• 제목/요약/키워드: Fuel Cell, Hybrid Energy System

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구역전기 사업시 CHP와 신재생에너지 하이브리드 시스템의 최적공정 모델 (Optimization Process Models of CHP and Renewable Energy Hybrid Systems in CES)

  • 이승준;김래현
    • 에너지공학
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    • 제26권2호
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    • pp.99-120
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    • 2017
  • 한국지역난방공사 SS지사에서는 시설용량 전기 99MW, 열 98Gcal/h 규모의 열병합(Combined Heat & Power) 발전소를 구역전기사업으로 운영하고 있다. 이 지역은 경기불황과 수요감소로 하절기 6~9월 사이에 잉여열 처리문제가 발생하여 발전기를 가동하기 곤란한 상황이므로 경제성 있는 에너지 신사업모델 개발이 절실하다. 본 연구에서는 이곳의 실제 운영자료를 기반으로 신재생 에너지 하이브리드 시스템을 도입하여 최적화 운영모델을 개발하고자 한다. 특히 신재생에너지 중에서도 입지제약이 작고 열과 전기를 동시에 생산할 수 있는 연료전지(Fuel Cell)발전과 대표적인 신재생에너지인 태양광(Photovoltaic)발전과 심야발전시 전력을 저장하여 주간에 전력을 방출 할 수 있는 ESS(Energy Storage System)의 조합을 검토하였다. 이에 따른 최적화 모델 선정은 HOMER(Hybrid Optimization of Multiple Energy Resources) 프로그램을 활용하였다. 경제성 분석을 수행한 결과, 순 현재비용(NPC) 측면에서는 기존의 99MW 열병합발전이 가장 경제적이지만 신재생에너지를 사용하여 발생되는 탄소배출권 거래와 REC(Renewable Energy Certificate) 거래를 포함한 측면에서는 99MW의 CHP와 5MW의 연료전지, 521kW의 태양광을 하이브리드 시켜서 전력과 열을 공급하는 것이 99MW의 CHP 열병합발전만으로 전력과 열을 공급하는 것보다 최대 2,475억원 경제적인 것으로 나타났다. 구역전기사업에서 최적화 공정모델로 연료전지와 신재생에너지 하이브리드 시스템을 도입함으로써 경제성을 개선시킬 수 있는 결과를 확인하였다.

산소분리기술을 사용한 연료전지/순산소연소 발전시스템 해석 (Analysis of Solid Oxide Fuel Cell/Oxy-fuel Combustion Power Generation System Using Oxygen Separation Technology)

  • 박성구;김동섭;손정락;이영덕
    • 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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    • 한국신재생에너지학회 2008년도 추계학술대회 논문집
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    • pp.51-54
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    • 2008
  • This study aims to devise and analyze a power generation system combining the solid oxide fuel cell and oxy-fuel combustion technology. The fuel cell operates at an elevated pressure, a constituting a SOFC/gas turbine hybrid system. Oxygen is extracted from the high pressure cathode exit gas using ion transport membrane technology and supplied to the oxy-fuel power system. The entire system generates much more power than the fuel cell only system due to increased fuel cell voltage and power addition from oxy-fuel system. More than one third of the power comes out of the oxy-fuel system. The system efficiency is also higher than that of the fuel cell only system. Recovering most of the generated carbon dioxide is major advantage of the system.

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Transient Performance of a Hybrid Electric Vehicle with Multiple Input DC-DC Converter

  • Nashed, Maged N.F.
    • Journal of Power Electronics
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    • 제3권4호
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    • pp.230-238
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    • 2003
  • Electric vehicles (EV) demands for greater acceleration, performance and vehicle range in pure electric vehicles plus mandated requirements to further reduce emissions in hybrid electric vehicles (HEV) increase the appeal for combined on-board energy storage systems and generators. And the power electronics plays an important role in providing an interface between fuel cells (FC) and loads. This paper deals with a multiple input DC-DC power converter devoted to combine the power flowing of multi-source on energy systems. The multi-source is composed of (i) FC system as a prime power demands, (ii) super capacitor banks as energy storage devices for high and intense power demands, (iii) superconducting magnetic energy storage system (SMES), (iv) multiple input DC-DC power converter and (v) a three phase inverter-fed permanent magnet synchronous motor as a drive. In this system, It is used super capacitor banks and superconducting magnetic energy replaces from the battery system. The modeling and transient performance simulation is effective for reducing transient influence caused by sudden charge of effective load. The main purpose of power electronic converters is to convert the DC power output from the fuel cell and other to a suitable AC voltage, which can be connected to electric loads directly (PMSM). The fuel cell and other output is connected to the DC-DC converter, which regulates the DC link voltage.

수소 연료전지차로의 전환을 위한 녹색 전략 (Green pathway to hydrogen fuel cell vehicle)

  • 이문수;이민진;이영희
    • 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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    • 한국신재생에너지학회 2011년도 추계학술대회 초록집
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    • pp.152.1-152.1
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    • 2011
  • This study analyzes transitions to a green path in transportation system in South Korea. We develop transportation system model with four new technology options, green cars; Hybrid electric vehicle, plug-in hybrid vehicle, electric vehicle and fuel cell vehicle. Among those technologies fuel cell vehicle is the best option assuming no GHG emissions when driving. We use MESSAGE model to get an optimal solution of pathway for high deployment of fuel cell vehicles under the Korea BAU transportation model. Among hydrogen production sources, off gas hydrogen is most economic since it is hardly used to other chemical sources or emits in South Korea. According to off gas hydrogen projection it can run 1.8 million fuel cell vehicles in 2040 which corresponds to 10% of all passenger cars expected in Korea in 2040. However, there are concerns associated with technology maturity, cost uncertainty which has contradictions. But clean pathway with off gas and renewable sources may provide a strong driving force for energy transition in transportation in South Korea.

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A Simple Power Management Scheme with Enhanced Stability for a Solar PV/Wind/Fuel Cell Fed Standalone Hybrid Power Supply using Embedded and Neural Network Controller

  • Thangavel, S.;Saravanan, S.
    • Journal of Electrical Engineering and Technology
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    • 제9권5호
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    • pp.1454-1470
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    • 2014
  • This paper propose a new power conditioner topology with intelligent power management controller that integrates multiple renewable energy sources such as solar energy, wind energy and fuel cell energy with battery backup to make best use of their operating characteristics and obtain better reliability than that could be obtained by single renewable energy based power supply. The proposed embedded controller is programmed for maintaining a constant voltage at PCC, maximum power point tracking for solar PV panel and WTG and power flow control by regulating the reference currents of the controller on instantaneous basis based on the power delivered by the sources and load demand. Instantaneous variation in reference currents of the controller enhances the controller response as it accommodates the effect of continuously varying solar insolation and wind speed in the power management. The power conditioner uses a battery bank with embedded controller based online SOC estimation and battery charging system to suitably sink or source the input power based on the load demand. The simulation results of the proposed power management system for a standalone solar/WTG/fuel cell fed hybrid power supply with real time solar radiation and wind velocity data collected from solar centre, KEC for a sporadically varying load demand is presented in this paper and the results are encouraging in reliability and stability perspective.

HOMER 프로그램을 이용한 독립형 하이브리드 발전시스템 최적화 (Optimization of Stand-Alone Hybrid Power Systems Using HOMER Program)

  • 양수형;부창진;김호찬
    • 한국태양에너지학회 논문집
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    • 제32권2호
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    • pp.11-18
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    • 2012
  • Diesel fuel is expensive because transportation to remote areas adds extra cost, and it causes air pollution by engine exhaust. Providing a feasible economical and environmental solution to diesel generators is important. A hybrid system of renewable plants and diesel generators can benefit islands or other isolated communities and increase fuel savings. Renewable energy is, however, a natural source that produces a fluctuating power output. In this paper, hybrid power system of the marado lighthouse is proposed to supply stable power in the stand-alone hybrid power system. The proposed hybrid power system consists of the diesel generator, wind turbine, photovoltaic, fuel cell, and battery bank. To decrease the carbon emissions and find the optimization, the cost analysis of hybrid system is simulated using HOMER program and the optimized hybrid power system is designed.

가정의 전기 수요를 고려한 태양전지-연료전지 하이브리드 에너지시스템의 경제성 평가 (Economical Feasibility Evaluation of Solar-Fuel Cells in Hybrid Energy System for Domestic Electricity Demands)

  • 이영;최용성;장우새;이경섭
    • 전기학회논문지P
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    • 제59권1호
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    • pp.117-122
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    • 2010
  • The solar cells and fuel cells power are being encouraged to reduce the environmental pollution and combat the global warming. And the electric generation hybrid system is usually more reliable and less costly than the systems that use a single source of energy. HOMER provides a platform to design and simulate the power system and then to choose the optimization results. Based on the electricity demand conditions during a year, this paper simulates with the HOMER and performs the monthly average electrical production and the most feasible economical case includes the net present costs and the annualized costs of the hybrid system components.

산업단지 내 CHP Hybrid System 최적화 모델에 관한 연구 (Optimization Process Models of Gas Combined Cycle CHP Using Renewable Energy Hybrid System in Industrial Complex)

  • 오광민;김래현
    • 에너지공학
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    • 제28권3호
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    • pp.65-79
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    • 2019
  • 본 연구는 산업단지 내 Gas Combined Cycle CHP와 연계 가능한 신재생에너지원을 조합하여 최적의 설비용량을 산정하고자 하였다. 특히 2013~2016년도 에너지사용계획 협의 대상 산업단지 중 집단에너지 공급대상 지역지정 연료사용량 요건은 연간 3.8만 TOE로 미달되지만, 열밀도가 $92.6Gcal/km^2{\cdot}h$로 높은 세종첨단일반산업단지를 연구 대상으로 하였다. 그리고 신재생에너지 Hybrid System 경제성 분석 프로그램인 HOMER Pro를 이용하여 연료전지와 태양광발전을 연계한 FC-PV Hybrid CHP System의 최적화 운영 모델에 대해 분석하였다. 또 CHP의 주 공급 에너지원인 열에너지에 있어, 열수요량 뿐만 아니라 우점 업종에 대한 열수요 패턴을 분석하여 연구의 신뢰도를 높이고자 하였으며, 경제성 분석을 추가하여 상대적 편익을 비교하고자 하였다. 연구 결과, 신규 조성 중인 세종첨단일반산업단지의 전체 간접열 수요는 연간 378,282 Gcal이며, 이중 제지업종이 연간 293,754 Gcal인 약 77.7%를 우점하고 있었다. 산업단지 전체 간접열 수요에 대해 단일 Combined Cycle CHP의 최적 설비용량은 30,000 kW로, 이때 열생산은 CHP가 275,707 Gcal, 72.8 %를 분담하고, 첨두부하보일러 PLB가 103,240 Gcal, 27.2 %를 분담하는 것으로 분석되었다. 그리고 CHP와 연료전지, 태양광 조합에서는 최적 설비용량이 각 30,000 kW, 5,000 kW, 1,980 kW이며, 이때 열생산은 Combined Cycle CHP가 275,940 Gcal, 72.8%, 연료전지가 12,390 Gcal, 3.3%, PLB가 90,620 Gcal, 23.9%를 분담하였다. 여기서 CHP 용량이 감소하지 않은 것은, CHP 용량 감소에 따른 부족한 열 생산량에 대해 PLB의 과다한 운전이 요구되는 경제적이지 못한 대안이 도출되었기 때문이었다. 한편 우점 업종인 제지업종의 간접열 수요에 대해서는 Combined Cycle CHP, 연료전지, 태양광 조합의 최적 설비용량은 25,000 kW, 5,000 kW, 2,000 kW로, 이때 열생산은 CHP 225,053 Gcal, 76.5%, 연료전지 11,215 Gcal, 3.8%, PLB가 58,012 Gcal, 19.7%를 분담하는 것으로 분석되었다. 그러나, 현행 전력시장 및 가스시장에서의 경제성 분석결과는 모두 투자비 회수가 불가능한 것으로 확인 되었다. 다만, 우점 업종인 제지 업종만을 대상으로 CHP와 연료전지, 태양광을 조합한 CHP Hybrid System이 단일 CHP System에 대해 연간 약 93억원의 경영여건을 개선시킬 수 있음을 확인하였다.

운전비용 절감을 위한 가정용 연료전지 시스템의 운전전략 수립 (A simulation study on operation strategy of residential fuel cell system for cost curtailment)

  • 황수영;김민진;이진호;이원용
    • 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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    • 한국신재생에너지학회 2008년도 추계학술대회 논문집
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    • pp.55-58
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    • 2008
  • Residential fuel cell cogeneration systems have gained much interest due to its high efficiency. In this study, we have performed numerical simulation of residential fuel cell cogeneration system which includes a fuel cell/grid hybrid system. The cogeneration system consists of 1kW PEFC, cooling system, inverter/converter and reformer. Several empirical models have been employed for respective components to improve the accuracy of the simulations. The load varies seasonally. The present simulations can successfully predict the characteristics of the hybrid cogeneration system and thus it can be utilized for establishing an optimal operating strategy of the system.

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무인기용 연료전지 추진 시스템의 동력 관리 (Power Management of Fuel Cell Propulsion System for Unmanned Aerial Vehicles)

  • 김태규;심현철;권세진
    • 한국추진공학회:학술대회논문집
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    • 한국추진공학회 2007년도 제29회 추계학술대회논문집
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    • pp.13-16
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    • 2007
  • 본 연구에서는 무인기용 추진 시스템으로 연료전지를 사용하였다. 연료전지 추진 시스템은 고항속 무인기를 위한 고에너지 밀도를 갖는 이상적인 대체 동력원이다. 연료전지 동력 시스템은 기폰 배터리의 5배 이상의 에너지 밀도를 제공한다. 액체상태로 저장되는 수소화붕소나트륨을 수소원으로 사용하였다. 수소 생성 시스템은 촉매 반응기, 펌프, 연료, 카트리지, 분리기로 구성된다. 연료전지와 리륨-폴리머 배터리의 하이브리드 동력 관리 시스템이 개발되었다. 모터, 펌프, 팬은 연료전지 시스댐의 피트백 신호에 따라 배터리 동력으로 작동되고 배터리는 연료전지의 잉여 동력으로 재충전되었다.

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