Fuel Cell연료전지

H2

O2

Fuel Cell

연료전지.indd 1 2013-10-02 오후 4:54:56

POSCO ENERGY

연료전지는 수소와 산소의 전기화학반응을 통해

연소과정 없이 전기와 열을 생산하는 고효율, 친환경 에너지 시스템입니다.

전기 생산량 3,500가구 사용량

(2.8MW 기준)

설치면적 500m2(150평)

연료 LNG, Bio Gas,

SNG

친환경효과(연간) 630ha 숲 조성효과

1,500대 차량이

배출하는 NOx 저감

MBOP (연료공급기) STACK (스택) EBOP (전력변환기)

HRU(배열회수기)LNG /

바이오 가스

O2

H2

• 수소, 산소를 공급하는 기계장치

(가습기, 개질기 등)

• 전극, 전해질 및 분리판으로 구성된

Cell이 적층된 구조

• 수소와 산소의 전기화학적 반응으로 전기생산

• STACK에서 생산되는 직류를 교류로

변환 및 시스템 제어

• 인버터, 컨버터 등

직류

전기

열

전력전력

변환기

수증기

온수

배열

회수기

공기극

전해질

연료극

MBOP EBOP

STACK

연료전지.indd 2 2013-10-02 오후 4:54:57

1Fuel Cell

연료전지 vs 기존 발전설비

연료전지는 기존발전기와 달리 연료의 연소를 통한 에너지변환과정을 거치지 않고, 바로 전기를 생산하기 때문에

에너지 손실이 적어 발전효율이 높고, 친환경적입니다.

기존 발전기

연료전지

화력

원자력

터빈 발전기 송신탑 수요처

화학에너지 열에너지 운동에너지 전기에너지

증기

증기

화학에너지 전기에너지

수요처연료전지

H2 O2

연료전지.indd 1 2013-10-02 오후 4:54:57

2POSCO ENERGY

차세대 에너지원인 연료전지는

고효율성, 친환경성을 비롯한 다양한 혜택을 제공합니다.

01최고 효율의 연비 절약형

에너지입니다.

02언제나 믿고

사용할 수 있습니다.

연료전지의 효율은 현존 발전설비 중

최고 수준입니다.

•전기효율 47%,

열효율 포함 80%

•화력발전 대비 최대

50% 연비 향상 효과

연료전지는 1년 365일,

하루 24시간, 쉬지 않고

전기를 생산합니다.

• 운용 신뢰도가 높아 비상전원,

무정전전원 및 보조전원장치

등으로 적합

• 90% 이상의 높은 가동률로

운용조건에 제약이 많은

재생에너지의 약점 보완

가동률(%)

연료

전지

태양

광

풍력

90

15

25

연료

전지

디젤

엔진

가스

엔진

가스

터빈

연료소모량(%)

연료전지.indd 2 2013-10-02 오후 4:54:58

3Fuel Cell

설치면적 (1MW기준, m2)

연료

전지

태양

광

풍력

179

19,8

00

39,6

00

03어디나 설치할 수

있습니다.

최고의 공간효율성을 갖춘

연료전지는 설치 조건이 열악한

도심지역에 적합니다.

•1kW당 약 0.18m2로 최고의

공간효율

•옥외, 지하, 옥상 등 설치

조건에 제약 없음

•토지비 부담 큰 도심지 등에

설치 용이

대기오염물질 무배출

■NOx(ppm) / ■SOx(ppm)

화력발전 대비 CO2 감축 / 저소음

■CO2 / ■소음

04필요한 곳에서

직접 전기를 생산합니다.

전기가 필요한 곳에서 직접

생산・공급하는 분산전원이기

때문에 송전탑 등의 건설 비용

절감 및 송전손실 없는 전기를

사용할 수 있습니다.

•송전탑 등의 송전설비 건설

비용 절감 및 환경보호 효과

•송전손실로 버려지는 전기가

없으므로 경제적 1~2

연료전지

110

65

연료전지

100이

상

가스엔진

100

175

가스엔진

45이

상

가스터빈

105

235

가스터빈

1,40

0이상

250이

상

디젤11

018

0디젤

연료전지.indd 3 2013-10-02 오후 4:54:58

4POSCO ENERGY

연료전지는 주택, 산업단지, 대형선박 등

다양한 분야에 적용할 수 있습니다.

도심용, 건물용 주택단지, 아파트, 호텔

사무용건물, 쇼핑몰 등

무정전 비상전원 IDC, 병원, 소방서, 방송국,

경찰서, 교정시설

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5Fuel Cell

대형 연료전지 생산시설, 연료전지 발전단지

부생・Bio가스 활용발전

/ 선박용

하수처리장, 쓰레기 매립지, 가스저장소 / LNG선, 유조선, 컨테이너선, 여객선

연료전지.indd 5 2013-10-02 오후 4:54:59

6POSCO ENERGY

제품소개

건물용 연료전지 발전시스템100kW전기 생산량 130가구 사용량

(100kW 기준)

설치면적 38.6m2(12평)

연료 LNG, Bio Gas,

SNG

친환경효과(연간) 18ha 숲 조성 효과

50대 차량이

배출하는 NOx 저감

연료전지.indd 6 2013-10-02 오후 4:54:59

7Fuel Cell

발전효율

LHV 47% ±2%

용수사용량

상수도 33 liter/hr

배출가스

조건 온수/증기 활용

온도 371 ±28°C

유량 647 kg/hr

압력 127 mmH2O

열 생산량 46 Mcal/hr

공해물질 배출

NOx 0.1 ppm 이하

SOx 0.01 ppm 이하

CO 10 ppm 이하

소음 65 dB(A)

출력사양

발전출력 100 kW

전압조건 380 VAC

주파수 60 Hz

제품크기

1.2

m3.2

m

3.2

m

4.4

m 5.2

m

2.5m 6.4m

LNG사용량

LNG 19.6 Nm3/hr

LHV 9,393 Kcal/Nm3

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8POSCO ENERGY

건물용 연료전지

발전시스템 구성도

구성도

Ex-PLC

송·수전반

수요처

전기공급

열교환기

도시가스

용수공급

급수펌프

연료공급장치(LNG정압설비)

연료전지

열 공

급

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9Fuel Cell

건물용 연료전지

추가활용 방안

・무정전 백업 발전기 활용

병원, 데이터센터, 놀이공원, 방송국 등 24시간 전력이 필요한 곳에 상시 전력 공급

・추가 냉・난방 활용

설치장소, 용도에 따라 냉·난방/온수 활용 가능

흡수식 냉온수기 연계

설치사례

Heat Pump 연계

홉수식냉온수기

HeatPump

냉방 냉방

전기 전기

열 열

전기 전기

난방 /온수

난방 /온수

서울시 서북병원 서울시 어린이대공원

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10POSCO ENERGY

제품소개

연료전지 발전시스템300kW전기 생산량 380가구 사용량

설치면적 95m2(29평)

연료 LNG, Bio Gas,

SNG

친환경효과(연간) 60ha 숲 조성 효과

160대 차량이

배출하는 NOx 저감

연료전지.indd 10 2013-10-02 오후 4:55:01

11Fuel Cell

발전효율

LHV 47% ±2%

용수사용량

상수도 170 liter/hr

배출가스

조건 온수/증기 활용

온도 371 ±28°C

유량 2,090 kg/hr

압력 127 mmH2O

열 생산량 130 Mcal/hr

공해물질 배출

NOx 0.1 ppm 이하

SOx 0.01 ppm 이하

CO 10 ppm 이하

소음 65 dB(A)

출력사양

발전출력 300 kW

전압조건 480 VAC

주파수 60 Hz (50Hz)

LNG사용량

LNG 61.6 Nm3/hr

LHV 9,393 Kcal/Nm3

제품크기

4.4

m

3.5

m

6.9

4m

9m

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12POSCO ENERGY

300kW 연료전지

발전시스템 구성도

구성도

Com

municatio

n

300kW

물공급 / 4.0kg/cm2 | 170 liter/hr

급수펌프

400V

전기발생

수요처

연료공급장치 (LNG정압설비)

Ex-PLC

송·수전반

연료공급 / 1.4kg/cm2 | 61.6 Nm2/hr

STACK EBOP

MBOP

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13Fuel Cell

조감도 인도네시아 자카르타 안촐(Ancol)

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14POSCO ENERGY

제품소개

연료전지 발전시스템2.8MW전기 생산량 3,500가구 사용량

설치면적 500m2(150평)

연료 LNG, Bio Gas,

SNG

친환경효과(연간) 630ha 숲 조성 효과

1,500대 차량이

배출하는 NOx 저감

연료전지.indd 14 2013-10-02 오후 4:55:02

15Fuel Cell

발전효율

LHV 47% ±2%

용수사용량

상수도 2,044 liter/hr

배출가스

조건 온수/증기 활용

온도 371 ±28°C

유량 16.601 kg/hr

압력 127 mmH2O

열 생산량 1.2 Gcal/hr

공해물질 배출

NOx 0.1 ppm 이하

SOx 0.01 ppm 이하

CO 10 ppm 이하

소음 65 dB(A)

출력사양

발전출력 2,800 kW

전압조건 13.8 kVAC

주파수 60 Hz (50 Hz)

LNG사용량

LNG 546 Nm3/hr

LHV 9,393 Kcal/Nm3

제품크기

4.6m

4.2

8m

18.3

m

12.5m 32.2m

10.7m

7.6

m

3m

연료전지.indd 15 2013-10-02 오후 4:55:02

16POSCO ENERGY

2.8MW 연료전지

발전시스템 구성도

구성도

연료공급장치 (LNG정압설비)

371℃ 22m2/hr

22m2/hr

열발

생60℃

120℃

물공급 4.0kg/cm2 | 2,044 liter/hr

연료공급 1.4kg/cm2 | 546 Nm2/hr

급수펌프

지역난방

중온수 회수열교환기

중온수 공급온수공급펌프

Com

municatio

n

2.8

MW

22.9 kV

전기발생

수요처Ex-PLC

송·수전반

STACK

EBOP

MBOP

연료전지.indd 16 2013-10-02 오후 4:55:03

17Fuel Cell

연료전지 발전원리

열

공급

MBOP (연료공급시스템)

연료로부터 얻은

메탄(CH4)과

초순수(H2O)를 스택에 공급

수소와 산소의 전기화학반응으로 전기, 열, 물 발생

연료전지에 산소 공급

STACK

HRU (열 재생시스템)

e-

e-e-

e-

e-

e-

e-

e-

e-

e-

가습기예비

개질기H2

CO2

H2O

내부

개질기

필터

탈황기

O2

CO2

CO3-2

CO2

CO2

연료극 전해질 공기극

전기 분전반DC /AC

5단계 필터를 거쳐

초순수를 공급

열

O2

EBOP (전력변환기)

전기

공급

·계통에 발전

·BOP 시스템 전원 공급

·연료전지 시스템 운전제어

공기

·가동시 발생된 열 (370℃)을 회수하여 냉난방 활용

(온수 또는 스팀)

·열병합발전 가능

MBOP (수처리시스템) MBOP (공기공급시스템)

블로어

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18POSCO ENERGY

포스코에너지는 세계최고의 경쟁력을 바탕으로

연료전지 기술의 국산화를 실현합니다.

세계최대

양산설비 구축

연간 생산능력 100MW

부지면적 210,000m2

·2014년 Cell 제조공장 준공 예정

경북 포항 포스코에너지 연료전지 제조공장

01 기술연구소 / 서비스센터 02 2.4 MW 연료전지 발전 시스템 03 연료전지 통합지원동

04 BOP 제조공장 05 Stack 제조공장 06 Cell 제조공장

01

02

03

04

05

06

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19Fuel Cell

세계최고 수준의

기술개발

국내 시장점유율 1위 및

시장 다각화 추진

·연료전지의 원천기술부터

상용기술 개발 까지

포스코패밀리의 연구 및

투자 지속

·발전용 뿐만 아니라 건물용,

선박용 등 특화된 연료전지

기술공동개발을 통한

시너지 창출

·국내 115.6MW 설치 및

유지보수

·제품출시 계획

‘14년 무정전백업용

‘16년 선박용, 터빈복합

·해외진출 : ‛12년

인도네시아 자카르타, 300kW

POSCO FAMILY R&D

‛13년 현재

상용기술 개발

적용기술 개발 원천기술 개발

화성

당진

보령

전주

대구

울산

포항

부산

여수

군산

서울

인천

노원

일산

분당

어린이대공원

서북병원

상암

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Fuel Cell R&D

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연료전지 연구개발

연료전지.indd 21 2013-10-02 오후 4:55:04

22POSCO ENERGY

SOFC

특징 SOFC(Solid Oxide Fuel Cell, 고체산화물 연료전지)는 고체산화물을 전해질로 이용하며

기존 연료전지 대비 효율이 높고 온실가스 배출을 저감할 수 있어 차세대 연료전지로

주목받고 있습니다.

SOFC

·발전효율 50%~60%

(복합발전시 70% 이상 구현가능)

·MCFC 대비 단위면적당

셀 출력 2~5배

·MCFC 대비 단위부피당

시스템 출력 2~3배

(PEMFC 대비 BOP 부품 수

약 30% 감소)

·스택 전처리 공정 단축

(11일 → 약 3일 이내)

·짧은 가동시간 (83시간 → 10시간 이내)

·LNG, 수소, 석탄가스 등

·부가장치 최소화

<美 DOE 예측>

·$700/kW (SOFC, ‛20)

경제성작은

설치면적

제조유지보수

다양한연료

고효율

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23Fuel Cell

기술개발

・2014년 10kW 건물용 SOFC 상용화 개발 목표

・포스코 패밀리 내 역할 분담을 통하여 연구 역량 집중

- RIST : 고효율·고신뢰성 셀, 구성요소 및 스택

- 포스코에너지 : MCFC 국산화 100kW 개발 등의 역량을 바탕으로 시스템 개발

현황

2007년원천기술 개발

2009년독자기술로 셀 개발(V.1)

- 최대 1000cm2 구현

2011년WB 셀 성능 구현 (V.2)

- 1.8만시간 성능평가 진행

2012년스택 신뢰성 향상에 집중

- 110셀 스텍 성능 확보

- 효율 / 내구성 향상 추구

2013년10kW급 시스템 초도품

(스택 모듈 + BOP)

- 1차시도 : ‛13,06

2014년10kW급 시스템 상용품

개발 완료 단계 집중 개발 단계

시스템원료/소재 스택 스택 모듈셀 및

구성요소

유닛셀

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24POSCO ENERGY

SOFC 단전지

지경부

국책과제 수행

·RIST : T/C법 적용 1,000cm2 단전지 제조 및 평가

·포스코에너지 : C/M법 적용 700cm2 단전지 제조 및 평가

<포스코에너지 400cm2, 700cm2 단전지> <RIST 단전지>

성능 및 열화율 SOFC 상용화 추진회사(VPS)과 동등한 성능 및 열화율 보유

구분 성능(출력) 열화율

RIST 1,000cm2 단전지 0.55W/cm2 (@750℃, 0.7V) 0.25%/1khr (@500mA/cm2, 750℃)

포스코에너지 700cm2 단전지 0.45W/cm2 (@750℃, 0.7V) 0%/1khr (@300mA/cm2, 750℃)

·지경부 국책과제 (고효율 분산발전 SOFC용 고신뢰성 단전지의 양산기반 기술개발, ̀ 09.06 ~`13.05) 활용

원료 분말 국산화 연구 수행

·단전지 제작공법

- T/C법 (Tape Casting, 테이프 주조) : 여러 장의 Tape을 적층하여 Casting(Laminating)하는 방법

- C/M법 (Comperssing Molding, 일축가압법) : 하나의 축으로 가압하는 방법

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25Fuel Cell

건물용 SOFC

·2014년 6월 상용품 제작을 목표로 10kW급 SOFC 시스템 개발 중

·목표 : 출력 10kW AC, 전기 효율 50%, 수명 20,000시간

개요

시스템 Hot Box

(고온 MBOP)

스택

시스템 전처리부

(저온 MBOP)EBOP

건물용 SOFC 초도품

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www.poscoenergy.com

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