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한국전력공사 전력연구원 신재생에너지연구소에너지저장연구 실장 유영성

Smart Energy Creator KEPCO

I. 연료전지 기술의 특징

II. 원리 및 주요 구성

III. 연료전지 종류

IV. 연료전지별 기술 분석

1. 인산형 연료전지(PAFC)

2. 고분자형 연료전지(PEMFC)3. 용융탄산염 연료전지(MCFC)4. 고체산화물 연료전지(SOFC)

V. 연료전지 신시장 및 활용

VI. KEPCO의 P2G(수소에너지) 및

SOFC, PEMFC 개발 현황 및 향후 계획

2018년 기준, 신재생에너지 생산량 : 17,799천toe (전년대비 8.21% 증가)

☞ 1차에너지 대비 공급비중 : 5.79% (전년 5.45% 대비 0.34% 증가)

재생에너지 17,061천toe (5.55%), 신에너지 739천toe (0.24%)

[출처] 2018년도 신재생에너지 보급통계 잠정치 (한국에너지공단)

8차 수급계획• 수급안정/경제성+환경성/안전성• 수요관리최우선강화

2

5.5 5.79 (2018년)

2.5 2.62.8

3.2

4.84.6

4.13.5

• 재생에너지및LNG확대• 소규모분산형전원확산

천toe

1. 연료전지 기술의 특징

� 친환경에너지

� 연료전지는 연소과정이 없어 SOx, NOx 발생이 거의 없고 발전기 구동축이 없어 소음이 적음

� 타 신재생에너지와 비교

� 신재생에너지원중 기후조건과 무관하게 가장 안정적인 설비운영과 양질의 전력 공급

- 전기뿐아니라 배열로 냉난방, 온수공급 가능

� 입지선정이 자유롭고 민원의 발생 우려가 없으며 최소공간에 설치가능

- 연료전지는서울 상계주공단지, 상암 노을공원등도심지에 친환경발전소로가동중임

� 반면, 태양광과 풍력은 재생에너지로 발전하는데 반해 연료전지는 화석연료인 LNG를 사용

구분 (1MW 기준) 연료전지 태양광 풍력

이용률 (%)90%

(7,884MWh)15%

(1,314MWh)25%

(2,190MWh)

설치면적(m2) 250 10,000 20,000

▶ NOx(ppm)

▶ SOx(ppm)

▶ CO2(g-c/kWh)

▶ 소음(dB(A))

1~2

100 이상

45 이상

1,400 이상 250 이상

110

175

235

185 180

0.01 미만

65

100 105 110

3

출처 : Advancing Europe’s energy systems : Stationary fuel cells in distributed generation (2015.03. Roland Berger Strategy Consultants). Sponsored by FCH JU

� 분산형 전원(연료전지)의 보급으로 전력공급의 안정화와 비용 절감, 친환경 달성

� 발전효율과 송전손실 저감으로 27%이상의 1차 에너지 절약 (전기 + 열 동시생산)

활용 예(DE+UK+IT+PL)

출처 : Electrochemistry in energy applications: policy drivers, commercial opportunities and research challenges, presented by Prof. Nigel Brandon at 2015 SOFC-XIV

4

� 1차전지 (battery): 망간전지, 수은전지, 산화은전지, 알카라인전지

� 2차전지 (battery): “충방전식“– 납축전지, 니켈카드듐전지, 니켈수소전지, 리튬이온전지,

리튬폴리머전지

* 레독스플로배터리(RedOx flow battery) : VRFB, Zn-Br FB

** (액체(고분자)�고체산화물 전해질) : NaS, Na-NiCl2(Zebra(FIAMM), Durathon(GE))

� 3차전지 (fuel cell): “연속방전식(발전)”(FC) � 가역적연료전지 (Reversible fuel cell, RFC)

- 알카리형 연료전지(AFC), 인산형 연료전지(PAFC), 고분자형 연료전지(PEMFC),

용융탄삼염 연료전지(MCFC), 고체산화물 연료전지(SOFC)

� 전지 명칭은 활성물질/전극, 전해질(electrolyte)로 정해짐 � 산화및환원 반응 (전지 반응)

- 물질의 전기전도도 : σ = σe + σh + σion (σLi++ σNa++ σO-2 + ...)- 전해질 정의 ? 액체, 고체

- 전해질(액) (electrolyte)의 역할 : 이온전달의 경로, 전지의 사용 중에 안정성을 지녀야 함

� ionic conductivity & stability � 명칭 : solid state Ionics (cf. Ioniq)

� 액체인 경우, 일반적으로 “염 (salt)”과 “용매 (solvent)”로 구성

* 납축전지의 전해질 : H2SO4(aq), Alkaline/Ni-Cd/Ni-MH의 전해질 : KOH (aq)

5

~ 78%

- 전지내부저항 +분극저항 : 5%

- 개질기 (CH4�H2) 소모 : 5%

- 소내전력소모(펌프 등) : 5~10%

- 연료이용율 저하 요인 : 5%

- 전력변환기(PCS) :

DC�AC : 5~7%

40~60 %

Electricity to Grid

8

2017년 기준 : 총250MW이상

고정형 (발전용) 연료전지 80~90% 보급 규모 (‘15~’19년) 및 수송형 지속 증가 중

[출처] 연료전지 시장의 현재와 미래 112호 (삼정KPMG)

☞ 발전용 연료전지 : 250MW(24개소이상), 건물·가정용 연료전지 : 1.5MW

10

0

100

200

300

8 9 10 11 12 13 14 15 16 17

(단위 : MW)

연도

251(2017년)

8.4

57.2

171

2016년 기준 : 총 500 MW 이상 (약 16억 USD (약 1조9천억원) 시장 규모)

2019년 미국 DOE 연구비 → 연료전지 30M USD (350억원), 수소 43M USD (500억원)

[출처] US DOE Annual Merit Review 보고서 2018

☞ 약2016년 이후 수송형 규모(약 60%)가 고정형을 앞섬

11

(단위 : MW)

2019년 DOE 연료전지 연구비총 30M USD (350 억원)

2019년 DOE 수소 연구비총 43M USD (500 억원)

2. 연료전지 원리 및 주요 구성

(출처: 포스코에너지 )12

구 분 PAFC (PEMFC) MCFC SOFC

구성

연료 H2 H2 CH4 CH4, Syngas

작동온도 250oC 100oC 650oC 700~1000oC

적용 시기(상용화) 현재 현재 현재 2017년 이후(개발중)

효율(LHV) 47% 47% 47% 58%

생산 Capacity 60 MW/year 50 MW/year90 MW/year(미국)100 MW/year(국내)

-

이 용 율 95% 94% 90% -

시스템적용성

장점� Cell 수명 김� 효율감소율 적음� CO 제거 용이

� 장치 및 운전 간단� Cold Start 시간 짧음

� MW급 장비 상용화� 370℃ 배기가스 사용

� Syngas 직도입� 전처리 설비 최소� 발전효율 높음

단점� 기존 설비 개조 필요

(H2 연료 도입)� 가스전처리 공정

� Cell 수명 짧음� 고순도 수소 필요� 가스 전처리 공정

� 메탄화 공정 필요� DI 및 용수 사용� Cold Start 시간 김

� 현재 연구개발 중

13

3. 연료전지의 종류

구분

저온형 연료전지 고온형 연료전지

인산형 고분자 전해질형 용융탄산염형 고체산화물형

PAFC(Phosphoric Acid FC)

PEMFC(Proton Exchange

Membrane FC)

MCFC(Molten Carbonate FC)

SOFC(Solid Oxide FC)

전해질 인산수용액(H3PO4)

고분자막(Polymer Membrane)

용융탄산염(Li2CO3, K2CO3)

안정화지르코니아

(ZrO2 -Y2O3)

촉매 백금 백금계 니켈, 니켈합금니켈/Zirconia,

cermet

사용연료천연가스, 수소

LPG,바이오가스

천연가스, 수소LPG, 등유, 수소

천연가스,LPG

천연가스,LPG,

석탄가스

작동온도(℃) 약 200 80~100 약 650 600~1000

전기효율(%) 40~50 40~50 45~60 50~60

전해질

통과이온

수소이온(H+)

(연료극→공기극)

수소이온(H+)

(연료극→공기극)

탄산이온(CO3

2-)(공기극→연료극)

산소이온(O2-)

(공기극→연료극)

용도 건물용, 분산전원가정용, 수송용,

분산발전분산발전 건물용, 분산발전

특징 고내구성,열병합 가능

저온작동,고출력밀도

높은 발전효율,열병합 가능

높은 발전효율,복합발전 가능

3. 연료전지의 종류

14

3. 연료전지 종류별 작동원리

*연료전지란? 수소와 산소의 화학 반응에 의해 전기에너지를 생산하는 장치로, 수소를 이온화시켜 전류가흐르게 한 후, 산소와 결합시켜 물을 만듦

(1) 음극에서의 반응 : H2 →1/2H+＋2e-

(수소의 산화 반응)

(2) 양극에서의 반응 : 1/2O2＋ 2H+＋ 2e-→ H2O

(산소의 환원 반응)

15

3. 연료전지 종류별 작동반응식

16

B. C. H. Steele and A. Heinzel, Nature 414, 345 (2001)

• 화석 연료는 물론 수소 연료로부터 초고효율 발전 가능• 셰일가스 상용화 � golden age of gas: 화석연료의 고효율 발전• 합성수소 에서 재생수소로의 전환기에 병용이 가능한 발전 기술• 화석연료의 고효율 발전 � 재생수소 기반 재생에너지로 발전 단계

17

장점: 높은 기술적 성숙도, 우수한 신뢰성과 안정성, 비교적 저렴한 전해질(H3PO4)

단점: 고가의 Pt 촉매 사용, CO와 S에 의한 촉매 피독, 액체 전해질의 지속적 재충전 필요

제작사: Doosan Fuel Cell America(’14.7 Clear Edge Power 인수), Fuji Electric

4.1 발전용 연료전지 기술분석_PAFC

1. 수소연료가 Anode로 유입되어 이곳에서수소이온과 전자로 분리

2. 수소이온은 전해질을 통해 Cathode로 이동

3. 전자는 전기회로로 이동하여 전기 생산

4. 공기중의 산소는 수소이온과 결합하여

순수한 물과 열이 발생함.

화학반응식

Anode: 2H2 � 4H+ + 4e-

Cathode: O2 + 4e- + 4H+ � 2H2O

Total/Net: 2H2 + O2 � 2H2O

Wasteheat

Fuel(Hydrogen)

ANODE

CATHODE

Electrons Electrons

heat

(Air)

Oxygen

Water

Platinumcatalyst

Electrolyte

H+(hydrogen

ions)

Waste

18

내부열교환기를통해온수발생:

• 230 kW (출력온도 120°C )

• 250 kW (출력온도 60°C )

전기출력:

400 kW

480V

60 Hz

연료개질부 (Fuel Processor)

LNG를수소로변환Fuel Cell Stack

수소와산소로부터전기생산

전력제어부(Power Conditioner)

연료사용량:

• Natural gas

LHV (1000KW)

Doosan Fuel Cell America (Model 400 System)


19

Doosan Fuel Cell America (Model 400 System)

Design Features

• 10 year cell stack life

• Grid-independent operation

• Electric load following

• Multi-megawatt capacity

• Low pressure natural gas fuel

• Low noise and vibration

• Ultra-low emissions (CARB 2007 Certified)

• Certified to ANSI FC-1, UL1741

Performance• Leverages over 50 years of fuel cell technology wi

th 20 years field experience

• Over 1,300,000 hours of field operation• Fleet availability 97% -12 month rolling average

• No shutdown required for planned maintenance

Output and Efficiency

• 400 kW baseload electric output

• 1.5 MMBtu/hr heat output

• 42% electrical efficiency

• 90% system efficiency


20

• 안양평촌 GS파워 발전소

Site내 설치

• 400kW x 12대 (4.8MW)

• 열출력 : 5.2Gcal/h

• 가동율92% (최대 97%)

• 설치면적 : 약 900㎡

• 사업모델 : 발전차액 적용

• 세계 최대 규모의 PAFC

발전용 연료전지 Site

국내 주요적용사례 : GS-Power (Anyang Site)

21


장점: 높은 전력밀도, 짧은 기동-정지 시간, 낮은 작동 온도 - 이동형 전원에 적합

단점: 고가의 Pt 촉매와 고분자막을 사용, 능동적인 물 관리 필요, CO와 S에 의한 촉매 피독

용도: 차량용, 보조전원용, 가정용 마이크로 열병합발전(CHP)용 등 다양한 활용 분야

제작사: Ballard, Hydrogenics

4.2 발전용 연료전지 기술분석_PEMFC

(출처: 한밭대 연료전지 자료)

22

23


24


4.3 발전용 연료전지 기술분석_MCFC

Matrix (LiAlO2 )

Electrolyte (Li2CO3/K2CO3)

Water

Current

Collector

Hydrogen + CO2

+ H2O

Anode

CO3-2

Current

Collector

Oxygen

from the Air + CO2

Electrical

Circuit

e-

Cathode

Matrix (LiAlO2 )

Electrolyte (Li2CO3/K2CO3)

Water Water

Current

Collector

Hydrogen + CO2

+ H2O

Anode

CO3-2

Current

Collector

Oxygen

from the Air + CO2

Electrical

Circuit

Electrical

Circuit

e-e-

Cathode

ANODE : H2 + CO3-2 = H2O + CO2 + 2e-,

CATHODE : CO2 + ½ O2 + 2e- = CO3-2

TOTAL : H2 + 1/2O2 + CO2 (cathode) = H2O + CO2 (anode)

Operation = 650oC

Electrode

Separator

(Current collector)

Matrix /

Electrolyte

장점: 대용량, 비귀금속 촉매 사용 가능, 고온의 폐열 생산(열병합 발전에 유리)

단점: 부식성 전해질 사용, 장기 운전시 성능저하 발생, 재료부식

제작사: Fuel Cell Energy(FCE), POSCO Energy

25

26


� ㈜경기그린에너지에서 세계 최대 58.8MW MCFC 시스템

설치장소설치모델

(MCFC)가동일

정격

용량

서부발전

(서인천)DFC 3000 4대 2014.10 11.2MW

경기그린에너지

(경기 화성)

DFC 3000 21

대2014.01 58.8MW

동서발전

(울산)DFC 3000 2013.01 2.8MW

동서발전

(경기 일산)DFC 3000 2013.03 2.8MW

서울

어린이대공원BAFC 100 2012.01 100kW

서울

서북병원BAFC 100 2012.01 100kW

MPC 율촌

(전남 여수)DFC 3000 2대 2012.01 5.6MW

� 서부발전 서인천 11.2MW MCFC 시스템 (2014.10 운전시작)[최근 2년 설치 현황]

27


장점: 고효율, 사용연료 선택폭 높음, 관리가 용이한 고체 전해질 사용, 높은 전력밀도

단점: 기밀 문제 상존, 개발 완성도 낮음

SECA 프로그램( ), NEDO 프로그램( ) 등 정부 주도의 대규모 연합 기술개발 프로젝트 진행 중

제작사: LGFCS, Bloom Energy, MHPS, FCE

4.4 발전용 연료전지 기술분석_SOFC

28

현재판매가격 (2014년기준) :

2,052,000 (20,799,430 ₩)

– 성능• Tokyo gas: 750W, 전체효율 81%• ENEOS: 700W, 전체효율 87%

일본 – ENE FARM (가정용 PEMFC, SOFC)

비상용 발전 및 분산 발전용으로서 수요 급증(후쿠시마 사태 이후)

2011년 10월부터 상용화 시작판매대수 120,000대 이상(~2015), 2020년까지 30만대 이상 판매 목표

29

Rolls-Royce를 M&A 하여 220kW급 가압형 SOFC 개발 MW급으로 SOFC 개발 했었음

30


31


32


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34


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(1) 두산 : PAFC

○ 인산형 연료전지(PAFC)의 세계 1위인 Clear Edge사(미)와 국내 가정용 연료전지(PEMFC) 1위 기업인 Fuel Cell Power를 인수(‘14)하여 중대규모와 가정용급의연료전지 시장진입을 동시 추진

(2) 포스코에너지 : MCFC � 중단?

○ Fuel Cell Energy(미)사 기술도입 2.4MW MCFC 상용화 성공, SOFC는 개발중내부개질형 MCFC 146MW 국내 보급 (전력연구원은 외부개질형 개발)

(3) LG : SOFC � 중단?

○ 미국 롤스로이스(SOFC)사 51%지분(500억) 인수 미국법인 LG Fuel Cell System

설립, 1MW급 분산형 SOFC 발전시스템 개발중

; Bloom Energy사 SOFC �남동 8MW(운전), 동서 100MW(계약), 중부 200MW(“)

37

3.3 국내 발전용 연료전지 기술개발 동향

V. 연료전지 신시장 현황 및 활용

44

데이터 센터 주전원 적용 (세계 최초)• 이베이는 데이터센터의 주전원으로 연료전지 적용

• 이베이의 온라인은 천연가스에 의하여 가동되는 상태

• Bloom Energy사는 Bank of America Merrill Lynch와 함께 연료전지 임대 제도를

운영하기 시작함

• 지역의 전력 그리드를 백업 전원으로 사용

• 이베이는 이를 통해 데이터 센터의 친환경성과 신뢰성 강화 조치라고 주장

• 궁극적으로는 데이터 센터는 잠재적인 블랙아웃에 대비하여 그리드 독립성을 강화할

필요가 있다는 것을 보여 주는 사례

20130926뉴스 릴리스

40

41

FC + PV + Grid (데이터센터)

노스캐롤라이나 소재 애플 플랙쉽 데이터 센터

- (4.8 MW SOFC + 20 MW PV) + grid (40%)

- 각각 연 4200만 kWh, 총 8400만 kWh 발전

* Bloom Energy: 생산 설비 8배 증설

Data Center and Fuel Cells, Analyst View, 20120314태양광/연료전지 면적비: 8.6태양광/연료전지 설치용량비: 4.2 전기 + 열 (냉각)

공공정책과 산업육성

41

• 유기물 분해로 생성되는 메탄은 온실가스이기도하지만, 연료전지의 유용한 에너지원임

• 매립지, 농장, 낙농단지, 하수처리장, 식품가공업체등은 혐기성소화공정을 통해 바이오가스를 생산할수 있는 후보지임

• 에너지 밀도가 높은 바이오가스는 대부분 연소열을이용하여 터빈운전에 사용됨

• 최근, 일부에서는 고온 연료전지에 사용하여온싸이트에서 전력과 열을 생산하고 있음

• 캘리포니아의 Self Generation Incentive Program (SGIP)은 바이오 가스를 사용하는연료전지 시스템에 대해 $4,500/kW를 지원하여천연가스 시스템에 비해 두 배에 가까운 지원을 하고있음

• Directed Biogas (in CA) 제도 적용

The Business Case for Fuel Cells 2012

FC-Biogas

공공정책과 산업육성

42

VI. KEPCO의 P2G(수소에너지) 및

SOFC, PEMFC 개발 현황 및 향후 계획

50

� 재생발전에 의한 전력품질 안정성 저하 방지 및 저장용량 한계 극복 기술 필요

[2022년 재생전력에 의한 전력품질 교란 가능성]

[풍력 및 태양광 발전의 지역적 불균형]

[재생에너지 전력량 및 미활용 전력비율 추이]

• 전력밀도, 전력 저장용량 및 저장기간에서BESS 보다 우수

• 저용량/단주기의 BESS 기술을 보완하여대용량/중장기 전력저장 기술에 적합

• 전력, 가스, 열, 연료가융합된믹스그리드구축

(전남북 지역만 5GW 규모의 태양광 발전설비 계통 미연계)

(hr)

• BESS : Battery Energy Storage System

1. 기술의 개요

53

1. 기술의 개요 _ 수소에너지

(수 전해 = 물 분해)(수 전해 = 물 분해)[전력][전력] [수소] : P2G[수소] : P2G

전기차 � 배터리전기차, 수소연료전지차(융합충전소)전기차 � 배터리전기차, 수소연료전지차(융합충전소)

에너지 산업의 Paradigm 변화: 수소시대의 도래

54

수전해

SOEC*Alkaline* PEMEC*

메탄화생물학적 메탄화

(미생물 활용)

열화학적 메탄화

(촉매활용)

저장고체기체 수소

(상온)

액체 수소

(-253°C)

액상 (LOHC* 또는 암모니아)

연료전지

SOFC(고체산화물)

PAFC(인산염)

MCFC(용융탄산염)

*Liquid Organic Hydrogen Carrier (연구 초기단계)

(수소 저장 액체, 벤젠, 톨루엔 등)

* Proton Exchange MembraneElectrolyte Cell

(고분자 전해셀 방식)

*Solid Oxide Electrolyte Cell(고체 전해질 방식)

PEMFC(고분자전해질 )

수송용, 건물용 발전용건물용, 발전용 발전용, 건물용

저온형 저온형 고온형 고온형

* 알카라인용액(NaOH,KOH) 전해질

2. 연료전지(전해조) 종류 및 특징� 수소관련 기술

55

� 블록모듈식 평관형(Flat-Tubular) SOFC 스택 모듈 개발

� 밀봉특성 및 전기화학적 성능이 우수한 평관형 형태의 SOFC 셀 자체 개발

- (국내최초) 세라믹 연결재(전자 전도성 물질) 개발 성공

[ 블록모듈식 평관형 스택모듈]

[ 스택 모듈 ]

[ SOFC 셀 제작 공정 ]

� SOFC 셀 및 스택 모듈 개발

3. 연료전지 및 수소에너지 연구 실적

56

� P&ID 구축

� 열교환기 설계인자 도출

� 유체기기 필요 스펙 도출

� 열역학적 에너지 효율 계산

[ Hot BOP Box 개발 ] [ BOP 모듈 시험장치 ]

� SOFC BOP(Balance of Plants, 주변기기) 모델링, 설계 및 제작

� SOFC BOP 개발 (KEPCO SOFC Ecogen-3k)


57

< 3 kW급 SOFC 발전시스템 제작 및 운전 >

� 3kW급 SOFC 발전시스템 개발� 발전성능(출력) 연속운전 그래프

시간(hr)

kW

A ,

V

kW

Current

Voltage

- On/Off : 6 회

- Voltage : 53.7 V

- Ampere : 58.1 A

- Output : 3.0~3.2 kW (AC)

- 전기효율 48%

- 열포함 종합효율 >84% 20kW SOFC

� SOFC 시스템 개발 (KEPCO SOFC Ecogen-3k)


58

� 0.3 ~ 1MW Electrolysis Core System


59

� 태양광 발전 시스템, 수소 생산 및 저장 시스템, 수소를 이용한 발전 시스템을 통합한컨테이너형 5kW급 수소에너지 소형 시스템 개발 및 실증

� 수소에너지 변환효율 35.2%, 시스템 출력 5.05 kW 달성 � 200kW급 개발 중

5kW 연료전지 1시간구동

수소 사용에따른

수소탱크압력감소

Power of PEMFC system

수소 생산 및 저장 성능 평가

수소 이용 전력생산 결과

� 수소에너지 시스템 개발 (5kW급)


61

� 차세대 수소저장 기술 LOHC를 적용한 20kW급 수소에너지 시스템 개발 중� LOHC 시스템 국내 원천특허 확보를 통한 차세대 기술 선점

[ LOHC 수소화 및 탈수소화 시스템 레이아웃 ]

[ LOHC의 색깔 변화 ]

� LOHC방식 수소저장시스템 개발 (20kW급)


62

4. 정부(에기평) P2G기술 개발 과제 추진� 2MW급 P2G 프로젝트(정부과제 추진(세부 1~3) , 3년 360억원, 나주 / 동해)

(3세부) 수소에너지 시스템 통합 설계 및 운용 기술 개발 (60억원)

(175억원)

(135억원)

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ProjectObjective

• 부하형태별 다중 MG 구성, MG간 전력융통 및 P2P 전력거래• 수전해 설비 활용 수소 생산, 연료전지 기반 전력, 열 생산 및 공급• 전력-가스 그리드 연계 수소 공급 및 전기·가스·열 통합 운영 등

다중 MG구성 컨셉

【산단 다중 MG 】주거, R&D, 공업단지

부하형태별로 다중 MG 구성

【R&D단지 다중 MG 】R&D단지를 블럭단위로

세분화하여 다중 MG 구성

수전해- 알카라인 : 0.5MW- PEM : 0.5MW

재생에너지- PV : 1MW

Fuel Cell

연료전지

- (울산TP) 200kW- (현대자동차) 1.5MW

지열

- (에기연) 700kW

ESS- 배터리 : 250kW- PCS : 250kW

주 요구성설비

【R&D단지 연도별 e-자립률 목표(안)산단】

※ ‘19. 2월 현재 입주한 12개 기업의 월평균 에너지 사용량(582.5MWh) 기준 산정

4. 자체 P2G기술 개발 사업 추진� 울산테크노산단 P2G기반 KEPCO MG 실증 (190억원, 36개월)

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목표 및 개발내용

정부(에기평) P2G사업 세부1,2,3과제 (‘19.5~, 360억원)

최종목표 : 간헐적 재생에너지 저장을 위한 수소 생산 및 저장기술 개발

•Alkaline Electrolyzer•PEM : Polymer Electrolyte Membrane•LOHC : Liquid Organic Hydrogen Carrier•BOP : Balance of Plant

개발기술 요소기술 상세요소기술

수소에너지시스템 장치 수소 생산 기술• 저온수전해(알카리/PEM)및하이브리드스택

• 차세대수전해기술

수소 저장 기술• 압축수소저장및제어

• 액상화합물저장(LOHC), 암모니아합성

시스템화 / 연계 기술 엔지니어링/사업화• 통합시스템 엔지니어링기술및최적화

• 플랫폼및경제성, BiZ모델

재생에너지 수소생산 수소저장

LOHC/암모니아수소저장

①전해효율극대화요소기술개발및전해조제작

- 전해셀 및 전해조 설계, 제로겝 분리판 설계

- 차세대 전해조 개발

- 고전도 및 고활성 전극

② 2MW급 하이브리드 전해 스택 설계 및 시스템 최적화

- 1MW급알칼라인전해조설계및시스템최적화기술

- 1MW급 PEM * 전해조 설계 및 시스템 최적화 기술

- 2MW급 하이브리드 스택 개발 및 재생E 이용 극대화

③ 수소저장 기술 및 2MW급 전력-수소 시스템 설계/운전

- LOHC 수소저장 및 암모니아 합성 기술 개발

- 2MW (400Nm3/h) 수전해시스템BOP*및P&ID 설계

- PEM 수전해-LOHC 연계시스템설계및최적화

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과 제 명 : 고성능 MEA (1.0W/cm2) 기반 5kW급 PEMFC-배터리 하이브리드 시스템 개발

연구 기간 /연구비 : ‘16.02 ~ ‘19.08 (43개월) / 37.4억원 (현금 33.0억원, 현물 4.4억원)

연구목표 및 주요 연구내용

최종목표 : PEMFC 핵심소재 및 5kW급 PEMFC-배터리 하이브리드 시스템 개발

PEMFC 핵심 소재

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PEMFC 고성능 촉매/대면적 MEA 개발

하이브리드 제어기술 개발

SOC(%)/10 Fuel Cell(W) Load(W)

연료전지 출력 변동폭 : 400W

SOC(%) Fuel Cell(W) Load(W)

연료전지 출력 변동폭 : 100W

개발 전 개발 후

0 500 1000 1500 2000 2500 30000.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0 Air(Stoic 1.0/2.0)

Air(Stoic 1.5/2.0)

Air(Stoic 1.5/3.0)

Air(Stoic 1.5/4.0)

current density (mA/cm2)

cell v

olt

ag

e (

V)

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

1100

po

wer d

en

sity

(mW

/cm

2)

고성능 공기극 촉매 (흑연화된 탄소나노섬유) 대면적 MEA (206.15cm2) 고성능 MEA (1200 mA/cm2)

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1kW급 시스템 5kW급 시스템

실증장소 : 전력연구원 경비동

실증기간 : ‘18.04 ~ ‘18.08 (5개월)

공급대상및범위: 전등전력(~1kW), 온수

실증장소 : 군산지사 신축사옥

실증기간 : ‘19.06 ~ ‘19.08 (3개월)

공급대상및범위: 전등전력(~5kW), 온수

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6c48e6e1-7fb0-49a1-afea-e035e35ebdd1 [ б ]) · 2019-12-05 · 2018년기준,...

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