Recently, the operation of power distribution systems has become more difficult because the peak demand load is increasing continuously and the daily load factor is getting worse and worse. Also, the consideration of deregulation and global environment in electric power industry is required. In order to overcome these problems, a study on the planning and operation in distribution systems of dispersed generating sources such as fuel cell systems, photovoltaic systems and wind power systems has been performed energetically. This study presents a method for determining an optimal operation strategy of dispersed co-generating sources, especially fuel cell systems, in the case of both only electric power supply and thermal supply as well as electric power supply. In other words, the optimal operation of these sources can be determined easily by the principle of equal incremental fuel cost and the thermal merits is evaluated quantitatively through Kuhn-Tucker's optimal conditions. In order to select the optimal locations of those sources, an priority method using the comparison of total cost at the peak load time interval is also presented. The validity of the proposed algorithms is demonstrated using a model system.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.31
no.10
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pp.955-965
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2014
Transport phenomena of reactant and product are directly linked to intrinsic inhomogeneous random configurations of catalyst layer (CL) that consist of ionomer, carbon-supported catalyst (Pt/C), and pores. Hence, electrochemically active surface area (ECSA) of Pt/C is dominated by geometrical morphology of mass transport path. Undoubtedly these ECSAs are key factor of total fuel cell efficiency. In this study, non-deterministic micro-scale CLs were randomly generated by Monte Carlo method and implemented with the percolation process. To ensure valid inference about Pt/C catalyst utilization, 600 samples were chosen as the number of necessary samples with 95% confidence level. Statistic results of 600 samples generated under particular condition (20vol% Pt/C, 30vol% ionomer, 50vol% pore, and 20nm particle diameter) reveal only 18.2%~81.0% of Pt/C can construct ECSAs with mean value of 53.8%. This study indicates that the catalyst utilization in fuel cell CLs cannot be identical notwithstanding the same design condition.
The effects of internal manifold designs on the reactants feed-stream in Polymer Electrolyte Fuel Cells [PEFCs] is studied to figure out flow and thermal distribution patterns over an entire fuel cell stack. Reactants flows are modeled either laminar of turbulent depending on regions and the open channels in the bipolar plates are simulated by porous media where permeability should be pre-deter-mined for computational analysis. In this work, numerical models for reactants feed-stream In the PEFC manifolds are classified Into two major flow patterns: Z-shape and U-shape. Several types of manifold geometries are analyzed to find the optimal manifold configurations. The effect of heat generation in PEFC on the flow distribution is also Investigated applying a simplified heat transfer model in the stack level (i.e. multi-cell electrochemical power-generation unit). This modeling technique Is well suited for many large scale problems and this scheme can be used not only to account for the manifold flow pattern but also to obtain Information on the optimal design and operation of PEFC systems.
This paper presents a two stage three-phase proton exchange membrane fuel cell (PEMFC) generation system. When the system is connected to a three-phase load, it is very sensitive to the characteristics and type of the load. Especially unbalanced three-phase loads, which result in a pulsating power that is twice the output frequency at the inverter output, and cause the dc-link to generate low frequency ripples. This penetrates to the fuel cell side through the front-end dc-dc converter, which makes the fuel cell work in an unsafe condition and degrades its lifespan. In this paper, the generation and propagation mechanism of low frequency ripple is analyzed and its impact on fuel cells is presented based on the PEMFC output characteristics model. Then a novel method to evaluate low frequency current ripple control capability is investigated. Moreover, a control scheme with bandpass filter inserted into the current feed-forward path, and ripple duty ratio compensation based on current mode control with notch filter is also proposed to achieve low frequency ripple suppression and dynamic characteristics improvement during load transients. Finally, different control methods are verified and compared by simulation and experimental results.
Journal of the Korean Society of Marine Environment & Safety
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v.26
no.5
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pp.569-575
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2020
In this study, a fuel cell system model for ship power was developed and verified by comparing the experimental results obtained by supplying pure oxygen. To verify the proposed model, the fuel cell output characteristics when oxygen was supplied were compared with those when air was supplied using an air compressor. In addition, the effect of the change in the thermal properties of the fuel cell system on the output of the stack was examined. Within the experimental range of this study, when pure oxygen was supplied as the cathode supply gas, the calculated and experimental voltages and outputs obtained through modeling were almost the same over the entire load range. When air was supplied instead of oxygen for the cathode supply at a constant load of 560 A, each stack voltage was approximately 14 V, the stack output was approximately 8 kW, and the stack efficiency was approximately 3 %. It was confirmed that the overall system efficiency was reduced by approximately 8 %. Among the thermal properties examined in this study, the heat transfer coefficient of the coolant to the stack was found to have the greatest effect on the output of the stack.
In SS branch of Korea District Heating Corporation, Combined Heat & Power power plant with 99MW capacity and 98Gcal / h capacity is operated as a district electricity business. In this region, it is difficult to operate the generator due to the problem of surplus heat treatment between June and September due to the economic recession and the decrease in demand, so it is urgent to develop an economical energy new business model. In this study, we will develop an optimized operation model by introducing a renewable energy hybrid system based on actual operation data of this site. In particular, among renewable energy sources, fuel cell (Fuel Cell) power generation which can generate heat and electricity at the same time with limited location constraints, photovoltaic power generation which is representative renewable energy, ESS (Energy Storage System). HOMER (Hybrid Optimization of Multiple Energy Resources) program was used to select the optimal model. As a result of the economic analysis, 99MW CHP combined cycle power generation is the most economical in terms of net present cost (NPC), but 99MW CHP in terms of carbon emission trading and renewable energy certificate And 5MW fuel cells, and 521kW of solar power to supply electricity and heat than the supply of electricity and heat by 99MW CHP cogeneration power, it was shown that it is economically up to 247.5 billion won. we confirmed the results of the improvement of the zone electricity business condition by introducing the fuel cell and the renewable energy hybrid system as the optimization process model.
A 2-dimensional heterogeneous reactor model was developed and simulated for a tube reactor of packed bed where the steam-$CO_2$ combined reforming reaction of natural gas proceeded to produce synthesis gas. Under the reactor feeding rate, 45 $Nm^3$/h, of the reactant gas stream, the 2-dimensional heterogeneous reactor model showed the similar results to those from the ASPEN simulator although there were some discrepancies between the two in the temperature and the $H_2$/CO ratio of the reformed gas at the reactor exit. The calculated enthalpy difference between the reformed gas at the reactor exit and the reactant gas fed to the reactor was closely correspondent to the total amount of heat transferred to the reactor interior from the furnace. This supports that the 2-dimensional heterogeneous reactor model was reasonably established and the numerical solution was properly obtained.
Kim, Kyungjin;Shin, Jaeho;Han, Kyeonghee;In, Jeong Min;Shim, Sojung;Kim, Siwoo
Journal of Auto-vehicle Safety Association
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v.13
no.4
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pp.92-98
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2021
Recently hydrogen fuel cell buses have been deployed for the public transportations. In order to introduce buses fueled by hydrogen successfully, the research results of hydrogen bus safety should be discussed and investigated significantly. Especially, Korean government drives research in terms of various applications of hydrogen energy to replace the conventional fuel energy resources and to improve the safety evaluation. Thus it is necessary to examine vehicle crashworthiness under side impact loadings. This study was focused on the simulation result evaluation of full bus model and simplified bus model with hydrogen fuel tank module and mounting system located below floor structure due to the significance of bus side impact accidents. The finite element models of hydrogen bus, fuel tank system and side impact moving barrier were set up and simulation results reported model performance and result comparison of two side impact models. Computational results and research discussion showed the conceptual side impact framework to evaluate hydrogen bus crashworthiness.
This paper describes the operational analysis results of a DC micro-grid using a detailed model of distributed generation. A detailed model of wind power generation, photo-voltaic generation and fuel cell generation was implemented with an userdefined model created with PSCAD/EMTDC software and coded in C-language. The operational analysis was carried out using PSCAD/EMTDC software, in which the power circuit is implemented by a built-in model and the controller is modeled by an user-defined model that is also coded in C-language. Various simulation results confirm that a DC micro-grid can operate without any problems in both the grid-tied mode and in the islanded mode. The operational analysis results confirm that the DC micro-grid makes it feasible to provide power to the load stably. It can also be utilized to develop an actual system design.
A 5-kW MCFC stack with $3,000cm^2$ electrode area was tested to investigate cell performance and operation characteristics. The stack performance was evaluated based on electrical output and I-V change. The stack showed high cell performance (7.6 kW) than the design performance and operated for more than 5,760 hours, but a significant temperature gradient inside the stack was observed. A 3-dimensional mathematical model for molten carbonate fuel cell (MCFC) was developed for the purpose of simulation of stack performance during the operation. The model was solved using PHOENICS, a computational fluid dynamics (CFD) code. The simulation result demonstrated a close prediction of the temperature gradient and stack performance.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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