있다.

직렬 하이브리드 시스템은 주로 단거리 운항을 하는 선박에 적합하다. 예를 들어, 도시 내의 짧은 경로를 오가는 페리 같은 경우 직렬 하이브리드의 이점을 극대화할 수 있다. 또한, 육상에서 충전 가능한 배터리를 통해 더 친환경적인 운영이 가능하다​.

2. 병렬 하이브리드 시스템

병렬 하이브리드 시스템에서는 전기 모터와 연소 엔진이 모두 구동축에 연결되어 있다. 이는 두 동력원이 개별적으로 또는 동시에 작동할 수 있게 해 준다. 예를 들어, 저속에서는 전기 모터를 사용하고, 고속에서는 엔진을 사용하거나 두 동력원을 함께 사용할 수 있다. 병렬 하이브리드는 엔진의 고속 성능과 전기 모터의 즉각적인 토크 제공을 결합해 효율성과 성능을 극대화한다.

이 시스템은 주로 고속 운행이 필요한 선박에 적합하다. 예를 들어 고속 여객선, 레저 보트, 또는 풍력 발전 단지 보트 같은 선박들이 이 시스템을 많이 사용한다. 병렬 하이브리드는 유연한 운용과 효율적인 연료 소비를 제공하며, 연소 엔진 고장 시 전기 모터를 이용해 예비 추진력을 확보할 수 있다​.

 

3. 직병렬 하이브리드 시스템

직렬-병렬 하이브리드 추진 시스템은 두 구성의 특징을 결합한 시스템이다. 이 구성은 다양한 방식으로 작동할 수 있으며, 전기적 또는 기계적으로도 작동할 수 있다.

이 시스템은 보다 유연한 에너지 흐름 제어와 에너지 소비 최적화를 가능하게 한다. 복잡도가 높아지고 비용이 증가하지만, 이 시스템은 두 구성의 장점을 모두 활용할 수 있다. 직렬-병렬 구성은 많은 선박에 적합한 솔루션을 제공하는 경우가 많다.

 

다음 표는 직렬, 병렬, 직-병렬 구성에 대한 장단점을 정리한 표이다.

 

요약

직렬 하이브리드는 주로 저속에서 효율적인 전기 추진이 필요한 선박에, 병렬 하이브리드는 고속 운행과 다양한 조건에서 운전 효율성을 필요로 하는 선박에 주로 사용된다. 하이브리드 해양 추진 시스템은 연료 절감, 배출 감소, 저소음 운행 등의 이점을 제공하며, 다양한 해양 산업에서 점점 더 많은 관심을 받고 있다.

시스템 적합성은 CAPEX, OPEX 및 기타 사양의 타협에 따라 크게 달라진다. 그러나 일반적인 관점에서 볼 때 직렬-병렬 구성은 복잡성과 높은 비용에도 불구하고 많은 수의 선박에 더 나은 솔루션을 제공한다.

 

 

 

Reference

• https://www.volvopenta.com/about-us/news-page/2021/may/serial-or-parallel-hybrid-marine-propulsion-how-do-they-work/
• https://www.boatingmag.com/high-bred-hybrids-serial-versus-parallel/
• https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1364032121012302?via%3Dihub Hybrid power and propulsion systems for ships: Current status and future challenges - ScienceDirect