• 열병합발전
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• s.75
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• pp.16-20
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• 2010

• Proceedings of the KIPE Conference
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• 2007.11a
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• pp.172-174
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• 2007

본 연구는 가정용 연료전지 모니터링 사업을 통한 실증화 연구로써, 연료전지의 실용성에 대한 가치를 평가하고 실용화를 앞당기고자 하는데 목적을 두고 있다. 가정용 고분자 전해질 연료전지는 화학에너지를 전기에너지로 직접 변환함으로써 시스템 전체 효율이 80%이상의 고효율이고 환경 친화적이라는 점과, 연료전지 시스템의 운전 시 발생되는 폐열을 회수하여 급탕 및 난방용으로 활용함으로서 효율을 배가 시킬 수 있다는 장점 또 쉽게 구할 수 있는 LPG, LNG를 연료로 한다는 점을 특징으로 한다. 본 연구는 1kW 가정용 연료전지를 직접 구동하고 모니터링 함으로써 발생되는 문제점과 열병합 발전 시스템에 대한 연구를 진행하였다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2009.06a
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• pp.287-287
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• 2009

연료전지는 전기에너지와 열에너지를 동시에 사용 할 수 있기 때문에 에너지 효율이 높고 유해 배기물이 거의 없으므로 친환경적이다. 따라서 환경문제가 대두되고 있는 오늘날, 고효율 친환경의 연료 전지는 차세대 에너지원으로 각광받고 있다. 보일러와 계통선에서 열과 전기를 공급받는 기존방식에 비해 연료전지 코제너레이션 시스템의 경우 20%이상 에너지 절감율을 향상시킬 수 있다. 기존 10kW이하의 소용량 발전설비의 경우 대형 발전소와 같은 수준인 30%이상의 전기 효율을 기대할 수 없으나 고분자 전해질 연료전지를 적용할 경우 1kW급에서도 35%의 전기 효율을 기대할 수 있으며 열회수까지 고려할 경우 80%에 가까운 열효율을 달성할 수 있다.(4)연료전지 시스템은 연료전지 스택 이외에, 연료변환장치, 급기설비, 열 및 물관리 설비, 전력변환장치 그리고 제어 장치 등으로 구성된다. 연료전지 시스템 성능은 연료전지 스택의 성능에 가장 의존적인데 연료전지 스택의 성능은 같은 스택이라도 운전 및 제어 방법에 따라서 다양하게 변할 수 있다. 실제로 연료전지 스택 자체의 전기 변환 효율은 최대 40% 까지로 매우 높으나, 다양한 운전 조건에 따라 효율이 30~40% 수준에서 변화는 것이 현실이다. 때문에 시스템을 설계할 때에는 종합화된 시스템 측면에서의 운전까지 고려한 설계와 성능 해석이 필요하다. 그간 연료전지를 활용한 가정용 열병합 발전분야에서는 시스템 설계를 위한 시뮬레이션 기반 성능 해석에 관한 연구가 활발히 진행되어왔다. 하지만 연료전지 스택의 경우 간이화된 성능 모델식을 사용하여 이로 인한 성능 예측모델의 오차가 크게 발생하여 전체 시스템 최적화의 저해요인으로 작용하여왔다. 따라서 본 연구에서는 가정용 연료전지 열병합 발전 시스템을 자체적으로 설계 개발하였으며 이 중 연료전지 스택의 성능모델을 실험기반으로 구축하였다. 먼저 가정용 연료전지 열병합 발전 시스템의 설계는 크게 네 단계로 구분되며 이는 1) 시스템 개념 설계, 2) 연료전지 스택 설계, 3) 주변장치 설계, 4) 제어시스템 설계로 이뤄진다. 연료전지 스택의 성능 모델은 고분자연료전지의 성능에 가장 민감하게 영향을 미치는 온도 및 습도의 변화에 따른 다양한 스택 성능을 예측 가능하도록 개발하였으며 이는 간단한 이론 모델의 구조에 실험 데이터를 기반으로 모델 파라미터를 도출하는 기법으로 이뤄졌다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2007.06a
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• pp.24-27
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• 2007

한국에너지기술연구원에서는 가정용 고분자연료전지 열병합 발전시스템을 위한 통합형 천연가스 연료처리 시스템을 개발해 왔다. 본 고에서는 연료처리 시스템의 운전 시 모사 연료극 가스 공급이 미치는 영향에 대해 고찰하고, 부하 변동 시 각 단위 공정의 온도 변화와 CO 농도 변화 현상에 대처하기 위한 방법을 제시하고자 한다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2006.06a
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• pp.17-20
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• 2006

한국에너지기술연구원에서는 가정용 고분자연료전지 열병합 발전시스템을 위한 통합형 천연가스 연료처리 시스템을 개발해 왔다. 가정용 시스템으로서 필수적인 소형화와 고효율을 현실화하기 위해, 연료처리 시스템의 각 단위 공정 즉 수증기 개질, 수성가스 전이, 선택적 산화 공정 등을 이중 동 심관형 반응기에 통합하여 상호 열교환이 용이하도록 반응기를 설계하였다. 현재 시험 운전 중인 Prototype-I 연료 처리 시스템은 1kW급 고분자 연료전지 열병합 발전 시스템에 개질 가스를 공급하기 위해 설계되었으며, 기초 성능은 정격 부하 운전시 열효율 78% (HHV 기준), 메탄 전환율 91%이다. 개질 가스 내 일산화탄소 농도는 고분자 연료전지 전극의 피독을 피하기 위해 10ppm 이하로 유지되어야 하며, Prototype-I 연료 처리 시스템은 백금과 루테늄 촉매를 적용한 선택적 산화 반응기를 통해 개질 가스 내 일산화탄소 농도를 10ppm 이하로 제거하였다. 일반 가정에서는 고분자 연료전지 시스템의 부하 변동이 예상되기 때문에 연료 처리 시스템의 부하 변동 운전 특성도 살펴보았다 정격 부하에서 80%, 60%, 40%로 부하를 변동하며 운전하였고, 각 부하에서 안정한 메탄 전환율과 10ppm이하의 일산화탄소 농도를 보였다. 80%까지는 열효율이 77%로 큰 변화를 보이지 않았으며, 60%에서는 76%, 40%에서는 72%로 열효율이 감소하는 현상을 보였다 연료 처리 시스템의 일일 시동-정지 운전시 내구성을 테스트 중이다. 현재까지 50여회의 일일-시동 정지를 시도하였다 시동 후 약 세 시간가량의 정력 부하 운전을 실시한 후 부하 변동을 실시하였고, 총 운전 시간 8시간 정도 운전한 후 시스템을 정지하였다 메탄 전환율과 일산화 탄소 농도, 열효율을 모니터링 하고 있으며, 현재까지 초기 성능을 그대로 유지하고 있다. 앞으로 일일시동-정지 운전 시험을 지속하면서 초기 시동 특성 및 부하 변동에 따른 응답 특성 개선, 그리고 연료전지와의 연계 운전을 실시할 예정이다

• 기계와재료
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• v.26 no.1
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• pp.28-36
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• 2014

소형 스털링엔진 발전시스템은 전력을 생산하기 위해 스털링엔진을 적용하는 시스템으로, 천연가스가 풍부한 북유럽 국가들을 중심으로 난방, 온수와 전기에너지를 동시에 공급할 수 있는 가정용 소형 열병합 발전시스템으로 각광받고 있다. 외연기관인 스털링엔진은 연료의 종류에 제한을 받지 않기 때문에, 태양열, 폐열, 천연가스 등의 다양한 열원을 이용한 발전시스템에 적용이 가능하다. 수 kW급의 스털링엔진을 적용한 소형 열병합 발전시스템의 기술개발 동향을 소개하고자 한다.

• Korean Journal of Air-Conditioning and Refrigeration Engineering
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• v.25 no.10
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• pp.555-561
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• 2013

The effects of applying the micro CHP system to the domestic sector in Korea were investigated using annual cooling and heating demand data. Four prime movers, micro gas turbine, PEMFC, gas engine and Stirling engine, were compared for three operational modes. Two way buy-back was assumed for both electricity and heat. The Stirling engine gave the lowest $CO_2$ emission per energy for 300kWh monthly electricity production. However, PEMFC became more effective when considering PURPA criteria. PEMFC generated the least greenhouse gas with higher electrical efficiency for cooling. The Stirling engine, however, became competitive for heating with higher total efficiency.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2005.11a
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• pp.105-111
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• 2005

• Journal of Energy Engineering
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• v.25 no.4
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• pp.251-258
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• 2016

This article reports current status of micro fuel cell-combined heat and power (${\mu}FC$-CHP) systems which utilize both power and heat generated by fuel cells. There are several options for constructing CHP systems and among them, fuel cells are the most useful and their total energy efficiency combining heat and power can reach up to about 90%. Fuel cells are classified as five types based on the electrolyte, but the most suitable fuel cell types for the ${\mu}FC$-CHP system are proton exchange membrane fuel cells (PEMFCs) and solid oxide fuel cells (SOFCs). ${\mu}FC$-CHP systems have several advantages such as decrease of the transmission-distribution loss, reduced costs of electricity due to distributed power generation, and environmental-friendliness owing to zero emission. The main drawback of the ${\mu}FC$-CHP systems is the high initial investment, however, it keeps decreasing as the technology development reduces production costs. Currently, Japan is the most leading country of the ${\mu}FC$-CHP market, however, Korea tries to expand the market by planning the deployment of 1 million units of ${\mu}FC$-CHP systems and governmental subsidiary supporting of half of the install price. In this report, integration technologies for connecting FC and CHP, and technology trends of leading countries are presented as well.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2008.10a
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• pp.55-58
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• 2008

Residential fuel cell cogeneration systems have gained much interest due to its high efficiency. In this study, we have performed numerical simulation of residential fuel cell cogeneration system which includes a fuel cell/grid hybrid system. The cogeneration system consists of 1kW PEFC, cooling system, inverter/converter and reformer. Several empirical models have been employed for respective components to improve the accuracy of the simulations. The load varies seasonally. The present simulations can successfully predict the characteristics of the hybrid cogeneration system and thus it can be utilized for establishing an optimal operating strategy of the system.