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사업분야

연료전지

지엔원에너지의 연료전지 시스템을 소개합니다.

연료전지의 원리

  • 물을 전기분해하면 수소와 산소가 발생. 연료전지는 이와는 반대로
    수소와 산소로부터 전기를 생산하는 전기화학적 발전장치
  • 도시가스를 사용하여 전기와 열(온수)를 동시에 생산하는 고효율의 친환경 발전시스템
    → 도시가스 0.26Nm3 = 1KWh 전기 + 60℃ 30L/h 온수 (1kW 장비기준)
  • 연료극 반응 : H2 → H+ + 2e-
  • 공기극 반응 : 1/2O2 + 2H+ + 2e- → H2O + Heat
  • 총 반응 : H2 + 1/2O2 → H2O

도시가스를 사용하여 전기와 열(온수)를 동시에 생산하는 고효율의 친환경 발전시스템

연료전지란?

  • 5kW : 도시가스 1.35N㎥ = 5kWh 전기 + 60℃ 150L 온수 (시간당)
  • 10kW : 도시가스 2.6N㎥ = 10kWh 전기 + 60℃ 150L 온수 (시간당)
  • 도시가스 중의 수소와 공기중의 산소의 화학반응으로 전기와 열을 생산 (발전효율 30~40%, 열효율 50%, 총 80~90%)
  • 1년 365일 가동 (ON/ OFF 가능)

연료전지의 특징

  • 전기발전효율은 30~40%, 열효율은 50%이상으로 총 80~90%의 높은 효율
  • 화력 또는 디젤발전에서의 연소과정이 없어 저공해 에너지 시스템
  • 모듈형태로 제작이 가능하기 때문에 발전규모 조절이 용이
  • 설치면적의 제약이 적음
  • 소음, 유해가스의 배출이 적음

자료 : 포스코에너지, 메리츠종금증권 리서치센터

연료전지의 구성

  • 연료전지 시스템은 연료처리모듈, 스택모듈, 전력변환모듈, 열처리모듈로 구성
  • 개질기를 통해 생성된 수소와 공기블로워를 통해 공급된 공기가 스택에서 반응하여 전기와 열생산
구분 장치 내용
발전부 연료처리 장치 도시가스에 포함된 수소를 분리해 내는 장치
연료전지 스택 수소와 산소의 화학반응으로 전기와 열을 생산하는 핵심불품
전력변환기 연료전지의 직류 전기를 교류 전기로 바꾸어 주는 장치
열 회수부 폐열회수부치 도시가스에 포함된 수소를 분리해 내는 장치
연료전지 스택 수소와 산소의 화학반응으로 전기와 열을 생산하는 핵심불품

연료전지의 구성

  • 스택은 연료전지에서 가솔린 발전의 엔진과 같은 핵심 파트
  • 다수의 단위전지(Cell )를 직렬로 적층하여 구성되며, 발생된 전류는 셀의 면적에 비례하고, 전압은 셀의 적층수에 비례
  • Cell은 전극접합체(MEA : Membrane-Electrode Aseembly), 기체확산층(GDL), 분리판으로 구성

연료전지의 종류

  • 연료전지는 전해질의 종류와 작동온도에 따라 분류.
  • FEMFC는 완성도가 가장 높으며, 현재 상용화되어 가정용, 건물용에 공급.
  • MCFC, PAFC는 MW급 대형 발전용에 사용.
  • SOFC는 가장 높은 효율과 다양한 연료를 사용할 수 있는 장점이 있으며, 가정용부터 대형 발전까지 폭넓게 사용이 가능하여 가장 활발한 연구가 진행중.
구분 알칼리
(AFC)
인산형
(PAFC)
융융탄산염형
(MCFC)
고체산화물형
(SOFC)
고분자전해질형
(PEMFC)
직접매탄올
(DMFC)
전해질 알카리 인산염 탄산염 세라믹 이온교환막 이온교환막
동작온도 (℃) 120 이하 250 이하 700 이하 1,200 이하 100 이하 100 이하
효율 (%) 85 70 80 85 75 40
용도 우주발사체 전원 중형건물 (200kW) 중·대형건물
(100kW~MW)
소·중·대용량발전
(1kW~MW)
가정·상업용
(1~10kW)
소형 이동
(1kW 이하)
특징 - CO 내구성큼
열병합대응 가능
발전효율 높음
내부개질 가능
열병합대응 가능
발전효율 높음
내부개질 가능
복합발전 가능
저온작동
고출력밀도
저온작동
고출력밀도

자료: 에너지관리공단, 메리츠종금증권 리서치센터

연료전지시스템 소개

주택용

건물용

사용연료 도시가스 도시가스 도시가스 도시가스
크기(mm) 500 x 400 x 900 (W x D x H) 500 x 700 x 1,550 (W x D x H) 1,400 x 650 x 1,520 (W x D x H) 1,500 x 1,600 x 1,520 (W x D x H)
가스소비량(Nm3) 0.16(Normal 0℃)
0.18(Standard 25℃)
0.26(Normal 0℃)
0.28(Standard 25℃)
0.3 (Normal 0℃)
1.5(Standard 25℃)
2.6(Normal 0℃)
2.8(Standard 25℃)
발전/열효율(%_LHV) 35/50 35.2/ 51.67 36.6 / 49.1 37.8 / 52.2
AC 220v, 단상 2선식 AC 220v, 단상 2선식 AC 220v, 단상 2선식 AC 220v, 단상 2선식 AC 380v, 3상 4선식
축열조 용량(L) - 125 220 450

연료전지 설치사진

전기

연료전지에서 생산되는 전기는 한국전력과계통연계가 되며,
건물의 기저부하로 사용, 한전 전기와 병행하여 사용하여 전기요금이 절약되고,
부족한 경우는 한전 grid전기를 더 가져와 사용함.

연료전지에는 생산되는 열은 건물의 급탕을 가열하여 보일러로 유입,
배출되어 급탕 사용처(화장실, 식당 등)로 공급하여 열요금을 절약함.

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