연료전지 시스템 설계

소개

연료전지 시스템 설계

설계과제

SOFC(고체산화물연료전지) 시스템은 전력발생 효율이 높고, 다양한 연료를 이용할 수 있으며, 소음이 적어 주택가를 비롯한 대형건물 등에 분산발전 시스템용으로 적용하고자 개발 중이다. SOFC 시스템은 탄화수소를 연료로 이용할 경우 내부 개질기를 이용하여 수소와 CO로 전화시켜 SOFC 스택에서 전력을 발생한다. 도시가스를 이용한 분산발전 SOFC 시스템을 고려할 때, 도시가스 외에 사용가능한 반응물로는 물, 공기, 이산화탄소 등이 있는데, 개질 반응특성을 고려하여 발전시트템의 효율 제고와 함께 이때 발생하는 이상화탄소의 양을 최소화 할 수 있도록 설계안을 제시하시오.

목차

□ 연료전지 시스템의 구조



□ Aspen을 이용한 시뮬레이션


□ 연료전지 스택(Stack)의 설계


□ 결론


□ 참고문헌

본문내용

■ 설계과제

SOFC(고체산화물연료전지) 시스템은 전력발생 효율이 높고, 다양한 연료를 이용할 수 있으며, 소음이 적어 주택가를 비롯한 대형건물 등에 분산발전 시스템용으로 적용하고자 개발 중이다. SOFC 시스템은 탄화수소를 연료로 이용할 경우 내부 개질기를 이용하여 수소와 CO로 전화시켜 SOFC 스택에서 전력을 발생한다. 도시가스를 이용한 분산발전 SOFC 시스템을 고려할 때, 도시가스 외에 사용가능한 반응물로는 물, 공기, 이산화탄소 등이 있는데, 개질 반응특성을 고려하여 발전시트템의 효율 제고와 함께 이때 발생하는 이상화탄소의 양을 최소화 할 수 있도록 설계안을 제시하시오.

기초 DATA

연료전지 시스템 구성 :수소발생 개질기, 연료전지 스택, 시스템 BOP, 전력변환회로
기본 효율 : 연료전지 수소/CO 이용률 : 100%, 전력변환 회로 효율 : 95%, 시스템 BOP 효율 : 80%
대상반응물 : LPG() + 물 or 공기 or 이산화탄소
분산발전 용 소비 전력 : 250kW
수소발생 개질기 운전온도(탄화수소류 : 800℃)
연료전지 단위셀의 성능 : 수소 - 1000mA/ at 0.7V/cell, CO - 500mA/ at 0.7V/cell

□ 연료전지 시스템의 구조

∙ 연료변환기(수소 발생 개질기) :도시가스(LNG)를 수소로 변환하여 연료전지에 공급
∙ 스택 : 수소의 화학에너지를 전기에너지로 변환하여 전기 생성
∙ 송풍기 : 산소를 스택에 공급
∙ 인버터 : 스택에서 발생하는 직류전기를 가정에서 사용 가능한 교류전기로 변환
∙ 열교환기 : 연료전지에서 발생하는 열을 회수하여 온수 생산
∙ 열저장장치 : 회수한 온수를 저장 / 사용

□ Aspen을 이용한 시뮬레이션

● 필요한 소비전력 ☞ 250 kW
-

× 회로 효율 (0.95) × BOP 효율 (0.80) = 250kW
- 250kW을 얻기 위해서 최소 330kW의 소비전력이 필요함

참고자료

· ∙에너지와 환경 저) 정석진 외 3명 출) 삼성북스
· ∙GS 퓨얼셀 http://gsfuelcell.com
· ∙삼성 SDI http://www.samsungsdi.co.kr
· ∙포스코 퓨얼셀 www.poscofuelcell.com
· ∙Aspen plus를 이용한 화학공정의 모사 저) 조정호 출)멀티정보사