GE 신에너지

연료전지의 일반적인 특징

연료전지는 화석연료를 직접 태우는 대신, 수소와 산소의 화학 반응을 통해 전기를 생산하는 친환경 에너지원입니다. 연소 과정이 없기 때문에 대기 오염 물질 배출이 거의 없고, 소음이 적으며, 높은 에너지 효율을 자랑합니다.

연료전지의 주요 특징:

• 높은 에너지 효율: 열에너지를 회수하여 활용할 수 있어 전체 에너지 효율이 높습니다.
• 친환경성: 연소 과정이 없어 대기오염 물질 배출이 거의 없습니다.
• 연속 발전: 연료가 공급되는 한 지속적으로 전기를 생산할 수 있습니다.
• 저소음: 소음이 적어 주거 지역이나 도시 지역에도 설치가 용이합니다.
• 다양한 연료 사용 가능성: 수소 외에도 천연가스, 바이오가스 등 다양한 연료를 사용할 수 있습니다.

가정용 연료전지 시스템 구성

가정용 연료전지 시스템은 크게 연료전지 스택, 연료 공급 시스템, 전력 변환 시스템, 열 회수 시스템 등으로 구성됩니다.

• 연료전지 스택: 실제로 전기를 생산하는 핵심 부품입니다. 수소와 산소의 화학 반응을 통해 전기를 생성하며, 여러 개의 단위 셀이 쌓여 스택을 이룹니다.
• 연료 공급 시스템: 연료전지에 필요한 수소를 안전하게 공급하는 시스템입니다. 수소 저장 탱크, 수소 정제 장치 등으로 구성됩니다.
• 전력 변환 시스템: 연료전지에서 생성된 직류 전기를 가정에서 사용할 수 있는 교류 전기로 변환하는 시스템입니다.
• 열 회수 시스템: 연료전지 작동 시 발생하는 열을 회수하여 난방이나 온수 공급에 활용하는 시스템입니다.

가정용 연료전지 시스템의 장점

• 고효율: 전기와 열을 동시에 생산하여 에너지 효율을 높일 수 있습니다.
• 친환경: 대기 오염 물질 배출이 적어 쾌적한 주거 환경을 조성할 수 있습니다.
• 에너지 자립: 가정에서 스스로 전기를 생산하여 에너지 자립도를 높일 수 있습니다.
• 정전 시에도 사용 가능: 전력망과 무관하게 작동할 수 있어 정전 시에도 전기를 사용할 수 있습니다.

가정용 연료전지 도입 시 고려 사항

안전성: 수소는 가연성 물질이므로 안전 관리에 대한 철저한 교육이 필요합니다.

초기 설치 비용: 시스템 설치 비용이 비교적 높습니다.

수소 공급 인프라: 수소 공급 인프라가 아직 충분히 구축되어 있지 않아 불편함을 겪을 수 있습니다.

모노폴리스택이란?

모노폴리스택은 연료전지 스택의 한 종류로, 양극판과 음극판 중 하나를 공유하여 제작된 스택을 의미합니다. 일반적인 연료전지 스택은 양극판과 음극판이 각각 분리되어 있는 바이폴라 플레이트(Bipolar Plate)를 사용하는 반면, 모노폴리스택은 양극판 또는 음극판 중 하나를 공유하여 스택을 구성합니다.

모노폴리스택의 특징 및 장단점

• 장점:
  • 제작 단순화: 바이폴라 플레이트를 사용하는 일반적인 스택에 비해 제작 과정이 간단하고, 제작 비용을 절감할 수 있습니다.
  • 경량화: 부품 수가 줄어들어 스택의 무게를 줄일 수 있습니다.
  • 고밀도 적층: 공간 효율성이 높아 더 많은 셀을 적층할 수 있습니다.
• 단점:
  • 성능 저하: 양극판 또는 음극판을 공유하기 때문에 성능이 일반적인 스택보다 다소 저하될 수 있습니다.
  • 내구성 문제: 공유된 전극에서 국부적인 전류 밀도가 높아져 부식이 발생하거나 성능이 저하될 가능성이 있습니다.
  • 가스 누출 가능성: 가스 밀봉이 어려워 가스 누출이 발생할 가능성이 있습니다.

모노폴리스택의 종류

• 단일 모노폴: 양극판 또는 음극판 중 하나만 공유하는 방식
• 이중 모노폴: 양극판과 음극판 모두 공유하는 방식

모노폴리스택의 활용 분야

모노폴리스택은 주로 소형 연료전지 시스템이나 특수한 환경에서 사용됩니다. 예를 들어, 드론, 로봇 등의 소형 기기에 적용되어 경량화와 소형화를 구현하는 데 활용될 수 있습니다.

연료전지 설비는 수소 등의 가연성 물질을 사용하고 고온, 고압의 환경에서 작동하기 때문에 안전 확보가 매우 중요합니다. 이를 위해 다양한 보호 장치, 비상 정지 장치, 모니터링 설비가 설치되어 운전 중 발생할 수 있는 위험을 사전에 감지하고 대처합니다.

1. 보호 장치

• 과전류 보호 장치: 연료전지에 과도한 전류가 흐를 경우, 시스템을 보호하기 위해 자동으로 전원을 차단합니다.
• 과압력 보호 장치: 연료 가스 또는 공기의 압력이 설정값을 초과할 경우, 안전밸브 등을 통해 압력을 해소하거나 시스템을 정지시킵니다.
• 과온도 보호 장치: 연료전지의 온도가 설정값을 초과할 경우, 냉각 시스템을 가동하거나 시스템을 정지시킵니다.
• 누수 감지 장치: 수소, 공기 등의 누수를 감지하여 경보를 발하고 시스템을 정지시킵니다.
• 화재 감지 장치: 화재 발생 시 자동으로 소화 시스템을 작동시키거나 시스템을 정지시킵니다.

2. 비상 정지 장치

• 비상 정지 버튼: 위험 상황 발생 시 운전자가 직접 누르는 비상 정지 버튼입니다.
• 안전 제어 시스템: 다양한 센서 데이터를 기반으로 위험 상황을 판단하고 자동으로 시스템을 정지시키는 시스템입니다.
• 연료 차단 장치: 위험 상황 발생 시 연료 공급을 차단하여 추가적인 사고를 방지합니다.
• 냉각수 차단 장치: 위험 상황 발생 시 냉각수 공급을 차단하여 시스템 손상을 방지합니다.

3. 모니터링 설비

• 온도 센서: 연료전지의 각 부분 온도를 측정하여 이상 유무를 감시합니다.
• 압력 센서: 연료 가스, 공기 등의 압력을 측정하여 이상 유무를 감시합니다.
• 유량 센서: 연료 가스, 공기 등의 유량을 측정하여 이상 유무를 감시합니다.
• 전압/전류 센서: 연료전지의 전압과 전류를 측정하여 성능을 감시하고 이상 유무를 판단합니다.
• 가스 센서: 수소, 일산화탄소 등 유해 가스 누출을 감지합니다.
• 진동 센서: 설비의 진동을 측정하여 이상 유무를 감시합니다.
• SCADA 시스템: 상위 감시 제어 시스템으로, 다양한 센서 데이터를 수집하고 분석하여 시스템 상태를 실시간으로 모니터링하고 제어합니다.

모니터링 데이터 활용

수집된 모니터링 데이터는 다음과 같이 활용됩니다.

안전 관리: 이상 징후를 조기에 감지하여 안전 사고를 예방합니다.

고장 예측: 데이터 분석을 통해 고장 발생을 예측하고 사전에 조치를 취함으로써 시스템 가동률을 향상시킵니다.

성능 평가: 연료전지 시스템의 성능을 평가하고 최적화하기 위한 데이터를 제공합니다.

운전 최적화: 실시간 데이터를 기반으로 시스템 운전 조건을 최적화하여 효율을 높입니다.