• 전기기술인
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• 제182권10호
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• pp.39-43
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• 1997

에너지수요의 확대 중장기적인 자원제약의 현재화 등에 따라 에너지의 안전공급확보 필요성이 점점 높아지고 있는 한편 에너지 소비의 증대에 의한 지구환경의 오염, 온난화 등이 세계적인 문제로 대두되고 있다. 이에 따라 새로운 에너지절약 및 신에너지 기술개발의 기운이 고조되어가고 있으며 특히 연료전지는 고효율이 고 배기가스가 깨끗한 환경적합성에 우수한 차세대 열병합발전시스템으로서 실용화가 기대되고 있다.

• 한국에너지공학회:학술대회논문집
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• 한국에너지공학회 1994년도 추계학술발표회 초록집
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• pp.28-32
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• 1994

에너지이용/발전시스템의 개발은 미래의 급격한 전력수요증가 패턴과 에너지소비에 수반되는 환경문제들의 해소 그리고 에너지절약 측면에서의 이용효율 향상 및 열병합(CHP)시스템 구축 등으로 막대한 투자가 요구되고 있는 분야이다. 이 중 에너지의 효율적인 이용과 환경문제와 연계되어 주목을 받고 있는 연료전지는 연료의 cold burning을 통하여 화학에너지를 직접 전기에너지로 변환시키는 electrochemical devices로서 부수적으로 발생되는 배열을 효과적으로 이용할 수 있는 고효율, 저공해 발전시스템이라고 할 수 있다.

• 마이크로전자및패키징학회지
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• 제13권3호
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• pp.19-26
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• 2006

본 논문은 예비 전력공급설비의 일환으로 비상시 소방 방재설비에 적용되는 연료전지 발전시스템에 대해 연구된다. 제안된 시스템은 비상시 상용 전력공급의 차단에 대비하여 소방 방재설비들의 전력공급원으로 이용된다. 연료전지 발전시스템에서 가장 손실이 큰 부분은 전력변환부이다. 또한 전력변환부의 손실은 전력변환을 위해 사용된 전력용 반도체 스위치의 스위칭 손실로 주어진다. 본 논문에서는 이러한 연료전지 발전시스템의 출력을 최대한 활용하기 위하여 부분공진의 기법이 적용된 고효율의 전력변환기가 제안된다. 또한 연료전지 발전시스템에 적용된 고효율 전력변환기는 비절연형으로 설계되고 사용된 제어스위치들은 새로운 소프트 스위칭 회로토폴로지에 의해 무손실로 동작되어 시스템의 효율을 증대시킨다. 다양한 컴퓨터 시뮬레이션과 특성실험을 통해 이론적 해석의 타당성이 입증된다.

• 대한전기학회:학술대회논문집
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• 대한전기학회 2006년도 제37회 하계학술대회 논문집 B
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• pp.1145-1146
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• 2006

분산 형 전원 및 석탄 가스화와 연계한 복합 발전이 가능한 용융탄산염 연료전지(MCFC : Molten Carbonate Fuel Cell)는 천연가스, 석탄가스 등 다양한 연료를 사용할 수 있고, 공해요인이 적고, 높은 에너지 변환효율을 가지고 있어 전력사업 분야에 적용 가능성이 가장 큰 새로운 발전방식이다. 국내에서도 1993년부터 선도기술개발 사업의 하나로 시작하여 현재 250 kW급 발전시스템 개발 연구가 진행되고 있다. 250 kW개발 전 수행한 100 kW급 MCFC 발전 시스템 개발 연구에서는 6,000cm2 급 단위전지 90장으로 구성된 50 kW급 MCFC 스택 2기 로 구성된 100 kW MCFC 스택과 이를 운전 평가를 위한 시스템을 완성하였다. 2005년부터 스택운전에 필요한 시스템 내 단위기기들에 대한 시운전을 진행 한 후 장착된 100 kW MCFC 스택 운전에서는 시스템 단위 기기의 고장으로 전 부하운전을 실시하지 못했지만 상압 상태에서 AC 50 kW 전력을 계통과 연계 운전 시험을 진행하였다. 향후 100 kW MCFC 시스템 보완후 재 운전 시험을 진행할 예정이다. 한편 병행하여 진행되는 250 kW 열병합 발전 시스템 개발에서는 시스템 상세설계 및 신형 분리판을 이용한 새로운 형태의 스택을 개발 운전시험을 진행하고 있다. 여기에서는 MCFC 발전 시스템의 개요와 시스템의 운전을 위한 운전 모드 그리고 스택 운전 내용을 요약하여 소개하고자 한다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2010년도 춘계학술대회 초록집
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• pp.130.2-130.2
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• 2010

한전 전력연구원에서는 2009년 12월부터 125 kW급 용융탄산염 연료전지 발전시스템의 성능평가를 위한 운전이 진행되고 있다. 현재 진행 중인 "250 kW급 열병합 용융탄산염 연료전지 Proto Type개발" 과제의 최종시작품인 250 kW급 발전시스템은 125 kW급 MCFC 스택 2기로 설계되어, 125 kW급 시스템의 시험운전은 매우 중요한 기술적 성과가 될 것이다. 현재 125 kW급 MCFC 스택은 10,000 $cm^2$의 유효전극면적을 갖는 단위전지들로 구성되었으며, 적층 스택의 온도 및 농도분포의 최적화를 위해 내부 매니폴드 및 Co-flow Type 열교환기 기반의 분리판을 개발 적용하였다. 연료극의 전극 구성은 Ni-Al alloy로, 공기극의 전극 구성은 Lithiated-NiO로 이루어졌다. 그리고 매트릭스는 ${\alpha}-LiAlO_2$로 제작되었고, 전해질은 Li과 K Carbonate가 68 : 32 비율로 섞인 용융염을 사용하였다. 본 125 kW급 용융탄산염 연료전지 시스템의 운전평가는 고적층 스택의 온도 및 농도 분포를 확인하고, 최적화된 스택 운전 조건을 도출하는 것을 그 목적으로 하고 있다. 125kW급 스택 1기의 규모의 주변기기 시스템은 외부개질기, 촉매연소기, 이젝터, 고온순환 블로어 및 공기블로어 등으로 이루어져 있다. 고온형 연료전지 시스템에서 연료극과 공기극의 균일한 온도 및 압력 확보는 매우 중요하며, 이를 위하여 외부개질기 및 촉매연소기 연동을 통한 온도편차를 최소화하고, 기존 고온용 순환 블로어 대신 이젝터를 개발 도입하여 압력균형을 조절하였다. 125kW급 MCFC 시스템은 2009년 12월부터 전처리 운전을 시작하여 2010년 1월 말부터 PCS로 전기를 생산하고 있다. 평균전압 0.83V에서 100kW의 출력을 기록하였으며, 피크부하 120 kW, 누적출력량 30 MWh를 초과달성하였다.

• 대한전기학회:학술대회논문집
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• 대한전기학회 2003년도 하계학술대회 논문집 B
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• pp.1217-1219
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• 2003

신 발전 방식들 중 하나인 용융탄산염형 연료전지 발전시스템 개발과 관련하여, 연료전지로부터 생성된 전력을 전력계통에 안정되게 변환, 주입하기 위한 계통연계형 전력변환기를 설계하고 단위기기별 성능 시험을 수행한 결과이다. 100kW급 전력변환기의 구조 설계에 있어서는, 100kW급 용융탄산염형 연료전지 시스템의 정격 사양 및 스택의 운전 형태에 따라 새로운 시뮬레이션 결과의 검토를 통해 DC/DC 컨버터부, 정류부, 인버터부의 회로 구성을 확정하고, 각 부에 사용될 소자들을 연료전지 출력 및 운전 사양에 맞게 설계하였다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2005년도 춘계학술대회
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• pp.268-272
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• 2005

현재 국내 수소 관련 연구는 생산, 운반, 저장 등 공급과정의 기술과 발전, 수송 등 이용기술을 중심으로 이루어지고 있다. 본 연구에서는 현재 개발 중인 MCFC 발전설비에 대한 기술 및 비용 특성을 이용하여 LEAP모형시스템 기반의 ROK2003-H2 모형을 구축하고 정부의 '제2차 신재생에너지 기술개발 및 이용보급 기본계획$(2003\~2012)$'의 계획에 따른 수소에너지(연료전지) 보급의 에너지/환경부문 파급효과를 분석한다. 분석 대상이 되는 기술은 Molten Carbonate 연료전지를 이용한 2MW급 발전기술로, 2008년 70MW가 설치되기 시작하여 2011년까지 매년 100MW증설되어 2011년 전체 설비가 370MW에 이르는 것으로 시나리오를 구축한다. 설비의 에너지효율성은 연료전지 발전설비가 처음 도입된 2008년에는 $45\%$로 가정하고 2009년-2011년 간에 $5\%$씩 상승되어 2011년에는 $60\%$에 이를 것으로 전망한다. 분석결과에 의하면 2011년에 연료전지의 발전설비를 370MW로 확대하는 경우에 CO를 비롯한 대부분의 대기오염배출량이 감소하며, 온실가스 배출량 역시 35,433백만tC로 약 295백만tC가 감소한다.

• 조명전기설비학회논문지
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• 제22권5호
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• pp.21-30
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• 2008

전력 에너지 소비의 급격한 증가와 환경오염, 화석연료의 고갈, 그리고 고유가에 대한 에너지 자원의 대처방안으로 신재생 에너지원에 대한 연구가 진행되고 있다. 다양한 대체 에너지들 중에서 연료전지 발전은 지속적인 원료공급시 연속적으로 화학반응 에너지를 직접 전기에너지로 변환시키는 기술로서 연료비 부담이 없으며, 에너지 변환효율이 높고, 대기오염이나 폐기물 발생이 없다. 또한 소규모 구성과 복합 구성이 가능하고, 전형적인 발전시스템과 달리 기계적인 진동과 소음이 낮다. 이처럼 연료전지를 이용한 발전시스템 분야의 연구와 실용화가 진행되고 있는 실정이다. 본 논문에서는 PSCAB/EMTDC를 사용하여 삼상 380[V], 50[kW]급 연료전지 발전시스템의 모델링 및 구성된 연료전지 발전시스템의 전력신호를 웨이블릿 기법으로 분석하고, 분석된 결과를 전력품질의 관점으로 평가하여 해당 시스템의 모의 성능을 평가하고자 한다. 이를 통하여 보다 상세한 연료전지 발전 모델과 운전에 따른 문제점을 도출할 수 있으며, 특히 계통연계 시 발생하는 다양한 전력품질 및 신호 특성을 선행하여 연구할 수 있다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2009년도 추계학술대회 논문집
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• pp.131-131
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• 2009

최근 환경규제가 강화되면서 친환경적인 전력생산 요구 등의 외부환경 변화에 따른 우리나라의 전력구조가 기존의 중압 집중형 발전을 탈피한 분산전원 발전에 대한 관심이 증대되고 있는 실정이다. 특히, 분산전원으로서의 전력생산은 공급의 안전성, 경쟁력 및 에너지의 지속성 등이 요구되어지는데, 재생에너지가 가지고 있는 에너지 지속성의 한계 및 설치의 제약성을 탈피할 수 있는 시스템으로 현재 연료전지시스템이 가장 근접해 있는 실정이다. 즉, 도시가스 인프라가 우수하고 인구조밀 지역이 많은 우리나라의 특성상 각 가정 및 건물에 쉽게 설치하고 공급의 안전성을 갖는 건물용 연료전지는 최근 가장 각광받고 있는 분산전원 시스템 중의 하나이다. 올해부터 모니터링사업의 일환으로 수용가에 설치 될 연료전지 시스템이 얼마나 안정적으로 전기와 열을 각 가정에 공급하고 시스템의 안전성을 확보하는 가는 건물용 연료전지의 분산전원으로서의 가능성 및 국민의 수용성을 증대시키는 중요한 역할을 할 것이다. 연료전지시스템은 상용전력과 연계되어 있기 때문에 시스템의 안정성 뿐만 아니라 상용전력의 변화에 대응하여 안정적인 운전을 하는지에 대한 평가가 필수적이다. 이에 따라 본 연구에서는 가정용 연료전지시스템의 성능 및 안전성평가의 일환으로 계통연계형 전력변환장치의 성능 및 안전성을 평가 하고자 한다. 연료전지 검사를 위한 계통연계형 전력변환장치의 시험평가 항목으로는 크게 정상특성성능시험, 보호기능성능시험, 과도응답특성성능시험 및 외부사고성능시험 등으로 나뉘어진다. 본 연구에서는 외부사고 성능시험 항목들인 출력측 단락시험, 계통전압 순간정전?순간강하시험 및 부하차단 시험 등을 통하여 외부사고에 대한 성능 및 안전성을 평가하였다. 외부사고 성능시험의 주 목적은 시스템의 이상 운전이 아니라 외부의 영향에 따른 시스템의 안전성 및 전력품질을 평가한다. 출력측 단락시험을 수행하기 위해서 전력변환장치를 정격 출력 전압, 정격 출력 주파수 및 정격 출력에서 운전한 후, 교류 전원장치는 단락 전류를 검출하여, 사고 발생 후 0.3초 이내에 개방하도록 설정하였다. 여기서, 단락 저항 Rsc를 정격 전류의 10배 이상에 해당하는 부하와 같은 값으로 설정하였다. 스위치 SWSC를 폐로하여 단락 상태를 만들며, 이 때 전력변환장치의 출력전류와 차단 또는 정지 시간을 측정하였다. 실험 결과에 대한 판정기준은 단락전류를 검출하여 0.5초 이내에 개폐기 개방 또는 게이트 블록 기능이 동작하여 시스템을 안정하게 정지시키고 시스템 어떤 부위에도 손상이 없어야 한다. 실험 결과 파워컨디셔너의 출력전류 및 차단 또는 정지된시간이 40ms로 나타났고, 출력전류의 파형도 매우 안정함을 볼 수 있었다. 이와 같이 모든 실험을 수행한 결과 외부사고에 대하여 시스템이 안전하게 정지하는 등 연료전지 시스템의 안전성을 확인하였다.

• 전력전자학회:학술대회논문집
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• 전력전자학회 2009년도 정기총회 및 추계학술대회 논문집
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• pp.120-122
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• 2009

발전용 연료전지 시스템은 수소와 산소를 공급받아 직류전기와 열로 변화시키는 연료전지 스택, 연료전지 스택에 연료와 공기를 공급해주는 MBOP(Mechanical Balance Of Plant), 연료전지의 출력을 계통에 연계시키는 EBOP(Electrical Balance Of Plant)로 구성된다. EBOP 시스템은 병렬 연결된 1.5MW PCU(Power Conversion Unit)로 구성되며, 각 PCU는 750kW 인버터가 병렬로 구성된다. 본 논문에서는 4병렬로 구성된 3MW급 연료전지용 EBOP의 병렬제어 알고리즘을 소개한다. 제안한 병렬제어 알고리즘은 과도응답이 빠르고 순환전류가 없는 제어특성을 가진다. 그리고 시뮬레이션과 실험으로 제안한 알고리즘의 성능을 확인한다.