초록 ▼

1. 가정용 연료전지 시스템 실증운전
- 1 및 1.5 kW 각 1기를 설치하고 3,000시간 장기운전 수행
- 전기효율 30% 이상, 열효율 45% 이상 구현
- 용량별, 운전 형태별, 독립.계통연계형별 실증평가를 수행하고 열병합 발전시의 온수 공급량 자료를 확보
2. 셀 스택 실증 운전
- 분리판 소재 및 운전온도, 가습특성에 따른 운전평가 수행
- 국내에서 제작된 Sub-stack 및 Stack의 실증 장기운전평가 수행하고, 다양한 분석방법의 활용을 통한 스택의 분석을 진행
3. 계통연계형

1. 가정용 연료전지 시스템 실증운전
- 1 및 1.5 kW 각 1기를 설치하고 3,000시간 장기운전 수행
- 전기효율 30% 이상, 열효율 45% 이상 구현
- 용량별, 운전 형태별, 독립.계통연계형별 실증평가를 수행하고 열병합 발전시의 온수 공급량 자료를 확보
2. 셀 스택 실증 운전
- 분리판 소재 및 운전온도, 가습특성에 따른 운전평가 수행
- 국내에서 제작된 Sub-stack 및 Stack의 실증 장기운전평가 수행하고, 다양한 분석방법의 활용을 통한 스택의 분석을 진행
3. 계통연계형 및 독립형 연료전지 시스템 운전기술과 배터리 하이브리드 시스템의 평가 등 다양한 시스템 운영모드를 개발
4. 연료전지 시스템의 성능평가
- 다양한 운전방식을 적용하여 발전효율과 열효율 및 안정성평가를 진행하였으며, 운전에 따른 폐가스 분석이나 소음측정을 통해 가정용 연료전지 시스템 발전에 따른 영향평가를 수행
- DSS, WSS, 연속운전 등 다양한 운전시간을 적용하여 연료전지 시스템을 운전평가하고, 기동 및 정지시 필요한 시간과 소모되는 연료의 소모량을 측정함으로써 각 운전형태에 따른 경제성에 대한 분석을 진행

목차 Contents

• 제 1 장 가정용 연료전지의 개요...19
• 제 1 절 연구배경...19
• 1. 연료전지의 이해...19
• 2. 가정용 연료전지의 이해...21
• 3. 가정용 고분자 연료전지의 구성 요소...23
• 4. 가정용 고분자 연료전지 기술 개발 및 실증평가의 필요성...25
• 가. 가정용 연료전지 시스템...26
• (1) 선행조건...27
• (2) 실용화를 위한 조건...27
• (3) 연료전지 부품개발...27
• (4) 연료전지 부품 표준화...28
• 나. 연료변환기...28
• 다. 연료전지 스택...29
• 제 2 장 국내외 기술개발 현황...32
• 제 1 절 가정용 고분자 연료전지 시스템...32
• 1. 국외 연구동향...32
• 가. 일본...32
• (1) 도쿄가스...32
• (2) 오사카가스...33
• (3) 신일본석유...34
• (4) 토후가스...34
• (5) 기타 가스 사업자...35
• 나. 미국...35
• 2. 국내 연구동향...36
• 가. GS 퓨얼셀...36
• 나. 퓨얼셀파워...36
• 다. 대구도시가스...36
• 라. 한국에너지기술연구원...36
• 제 2 절 연료변환기...38
• 1. 국외 연구동향...38
• 가. Toshiba IFC...38
• 나. Mitsubishi Heavy Industry...38
• 다. Mitsubishi Electric...38
• 라. Tokyo Gas...39
• 마. Osaka Gas...39
• 바. Idemitsu...40
• 사. Nippon Oil...41
• 아. Fuji Electric...41
• 2. 국내기술현황...42
• 제 3 절 연료전지 스택...45
• 1. 국내외 연구동향...48
• 가. Ballard Power Systems...48
• 나. Sanyo...49
• 다. Plug Power...49
• 라. Nuvera Fuel Cells...50
• 마. 기타...51
• 제 4 절 연료전지 제어시스템...53
• 제 3 장 연구개발 수행 내용 및 결과...55
• 제 1 절 연료변환기...55
• 1. 연료변환기의 이론 및 구성 요소...55
• 가. 탈황공정...56
• 나. 수증기 개질공정...57
• 다. 수성가스 전이공정...57
• 라. 선택적 산화공정...58
• 2. 연료변환기 설계 및 제작...59
• 3. 연료변환기 성능 평가...59
• 가. 연료변환기 성능평가...59
• 나. 연료극 배출(Anode-off) 가스 평가...62
• 다. 장기 내구성 평가...64
• 라. 1.5kW급 연료전지 시스템 적용성 평가...65
• 제 2 절 연료전지 스택...67
• 1. 고분자 전해질 연료전지의 작동원리...67
• 2. 연료전지 스택의 설계 및 제작...71
• 가. 연료전지 스택의 구성 요소...71
• 나. Stack 설계 및 제작...72
• 다. 연료전지 스택의 제작...80
• (1) 분리판(Bipolar Plate)...80
• (2) MEA(Membrane Electrode Assembly)...82
• (3) GDL(Gas Diffusion Layer, 기체확산층)...82
• (4) 가스켓...82
• (5) 엔드 플레이트(End Plate) 및 기타 부품...87
• (6) 스택 제작...88
• 3. 연료전지 스택의 성능평가...89
• 가. 분리판의 종류에 따른 성능평가...89
• 나. 운전조건에 따른 스택의 성능 특성...94
• 다 연료전지 스택의 장기 내구성 평가...97
• 라. 1kW급 연료전지 시스템용 스택...99
• 마. 1.5kW급 연료전지 시스템용 스택...102
• 바. 시스템 적용성 평가...105
• (1) 1.0kW 급 연료전지 시스템 적용 스택...105
• (2) 1.5kW 급 연료전지 시스템 적용 스택...108
• 제 3 절 연료전지 시스템 제어기...111
• 1. 제어기 구성 설계 및 개발...111
• 가. 제어기...111
• (1) 온도/AD 측정 장치...112
• (2) DA 출력 장치...113
• (3) DO 출력 장치...114
• 나. 전원 및 펌프 구동 장치...114
• (1) 전원장치...114
• (2) 펌프 구동장치...115
• 다. 전력변환기...116
• (1) 계통연계형 1kW 연료전지 인버터...116
• 2. 시스템 제어 운전 구조 설계 및 개발...118
• 가. 운전 단계...119
• (1) 초기/준비 단계(Standby/waiting)...120
• (2) 시작 단계(Starting)...120
• (3) 정상 운전 단계(Running)...120
• (4) 정지 단계(Shutdown)...120
• 나. 시스템 운전 순서 방법...122
• 다. 제어 프로그램의 구성 및 설계...124
• (1) 1kW 계통 연계형 제어프로그램의 구성...124
• 라. 안전성 평가...126
• (1) 정전 시 및 연료 차단 평가...126
• (2) 제어기 이상 평가...126
• 제 4 절 가정용 연료전지 시스템...127
• 1. 가정용 연료전지 시스템의 설치 및 평가 표준안...127
• 가. 가정용 고분자 연료전지 시스템 설치관련 표준안...127
• (1) 가정용 연료전지 시스템의 개념...127
• (2) 가정용 연료전지 시스템의 안전 요구사항...128
• (3) 설치장소의 선정 및 Utility 조건...128
• (4) 가정용 연료전지 시스템 설치...129
• 나. 가정용 고분자 연료전지 시스템 평가관련 표준안...131
• (1) 측정 방법...131
• (2) 평가 방법과 계산 결과...133
• 2. 연료전지 시스템 설치사양...137
• 가. 시스템 연결 모식도...137
• 나. 시스템 Utility...138
• (1) 공급계...138
• (2) 배출계...139
• 다. 한국가스공사 설치...139
• 3. 연료전지 시스템 평가...143
• 가. 성능 평가...143
• (1) 시스템의 기동/정지 평가...143
• 나. 전기효율 및 열효율 평가...146
• (1) 1kW 가정용 연료전지 열병합 시스템의 전기효율 및 열효율 평가...146
• (2) 1.5kW 시스템의 전기 및 열효율 평가...148
• 다. 내구성 평가...153
• (1) 발전용량 평가...153
• (2) 1.5kW/3kW 시스템 발전 용량 평가...155
• 라. 가정용 연료전지 시스템의 평가...158
• (1) 해외 연료전지시스템 도입 불가 사유...158
• (2) 가정용 고분자 연료전지 시스템 평가 장비 구축...159
• (3) 가정용 고분자 연료전지 시스템 운전...160
• 위탁과제 : 가정용 고분자 연료전지 시스템 실증운전을 통한 성능분석...168