연료전�� 시스템 설계

■ 설계과제

SOFC(고체산화물연료전��) 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 수소왿� 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 제고왿� 함께 이때 발생하는 이상화탄소의 양을 최소화 할 수 있도록 설계안을 제시하시오.

기초 DATA

연료전�� 시스템 구성 :수소발생 개질기, 연료전�� 스택, 시스템 BOP, 전력변환회로
기본 효율 : 연료전�� 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℃)
연료전�� 단위셀의 성능 : 수소 - 1000mA/ at 0.7V/cell, CO - 500mA/ at 0.7V/cell

□ 연료전�� 시스템의 구조

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

□ Aspen을 이용한 시뮬레이션

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