• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2011.05a
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• pp.90.2-90.2
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• 2011

세계 각 국에서는 선진국을 중심으로 기후변화와 치솟는 유가에 대응하기 위하여 다양한 에너지원의 확보를 위해 부단히 노력하고 있다. 특히, 신재생에너지원 중 에너지 지속성이 가장 우수한 연료전지의 경우 1kW급 건물용 연료전지시스템이 도시가스 인프라가 가장 우수한 한국 및 일본을 중심으로 상용화에 가장 근접해 있는 실정이다. 일본의 경우 가정용 연료전지시스템 '에너팜'의 일부 제품이 올해부터 200만엔대로 가격을 내려 보급되어질 예정이고, 아직은 경제성이 떨어지지만 연료전지 조기 상용화를 위해 시스템 가격저감을 통한 기술개발이 한창이다. 또한 700W급 고체산화물형 연료전지시스템을 세계에서 처음 시판 계획을 가지고 있다. 국내의 경우 2009년도부터 시작된 '그린홈 보급확대를 위한 건물용 연료전지 보조기기 가격저감 기술개발'연구를 통해 블로워, 밸브, 유량계 및 펌프 등의 보조기기의 단가를 낮추고자 기술개발에 박차를 가하고 있다. 이에 따른 연료전지 부품 가격저감 기술이 국내 건물용 연료전지 시장보급의 활력소가 되기를 기대한다. 본 연구에서는 건물용 연료전지의 보조기기인 블로워의 가격저감을 위한 연구의 일환으로 블로워의 안전성능 평가를 통한 보조기기의 가격저감 및 안전성을 확보하고자 한다. 1kW급 건물용 연료전지시스템의 여러 블로워 중 도시가스용 연료승압 블로워, 선택산화 공기 블로워, 버너 공기 블로워 및 캐소드 공기 블로워의 안전성능 평가를 수행하였고, 평가결과의 공유를 통하여 국내 블로워 제조사의 설계방향을 제시하고 연료전지시스템의 안전성을 확인하고자 한다. 특히, 내구성, 기밀, 가혹조건시험 및 소음, 진동, 습도, 온도와 같은 내주위환경시험 등의 평가결과 비교를 통하여, 연료전지 부품 인증기준을 재정립하여 연료전지 부품산업의 조기 활성화를 도모하고자 한다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2011.11a
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• pp.82.1-82.1
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• 2011

최근 국내에서 발생된 대규모 정전사태로 인해 안정적인 전력공급에 대한 국민들의 요구가 커져, 지난 3월 일본 후쿠시마 원전사고 이후 다시 한번 분산전원에 대한 필요성이 대두되어지고 있다. 여러 분산전원 중 연료전지는 다른 에너지원에 비해 에너지의 지속성이 우수하여 가장 안정적인 분산전원 형태의 하나이다. 이에 따라 국내의 경우 우수한 도시가스 인프라로 인해 건물용 연료전지라는 신기술에 대한 국민의 수용성은 점점 높아질 것으로 기대된다. 현재 건물용 연료전지의 경우, 주로 1kW급 연료전지가 시범보급되어 각 가정에 설치되어지고 있으나, 상가, 주유소 및 편의점 등의 상업시설과 생활관 및 소형빌라 등의 집단 주거시설 같은 1kW급 보다 용량을 더 필요로 하는 응용처에 국내에서 개발된 5kW급 연료전지시스템이 적용되어지기를 기대한다. 본 연구에서는 국내 제작된 5kW급 고분자전해질 연료전지시스템의 보급이전에 안전성능 평가를 통해 시스템의 성능 및 안전성 평가결과를 제조사에 피드백 하여 5kW급 건물용 연료전지시스템의 조기 상업화에 앞장서고자 한다. 5kW급 연료전지시스템의 기술개발은 핵심부품인 연료변환기, 스택 및 BOP 기술의 경우 1kW급 연료전지시스템에 적용된 것과는 다른 기술이 필요하고, 단순한 scale-up 과정이 아닌 새로운 기술개발로 제품에 적용시켜야 하는 난점을 가지고 있다. 특히, 연료변환기의 경우 연료 유량의 증가로 인하여 reformer, CO shift 및 Prox 반응기의 유체역학, 열교환 흐름 및 촉매반응 공학적으로 이론을 응용한 새로운 반응기 설계와 제작기술 확립이 선행되어 전체적인 시스템 제작 설계에 반영되어져야 한다. 그러므로 본 연구에서는 연료전지시스템 안전성능 평가를 위해 용량증대에 따른 안전성평가 항목을 검토하고, 5kW급 연료전지시스템평가를 수행하여 시스템의 제품성능, 작동성능 및 계통연계성능에서의 안전성을 확인하였고, 정전 유풍과 같은 이상조건 및 실외 환경에 대한 시스템의 안전성도 확인하였다. 또한 부하운전 조건을 75% 및 50%로 변화시켰을 때 빠른 응답시간과 안정적인 부하변동운전을 확인하였다.

• Prospectives of Industrial Chemistry
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• v.14 no.2
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• pp.10-25
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• 2011

지속적으로 증가하고 있는 에너지 수요에 대처하기 위해 신재생에너지 기술 확보를 위한 노력이 계속되고 있다. 연료전지는 풍력, 태양전지와는 달리 환경적 제약 없이 연속적인 에너지 공급이 가능하여 건물용 분산발전용으로 적합한 요건을 갖추고 있다. 최근 시작된 시범보급 사업으로 건물용 연료전지의 초기 시장 진출이 시작되었고 공공 기관 대체에너지의무화와 그린홈 보급사업 시행으로 시장 확대가 기대된다. 본 논문에서는 건물용 연료전지 시스템의 기본원리와 국내외 개발 동향에 대해 살펴보았으며 핵심부품에 대한 기술개발 현황에 대해 기술하였다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2010.06a
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• pp.127.2-127.2
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• 2010

우리나라는 기후변화 대응을 준비하기위해 2008년도에 수립한'국가에너지기본계획(2008-2030)'에 따라 2030년까지 신재생에너지 비중을 2.4%에서 11%까지 달성을 목표로 정하고 신재생에너지 분야를 성장시키기 위해 국가기술개발 및 산업화 전략을 수립해 추진하고 있다. 이에 발맞추어 건물용 연료전지시스템의 경우, 2006년도부터 1kW급 가정용 연료전지시스템 모니터링 사업의 일환으로 3년간 210대가 도시가스사 및 지자체 등을 중심으로 설치되어 운전되어지고 있다. 특히, 2010년부터 시범보급사업이 추진되어 올해 200대를 시작으로 2011년에 300대, 2012년에 500대가 일반가정에 보급되어질 예정이다. 하지만 현재 6천만원인 연료전지시스템 가격을 실제 보급가능한 가격인 5백만원 이하로 저감시키는 것이 현 시점에서 가장 시급한 문제로 대두되어지고 있는 실정이다. 본 연구에서는 그린홈 보급확대를 위한 건물용 연료전지의 보조기기인 블로워의 가격저감을 위한 연구의 일환으로 블로워의 안전성능 평가방법을 개발하여 보조기기의 가격저감 및 안전성을 확보하고자 한다. 1kW급 건물용 연료전지시스템의 여러 블로워 중 도시가스용 연료승압 블로워, 선택산화 공기 블로워, 버너 공기 블로워 및 캐소드 공기 블로워의 안전성능 평가방법을 제시함으로서, 국내 블로워 제조사의 설계방향을 제시하고 연료전지시스템의 안전성을 확인하고자 한다. 특히, 내구성, 기밀, 가혹조건시험 및 소음, 진동, 습도, 온도와 같은 내주위환경시험 등의 평가결과를 제조사에 feedback하여 안전성능 개선에 이바지하고자 한다.

• Journal of the Korean Institute of Gas
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• v.21 no.5
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• pp.36-44
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• 2017

The small commercial fuel cell is a new energy system that produces electricity and heat through electrochemical reaction between air and hydrogen. In Korea, hundreds of domestic small commercial fuel cell systems have been installed and operated every years and many parts in fuel cell systems depend on overseas products. KOGAS(Korea Gas Corporation) has developed the fuel processor which is an important part of fuel cell system and has evaluated the long-term durability. And KOGAS has evaluated domestic and overseas NG blower and fuel processor connected to NG blower. The fuel processor developed by KOGAS have maintained an efficiency of 76% and constant performance over 3,000 hours. The NG blower developed in Korea showed similar characteristics as overseas NG blower in the evaluation of power consumption according to rear pressure and outside temperature. The fuel processor module, fuel processor connected to BOP showed excellent performance.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2009.11a
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• pp.131-131
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• 2009

최근 환경규제가 강화되면서 친환경적인 전력생산 요구 등의 외부환경 변화에 따른 우리나라의 전력구조가 기존의 중압 집중형 발전을 탈피한 분산전원 발전에 대한 관심이 증대되고 있는 실정이다. 특히, 분산전원으로서의 전력생산은 공급의 안전성, 경쟁력 및 에너지의 지속성 등이 요구되어지는데, 재생에너지가 가지고 있는 에너지 지속성의 한계 및 설치의 제약성을 탈피할 수 있는 시스템으로 현재 연료전지시스템이 가장 근접해 있는 실정이다. 즉, 도시가스 인프라가 우수하고 인구조밀 지역이 많은 우리나라의 특성상 각 가정 및 건물에 쉽게 설치하고 공급의 안전성을 갖는 건물용 연료전지는 최근 가장 각광받고 있는 분산전원 시스템 중의 하나이다. 올해부터 모니터링사업의 일환으로 수용가에 설치 될 연료전지 시스템이 얼마나 안정적으로 전기와 열을 각 가정에 공급하고 시스템의 안전성을 확보하는 가는 건물용 연료전지의 분산전원으로서의 가능성 및 국민의 수용성을 증대시키는 중요한 역할을 할 것이다. 연료전지시스템은 상용전력과 연계되어 있기 때문에 시스템의 안정성 뿐만 아니라 상용전력의 변화에 대응하여 안정적인 운전을 하는지에 대한 평가가 필수적이다. 이에 따라 본 연구에서는 가정용 연료전지시스템의 성능 및 안전성평가의 일환으로 계통연계형 전력변환장치의 성능 및 안전성을 평가 하고자 한다. 연료전지 검사를 위한 계통연계형 전력변환장치의 시험평가 항목으로는 크게 정상특성성능시험, 보호기능성능시험, 과도응답특성성능시험 및 외부사고성능시험 등으로 나뉘어진다. 본 연구에서는 외부사고 성능시험 항목들인 출력측 단락시험, 계통전압 순간정전?순간강하시험 및 부하차단 시험 등을 통하여 외부사고에 대한 성능 및 안전성을 평가하였다. 외부사고 성능시험의 주 목적은 시스템의 이상 운전이 아니라 외부의 영향에 따른 시스템의 안전성 및 전력품질을 평가한다. 출력측 단락시험을 수행하기 위해서 전력변환장치를 정격 출력 전압, 정격 출력 주파수 및 정격 출력에서 운전한 후, 교류 전원장치는 단락 전류를 검출하여, 사고 발생 후 0.3초 이내에 개방하도록 설정하였다. 여기서, 단락 저항 Rsc를 정격 전류의 10배 이상에 해당하는 부하와 같은 값으로 설정하였다. 스위치 SWSC를 폐로하여 단락 상태를 만들며, 이 때 전력변환장치의 출력전류와 차단 또는 정지 시간을 측정하였다. 실험 결과에 대한 판정기준은 단락전류를 검출하여 0.5초 이내에 개폐기 개방 또는 게이트 블록 기능이 동작하여 시스템을 안정하게 정지시키고 시스템 어떤 부위에도 손상이 없어야 한다. 실험 결과 파워컨디셔너의 출력전류 및 차단 또는 정지된시간이 40ms로 나타났고, 출력전류의 파형도 매우 안정함을 볼 수 있었다. 이와 같이 모든 실험을 수행한 결과 외부사고에 대하여 시스템이 안전하게 정지하는 등 연료전지 시스템의 안전성을 확인하였다.

• 전기의세계
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• v.41 no.6
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• pp.7-11
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• 1992

연료전지는 연료가 가진 화학에너지를 전기화학반응에 의해 직접 전기에너지로 변환시키는 발전방식으로 에너지 변환효율이 높고 환경공해가 적어 도시부근이나 도심지 건물내 설치할 수 있으므로 전력계통운용이 용이하여 장래 화력발전 대체용이나 열병합발전용으로 유효하게 사용될 수 있는 등의 장점이 많아 국내의 개발이 활발이 진행되고 있다. 연료전지는 반응물질을 전지내에 저장헤 두는 1차전지(건전지등)나 2차전지(축전지)와는 달리 반응물질이 외부로부터 공급되는한 발전할 수 있으며 단위전지의 내부구조는 일반전지와 유사하나 에너지저장능력이 없는 발전장치이다.

• Electrical & Electronic Materials
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• v.26 no.9
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• pp.28-33
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• 2013

• Plant Journal
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• v.10 no.3
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• pp.45-51
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• 2014

This study performs several experiments on a newly developed temperature safety system that can be used for residential building heating systems, the heat source of which is derived from a conventional fuel cell. Prior to this, the hot water made from a fuel cell was not used in residential housing but just went to waste. The present safety system is installed in the current underfloor heating system. At first we used the CFD technique to develop a new heat exchanger. The fuel cell must satisfy the thermal conditions of the inlet temperature being $55^{\circ}C$ and the outlet temperature being $60^{\circ}C$. But variations in weather cause fluctuations in the heating water temperature. The experimental results show our new system capable of maintaining the temperature difference within a ${\pm}0.5^{\circ}C$ range. So we believe that our new PFMFC fuel cell stack array is a good candidate for being used in residential heating systems.

• New & Renewable Energy
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• v.1 no.1 s.1
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• pp.24-31
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• 2005

수소에너지는 궁극적으로 인류가 당면하고 있는 에너지와 환경 문제를 동시에 해결할 수 있는 유일한 꿈의 에너지원으로 평가된다. 향후 $30\~40$년 뒤에 예상되는 수소에너지 시대, 즉 수소경제의 비전이 달성될 때 수소이용 기술인 연료전지 기술은 보편화돼 새로 건설되는 발전소는 연료전지 발전소가 대부분일 것이며, 가정과 상업용 건물에도 연료전지가 설치될 것이다. 또한 운행되는 상당 부분의 승용차와 버스가 연료전지 차량이며, 이에 상응해 주유소의 절반 정도는 연료전지 차량에 수소를 공급하는 수소 주유소로 대체될 것이다. 그러나 이러한 꿈을 이루기 위해서는 수소에너지 체계의 핵심인 연료전지 기술의 상용화는 물론 풍력, 태양 등을 이용한 대체에너지원으로부터의 수소생산기술, 수소저장, 운송에 이르는 수송 인프라스트럭처 구축 등 해결해야 할 과제가 적지 않다. 본 고에서는 수소이용기술의 대표적 기술인 연료전지 기술의 개발현황과 전망을 소개하고자 한다. 특히 연료전지 기술을 조기 상용화 하고자 하는 각 국의 노력을 소개하고, 응용분야별 해결되어야 할 기술적 문제 등을 소개한다.