• 제목/요약/키워드: Fuel cell power plant

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초임계 이산화탄소 사이클을 이용한 연료 재순환 MCFC의 폐열회수 (Waste heat recovery of recirculated MCFC using supercritical carbon dioxide power cycle)

  • 이재윤;안지호;김동섭
    • 플랜트 저널
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    • 제15권2호
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    • pp.42-45
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    • 2019
  • 용융탄산염 연료전지는 폐열의 온도가 높아 하부 사이클을 구성하여 효율을 높일 수 있다. 이러한 목적으로 연료를 재순환하는 용융탄산염 연료전지에 하부 사이클로 증기 터빈 사이클을 적용한 선행 연구가 있었다. 본 연구는 하부 사이클을 증기 터빈 사이클에서 초임계 이산화탄소 사이클로 대체하는 것을 고려하였다. 그리고 출력을 비교하여 하부 사이클을 대체하는 것에 대한 검토를 하였다. 그 결과 현재 개발 단계의 초임계 이산화탄소 사이클의 출력은 증기 터빈 사이클보다 낮지만, 이론적으로 증기 터빈 사이클보다 출력이 더 커질 수 있음을 확인하였다. 만약 초임계 이산화탄소 사이클이 터빈의 등엔트로피 효율을 89%, 압축기의 등엔트로피 효율을 83%, 복열기의 유용도를 0.9의 수준으로 향상 시킨다면 증기 터빈 사이클과 동등한 출력을 낼 수 있다.

100 kW급 용융탄산염 연료전지 발전시스템 개발

  • 임희천;김도형;서혜경;박성연;안교상
    • 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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    • 한국신재생에너지학회 2005년도 제17회 워크샵 및 추계학술대회
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    • pp.140-148
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    • 2005
  • The molten carbonate fuel cell (MCFC) is endowed with the high potential especially in future electric power generation industry by its own outstanding characteristics. KEPCO (KEPRI) started a 100 kW MCFC system development program in 1993 and has been executed 100kW system develpilot plant successfully completed first phaseopment by 2005 on the basis of successful results of 25kW system development. In this program, the components and mechanical structure for 100 kW stack and system construction were completed on last year and now system pre - commissioning was being executed. A 100 kW MCFC power plant was constructed at the site of Boryeong Thermal Power Plant. A 100 kW MCFC system has characterized as a high pressure operation mode, CO2 recycle, and externally reforming power generation system. The 100 kW MCFC system consisted with stacks which was made by two 50 kW sub-stacks, 90 cells with 6,000 cm2 active area and BOP including a reformer, a recycle blower, a catalytic burner, an inverter, and etc. The system has been operated from 13th of September on this year and produced 50 kW AC under atmospheric pressure condition and expected to operate by the end of this year.

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300kW급 발전용 연료전지 EBOP 시스템 개발 (Development of EBOP system for 300kW Fuel Cell Power Plant)

  • 양승철;권진만;임재관;정승수;김병섭;김재식
    • 전력전자학회:학술대회논문집
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    • 전력전자학회 2012년도 전력전자학술대회 논문집
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    • pp.122-123
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    • 2012
  • 본 논문에서는 300kW급 EBOP(Electrical Balance of Plant)의 개발에 관한 내용을 설명하고 있다. EBOP는 연료전지 출력인 DC 전원을 전력변환기술을 이용하여 AC전원으로 변환하는 인버터 시스템이다. 포스코에너지에서는 300kW급 EBOP 시스템을 국제 규격에 준하는 시험을 통해 개발 완료하였고 실증단지에 적용하여 성능 검증을 하였다.

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블로워 구성 변경에 따른 상압형 자동차용 고분자전해질형 연료전지 시스템의 효율 특성 연구 (Study on the Characteristics of Low-pressure Automotive Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell System Efficiency with Blower Configuration)

  • 김일중;이정재;김한상
    • 한국수소및신에너지학회논문집
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    • 제29권2호
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    • pp.181-189
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    • 2018
  • Polymer electrolyte membrane fuel cell (PEMFC) system receives great attention as a promising power device for automotive applications. For the wide commercialization, the efficiency and performance of automotive PEMFC system should be further improved in terms of total system (stack and balance of plant [BOP]). Air supply module, which is a major part of the BOP, greatly affects the efficiency of automotive PEMFC system. In this paper, a systematic study on the low-pressure automotive PEMFC system was made in an attempt to enhance the net system efficiency. This study mainly presents an investigation of the effect of blower configuration (1-blower and 2-blower) on the net system efficiency of automotive PEMFC system. For this purpose, the effect of operating pressure and cathode stoichiometry on the system efficiency was investigated with stack temperature under the fixed net system power condition. Results indicate that 1-blower system is better in system efficiency over 2-blower system under an air stoichiometry of 2. However, 2-blower system is better in system efficiency under an air stoichiometry of 3. The simulation results show that the optimum operating strategy needs to be established for various blower system configurations considering blower performance maps.

건물용 연료전지 기반 하이브리드 제습냉방시스템 성능 및 에너지 절감 분석 (Analysis of Performance and Energy Saving of a SOFC-Based Hybrid Desiccant Cooling System)

  • 인정현;이율호;강상규;박성진
    • 한국수소및신에너지학회논문집
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    • 제30권2호
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    • pp.136-146
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    • 2019
  • A solid oxide fuel cell (SOFC) based hybrid desiccant cooling system model is developed to study the effect of fuel utilization rate of the SOFC on the reduction of energy consumption and $CO_2$ emission. The SOFC-based hybrid desiccant cooling system consists of an SOFC system and a Hybrid desiccant cooling system (HDCS). The SOFC system includes a stack and balance of plant (BOP), and HDCS. The HDCS consists of desiccant rotor, indirect evaporative cooler, electric heat pump (EHP), and heat exchangers. In this study, using energy load data of a commercial office building and SOFC-based HDCS model, the amount of ton of oil equivalent (TOE) and ton of $CO_2$ ($tCO_2$) are calculated and compared with the TOE and $tCO_2$ generation of the EHP using grid electricity.

해양플랜트 설비의 비상전원공급을 위한 태양광 발전시스템 연구 (Study of a Photovoltaic System as an Emergency Power Supply for Offshore Plant Facilities)

  • 최군환;이병호;정노택;신규보
    • 한국해양공학회지
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    • 제32권4호
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    • pp.279-286
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    • 2018
  • The use of eco-friendly energy in the offshore plant system is expanding because conventional generators are operated by fossil fuel or natural gas. Eco-friendly energy, which replaces existing power generation methods, should be capable of generating the power for lighting protection equipment, airborne fault indication, parameter measurement, and others. Most of the eco-friendly energy used in offshore plant facilities is solar and wind power. In the case of using photovoltaic power, because the structure must be constructed based as flat solar panels, it can be damaged easily by the wind. Therefore, there is a need for a new generation system composed of a spherical structure that does not require a separate structure and is less influenced by the wind. Considering these characteristics, in this study we designed, fabricated, and tested a unit that could provide the most efficient spherical photovoltaic power generation considering wind direction and wind pressure. Our test results indicated that the proposed system reduced costs because it did not require any separate structure, used eco-friendly energy, reduced carbon dioxide emissions, and expanded the proportion of eco-friendly energy use by offshore plant facilities.

100kW급 연료전지 열관리 시스템 실도로 운전조건 해석적 연구 (Analytic study on thermal management operating conditions of balance of 100kW fuel cell power plant for a fuel cell electric vehicle)

  • 이호성;이무연;조중원
    • 한국산학기술학회논문지
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    • 제20권2호
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    • pp.1-6
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    • 2019
  • 본 연구의 목적은 100kW급 연료전지 시스템의 열관리 성능을 실도로 운전조건에서 분석하여, 성능 해석 모델링을 개발하는 것이다. 개발된 모델을 적용하여, 열관리 시스템의 운전조건 변화에 따른 성능 변화를 고찰하고자 한다. 해석 모델링은 핵심부품들에 대한 성능 평가 데이터를 바탕으로, 성능에 영향을 주는 변수들로 개발하였다. 개발된 연료전지 열관리 시스템 해석 모델링으로 다양한 실차 운전조건에서의 최적 열관리 시스템에 대한 전력소비량을 분석하였다. 주요하게, 연료전지 열관리시스템 핵심부품(워터펌프, 냉각 팬, 3 Way Valve, 라디에이터)에 대한 성능 특성 분석 후 모델링을 진행하였다. 개발된 모델링으로 운전조건에 따른 유량 예측을 하였고, 실험값과 예측값과의 비교분석을 통하여서, 해석 모델링에 대한 검증을 진행하였다. 과도해석을 통하여서, 냉시동시 냉각수 온도가 특정온도까지의 소요시간을 예측하였다. 스택 운전조건에서 스택 입출구 온도가 적정 수준에서 움직이기 위한 열관리 시스템 운전조건에 대한 예측을 진행하였다. 그 결과를 바탕으로, 소모전력과 열방출량과의 비교분석을 하였다. 개발된 해석 모델링은 핵심부품들의 성능 변화시 연료전지 시스템 운전에 대한 영향도를 분석할 수 있도록 활용할 예정이다.

5kW 급 MCFC 발전시스템 촉매연소기의 유동 및 연소 특성에 대한 수치적 연구 (A Numerical Study on the Internal Flow and Combustion Characteristics of the Catalytic Combustor for the 5kW MCFC Power system)

  • 김종민;이연화;김만영;김형곤;홍동진;조주형;김한석;안국영
    • 대한기계학회:학술대회논문집
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    • 대한기계학회 2008년도 추계학술대회B
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    • pp.3049-3052
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    • 2008
  • MCFC(molten carbonate fuel cell) power generation system is prime candidate for the utilization of fossil based fuels to generate ultra clean power with a high efficiency. In the MCFC power plant system, a combustor performs a role to supply high temperature mixture gases for cathode and heat for reformer by using the stack off-gas of the anode which includes a high concentration of $H_2O$ and $CO_2$. Since a combustor needs to be operated in a very lean condition and to avoid excessive local heating, catalytic combustor is usually used. The catalytic combustion is accomplished by the catalytic chemical reaction between fuel and oxidizer at catalyst surface, different from conventional combustion. In this study, a mathematical model for the prediction of internal flow and catalytic combustion characteristics in the catalytic combustor adopted in the MCFC power plant system is suggested by using the numerical methods. The numerical simulation models are then implemented into the commercial CFD code. After verifying result by comparing with the experimental data and calibrated kinetic parameters of catalytic combustion reaction, a numerical simulation is performed to investigate the variation of flow and combustion characteristics by changing such various parameters as inlet configuration and inlet temperature. The result show that the catalytic combustion can be effectively improved for most of the case by using the perforated plate and subsequent stable catalytic combustion is expected.

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외부 개질형 평판형 고체 산화물 연료전지 시스템 구성법에 따른 효율특성 (A Case Study of Different Configurations for the Performance Analysis of Solid Oxide Fuel Cells with External Reformers)

  • 이강훈;우현탁;이상민;이영덕;강상규;안국영;유상석
    • 대한기계학회논문집B
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    • 제36권3호
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    • pp.343-350
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    • 2012
  • 본 연구에서는 외부 개질기에 열원을 공급하기 위한 시스템 내에 가용한 열에너지의 활용 및 확보에 대한 해석을 위해서 외부 개질기를 연계한 평판형 SOFC 시스템의 해석 모델을 구축하고자 한다. 이러한 해석을 위한 모델 구축을 위해 Matlab simulink$^{(R)}$ 기반의 ThermoLib module을 사용하였으며, 구축된 해석 모델을 통하여 시스템의 성능 향상을 위한 구성 기법에 대해서 연구를 하였다. 시스템 구성 방법은 기존 시스템의 layout을 바꾸기 위해 공기극 출구가스 재순환 및 외부개질기와 촉매연소기를 통합한 개질반응시스템 적용, 개질기에 공급되는 혼합연료의 예열, 연료극 출구가스의 응축을 통한 연료 농도 향상 등을 고려하였다. 시뮬레이션의 해석 결과에서는 SOFC 시스템에 있어서 일반 연소기를 적용한 기준 시스템에 비하여 촉매 연소기를 사용한 시스템의 전기 효율이 12.13% 향상되었으며, 연료극 출구 가스를 응축시켜 버너로 연소시킨 시스템에서는 열효율이 76.12%로 가장 높았다.

2 모듈 스택을 이용한 5kW급 SOFC 시스템 운전결과 (Operation Results of a 5kW-Class SOFC System Composed of 2 Sub-Module Stacks)

  • 이태희;최미화;유영성
    • 한국수소및신에너지학회논문집
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    • 제22권5호
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    • pp.609-615
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    • 2011
  • A 5 kW class SOFC system for cogeneration power units was consisted of a hot box part and cold BOPs. High temperature components such as a stack, a fuel reformer, a catalytic combustor, and heat exchanges are arranged in the bot box considering their operating temperatures for the system efficiency. The hot box was made of ceramic boards for the thermal insulation. A 5 kW class SOFC stack was composed of 2 sub-modules and each module had 64 cells with $15{\times}15cm^2$ area and stainless steel interconnects. The 5 kW class SOFC system was operated with a hydrogen and a city gas. With a hydrogen, the total power of the stacks was about 7.1 kWDC and electrical efficiency was about 49.3% at 80 A. With a city gas, the total power of the stacks was about 5.7 $kW_{DC}$ and electrical efficiency was about 38.8% at 60 A. Under self-sustained operating condition, the system efficiency including a power conditioning loss and a consumed power by BOPs was about 30.2%.