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에너지 이야기
신재생에너지란?
  • 경기도에너지센터 031-500-3300
  • 북부사무소 031-853-7802~5

신·재생에너지란?

  • 연료전지

    연료전지기술

    • 연료전지는 수소와 산소의 화학반응으로 생기는 화학에너지를 직접 전기에너지로 변환시키는 기술
    • H2+ 1/2O2→ H2O + 전기
    • 생성물이 전기와 순수(純水)인 발전효율 30~40%, 열효율 40% 이상으로 총 70~80%의 효율을 갖는 신기술임

    연료전지 발전원리(단위전지)

    • 연료중 수소와 공기중 산소가 전기 화학 반응에 의해 직접 발전
    • 연료극에 공급된 수소는 수소이온과 전자로 분리
    • 수소이온은 전해질층을 통해 공기극으로 이동, 전자는 외부회로를 통해 공기극으로 이동
    • 공기극 쪽에서 산소이온과 수소이온이 만나 반응생성물(물)을 생성
    • 최종적인 반응은 수소와 산소가 결합하여 전기, 물 및 열생성

    연료전지의 반응과정(예)

    연료전지의 반응과정

    연료전지의 종류

    • 전해질 종류에 따라 연료전지를 구분
      구 분 알카리
      (AFC)
      인산형
      (PAFC)
      용융탄산염형
      (MCFC)
      고체산화물형
      (SOFC)
      고분자전해질형
      (PEMFC)
      직접매탄올
      (DMFC)
      전해질 알카리 인산염 탄산염 세라믹 이온교화막 이온교환막
      동작온도(℃) 120이하 250이하 700이하 1,200이하 100이하 100이하
      효율(%) 85 70 80 85 75 40
      용 도 우주발사체 전원 중형건물
      (200㎾))
      중·대형건물
      (100㎾~㎿)
      소·중·대용량
      발전(1㎾~㎿)
      가정·상업용
      (1~10㎾)
      소형이동
      (1㎾ 이하)
      특 징 - CO 내구성 큼,
      열병합대응 가능
      발전효율 높음,
      내부개질 가능,
      열병합대응 가능
      발전효율 높음,
      내부개질 가능,
      복합발전 가능
      저온작동
      고출력밀도
      저온작동
      고출력밀도
    • ※AFC(Alkaline Fuel Cell), PAFC(Phosphoric Acid FC), MCFC(Molten Carbonate), SOFC(Solid Oxide), PEMFC(Polymer Electrolyte Membrane), DMFC(Direct Methanol) → 순서대로 기술발전 단계임

    연료전지 발전시스템 구성도

    개질기(Reformer)

    • 화석연료(천연가스, 메탄올, 석유 등)로 부터 수소를 발생시키는 장치
    • 시스템에 악영향을 주는 황(10ppb이하), 일산화탄소(10ppm이하) 제어 및 시스템 효율향상을 위한 compact가 핵심기술

    스택(Stack)

    • 원하는 전기출력을 얻기 위해 단위전지를 수십장, 수백장 직렬로 쌓아 올린 본체
    • 단위전지 제조, 단위전지 적층 및 밀봉, 수소공급과 열회수를 위한 분리판 설계·제작 등이 핵심기술

    전력변환기(Inverter)

    • 연료전지에서 나오는 직류전기(DC)를 우리가 사용하는 교류(AC)로 변환시키는 장치

    주변보조기기(BOP: Balance of Plant)

    • 연료, 공기, 열회수 등을 위한 펌프류, Blower, 센서 등을 말하며, 연료전지에 특성에 맞는 기술이 미비함전해질 종류에 따라 연료전지를 구분 목록

    주변보조기기

    [자료출처 : 한국에너지공단 신재생에너지센터]