연료전지

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연료전지 본체는 직류 전기를 발전하는 핵심장치로서 필요 용량에 따라 한 개 또는 여러 개의 스택
으로 구성된다. 연료전지의 기본인 단위전지(Single cell)를 수십 내지는 수백장을 적층시켜 적정 전
기용량을 발전할 수 있는 하나의 뭉치를 스택(Stack) 이라 한다.
연료처리장치는 연료 개질기라고도 불리워지며 천연가스, 도시가스 등의 기체연료 또는 메탄올, 압
사 등의 액체연료를 개질하여 연료전지에서 사용할 수 있도록 수소를 주성분으로 하는 연료로 제조
하는 장치로 연료 전지의 전체시스템의 시정수를 좌우하는 부분이다.
공기공급장치는 연료전지 본체의 공기극과 산화제로 사용되는 공기를 공급한다. 시스템 제어장치는
플랜트의 기동/ 정지/ 발전운전 등의 동작모드를 모두 제어하고 전지본채의 연료와 공기의 공급량과
전지와의 온도를 조절하며 전체 시스템의 동작 균형에 맞게 전력 변환장치에 출력명령을 지시하는
복합적인 동작을 수행하여야 한다.
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전력변환장치는 연료전지가 발전하는 직류전력을 안정된 교류 전력으로 변환시키는 역할을 한다.
특히 연료전지용 전력변환장치는 연료전지와 전력계통과의 인터페이스를 만족하여야 한다. 연료전지
는 출력전류가 증가하게 되면 단자 전압이 20-30%정도 떨어지는 특성이 있고 같은 부하에 대해서
도 연료공급과 반응온도에 따라서 전지전압이 역시 변화한다. 또한 운전시간이 오래 경과함에 따라
전지의 성능 상태가 떨어지게 되어 초기특성에 대해 10%정도의 전압강하를 사전에 고려해야 한다.
따라서 전력변환장치는 이러한 여러 전압 변동요소들에 대해 출력전압을 일정하게 유지할 수 있도
록 하는 전지의 전압 변동 추종 능력을 갖고 있어야 한다.
또한 전력변환장치는 전지성능을 저하시키는 여러 요인을 억제시켜야 하는데 예로서 연료전지는 부
하 급변과 전류리플이 큰 경우 특성이 떨어지며 무부하상태의운전을 장시간 계속하는 경우 역시 성
능 저하가 온다. 따라서 전지 출력에 보조저항을 접속하거나 부하 급변 억제용 백업전원을 설치하는
등의 회로 구성과 운전방식이 필요하다. 그리고 연료전지에 역전류가 흐르는 경우는 전해질에 손상
을 주므로 이의 방지 역시 필요로 한다.
계통에 연결하는 경우는 계통의 전압변화를 추종할 수 있는 특성과 유효전력제어가 가능하여야 하
며 계통에 가능한 고조파를 유입시키지 않도록 해야 된다. 연료전지는 단위전지가 저전압 대전류의
특성을 가지므로 전력변환장치는 항상 승압의 기능이 포함되게 된다.
또한 열(熱) 회수 및 공급기는 발전시의 반응열을 회수하여 필요시에 사용함으로써 열병합발전이 가
능하다. 여기에서 회수된 열의 일부는 연료개질기에서 필요한 열원으로 사용되기도 한다.

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