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[국내논문] 폐스팀을 이용한 가역 고체산화물 연료전지의 기술적 경제적 해석
Techno-Economic Analysis of Reversible Solid Oxide Fuel Cell System Couple with Waste Steam 원문보기

한국수소 및 신에너지학회 논문집 = Transactions of the Korean Hydrogen and New Energy Society, v.30 no.1, 2019년, pp.21 - 28  

잡반티엔 (과학기술연합대학원대학교 환경에너지기계공학) ,  이영덕 (과학기술연합대학원대학교 환경에너지기계공학) ,  김영상 (한국기계연구원 청정연료발전연구실) ,  안국영 (과학기술연합대학원대학교 환경에너지기계공학)

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Reversible solid oxide fuel cell (ReSOC) system was integrated with waste steam for electrical energy storage in distributed energy storage application. Waste steam was utilized as external heat in SOEC mode for higher hydrogen production efficiency. Three system configurations were analyzed to eval...

주제어

표/그림 (9)

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 연구는 신재생에너지 시스템의 잉여 전력과 폐기물 소각로의 열에너지를 이용하여 수소를 생산하여 저장하였다가(수전해 모드) 전력이 필요한 시점에 전력을 생산하는(연료전지 모드) 양방향 에너지저장 기술에 대한 것으로, 수전해 모드와 연료전지 모드가 하나의 스택에서 이루어지는 가역시스템을 제안하고 기술적 경제적 해석을 수행하였다. 특히, 가역 양방향 시스템 효율(round-trip efficiency)을 향상시키기 위하여 연료극에서 배출되는 연료를 재순환시키기 위한 송풍기 및 배기열 이용을 위한 HRSG를 설치하였으며, 이들을 이용한 3가지 가역 시스템을 제안하여 효율 및 경제성을 평가하였다.
  • 본 연구는 태양광 또는 풍력으로부터의 잉여 전력과 폐기물 보일러 등에서 공급되는 고온 스팀을 이용하여 수소를 저장하였다가 전기가 필요할 때 저장된 수소로부터 전기를 생산하는 양방향 수전해 시스템에 관한 연구로서, 양방향 수전해 시스템을 제안하고 효율 향상을 위하여 제안된 시스템에 HRSG 또는 연료극 재순환 송풍기를 설치하여 RTE 효율을 평가하였다. 본 연구를 통하여 얻게 된 결론은 다음과 같다.

가설 설정

  • 시스템 효율의 정의는 폐기물 보일러 공급열을 고려한 경우와 고려하지 않은 경우 그리고 엑서지 효율 등 3가지 효율값을 사용하였으며, 경제성 평가에는 구성품의 초기 투자비를 고려한 Levelized cost of storage (LCOS) 값을 사용하였다. 해석에 사용된 가정은 다음과 같다: 1) 모든 구성요소의 열손실은 없다. 2) 배관의 열손실 및 마찰손실은 없다.
  • 해석에 사용된 가정은 다음과 같다: 1) 모든 구성요소의 열손실은 없다. 2) 배관의 열손실 및 마찰손실은 없다. 3) 시스템은 정상상태로 운전된다.
  • 2) 배관의 열손실 및 마찰손실은 없다. 3) 시스템은 정상상태로 운전된다.
  • 는 구성품의 투자비를 나타낸다. 즉, Cj가 ReSOC stack의 경우 200 $/kW이며, i (이자율) 및 n은 각각 2%, 20년으로 가정하였다. PinSOEC는 수전해 스택에 공급된 전기 및 스팀열량을 나타내며, η는 RTE를 나타낸다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
양방향 에너지저장 기술이란 무엇인가? 본 연구는 신재생에너지 시스템의 잉여 전력과 폐기물 소각로의 열에너지를 이용하여 수소를 생산하여 저장하였다가(수전해 모드) 전력이 필요한 시점에 전력을 생산하는(연료전지 모드) 양방향 에너지저장 기술에 대한 것으로, 수전해 모드와 연료전지 모드가 하나의 스택에서 이루어지는 가역시스템을 제안하고 기술적 경제적 해석을 수행하였다. 특히, 가역 양방향 시스템 효율(round-trip efficiency)을 향상시키기 위하여 연료극에서 배출되는 연료를 재순환시키기 위한 송풍기 및 배기열 이용을 위한 HRSG를 설치하였으며, 이들을 이용한 3가지 가역 시스템을 제안하여 효율 및 경제성을 평가하였다.
고온 수전해의 효율을 향상시킬 수 있는 방법은 무엇인가? 수전해의 경우 저온 수전해 및 고온 수전해로 나눌 수 있으며 고온 수전해의 경우가 전환효율이 높아 바람직하나 아직 개발 초기단계에 머물고 있다. 특히, 고온 수전해의 경우에는 고온의 스팀이 필요하므로 이를 외부로부터 공급받을 수 있으면 효율을 향상시킬 수 있다.
재순환 송풍기를 설치한 시스템의 효율이 가장 높은 이유는 무엇인가? 그림에서 보는 바와 같이 HRSG와 재순환 송풍기를 설치한 시스템 3의 경우가 가장 효율이 높으며, 시스템 1과 2는 거의 유사하거나 시스템 2가 조금 높다. 시스템 3의 경우에는 연료극 재순환으로 인하여 수소 압축기 및 수소분리 과정에서의 동력 감소로 시스템 효율이 증가한 것이다.
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