KR102466370B1 - 경제적 운전을 위한 연료전지 시스템 및 그 운전방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 경제성 운전을 위한 연료전지 시스템 및 그 운전방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 연료전지에서 생산되는 전기에너지는 부하에 연결되어 바로 사용되지만, 열에너지는 온수로 저장되기 때문에 온수 활용이 낮으면 지속적인 발전이 어렵기 때문에, 지속적인 발전을 하기 위하여 축열조에 저장되는 열량을 계산하여, 지속적인 운전을 가능하게 하고, 열량을 효율적으로 공급할 수 있도록 연료전지의 운전을 제어하여, 경제성을 향상시키는 경제성 운전을 위한 연료전지 시스템 및 그 운전방법에 관한 것으로서, 스택(110), 개질기(120), 전력변환장치(130), 냉각수 등 다수의 보조기기들 및 열교환기(140)로 구성된 연료전지(100); 온수를 저장하는 축열탱크(210)와 저장된 온수의 온도를 측정하는 온도센서(220) 및 저장된 온수배출을 제어하는 제어밸브(230)으로 구성된 축열시스템(200); 상기 연료전지(100)와 상기 온도센서(220)로부터 정보를 받아, 경제성단계를 판단하는 경제성 운전시스템(300);을 포함한다.

Description

경제적 운전을 위한 연료전지 시스템 및 그 운전방법{FUEL CELL SYSTEM FOR ECONOMIC OPERATION AND THE METHOD USING IT}
본 발명은 경제적 운전을 위한 연료전지 시스템 및 그 운전방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 연료전지에서 생산되는 전기에너지는 부하에 연결되어 바로 사용되지만, 열에너지는 온수로 저장되어 사용되기 때문에 온수 활용이 낮으면 지속적인 발전이 어렵기 때문에, 지속적인 발전을 하기 위하여 축열조에 저장되는 열량을 계산하여, 지속적인 운전을 가능하게 하고, 열량이 효율적으로 공급될 수 있도록 연료전지의 운전을 제어하는 경제적 운전을 위한 연료전지 시스템 및 그 운전방법에 관한 것이다.
일반적으로, 연료전지 시스템은 스택의 연료극(음극)과 공기극(양극) 사이에 공급되는 수소와 산소가 전기화학 반응하여 전기와 열을 생산하는 열병합발전 시스템이다.
연료전지는 순수수소를 사용하거나, 탄화수소계 연료(LNG, LPG)를 개질하여 생성되는 수소가 다량 함유된 개질 가스를 사용하고, 산화제로는 순수 산소나, 산소가 다량 함유되어 있는 공기를 사용한다.
연료전지 시스템은 직류전력을 생산하는 연료전지스택, 탄화수소계열의 원료를 수소로 치환하는 개질기, 연료전지 스택에서 생산된 직류(DC)전력을 교류(AC)전력으로 변환하는 전력변환기, 연료 및 공기의 공급을 위한 펌프류, 솔레노이드 밸브류, 센서류, 열과 물을 관리하는 냉각수탱크, 열교환기 및 가습기 등으로 구성되며, 상기 구성 요소들을 제어하는 제어기 및 외부로부터의 충격이나 소음을 줄이기 위한 외함으로 구성된다.
연료전지는 전기와 열을 생산하는 열병합발전이기 때문에 생산된 열을 사용 및 저장하기 위해서 건물의 급탕시설에 연결하거나, 축열시스템을 이용하여 열을 온수로 저장하게 된다.
연료전지가 설치될 때, 현장여건이나 축열조의 제조사에 따라 저장되는 온수의 양이 달라서 열량계수를 도입하면 이를 효율적으로 관리할 수 있다.
등록특허 제10-0661920호 “부하대응 운전이 가능한 연료전지 및 그 운전 방법”은 가정이나 건물에서 연료전지를 전원으로 사용하는 경우 실제 사용되는 부하가 매시간 가변되면서 전기의 과잉생산이나 부족생산을 초래할 우려가 있어서 실제 사용되는 부하의 변동에 따른 전기의 생산량을 조절할 수 있는 부하대응 운전이 가능한 연료전지 및 그 운전 방법을 제공한다.
등록특허 제10-0968581호 “연료전지 열병합 발전시스템 및 그 운전 방법”은 생산 전력량과 실수요 전력량 사이의 전력 불균형을 해소하면서도 외부의 열원 소비량에 대비하여 연료전지 발전부를 예측 작동시키는 연료전지 열병합 발전시스템 및 그 운전 방법을 제공한다.
그러나 발전부의 잉여전력을 폐열회수부로 공급하여 잉여전력으로 열을 생산하여 전력의 균형을 맞추며, 사용자의 열원 소비패턴을 반복적으로 계산하여 예측으로 연료전지를 작동하여야 하므로 실시간 경제성 판단을 할 수 없으며, 건물의 용도, 계절에 따라 온수 및 열을 적게 사용하는 계절에는 잉여전력으로 열을 생산하는 것이 비경제적인 운전을 하는 문제점이 있다.
등록특허 제10-1022011호 “연료전지 열병합발전 시스템 및 그 제어방법”은 누진요금체계가 적용되는 계통전원의 상용전력을 저가영역에서 우선 사용하면서, 연료전지의 생산전력과 사용자의 부하전력 사이에서 전력 불균형차이를 해소하여 경제성을 가지는 연료전지 열병합발전 시스템의 운전방법을 제공한다.
그러나 연료전지에서 발생되는 열을 회수하는 폐열회수기를 구비하여 상기 전력분배기 및 폐열회수기를 제어하여 상용전력가격과 생산전력가격만을 비교하여 경제성을 인식하여 상용전력량 또는 생산전력량을 제어함으로 연료전지 작동 시 항상 동시에 발생되는 열원의 경제적 가치가 누락되어 정확한 경제성을 판단할 수 없는 문제점이 있다.
또한 현행 한전 전기요금 체계는 전기의 사용 용도, 계약전력량의 규모, 계절별, 시간대(최대부하, 중간부하, 경부하)별로 상용전기 요금이 달라 연료전지가 적용되는 건물의 다양한 특성을 반영할 수 없는 문제점이 있다.
등록특허 제10-1792761호 “연료전지 시스템의 운전방법”은 연료전지들이 설치되는 건물의 용도, 상용전력의 전력단가, 계절별 단가, 시간대별 단가를 고려하여 실시간으로 발전 전력 및 생산열원의 비용을 합한 금액을 산출하고, 연료전지를 작동에 필요한 연료의 금액을 설치되는 건물의 용도, 계절별 단가, 시간대별 단가를 고려하여 실시간으로 비용을 산출하여 결제성이 발생하였을 때, 정격 출력으로 운전을 하며, 경제성이 발생하지 않는 경우에는 최소 운전 또는 정지를 할 수 있도록 제어할 수 있는 연료전지 시스템의 운전방법을 제공한다.
위에서 언급한 기술들은 연료전지에서 생산된 전력을 효율적으로 사용하고, 발전에 사용된 원료비용과 생산된 에너지의 비용을 비교하여 경제성을 판단하여 연료전지를 운전하는 방법을 제공하고 있다. 연료전지에서 생산된 전기에너지는 기저 부하용으로도 사용되기 때문에 생산되는 대로 소비가 가능하지만, 열에너지의 사용은 일정하지 않기 때문에 열에너지 생산을 제어하지 못하면 경제적인 운전이 불가능하다.
따라서, 연료전지를 지속적으로 운전하면서 경제성을 확보하기 위해서는 연료전지에서 생산되는 열량을 제어하고 부하측으로 공급하기 위한 운전시스템 및 방법이 필요하다.
한국등록특허공보 제10-0661920호 한국등록특허공보 제10-0968581호 한국등록특허공보 제10-1022011호 한국등록특허공보 제10-1792761호
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 지속적인 가동이 필요한 부하측의 상황에 의하여 버려지는 열에너지가 없도록 축열시스템에 저장되는 열량과 연동하여, 연료전지 부하운전을 제어함으로써, 연료전지의 지속적인 가동이 가능하며, 부하측에 일정 온도 이상의 온수가 공급되도록 연료전지의 축열시스템을 제어하여, 경제성을 향상시킬 수 있는 경제적 운전 시스템을 제공하는 데 목적이 있다.
상기 과제를 해결하기 위하여 본 발명은 스택(110), 개질기(120), 전력변환장치(130), 냉각수 등 다수의 보조기기들 및 열교환기(140)로 구성된 연료전지(100); 온수를 저장하는 축열탱크(210)와 저장된 온수의 온도를 측정하는 온도센서(220) 및 저장된 온수배출을 제어하는 제어밸브(230)으로 구성된 축열시스템(200); 상기 연료전지(100)와 상기 온도센서(220)로부터 정보를 받아, 경제성단계를 판단하는 경제성운전시스템(300);을 포함한다.
상기 경제성운전시스템(300)은, 연료전지의 정보를 알려주는 모니터링시스템(310)과 연료전지(100)와 상기 온도센서(220)로부터 정보를 받아, 데이터를 저장하고, 경제성단계를 판단하는 연산, 제어 및 통신장치(320);를 포함한다.
상기 연산, 제어 및 통신장치(320)는, 연료전지와 온도센서로부터 취득한 데이터를 처리 및 저장, 데이터연산, 경제성단계를 판단하는 연산부(321); 모니터링시스템, 제어장치와 통신하여 데이터를 전달하는 통신부(322); 상기 연산부로부터 전달받은 경제성 단계를 기반으로 연료전지의 부하운전을 제어하고, 열량을 계산하여 축열시스템의 제어밸브를 제어하는 제어부(323);를 포함한다.
상기 연산, 제어 및 통신장치(320)는, 상기 축열 시스템(200)의 입력값을 설정하고, 총열량(QT)을 계산하며, 데이터를 측정하고, 생산비용(I), 절감비용(O), 열량계수(C)를 계산하여, 열량계수(C)로 경제성 판단한다.
상기 연산, 제어 및 통신장치(320)는, 축열탱크의 용량(L0), 저장되는 온수의 최소온도(Tn), 최대온도(Tm) 및 전기요금(E0), 가스요금(G0)을 입력받고, 총열량(QT)을 계산하고, 축열탱크의 온도(T1), 가스사용량(G1), 전기생산량(E1), 열생산량(Q1)을 측정하며 생산비용(I)을 구하고, 절감비용(O)을 계산하여, 열량계수(C)를 계산하고, 생산비용이 절감비용보다 크거나 같은지 판단한다.
상기 연산, 제어 및 통신장치(320)는, 생산비용이 절감비용보다 크거나 같다면 경제성단계 3으로 판단하고, 생산비용(I)이 절감비용(O)보다 적다면 열량계수(C)가 50미만인지를 판단하며, 열량계수(C)가 50미만이 맞을 경우, 경제성 단계 0으로 판단하며, 경제성 판단계수가 50 미만이 아닐 경우, 경제성 판단계수가 50이상 70미만이 맞는지 판단하고, 경제성 판단계수가 50이상 70미만이 맞을 경우, 경제성 단계 1로 판단하며, 경제성 판단계수가 50이상 70미만이 아닐 경우, 경제성 판단계수가 70이상 95미만이 맞는지 판단하고, 경제성 판단계수가 70이상 95미만이 맞을 경우, 경제성 단계 2로 판단하며, 경제성 판단계수가 70이상 95미만이 아닐 경우, 경제성 단계 3으로 판단한다.
상기 열량계수는 아래 수학식 1로 구하는 것을 특징으로 하는 경제성 운전을 위한 연료전지 시스템.
[수학식 1]
Figure 112022097526726-pat00001
(여기서 C는 열량계수를 나타내며, L0는 축열조에 저장되는 온수의 용량, Tm은 저장되는 온수 온도의 최대값, Tn은 저장되는 온수 온도의 최소값, T1은 축열조에 저장된 온수 온도를 측정한 값을 나타낸다)
상기 축열 시스템(200)은, 저장된 온수 배출을 제어하는 제어 밸브(230)를 더 포함하고, 축열 시스템(200)의 총열량을 계산하고, 축열 탱크의 온도를 측정하여, 열량계수를 구하고, 열량계수가 60 미만이 맞을 경우, 제어 밸브를 off 하고, 열량계수가 60 이상이고 65 미만이 맞을 경우 제어 밸브 상태를 유지하고, 열량계수가 60 이상이고 65 미만이 아닐 경우, 제어 밸브를 on 한다.
본 발명은 방열기(400);를 더 포함하고, 상기 경제성 판단 단계의 판단결과, 경제성 단계가 2가 맞을 경우, 방열기 가동을 중단하고, 경제성 단계가 3이 아닐 경우, 방열기 상태를 유지하며, 경제성 단계가 3이 맞을 경우, 생산비용이 절감 비용보다 크거나 같은지 판단하여, 생산비용이 절감 비용보다 적으면 방열기를 가동한다.
본 발명은 경제성 운전을 위한 연료전지 시스템을 통한 운전 방법에 있어서, 경제성 운전을 위한 연료전지 시스템에 입력값을 설정하며, 총열량(QT)을 계산하고, 데이터를 측정하는 단계; 상기 데이터를 통하여 생산비용(I), 절감 비용(O), 열량계수(C)를 계산하는 단계; 상기 생산비용(I), 절감 비용(O), 열량계수(C)를 이용한 경제성 판단 단계;를 포함한다.
상기 입력값을 설정하며, 총열량(QT)을 계산하고, 데이터를 측정하는 단계는, 축열 탱크의 용량(L0), 저장되는 온수의 최소온도(Tn), 최대온도(Tm) 및 전기요금(E0), 가스요금(G0)을 입력하는 단계(S1); 총열량(QT)을 계산하는 단계(S2); 축열 탱크의 온도(T1), 가스사용량(G1), 전기생산량(E1), 열생산량(Q1)을 측정하는 단계(S3);를 포함한다.
상기 데이터를 통하여 생산비용(I), 절감 비용(O), 열량계수(C)를 계산하는 단계;는, 생산비용(I)을 수학식 2에 의해 구하고, 절감 비용(O)을 수학식 3에 의해 구한다.
[수학식 2]
I = G0 * G1
[수학식 3]
O = (E0 * E1) + (Q1 * G0)
상기 생산비용(I), 절감 비용(O), 열량계수(C)를 이용한 경제성 판단 단계는, 생산비용이 절감 비용보다 크거나 같은지 판단하는 단계(S7); 상기 S7 단계의 판단결과, 생산비용이 절감 비용보다 크거나 같다면 경제성단계 3으로 판단하는 단계(S14); 생산비용(I)이 절감 비용(O)보다 적다면 열량계수(C)가 50 미만인지를 판단하는 단계(S8); 상기 S8 단계의 판단결과, 열량계수(C)가 50 미만이 맞을 경우, 경제성 단계 0으로 판단하는 단계(S11); 경제성 판단계수가 50 미만이 아닐 경우, 경제성 판단계수가 50 이상 70 미만이 맞는지 판단하는 단계(S9); 상기 S9 단계의 판단결과, 경제성 판단계수가 50 이상 70 미만이 맞을 경우, 경제성 단계 1로 판단하는 단계(S12); 경제성 판단계수가 50 이상 70 미만이 아닐 경우, 경제성 판단계수가 70 이상 95 미만이 맞는지 판단하는 단계(S10); 상기 S10 단계의 판단결과, 경제성 판단계수가 70 이상 95 미만이 맞을 경우, 경제성 단계 2로 판단하는 단계(S13); 경제성 판단계수가 70 이상 95 미만이 아닐 경우, 경제성 단계 3으로 판단하는 단계(S14);를 포함한다.
상기 생산비용(I), 절감 비용(O), 열량계수(C)를 이용한 경제성 판단 단계는, 시스템을 가동하는 단계(S100); 시스템 상태를 유지하는 단계(S110); 데이터 측정 및 경제성 단계를 산출하는 단계(S120); 경제성 단계가 1이 맞는지 판단하는 단계(S130); 상기 S130 단계의 판단결과, 경제성 단계가 1이 맞을 경우, 연료전지 부하를 75%로 변동하고, S110 단계로 절차를 이행하는 단계(S140); 경제성 단계가 1이 아닐 경우, 경제성 단계가 2가 맞는지 판단하는 단계(S150); 상기 S150 단계의 판단결과, 경제성 단계가 2가 맞을 경우, 연료전지 부하를 50%로 변동하고, S110 단계로 절차를 이행하는 단계(S160); 경제성 단계가 2가 아닐 경우, 경제성 단계가 3이 맞는지 판단하는 단계(S170); 상기 S170 단계의 판단결과, 경제성 단계가 3이 아닐 경우, 경제성단계를 0으로 판단하고, S110 단계로 절차를 이행하는 단계(S180); 경제성 단계가 3이 맞을 경우, 연료전지 가동을 중단하는 단계(S190);를 포함한다.
상기 생산비용(I), 절감 비용(O), 열량계수(C)를 이용한 경제성 판단 단계는, 시스템을 가동하는 단계(S200); 시스템 상태를 유지하는 단계(S210); 데이터 측정 및 경제성 단계를 산출하는 단계(S220); 경제성 단계가 1이 맞는지 판단하는 단계(S230); 상기 S230 단계의 판단결과, 경제성 단계가 1이 맞을 경우, 연료전지 부하를 75%로 변동하고, S210 단계로 절차를 이행하는 단계(S240); 경제성 단계가 1이 아닐 경우, 경제성 단계가 2가 맞는지 판단하는 단계(S250); 상기 S250 단계의 판단결과, 경제성 단계가 2가 맞을 경우, 방열기 가동을 중단하는 단계(S260); 연료전지 부하를 50%로 변동하고, S210 단계로 절차를 이행하는 단계(S270); 경제성 단계가 2가 아닐 경우, 경제성 단계가 3이 맞는지 판단하는 단계(S280); 상기 S280 단계의 판단결과, 경제성 단계가 3이 아닐 경우, 방열기 상태를 유지하는 단계(S290); 경제성단계를 0으로 판단하고, S210 단계로 절차를 이행하는 단계(S300); 경제성 단계가 3이 맞을 경우, 생산비용이 절감 비용보다 크거나 같은지 판단하는 단계(S310); 상기 S310 단계의 판단결과, 생산비용이 절감 비용보다 적으면 방열기를 가동하고, S210 단계로 절차를 이행하는 단계(S320); 생산비용이 절감 비용보다 크거나 같으면 연료전지 가동을 중단하는 단계(S330);를 포함한다.
상기 생산비용(I), 절감 비용(O), 열량계수(C)를 이용한 경제성 판단 단계는, 열량계수가 60 미만인지를 판단하는 단계(S440); 상기 S440단계의 판단결과, 열량계수가 60 미만이 맞을 경우, 제어 밸브를 off 하는 단계(S450); 열량계수가 60 미만이 아닐 경우, 열량계수가 60 이상이고 65 미만인지를 판단하는 단계(S460)단계; 상기 S460단계의 판단결과, 열량계수가 60 이상이고 65 미만이 맞을 경우 제어 밸브 상태를 유지하고, S400 단계로 절차를 이행하는 단계(S470); 열량계수가 60 이상이고 65 미만이 아닐 경우, 제어 밸브를 on 하는 단계(S480);를 포함한다.
상기와 같이 이루어지는 본 발명은 지속적인 가동이 필요한 부하측의 상황에 의하여 버려지는 열에너지가 없도록 연료전지를 운전할 때, 축열시스템에 저장되는 열량을 계산하고, 연료전지의 부하운전을 제어함으로써 연료전지의 지속적인 운전이 가능한 장점이 있다.
또한, 본 발명은 연료전지의 운전을 제어하여, 연료전지를 가동할 때, 필요한 생산비용과 발전된 전력량과 열량의 비용을 연료전지가 설치된 건물의 계통전력 요금체계, 가스요금체계를 실시간으로 반영하여 경제성이 확보될 경우에만 연료전지를 가동하도록 하는 장점이 있다.
또한, 본 발명은 온수를 부하측에 공급할 때, 일정 이상 열량을 확보한 후 공급되도록 시스템을 제어하여, 공급되는 온수가 부하측에서 효율적으로 사용하여, 낮은 열량을 갖은 온수가 공급되어 추가로 소비되는 비용을 줄여 경제성을 향상시킨다.
도 1은 종래의 연료전지 P&ID 구성도이다.
도 2의 (a)는 본 발명의 일 실시예에 따른 경제성 운전시스템의 구성도이다.
도 2의 (b)는 본 발명의 일 실시예에 따른 여러대의 연료전지가 설치될 경우의 경제성 운전시스템의 구성도이다.
도 2의 (c)는 본 발명의 일 실시예에 따른 방열기가 포함된 경제성 운전시스템의 구성도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 경제성 운전시스템의 도식화된 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 경제성 운전시스템의 블록도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 경제성 운전시스템의 경제성단계 판단을 도시한 동작 흐름도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 경제성 운전시스템의 경제성운전 동작을 도시한 동작 흐름도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 방열기가 포함된 경제성 운전시스템의 경제성운전 동작을 도시한 동작 흐름도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 온수사용의 효율성을 향상시키기 위한 경제성 운전시스템의 온수배출을 제어하는 제어밸브의 동작을 도시한 동작 흐름도이다.
상기한 바와 같은 본 발명을 첨부된 도면들과 실시예들을 통해 상세히 설명하도록 한다.
본 발명에서 사용되는 기술적 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아님을 유의해야 한다. 또한, 본 발명에서 사용되는 기술적 용어는 본 발명에서 특별히 다른 의미로 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 의미로 해석되어야 하며, 과도하게 포괄적인 의미로 해석되거나, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다. 또한, 본 발명에서 사용되는 기술적인 용어가 본 발명의 사상을 정확하게 표현하지 못하는 잘못된 기술적 용어일 때에는, 당업자가 올바르게 이해할 수 있는 기술적 용어로 대체되어 이해되어야 할 것이다. 또한, 본 발명에서 사용되는 일반적인 용어는 사전에 정의되어 있는 바에 따라, 또는 전후 문맥상에 따라 해석되어야 하며, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다.
또한, 본 발명에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다. 본 발명에서, "구성된다" 또는 "포함한다" 등의 용어는 발명에 기재된 여러 구성 요소들, 또는 여러 단계를 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
또한, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 발명의 사상을 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 발명의 사상이 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 됨을 유의해야 한다.
도 2의 (a)는 본 발명의 일 실시예에 따른 경제성 운전시스템의 구성도이고, 도 2의 (b)는 본 발명의 일 실시예에 따른 여러대의 연료전지가 설치될 경우의 경제성 운전시스템의 구성도이며, 도 2의 (c)는 본 발명의 일 실시예에 따른 방열기가 포함된 경제성 운전시스템의 구성도이다.
도 2에 도시된 바와 같이 본 발명은 연료전지(100), 축열시스템(200), 경제성운전시스템(300)으로 크게 나누어 구성된다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 경제성 운전시스템의 도식화된 도면이다.
도 3에 도시된 바와 같이 연료전지(100)는 스택(110), 개질기(120), 전력변환장치(130), 냉각수 등 다수의 보조기기들 및 열교환기(140)로 구성된다.
축열시스템(200)은 온수를 저장하는 축열탱크(210)와 저장된 온수의 온도를 측정하는 온도센서(220) 및 저장된 온수배출을 제어하는 제어밸브(230)로 구성된다.
경제성운전시스템(300)은 상기 연료전지(100)와 상기 온도센서(220)로부터 정보를 받아, 경제성단계를 판단한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 경제성 운전시스템의 블록도이다.
도 3과 도 4를 참고하여 구체적으로 살펴보면, 상기 경제성운전시스템(300)은, 연료전지의 정보를 알려주는 모니터링시스템(310)과 연료전지(100)와 상기 온도센서(220)로부터 정보를 받아, 데이터를 저장하고, 경제성단계를 판단하는 연산, 제어 및 통신장치(320);를 포함한다.
상기 연산, 제어 및 통신장치(320)는, 연료전지와 온도센서로부터 취득한 데이터를 처리 및 저장, 데이터연산, 경제성단계를 판단하는 연산부(321); 모니터링시스템, 제어장치와 통신하여 데이터를 전달하는 통신부(322); 상기 연산부로부터 전달받은 경제성 단계를 기반으로 연료전지의 부하운전을 제어하고, 열량을 계산하여 축열시스템의 제어밸브를 제어하는 제어부(323);를 포함한다.
상기 연산, 제어 및 통신장치(320)는, 상기 축열 시스템(200)의 입력값을 설정하고, 총열량(QT)을 계산하며, 데이터를 측정하고, 생산비용(I), 절감비용(O), 열량계수(C)를 계산하여, 열량계수(C)로 경제성을 판단한다.
상기 연산, 제어 및 통신장치(320)는, 축열탱크의 용량(L0), 저장되는 온수의 최소온도(Tn), 최대온도(Tm) 및 전기요금(E0), 가스요금(G0)을 입력받고, 총열량(QT)을 계산하고, 축열탱크의 온도(T1), 가스사용량(G1), 전기생산량(E1), 열생산량(Q1)을 측정하며 생산비용(I)을 구하고, 절감비용(O)을 계산하여, 열량계수(C)를 계산하고, 생산비용이 절감비용보다 크거나 같은지 판단한다.
상기 연산, 제어 및 통신장치(320)는, 생산비용이 절감비용보다 크거나 같다면 경제성 단계 3으로 판단하고, 생산비용(I)이 절감비용(O)보다 적다면 열량계수(C)가 50미만인지를 판단하며, 열량계수(C)가 50미만이 맞을 경우, 경제성 단계 0으로 판단하며, 경제성 판단계수가 50 미만이 아닐 경우, 경제성 판단계수가 50이상 70미만이 맞는지 판단하고, 경제성 판단계수가 50이상 70미만이 맞을 경우, 경제성 단계 1로 판단하며, 경제성 판단계수가 50이상 70미만이 아닐 경우, 경제성 판단계수가 70이상 95미만이 맞는지 판단하고, 경제성 판단계수가 70이상 95미만이 맞을 경우, 경제성 단계 2로 판단하며, 경제성 판단계수가 70이상 95미만이 아닐 경우, 경제성 단계 3으로 판단한다.
여기에서, 상기 열량계수는 아래 수학식 1로 구한다.
[수학식 1]
Figure 112022097526726-pat00002
(여기서 C는 열량계수를 나타내며, L0는 축열조에 저장되는 온수의 용량, Tm은 저장되는 온수 온도의 최대값, Tn은 저장되는 온수 온도의 최소값, T1은 축열조에 저장된 온수 온도를 측정한 값을 나타낸다)
상기 축열 시스템(200)은, 저장된 온수 배출을 제어하는 제어 밸브(230)를 더 포함하고, 축열 시스템(200)의 총열량을 계산하고, 축열 탱크의 온도를 측정하여, 열량계수를 구하고, 열량계수가 60 미만이 맞을 경우, 제어 밸브를 off 하고, 열량계수가 60 이상이고 65 미만이 맞을 경우 제어 밸브 상태를 유지하고, 열량계수가 60 이상이고 65 미만이 아닐 경우, 제어 밸브를 on 한다.
본 발명에 따른 제어 밸브의 온/오프 기준에 대해 더 살펴보면, 본 발명은 상기 열량계수를 60과 65를 기준으로 하여 제어 밸브를 온/오프하는 것은 온수의 효율적 활용을 위해 필요한 방법이다.
본 발명은 연료전지 스택에서는 발생되는 열을 방열하는 방열기(400);를 더 포함한다.
즉, 상기 경제성 판단 단계의 판단결과, 경제성 단계가 2가 맞을 경우, 방열기 가동을 중단하고, 경제성 단계가 3이 아닐 경우, 방열기 상태를 유지하며, 경제성 단계가 3이 맞을 경우, 생산비용이 절감 비용보다 크거나 같은지 판단하여, 생산비용이 절감 비용보다 적으면 방열기를 가동한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 경제성 운전시스템의 경제성단계 판단을 도시한 동작 흐름도이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 경제성 운전시스템의 경제성운전 동작을 도시한 동작 흐름도이며, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 방열기가 포함된 경제성 운전시스템의 경제성운전 동작을 도시한 동작 흐름도이고, 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 온수사용의 효율성을 향상시키기 위한 경제성 운전시스템의 온수배출을 제어하는 제어밸브의 동작을 도시한 동작 흐름도이다.
이하 도 5 내지 도 8을 참고하여 본 발명의 실시를 위한 경제성 운전을 위한 연료전지 시스템을 통한 운전 방법에 대하여 자세히 설명한다.
본 발명은 먼저 경제성 운전을 위한 연료전지 시스템에 입력값을 설정하며, 총열량(QT)을 계산하고, 데이터를 측정하는 단계;
상기 데이터를 통하여 생산비용(I), 절감 비용(O), 열량계수(C)를 계산하는 단계;
상기 생산비용(I), 절감 비용(O), 열량계수(C)를 이용한 경제성 판단 단계;를 포함한다.
따라서 본 발명은 연료전지의 운전을 제어하여, 연료전지를 가동할 때, 필요한 생산비용과 발전된 전력량과 열량의 비용을 연료전지가 설치된 건물의 계통전력 요금체계, 가스요금체계를 실시간으로 반영하여 경제성이 확보될 경우에만 연료전지를 가동하도록 하는 장점이 있다.
구체적으로 살펴보면, 도 5에 도시된 바와 같이 상기 입력값을 설정하며, 총열량(QT)을 계산하고, 데이터를 측정하는 단계는,
축열 탱크의 용량(L0), 저장되는 온수의 최소온도(Tn), 최대온도(Tm) 및 전기요금(E0), 가스요금(G0)을 입력하는 단계(S1); 총열량(QT)을 계산하는 단계(S2); 축열 탱크의 온도(T1), 가스사용량(G1), 전기생산량(E1), 열생산량(Q1)을 측정하는 단계(S3);를 포함한다.
상기 열량계수는 상기 수학식 1로 구하고, 상기 생산비용(I)을 수학식 2에 의해 구하고, 절감 비용(O)을 수학식 3에 의해 구한다.
[수학식 2]
I = G0 * G1
[수학식 3]
O = (E0 * E1) + (Q1 * G0)
이 후, 구해진 상기 생산비용(I), 절감 비용(O), 열량계수(C)를 이용하여 경제성을 판단할수 있다.
경제성 판단 단계는, 생산비용이 절감 비용보다 크거나 같은지 판단하는 단계(S7); 상기 S7 단계의 판단결과, 생산비용이 절감 비용보다 크거나 같다면 경제성 단계 3으로 판단하는 단계(S14); 생산비용(I)이 절감 비용(O)보다 적다면 열량계수(C)가 50 미만인지를 판단하는 단계(S8); 상기 S8 단계의 판단결과, 열량계수(C)가 50 미만이 맞을 경우, 경제성 단계 0으로 판단하는 단계(S11); 경제성 판단계수가 50 미만이 아닐 경우, 경제성 판단계수가 50 이상 70 미만이 맞는지 판단하는 단계(S9); 상기 S9 단계의 판단결과, 경제성 판단계수가 50 이상 70 미만이 맞을 경우, 경제성 단계 1로 판단하는 단계(S12); 경제성 판단계수가 50 이상 70 미만이 아닐 경우, 경제성 판단계수가 70 이상 95 미만이 맞는지 판단하는 단계(S10); 상기 S10 단계의 판단결과, 경제성 판단계수가 70 이상 95 미만이 맞을 경우, 경제성 단계 2로 판단하는 단계(S13); 경제성 판단계수가 70 이상 95 미만이 아닐 경우, 경제성 단계 3으로 판단하는 단계(S14);를 포함한다.
경제성 단계를 열량계수가 50, 70, 95로 나누어야만 유용한 이유는 생산비용과 발전된 전력량과 열량의 비용을 연료전지가 설치된 건물의 계통전력 요금체계, 가스요금체계를 실시간으로 반영하여 경제성이 최대한 확보될 수 있기 때문이다.
이렇게 경제성 단계를 나누기 위한 열량계수의 수치는 복수번의 실험에 의해 정교하게 계측된 수치이다.
일실시예로서 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 생산비용(I), 절감 비용(O), 열량계수(C)를 이용하여 경제성 판단 단계;는, 시스템을 가동하는 단계(S100); 시스템 상태를 유지하는 단계(S110); 데이터 측정 및 경제성 단계를 산출하는 단계(S120); 경제성 단계가 1이 맞는지 판단하는 단계(S130); 상기 S130 단계의 판단결과, 경제성 단계가 1이 맞을 경우, 연료전지 부하를 75%로 변동하고, S110 단계로 절차를 이행하는 단계(S140); 경제성 단계가 1이 아닐 경우, 경제성 단계가 2가 맞는지 판단하는 단계(S150); 상기 S150 단계의 판단결과, 경제성 단계가 2가 맞을 경우, 연료전지 부하를 50%로 변동하고, S110 단계로 절차를 이행하는 단계(S160); 경제성 단계가 2가 아닐 경우, 경제성 단계가 3이 맞는지 판단하는 단계(S170); 상기 S170 단계의 판단결과, 경제성 단계가 3이 아닐 경우, 경제성단계를 0으로 판단하고, S110 단계로 절차를 이행하는 단계(S180); 경제성 단계가 3이 맞을 경우, 연료전지 가동을 중단하는 단계(S190);를 포함한다.
도 7에 도시된 바와 같이, 상기 생산비용(I), 절감 비용(O), 열량계수(C)를 이용한 경제성 판단 단계는, 시스템을 가동하는 단계(S200); 시스템 상태를 유지하는 단계(S210); 데이터 측정 및 경제성 단계를 산출하는 단계(S220); 경제성 단계가 1이 맞는지 판단하는 단계(S230); 상기 S230 단계의 판단결과, 경제성 단계가 1이 맞을 경우, 연료전지 부하를 75%로 변동하고, S210 단계로 절차를 이행하는 단계(S240); 경제성 단계가 1이 아닐 경우, 경제성 단계가 2가 맞는지 판단하는 단계(S250); 상기 S250 단계의 판단결과, 경제성 단계가 2가 맞을 경우, 방열기 가동을 중단하는 단계(S260); 연료전지 부하를 50%로 변동하고, S210 단계로 절차를 이행하는 단계(S270); 경제성 단계가 2가 아닐 경우, 경제성 단계가 3이 맞는지 판단하는 단계(S280); 상기 S280 단계의 판단결과, 경제성 단계가 3이 아닐 경우, 방열기 상태를 유지하는 단계(S290); 경제성단계를 0으로 판단하고, S210 단계로 절차를 이행하는 단계(S300); 경제성 단계가 3이 맞을 경우, 생산비용이 절감 비용보다 크거나 같은지 판단하는 단계(S310);상기 S310 단계의 판단결과, 생산비용이 절감 비용보다 적으면 방열기를 가동하고, S210 단계로 절차를 이행하는 단계(S320); 생산비용이 절감 비용보다 크거나 같으면 연료전지 가동을 중단하는 단계(S330);를 포함한다.
도 8에 도시된 바와 같이, 상기 생산비용(I), 절감 비용(O), 열량계수(C)를 이용한 경제성 판단 단계;는, 열량계수가 60 미만인지를 판단하는 단계(S440); 상기 S440단계의 판단결과, 열량계수가 60 미만이 맞을 경우, 제어 밸브를 off 하는 단계(S450); 열량계수가 60 미만이 아닐 경우, 열량계수가 60 이상이고 65 미만인지를 판단하는 단계(S460)단계; 상기 S460단계의 판단결과, 열량계수가 60 이상이고 65 미만이 맞을 경우 제어 밸브 상태를 유지하고, S400 단계로 절차를 이행하는 단계(S470); 열량계수가 60 이상이고 65 미만이 아닐 경우, 제어 밸브를 on 하는 단계(S480);를 포함한다.
여기에서 열량계수에 대한 기준은 상술한 바와 같이 연료전지가 설치된 건물의 계통전력 요금체계, 가스요금체계를 실시간으로 반영하여 제어 밸브를 on/off 하여 경제성이 최대한 확보될 수 있도록 입력된 값이다.
100 : 연료전지 110 : 스택
120 : 개질기 130 : 전력변환장치
140 : 열교환기 150 : 냉각수탱크
160 : 제어장치 170 : 압력센서
171 : 온도센서 172 : 솔레노이드밸브
173 : 정량수펌프 174 : 냉각수펌프
175 : 연료부스팅펌프 176 : 개질기버너펌프
177 : 스택공기펌프 200 : 축열시스템
210 : 축열탱크 220 : 온도센서
230 : 제어밸브 300 : 경제성운전시스템
310 : 모니터링시스템 320 : 연산, 제어 및 통신장치
321 : 연산부 322 : 통신부
323 : 제어부

Claims (16)

  1. 스택(110), 개질기(120), 전력변환장치(130), 냉각수 등 다수의 보조기기들 및 열교환기(140)로 구성된 연료전지(100);
    온수를 저장하는 축열탱크(210)와 저장된 온수의 온도를 측정하는 온도센서(220) 및 저장된 온수배출을 제어하는 제어밸브(230)으로 구성된 축열시스템(200);
    상기 연료전지(100)와 상기 온도센서(220)로부터 정보를 받아, 경제성단계를 판단하는 경제성 운전시스템(300);을 포함하며,
    상기 축열 시스템(200)은,
    저장된 온수 배출을 제어하는 제어 밸브(230)를 구비하고,
    축열 시스템(200)의 총열량을 계산하고, 축열 탱크의 온도를 측정하여, 열량계수를 구하고, 열량계수가 60 미만이 맞을 경우, 제어 밸브를 off 하고,
    열량계수가 60 이상이고 65 미만이 맞을 경우 제어 밸브 상태를 유지하고,
    열량계수가 60 이상이고 65 미만이 아닐 경우, 제어 밸브를 on 하는 것을 특징으로 하는 경제적 운전을 위한 연료전지 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 경제성운전시스템(300)은,
    연료전지의 정보를 알려주는 모니터링시스템(310)과 연료전지(100)와 상기 온도센서(220)로부터 정보를 받아, 데이터를 저장하고, 경제성단계를 판단하는 연산, 제어 및 통신장치(320);를 포함하는 것을 특징으로 하는 경제적 운전을 위한 연료전지 시스템.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 연산, 제어 및 통신장치(320)는,
    연료전지와 온도센서로부터 취득한 데이터를 처리 및 저장, 데이터연산, 경제성단계를 판단하는 연산부(321);
    모니터링시스템, 제어장치와 통신하여 데이터를 전달하는 통신부(322);
    상기 연산부로부터 전달받은 경제성 단계를 기반으로 연료전지의 부하운전을 제어하고, 열량을 계산하여 축열시스템의 제어밸브를 제어하는 제어부(323);를 포함하는 것을 특징으로 하는 경제적 운전을 위한 연료전지 시스템.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 연산, 제어 및 통신장치(320)는,
    상기 축열 시스템(200)의 입력값을 설정하고, 총열량(QT)을 계산하며, 데이터를 측정하고, 생산비용(I), 절감비용(O), 열량계수(C)를 계산하여, 열량계수(C)로 경제성 판단하는 것을 특징으로 하는 경제적 운전을 위한 연료전지 시스템.
  5. 청구항 2에 있어서,
    상기 연산, 제어 및 통신장치(320)는, 축열탱크의 용량(L0), 저장되는 온수의 최소온도(Tn), 최대온도(Tm) 및 전기요금(E0), 가스요금(G0)을 입력받고, 총열량(QT)을 계산하고, 축열탱크의 온도(T1), 가스사용량(G1), 전기생산량(E1), 열생산량(Q1)을 측정하며 생산비용(I)을 구하고, 절감비용(O)을 계산하여, 열량계수(C)를 계산하고, 생산비용이 절감비용보다 크거나 같은지 판단하는 것을 특징으로 하는 경제적 운전을 위한 연료전지 시스템.
  6. 청구항 2에 있어서,
    상기 연산, 제어 및 통신장치(320)는,
    생산비용이 절감비용보다 크거나 같다면 경제성 단계 3으로 판단하고, 생산비용(I)이 절감비용(O)보다 적다면 열량계수(C)가 50미만인지를 판단하며, 열량계수(C)가 50미만이 맞을 경우, 경제성 단계 0으로 판단하며, 경제성 판단계수가 50 미만이 아닐 경우, 경제성 판단계수가 50이상 70미만이 맞는지 판단하고, 경제성 판단계수가 50이상 70미만이 맞을 경우, 경제성 단계 1로 판단하며,
    경제성 판단계수가 50이상 70미만이 아닐 경우, 경제성 판단계수가 70이상 95미만이 맞는지 판단하고, 경제성 판단계수가 70이상 95미만이 맞을 경우, 경제성 단계 2로 판단하며, 경제성 판단계수가 70이상 95미만이 아닐 경우, 경제성 단계 3으로 판단하는 것을 특징으로 하는 경제적 운전을 위한 연료전지 시스템.
  7. 청구항 4에 있어서,
    상기 열량계수는 아래 수학식 1로 구하는 것을 특징으로 하는 경제적 운전을 위한 연료전지 시스템.
    [수학식 1]
    Figure 112022097526726-pat00003

    (여기서 C는 열량계수를 나타내며, L0는 축열조에 저장되는 온수의 용량, Tm은 저장되는 온수 온도의 최대값, Tn은 저장되는 온수 온도의 최소값, T1은 축열조에 저장된 온수 온도를 측정한 값을 나타낸다)
  8. 삭제
  9. 청구항 1에 있어서,
    방열기(400);를 더 포함하고,
    상기 경제성단계의 판단결과, 경제성 단계가 2가 맞을 경우, 방열기 가동을 중단하고,
    경제성 단계가 3이 아닐 경우, 방열기 상태를 유지하며,
    경제성 단계가 3이 맞을 경우, 생산비용이 절감 비용보다 크거나 같은지 판단하여, 생산비용이 절감 비용보다 적으면 방열기를 가동하는 것을 특징으로 하는 경제적 운전을 위한 연료전지 시스템.
  10. 경제성 운전을 위한 연료전지 시스템을 통한 운전 방법에 있어서,
    경제성 운전을 위한 연료전지 시스템에 입력값을 설정하며, 총열량(QT)을 계산하고, 데이터를 측정하는 단계;
    상기 데이터를 통하여 생산비용(I), 절감 비용(O), 열량계수(C)를 계산하는 단계;
    상기 생산비용(I), 절감 비용(O), 열량계수(C)를 이용하여 경제성 판단 단계;를 포함하며,
    상기 생산비용(I), 절감 비용(O), 열량계수(C)를 이용한 경제성 판단 단계는,
    생산비용이 절감 비용보다 크거나 같은지 판단하는 단계(S7);
    상기 S7 단계의 판단결과, 생산비용이 절감 비용보다 크거나 같다면 경제성 단계 3으로 판단하는 단계(S14); 생산비용(I)이 절감 비용(O)보다 적다면 열량계수(C)가 50 미만인지를 판단하는 단계(S8);
    상기 S8 단계의 판단결과, 열량계수(C)가 50 미만이 맞을 경우, 경제성 단계 0으로 판단하는 단계(S11); 경제성 판단계수가 50 미만이 아닐 경우, 경제성 판단계수가 50 이상 70 미만이 맞는지 판단하는 단계(S9);
    상기 S9 단계의 판단결과, 경제성 판단계수가 50 이상 70 미만이 맞을 경우, 경제성 단계 1로 판단하는 단계(S12); 경제성 판단계수가 50 이상 70 미만이 아닐 경우, 경제성 판단계수가 70 이상 95 미만이 맞는지 판단하는 단계(S10);
    상기 S10 단계의 판단결과, 경제성 판단계수가 70 이상 95 미만이 맞을 경우, 경제성 단계 2로 판단하는 단계(S13); 경제성 판단계수가 70 이상 95 미만이 아닐 경우, 경제성 단계 3으로 판단하는 단계(S14);를 포함하는 것을 특징으로 하는 경제적 운전을 위한 연료전지 시스템 운전 방법.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 입력값을 설정하며, 총열량(QT)을 계산하고, 데이터를 측정하는 단계는,
    축열 탱크의 용량(L0), 저장되는 온수의 최소온도(Tn), 최대온도(Tm) 및 전기요금(E0), 가스요금(G0)을 입력하는 단계(S1); 총열량(QT)을 계산하는 단계(S2); 축열 탱크의 온도(T1), 가스사용량(G1), 전기생산량(E1), 열생산량(Q1)을 측정하는 단계(S3);를 포함하는 것을 특징으로 하는 경제적 운전을 위한 연료전지 시스템 운전 방법.
  12. 청구항 10에 있어서,
    상기 데이터를 통하여 생산비용(I), 절감 비용(O)을 계산하는 단계;는,
    생산비용(I)을 수학식 2에 의해 구하고, 절감 비용(O)을 수학식 3에 의해 구하는 것을 특징으로 하는 경제적 운전을 위한 연료전지 시스템 운전 방법.
    [수학식 2]
    I = G0 * G1
    (G0 : 가스요금, G1 : 가스사용량)
    [수학식 3]
    O = (E0 * E1) + (Q1 * G0)
    (E0 : 전기요금, E1 : 전기생산량, Q1 : 열생산량)
  13. 삭제
  14. 청구항 10에 있어서,
    상기 생산비용(I), 절감 비용(O), 열량계수(C)를 이용한 경제성 판단 단계는,
    시스템을 가동하는 단계(S100); 시스템 상태를 유지하는 단계(S110); 데이터 측정 및 경제성 단계를 산출하는 단계(S120); 경제성 단계가 1이 맞는지 판단하는 단계(S130);
    상기 S130 단계의 판단결과, 경제성 단계가 1이 맞을 경우, 연료전지 부하를 75%로 변동하고, S110 단계로 절차를 이행하는 단계(S140); 경제성 단계가 1이 아닐 경우, 경제성 단계가 2가 맞는지 판단하는 단계(S150);
    상기 S150 단계의 판단결과, 경제성 단계가 2가 맞을 경우, 연료전지 부하를 50%로 변동하고, S110 단계로 절차를 이행하는 단계(S160); 경제성 단계가 2가 아닐 경우, 경제성 단계가 3이 맞는지 판단하는 단계(S170);
    상기 S170 단계의 판단결과, 경제성 단계가 3이 아닐 경우, 경제성단계를 0으로 판단하고, S110 단계로 절차를 이행하는 단계(S180); 경제성 단계가 3이 맞을 경우, 연료전지 가동을 중단하는 단계(S190);를 포함하는 것을 특징으로 하는 경제적 운전을 위한 연료전지 시스템 운전 방법.
  15. 청구항 10에 있어서,
    상기 생산비용(I), 절감 비용(O), 열량계수(C)를 이용한 경제성 판단 단계는,
    시스템을 가동하는 단계(S200); 시스템 상태를 유지하는 단계(S210); 데이터 측정 및 경제성 단계를 산출하는 단계(S220); 경제성 단계가 1이 맞는지 판단하는 단계(S230);
    상기 S230 단계의 판단결과, 경제성 단계가 1이 맞을 경우, 연료전지 부하를 75%로 변동하고, S210 단계로 절차를 이행하는 단계(S240); 경제성 단계가 1이 아닐 경우, 경제성 단계가 2가 맞는지 판단하는 단계(S250);
    상기 S250 단계의 판단결과, 경제성 단계가 2가 맞을 경우, 방열기 가동을 중단하는 단계(S260); 연료전지 부하를 50%로 변동하고, S210 단계로 절차를 이행하는 단계(S270); 경제성 단계가 2가 아닐 경우, 경제성 단계가 3이 맞는지 판단하는 단계(S280);
    상기 S280 단계의 판단결과, 경제성 단계가 3이 아닐 경우, 방열기 상태를 유지하는 단계(S290); 경제성단계를 0으로 판단하고, S210 단계로 절차를 이행하는 단계(S300); 경제성 단계가 3이 맞을 경우, 생산비용이 절감 비용보다 크거나 같은지 판단하는 단계(S310);
    상기 S310 단계의 판단결과, 생산비용이 절감 비용보다 적으면 방열기를 가동하고, S210 단계로 절차를 이행하는 단계(S320); 생산비용이 절감 비용보다 크거나 같으면 연료전지 가동을 중단하는 단계(S330);를 포함하는 것을 특징으로 하는 경제적 운전을 위한 연료전지 시스템 운전 방법.
  16. 청구항 10에 있어서,
    상기 생산비용(I), 절감 비용(O), 열량계수(C)를 이용한 경제성 판단 단계는,
    열량계수가 60 미만인지를 판단하는 단계(S440);
    상기 S440단계의 판단결과, 열량계수가 60 미만이 맞을 경우, 제어 밸브를 off 하는 단계(S450); 열량계수가 60 미만이 아닐 경우, 열량계수가 60 이상이고 65 미만인지를 판단하는 단계(S460)단계;
    상기 S460단계의 판단결과, 열량계수가 60 이상이고 65 미만이 맞을 경우 제어 밸브 상태를 유지하고, S400 단계로 절차를 이행하는 단계(S470); 열량계수가 60 이상이고 65 미만이 아닐 경우, 제어 밸브를 on 하는 단계(S480);를 포함하는 것을 특징으로 하는 경제적 운전을 위한 연료전지 시스템 운전 방법.
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