KR20120080018A - An electric generating system using a fuel cell - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 화학에너지를 전기에너지로 직접 변환시키는 연료전지를 이용한 발전 시스템에 관한 것이다.
The present invention relates to a power generation system using a fuel cell for directly converting chemical energy into electrical energy.
화석 연료가 고갈되어 가고 지구 온난화가 현실적인 문제로 대두되면서 지속적이고 친환경적인 에너지원에 대한 관심이 높아지고 있다. 이에 부합하여 개발된 장치로, 태양 에너지를 이용한 태양광 발전장치, 바람을 이용한 풍력 발전장치, 그리고 수소와 산소의 화학반응으로 전기와 열을 생산하는 연료전지 등이 있다. 여기서, 연료전지를 이용한 발전은 환경 친화적이면서도 태양광 발전이나 풍력 발전과 비교해 환경조건에 구애받지 않고 지속적인 전력생산이 가능한 장점이 있다.As fossil fuels are depleted and global warming becomes a real issue, interest in sustainable and environmentally friendly energy sources is increasing. The devices have been developed accordingly, including solar power generators using solar energy, wind power generators using wind, and fuel cells that produce electricity and heat by chemical reaction between hydrogen and oxygen. Here, power generation using a fuel cell is environmentally friendly, compared to photovoltaic power generation or wind power generation, there is an advantage capable of continuously generating power regardless of environmental conditions.
최근 용융 탄산염 연료전지(MCFC, Molten Carbonate Fuel Cell)를 이용한 비상발전 시스템이 상용발전에 사용되고 있으며 전력계통 등에 연계되어 운전되고 있다.Recently, emergency power generation systems using molten carbonate fuel cells (MCFCs) have been used for commercial power generation and are operating in conjunction with power systems.
이러한 연료전지를 이용한 발전 시스템은, 전력계통에 문제가 없는 평상시에는 전력계통과 함께 부하에 전기를 공급하는 전기생산용으로 사용되고, 전력계통에 문제가 발생한 비상시에는 독립운전 모드로 동작하여 중요 부하에 전기를 공급하는 정전대응용으로 사용될 수 있으나, 연료전지가 기계적 공정과 화학적 공정으로 전력을 생산하기 때문에 출력의 변화를 위한 응답이 빠르지 않아 부하 추종성능이 낮은 특성이 있다.The power generation system using such a fuel cell is used for electricity production that supplies electricity to the load together with the power system in normal times when there is no problem with the power system, and operates in an independent operation mode in case of an emergency in which the power system has a problem. Although it can be used for the electrostatic countermeasure for supplying electricity, since the fuel cell generates power in a mechanical process and a chemical process, there is a characteristic that the load tracking performance is low because the response for the change of the output is not fast.
즉, 연료전지를 이용한 발전 시스템이 전력계통과 연계되어 부하에 공동으로 전력을 공급하는 경우에는 아무런 문제가 없으나, 비상 전원공급장치로 활용될 경우에는 낮은 부하 추종성능으로 인해 정상적으로 전력을 공급할 수 없는 문제가 발생한다.That is, there is no problem when a power generation system using a fuel cell is connected to a power system to supply power to a load jointly, but when used as an emergency power supply device, power cannot be supplied normally due to low load following performance. A problem arises.
예를 들어, 연료전지의 출력이 2000Kw인데, 부하의 요구전력이 1500Kw 또는 순간요구전력이 2100Kw인 경우, 연료전지의 출력을 1500Kw 또는 2100Kw로 변화시켜야 하지만 연료전지의 부하 추종성능의 한계로 인해 연료전지의 출력을 부하의 요구전력에 맞게 실시간으로 변환하기 어려운 문제점이 있다.For example, if the output of the fuel cell is 2000Kw and the power demand of the load is 1500Kw or the instantaneous demand power is 2100Kw, the output of the fuel cell should be changed to 1500Kw or 2100Kw. There is a problem that it is difficult to convert the output of the battery in real time according to the required power of the load.
결국, 종래의 연료전지를 이용한 발전 시스템은 독립운전 모드로 동작 시, 연료전지의 출력이 부하의 출력보다 높은 경우(부하 특성에 기인한 왜곡된 출력전류) 또는 연료전지의 출력을 초과하는 순간부하가 발생하는 경우, 연료전지의 전력공급 안정도를 저하시키고 연료전지의 수명을 단축시키는 문제점이 있다.
As a result, in a conventional power generation system using a fuel cell, when operating in the independent operation mode, when the output of the fuel cell is higher than the output of the load (distorted output current due to the load characteristics) or the instantaneous load exceeding the output of the fuel cell Is generated, there is a problem of reducing the power supply stability of the fuel cell and shortening the life of the fuel cell.
상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 독립운전 모드 시 연료전지의 출력 및 부하의 출력 변동을 실시간으로 감시하여 연료전지의 출력이 부하의 출력 변동에 신속하게 대응할 수 있도록 조절하는, 연료전지를 이용한 발전 시스템을 제공하고자 한다.In order to solve the problems of the prior art as described above, the present invention monitors the fluctuations of the output of the fuel cell and the output of the load in real time in the independent operation mode to adjust the output of the fuel cell to respond quickly to the output fluctuation of the load To provide a power generation system using a fuel cell.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
The objects of the present invention are not limited to the above-mentioned objects, and other objects and advantages of the present invention which are not mentioned can be understood by the following description, and will be more clearly understood by the embodiments of the present invention. It will also be readily apparent that the objects and advantages of the invention may be realized and attained by means of the instrumentalities and combinations particularly pointed out in the appended claims.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 장치는, 독립운전 모드로 동작하는 연료전지를 이용한 발전 시스템에 있어서, 직류전력을 생산하는 연료전지 스택; 상기 연료전지 스택이 생산한 직류전력을 교류전력으로 변환하는 변환수단; 부하가 요구하는 전력(이하, 제 1 전력)과 상기 변환수단이 변환한 교류전력(이하, 제 2 전력)을 비교하여 잉여전력을 계산한 후, 상기 잉여전력에서 소정 전력(이하, 보상전력)은 배터리 관리수단으로 전달하고 나머지 전력(이하, 소비전력)은 소비하며 상기 제 2 전력에서 상기 잉여전력을 차감한 제 3 전력을 순간전력 보상수단으로 전달하고, 상기 제 2 전력이 상기 제 1 전력 이하인 경우 상기 제 2 전력을 상기 순간전력 보상수단으로 전달하는 잉여전력 소비수단; 상기 잉여전력 소비수단으로부터 전달받은 보상전력을 이용하여 배터리를 충전하는 배터리 관리수단; 및 상기 제 3 전력을 전달받으면 상기 부하에 공급하며, 상기 제 2 전력을 전달받은 경우 상기 제 2 전력이 상기 제 1 전력과 동일하면 상기 제 2 전력을 상기 부하에 공급하고, 상기 제 1 전력 미만이면 상기 배터리 관리수단과 연동하여 상기 제 2 전력을 보상한 후 상기 부하에 공급하는 상기 순간전력 보상수단을 포함한다.An apparatus of the present invention for achieving the above object is a power generation system using a fuel cell operating in an independent operation mode, the fuel cell stack for producing a direct current power; Conversion means for converting the DC power produced by the fuel cell stack into AC power; After calculating the surplus power by comparing the power required by the load (hereinafter referred to as the first power) with the AC power converted by the conversion means (hereinafter referred to as the second power), a predetermined power (hereinafter referred to as compensation power) is calculated from the surplus power. Is transferred to the battery management means and consumes the remaining power (hereinafter referred to as power consumption), and transfers the third power obtained by subtracting the surplus power from the second power to the instantaneous power compensation means, wherein the second power is the first power. Surplus power consumption means for transferring the second power to the instantaneous power compensation means when less than or equal to; Battery management means for charging the battery using the compensation power received from the surplus power consumption means; And supplying the load to the load when the third power is received, and supplying the second power to the load if the second power is the same as the first power when the second power is received and less than the first power. And the instantaneous power compensation means for supplying the load after compensating the second power in cooperation with the battery management means.
또한, 본 발명은 정상운전 모드에서 독립운전 모드로 전환시 연료전지와 부하가 순간적으로 차단되는 시간 동안 부하에 순간전력을 공급하여 무순단 모드 변환이 가능하다.
In addition, the present invention can be converted to an uninterrupted mode by supplying instantaneous power to the load during the time when the fuel cell and the load is momentarily shut off when switching from the normal operation mode to the independent operation mode.
상기와 같은 본 발명은, 독립운전 모드 시 연료전지의 출력 및 부하의 출력 변동을 실시간으로 감시하여 연료전지의 출력이 부하의 출력 변동에 신속하게 대응할 수 있도록 조절함으로써, 부하 추종 성능을 높일 수 있는 효과가 있다.The present invention as described above, by monitoring the output of the fuel cell and the output fluctuation of the load in real time operation mode in real time to adjust the output of the fuel cell to quickly respond to the output fluctuation of the load, it is possible to increase the load following performance It works.
즉, 본 발명은 독립운전 모드 시 연료전지의 출력 및 부하의 출력 변동을 실시간으로 감지하여, 부하의 요구 전력이 연료전지의 출력보다 낮은 경우 잉여전력을 강제로 소비하고, 부하의 요구 전력이 연료전지의 출력보다 높은 경우 기 저장된 잉여전력을 이용하여 연료전지의 출력을 보상함으로써, 부하 추종 성능을 높여 연료전지의 손상을 방지할 수 있는 효과가 있다.That is, the present invention detects the output of the fuel cell and the output of the load in real time in the independent operation mode in real time, when the power demand of the load is lower than the output of the fuel cell forcibly consume surplus power, the power demand of the load is fuel When higher than the output of the battery by using the pre-stored surplus power to compensate the output of the fuel cell, it is possible to increase the load tracking performance to prevent damage to the fuel cell.
또한, 본 발명은 잉여전력을 소비하는 과정에서 발생한 열에너지를 난방, 발전 등에 사용할 수 있도록 하여 에너지 재활용 효율을 극대화시킬 수 있는 효과가 있다.
In addition, the present invention has the effect of maximizing energy recycling efficiency by enabling the use of heat energy generated in the process of consuming surplus power, such as heating, power generation.
도 1 은 본 발명에 따른 연료전지를 이용한 발전 시스템(100)의 일실시예 구성도,
도 2 는 본 발명에 따른 연료전지를 이용한 발전 시스템의 MBOP(10)에 대한 일실시예 구성도,
도 3 은 본 발명에 따른 연료전지를 이용한 발전 시스템의 EBOP(30)에 대한 일실시예 구성도,
도 4 는 본 발명에 따른 연료전지를 이용한 발전 시스템의 감시부(40)에 대한 일실시예 구성도,
도 5 는 본 발명에 따른 연료전지를 이용한 발전 시스템의 잉여전력 소비모듈(60)에 대한 일실시예 구성도,
도 6 은 본 발명에 따른 연료전지를 이용한 발전 시스템의 배터리 관리모듈(70)에 대한 일실시예 구성도,
도 7 은 본 발명에 따른 연료전지를 이용한 발전 시스템의 동작 상태를 나타내는 일예시도이다.1 is a configuration diagram of an embodiment of a
2 is a diagram illustrating an embodiment of an
3 is a diagram illustrating an embodiment of an EBOP 30 of a power generation system using a fuel cell according to the present invention;
4 is a configuration diagram of an embodiment of a
5 is a configuration diagram of an embodiment of a surplus
6 is a configuration diagram of an embodiment of a
7 is an exemplary view illustrating an operating state of a power generation system using a fuel cell according to the present invention.
상술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되어 있는 상세한 설명을 통하여 보다 명확해 질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The above and other objects, features and advantages of the present invention will become more apparent from the following detailed description of the present invention when taken in conjunction with the accompanying drawings, It can be easily carried out. In the following description, well-known functions or constructions are not described in detail since they would obscure the invention in unnecessary detail. Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1 은 본 발명에 따른 연료전지를 이용한 발전 시스템의 일실시예 구성도이다.1 is a configuration diagram of an embodiment of a power generation system using a fuel cell according to the present invention.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 연료전지를 이용한 발전 시스템(100)은, MBOP(Mechanical Balance Of Plant)(10), 연료전지 스택(Fuel Cell Stack)(20), EBOP(Electrical Balance Of Plant)(30), 감시부(40), 스위치(50), 잉여전력 소비모듈(60), 배터리 관리모듈(70), 및 순간전력 보상모듈(80)을 포함한다.As shown in FIG. 1, the
MBOP(10)는 연료전지 스택(20)에 산소와 수소를 공급한다.The MBOP 10 supplies oxygen and hydrogen to the
연료전지 스택(20)은 MBOP(10)로부터 공급받은 산소와 수소를 전기화학 반응시켜 직류전력을 생산한다.The fuel cell stack 20 electrochemically reacts oxygen and hydrogen supplied from the
EBOP(30)는 연료전지 스택(20)에서 생산된 직류전력을 부하(300)에서 사용할 수 있는 교류전력으로 변환한 후, 변환된 교류전력을 스위치(50)를 통해 전력계통(200)과 부하(300) 또는 잉여전력 소비모듈(60)로 전달한다.The EBOP 30 converts the DC power produced by the
잉여전력 소비모듈(60)은 발전 시스템(100)이 독립운전 모드로 동작하는 경우(이하, 독립운전 모드 시), 부하(300)에서 요구하는 전력(이하, 제 1 전력)을 일정 시간간격으로 파악하고, 파악된 제 1 전력과 연료전지 스택(20)에서 출력되어 EBOP(30) 및 스위치(50)를 통해 전달받은 전력(이하, 제 2 전력)을 비교하여 잉여전력(제 2 전력 - 제 1 전력)을 계산하며, 계산된 잉여전력에서 소정 전력(이하, 보상전력)은 배터리 관리모듈(70)로 전달하고, 나머지 전력(이하, 소비전력)은 소비한다. 이때, 제 1 전력은 제 2 전력에서 잉여전력을 뺀 값과 동일하고, 잉여전력은 보상전력과 소비전력의 합과 같다. 여기서, 보상전력은 잉여전력의 90% 미만이 바람직하다.When the
아울러, 잉여전력 소비모듈(60)은 제 2 전력에서 잉여전력을 차감한 제 3 전력을 순간전력 보상모듈(80)로 전달하고 그 사실을 순간전력 보상모듈(80)로 알린다.In addition, the surplus
그러면 배터리 관리모듈(70)은 잉여전력 소비모듈(60)로부터 전달받은 보상전력을 이용하여 배터리(72)를 충전한다.The
또한, 잉여전력 소비모듈(60)은 제 2 전력이 제 1 전력 이하인 경우, 제 2 전력을 순간전력 보상모듈(80)로 전달하고 그 사실을 순간전력 보상모듈(80)로 알린다.In addition, when the second power is less than the first power, the surplus
그러면, 순간전력 보상모듈(80)은 잉여전력 소비모듈(60)로부터 전달받은 제 3 전력을 부하(300)에 공급한다.Then, the instantaneous
또한, 순간전력 보상모듈(80)은 잉여전력 소비모듈(60)로부터 전달받은 제 2 전력이 제 1 전력과 동일하면 그대로 부하(300)에 공급하고, 제 1 전력 미만이면 배터리 관리모듈(70)과 연동하여 제 2 전력을 제 1 전력과 동일하도록 보상한 후 부하(300)에 공급한다.
In addition, the instantaneous
이하, 도 2 내지 도 6을 참조하여 본 발명에 따른 연료전지를 이용한 발전 시스템(100)의 각 구성요소들에 대해 좀더 상세히 살펴보기로 한다.
Hereinafter, each component of the
- MBOP(10)의 구성 --Configuration of MBOP 10-
도 2에 도시된 바와 같이, MBOP(10)는 산소공급부(12) 및 연료가스 공급부(14)를 포함한다.As shown in FIG. 2, the MBOP 10 includes an
산소공급부(12)는 연료전지 스택(20)으로 산소를 공급한다.The
연료가스 공급부(14)는 연료전지 스택(20)으로 연료가스(일예로, 수소)를 공급한다. 이들 구성의 세부적 사항은 이미 다양한 형태로 실시되어 있어 구체적 설명은 생략하기로 한다.
The fuel
- 연료전지 스택(20)의 구성 --Composition of Fuel Cell Stack 20-
연료전지 스택(20)은 MBOP(10)로부터 공급받은 산소 및 수소를 전기화학 반응시켜 직류전력을 생산한다. 연료전지 스택(20)이 산소와 수소를 전기화학 반응시키는 원리는 다음과 같다. 우선, 연료 극(양극)에 공급된 수소는 수소이온과 전자로 분리되고 수소이온은 전해질 층을 통해 공기 극으로 이동하고 전자는 외부회로를 통해 공기 극으로 이동한다. 그리고 공기 극(음극)쪽에서 산소이온과 수소이온이 만나 전기(저전압의 직류전원)와 물 및 열이 생성된다.
The fuel cell stack 20 electrochemically reacts oxygen and hydrogen supplied from the
- EBOP(30)의 구성 --Configuration of EBOP 30-
도 3에 도시된 바와 같이, EBOP(30)는 DC-DC 컨버터(32) 및 DC-AC 컨버터(34)를 포함한다.As shown in FIG. 3, the EBOP 30 includes a DC-
DC-DC 컨버터(32)는 연료전지 스택(20)에서 생산된 저전압의 직류전력을 소정 레벨의 직류전력으로 변환한다.The DC-
DC-AC 컨버터(34)는 소정 레벨로 변환된 직류전력을 전력계통(200) 및 부하(300)에서 사용할 수 있도록 교류전력으로 변환한다.
The DC-AC converter 34 converts the DC power converted to a predetermined level into AC power for use in the power system 200 and the
- 감시부(40)의 구성 --Configuration of the monitoring unit 40-
도 4에 도시된 바와 같이, 감시부(40)는 감시기(42) 및 차단기(44)를 포함한다.As shown in FIG. 4, the
감시기(42)는 전력계통(200)의 고장 여부를 일정시간 간격으로 감시한다.The
차단기(44)는 전력계통(200)에 고장이 발생하지 않은 경우(정상운전 모드 시), 스위치(50)를 제어하여 EBOP(30)의 출력단을 부하(300) 및 전력계통(200)과 연결시켜 제 2 전력이 부하(300) 및 전력계통(200)으로 모두 공급되게 한다.The
또한, 차단기(44)는 전력계통(200)에 고장이 발생한 경우(독립운전 모드 시), 스위치(50)를 제어하여 EBOP(30)의 출력단과 잉여전력 소비모듈(60)을 연결한다. 이때, 차단기(44)는 스위치(50)를 제어하여 전력계통(200)과 부하(300) 간의 전기적인 연결을 차단한다.
In addition, the
- 스위치(50)의 구성 -Configuration of
스위치(50)는 감시부(60)의 감시 결과에 따라 정상운전 모드 시, EBOP(30)의 DC-AC 컨버터(34)로부터 공급받은 교류전력을 전력계통(200) 및 부하(300)로 공급한다.The
또한, 스위치(50)는 감시부(60)의 감시 결과에 따라 독립운전 모드 시, EBOP(30)의 DC-AC 컨버터(34)로부터 공급받은 교류전력을 잉여전력 소비모듈(60)로 공급한다.
In addition, the
- 잉여전력 소비모듈(60)의 구성 --Configuration of surplus power consumption module 60-
도 5에 도시된 바와 같이, 잉여전력 소비모듈(60)은 제 1 감지부(62), 제 2 감지부(64), 제어부(66), 및 저항부하(68)를 포함한다.As shown in FIG. 5, the surplus
제 1 감지부(62)는 제 1 전력을 실시간으로 계측한다.The
제 2 감지부(64)는 제 2 전력을 실시간으로 계측한다.The
제어부(66)는 제 1 감지부(62)가 감지한 제 1 전력과 제 2 감지부(64)가 감지한 제 2 전력을 비교하여 잉여전력을 계산한 후, 계산된 잉여전력에서 소정 전력(보상전력)을 배터리 관리모듈(70)로 전달하고, 나머지 전력(소비전력)을 저항부하(68)로 전달한다. 이때, 제 2 전력에서 잉여전력을 차감한 제 3 전력을 순간전력 보상모듈(80)로 전달한다.The
예를 들어, 제 2 전력이 2000Kw이고 제 1 전력이 1000Kw인 경우 잉여전력은 1000Kw이며, 보상전력이 잉여전력의 90%(설계자가 임의 설정 가능)로 설정되어 있다고 가정하면, 보상전력은 900Kw가 되고, 소비전력은 100Kw가 된다.For example, assuming that the second power is 2000Kw and the first power is 1000Kw, the surplus power is 1000Kw, and the compensation power is set to 90% of the surplus power (designer can set arbitrarily). And power consumption is 100 Kw.
또한, 제어부(66)는 제 2 전력이 제 1 전력 이하인 경우, 제 2 전력을 순간전력 보상모듈(80)로 전달한다.In addition, when the second power is less than or equal to the first power, the
결국, 제어부(66)는 제 2 전력이 제 1 전력을 초과하는 경우, 보상전력을 배터리 관리모듈(70)로 전달하고 소비전력을 저항부하(68)로 전달하며 제 3 전력을 순간전력 보상모듈(80)로 전달하고, 제 2 전력이 제 1 전력을 초과하지 않는 경우 제 2 전력을 순간전력 보상모듈(80)로 전달한다.As a result, when the second power exceeds the first power, the
저항부하(68)는 제어부(66)로부터 전달받은 소비전력을 열에너지로 변환한다. 이러한 잉여전력에 의한 열에너지는 별도의 열에너지 회수 장치를 통해 회수되거나 콘덴서, 초전도 코일 등을 통해 전자기에너지의 형태로 변환되어 저장되거나 축전지 등을 통해 화학에너지로 변환되어 저장되거나 플라이휠 등을 통해 기계적인 에너지로 변환되어 저장될 수 있다.
The
- 배터리 관리모듈(70)의 구성 --Configuration of Battery Management Module 70-
도 6에 도시된 바와 같이, 배터리 관리모듈(70)은 배터리(72) 및 전력공급부(74)를 포함한다.As shown in FIG. 6, the
배터리(72)는 잉여전력 소비모듈(60)로부터 공급받은 보상전력을 저장한다.The
전력공급부(74)는 배터리(72)로부터 출력되는 직류전력을 교류전력으로 변환하여 순간전력 보상모듈(80)로 공급한다.The
여기서, 배터리 관리모듈(70)은 교류의 보상전력을 직류전력으로 변환하여 배터리(72)로 전달하는 AC-DC 컨버터(도면에는 도시되어 있지 않음)를 더 포함한다.
Here, the
- 순간전력 보상모듈(80)의 구성 --Configuration of instantaneous power compensation module 80-
순간전력 보상모듈(80)은 잉여전력 소비모듈(60)로부터 제 3 전력을 전달받으면 제 2 전력을 부하(300)로 공급한다.The instantaneous
또한, 순간전력 보상모듈(80)은 잉여전력 소비모듈(60)로부터 전달받은 제 2 전력이 제 1 전력과 동일하면 제 2 전력을 부하(300)로 공급한다.In addition, the instantaneous
또한, 순간전력 보상모듈(80)은 잉여전력 소비모듈(60)로부터 전달받은 제 2 전력이 제 1 전력 미만이면 배터리 관리모듈(70)과 연동하여 제 2 전력이 제 1 전력에 상응하도록 보상한 후 부하(300)로 공급한다.
In addition, when the second power received from the surplus
도 7 은 본 발명에 따른 연료전지를 이용한 발전 시스템의 동작 상태를 나타내는 일예시도이다.7 is an exemplary view illustrating an operating state of a power generation system using a fuel cell according to the present invention.
도 7에 도시된 바와 같이, 연료전지 스택(20)은 전력계통(200)의 이상 여부에 관계없이 항상 100%의 전력을 출력한다.As shown in FIG. 7, the
이때, 전력계통(200)이 정상인 상태에서는 연료전지 스택(20)이 출력하는 100%의 전력을 부하(300) 및 전력계통(200)에 공급하지만, 전력계통(200)에 이상이 발생하면 연료전지 EBOP(30)와 부하(300)가 단절되고, 곧바로 잉여전력 소비모듈(60) 또는 순간전력 보상모듈(80)이 상기 언급한 바와 같은 방식으로 부하(300)에 적정 전력(보상이 완료된 전력)을 공급한다.At this time, in the state in which the power system 200 is normal, the
즉, 본 발명은 전력계통(200)에 이상 발생시 부하(300)에서 요구하는 제 1 전력에 부합하도록 제 2 전력을 조절하여 부하(300)에 공급함으로써, 연료전지의 손상을 막는다.That is, the present invention adjusts the second power to supply the
이후, 전력계통(200)이 정상화되면 원래대로 연료전지 스택(20)으로부터 출력되는 전력(100%)을 부하(300) 및 전력계통(200)으로 공급한다.Thereafter, when the power system 200 is normalized, power (100%) output from the
결국, 전력계통(200)의 이상 여부에 관계없이 연료전지 스택(20)은 100%의 전력을 출력하고, 연료전지 스택(20)으로부터 출력되는 100%의 전력은 전력계통(200)이 정상인 경우에는 아무런 문제가 되지 않지만, 전력계통에 이상이 발생한 경우에는 문제를 유발한다.As a result, the
따라서, 전력계통에 이상이 발생한 경우 부하(300)에서 요구하는 제 1 전력에 부합하도록 제 2 전력을 조절함으로써, 연료전지 스택(20)은 물론 부하(300)의 손상을 막는다.
Therefore, when an abnormality occurs in the power system, the second power is adjusted to match the first power required by the
이하, 본 발명에 따른 연료전지를 이용한 발전 시스템의 동작 과정에 대해 살펴보기로 한다.Hereinafter, an operation process of a power generation system using a fuel cell according to the present invention will be described.
먼저, 연료전지 스택(20)이 MBOP(10)로부터 산소와 수소를 공급받아 전기화학 반응을 일으켜 직류전력을 생산한다.First, the
이후 EBOP(30)가 연료전지 스택(20)에서 생산한 직류전력을 부하(300)에서 사용할 수 있는 교류전력으로 변환한다.Thereafter, the
이후 감시부(40)가 전력계통(200)의 고장을 감지함에 따라 독립운전 모드로 전환하고, 스위치(50)를 제어하여 EBOP(30)의 DC-AC 컨버터(34)로부터 공급받은 교류전력(제 2 전력)을 잉여전력 소비모듈(60)로 공급한다.Thereafter, when the
그러면 잉여전력 소비모듈(60)은 부하(300)에서 요구하는 제 1 전력을 일정 시간간격으로 파악하고, 파악된 제 1 전력과 제 2 전력을 비교하여 잉여전력을 계산하며, 계산된 잉여전력에서 소정 전력(보상전력)은 배터리 관리모듈(70)로 전달하고, 나머지 전력(소비전력)은 저항부하(68)를 통해 소비한다.Then, the surplus
그러면 배터리 관리모듈(70)은 잉여전력 소비모듈(60)로부터 전달받은 보상전력을 이용하여 배터리(72)를 충전한다.The
아울러 잉여전력 소비모듈(60)은 제 2 전력에서 잉여전력을 차감한 제 3 전력을 순간전력 보상모듈(80)로 전달하고 그 사실을 순간전력 보상모듈(80)로 알린다.In addition, the surplus
또한 잉여전력 소비모듈(60)은 제 2 전력이 제 1 전력 이하인 경우, 제 2 전력을 순간전력 보상모듈(80)로 전달하고 그 사실을 순간전력 보상모듈(80)로 알린다.In addition, when the second power is less than the first power, the surplus
그러면 순간전력 보상모듈(80)은 잉여전력 소비모듈(60)로부터 제 3 전력을 전달받으면 부하(300)에 공급한다.Then, the instantaneous
그리고, 순간전력 보상모듈(80)은 잉여전력 소비모듈(60)로부터 전달받은 제 2 전력이 제 1 전력과 동일하면 제 2 전력을 부하(300)에 공급한다.The instantaneous
그리고, 순간전력 보상모듈(80)은 제 2 전력이 제 1 전력 미만이면 배터리 관리모듈(70)과 연동하여 제 2 전력을 제 1 전력과 동일하도록 보상한 후 부하(300)에 공급한다.When the second power is less than the first power, the instantaneous
본 발명에서, 동일의 의미는 완전 동일한 경우뿐만 아니라 소정의 범주 내에 있는 경우도 포함한다.
In the present invention, the meaning of the same includes not only the case of exactly the same but also the case within a predetermined range.
한편, 전술한 바와 같은 본 발명의 방법은 컴퓨터 프로그램으로 작성이 가능하다. 그리고 상기 프로그램을 구성하는 코드 및 코드 세그먼트는 당해 분야의 컴퓨터 프로그래머에 의하여 용이하게 추론될 수 있다. 또한, 상기 작성된 프로그램은 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체(정보저장매체)에 저장되고, 컴퓨터에 의하여 판독되고 실행됨으로써 본 발명의 방법을 구현한다. 그리고 상기 기록매체는 컴퓨터가 판독할 수 있는 모든 형태의 기록매체를 포함한다.Meanwhile, the method of the present invention as described above can be written in a computer program. And the code and code segments constituting the program can be easily deduced by a computer programmer in the field. In addition, the written program is stored in a computer-readable recording medium (information storage medium), and read and executed by a computer to implement the method of the present invention. The recording medium may include any type of computer readable recording medium.
이상에서 설명한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.
It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit or scope of the invention. The present invention is not limited to the drawings.
10 : MBOP 20 : 연료전지 스택
30 : EBOP 40 : 감시부
50 : 스위치 60 : 잉여전력 소비모듈
70 : 배터리 관리모듈 80 : 순간전력 보상모듈10: MBOP 20: fuel cell stack
30: EBOP 40: monitoring unit
50: switch 60: surplus power consumption module
70: battery management module 80: instantaneous power compensation module
Claims (7)
직류전력을 생산하는 연료전지 스택;
상기 연료전지 스택이 생산한 직류전력을 교류전력으로 변환하는 변환수단;
부하가 요구하는 전력(이하, 제 1 전력)과 상기 변환수단이 변환한 교류전력(이하, 제 2 전력)을 비교하여 잉여전력을 계산한 후, 상기 잉여전력에서 소정 전력(이하, 보상전력)은 배터리 관리수단으로 전달하고 나머지 전력(이하, 소비전력)은 소비하며 상기 제 2 전력에서 상기 잉여전력을 차감한 제 3 전력을 순간전력 보상수단으로 전달하고, 상기 제 2 전력이 상기 제 1 전력 이하인 경우 상기 제 2 전력을 상기 순간전력 보상수단으로 전달하는 잉여전력 소비수단;
상기 잉여전력 소비수단으로부터 전달받은 보상전력을 이용하여 배터리를 충전하는 배터리 관리수단; 및
상기 제 3 전력을 전달받으면 상기 부하에 공급하며, 상기 제 2 전력을 전달받은 경우 상기 제 2 전력이 상기 제 1 전력과 동일하면 상기 제 2 전력을 상기 부하에 공급하고, 상기 제 1 전력 미만이면 상기 배터리 관리수단과 연동하여 상기 제 2 전력을 보상한 후 상기 부하에 공급하는 상기 순간전력 보상수단
을 포함하는 연료전지를 이용한 발전 시스템.
In a power generation system using a fuel cell operating in an independent operation mode,
A fuel cell stack for producing direct current power;
Conversion means for converting the DC power produced by the fuel cell stack into AC power;
After calculating the surplus power by comparing the power required by the load (hereinafter referred to as the first power) with the AC power converted by the conversion means (hereinafter referred to as the second power), a predetermined power (hereinafter referred to as compensation power) is calculated from the surplus power. Is transferred to the battery management means and consumes the remaining power (hereinafter referred to as power consumption), and transfers the third power obtained by subtracting the surplus power from the second power to the instantaneous power compensation means, wherein the second power is the first power. Surplus power consumption means for transferring the second power to the instantaneous power compensation means when less than or equal to;
Battery management means for charging the battery using the compensation power received from the surplus power consumption means; And
The third power is supplied to the load. When the second power is received, the second power is supplied to the load when the second power is the same as the first power. The instantaneous power compensation means for supplying the load after compensating the second power in association with the battery management means;
Power generation system using a fuel cell comprising a.
상기 잉여전력 소비수단은,
상기 제 2 전력이 상기 제 1 전력 이하인 경우, 상기 제 2 전력을 상기 순간전력 보상수단으로 전달하는 것을 특징으로 하는 연료전지를 이용한 발전 시스템.
The method of claim 1,
The surplus power consumption means,
When the second power is less than the first power, the power generation system using a fuel cell, characterized in that for transmitting the second power to the instantaneous power compensation means.
상기 잉여전력 소비수단은,
상기 제 1 전력을 계측하는 제 1 감지부;
상기 제 2 전력을 계측하는 제 2 감지부;
상기 제 1 감지부가 감지한 제 1 전력과 상기 제 2 감지부가 감지한 제 2 전력을 비교하여 잉여전력을 계산하고, 상기 제 2 전력이 상기 제 1 전력을 초과하는 경우 상기 보상전력을 상기 배터리 관리수단으로 전달하고 상기 소비전력을 저항부하로 전달하며 상기 제 3 전력을 상기 순간전력 보상수단으로 전달하고, 상기 제 2 전력이 상기 제 1 전력을 초과하지 않는 경우 상기 제 2 전력을 상기 순간전력 보상수단으로 전달하는 제어부; 및
상기 제어부로부터 전달받은 소비전력을 열에너지로 변환하는 상기 저항부하
를 포함하는 연료전지를 이용한 발전 시스템.
The method of claim 1,
The surplus power consumption means,
A first sensing unit measuring the first power;
A second sensing unit measuring the second power;
The surplus power is calculated by comparing the first power sensed by the first detector with the second power sensed by the second detector, and managing the compensation power when the second power exceeds the first power. Means for transmitting the power consumption to the resistive load and transferring the third power to the instantaneous power compensating means, and compensating the second power for the instantaneous power if the second power does not exceed the first power. A control unit for transmitting to the means; And
The resistance load for converting the power consumption received from the control unit into thermal energy
Power generation system using a fuel cell comprising a.
상기 변환수단은,
상기 연료전지 스택이 생산한 저전압의 직류전력을 소정 레벨의 직류전력으로 변환하는 DC-DC 컨버터; 및
상기 DC-DC 컨버터가 소정 레벨로 변환한 직류전력을 교류전력으로 변환하는 DC-AC 컨버터
를 포함하는 연료전지를 이용한 발전 시스템.
The method according to any one of claims 1 to 3,
The conversion means,
A DC-DC converter for converting a low voltage DC power produced by the fuel cell stack into a DC power of a predetermined level; And
DC-AC converter for converting the DC power converted by the DC-DC converter to a predetermined level into AC power
Power generation system using a fuel cell comprising a.
상기 배터리 관리수단은,
상기 잉여전력 소비수단으로부터 공급받은 보상전력을 저장하는 배터리; 및
상기 배터리로부터 출력되는 직류전력을 교류전력으로 변환하여 상기 순간전력 보상수단으로 공급하는 전력공급부
를 포함하는 연료전지를 이용한 발전 시스템.
The method of claim 4, wherein
The battery management means,
A battery storing the compensation power supplied from the surplus power consumption means; And
A power supply unit for converting the DC power output from the battery into AC power to supply to the instantaneous power compensation means
Power generation system using a fuel cell comprising a.
전력계통의 고장을 감지함에 따라 독립운전 모드로 전환하는 감시부
를 더 포함하는 연료전지를 이용한 발전 시스템.
The method of claim 5, wherein
Monitoring unit that switches to independent operation mode when detecting a failure of power system
Power generation system using a fuel cell further comprising.
상기 연료전지 스택은,
산소와 수소를 전기화학 반응시켜 직류전력을 생산하는 것을 특징으로 하는 연료전지를 이용한 발전 시스템.The method according to claim 6,
The fuel cell stack,
A power generation system using a fuel cell, characterized in that to produce direct current power by electrochemical reaction between oxygen and hydrogen.
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---|---|---|---|
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WO2014017881A1 (en) * | 2012-07-27 | 2014-01-30 | 주식회사 효성 | Method for driving emergency generator using energy storage system |
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KR20160044323A (en) * | 2014-10-15 | 2016-04-25 | 삼성중공업 주식회사 | Fuel cell system |
-
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