연료전지


연료전지는 수소와 산소의 화학반응으로 생기는 화학에너지를 직접전기에너지로 변환시키는 기술이다

\[H_2+\frac{1}{2}O_2\to H_2O + 전기\]

생성물이 전기와 순수인 발전효율이 30~40%, 열효율 40% 이상으로 총70~80%의 효율을 갖는 신기술이다.

연료전지 발전원리

1)전지원리

  • 연료 중 수소와 공기 중의 산소가 전기 화학 반응에 의해 직접 발전하는 방식이다
  • 연료극에 공급된 수소는 ㄱ 수소이온과 전자불니-> ㄴ 수소이온은 전해질 층을 통해 공기극으로 이동하고 전자는 외부회로를 통해 공기극으로 이동->ㄷ 공기극쪽에서 산소이온과 수소이온이 만나 반응생성물을 생성=>최종적인 반은은 수소와 산소가 결합하여 전기, 물 및 열이 생성된다.

2)System구성

  • 개질기
    천연가스 등에서 수소를 걸러내는 장비
  • 연료전지
    수소와 산소를 결합시켜 물과 열을 만들어내고 열을 전기에너지로 만들어 내는 설비
  • 인버터
    직류 부하에서 사용하는 교류로 바꾸어 내는 설비

종류

구분인산형용융탄산염형고체전해질형
전해질인산탄산염지르코니아
온도170~200[℃]650[℃]1,000[℃]
연료LPG,LNG등LNG등LPG등
발전효율40[%]45~55[%]45~55[%]
특징저,고용량 대응저용량에 부적합고용량에 부적합
과제COST저감수명연장세라믹 기술
사용시기1993년부터2000년부터2005년부터

특징

1)장점

  • 부하의 응답성이 높다
  • 에너지 변환 효율이 높다
  • 송전손실이 낮다
  • 환경오염이 적다
  • 공사기간이 단축된다
  • 입지의 제약이 적다

2)단점

  • 발전소 건설비용이 높다
    기존 화력발전소는 [kw]당 1,200[$]소요되나, 연료전지는 3,000[$]이상 필요
  • 연료전지의 수명과 신뢰성을 향상시키는 기술적 연구 개발 필요

향후전망

  • 가정용 : 수~수십[kw]정도, 도시가스 이용 전력과 열 생산
  • 호텔, 병원 등 : 수십~수천[kw]정도, 열원 이용 발전효율 증대 및 Peak-Cut
  • 분산형 전원 : 수천~수만[]정도, 수용가 인근에 설치하여 전력비 절감
  • 화력발전 대체용 : 수백[Mw]이상 규모로 석탄의 친환경 이용 및 첨주부하 제어용으로 적용
  • 기타 : 자동차 동력원, 이동용 전원 등에 이용
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신재생에너지의 개념 및 종류
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