연료전지는 전기를 발전하면서 동시에 열도 생산하며, 본 고는 이 두 가지를 함께 이용하는 가정용의 마이크로 연료전지-열병합발전(${\mu}FC$-CHP) 시스템에 관한 조사보고서이다. 열병합발전 시스템을 구성하는 몇 가지 방안 중에서 연료전지는 전기와 열 효율을 합쳐 90%가 넘는 가장 높은 에너지 효율을 갖는 시스템을 구현할 수 있어 유용성이 높다. 연료전지에는 크게 다섯 가지 종류가 있으며, 이 중 가정용 ${\mu}FC$-CHP로 적합한 것은 프로톤교환 막연료전지(PEMFC)와 고체산화물연료전지(SOFC)이다. ${\mu}FC$-CHP시스템은 독립전원으로서 송배전 손실을 줄일 수 있고 전기생산단가를 낮출 수 있으며, 오염물질을 배출하지 않는 친환경 기술이란 점 등의 장점이 많다. 단점은 초기 투자비용이 높다는 점인데, 기술의 발달로 제작 단가를 줄여 이를 해결해나가고 있다. 현재는 일본이 시장을 선점하고 있으나 우리나라도 100만대 보급 계획을 가지고 있고, 정부가 반 정도의 설치보조금을 제공하여 시장을 견인하고 있다. 본 고에서는 이와 함께 연료전지와 열병합발전을 연결하는 기술적 내용 및 각국의 동향을 기술한다.
연료전지는 전기를 발전하면서 동시에 열도 생산하며, 본 고는 이 두 가지를 함께 이용하는 가정용의 마이크로 연료전지-열병합발전(${\mu}FC$-CHP) 시스템에 관한 조사보고서이다. 열병합발전 시스템을 구성하는 몇 가지 방안 중에서 연료전지는 전기와 열 효율을 합쳐 90%가 넘는 가장 높은 에너지 효율을 갖는 시스템을 구현할 수 있어 유용성이 높다. 연료전지에는 크게 다섯 가지 종류가 있으며, 이 중 가정용 ${\mu}FC$-CHP로 적합한 것은 프로톤교환 막연료전지(PEMFC)와 고체산화물연료전지(SOFC)이다. ${\mu}FC$-CHP시스템은 독립전원으로서 송배전 손실을 줄일 수 있고 전기생산단가를 낮출 수 있으며, 오염물질을 배출하지 않는 친환경 기술이란 점 등의 장점이 많다. 단점은 초기 투자비용이 높다는 점인데, 기술의 발달로 제작 단가를 줄여 이를 해결해나가고 있다. 현재는 일본이 시장을 선점하고 있으나 우리나라도 100만대 보급 계획을 가지고 있고, 정부가 반 정도의 설치보조금을 제공하여 시장을 견인하고 있다. 본 고에서는 이와 함께 연료전지와 열병합발전을 연결하는 기술적 내용 및 각국의 동향을 기술한다.
This article reports current status of micro fuel cell-combined heat and power (${\mu}FC$-CHP) systems which utilize both power and heat generated by fuel cells. There are several options for constructing CHP systems and among them, fuel cells are the most useful and their total energy ef...
This article reports current status of micro fuel cell-combined heat and power (${\mu}FC$-CHP) systems which utilize both power and heat generated by fuel cells. There are several options for constructing CHP systems and among them, fuel cells are the most useful and their total energy efficiency combining heat and power can reach up to about 90%. Fuel cells are classified as five types based on the electrolyte, but the most suitable fuel cell types for the ${\mu}FC$-CHP system are proton exchange membrane fuel cells (PEMFCs) and solid oxide fuel cells (SOFCs). ${\mu}FC$-CHP systems have several advantages such as decrease of the transmission-distribution loss, reduced costs of electricity due to distributed power generation, and environmental-friendliness owing to zero emission. The main drawback of the ${\mu}FC$-CHP systems is the high initial investment, however, it keeps decreasing as the technology development reduces production costs. Currently, Japan is the most leading country of the ${\mu}FC$-CHP market, however, Korea tries to expand the market by planning the deployment of 1 million units of ${\mu}FC$-CHP systems and governmental subsidiary supporting of half of the install price. In this report, integration technologies for connecting FC and CHP, and technology trends of leading countries are presented as well.
This article reports current status of micro fuel cell-combined heat and power (${\mu}FC$-CHP) systems which utilize both power and heat generated by fuel cells. There are several options for constructing CHP systems and among them, fuel cells are the most useful and their total energy efficiency combining heat and power can reach up to about 90%. Fuel cells are classified as five types based on the electrolyte, but the most suitable fuel cell types for the ${\mu}FC$-CHP system are proton exchange membrane fuel cells (PEMFCs) and solid oxide fuel cells (SOFCs). ${\mu}FC$-CHP systems have several advantages such as decrease of the transmission-distribution loss, reduced costs of electricity due to distributed power generation, and environmental-friendliness owing to zero emission. The main drawback of the ${\mu}FC$-CHP systems is the high initial investment, however, it keeps decreasing as the technology development reduces production costs. Currently, Japan is the most leading country of the ${\mu}FC$-CHP market, however, Korea tries to expand the market by planning the deployment of 1 million units of ${\mu}FC$-CHP systems and governmental subsidiary supporting of half of the install price. In this report, integration technologies for connecting FC and CHP, and technology trends of leading countries are presented as well.
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제안 방법
애노드에 공급하는 수소 중 CO 농도는 Pt촉매의 피독 때문에 10ppm 이하로 운전해야한다(8). 이런 문제를 극복하기 위하여 더 높은 운전온도를 적용하는 HT-PEMFC를 도입한다. 이때 CO함량은 <5% CO 까지 가능하며 멤브레인은 고온에 견디는 폴리벤즈이미다졸(PBI)을 쓴다.
인버터와 컨버터가 마지막 소비자의 전력 질을 좋게 하기 위하여 비선형 DC 출력을 조정하는데 사용한다. 연료전지 전극면적과 단셀의 수에 따라 DC 출력은 변한다.
연료전지의 탄소발자취 혹은 탄소발현(embodied c arbon)은 이를 제작하는 과정에서 나오는 GHG를 측정하는 것이다. 카본 배출을 평가하는 몇 가지의 전 과정평가(LCA)로 연료전지는 어떻게 제작되는가와, 소요되는 재료의 양 및 이들 재료는 여하히 제작 되는가를 평가한다. 연료전지에서 니켈과 백금 같은 촉매는 에너지가 많이 소요되는 재료들이다.
대상 데이터
한국 정부는 연료전지가 미래 유망기술임을 확인하고 2003-2012년 기간에 기술개발 예산 US$ 11 8억을 배분하였다. 200 4년에 첫 1kW 용량의 가정용 연료전지 시스템(RPG, R esidential Power Gen erator)을 시운전에 들어갔다.
영국은 발전차액 지원제도(Feed in Tar iff)를 도입하고 있다. 호주의 Ceramic F uel Ce lls L imited(CFCL)가 주택, 학교 및 소규모 비즈니스를 위한 BlueGen을 2013년에 진입시켰다. 고객들은 10년 FIT에 서명, 전기값을 줄이고 그 후에는 시스템을 소유하는 것이다.
성능/효과
CHP는 낭비 에너지의 거의 반을 회수하여 시스템의 효율을 90%로 올리며 배출가스를 현저히 감소시킨다. 전체 CHP효율은 전력과 열을 사용한 연료로 나누어 표시하여 85-90%에 이르는데, 전기와 열을 각각 독립적으로 생산하는 에너지와 비교하여 더 높은 효율을 나타낸다. 이것은 코스트와 온실가스(GHG:Green Hou se Gas)를 줄이는 효과적인 방법이다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
CHP(Combine d Heat and Power)기술은 무엇인가?
전체적으로 전력의 64%를 난방에 사용하고 나머지 36%는 가전기기에 사용하고 있다. CHP(Combine d Heat and Power)기술은 연료전지 운전 중에 발생하는 폐열을 회수하여 난방이나 온수 및 세탁기나 수영 풀 등에 사용한다. CHP는 낭비 에너지의 거의 반을 회수하여 시스템의 효율을 90%로 올리며 배출가스를 현저히 감소시킨다.
전체 CHP효율은 어떻게 표시하는가?
CHP는 낭비 에너지의 거의 반을 회수하여 시스템의 효율을 90%로 올리며 배출가스를 현저히 감소시킨다. 전체 CHP효율은 전력과 열을 사용한 연료로 나누어 표시하여 85-90%에 이르는데, 전기와 열을 각각 독립적으로 생산하는 에너지와 비교하여 더 높은 효율을 나타낸다. 이것은 코스트와 온실가스(GHG:Green Hou se Gas)를 줄이는 효과적인 방법이다.
연료전지의 연료는 무엇인가?
이때 중간에너지 변화를 거치지 않고 바로 이루어지는데 열과 물을 부산물로 내며 무배출이거나 유해한 물질을 거의 배출하지 않는다. 연료는 알코올, 탄화수소나 이들로부터 나오는 수소이다. 연료전지는 작게는 수백 mW에서 MW까지 발전한다.
참고문헌 (14)
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Harikishan R. Ellamla, Iain Staffell, Piotr Bujlo, Bruno G. Pollet, Sivakumar Pasupathi, "Current status of fuel cell based combined heat and power systems for residential sector", Journal of Power Sources 293, 2015, pp.312-328.
N. Zuliani, R. Taccani, "Microcogeneration system based on HTPEM fuel cell fueled with natural gas: Performance analysis," Appl. Energy 97, 2012, pp. 802-808.
J. Spendelow, J. Marcinkoski, D. Papageorgopoulos, Micro CHP Fuel Cell System Targets, Department of Energy (DOE), USA, 2012. http://goo.gl/fqDvZ1.
I. Staffell, Fuel Cells for Domestic Heat and Power: Are they Worth it?, University of Birmingham, 2009. http://goo.gl/JB4Yjp.
T. Shimizu, Panasonic's Latest Technology Trend in ENE-farm and Penetration Strategy, FC-EXPO, Tokyo, 2013.
J.M. Zalc, D.G. Loffler, "Fuel processing for PEM fuel cells: transport and kinetic issues of system design", J. Power Sources, 111(1), 2002, pp. 58-64.
P. Bujlo, S. Pasupathi, J. Scholta Ulleberg, M.V. Nomnqa, A. Rabiu, et al., "Validation of an externally oil-cooled 1 kWel HT-PEMFC stack operating at various experimental conditions", Int. J. Hydrog. Energy 38, 2013, pp. 9847-9855.
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