10kW 급 연료극 배기가스 재순환 고체산화물연료전지 (SOFC) 시스템 의 에너지 밸런스 분석

Abstract

고체 산화물 연료전지 (SOFC) 시스템을 건물용 발전으로 활용할 경우 장점은 다음과 같다. 1)시스템의 효율이 높고 다른 화석연료 발전기보다배기가스 및 C02 배출량이 낮다. 2) 에너지원으로LNG 만을 사용하기 때문에 기존의 가스배관을 사용할 수 있다. 3) 시스템의 폐열을 활용할 경우 전기 수요와 열 수요를 동시에 충당할 수 있다. 4)고온에서 가동되기 때문에 연료의 종류에 따른 제약이 적어 다양한 화석 연료를 사용할 수 있다.연료전지 시스템의 고효율 및 고출력을 얻기위해서는 시스템의 운전조건을 최적화해야 한다.특히, 스택 후단의 AnodeOff-gas를 재순환할 경우，시스템의 효율올 높아지지만 재순환에 따른 시스템의 안정성을 파악해야 한다. 이러한 시스템 분석을 실험을 통해 다양한 조건의 시스템 운전조건을 파악하기 위해서는 많은 시간과 자원이 소모된다. 따라서，시뮬레이션을 통한 시스템 운전에 대한 결과 예측은 좋은 대안이 될 수 있다. 물론 기존에 다양한 연구가 이미 진행되어 왔다. P.Lisbona 둥(1>은 lkW 0-D SOFC 스택모델을 이용해다양한 운전조건이 시스템의 성능 열효율에 미치는 영향을 분석하였다. S. Wahl 등⑵은 2-D 10kWSOFC 시스템 모델을 개발하고 연료 조성에 따른시스템 결과를 분석하였다. P. Kazempoor 등(3시은셀 모델을 이용해 실제 건물의 에너지 부하에 따른 SOFC 시스템의 성능과 효율을 분석하였다. 위의 다양한 연구에서 시스템의 출력과 효율에 대한Anode Off-gas 의 영 향에 대한 연구는 부족하다.본 연구에서는 BoP (개질기，열교환기，버너，블로워)를 포함한 10kW 건물용 SOFC 시스템을 1-D모델로 개발하고 검중하였다. 검증된 모델을 이용해 최적 운전 조건을 찾고 최적 운전조건에서의시스템 에너지 밸런스를 분석하였다.