Journal of Advanced Marine Engineering and Technology

  • 제35권5호
  • /
  • Pages.590-599
  • /
  • 2011
  • /
  • 2234-7925(pISSN)
  • /
  • 2234-8352(eISSN)
한국마린엔지니어링학회 (The Korean Society of Marine Engineering)
권호 표지
DOI QR코드

DOI QR Code

선박동력용 SOFC/ST 하이브리드시스템의 성능 평가

Performance Analysis of Methane Fueled Marine Solid Oxide Fuel Cell and Steam Turbine Hybrid Power System

  • 이경진 (한국해양대학교 대학원) ;
  • 오진숙 (한국해양대학교 대학원) ;
  • 김선희 (한국해양대학교 대학원) ;
  • 오세진 (한국해양대학교 운항훈련원) ;
  • 임태우 (한국해양대학교 기관공학부) ;
  • 김종수 (한국해양대학교 기관시스템공학부) ;
  • 박상균 ((사)한국선급 녹색산업기술원) ;
  • 김만응 ((사)한국선급 녹색산업기술원) ;
  • 김명환 (한국해양대학교 기관공학부)
  • 투고 : 2011.04.28
  • 심사 : 2011.07.02
  • 발행 : 2011.07.31
PDF 다운로드
⟨ 이전 논문 다음 논문 ⟩

초록

연료전지시스템의 고효율화를 목적으로 수소가 가진 화학적 에너지를 최대한 전력화하기 위하여 연료전지에서 발생하는 폐열을 적극 활용할 필요가 있다. 이런 목적에 폐열을 이용하는 증기터빈과 연료 전지를 결합시킨 SOFC/ST 하이브리드시스템이 적합하다. 본 논문은 SOFC/ST 하이브리드시스템에 대한 셀의 작동온도와 전류밀도, 연소기 출구 온도, 보일러 출구 가스온도가 시스템의 성능에 미치는 영향 등을 시뮬레이션을 통하여 검토한 것으로 증기터빈의 일정 조건에서는 연료전지 스택에서 다량의 폐열이 발생하는 경우가, 연료전지의 일정 조건에서는 연소기에 추가적 연료 공급을 억제하는 경우에서 하이브리드시스템의 효율이 증가됨을 확인하였다.

The electrification of the waste heat of fuel cell is necessary to enhance the efficiency of fuel cell system. For this purpose, the SOFC/ST(Solid oxide fuel cell/Steam turbine) hybrid system is suitable. The purpose of this work is to predict the performance of methane fueled SOFC/ST hybrid power system and to analyze the influence of operating temperature of stack, current density of stack, combustor outlet gas temperature, and boiler outlet gas temperature. According to the analysis, it is proved that making the best use of the waste heat of stack and minimizing the fuel consumption of combustor are essential for the high-efficiency of SOFC/ST hybrid system.

키워드

참고문헌

  1. 김명환, "선박 동력발생용 연료전지시스템 기술개발의 전망에 대한 고찰", 한국마린엔지니어링학회지, 제31권, 제8호, pp. 924-931, 2007. https://doi.org/10.5916/jkosme.2007.31.8.924
  2. 김명환, "선박동력용 SOFC/GT 하이브리드시스템의 성능 및 안전성 해석(터빈 냉각 및 공기극입구온도 일정 조건을 중심으로)", 한국마린엔지니어링학회지, 제33권, 제8호, pp. 1107-1115,2009. https://doi.org/10.5916/jkosme.2009.33.8.1107
  3. Kuchonthara. P., Bhattacharya. S., and Tsutsumi. A., "Combinations of solid oxide fuel cell and several enhanced gas turbine cycles", Journal of Power Sources, vol. 124, no. 1, pp. 65-75, 2003. https://doi.org/10.1016/S0378-7753(03)00740-7
  4. Winkler. W. and Lorenz. H., "The design of stationary and mobile solid oxide fuel cell-gas turbine systems", Journal of Power Sources, vol.105, no. 2, pp. 222-227, 2002. https://doi.org/10.1016/S0378-7753(01)00943-0
  5. Arsalis. A., "Thermoeconomic modeling and parametric study of hybrid SOFC-gas turbine-steam turbine power plants ranging from 1.5 to 10 MWe", Journal of Power Sources, vol. 181, no. 2, pp. 313-326, 2008. https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2007.11.104
  6. Zhang. X., Chan. S. H., Li. G., Ho. H. K., Li. J.,and Feng. Z., "A review of integration strategies for solid oxide fuel cells", Journal of Power Sources, vol. 195, no. 3, pp. 685-702, 2010. https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2009.07.045
  7. Fry. M. R., Watson. H., and Hatchman. J. C.,"Design of a prototype fuel cell/composite cycle power station", Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers Part A, vol. 211, no. 2,pp. 171-180, 1997. https://doi.org/10.1243/0957650971537088
  8. F. Mueller, F. Jabbari, R. Gaynor and J Brouwer, "Novel solid oxide fuel cell system controller for rapid load following", Journal of Power Sources, vol. 172, pp. 308-323, 2007. https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2007.05.092
  9. E. Achenbach, "Three-dimensional and timedependent simulation of a planar solid oxide fuel cell stack", Journal of Power Sources, vol. 49, pp.333-348, 1994. https://doi.org/10.1016/0378-7753(93)01833-4