[발송배전기술사] 연료전지!

다음은 발송배전기술사 발전공학 문제 중 연료전지에 대한 설명입니다.

연료전지의 개요, 원리 및 구성, 특징, 종류별 비교 순으로 서술하겠습니다.

[문제] 연료전지에 대하여 설명하시오.(제61회 3교시, 제107회 3교시, 제118회 4교시)

[답]

1. 연료전지의 개요

  1) 천연가스 등의 연료를 개질해서 얻은 수소를 화학반응시켜 발전하는 방식

  2) 발전효율이 40~60[%] 정도로 높고, 배열도 이용하면 종합효율 80[%] 기대

 

2. 연료전지의 원리 및 구성

  1) 연료전지의 원리

     (1) 연료극($-$) : $H_{2} $  →  $2 H^{+} +  \, 2e ^{-} $

     (2) 산소극($+$) : $ \frac{1}{2} O_{2} +2 H^{+} +2 e ^{-}\,\,  \rightarrow  \,\,\,  H_{2}O$ 

     (3) 산화반응 : $H _{2}  + \frac{1}{2} O_{2} \,\,  \rightarrow  \,\,\,  H_{2}O$ (수증기, 열, 전기발생)

  2) 연료전지의 구성

     (1) 연료개질장치 : 연료로부터 수소를 많이 포함한 가스로 변환

     (2) 연료전지 본체 : 수소와 산소를 반응시켜 직류전력 발생

 

3. 연료전지의 특징

  1) 연료전지의 장점

     (1) 에너지 변환효율이 높다.(발전효율 40~60[%], 종합효율 80[%])

     (2) 단위 출력당의 용적, 무게가 작다.

     (3) 환경상의 문제가 없다.

     (4) 부하조정이 용이하고, 저부하에서도 효율저하가 적다.

     (5) 석유 대체효과 기대

     (6) 설비의 모듈화가 가능하다.

  2) 연료전지의 단점

     (1) 반응가스 중에 포함되어있는 불순물 제거필요

     (2) Cost가 높고, 내구성이 약하다.

 

4. 연료전지의 종류별 비교

	인산형(PAFC)	용융탄산염(MCFC)	고체 전해질형(SOFC)
연료	천연가스(개질), 메탄올(개질)	천연가스 석탄가스화 가스	천연가스 석탄가스화 가스
전해질	인산수용액($H _{3} PO _{4} $)	탄산리튬, 탄산칼슘, 탄산나트륨	질코니아, 칼시아
동작온도	200[˚C]	650[˚C]	1,000[˚C]
발전효율	35~42[%]	45~60[%]	45~60[%]
특징	실용화에 가깝다.	고효율발전, 내부개질이 가능	고효율발전, 내부개질이 가능
용도	수용가근처 분산배치형	대용량화력 대체용, 분산배치형 복합발전	수용가근처 분산배치형
이온체	$H _{2}$	$CO_{2}$	$O_{2}$

 

 

 

오늘은 발송배전기술사 발전공학 문제로 나올 법한 연료전지에 대하여 알아보았습니다.