KR102012939B1 - Energy utilization system including fuel cell, solar facility and heat pump - Google Patents

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황영구
차광석
황승태
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넥셀시스템(주)
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Abstract

The present invention relates to an energy utilization system including a fuel cell, a photovoltaic power generator and a heat pump. A heat source of the fuel cell can be utilized in the heat pump. Electric energy which is generated by the fuel cell and the photovoltaic power generator and electric energy supplied from an external power grid can be selectively used in consideration of an amount of storage stored in an energy storage device, a production cost, and a supply cost supplied from the external power grid, thereby maximizing energy use efficiency.

Description

연료전지, 태양광 발전기 및 히트펌프를 포함한 에너지 이용시스템{Energy utilization system including fuel cell, solar facility and heat pump}Energy utilization system including fuel cell, solar facility and heat pump}

본 발명은 연료전지, 태양광 발전기 및 히트펌프를 포함한 에너지 이용시스템 에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 연료전지, 태양광 발전기 및 히트펌프를 연계하여 열 에너지와 전기 에너지를 생산하고, 이를 효율적으로 이용할 수 있는 연료전지, 태양광 발전기 및 히트펌프를 포함한 에너지 이용시스템에 관한 것이다. The present invention relates to an energy utilization system including a fuel cell, a solar generator, and a heat pump, and more particularly, to produce thermal energy and electrical energy by linking a fuel cell, a solar generator, and a heat pump, and efficiently using the same. The present invention relates to an energy utilization system including a fuel cell, a solar generator, and a heat pump.

종래에는 석탄, 석유 및 원자력 등을 이용하여 전기 에너지를 생산하여 왔으나, 환경을 생각하며 발전할 수 있는 태양광 발전이나 풍력 발전 기술에 대한 관심이 지속적으로 증가하고 있다. Conventionally, electric energy has been produced using coal, petroleum, and nuclear power, but interest in photovoltaic power generation or wind power generation technology that can generate power in consideration of the environment continues to increase.

그러나 태양광 발전은 전력 생산량이 일사량에 영향을 많이 받고, 풍력 발전은 풍향 및 풍속에 많은 영향을 받는 한계가 있다.However, photovoltaic power generation is limited by the amount of power generated by solar radiation, and wind power generation is affected by wind direction and wind speed.

최근에는 연료전지를 이용하여 전기 에너지를 생산하는 기술에 대한 관심이 증대되고 있다.Recently, interest in technology for producing electric energy using fuel cells has been increasing.

그러나, 연료전지는 스택에서 발생하는 열을 효과적으로 제거하는 것이 연료전지의 성능 확보에 있어서 필수적이다. However, in the fuel cell, it is essential to effectively remove heat generated from the stack to secure the performance of the fuel cell.

종래에는 연료전지의 스택의 열을 제거하기 위해서는 물 또는 부동액 등의 냉각 유체를 스택으로 유입시켜 스택의 열을 흡수한 후, 스택에서 나온 냉각 유체를 방열 열교환기에서 공기와 열교환시켜, 냉각 유체의 열을 대기중으로 방출하였다. Conventionally, in order to remove heat from a stack of a fuel cell, a cooling fluid such as water or an antifreeze is introduced into the stack to absorb the heat of the stack, and then the cooling fluid from the stack is heat-exchanged with air in a heat radiating heat exchanger. Heat was released to the atmosphere.

그러나, 연료전지 스택의 작동 온도는 60 내지 80℃이기 때문에, 냉각유체의 열을 대기 중으로 방출하는 것이 용이하지 않으며, 방열 열교환기의 열교환 면적이 증대되어야 하는 문제점이 있다. 또한, 대기의 온도가 높은 경우 열교환이 충분히 이루어지지 않는 문제점이 있다.However, since the operating temperature of the fuel cell stack is 60 to 80 ° C., it is not easy to discharge the heat of the cooling fluid into the atmosphere, and there is a problem that the heat exchange area of the heat radiating heat exchanger must be increased. In addition, there is a problem that the heat exchange is not made sufficiently when the temperature of the atmosphere is high.

한국등록특허 제10-0634606호Korea Patent Registration No. 10-0634606

본 발명의 목적은, 연료전지의 스택의 열을 히트펌프에서 활용하고, 연료전지와 태양광 발전기에서 생산된 전기를 보다 효율적으로 사용할 수 있는 연료전지, 태양광 발전기 및 히트펌프를 포함한 에너지 이용시스템을 제공하는 데 있다. SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is an energy utilization system including a fuel cell, a solar generator and a heat pump that utilizes heat from a stack of fuel cells in a heat pump and makes more efficient use of electricity produced by a fuel cell and a solar generator. To provide.

연료전지, 태양광 발전기 및 히트펌프를 포함한 에너지 이용시스템은, 연료전지, 히트펌프, 태양광 발전기 및 에너지 저장장치(ESS)를 포함하고, 상기 연료전지와 상기 히트펌프를 연결하여, 상기 연료전지의 스택을 냉각시킨 고온의 냉각수를 상기 히트펌프의 열원으로 공급하는 열원 공급유로와, 상기 히트펌프와 상기 연료전지를 연결하여, 상기 히트펌프에 열원을 제공하고 나온 저온의 냉각수를 상기 연료전지로 순환시키는 열원 배출유로와, 상기 열원 배출유로에 설치되어 상기 저온의 냉각수의 온도를 측정하는 온도센서와, 상기 열원 배출유로에 설치되어 상기 저온의 냉각수를 외부 공기와 열교환시켜 냉각시키는 보조 열교환기와, 상기 연료전지와 상기 에너지 저장장치를 연결하여, 상기 연료전지에서 생산된 전기 에너지를 상기 에너지 저장장치에 공급하여 저장하기 위한 연료전지 전기에너지 저장 선로와, 상기 태양광 발전기와 상기 에너지 저장장치를 연결하여, 상기 태양광 발전기에서 생산된 전기 에너지를 상기 에너지 저장장치에 공급하여 저장하기 위한 태양광 전기에너지 저장 선로와, 상기 에너지 저장장치에 저장된 전기 에너지를 상기 히트펌프와 건물 내 전력 수요처 중 적어도 하나에 공급하기 위한 저장 전기에너지 공급 선로와, 외부 전력망으로부터 공급된 전기 에너지를 상기 히트펌프와 건물 내 전력 수요처 중 적어도 하나에 공급하기 위한 외부 전기에너지 공급 선로와, 상기 저장 전기에너지 공급 선로에 설치된 저장 전기 스위치와, 상기 외부 전기에너지 공급 선로에 설치된 외부 전기 스위치와, 상기 보조 열교환기, 상기 저장 전기 스위치와 상기 외부 전기 스위치의 작동을 제어하는 제어부를 더 포함하고, 상기 제어부는, 상기 히트펌프가 작동 중이고 상기 온도센서에서 감지된 온도가 미리 설정된 설정 온도 미만이면, 상기 보조 열교환기의 작동을 중지하고, 상기 히트펌프가 작동 중이고 상기 온도센서에서 감지된 온도가 미리 설정된 설정 온도 이상이면, 상기 보조 열교환기를 작동시키고, 상기 히트펌프가 정지 상태이면, 상기 보조 열교환기를 작동시키고, 상기 에너지 저장장치에 저장된 전기 에너지의 저장량을 미리 설정된 설정 량 범위와 비교하고, 상기 저장량이 상기 설정량 범위 이내이면, 상기 에너지 저장장치에 저장된 전기 에너지의 생산 단가와 상기 외부 전력망에서 공급되는 전기 에너지의 공급 단가를 비교하고, 상기 생산 단가가 상기 공급 단가 이하이면, 상기 외부 전기 스위치를 오프시키고, 상기 저장 전기 스위치를 온시켜, 상기 에너지 저장장치에 저장된 전기 에너지가 상기 히트펌프와 상기 전력 수요처 중 적어도 하나로 공급되도록 하고, 상기 생산 단가가 상기 공급 단가를 초과하면, 상기 외부 전기 스위치를 온시키고, 상기 저장 전기 스위치를 오프시켜, 상기 외부 전력망으로부터 공급되는 전기 에너지가 상기 히트펌프와 상기 전력 수요처 중 적어도 하나로 공급되도록 하며, 상기 저장량이 상기 설정량 범위 미만이면, 상기 외부 전기 스위치를 온시키고, 상기 저장 전기 스위치를 오프시켜, 상기 외부 전력망으로부터 공급되는 전기 에너지가 상기 히트펌프와 상기 전력 수요처 중 적어도 하나로 공급되도록 하여, 상기 에너지 저장장치의 최소 저장량을 유지하고, 상기 저장량이 상기 설정량 범위를 초과하면, 상기 생산 단가와 상기 공급 단가를 비교하고, 상기 생산 단가가 상기 공급 단가 이하이면, 상기 외부 전기 스위치를 오프시키고, 상기 저장 전기 스위치를 온시켜, 상기 에너지 저장장치에 저장된 전기 에너지가 상기 히트펌프와 상기 전력 수요처 중 적어도 하나로 공급되도록 하고, 상기 생산 단가가 상기 공급 단가를 초과하면, 상기 공급 단가와 상기 생산 단가의 차액을 계산하고, 상기 차액이 미리 설정된 설정차액 이하이면, 상기 생산 단가가 상기 공급 단가보다 비싸더라도 상기 외부 전기 스위치를 오프시키고, 상기 저장 전기 스위치를 온시켜, 상기 에너지 저장장치에 저장된 전기 에너지가 상기 히트펌프와 상기 전력 수요처 중 적어도 하나로 공급되도록 하고, 상기 차액이 미리 설정된 설정차액을 초과하면, 상기 외부 전기 스위치를 온시키고, 상기 저장 전기 스위치를 오프시켜, 상기 외부 전력망으로부터 공급되는 전기 에너지가 상기 히트펌프와 상기 전력 수요처 중 적어도 하나로 공급되도록 한다.An energy utilization system including a fuel cell, a solar generator, and a heat pump includes a fuel cell, a heat pump, a solar generator, and an energy storage device (ESS), and connects the fuel cell and the heat pump to the fuel cell. A heat source supply passage for supplying a high temperature coolant having cooled the stack of heat to the heat source of the heat pump, and connecting the heat pump and the fuel cell to provide a heat source to the heat pump, and then supplying the coolant having low temperature to the fuel cell. A heat source discharge passage circulating, a temperature sensor installed in the heat source discharge passage and measuring the temperature of the low temperature cooling water, and an auxiliary heat exchanger installed in the heat source discharge passage to cool the low temperature cooling water by exchanging heat with external air; The fuel cell and the energy storage device are connected to each other to store electrical energy produced by the fuel cell. A fuel cell electrical energy storage line for supplying and storing a device, and a solar cell for supplying and storing electrical energy produced by the solar generator to the energy storage device by connecting the solar generator and the energy storage device. An electric energy storage line, a storage electric energy supply line for supplying electric energy stored in the energy storage device to at least one of the heat pump and a power demand source in a building, and the electric energy supplied from an external electric power grid; An external electric energy supply line for supplying at least one of the electric power demand sources, a storage electric switch provided in the storage electric energy supply line, an external electric switch installed in the external electric energy supply line, the auxiliary heat exchanger, and the storage Of the electric switch and the external electric switch The control unit may further include a control unit configured to control an operation, wherein the control unit stops the operation of the auxiliary heat exchanger when the heat pump is operating and the temperature detected by the temperature sensor is lower than a preset set temperature, and the heat pump is operated. The auxiliary heat exchanger is activated when the temperature sensed by the temperature sensor is equal to or higher than a preset temperature, and when the heat pump is stopped, the auxiliary heat exchanger is operated and a storage amount of electric energy stored in the energy storage device is preset. Compared with the set amount of the set range, if the storage amount is within the set amount range, the production unit price of the electrical energy stored in the energy storage device and the supply unit price of the electrical energy supplied from the external power grid, the production unit price is the If it is less than the supply unit price, the external electric switch is turned off, Turning on the storage electrical switch to supply electrical energy stored in the energy storage device to at least one of the heat pump and the power demand source, and when the production cost exceeds the supply cost, turn on the external electrical switch, Turning off the storage electric switch so that electric energy supplied from the external electric power grid is supplied to at least one of the heat pump and the electric power demand source, and if the storage amount is less than the set amount range, turn on the external electric switch, Turning off a storage electric switch so that electrical energy supplied from the external power grid is supplied to at least one of the heat pump and the power demand source, thereby maintaining a minimum storage amount of the energy storage device, wherein the storage amount exceeds the set amount range Lower surface, the production unit price Compare the supply cost, and if the production cost is less than the supply cost, turn off the external electric switch, turn on the storage electric switch, so that the electrical energy stored in the energy storage device is at least of the heat pump and the power demand destination When the production unit price exceeds the supply unit price, the difference between the supply unit price and the production unit price is calculated, and if the difference is less than a predetermined set difference, even if the production unit price is higher than the supply unit price Turn off an external electrical switch and turn on the storage electrical switch to supply electrical energy stored in the energy storage device to at least one of the heat pump and the power demand source, and if the difference exceeds a preset set difference, Turn on the external electrical switch, the storage electrical switch Turning off value, such that the electric energy supplied from the external power grid is supplied to at least one of the heat pump with the power demand.

본 발명은, 연료전지의 열원은 히트펌프에서 활용할 수 있고, 에너지 저장장치에 저장된 저장량, 생산 단가, 외부 전력망에서 공급되는 공급 단가를 모두 고려하여, 연료전지와 태양광 발전기에서 생산된 전기 에너지와 외부 전력망에서 공급되는 전기 에너지를 선택적으로 사용할 수 있으므로, 에너지 이용 효율이 극대화될 수 있는 이점이 있다. The present invention, the heat source of the fuel cell can be utilized in the heat pump, considering the storage amount stored in the energy storage device, production cost, the supply cost supplied from the external power grid, and the electrical energy produced by the fuel cell and the solar generator Since the electric energy supplied from the external power grid can be selectively used, there is an advantage that the energy utilization efficiency can be maximized.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 연료전지, 태양광 발전기 및 히트펌프를 포함한 에너지 이용시스템의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 연료전지, 태양광 발전기 및 히트펌프를 포함한 에너지 이용시스템의 제어방법을 나타낸 도면이다.1 is a view schematically showing the configuration of an energy utilization system including a fuel cell, a solar generator and a heat pump according to an embodiment of the present invention.
2 is a diagram illustrating a control method of an energy utilization system including a fuel cell, a solar generator, and a heat pump according to an exemplary embodiment of the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 연료전지, 태양광 발전기 및 히트펌프를 포함한 에너지 이용시스템의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.1 is a view schematically showing the configuration of an energy utilization system including a fuel cell, a solar generator and a heat pump according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 에너지 이용 시스템은, 연료전지(10), 태양광 발전기(20), 히트펌프(30), 에너지 저장장치(ESS, Energy storage system)(40) 및 제어부를 포함한다.Referring to FIG. 1, the energy utilization system according to the present invention includes a fuel cell 10, a solar generator 20, a heat pump 30, an energy storage system (ESS) 40, and a controller. Include.

상기 에너지 이용 시스템은, 상기 연료전지(10)에서 생산된 열을 열원으로 하여 상기 히트펌프(30)를 구동하고, 상기 히트펌프(30)를 이용하여 열부하 수요처에 열원을 제공하는 열 에너지 이용부와, 상기 연료전지(10), 상기 태양광 발전기(20)에서 생산된 전기 에너지를 상기 에너지 저장장치(40)에 저장해두었다가 상기 히트펌프(30)나 건물 내 전력 수요처(50)에 전기 에너지를 공급하는 전기 에너지 이용부를 포함한다. The energy utilization system is a heat energy utilization unit for driving the heat pump 30 using the heat produced by the fuel cell 10 as a heat source, and providing a heat source to the heat load demand destination using the heat pump 30. The electrical energy produced by the fuel cell 10 and the solar generator 20 is stored in the energy storage device 40 and the electrical energy is supplied to the heat pump 30 or the power demand source 50 in the building. It includes an electrical energy utilization unit for supplying.

상기 연료전지(10)와 상기 히트펌프(30)는 열원 공급유로(71)와 열원 배출유로(72)로 연결된다.The fuel cell 10 and the heat pump 30 are connected to a heat source supply passage 71 and a heat source discharge passage 72.

상기 열원 공급유로(71)와 상기 열원 배출유로(72)는 냉각수가 순환하는 유로이다. The heat source supply passage 71 and the heat source discharge passage 72 are passages through which cooling water is circulated.

상기 열원 공급유로(71)는, 상기 연료전지(10)의 출구측과 상기 히트펌프(30)의 증발기(31)의 입구를 연결하여, 상기 연료전지(10)의 스택을 냉각시킨 고온의 냉각수를 상기 히트펌프(30)의 열원으로 공급하기 위한 유로이다. The heat source supply passage 71 connects the outlet side of the fuel cell 10 with the inlet of the evaporator 31 of the heat pump 30 to cool the stack of the fuel cell 10. Is a flow path for supplying the heat source of the heat pump 30.

상기 열원 배출유로(72)는, 상기 증발기(31)의 출구와 상기 연료전지(10)의 입구측을 연결하여, 상기 증발기(31)에 열원을 제공하고 나온 저온의 냉각수를 상기 연료전지(10)의 입구측으로 다시 순환시키기 위한 유로이다. The heat source discharge passage 72 connects the outlet of the evaporator 31 and the inlet side of the fuel cell 10 to provide a heat source to the evaporator 31 to supply the low temperature cooling water to the fuel cell 10. Flow path for circulating back to the inlet side.

상기 열원 배출유로(72)에는 상기 저온의 냉각수의 온도를 측정하는 온도센서(73)가 구비된다.The heat source discharge passage 72 is provided with a temperature sensor 73 for measuring the temperature of the low-temperature cooling water.

상기 열원 배출유로(72)에는, 상기 저온의 냉각수를 필요에 따라 외부 공기와 열교환시키는 보조 열교환기(80)가 구비된다. The heat source discharge passage 72 is provided with an auxiliary heat exchanger 80 that heat-exchanges the low-temperature cooling water with external air, if necessary.

상기 보조 열교환기(80)는 상기 제어부(미도시)의 제어에 따라 송풍팬이 온 또는 오프되어 작동이 제어될 수 있다. The auxiliary heat exchanger 80 may be controlled by operating a blower fan on or off under the control of the controller (not shown).

상기 히트펌프(30)는, 압축기(미도시), 상기 증발기(31), 응축기(32) 및 팽창 밸브(미도시)를 포함한다. The heat pump 30 includes a compressor (not shown), the evaporator 31, a condenser 32 and an expansion valve (not shown).

상기 연료전지(10)와 상기 에너지 저장장치(40)는 연료전지 전기에너지 저장 선로(91)로 연결된다. The fuel cell 10 and the energy storage device 40 are connected to a fuel cell electrical energy storage line 91.

상기 연료전지 전기에너지 저장선로(91)는, 상기 연료전지(10)에서 생산된 전기 에너지를 상기 에너지 저장장치(40)에 공급하여 저장하기 위한 전력선이다. The fuel cell electrical energy storage line 91 is a power line for supplying and storing the electrical energy produced by the fuel cell 10 to the energy storage device 40.

상기 태양광 발전기(20)와 상기 에너지 저장장치(40)는 태양광 전기에너지 저장 선로(92)로 연결된다.The solar generator 20 and the energy storage device 40 are connected to a solar electric energy storage line 92.

상기 태양광 전기에너지 저장선로(92)는, 상기 태양광 발전기(20)에서 생산된 전기 에너지를 상기 에너지 저장장치(40)에 공급하기 위한 전력선이다. The photovoltaic electrical energy storage line 92 is a power line for supplying the electrical energy produced by the photovoltaic generator 20 to the energy storage device 40.

상기 에너지 저장장치(40)에는 저장된 전기 에너지를 상기 히트펌프(30)와 건물 내 전력 수요처(50) 중 적어도 하나에 공급하기 위한 저장 전기에너지 공급 선로(100)가 연결된다. The energy storage device 40 is connected to a storage electric energy supply line 100 for supplying stored electrical energy to at least one of the heat pump 30 and the power demand source 50 in the building.

상기 저장 전기에너지 공급 선로(100)는, 상기 히트펌프(30)에 전기 에너지를 공급하기 위한 히트펌프 전력선(301)에 연결된다. The storage electrical energy supply line 100 is connected to a heat pump power line 301 for supplying electrical energy to the heat pump 30.

상기 히트펌프 전력선(301)에는 상기 건물 내 전력 수요처로 전기 에너지를 공급하기 위한 전력 수요처 전력선(302)이 연결될 수 있다. 본 실시예에서는, 상기전력 수요처 전력선(302)이 상기 히트펌프 전력선(301)에 연결된 것으로 예를 들어 설명하나, 이에 한정되지 않고 상기 전력 수요처 전력선(302)은 상기 히트펌프 전력선(301)과 별도로 구비되는 것도 물론 가능하다. The heat pump power line 301 may be connected to a power demand destination power line 302 for supplying electrical energy to the power demand destination in the building. In the present embodiment, for example, the power demand source power line 302 is connected to the heat pump power line 301, for example, but not limited to this, the power demand destination power line 302 is separate from the heat pump power line 301 It is also possible to be provided.

상기 저장 전기에너지 공급 선로(100)에는 저장 전기 스위치(101)가 설치된다. The storage electric switch 101 is installed in the storage electric energy supply line 100.

또한, 상기 히트펌프 전력선(301)에는 외부 전력망(60)으로부터 외부 전기 에너지를 공급받기 위한 외부 전기에너지 공급 선로(200)가 연결된다. In addition, the heat pump power line 301 is connected to an external electric energy supply line 200 for receiving external electric energy from the external power grid 60.

상기 외부 전기에너지 공급 선로(200)에는 외부 전기 스위치(201)가 설치된다. An external electric switch 201 is installed on the external electric energy supply line 200.

본 실시예에서는, 상기 저장 전기 스위치(101)와 상기 외부 전기 스위치(201)가 각각 별도로 구비된 것으로 예를 들어 설명하였으나, 이에 한정되지 않고 상기 히트펌프 전력선(301), 상기 저장 전기에너지 공급선로(100) 및 상기 외부 전기에너지 공급선로(200)가 연결되는 하나의 지점에 하나의 스위치가 설치되어, 저장 전기에너지와 외부 전기에너지 중 어느 하나를 상기 히트펌프(30)로 공급할 수 있는 것이라면 어느 것이나 적용 가능하다. In the present embodiment, the storage electric switch 101 and the external electric switch 201 have been described separately, for example, but not limited to the heat pump power line 301 and the storage electric energy supply line. One switch is installed at one point at which the 100 and the external electric energy supply line 200 are connected, so that any one of the stored electric energy and the external electric energy can be supplied to the heat pump 30. It is applicable either.

상기와 같이 구성된 본 발명의 실시예에 따른 에너지 이용 시스템의 제어방법을 설명하면 다음과 같다. Referring to the control method of the energy utilization system according to an embodiment of the present invention configured as described above are as follows.

도 1 및 도 2를 참조하면, 상기 히트펌프(30)의 작동 상태이면, 상기 연료전지(10)에서 나온 고온의 냉각수는 상기 히트펌프(30)로 공급되어 상기 히트펌프(30)에 열원을 제공한다.1 and 2, when the heat pump 30 is in an operating state, the high temperature cooling water from the fuel cell 10 is supplied to the heat pump 30 to supply a heat source to the heat pump 30. to provide.

상기 히트펌프(30)에 열원을 제공하고 나온 저온의 냉각수는 상기 열원 배출유로(72)를 통해 다시 상기 연료전지(10)로 순환한다. The low temperature cooling water provided to the heat pump 30 after being supplied to the heat pump 30 is circulated back to the fuel cell 10 through the heat source discharge passage 72.

따라서, 상기 연료전지(10)의 스택의 열원을 상기 히트펌프(30)에 이용할 수 있으므로, 에너지 이용효율이 향상될 수 있다. Therefore, since the heat source of the stack of the fuel cell 10 can be used for the heat pump 30, the energy utilization efficiency can be improved.

상기 제어부(미도시)는, 상기 히트펌프(30)가 작동 중일 때, 상기 온도센서(73)에서 감지된 냉각수 온도가 미리 설정된 설정온도 이하인지 판단한다.(S1)(S2)The controller (not shown) determines whether the coolant temperature detected by the temperature sensor 73 is lower than or equal to a preset temperature when the heat pump 30 is in operation (S1) (S2).

상기 온도센서(73)에서 감지된 냉각수 온도가 상기 설정온도 미만이면, 상기 냉각수가 상기 히트펌프(30)에서 충분히 냉각되므로, 별도로 냉각시킬 필요가 없다고 판단한다. If the coolant temperature sensed by the temperature sensor 73 is less than the set temperature, the coolant is sufficiently cooled in the heat pump 30, so it is determined that there is no need to cool it separately.

따라서, 상기 제어부(미도시)는 상기 보조 열교환기(80)의 오프 상태를 유지한다.(S3)Thus, the controller (not shown) maintains the off state of the auxiliary heat exchanger 80 (S3).

한편, 상기 온도센서(73)에서 감지된 냉각수 온도가 상기 설정온도 이상이면, 상기 냉각수가 상기 히트펌프(30)에서 충분히 냉각되지 않았다고 판단하여, 상기 보조 열교환기(80)를 온 시킬 수 있다. On the other hand, if the coolant temperature detected by the temperature sensor 73 is above the set temperature, it is determined that the coolant is not sufficiently cooled in the heat pump 30, it is possible to turn on the auxiliary heat exchanger (80).

한편, 상기 연료전지(10)에서 생산된 전기 에너지와 상기 태양광 발전기(20)에서 생산된 전기 에너지는 상기 에너지 저장장치(40)에 저장된다. Meanwhile, the electrical energy produced by the fuel cell 10 and the electrical energy produced by the solar generator 20 are stored in the energy storage device 40.

상기 제어부(미도시)는, 상기 에너지 저장장치(40)에 저장된 전기 에너지의 저장량을 미리 설정된 설정량 범위와 비교한다.(S4)The controller (not shown) compares a storage amount of electrical energy stored in the energy storage device 40 with a preset set amount range (S4).

상기 제어부(미도시)는, 상기 저장량이 상기 설정량 범위 이내이면, 상기 에너지 저장장치(40)에 저장된 전기 에너지의 생산 단가와 상기 외부 전력망에서 공급되는 전기 에너지의 공급단가를 비교하고, 그에 따라 저장된 전기 에너지를 사용할 것인지 외부에서 공급되는 전기 에너지를 사용할 것인지를 판단한다.(S5)If the storage amount is within the set amount range, the controller (not shown) compares the production cost of the electrical energy stored in the energy storage device 40 with the supply cost of the electrical energy supplied from the external power grid, and accordingly It is determined whether to use stored electrical energy or externally supplied electrical energy. (S5)

상기 설정량 범위는, 상기 에너지 저장장치(40)에서 확보해야할 최소 저장량과 최대 저장량 사이의 범위로 미리 설정된다. 상기 최소 저장량은 전력 수급 비상 상황을 대비하여 확보해야 하는 최소량으로 설정된다. 상기 최대 저장량은 상기 에너지 저장 장치에 저장 여유 공간을 확보해야 하는 최대량으로 설정된다. The set amount range is preset in a range between a minimum storage amount and a maximum storage amount to be secured in the energy storage device 40. The minimum storage amount is set to the minimum amount that should be secured in preparation for a power supply and demand emergency situation. The maximum storage amount is set to the maximum amount to secure the storage free space in the energy storage device.

상기 생산 단가가 상기 공급 단가 이하이면, 상기 외부 전력망(60)에서 공급되는 전기 에너지가 상기 에너지 저장장치(40)에 저장된 전기 에너지보다 더 비싸므로, 상기 에너지 저장장치(40)에 저장된 전기 에너지를 우선적으로 사용하도록 제어한다. 즉, 상기 외부 전기 스위치(201)는 오프시키고, 상기 저장 전기 스위치(101)만 온시켜, 상기 에너지 저장장치(40)에 저장된 전기 에너지가 상기 히트펌프(30)와 상기 전력 수요처(50)로 공급되도록 한다.(S6)If the production cost is less than the supply cost, the electrical energy supplied from the external power grid 60 is more expensive than the electrical energy stored in the energy storage device 40, the electrical energy stored in the energy storage device 40 Control to use first. That is, the external electric switch 201 is turned off, and only the storage electric switch 101 is turned on so that the electric energy stored in the energy storage device 40 is transferred to the heat pump 30 and the power demand source 50. To be supplied (S6).

상기 생산 단가가 상기 공급 단가를 초과하면, 상기 외부 전력망(60)에서 공급되는 전기 에너지가 상기 에너지 저장장치(40)에 저장된 전기 에너지보다 더 싸므로, 상기 외부 전력망(60)에서 공급되는 전기 에너지를 우선적으로 사용하도록 제어한다. 즉, 상기 외부 전기 스위치(201)는 온시키고, 상기 저장 전기 스위치(101)는 오프시켜, 상기 외부 전력망(60)에서 공급되는 전기 에너지가 상기 히트펌프(30)와 상기 전력 수요처(50)로 공급되도록 한다.(S7) When the production cost exceeds the supply cost, the electric energy supplied from the external power grid 60 is cheaper than the electric energy stored in the energy storage device 40, and thus the electric energy supplied from the external power grid 60. Control to use. That is, the external electric switch 201 is turned on and the storage electric switch 101 is turned off, so that electric energy supplied from the external electric power grid 60 is transferred to the heat pump 30 and the electric power demand source 50. To be supplied (S7).

한편, 상기 저장량이 상기 설정량 범위 미만이면(S8), 상기 에너지 저장장치(40)에 저장되어야 하는 최소 저장량을 유지해야 하므로, 단가에 관계없이 상기 외부 전력망(60)으로 공급되는 전기 에너지를 우선적으로 사용한다. 즉, 상기 제어부(미도시)는, 상기 외부 전기 스위치(201)는 온시키고, 상기 저장 전기 스위치(101)는 오프시켜, 상기 외부 전력망(60)에서 공급되는 전기 에너지가 상기 히트펌프(30)와 상기 전력 수요처(50)로 공급되도록 한다.(S7) On the other hand, if the storage amount is less than the set amount range (S8), it is necessary to maintain the minimum storage amount to be stored in the energy storage device 40, the electrical energy supplied to the external power grid 60 regardless of the unit price preferentially Used as That is, the controller (not shown), the external electric switch 201 is turned on, the storage electric switch 101 is turned off, the electric energy supplied from the external power grid 60 is the heat pump 30 And to be supplied to the power demand source 50 (S7).

한편, 상기 저장량이 상기 설정량 범위를 초과하면, 상기 에너지 저장장치(40)가 모두 채워지는 것을 방지하고 저장 여유 공간을 확보하기 위해 상기 생산 단가와 상기 공급 단가를 비교한다.(S9)On the other hand, if the storage amount exceeds the set amount range, the production unit price and the supply unit price is compared to prevent the energy storage device 40 from filling up and to secure a storage free space.

상기 생산 단가가 상기 공급 단가 이하이면, 상기 외부 전력망(60)에서 공급되는 전기 에너지가 상기 에너지 저장장치(40)에 저장된 전기 에너지보다 더 비싸므로, 상기 에너지 저장장치(40)에 저장된 전기 에너지를 우선적으로 사용하도록 제어한다. 즉, 상기 외부 전기 스위치(201)는 오프시키고, 상기 저장 전기 스위치(101)만 온시켜, 상기 에너지 저장장치(40)에 저장된 전기 에너지가 상기 히트펌프(30)와 상기 전력 수요처(50)로 공급되도록 한다.(S6)If the production cost is less than the supply cost, the electrical energy supplied from the external power grid 60 is more expensive than the electrical energy stored in the energy storage device 40, the electrical energy stored in the energy storage device 40 Control to use first. That is, the external electric switch 201 is turned off, and only the storage electric switch 101 is turned on so that the electric energy stored in the energy storage device 40 is transferred to the heat pump 30 and the power demand source 50. To be supplied (S6).

반면, 상기 생산 단가가 상기 공급 단가를 초과하면, 상기 생산 단가와 상기 공급 단가의 차액을 계산하고, 상기 차액을 미리 설정된 설정 차액과 비교한다.(S10)(S11)On the other hand, if the production unit price exceeds the supply unit price, the difference between the production unit price and the supply unit price is calculated, and the difference is compared with a predetermined set difference (S10) (S11).

상기 생산 단가와 상기 공급 단가의 차액이 미리 설정된 설정 차액 이하이면, 상기 생산 단가가 상기 공급 단가보다 비싸더라도 상기 에너지 저장장치(40)에 저장된 전기 에너지를 우선적으로 사용하도록 제어한다. 즉, 상기 저장량이 상기 설정량 범위를 초과한 상태에서는 상기 에너지 저장장치(40)의 저장 여유 공간을 확보하기 위하여 상기 에너지 저장장치(40)에 저장된 전기 에너지를 우선적으로 사용한다. 즉, 상기 외부 전기 스위치(201)는 오프시키고, 상기 저장 전기 스위치(101)만 온시켜, 상기 에너지 저장장치(40)에 저장된 전기 에너지가 상기 히트펌프(30)와 상기 전력 수요처(50)로 공급되도록 한다.(S6)If the difference between the production unit price and the supply unit price is less than or equal to a predetermined set difference, the control unit preferentially uses the electric energy stored in the energy storage device 40 even if the production unit price is higher than the supply unit price. That is, in a state in which the storage amount exceeds the set amount range, the electric energy stored in the energy storage device 40 is preferentially used to secure a storage free space of the energy storage device 40. That is, the external electric switch 201 is turned off, and only the storage electric switch 101 is turned on so that the electric energy stored in the energy storage device 40 is transferred to the heat pump 30 and the power demand source 50. To be supplied (S6).

한편, 상기 생산 단가와 상기 공급 단가의 차액이 상기 설정 차액을 초과하면, 비용 손실을 최소화하기 위하여 상기 외부 전력망(60)에서 공급되는 전기 에너지를 우선적으로 사용하도록 제어한다. 즉, 상기 외부 전기 스위치(201)는 온시키고, 상기 저장 전기 스위치(101)는 오프시켜, 상기 외부 전력망(60)에서 공급되는 전기 에너지가 상기 히트펌프(30)와 상기 전력 수요처(50)로 공급되도록 한다.(S7) On the other hand, if the difference between the production unit price and the supply unit price exceeds the set difference, it is controlled to preferentially use the electrical energy supplied from the external power grid 60 to minimize the cost loss. That is, the external electric switch 201 is turned on and the storage electric switch 101 is turned off, so that electric energy supplied from the external electric power grid 60 is transferred to the heat pump 30 and the electric power demand source 50. To be supplied (S7).

다만, 이에 한정되지 않고, 상기 저장량이 상기 설정량 범위를 초과한 상태에서 상기 생산 단가와 상기 공급 단가의 차액이 상기 설정 차액을 초과하면, 상기 공급 단가가 매우 저렴하므로 상기 외부 전력망(60)에서 공급되는 전기 에너지를 상기 히트펌프(30)와 상기 전력 수요처(50)로 공급하고, 상기 에너지 저장장치(40)에 저장된 전기 에너지는 외부에 저렴하게 판매하여 상기 에너지 저장장치(40)의 저장 여유 공간을 확보하는 것도 물론 가능하다. However, the present invention is not limited thereto, and when the difference between the production unit price and the supply unit price exceeds the set difference in the state where the storage amount exceeds the set amount range, the supply unit price is very inexpensive, so that the external power grid 60 The supplied electric energy is supplied to the heat pump 30 and the electric power demand source 50, and the electric energy stored in the energy storage device 40 is sold at a low price to the outside so that the energy storage device 40 can be freely stored. It is also possible to secure space.

한편, 상기 제어부(미도시)는, 상기 히트펌프(30)가 작동하지 않는 오프상태일 때는, 상기 보조 열교환기(80)를 온 시켜 상기 연료전지(10)에서 나온 냉각수를 상기 보조 열교환기(80)를 통해 냉각시킬 수 있다.(S12)On the other hand, the control unit (not shown), when the heat pump 30 does not operate, the auxiliary heat exchanger 80 is turned on to cool the water from the fuel cell 10 to the auxiliary heat exchanger ( 80) can be cooled (S12).

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.Although the present invention has been described with reference to the embodiments shown in the drawings, this is merely exemplary, and it will be understood by those skilled in the art that various modifications and equivalent other embodiments are possible. Therefore, the true technical protection scope of the present invention will be defined by the technical spirit of the appended claims.

10: 연료전지 20: 태양광 발전기
30: 히트펌프 40: 에너지 저장장치
50: 전력 수요처 60: 외부 전력망10: fuel cell 20: solar generator
30: heat pump 40: energy storage device
50: power source 60: external power grid

Claims (1)

연료전지, 히트펌프, 태양광 발전기 및 에너지 저장장치(ESS)를 포함하고,
상기 연료전지와 상기 히트펌프를 연결하여, 상기 연료전지의 스택을 냉각시킨 고온의 냉각수를 상기 히트펌프의 증발기에 열원으로 공급하는 열원 공급유로와,
상기 히트펌프와 상기 연료전지를 연결하여, 상기 증발기에 열원을 제공하고 나온 저온의 냉각수를 상기 연료전지로 순환시키는 열원 배출유로와,
상기 열원 배출유로에 설치되어 상기 저온의 냉각수의 온도를 측정하는 온도센서와,
상기 열원 배출유로에 설치되어 상기 저온의 냉각수를 외부 공기와 열교환시켜 냉각시키는 보조 열교환기와,
상기 연료전지와 상기 에너지 저장장치를 연결하여, 상기 연료전지에서 생산된 전기 에너지를 상기 에너지 저장장치에 공급하여 저장하기 위한 연료전지 전기에너지 저장 선로와,
상기 태양광 발전기와 상기 에너지 저장장치를 연결하여, 상기 태양광 발전기에서 생산된 전기 에너지를 상기 에너지 저장장치에 공급하여 저장하기 위한 태양광 전기에너지 저장 선로와,
상기 에너지 저장장치에 저장된 전기 에너지를 상기 히트펌프와 건물 내 전력 수요처 중 적어도 하나에 공급하기 위한 저장 전기에너지 공급 선로와,
상기 저장 전기에너지 공급 선로와 연결되고, 상기 히트펌프에 전기 에너지를 공급하기 위한 히트펌프 전력선과,
상기 히트펌프 전력선에 연결되어, 상기 건물 내 전력 수요처로 전기 에너지를 공급하기 위한 전력 수요처 전력선과,
상기 히트펌프 전력선과 외부 전력망을 연결하여, 상기 외부 전력망으로부터 공급된 전기 에너지를 상기 히트펌프와 건물 내 전력 수요처 중 적어도 하나에 공급하기 위한 외부 전기에너지 공급 선로와,
상기 저장 전기에너지 공급 선로에 설치된 저장 전기 스위치와,
상기 외부 전기에너지 공급 선로에 설치된 외부 전기 스위치와,
상기 보조 열교환기, 상기 저장 전기 스위치와 상기 외부 전기 스위치의 작동을 제어하는 제어부를 더 포함하고,
상기 제어부는,
상기 히트펌프가 작동 중이고 상기 온도센서에서 감지된 온도가 미리 설정된 설정 온도 미만이면, 상기 보조 열교환기의 작동을 중지하고,
상기 히트펌프가 작동 중이고 상기 온도센서에서 감지된 온도가 상기 설정 온도 이상이면, 상기 보조 열교환기를 작동시키고,
상기 히트펌프가 정지 상태이면, 상기 보조 열교환기를 작동시키고,
상기 에너지 저장장치에 저장된 전기 에너지의 저장량을 미리 설정된 설정 량 범위와 비교하고,
상기 설정량 범위는, 상기 에너지 저장장치에서 확보하도록 설정된 최소 저장량과 최대 저장량 사이의 범위로 미리 설정되고, 상기 최소 저장량은 전력 수급 비상 상황을 대비하여 확보하도록 설정된 최소량이고, 상기 최대 저장량은 상기 에너지 저장장치의 저장 여유 공간을 확보하도록 설정된 최대량이며,
상기 저장량이 상기 설정량 범위 이내이면, 상기 에너지 저장장치에 저장된 전기 에너지의 생산 단가와 상기 외부 전력망에서 공급되는 전기 에너지의 공급 단가를 비교하고,
상기 생산 단가가 상기 공급 단가 이하이면, 상기 외부 전기 스위치를 오프시키고, 상기 저장 전기 스위치를 온시켜, 상기 에너지 저장장치에 저장된 전기 에너지가 상기 히트펌프와 상기 전력 수요처 중 적어도 하나로 공급되도록 하고,
상기 생산 단가가 상기 공급 단가를 초과하면, 상기 외부 전기 스위치를 온시키고, 상기 저장 전기 스위치를 오프시켜, 상기 외부 전력망으로부터 공급되는 전기 에너지가 상기 히트펌프와 상기 전력 수요처 중 적어도 하나로 공급되도록 하며,
상기 저장량이 상기 설정량 범위 미만이면, 상기 생산 단가와 상기 공급 단가에 관계없이 상기 외부 전기 스위치를 온시키고, 상기 저장 전기 스위치를 오프시켜, 상기 외부 전력망으로부터 공급되는 전기 에너지가 상기 히트펌프와 상기 전력 수요처 중 적어도 하나로 공급되도록 하여, 상기 에너지 저장장치의 최소 저장량을 유지하고,
상기 저장량이 상기 설정량 범위를 초과하면, 상기 생산 단가와 상기 공급 단가를 비교하고,
상기 생산 단가가 상기 공급 단가 이하이면, 상기 외부 전기 스위치를 오프시키고, 상기 저장 전기 스위치를 온시켜, 상기 에너지 저장장치에 저장된 전기 에너지가 상기 히트펌프와 상기 전력 수요처 중 적어도 하나로 공급되도록 하고,
상기 생산 단가가 상기 공급 단가를 초과하면, 상기 공급 단가와 상기 생산 단가의 차액을 계산하고,
상기 차액이 미리 설정된 설정차액 이하이면, 상기 생산 단가가 상기 공급 단가보다 비싸더라도 상기 외부 전기 스위치를 오프시키고, 상기 저장 전기 스위치를 온시켜, 상기 에너지 저장장치에 저장된 전기 에너지가 상기 히트펌프와 상기 전력 수요처 중 적어도 하나로 공급되도록 하여, 상기 에너지 저장장치에서 저장 여유 공간이 확보되도록 하고,
상기 차액이 상기 설정차액을 초과하면, 상기 외부 전기 스위치를 온시키고, 상기 저장 전기 스위치를 오프시켜, 상기 외부 전력망으로부터 공급되는 전기 에너지가 상기 히트펌프와 상기 전력 수요처 중 적어도 하나로 공급되도록 하고, 상기 에너지 저장장치에 저장된 전기 에너지는 외부 수요처에 판매하는 연료전지, 태양광 발전기 및 히트펌프를 포함한 에너지 이용시스템.Fuel cell, heat pump, solar generator, and energy storage device (ESS),
A heat source supply passage connecting the fuel cell and the heat pump to supply high temperature cooling water cooling the stack of the fuel cell to a heat source to an evaporator of the heat pump;
A heat source discharge passage which connects the heat pump and the fuel cell to provide a heat source to the evaporator and circulates the low-temperature cooling water to the fuel cell;
A temperature sensor installed in the heat source discharge passage and measuring a temperature of the low temperature cooling water;
An auxiliary heat exchanger installed in the heat source discharge passage to cool the low temperature cooling water by heat exchange with external air;
A fuel cell electrical energy storage line connecting the fuel cell and the energy storage device to supply and store the electrical energy produced by the fuel cell to the energy storage device;
A solar electric energy storage line connecting the solar generator and the energy storage device to supply and store the electric energy produced by the solar generator to the energy storage device;
A storage electric energy supply line for supplying electrical energy stored in the energy storage device to at least one of the heat pump and a power demand source in a building;
A heat pump power line connected to the storage electric energy supply line and supplying electric energy to the heat pump;
A power demand destination power line connected to the heat pump power line for supplying electrical energy to the power demand destination in the building;
An external electric energy supply line for connecting the heat pump power line and an external electric power grid to supply electric energy supplied from the external electric power grid to at least one of the heat pump and a power demand source in a building;
A storage electrical switch installed in the storage electrical energy supply line;
An external electric switch installed on the external electric energy supply line;
Further comprising a control unit for controlling the operation of the auxiliary heat exchanger, the storage electrical switch and the external electrical switch,
The control unit,
If the heat pump is in operation and the temperature detected by the temperature sensor is less than a predetermined set temperature, the operation of the auxiliary heat exchanger is stopped,
When the heat pump is operating and the temperature sensed by the temperature sensor is higher than or equal to the set temperature, the auxiliary heat exchanger is operated.
If the heat pump is stopped, start the auxiliary heat exchanger,
Compare the storage amount of the electrical energy stored in the energy storage device with a preset amount range,
The set amount range is preset in a range between a minimum storage amount and a maximum storage amount set to be secured in the energy storage device, the minimum storage amount is a minimum amount set to be secured in preparation for a power supply-demand emergency, and the maximum storage amount is the energy. The maximum amount set to free storage space on a storage device.
When the storage amount is within the set amount range, the production unit price of the electrical energy stored in the energy storage device and the supply unit price of the electrical energy supplied from the external power grid,
If the production cost is less than the supply cost, the external electric switch is turned off and the storage electric switch is turned on so that electrical energy stored in the energy storage device is supplied to at least one of the heat pump and the power demand source,
If the production cost exceeds the supply cost, the external electric switch is turned on and the storage electric switch is turned off so that electric energy supplied from the external electric power grid is supplied to at least one of the heat pump and the power demand source,
When the storage amount is less than the set amount range, the external electric switch is turned on and the storage electric switch is turned off regardless of the production unit price and the supply unit price, and electrical energy supplied from the external electric power grid is supplied to the heat pump and the unit. To be supplied to at least one of the power demand sources, thereby maintaining a minimum storage amount of the energy storage device,
When the storage amount exceeds the set amount range, the production unit price and the supply unit price are compared,
If the production cost is less than the supply cost, the external electric switch is turned off and the storage electric switch is turned on so that electrical energy stored in the energy storage device is supplied to at least one of the heat pump and the power demand source,
When the production unit price exceeds the supply unit price, the difference between the supply unit price and the production unit price is calculated,
If the difference is less than or equal to a predetermined set difference, the external electric switch is turned off and the storage electric switch is turned on, even if the production cost is higher than the supply cost, so that the electric energy stored in the energy storage device is stored in the heat pump and the By supplying to at least one of the power demand, to ensure a free storage space in the energy storage device,
When the difference exceeds the set difference, the external electric switch is turned on and the storage electric switch is turned off so that electric energy supplied from the external electric power grid is supplied to at least one of the heat pump and the electric power demand source, The electrical energy stored in the energy storage system is an energy utilization system including fuel cells, solar generators and heat pumps that are sold to external demand.
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