KR20190016037A - 전력 망을 지원하기 위한 연료 셀 부하 사이클링 - Google Patents

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퓨얼 셀 에너지, 인크
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Abstract

연료 셀 시스템은 가변 전기 부하에 공급하기 위한 전력의 양을 발전하도록 구성된 연료 셀 유닛 및 가변 전기 부하가 미리 결정된 기간 내에서 국부 최대 값에 있다는 제1 표시를 수신하고, 및, 이에 응답하여, 연료 셀 유닛이 연료 셀 유닛의 최대 정격 전력 출력의 미리 결정된 백분율인 제한된 최대 전력 양을 발전하도록 연료 셀 유닛을 제1 값을 갖는 작동 파라미터로 작동 시키도록 구성된 연료 셀 제어기를 포함한다. 연료 셀 제어기는 또한 가변 전기 부하가 감소되었다는 표시를 수신하고, 및, 이에 응답하여, 연료 셀 유닛이 제한된 최대 전력 양 이하의 전력 양을 발전하도록 연료 셀 유닛을 제2 값을 갖는 작동 파라미터로 작동 시키도록 구성된다.

Description

전력 망을 지원하기 위한 연료 셀 부하 사이클링
관련 특허 출원에 대한 상호-참조
본 출원은 2016년 6월 6일자로 출원된 미국 가출원 제62/345,947호의 이익 및 우선권을 주장하며, 그 전체 내용은 본원에 참고로 인용된다.
본원에 기술된 실시 예들은 일반적으로 벌크 전기 시스템의 부하의 변화를 설명하기 위해 연료 셀 시스템의 출력을 변동시키는 시스템 및 방법에 관한 것으로, 특히 연료 셀들의 가속된 노화를 일으키지 않고 연료 셀 시스템의 출력을 변동시키는 시스템 및 방법에 관한 것이다.
연료 전지는 탄화수소 연료에 저장된 에너지와 같은 화학 에너지를 전기 화학 반응을 통해 전기 에너지로 전환시키는 디바이스이다. 일반적으로, 연료 전지는 전기적으로 차지된(electrically charged) 이온들을 전도시키는 역할을 하는 전해질에 의해 분리된 애노드 전극 및 캐소드 전극을 포함한다. 용융 탄산염 연료 셀들 및 고체 산화물 연료 셀들과 같은 고온 연료 셀들은 애노드 전극을 통해 반응 연료 가스(reactant fuel gas)를 통과시킴으로써 작동하고, 산화제(oxidant) 가스(예를 들어, 이산화탄소 및 산소)는 캐소드 전극을 통과한다. 원하는 전력 레벨을 생성하기 위해, 다수의 개별 연료 셀들이 직렬로 적층될 수 있다. 작동 중에, 연료 전지 시스템은 전력 망(electrical grid)과 같은 부하에 전력을 제공할 수 있다. 이러한 부하가 예기치 않게 연료 셀 시스템으로부터 제거되면(예를 들어, 전력 망이 중단), 그러한 제거는 부하 사이클을 야기할 수 있고, 이러한 부하 사이클들 중 몇몇은 열 기계적 스트레스의 변화로 인해 셀 전지 시스템의 노화를 가속화시킬 수 있다.
일 실시 예에서, 연료 셀 시스템은 가변 전기 부하에 공급하기 위한 전력 양을 발전하도록 구성된 연료 셀 유닛을 포함하고, 전력 양은 연료 셀 유닛의 작동 파라미터의 함수로서 변화한다. 연료 셀 시스템은 또한 연료 셀 유닛에 통신 가능하게 연결된 연료 셀 제어기를 포함한다. 연료 셀 제어기는 가변 전기 부하가 미리 결정된 기간 내에서 국부 최대 값에 있다는 제1 표시를 수신하도록 구성된다. 제1 표시의 수신에 응답하여, 연료 셀 제어기는 연료 셀 유닛이 연료 셀 유닛의 최대 정격 전력 출력의 미리 결정된 백분율인 제한된 최대 전력 양을 발전하도록 연료 셀 유닛을 제1 값을 갖는 작동 파라미터로 작동 시키도록 구성된다. 연료 셀 제어기는 또한 가변 전기 부하가 국부 최대 값으로부터 감소되었다는 표시를 수신하도록 구성된다. 가변 전기 부하가 국부 최대 값으로부터 감소되었다는 표시를 수신하는 것에 응답하여, 연료 셀 제어기는 또한 연료 셀 유닛이 제한된 최대 전력 양 이하로 전력 양을 발전하도록 제2 값을 갖는 작동 파라미터로 연료 셀 유닛을 작동 시키도록 구성된다.
연료 셀 시스템의 일 양태에서, 상기 최대 정격 전력 출력의 상기 미리 결정된 백분율은 약 50 % 및 약 65 % 사이이다.
연료 셀 시스템의 일 양태에서, 상기 최대 정격 전력 출력의 상기 미리 결정된 백분율은 약 65 %이다.
연료 셀 시스템의 일 양태에서, 연료 셀 시스템은 전기 부하의 전력 수요 수준에 기초하여 신호를 생성하도록 구성된 부하 센서를 더 포함하고, 상기 제1 및 제2 표시들은 상기 부하 센서에 의해 생성된 신호들을 포함한다.
연료 셀 시스템의 일 양태에서, 상기 전기 부하는 전력 망이다.
연료 셀 시스템의 일 양태에서, 상기 연료 셀 시스템은 상기 가변 전기 부하에 공급하기 위한 전력의 양을 발전하도록 구성된 복수의 연료 셀 유닛들을 포함하고, 상기 전력의 양은 상기 복수의 연료 셀 유닛들의 작동 파라미터의 함수로서 가변한다. 상기 복수의 연료 셀 유닛들의 각각의 연료 셀 유닛의 전기 출력은 결합되어 상기 가변 전기 부하에 전력을 공급한다. 상기 복수의 연료 셀 유닛들 각각은 상기 최대 정격 전력 출력에서 전력 출력을 생성할 수 있다.
연료 셀 시스템의 일 양태에서, 상기 연료 셀 제어기는, 상기 제1 표시의 수신에 응답하여, 상기 복수의 연료 셀 유닛들을 상기 복수의 연료 셀 유닛들의 서브 세트가 제한된 최대 전력 양을 발전하도록 제1 세트의 값들을 갖는 작동 파라미터로 작동 시키도록 구성되고, 상기 제한된 최대 전력 양은 상기 연료 셀 유닛의 상기 최대 정격 출력의 미리 결정된 백분율이다.
연료 셀 시스템의 일 양태에서, 상기 연료 셀 제어기는, 상기 가변 전기 부하가 상기 국부 최대 값으로부터 감소되었다는 표시를 수신하는 것에 응답하여, 연료 셀 유닛들의 상기 서브 세트의 연료 셀 유닛을 선택하고 및 상기 선택된 연료 셀 유닛의 상기 전력 출력이 제1 미리 결정된 기간 동안 최소 값으로 떨어지도록 미리 결정된 기간 동안 상기 선택된 연료 셀의 상기 작동 파라미터를 조정하도록 구성된다.
연료 셀 시스템의 일 양태에서, 상기 최소 값은 최대 정격 전력 출력의 최대 40 %이다.
연료 셀 시스템의 일 양태에서, 상기 제1 미리 결정된 기간은 약 1 시간 내지 약 3 시간 사이이다.
연료 셀 시스템의 일 양태에서, 상기 연료 셀 제어기는, 상기 가변 전기 부하가 상기 국부 최대 값에 있다는 제2 표시를 수신하고, 및 상기 선택된 연료 셀 유닛의 상기 전력 출력이 제2 미리 결정된 기간에 걸쳐 상기 제한된 최대 값으로 복귀하도록 상기 연료 셀 유닛의 상기 작동 파라미터의 값을 미리 결정된 기간 동안 조정하도록 구성된다.
연료 셀 시스템의 일 양태에서, 상기 연료 셀 유닛은 연료 공급원으로부터 기원하는 반응물 연료를 수용하도록 구성된 애노드 및 산화제 가스를 수용하도록 구성된 캐소드를 포함하는 용융 탄산염 연료 셀을 포함하고, 상기 작동 파라미터는 상기 연료 공급원으로부터의 연료의 유속 또는 상기 산화기로부터의 산화제 가스의 유속 중 적어도 하나를 정의한다.
연료 셀 시스템의 일 양태에서 연료 셀 시스템은 가변 전기 부하에 전력을 제공하도록 구성된 제1 복수의 연료 셀 유닛들로서, 상기 전력의 양은 상기 제1 복수의 연료 셀 유닛들의 작동 파라미터의 함수로서 가변하는, 상기 제1 복수의 연료 셀 유닛들을 포함한다. 연료 셀 시스템은 또한 상기 가변 전기 부하에 전력을 제공하도록 구성된 제2 복수의 연료 셀 유닛들로서, 상기 전력의 양은 상기 제2 복수의 연료 셀 유닛들의 작동 파라미터의 함수로서 변하고, 상기 제1 복수의 연료 셀 유닛들 및 상기 제2 복수의 연료 셀 유닛들의 각각의 연료 셀은 최대 정격 전력 출력을 갖는, 상기 제2 복수의 연료 셀 유닛들을 포함한다. 연료 셀 시스템은 또한 상기 제1 복수의 연료 셀 유닛들 및 상기 제2 복수의 연료 셀 유닛들에 통신 가능하게 연결된 연료 셀 제어기를 포함한다. 연료 셀 제어기는 상기 제1 복수의 연료 셀 유닛들의 각각의 연료 셀 유닛이 디폴트 작동 조건에서 상기 최대 정격 전력 출력을 생성하도록 상기 제1 복수의 연료 셀 유닛들의 각각의 연료 셀 유닛을 디폴드 값으로서 제1 값을 갖는 상기 작동 파라미터로 작동시키도록 구성된다. 연료 셀 제어기는 또한 상기 가변 전기 부하가 미리 결정된 기간 내에서 국부 최대 값에 있다는 표시를 수신하도록 구성된다. 상기 가변 전기 부하가 상기 국부 최대값에 있다는 상기 표시를 수신한 것에 응답하여, 연료 셀 제어기는 상기 제2 복수의 연료 셀 유닛들이 상기 최대 정격 전력 출력의 미리 결정된 백분율인 제한된 최대 전력 양을 발전하도록 상기 제2 복수의 연료 셀 유닛들의 각각의 연료 셀 유닛을 값들을 갖는 작동 파라미터로 작동시키도록 구성된다. 연료 셀 제어기는 또한 상기 가변 전기 부하가 상기 국부 최대 값으로부터 감소되었다는 제1 표시를 수신하도록 구성된다. 상기 가변 전기 부하가 상기 국부 최대 값으로부터 감소되었다는 상기 제1 표시를 수신하는 것에 응답하여, 연료 셀 제어기는 상기 연료 셀 유닛이 상기 제한된 최대 전력 양 이하의 전력 양을 발전하도록 상기 제2 복수의 연료 셀 유닛들의 연료 셀 유닛에 대한 작동 파라미터를 조정하도록 구성된다.
연료 셀 시스템의 일 양태에서, 상기 최대 정격 전력 출력의 상기 미리 결정된 백분율은 약 50 % 및 약 65 % 사이인, 연료 셀 시스템.
연료 셀 시스템의 일 양태에서, 상기 연료 셀 제어기는, 상기 가변 전기 부하가 상기 국부 최대 값에 있다는 상기 표시를 수신한 것에 응답하여, 상기 제2 복수의 연료 셀 유닛들의 각각의 연료 셀 유닛이 상기 동일한 제한된 최대 값에서 전력 출력을 생성하도록 상기 제2 복수의 연료 셀 유닛들의 각각의 연료 셀 유닛들을 동일한 값을 갖는 작동 파라미터로 작동시키도록 더 구성된다.
연료 셀 시스템의 일 양태에서, 상기 연료 셀 제어기는, 상기 가변 전기 부하가 상기 국부 최대 값에 있다는 상기 표시를 수신한 것에 응답하여, 상기 제2 복수의 연료 셀 유닛들의 제1 서브 세트를 제2 값을 갖는 상기 작동 파라미터로 작동시켜 상기 제1 서브 세트의 각각의 연료 셀 유닛이 제1 제한된 최대 값에서 전력 출력을 생성하게 하고, 및 상기 제2 복수의 연료 셀 유닛들의 제2 서브 세트를 제3 값을 갖는 상기 작동 파라미터들로 작동시켜 상기 제2 서브 세트의 각각의 연료 셀 유닛이 제2 제한된 최대 값에서 전력 출력을 생성하게 하도록 구성된다.
연료 셀 시스템의 일 양태에서, 상기 연료 셀 제어기는, 상기 가변 전기 부하가 상기 국부 최대 값으로부터 감소되었다는 상기 제1 표시를 수신한 것에 응답하여, 상기 제1 서브 세트를 제4 값을 갖는 상기 작동 파라미터로 작동시켜 상기 제1 서브 세트의 각각의 연료 셀 유닛이 제1 최소 전력 양을 발전하고, 상기 제2 값을 갖는 상기 작동 파라미터로 상기 제2 서브 세트의 작동을 유지하도록 구성된다.
연료 셀 시스템의 일 양태에서, 상기 제1 최소 양은 상기 최대 정격 전력 출력의 최대 40%이다.
연료 셀 시스템의 일 양태에서, 상기 연료 셀 제어기는, 상기 가변 전기 부하가 상기 국부 최대 값으로부터 감소되었다는 제2 표시를 수신하도록 구성된다. 상기 제2 표시를 수신하였다는 것에 응답하여, 연료 셀 제어기는 상기 제2 서브 세트를 제5 값을 갖는 상기 작동 파라미터로 작동시켜 상기 제2 서브 세트의 각각의 연료 셀 유닛이 제2 최소 전력 양을 발전하고, 상기 제2 값을 갖는 상기 작동 파라미터로 상기 제1 서브 세트의 작동을 유지하도록 구성된다.
연료 셀 시스템의 일 양태에서, 상기 제1 및 제2 복수의 연료 셀 유닛들의 각각의 연료 셀 유닛은 연료 공급원으로부터 기원하는 반응물 연료를 수용하도록 구성된 애노드 및 산화기로부터 산화제 가스를 수용하도록 구성된 캐소드를 포함하고, 상기 작동 파라미터는 상기 연료 공급원으로부터의 반응물 연료의 유속 또는 상기 산화기로부터의 산화제 가스의 유속 중 적어도 하나를 정의한다.
도 1은 예시적인 실시 예에 따른, 부하-추종(load-following) 연료 셀 유닛에 대한 개략도이다.
도 2는 예시적인 실시 예에 따른, 부하 사이클링 연료 셀 유닛을 포함하는 발전 시스템에 대한 개략도이다.
도 3은 예시적인 실시 예에 따른 연료 셀 제어기의 개략도이다.
도 4는 예시적인 실시 예에 따른, 연료 셀 유닛의 부하 사이클링 방법의 흐름도이다.
도 5는 예시적인 실시 예에 따른, 전기 부하의 부하에 따라 발전 시스템을 작동시키는 방법이다.
도 6은 예시적인 실시 예에 따른, 전력 망에 전력을 공급하는 시스템에서 증가된 유연성에 대한 필요성을 나타내는 다이어그램이다.
도 7은 예시적인 실시 예에 따른 다중-유닛 연료 셀 시스템의 턴 다운(turn down) 능력을 나타내는 도면이다.
본원에 기술된 실시 예들은 일반적으로 벌크 전기 시스템의 부하의 변화를 설명하기 위해 연료 셀 시스템의 출력을 변동시키는 시스템 및 방법에 관한 것으로, 특히 연료 셀들의 가속된 노화를 일으키지 않고 연료 셀 시스템의 출력을 변동시키는 시스템 및 방법에 관한 것이다.
벌크 전기 시스템의 부하(또는 전력 망)는 밤낮으로 계절에 따라 일년 내내 변한다. 벌크 전기 시스템의 발전-부하 균형은 자원이 낭비되지 않도록 유지되어야 하며 모든 고객이 피크 기간 중에 필요한 전력을 공급받을 수 있어야 하는 것이 중요하다. 가스 터빈-발전기들과 같은 전통적인 부하 추종 유닛들(때때로 "피커(peaker)" 유닛들이라고도 함)은 벌크 전기 시스템의 부하를 추종하고 벌크 시스템의 발전-부하 균형을 유지하기 위해 배치된다. 그러나 이러한 전통적인 피커 유닛들은 오염 물질을 방출하고 연료 효율이 낮아, 더 높은 탄소 배출을 초래한다.
태양 및 풍력 발전기들과 같은 간헐적인 재생 가능한 자원들의 침투가 증가함에 따라, 벌크 전기 시스템의 발전-부하 균형을 유지하기 위해서는 더 많은 부하 추종 피커 자원들이 필요하다. 예를 들어, 캘리포니아 ISO는 도 6에 도시된 차트(600)에 도시된 바와 같이 이러한 경향에 기인한 상태에서 전력 유연성에 대한 필요성이 증가하고 있음을 확인했다. 도 6에서 볼 수 있듯이, 2020년까지 대략 14 기가와트의 최소 및 최대 부하 사이에는 매일 변동이 있을 것으로 추정되며, 이는 현재 이용 가능한 것보다 더 큰 전력 유연성을 필요로 할 것이다. 이러한 전력 유연성의 제공은 가치가 커지고 있는 보상 서비스이다.
이와 관련하여 본원에 개시된 시스템, 방법 및 장치의 일 구현 예에서, 용융 탄산염 연료 셀 파워 플랜트(power plant)는 그리드 병렬 모드(grid parallel mode)로 운행되고, 파워 플랜트의 연료 셀들은 정상 출력과 최소 출력 사이에서 그들의 출력을 사이클링(cycling)할 수 있으며, 정상 출력은 연료 셀들의 열-중립(thermo-neutral) 부하 포인트에 의해 결정되는 값으로 제한된다. 연료 셀들의 열-중립 부하 포인트에 기초한 정상 출력은 일 구현에서 연료 셀들의 최대 정격 출력의 50-65 % 사이이다. 구체적으로, 용융 탄산염의 최대 출력을 제한함으로써, 총 정격 전력의 약 50-65 % 사이인 열-중립 영역으로 연료 셀 스택을 직접 개질 시킴으로써, 스택의 노화의 가속이나 스택 수명에 영향을 미치지 않으면서 연료 셀 플랜트의 출력이 하루에 한번 0 % 또는 다른 최적으로 감소된 출력으로 그리고 백(back)하여 사이클링될 수 있다. 이러한 능력은 도 6의 캘리포니아 ISO에 의해 확인된 최악의 경우의 부하 상승 요구를 충족시킬 수 있고, 전통적인 부하 추종(load following) 생성과 관련된 바람직하지 않은 오염 물질을 피할 수 있다.
연료 셀 파워 플랜트의 연료 셀들은 정상 출력(즉, 최대 정격 출력의 ~ 50-65 %)으로부터 최소 출력으로 매일을 기초로 사이클링될 수 있다. 최소 출력은 연료 셀의 최대 정격 출력의 29 %가 최적일 수 있다. 대안적으로, 사이클링되는 연료 셀의 최소 출력은 (최대 정격 출력의) 0 %, 5 %, 10 %, 15 %, 20 %, 25 %, 40 % 및/또는 0과 정상 출력 사이의 임의의 다른 값일 수 있다. 일 실시 예에서, 연료 셀이 그 정상 출력에서 영(zero) 출력으로 사이클링되는 데 걸리는 시간은 약 3 시간이고, 그러나, 대안적인 실시 예들에서, 1 시간과 같은 더 빠른 사이클링 시간이 사용될 수 있다. 일 실시 예에서, 연료 셀 파워 플랜트는, 노화에 영향을 주지 않으면서, 연료 셀 파워 플랜트의 최대 정격의 28-65 % 사이에서 매일 사이클링되도록 구성될 수 있다.
일 실시 예에서, 다중-유닛 연료 셀 파워 플랜트 장치(power plant installation)는 병렬 망 모드에서 작동하는 용융 탄산염 연료 셀 파워 플랜트들을 사용한다. 플랜트(plant)의 각각의 개별 연료 셀은 정상 출력과 영 출력 사이에서 출력을 매일 사이클링시킬 수 있다. 이 경우 정상 출력은 연료 셀들의 열-중립적 부하 포인트에 의해 결정된 값으로 제한되며, 일반적으로 최대 정격 출력의 50-65 %이다. 전반적인 시스템 요구 사항에 따라, 다중-유닛 연료 셀 파워 플랜트 장치의 연료 셀 파워 플랜트들의 오직 일부가 부하 사이클링 모드에서 작동하고, 남은 연료 셀 파워 플랜트들이 최대 정격 용량에서 작동한다. 예를 들어, 연료 셀 플랜트들의 60 %가 부하 사이클링 모드에서 작동하도록 구성되면, 전체 시스템은 장치에 대해 40 % 및 100 % 사이의 부하 사이클링 능력을 달성할 수 있다. 대안적인 구현 예에서, 전체 시스템의 요구에 따라, 연료 셀의 상이한 퍼센티지가 부하 사이클링 모드에서 작동될 수 있다.
도 1은 예시적인 실시 예에 따른 부하-추종 연료 셀 유닛(100)을 도시한다. 도시된 바와 같이, 부하-추종 연료 셀 유닛(100)은 하나 이상의 토핑 연료 셀 스택들(104)을 포함하는 토핑(topping) 모듈(102) 및 하나 이상의 보터밍(bottoming) 연료 셀 스택들(112)을 포함하는 보터밍 모듈(110)을 포함한다. 토핑 모듈(102)과 보터밍 모듈(110)은 직렬로 연결되어, 토핑 연료 셀 스택들(104) 중 하나의 애노드(106)로부터 생성된 제1 배기 스트림(exhaust stream)이 보터밍 연료 셀 스택(112)의 애노드(114)에 제공된다. 또한, 직렬 연결의 결과로서, 보터밍 연료 셀 스택들(112) 중 하나의 캐소드(116)으로부터 생성된 제2 스트림이 토핑 연료 셀 스택(104)의 캐소드(108)에 제공된다. 특정 실시 예들에서, 부하-추종 연료 셀 유닛(100)은 미국 특허 제9,478,819호에 기재된 것과 유사한 방식으로 작동하도록 구성되고, 이는 전체적으로 참고로서 본원에 포함된다. 토핑 모듈(102)이 두 개의 토핑 연료 셀 스택들(104)을 포함하는 것으로 도 1에 도시되어 있고 보터밍 모듈(110)이 단일 보터밍 연료 셀 스택(112)을 포함하는 것으로 도시되어 있지만, 본 개시의 범위를 벗어나지 않고 토핑 및 보터밍 모듈들(102 및 110)이 상이한 수의 연료 셀 스택들을 포함할 수 있다는 것을 이해해야 한다.
다양한 실시 예들에서, 토핑 및 보터밍 모듈들(102, 110)의 연료 셀 스택들(104, 112)은 직접 내부 개질(direct internal reforming) 또는 간접 내부 개질, 또는 이들의 조합을 포함하는 내부 개질 연료 셀 스택들일 수 있다. 이와 같이, 일 실시 예에서, 연료 셀 스택들(104 및 112) 각각은 (예를 들어, 연료 공급원(118) 또는 보충 연료로부터의) 연료를 변형시키고 수소 및 일산화탄소를 포함하는 개질된 연료를 애노드들(106 및 114)로 출력하는 내부 개질 유닛을 포함한다. 산화제 가스(oxidant gas)는 본원에 기술된 수단들을 통해 캐소드들(108, 116)에 공급된다. 애노드들(106, 114)에 제공된 개질된 연료는 산화제 가스와 전기-화학 반응을 일으켜, 물과 전력의 출력을 생성한다.
부하-추종 연료 셀 유닛(100)의 작동 중에, 연료 공급원(118)으로부터의 연료(예컨대, 천연 가스, 합성 가스 또는 재생 가능한 바이오 가스와 같은 탄화수소-계 연료)는 연결 라인을 통해 가습기(humidifier)(120)로 도입된다. 가습기(120)는 또한 추가적인 연결 라인을 통해 물 공급원(122)으로부터 물을 공급받고, 토핑 모듈(102)에 의한 사용을 위해 연료를 가습하기 위해 연료와 물을 결합한다. 다양한 실시 예들에서, 연료와 물이 가습기(120)에 공급되는 속도는, 연락 라인들 내에 배치된 밸브들(124 및 126)로서 도시된, 흐름 제어 디바이스(flow control devices)를 통해 제어된다. 본원에 기술된 바와 같이, 일부 실시 예들에서, 밸브들(124 및 126)의 작동 상태는 연료 셀 제어기(142)에 의해 제어되어, 전기 부하(144)로부터 수신된 요구 수준에 부분적으로 기초하여, 부하-추종 연료 셀 유닛(100)에 의해 생성된 전력 출력을 변화시킨다.
가습된 연료는 토핑 및 보터밍 모듈들(102 및 110)에 각각 도입되기 전에, 가열 용 열 교환기(128)를 통과한다. 일부 실시 예들에서, 열 교환기(128)로 도입 전에, 가습된 연료는 프리-컨버터(pre-converter)(도시되지 않음)에 도입되어, 연료가 부분적으로 개질된다. 추가적으로, 다양한 다른 연료 프로세싱 단계들(예를 들어, 산소 제거, 탈황 등)이 연료의 토핑 모듈(102)로의 도입 전에 수행될 수 있다. 가열된 연료는 그 후 토핑 연료 셀 스택들(104)의 애노드들(106)로 도입된다. 동시에, 보터밍 연료 셀 스택(112)의 캐소드들(116)로부터 출력된 캐소드 배기(cathode exhaust)는 토핑 연료 셀 스택들(104)의 캐소드들(108)로 공급되어, 가열된 연료가 전기-화학 반응을 거쳐 전력 망과 같은 전기 부하(114)에 출력되는 전력을 생성하는 것을 야기한다. 캐소드들(108)로부터 출력된 캐소드 배기는 열 교환기(108)에 공급되어 애노드들(106)에 도입되기에 앞서 가습된 연료를 가열한다.
다양한 실시 예에서, 토핑 연료 셀 스택들(104)의 애노드들(106)은 공급된 가열된 연료의 일부만을 소비한다. 이와 같이, 애노드들(106)로부터의 애노드 배기 출력은 그 안에 소비되지 않은 연료를 포함한다. 이 배기는 토핑 연료 셀 스택들(104)의 하류에 그리고 보터밍 연료 셀 스택(112)의 상류에 배치된 부스터 송풍기(booster blower)(130)에 의해 수신된다. 부스터 송풍기(140)는, 보터밍 연료 셀 스택(112)으로의 애노드 배기의 도입 전에, 애노드 배기의 압력을 증가시킨다.
일부 실시 예들에서, 부스터 송풍기(130)에 의해 보터밍 모듈(110)에 공급된 애노드 배기는 보충 연료 공급원(132)으로부터의 연료로 보충된다. 토핑 모듈(102)로부터의 애노드 배기 스트림들이 적절한 양의 물을 포함하기 때문에, 연료를 가습하기 위한 추가적인 물을 필요로 하지 않고 보충 연료가 애노드 배기와 혼합될 수 있다. 일부 실시 예들에서, 보충 연료 공급원(132)으로부터 제공된 보충 연료의 양은, 밸브(134)로 도시된, 흐름 제어 디바이스에 의해 제어된다. 본원에 개시된 바와 같이, 일부 실시 예들에서, 밸브(134)의 작동 상태는 연료 전지 제어기(142)에 의해 제어되어 전기 부하(144)로부터 수신된 요구 수준에 부분적으로 기초하여 부하 추종 연료 셀 유닛(100)에 의해 생성된 전력 출력을 변화시킨다.
토핑 모듈(102)에 의해 생성된 애노드 배기와 임의의 보충 연료의 조합은 보터밍 연료 셀 스택(112)의 애노드(114)로 도입된다. 유입된 연료는 보터밍 애노드(114)의 직접 내부 개질을 통해 개질될 수 있다. 보터밍 애노드(114)에 의해 생성된 배기는 산화기(oxidizer)(136)에 제공된다. 산화기(136)는 애노드 배기를 공기 공급원(138)으로부터 도입된 예열 공기의 제1 부분과 혼합하여 산화 가스를 생성하는 혼합기를 포함할 수 있다. 산화 가스는 공기 공급원(138)으로부터의 예열 공기의 제2 부분과 결합되어 보터밍 캐소드(116)의 입력에 대한 입력 산화 가스를 생성한다.
일부 실시 예들에서, 공기 공급원(138)은 부하-추종 연료 셀 유닛(100)의 주위로부터 부스터 송풍기(140)에 의해 수집된 신선한 공기를 포함한다. 부스터 송풍기(140)는 공기가 산화기(136)로 유입되기 전에 공기를 가압한다. 일부 실시 예들에서, 부스터 송풍기(140)의 출력은 공기가 산화기(136)로 도입되기 전에 공기를 가열하는 추가 열 교환기(도시되지 않음)에 제공된다. 일부 실시 예들에서, 토핑 모듈(102)로부터의 캐소드 배기 출력은 추가적인 열 교환기에 열을 제공한다. 전술한 바와 같이, 예열된 공기의 제1 부분은 산화기(136)에 공급되고, 제2 부분은 산화기(136) 주위로 라우팅되고 보터밍 캐소드(116)로 도입되기 전에 제1 부분과 재결합된다. 일부 실시 예에서, 산화기로 도입되는 공기의 양은 연료 셀 제어기(142)에 의해 제어되어(예를 들어, 공급 라인들의 흐름 제어 밸브들을 제어하여) 전기 부하(144)의 수요에 기초하여 부하-추종 연료 셀 유닛(100)에 의해 출력된 전력의 수준을 제어한다.
보터밍 연료 셀 스택(112)에는 토핑 모듈(110)의 애노드 배기로부터의 연료 및 산화기(136)로부터의 산화 가스 모두가 공급되기 때문에, 전기-화학 반응이 보터밍 모듈(110)에서 발생하여, 전기 부하에 공급하기 위한 전력의 출력을 생성한다. 보터밍 캐소드(116)로부터의 캐소드 배기는 토핑 연료 셀 스택(104)의 캐소드들(108)로 운반된다. 일부 실시 예들에서, 공기 공급원(138)으로부터의 공기의 일부는 보터밍 모듈(110)을 바이패스(bypass)하여 보충 산화제로서 토핑 연료 셀 스택들(104)의 캐소드들(108) 로 도입된다. 송풍기(도시되지 않음)는 캐소드들(108)로 도입되기 전에 보조 산화제를 가압할 수 있다. 연료 셀 스택들(104)으로 도입되는 물의 양은 연료 셀 제어기(142)를 통해 제어되어 부하-추종 연료 셀 유닛(100)에 의해 출력된 전력의 수준을 제어한다.
부하 추종 연료 셀 유닛(100)은 토핑 및 보터밍 모듈들(102 및 110)의 결합된 DC 전력 출력을 전기 부하(146)에 공급하기 위한 AC 전력 출력으로 변환하도록 구성된 인버터(146)를 더 포함한다. 다양한 실시 예들에서, 인버터(146)는, 변환되어 전기 부하에 공급되는, 토핑 및 보터밍 모듈들(102 및 112)에 의해 생성된 DC 전력 출력의 일부를 결정하는 세트포인트(setpoint)(예를 들어, 연료 셀 제어기(142)에 의해 제공된)에 따라 작동된다. 일부 실시 예들에서, 부하 추종 연료 셀 유닛(100)은 토핑 및 보터밍 모듈들(102) 각각의 전력 출력을 조절하도록 구성된 DC 조절기(regulator)(예를 들어, 도시되지 않았지만, 연로 셀 스택들(104 및 112) 각각과 연관된 DC 조절기)를 포함한다.
도 1을 계속 참조하면, 부하-추종 연료 셀 유닛(100)은 부하-추종 연료 셀 유닛(100)의 다양한 구성 요소들의 동작들을 제어하도록 구성된 연료 셀 제어기(142)를 포함한다. 다양한 실시 예들에서, 연료 셀 제어기(142)는 부하-추종 연료 셀 유닛(100)의 다양한 작동 파라미터들을 제어하도록 구성되며, 상기 파라미터들은 토핑 모듈(102)로 도입되는 연료 공급원(118)으로부터의 연료의 양(예를 들어, 밸브(124)의 제어를 통해), 가습기(120)에 제공되는 물 공급원(122)으로부터의 물의 양(예를 들어, 밸브(126)의 제어를 통해), 보터밍 모듈(100)에 대한 애노드 배기의 입력 압력(예를 들어, 부스터 송풍기(130)의 제어를 통해), 보터밍 모듈(110)에 제공되는 보충 연료의 양(예를 들어, 밸브(134)의 제어를 통해), 보터밍 모듈(110)에 공급되는 산화 가스의 압력(예를 들어, 송풍기(140)의 제어를 통해), 토핑 모듈(102)에 공급되는 공기 공급원(138)으로부터의 보충 공기의 양, 토핑 모듈(102)로 도입되는 보터밍 모듈(110)로부터의 캐소드 배기의 압력(예를 들어, 미 도시된, 캐소드 배기 송풍기의 제어를 통해), 보터밍 모듈(110)에 입력되는 산화 가스의 온도를 제어하기 위한 열 교환기 주위의 공기의 바이패스의 양, 및 인버터(146)의 세트포이트를 포함하지만, 이에 제한되는 것은 아니다.
다양한 실시 예들에서, 부하-추종 연료 셀 유닛(100)은 전기 부하(144)의 전력 발생 요구에 따라 상이한 에너지 모드에서 작동하도록 구성된다. 일부 실시 예들에서, 전기 부하(144)는 다수의 상이한 고객들에게 전력을 공급하도록 구성된 전력 망과 같은 대규모 전력 분배 시스템을 포함한다. 전력 망의 각 고객들에 의해 요구되는 전기의 수준은 시간의 함수로서 변화할 수 있기 때문에(예를 들어, 고객들은 정오보다 저녁 동안 더 많은 전력을 요구할 수 있다), 전기 부하(144)에 의해 요구되는 전력 양은 시간에 따라 변한다. 부하-추종 연료 TPF 유닛(100)의 발전-부하 균형(generation-to-load balance)은 유지되어, 자원이 낭비되지 않고 모든 고객들이 피크 기간 중에 필요한 전력을 수용할 수 있도록 하는 것이 중요하다. 가스-터빈 발전기들과 같은 전통적인 부하 추종 유닛들("피커(peaker)" 유닛이라고도 함)는 부하를 추종하고 벌크 시스템의 발전-부하 균형을 유지하기 위해 배치된다. 그러나, 이러한 전통적인 피커 유닛들은 오염 물질을 방출하고 연료 효율이 낮아 더 높은 탄소 배출을 초래한다.
따라서, 전기 수요 감소 시 전력 출력을 감소 시키도록 부하-추종 연료 셀 유닛(100)의 작동 파라미터들을 조정하는 것이 유익할 것이다. 일부 실시 예들에서, 피크 정격 용량에서 작동할 때, 부하-추종 연료 셀 유닛(100)은 전기 부하(144)에 의한 사용을 위한 전력을 제공할 수 있는 방식으로 3.7 MW의 전력 출력을 생성할 수 있다. 그러나, 부하-추종 연료 셀 유닛(100)이 3.7 MW의 전력 출력을 생성하도록 동작하면, 부하 추종 연료 전지 유닛(100)의 수명은 연료 셀 시스템으로부터 전력을 인출하는 부하의 급격한 감소(또는 완전 소멸)에 의해 야기될 수 있는 부하 사이클링에 의해 악영향을 받는다. 구체적으로, 부하 추종 연료 셀 유닛(100)은 그러한 부하 사이클링 상황 동안 열 기계적 스트레스 및 이와 관련된 가속된 연료 전지 스택 노화의 변화를 경험한다. 전형적인 연료 셀은 노화를 겪지 않고 정격 부하 작동으로부터 매일 10 %까지 부하를 낮추어 사이클링할 수 있다. 전형적인 연료 셀은 또한 노화를 겪지 않고 2 주마다 20 %까지 부하를 낮추어 사이클링할 수 있다. 이러한 부하 사이클 값을 초과하는 것은 대부분의 경우 연료 셀의 노화가 크게 가속화한다.
따라서, 본원에 개시된 시스템 및 방법에 따라, 전기 부하(144)에 의해 요구되는 피크 전력 요구 시간(예를 들어, 전기 부하(144)에 의해 요구되는 전류가 미리 결정된 피크 범위 내에 있을 때) 동안, 연료 셀 제어기(142)는 열-중립 존 내에서 부하-추종 연료 셀 유닛(100)을 작동 시키도록 구성된다. 일부 실시 예들에서, 부하-추종 연료 셀 유닛(100)은 약 2400 kW의 감소된 최대 출력(즉, ~ 65 % 용량에서)에서 작동된다. 이렇게 함으로써, 부하-추종 연료 셀 유닛(100)은 앞서 언급된 부정적인 노화 효과 없이 즉시 또는 1-3 시간 동안 다른 출력 오프 또는 일부 다른 최적의 최소 전력으로 사이클링할 수 있다. 필요할 때, 플랜트들의 전력 출력은 1-3 시간 동안 다시 2400kW까지 증가할 수 있다. 이 부하 사이클은 연료 셀 스택 수명에 영향을 주지 않고 하루에 한 번 수행될 수 있다.
구체적으로는, 용융 탄산염의 최대 전력 출력을 제한함으로써, 총 정격 전력의 약 50-65 % 사이인 열-중립 영역으로 연료 셀 스택들(예를 들어, 토핑 및 보터밍 모듈들(102, 110) 각각의 연료 전지 스택(104, 112)들)을 직접 개질하여, 스택들의 노화를 가속시키지 않고 또는 스택 수명에 영향을 미치지 않으면서 연료 셀 플랜트의 출력은 하루에 한 번 0 % 또는 다른 최적의 감소된 출력으로 그리고 다시 백하여 사이클링할 수 있다. 이와 같이, 부하-추종 연료 셀 유닛(100)의 출력은 전기 부하(144)의 감소된 전력 요구 수준의 표시에 응답하여 연료 셀 제어기(142)에 의해 조정될 수 있다. 이러한 동작들은 도 3 내지 도 5와 관련하여 이하에서 보다 상세하게 설명될 것이다.
이제 도 2를 참조하면, 예시적인 실시 예에 따른 발전 시스템(200)의 개략도가 도시된다. 발전 시스템(200)은 연료 셀 파워 플랜트(202) 및 연료 셀 제어기(210)를 포함한다. 연료 셀 파워 플랜트(202)는 제1 세트의 연료 셀 유닛들(204), 제2 세트의 연료 셀 유닛들(206) 및 제3 세트의 연료 셀 유닛들(208)로 도시된 다수의 세트들의 연료 셀 유닛들을 포함한다. 일 실시 예에서, 연료 셀 유닛들의 세트들(204, 206 및 208) 각각은 도 1과 관련하여 여기에서 논의된 부하-추종 연료 셀 유닛(100)과 유사한 다수의 연료 셀 유닛들을 포함한다. 일부 실시 예들에서, 연료 셀 유닛들의 세트들(204, 206, 208)의 각 연료 전지 유닛은 도 1의 특정 요소들을 공유할 수 있다. 예를 들어, 연료 셀 유닛들 각각은 집합 연료 공급원으로부터 연료를 수용할 수 있고, 연료 셀 제어기(142)는 연료 전지 유닛들의 세트들(204, 206 및 208)의 연료 셀 유닛들 각각으로의 연료 분배를 제어할 수 있다. 또한, 연료 셀 유닛들 각각은 본 발명의 범위를 벗어나지 않으면서 공기 공급원, 물 공급원, 열 교환기, 산화기 또는 연료 셀 스택들 외부의 임의의 다른 구성 요소를 공유할 수 있다. 일부 실시 예들에서, 연료 셀 유닛들의 세트들(204, 206, 208)의 각각의 연료 셀 유닛은 도 1에 도시된 것과 다른 대안적인 구성을 포함할 수 있다. 예를 들어, 일 실시 예에서, 연료 셀 유닛들의 세트들(204, 206, 및 208)의 각각의 연료 셀 유닛은 단순 사이클 연료 셀을 포함한다.
일 실시 예에서, 연료 전지 유닛들의 전기 출력들은 각각은 직류(DC) 전류를 교류(AC) 출력으로 변환하는 인버터(214)에 DC 전력 출력을 제공하도록 결합된다. 일부 실시 예들에서, 연료 전지 유닛들의 세트들(204, 206, 208) 각각은 별도의 인버터 및/또는 DC 전류 조정기를 포함한다. AC 출력의 전압은 전력 망(218)에 의한 대규모 분배(mass distribution)를 위해 변압기(216)에 의해 승압된다. 일부 실시 예들에서, 분배된 전력은 다상(polyphase) AC 출력이다. 부하 센서(220)는 전력 출력의 특성을 모니터링하도록 구성된다. 일부 실시 예들에서, 부하 센서(220)는 복수의 감지 유닛들(예를 들어, 전력 출력의 각 위상과 관련된 것)을 포함하고, 각 위상에 대한 전력 출력의 다중 양상들(예를 들어, 전압 및 전류)을 측정하도록 구성된다. 일부 실시 예에서, 전력 망(218)는 다양한 고객들의 전력 수요 변화에 응답하여 전력 망(218)의 공통 결합 포인트들에서 출력 전압을 유지하도록 구성된 전압 조정기를 포함한다. 따라서, 복수의 부하 센서들(220)은 공통 결합의 이러한 지점들에서의 전류를 측정하고, 연료 셀 제어기(210)에 이러한 데이터를 제공하여 본원에 기술된 방법의 수행을 용이하게 할 수 있다.
일 예시적인 실시 예에서, 연료 셀 유닛들의 세트들(204, 206, 208)은 전술한 부하-추종 연료 셀 유닛들(100)과 유사한 총 8 개의 연료 셀 유닛들을 포함한다. 이와 같이, 최대-정격 전력 출력을 생성하도록 동작될 때, 연료 셀 파워 플랜트(202)는 29.6MW의 전력을 생성할 수 있다. 그러나, 연료 셀 제어기(210)는 각 연료 셀 유닛들의 최대 전력 출력을 열-중립 존에서 연료 셀 스택들의 전력 출력으로 제한할 수 있다(예를 들어, 최대 정격-전력 출력의 약 65 %에서, 또는 약 2.4MW). 이와 같이, 총 사이트(site) 출력(벌크 전기 시스템 운영자들과 관련됨)은 도 7에 도시된 차트(700)에 개시된 바와 같이 개별 연료 셀 유닛들을 순차적으로 사이클링함으로써 조정될 수 있다. 구체적으로, 도 7은 8 유닛, 20 MW 연료 셀 파워 플랜트(202)의 턴 다운(turn down) 능력을 나타내는 도면이다. 이러한 배열은 높은 연비 효율을 유지하면서 완전한 턴다운 능력을 갖춘 사이트를 초래한다. 단일 가스 터빈-발전기와 같은 경쟁 기술은 제한된 턴 다운 능력 (일반적으로 정격 출력의 40 %까지)을 가지며 감소된 부하 작동에서 효율성이 현저히 저하된다.
도 7에 도시된 바와 같이, 시스템은 8 개의 연료 전지 유닛들을 포함하며, 각각의 유닛은 그 최대 정격 출력과 비교하여 감소된 최대 출력으로 작동하여 유닛들의 일상 사이클이 가속화된 노화를 유발하지 않도록 한다. 또한 도시된 바와 같이, 시스템의 출력은 대량 전기 시스템 부하의 변화하는 요구를 설명하기 위해 0 MW-20 MW에서 제어될 수 있다. 이러한 출력의 유연성은 일반적으로 최대 정격에서 작동하여 이러한 부하 사이클링이 구현되면 심각한 성능 저하가 초래될 기존 시스템들로는 가능하지 않다. 다른 구현 예들에서, 상이한 수의 연료 셀 유닛이 사용될 수 있고 상이한 총 전력 출력이 달성될 수 있다.
다양한 실시 예들에서, 연료 셀 파워 플랜트(202)의 각각의 연료 셀 유닛의 전력 출력은 제1 미리 결정된 기간에 걸쳐 감소될 수 있다. 다양한 실시 예들에서, 연료 셀 파워 플랜트(202)의 연료 셀 유닛들은 제한된 최대 출력(즉, 최대 정격 출력의 ~ 50-65 %)으로부터 최소 출력까지 매일 기초로 사이클링될 수 있다. 최소 출력은 연료 셀의 최대 정격 출력의 29 %가 최적이다. 대안적으로, 사이클링되는 연료 셀의 최소 출력은 (최대 정격 출력의) 0 %, 5 %, 10 %, 15 %, 20 %, 25 %, 40 % 및/또는 0 및 제한된 최대 출력 사이의 다른 값일 수 있다. 일 실시 예에서, 연료 셀 유닛들이 그들의 제한된 최대 출력으로부터 제로 출력으로 사이클링하는 데 걸리는 시간은 약 3 시간이지만, 그러나 다른 실시 예들에서는 1 시간과 같은 더 빠른 사이클링 시간이 사용될 수 있다.
다양한 실시 예들에서, 발전 시스템(200)의 전력 출력은 연료 셀 제어기(210)에 의해 변경된다. 연료 셀 제어기(210)는 연료 셀 파워 플랜트(202) 및 발전 시스템(200)의 다양한 다른 구성 요소들(예를 들어, 에너지 회수 유닛(212))에 제어 신호를 제공하도록 구성된다. 이와 같이, 연료 셀 제어기(210)는 연료 셀 유닛들의 다양한 작동 파라미터들(예를 들어, 연료 셀 유닛들의 다양한 연료 셀 스택들에 제공되는 연료의 양, 다양한 연료 셀 스택들에 공급되는 산화제 가스의 양, 연료의 가습, 산화제 가스에 제공된 이산화탄소의 수준, 애노드들 사이의 압력 차 등)을 제어하여 그들의 각각의 전력 출력들을 제어하기 위해 구성된 다수의 제어 신호들을 생성할 수 있다. 연료 셀 제어기(210)의 보다 상세한 설명은 도 3과 관련하여 제공된다.
일 예에서, 전력 망(218)이 피크 범위(예를 들어, 17,000 및 25,000 메가와트 사이) 내의 전력 양을 요구한다는 표시를 수신하는 것에 응답하여, 연료 셀 제어기(210)는 제한된 최대 출력에서 동작하도록 연료 셀 파워 플랜트(202)의 각 연료 전지 유닛들에 제어 신호들을 제공할 수 있다. 그러나, 전력 그리드(218)가 전력의 감소된 양(예를 들어, 11,000 내지 13,000 메가와트 사이)을 요구한다는 또 다른 표시를 수신하는 것에 응답하여, 연료 셀 제어기(210)는 미리 결정된 기간(예를 들어, 3 시간) 동안 설정된 최소 출력(예를 들어, 최대 정격 출력의 0 %, 5 %, 10 %, 15 %, 20 %, 25 %, 40 %)으로 전력 출력을 감소시키도록 연료 셀 유닛들의 서브 세트의 작동 파라미터들을 조정할 수 있다. 전력 망(218)이 피크 범위 내의 전력 양을 요구한다는 또 다른 표시를 수신하는 것에 응답하여, 연료 셀 제어기(210)는 다운-사이클링된 연료 셀 유닛들의 작동 파라미터들을 조정하여 그들의 전력 출력이 미리 결정된 기간(예를 들어, 3 시간) 동안 제한된 최대 출력으로 복귀하도록 할 수 있다.
일부 실시 예들에서, 연료 셀 제어기(210)는 별도의 작동 파라미터들의 세트에 따라 연료 셀 유닛의 세트들(204, 206, 208) 각각을 작동시킨다. 예를 들어, 일 실시 예에서, 부하 센서(220)로부터의 피크 요구(예를 들어, 제1 미리 결정된 범위 내의 측정된 전류)의 표시에 응답하여, 연료 셀 제어기(210)는 제1 세트의 연료 셀 유닛들의 각 연료 셀 유닛을 제1 제한된 최대 전력 출력에서 작동시키고(예를 들어, 최대 정격 전력 출력의 약 50 %), 제2 세트의 연료 셀 유닛들의 각 연료 셀 유닛을 제2 제한된 최대 전력 출력에서 작동시키고(예를 들어, 최대 정격 전력 출력의 약 60 %), 그리고 제3 세트의 연료 셀 유닛들의 각 연료 셀 유닛을 제3 제한된 최대 전력 출력에서 작동시킨다(예를 들어, 최대 정격 전력 출력의 약 65 %). 이러한 차이를 둔 접근 방식은 때때로 예측 불가능한 벌크 전기 시스템의 부하의 감소(ebb) 및 흐름을 성취 할 때 더 많은 유연성을 제공할 수 있다.
예를 들어, 부하 센서(220)로부터의 감소된 전력 수요(예를 들어, 전력 망(218)에 의해 인출된 감소된 전류 또는 제1 미리 결정된 범위보다 낮은 제2 미리 결정된 범위 내의 측정된 전류)에 대한 표시를 수신하는 것에 응답하여, 연료 셀 제어기(210)는 연료 셀 파워 플랜트(202)의 전체 전기 출력을 감소 시키도록 연료 셀 유닛들의 세트틀(204, 206 및 208) 중 임의의 하나 또는 조합의 작동 파라미터들을 조정할 수 있다. 일 예에서, 감소된 전력 수요의 표시가 수요의 제한된 감소(예를 들어, 피크 수요의 5 % 또는 10 %와 같은 작은 퍼센트 변화)라면, 연료 셀 제어기(210)는 제1 세트의 연료 셀 유닛들(204)의 전력 출력을 단독으로 감소시켜 비율로서 전체 전력 출력에 미치는 영향을 최소화할 수 있다.
다양한 실시 예들에서, 연료 셀 제어기(210)(또는 도 1과 관련하여 논의된 연료 셀 제어기(142))는, 그 전체가 참고 문헌으로 인용된 미국 특허 제7,800,340호에 개시된 바와 같이, 각 연료 유닛의 전력 생산을 제어하도록 구성된다. 예를 들어, 연료 셀 제어기(210)는 룩업(lookup) 테이블을 이용하여 부하 센서(220)에 의해 리턴된 값을 연료 셀 파워 플랜트(202)에 대한 요구되는 DC 출력으로 변환할 수 있다. 이러한 요구된 DC 출력에 기초하여, 연료 셀 제어기(210)는 추가의 룩업 테이블을 사용하여 개개의 연료 전지 유닛에 대한 연료 이용 인자(fuel utilization factor)를 결정한다. 연료 이용 인자를 결정하기 위해 사용되는 특정 룩업 테이블은 요구되는 DC 출력, 각각의 개별 연료 셀 유닛의 현재 작동 모드(예를 들어, 연료 셀 유닛들이 제한된 최대 전력 출력에서 작동하는지 또는 최소 전력 출력에서 작동하는지 여부), 및 연료 셀 파워 플랜트(202)로 공급되는 연료의 조성과 같은 다수의 인자들에 의존한다. 연료 이용 인자에 기초하여, 각 연료 셀 유닛에 대한 연료 수요가 결정된다. 일 예에서, 연료 셀 파워 플랜트(202)의 각 연료 셀 유닛들이 제한된 최대 출력에서 동작하고 있다면, 국부적인 최소 전기 부하의 표시를 수신하는 것에 응답하여, 연료 셀 제어기(210)는 최소 DC 출력이 요구되는 것으로 결정하고 모든 연료 셀 유닛들이 제한된 최대 출력에서 작동하는 연료 셀 파워 플랜트(202)의 동작 상태와 관련된 룩업 테이블을 검색한다. 룩업 테이블을 사용하여, 각각의 연료 전지 유닛에 대한 연료 이용 인자 및 연료 수요가 결정되고, 제어 신호들이 연료 흐름 제어 밸브들에 제공되어 필요한 DC 출력을 생성한다.
일부 실시 예에서, 연료 셀 제어기(210)는 시간 경과에 따른 출력의 원하는 변동을 달성하기 위해 연료 셀 유닛들을 순차적으로(동시의 반대 의미로서) 제어하도록 구성된다. 예를 들어, 일 실시 예에서, 연료 셀 제어기(210)는 주어진 시스템 내의 모든 연료 셀들에 걸쳐 부하 사이클링을 균일하게 분배하도록 구성된다. 예를 들어, 주어진 날에, 제1 세트의 연료 셀 유닛들(204)의 연료 셀 유닛들이 전력 망(218)의 부하 감소를 설명하기 위해 부하 사이클링되면, 연료 셀 제어기(210)는 다음 날에 제2 세트의 연료 셀 유닛들(206)을 부하 사이클하도록 선택할 수 있다. 이것은 부하 사이클링 연료 셀들 중 어느 것도 다른 것 보다 더 부하 사이클링되지 않도록 매일 매일 반복될 수 있다.
일부 실시 예들에서, 연료 셀 파워 플랜트(202)의 연료 셀 유닛들 중 일부는 상술한 최대 정격 전력 출력에서 또는 그 근방에서 작동하지만, 다른 것들은 제한된-최대 전력 출력에서 작동된다. 최대 정격 전력-출력에서 작동하는 연료 셀 유닛들은 연료 셀 유닛들 노후화에 악영향을 미치지 않으면서 크게 부하 사이클링될 수 없다. 이 경우, 제한된-최대 전력 출력에서 작동되는 연료 셀 유닛들은 전력 망(218)의 감소된 수요에 대응하여 출력이 감소된다. 표 1은 예시적인 실시 예에 따른 기본 로딩된(base loaded) CCFC(combined cycle fuel cell) 유닛(피크 정격 최대 출력 또는 그 근처에서 작동하는 연료 셀 유닛들) 및 부하 사이클링 CCFC 연료 셀 유닛들(제한된 최대 전력 출력에서 작동하는 연료 셀 유닛들)의 다양한 조합을 갖는 연료 셀 파워 플랜트(202)의 결과를 도시하는 차트이다.
CCFC 기본부하
#유닛들		 CCFC
사이클러
#유닛들		 최대 사이트
(MW)		 하루의 턴 다운 기본부하 전환 전위 (MW)
6 0 22.2 10% N/A
5 1 20.9 15% 22.2
4 2 19.6 21% 22.2
3 3 18.2 28% 22.2
3 4 20.6 31% 25.9
2 5 19.3 38% 25.9
2 6 21.7 40% 29.6
1 7 20.4 47% 29.6
0 8 19.0 56% 29.6
표 1에 나타낸 바와 같이, 연료 셀 파워 플랜트(202)는 6 개의 기본 로딩된 연료 셀들 및 제로 부하 사이클링 연료 셀들을 작동시킬 때 10 %의 일일 턴 다운 성능을 갖는다. 고효율 연료 셀 시스템은 또한 8 개의 부하 사이클링 연료 셀들 및 제로 기본 로딩된 연료 셀들의 작동 시 56 %의 일일 턴 다운 성능을 제공한다.연료 셀 유닛들의 세트들(204,206,208)의 각각의 연료 셀 유닛이 단순 사이클 연료 셀(simple cycle fuel cell, SCFC)를 포함하는 것과 같은 일부 실시 예들에서, 발전 시스템(200)은 에너지 회수 유닛(212)을 더 포함한다. 다양한 실시 예들에서, 에너지 회수 유닛(212)은 연료 셀 파워 플랜트(202)에 의해 생성된 폐열(예를 들어, 연료 셀 유닛들의 연료 셀 스택들로부터의 캐소드 배기)을 사용하여 추가적인 AC 전력 출력을 생성하도록 구성된 유기물 계통 사이클 터빈(Organic Rankine Cycle turbine)을 포함한다. 다양한 실시 예들에서, 연료 셀 제어기(210)는 발전 시스템(200)의 전력 변동성을 추가로 증가시키기 위해 에너지 회수 유닛(212)을 연료 셀 파워 플랜트(202)로부터 선택적으로 분리할 수 있다. 대안적으로, 에너지 회수 유닛(212)의 전력 발생은 상승 또는 하강될 수 있다. 표 2는 예시적인 실시 예에 따라 ~ 20MW의 파워 플랜트 프로젝트를 위한 기본 로딩된 연료 셀 유닛들(즉, 최대 정격 출력에서 작동하는 연료 셀 유닛들) 및 부하 사이클링 연료 셀들(즉, 제한된 최대 출력에서 작동하는 연료 셀 유닛들)의 다양한 조합을 갖는 연료 셀 파워 플랜트(202)의 결과를 도시한다. 표 2의 시나리오에서, 시스템의 ORC 터빈을 사용하거나 사용하지 않은 결과가 표시된다. 표 2는 또한 모든 사이클링 연료 셀 유닛들이 최대 정격 작동 모드로 되는 상황을 나타내는 연료 셀 파워 플랜트(202)의 기본 부하 전환 전위(baseload conversion potential)를 도시한다.
SCFC 기본부하
#유닛들		 SCFC 사이클러
#유닛들		 ORC 최대 사이트
(MW)		 하루의 턴 다운 기본부하 전환 전위 (MW)
7 0 0 19.6 10 N/A
7 0 1 21.2 17 N/A
6 2 0 20.4 18 22.4
6 1 1 20.1 21 21.2
5 3 0 19.4 23 22.4
5 3 1 21.0 28 22.4
4 5 0 20.2 30 25.2
4 4 1 19.9 33 22.4
3 6 0 19.2 36 25.2
3 6 1 20.7 40 25.2
2 8 0 20.0 43 28
2 7 1 19.7 46 25.2
1 10 0 20.8 49 30.8
1 9 1 20.5 53 28
0 11 0 19.8 56 30.8
0 10 1 19.4 59 28
표 2에서 도시된 바와 같이, ORC 터빈을 사용하지 않고, 7 개의 기본 로딩된 연료 셀 유닛들을 사용하고 부하 사이클링 연료 셀 유닛들 없이 10 %의 최소 일일 턴 다운이 달성된다. 이 동일한 시나리오는 ORC 터빈의 사용으로 17 %의 턴 다운 성능으로 증가한다. 표 2에 표시된 최대 일일 턴 다운(59 %)은 제로의 기본 로딩된 연료 셀 유닛들, 10 개의 부하 사이클링 연료 셀 유닛들을 갖고 ORC 터빈을 사용하는 시스템으로부터의 결과이다. 표 2는 또한 제로의 기본 로딩된 연료 셀 유닛들, 11개의 부하 사이클링 연료 셀 유닛들 및 ORC 터빈을 사용하지 않은 시스템이 56 %의 최대 일일 턴 다운을 초래함을 나타낸다. 연료 셀 유닛들의 작동 중 임의의 지점에서, 전력 수요가 보다 견고한 발전을 필요로 하도록 변화한다면, 하나 이상의 연료 셀 유닛들이 부하 사이클링 플랜트에서 기본 부하 플랜트로 전환될 수 있다(예를 들어, 최대-정격 전력 출력으로 전력 생산을 상승 시킴으로써). 표 2는 기본 부하 생성에 추가할 수 있는 기능을 강조한다.
이제 도 3을 참조하면, 예시적인 실시 예에 따라, 도 2의 발전 시스템(200)의 연료 셀 제어기(210)의보다 상세한 뷰가 도시된다. 연료 셀 제어기(210)는 프로세서(304) 및 메모리(306)를 포함하는 프로세싱 회로(302)를 포함한다. 프로세서(304)는 범용 또는 특정 목적의 프로세서, 주문형 집적 회로(ASIC), 하나 이상의 필드 프로그래머블 게이트 어레이(FPGA), 프로세싱 구성 요소들의 그룹, 또는 다른 적절한 프로세싱 구성 요소들일 수 있다. 프로세서(304)는 본원에 설명된 하나 이상의 프로세스들을 수행하기 위해 메모리(306)에 저장되거나 다른 컴퓨터 판독 가능 매체(예를 들어, CDROM, 네트워크 저장 장치, 원격 서버 등)로부터 수신된 컴퓨터 코드 또는 명령을 실행하도록 구성될 수 있다. 메모리(306)는 데이터, 컴퓨터 코드, 실행 가능 명령들, 또는 컴퓨터-판독 가능 정보의 다른 형태를 저장하도록 구성된 하나 이상의 데이터 저장 디바이스들(예를 들어, 메모리 유닛들, 메모리 디바이스들, 컴퓨터-판독 가능 저장 매체 등)을 포함할 수 있다. 메모리(306)는 랜덤 액세스 메모리(RAM), 판독-전용 메모리 (ROM), 하드 드라이브 저장 장치, 임시 저장 장치, 비-휘발성 메모리, 플래시 메모리, 광학 메모리, 소프트웨어 객체들 및/또는 컴퓨터 명령들을 저장하기 위한 임의의 다른 적합한 메모리를 포함한다. 일부 실시 예들에서, 제어기(210)는 또한 사용자 인터페이스(미도시)를 포함한다. 사용자 인터페이스는 발전 시스템(200)의 구성 요소들 중 임의의 구성 요소의 임의의 작동 파라미터들을 조정하기 위한 작동자 입력을 수신할 수 있는 디스플레이 또는 다른 요소(예를 들어, 버튼, 조이스틱 등)를 포함할 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 메모리(306)는 부하 모니터링 모듈(308) 및 전력 출력 조정 모듈(310)을 포함한다. 메모리(306)는 본 개시의 범위를 벗어나지 않으면서 더 많거나, 적거나, 또는 상이한 모듈들을 포함할 수 있음을 이해해야 한다. 부하 모니터링 모듈(308)은 프로세서(304)로 하여금 발전 시스템(200)이 전력 출력을 제공하고 있는 전기 부하(예를 들어, 전력 망(218))의 전력 요구에 관해 수신된 데이터를 분석하게 하도록 구성된다. 이와 관련하여, 부하 모니터링 모듈(308)은 전기 부하에 의해 요구되는 전력 수준에 관한 다양한 입력들을 분석하도록 구성될 수 있다. 다양한 실시 예에서, 연료 셀 제어기(210)가 (예를 들어, 아래 설명된 부하 센서 인터페이스(314)를 통해) 부하 센서(220)로부터 센서 신호(예를 들어, 전력 망(218) 상의 특정 포인트에서 요구되는 전류의 레벨의 표시)를 수신한 것에 응답하여, 부하 모니터링 모듈(208)은 프로세서(304)가 수신된 신호에 대한 분석을 수행하게 한다.
일 예에서, 부하 모니터링 모듈(308)은 다양한 전력 조정 트리거들을 포함할 수 있다. 부하 센서(220)로부터 수신된 센서 신호가 임의의 전력 조정 트리거들에 의해 정의된 파라미터들을 만족하면, 프로세서(304)는 (예를 들어, 후술하는 전력 출력 조정 모듈(310)을 통해) 전기 부하의 수요에 기초하여 발전 시스템(200)의 전체 전력 출력을 조정하기 위해 연료 셀 파워 플랜트(202) 내의 다양한 연료 셀 유닛들의 작동 파라미터들을 조정할 수 있다. 그러한 조정 트리거들 중 하나는 미리 측정된 값들과 부하 센서(220)로부터의 신호의 비교를 포함할 수 있다(예를 들어, 전기 부하의 전력 수요가 미리 결정된 시간 기간 내에서 미리 결정된 백분율보다 더 감소하는 경우). 다른 조정 트리거들은 전력 수요들의 다양한 미리 결정된 범위들 및 연료 셀 파워 플랜트(202)의 현재 전력 출력과 관련될 수 있다. 예를 들어, 전기 부하에 의해 요구되는 전류의 수준이 미리 결정된 피크 범위 내에 있고 연료 셀 파워 플랜트(202)가 최대 수준 출력에서 작동하지 않는 경우(예를 들어, 적어도 하나의 연료 셀 유닛이 상기 논의된 제한된 최대 수준 아래에서 작동하는 경우), 부하 모니터링 모듈(308)은 전력 출력 조정 모듈(310)을 트리거링하여 연료 셀 파워 플랜트(202)의 전력 출력 수준을 상향 조정할 수 있다. 다른 예에서, 전기 부하에 의해 요구되는 전류의 수준이 미리 결정된 최소 범위 내에 있고, 요구된 것 이상으로 연료 셀 파워 플랜트가 양의 전력 출력을 생성하는 경우(예를 들어, 적어도 하나의 연료 셀 유닛이 0이 아닌 전력 출력을 생산하는 경우), 부하 모니터링 모듈(308)은 전력 출력 조정 모듈(310)을 트리거링하여 연료 셀 파워 플랜트(202)의 전력 출력 수준을 하향 조정한다.
전력 출력 조정 모듈(310)은 전기 부하에 의해 요구되는 전력 레벨에 기초하여 연료 셀 파워 플랜트(202)의 연료 셀 유닛들을 작동 시키도록 구성된다. 이와 관련하여, 전력 출력 조정 모듈(310)은 미국 특허 제7,800,340호에 기술된 바와 같이 각 연료 셀 유닛에 의한 전력 출력 수준을 제어하기 위해 연료 셀 파워 플랜트(202)의 각 연료 셀 유닛의 다양한 구성 요소들(예를 들어, 흐름 제어 밸브들, 송풍기들, 인버터들, 전류 조정기들)에 제어 신호를 제공하도록 구성된다. 전술한 바와 같이, 전기 부하로부터 피크 수준 전력 수요의 표시를 수신하는 것에 응답하여, 전력 출력 조정 모듈(310)은 프로세서(304)가 최대 수준 전력 출력을 제공하기 위한 제어 신호를 제공하게 할 수 있다(예를 들어, 후술된 발전 시스템 인터페이스들(316)을 통해)(예를 들어, 제한된 최대 전력 출력에서 연료 셀 파워 플랜트(202) 내의 각각의 연료 전지 유닛을 작동 또는 제한된 최대 전력 출력에서 제1 세트의 연료 셀 유닛들을 작동시키거나 또는 최대 정격 전력 출력에서 제2 세트의 연료 셀 유닛들을 작동)
그러나, 연료 셀 제어기(210)가 전기 부하에 의해 요구되는 전력의 감소를 검출(예를 들어, 부하 모니터링 모듈(308)을 통해)하는 것에 응답하여, 전력 출력 조정 모듈(310)은 프로세서(304)로 하여금 연료 셀 파워 플랜트(202)의 연료 셀 유닛들의 적어도 일부의 작동 파라미터들을 조정하게 할 수 있다. 예를 들어, 연료 셀 제어기(210)는 연료 전지 유닛으로의 공기, 물 및 연료의 유량을 제어하여(예를 들어, 도 1과 관련하여 논의된 밸브들(124 및 126)과 유사한 밸브들의 위치 설정을 조정하여) 연료 셀 유닛의 전력 출력을 감소시킬 수 있다(예를 들어, 제한된 최대 전력 출력 아래의 수준까지). 또한, 연료 셀 제어기(210)는 인버터(234)의 세트 포인트를 제어하여 연료 셀 파워 플랜트(202)의 전력 출력을 감소시킬 수 있다. 연료 셀 제어기(210)가 전기 부하에 의해 요구되는 전력 수준의 증가를 검출하는 것에 응답하여, 전력 출력 조정 모듈(310)은 연료 셀 제어기(210)로 하여금 연료 셀 유닛으로의 물 및 연료의 유량을 다시 위로 조정하여(예를 들어, 도 1과 관련하여 논의된 밸브들(124 및 126)와 유사한 밸브들의 위치 설정을 조정하여) 전력 출력을 더 높은 수준으로 되돌릴 수 있게 할 수 있다.
다양한 실시 예들에서, 연료 셀 유닛들의 작동 파라미터들의 조정은 다양한 제한(312)을 겪는다. 예를 들어, 일 실시 예에서, 하나의 작동 파라미터(예를 들어, 연료 셀 유닛 내로의 연료 도입 속도)의 조정은 다양한 연료 셀 구성 요소들의 손상을 방지하기 위해 미리 결정된 기간 내에서 미리 결정된 양 또는 비율보다 많게 조정될 수 없다. 다른 제한 사항들은 조정될 연료 셀 유닛의 식별과 관련될 수 있다. 예를 들어, 일부 실시 예들에서, 연료 셀 유닛들은 미리 결정된 기간(예를 들어, 매일)에서 미리 결정된 횟수(예를 들어, 1) 이상으로 다운-사이클링되지 않을 수 있다(예를 들어, 제한된 최대 전력 출력 아래의 전력 출력으로). 이와 같이, 전력 출력 조정 모듈(310)은 프로세서(304)가 다양한 시간에서 연료 셀 유닛들의 작동 파라미터들을 식별하는 데이터 로그(log)에 액세스하도록 할 수 있다. 데이터 로그가 제1 연료 셀 유닛이 미리 결정된 기간 내에 다운 사이클링되었지만 제2 연료 셀 유닛이 그렇지 않았다는 것을 나타내면, 제2 연료 셀 유닛의 작동 파라미터들은 제2 연료 셀 유닛을 다운 사이클링하도록 조정될 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 연료 셀 제어기(210)는 부하 센서 인터페이스(314)를 더 포함한다. 부하 센서 인터페이스(314)는 부하 센서(220)로부터 신호를 수신하도록 구성된다. 일부 실시 예에서, 부하 센서(220)는 유선 접속을 통해 연료 셀 제어기(210)에 연결된다. 이와 같이, 부하 센서 인터페이스(314)는 잭, 솔더 포인트, 또는 연료 셀 제어기(210)를 부하 센서(220)와 물리적으로 연결하기 위한 임의의 다른 하드웨어를 포함할 수 있다. 부가 적으로, 부하 센서 인터페이스(436)는 통신 하드웨어/소프트웨어, 디지털-아날로그 변환기, 아날로그-디지털 변환기, 전기 부하의 전력 수요를 나타내는 신호를 해석하기 위한 회로 및 다른 적절한 구성 요소들을 포함할 수 있다.
일부 실시 예들에서, 부하 센서 인터페이스(314)는 무선 통신 프로토콜(예컨대, Wi-Fi® 또는 Bluetooth®)을 통해 부하 센서(220)와 통신하도록 구성된 무선 통신 송수신기를 포함한다. 일 예에서, 부하 센서(220)는 전력 망(218)의 작동자와 관련될 수 있고, 작동자는 연료 셀 제어기(210)에 사용 데이터(예를 들어, 실제 전력 사용 데이터, 사용 예측 등)를 무선으로 전송할 수 있다. 이와 같이, 연료 셀 제어기(210)는 예측된 전력 수요에 기초하여 연료 셀 파워 플랜트(202)의 전력 생산 수준을 선제적으로 변화시킬 수 있다.
연료 셀 제어기(210)는 발전 시스템 인터페이스들(316)을 더 포함한다. 발전 시스템 인터페이스들(316)은 발전 시스템(200)의 다양한 구성 요소들(예를 들어, 연료 셀 유닛들의 구성 요소들, 에너지 회수 유닛(212))에 제어 신호들을 제공하여 전력 생산 수준을 제어하도록 구성된다. 이와 같이, 발전 시스템 인터페이스들(316)은 연료 셀 제어기(210)를 잭들, 솔더 포인트들 또는 본원에 개시된 다양한 구성 요소들과 물리적으로 결합하기 위한 임의의 다른 하드웨어를 포함할 수 있다. 또한, 발전 시스템 인터페이스들(316)은 통신 하드웨어/소프트웨어, 디지털-아날로그 변환기, 아날로그-디지털 변환기, 및 연료 셀 파워 플랜트(202)의 각 개별 연료 셀 유닛의 전력 생산 수준을 나타내는 신호를 해석하는 회로, 및 다른 적합한 구성 요소들을 포함한다.
이제 도 4를 참조하면, 예시적인 실시 예에 따른, 전기 부하에 기초한 부하-추종 연료 셀 유닛(예를 들어, 본원에서 논의된 부하-추종 연료 셀 유닛(100))을 작동시키는 프로세스(400)의 흐름도가 도시된다. 프로세스(400)는 예를 들어 상술한 연료 셀 제어기(142)에 의해 실행될 수 있다. 대안적으로, 일부 실시 예들에서, 프로세스(400)는 상술한 연료 셀 제어기(210)에 의해 실행될 수 있다. 이러한 실시 예들에서, 프로세스(400)는 연료 셀 파워 플랜트(202)에 포함된 복수의 연료 셀 유닛들 각각에 적용 가능할 수 있다. 프로세스(400)는 연료 셀 유닛의 노화에 미치는 영향을 최소화하면서 다양한 양의 전력을 제공하도록 실행될 수 있다.
프로세스(400)는 연료 셀 유닛의 최대 전력 출력을 연료 셀 유닛의 열 중립 존으로 제한하는 단계를 포함한다(블록 402). 예를 들어, 연료 셀 제어기(142)는 전기 부하(144)가 국부 최대 값(예를 들어, 전기 부하(144)가 일일 피크 범위 내에 있는 전류를 인출할 수 있음)에 있다는 표시를 수신할 수 있다. 이에 응답하여, 연료 셀 제어기(142)는 연료 셀 유닛(100)이 제한된 최대 전력 출력을 제공하도록 작동 파라미터들의 세트(예를 들어, 연료 공급원(118)로부터의 연료, 물 공급원(122)으로부터의 물, 보충 연료 공급원(132)으로부터의 연료의 흐름 속도, 토핑 모듈(102) 및 보터밍 모듈(110) 사이의 압력 차이)에 따라 연료 셀 유닛(100)의 다양한 구성 요소들(밸브들(124, 126, 134), 부스터 송풍기들(130, 140) 등)을 작동시킬 수 있다. 제한된 최대 전력 출력은 연료 셀 유닛(100)에 대한 최대 정격 출력의 미리 결정된 비율(예를 들어, 50 % -65 %)일 수 있다.
프로세스(400)는 감소된 전기 부하의 표시를 수신하는 단계를 포함한다(블록 404). 예를 들어, 전기 부하(144)가 전력 망을 포함하는 배열에서, 전력 망을 통해 전력이 공급되는 다양한 고객들은 전력 소비를 감소시켜(예를 들어, 정오에) 전기 부하(144)에 의해 인출되는 전류를 감소시킬 수 있다(예를 들어, 일일 피크 값 이하). 알 수 있는 바와 같이, 전기 부하의 감소 양은 환경에 따라 변할 수 있다.
프로세스 (400)는 제 1 소정 기간 내에 제한된 최대 전력 출력으로부터 전력 출력을 감소 시키도록 연료 전지 유닛의 작동 파라미터를 조정하는 것을 포함한다 (블록 406). 예를 들어, 감소된 전기 부하의 표시에 응답하여, 연료 셀 제어기(142)는 연료 셀 공급원(118)으로부터 토핑 모듈(102)의 연료 셀 스택들(104)의 애노드들(106)에 제공되는 연료의 흐름 속도를 줄여 부하-추종 연료 셀 유닛의 전력 출력을 제1 미리 결정된 기간 동안(예를 들어, 1-3시간) 제한된 최대 값 아래의 제1 최소 값으로 줄인다. 다양한 실시 예들에서, 제1 최소 값은 부하-추종 연료 셀 유닛(100)의 최대 정격 출력의 최대 40 %이다.
일부 실시 예들에서, 감소된 전기 부하의 추가적인 표시들이 수신될 수 있다. 예를 들어, 전력 망 고객들은 블록(404)에 표시된 수준 이하로 전력 소비를 추가로 줄일 수 있다. 이러한 지시에 응답하여, 연료 셀 제어기(142)는 연료 셀 유닛의 작동 파라미터들을 조정하여 제2 미리 결정된 기간 동안(예를 들어, 1시간) 제1 최소 값으로부터 제1 최소 값보다 낮은 제2 최소 값(예를 들어, 0%, 5%, 10%, 20% )으로 전력 출력을 줄인다.
프로세스(400)는 증가된 전기 부하의 표시를 수신하는 단계를 포함한다. 예를 들어, 전력 망의 고객들은 블록(404)에 표시된 수준보다 높게 전력 소비를 증가시킬 수 있다(예를 들어, 이른 저녁에, 전기 부하(144)에 의해 인출된 전류가 일일 피크 범위 내의 값으로 증가 할 수 있음). 이에 응답하여, 연료 셀 제어기(142)는 부하-추종 연료 셀 유닛(100)의 작동 파라미터들을 조정하여 제3의 미리 결정된 기간 동안(예를 들어, 1-3 시간) 내에 제한된 최대 값으로 전력 출력을 다시 증가시킨다(블록 410). 예를 들어, 애노드들(106)에 공급되는 연료의 양은 미리 결정된 속도로 증가되어 부하-추종 연료 셀 유닛(100)에 의한 전력 생산을 증가시킬 수 있다.
이제 도 5를 참조하면, 예시적인 실시 예에 따라, 전기 부하에 기초하여 연료 셀 파워 플랜트(예를 들어, 전술한 연료 셀 파워 플랜트(202))를 작동시키는 프로세스(500)의 흐름도가 도시된다. 프로세스(510)는 전술한 연료 셀 제어기(210)에 의해 실행될 수 있다. 프로세스(500)는 연료 셀 파워 플랜트(202)의 노화에 대한 최소 영향으로 다양한 양의 전력을 제공하도록 실행될 수 있다.
프로세스(500)는 유닛 당 최대 정격 전력 출력을 제공하기 위해 각 연료 전지 유닛의 열 중립 존 외부의 제1 수의 연료 셀 유닛들(예를 들어, 제1 세트의 연료 셀 유닛들(204))을 작동시키는 단계를 포함한다(블록 502). 예를 들어, 리폴트로서, 연료 셀 제어기(210)는 제1 세트의 작동 파라미터들에 따라 제1 세트의 연료 셀 유닛들(204)의 연료 셀 유닛 각각을 작동시켜 최대 정격 출력(예를 들어, 3.7MW)에서 전력 출력을 생성할 수 있다. 다양한 실시 예들에서, 제1 세트의 연료 전지 유닛들(204)에 대한 노화 영향을 방지하기 위해, 연료 셀 제어기(210)는 이들 연료 셀 유닛들에 대한 작동 파라미터들을 디폴트 수준으로 유지할 수 있다. 일부 실시 예에서, 연료 셀 제어기는 제1 세트의 연료 셀 유닛(204)의 작동 파라미터들을 변화시켜 제1 세트의 연료 셀 유닛들(204)의 각 연료 셀 유닛의 전력 출력을 최대 정격 전력 출력의 10%만큼 변화시킬 수 있다. 이러한 제한된 사이클링은 연료 셀 파워 플랜트(202)의 전체 사이클링 능력을 증가시킨다.
프로세스(500)는 국부의 최대 전기 부하의 표시를 수신하는 단계를 포함한다. 예를 들어, 전력 망(218)의 고객들은 비교적 높은 양의 전력을 요구할 수 있고(예를 들어, 이른 저녁에), 이는 부하 센서(220)가 일일 피크 범위 내의 전류를 검출하게 한다. 일부 실시 예들에서, 표시는 외부 컴퓨팅 시스템으로부터 수신될 수 있다. 예를 들어, 전력 망(218)와 관련된 기관은 전기 부하의 예측을 연료 셀 제어기(210)에 제공할 수 있다. 이러한 예측은 제어기의 메모리(306)에 저장될 수 있고, 연료 셀 제어기(210)는 주기적으로 전력 수요 예측 값을 검색할 수 있다. 전력 망(218)의 전력 수요를 모니터링 할 수 있는 임의의 엔티티가 그러한 표시를 제공할 수 있다.
프로세스(500)는, 블록(504)에서 수신된 표시에 응답하여, 각 셀 전지 유닛의 열 중립 존 내에서 제2 수의 연료 셀 유닛들(예를 들어, 제2 세트의 연료 셀 유닛들(206))을 작동시키는 단계를 포함한다(블록 506). 이와 같이, 제2 세트의 연료 셀 유닛들(206) 내의 각각의 연료 셀 유닛은 각각의 연료 셀 유닛에 대한 최대 정격 전력 출력의 미리 결정된 비율(예를 들어, 50 % -65 %)인 제한된 최대 전력 출력을 생성한다. 이러한 제한된 최대 전력 출력을 생성하기 위해, 다양한 접근법이 취해질 수 있다. 예를 들어, 일 실시 예에서, 제2 세트의 연료 셀 유닛들(206)의 각각의 연료 전지 유닛은 제2 세트의 작동 파라미터들로 작동되어 각각의 연료 셀 유닛이 동일한 제한된 최대 값에서 전력 출력을 생성한다. 대안적으로, 제2 세트의 연료 셀 유닛들(206)의 서브 세트는 상이한 서브 세트 내의 연료 셀 유닛들이 상이한 제한된 최대 값으로 전력 출력을 생성하도록 상이한 작동 파라미터들의 세트에서 작동될 수 있다. 일 예에서, 제2 세트의 연료 셀 유닛들(206)의 제1 서브 세트는 제1 제한된 최대 값(예를 들어, 최대 정격 전력 출력의 50 %)에서 전력 출력을 생성하는 반면, 제2 세트의 연료 셀 유닛들(206)은 제2 서브 세트는 제2 제한된 최대 값(예를 들어, 최대 정격 출력의 60 %)에서 전력 출력을 생성한다.
프로세스(500)는 감소된 전기 부하의 표시를 수신하는 단계를 포함한다(블록 508). 예를 들어, 전력 망(218)의 고객들은 전력 소비를 감소시켜, 부하 센서(220)가 일일 피크 범위 아래의 전류 레벨을 검출하게 할 수 있다. 이에 응답하여, 연료 셀 제어기(210)는 제2 세트의 연료 셀 유닛들(206)의 서브 세트를 선택한다(블록 510). 다양한 실시 예들에서, 선택은 연료 셀 파워 플랜트(202)의 다운-사이클링 이력에 기초할 수 있다. 예를 들어, 연료 셀 제어기(210)는 다양한 시간에 다양한 연료 셀 유닛들을 작동 시키는데 사용되는 작동 파라미터들을 설명하는 로그를 유지할 수 있다. 이와 같이, 로그는 다양한 시간에 어떤 연료 셀 유닛들이 사이클링되었는지를 설명한다. 일부 실시 예들에서, 다양한 선택 규칙들이 연료 셀 유닛들의 서브 세트를 선택하는데 사용된다. 일 예에서, 미리 결정된 기간(예를 들어, 하루) 내에 그들의 제한된 최대 출력 아래로 다운 사이클링된 연료 셀 유닛들은 선택되지 않는다.
일부 실시 예들에서, 연료 셀 유닛들은 블록(508)에서 수신된 표시에 기초하여 선택된다. 예를 들어, 제2 세트의 연료 셀 유닛들(206)의 상이한 서브 세트들은 부하 센서(220)에 의해 감지된 전기 부하의 수준에 따라 선택될 수 있다. 전기 부하의 감소가 국부의 최대 값으로부터의 제한된 이탈(departure)(예를 들어, 10 %)인 경우, 예를 들어, 더 높은 제한된 최대 출력에서 작동하는 연료 셀 유닛들의 서브 세트는 연료 셀 파워 플랜트의 전체 전력 출력을 백분율로서 감소 시키도록 선택될 수 있다.
프로세스(500)는 연료 셀 유닛들의 선택된 서브 세트의 작동 파라미터들을 조정하여 연료 셀 파워 플랜트의 전력 출력을 감소시키는 단계를 포함한다. 예를 들어, 제2 세트의 연료 셀 유닛들(206)의 선택된 연료 셀 유닛에 대해, 연료 셀 제어기(210)는 밸브들(124, 126)을 닫아서 연료 및 물이 토핑 모듈(102)에 공급되는 속도를 감소시키고 이에 따라 연료 셀 유닛의 전력 생산을 미리 결정된 기간 동안(예를 들어, 1-3 시간) 최소 값으로 줄인다. 국부의 최대 전기 부하의 또 다른 표시가 수신되면, 연료 셀 제어기(210)는 밸브들(124 및 126)을 점차적으로 재 개방하여 선택된 연료 셀 유닛들의 전력 생산을 다시 제한된 최대 값까지 높인다. 대안적으로, 감소된 전기 부하의 다른 표시가 수신되면, 연료 셀 제어기(210)는 블록들(510 및 512)을 반복하여 제2 세트의 연료 셀 유닛들(206) 내의 추가 연료 셀 유닛을 선택하고 작동 파라미터들을 조정하여 추가의 연료 셀 유닛의 전력 출력을 다른 최소 값으로 줄인다.
다양한 예시적인 실시 예들에 도시된 시스템들 및 방법들의 구성 및 배치는 단지 예시적인 것이다. 단지 몇몇 실시 예들이 본원에서 상세히 설명되었지만, 다양한 변형 예들이 가능하다(예를 들어, 다양한 요소들의 크기, 치수, 구조, 형상 및 비율, 파라미터의 값, 장착 배열, 재료의 사용, 배향 등의 변화). 예를 들어, 요소들의 위치는 반대로 또는 다르게 변화될 수 있고 개별적인 요소들 또는 위치들의 성질 또는 수는 변경되거나 변화될 수 있다. 따라서, 이러한 모든 수정은 본 발명의 범위 내에 포함되는 것으로 의도된다. 임의의 프로세스 또는 방법 단계들의 순서 또는 시퀀스는 대안적인 실시 예에 따라 변경되거나 재 배열될 수 있다. 본 발명의 범위를 벗어나지 않으면서, 예시적인 실시 예들의 설계, 작동 조건 및 배열에서 다른 대체, 수정, 변경 및 생략이 이루어질 수 있다.
본 개시는 다양한 동작들을 달성하기 위한 메모리, 또는 다른 머신-판독 가능 매체상의 방법들, 시스템들 및 프로그램 제품들을 고려한다. 본 개시의 실시 예는 기존의 컴퓨터 프로세서를 사용하여 또는 이 시스템 또는 다른 목적을 위해 통합된 적절한 시스템을 위한 전용 컴퓨터 프로세서에 의해 또는 하드 와이어 시스템에 의해 구현될 수 있다. 본 개시의 범위 내의 실시 예는 기계-실행 가능 명령 또는 그 위에 저장된 데이터 구조를 지니거나 운반하기 위한 기계-판독 가능 매체를 포함하는 프로그램 제품 또는 메모리를 포함한다. 이러한 기계-판독 가능 매체는 범용 또는 특수 목적 컴퓨터 또는 프로세서를 갖는 다른 기계에 의해 액세스될 수 있는 임의의 이용 가능한 매체일 수 있다. 예로서, 이러한 기계 판독 가능 매체는 RAM, ROM, EPROM, EEPROM, CD-ROM 또는 다른 광학 디스크 저장 장치, 자기 디스크 저장 장치 또는 다른 자기 저장 장치, 또는 머신-실행 가능 명령 또는 데이터 구조의 형태로 원하는 프로그램 코드를 운반하거나 저장하는데 사용될 수 있고 범용 또는 특수 목적 컴퓨터 또는 프로세서가 있는 다른 기계로 액세스 할 수 있는 임의의 다른 매체를 포함한다. 상기의 조합은 기계-판독 가능 매체의 범위 내에 포함된다. 기계 실행 가능 명령은 범용 컴퓨터, 특수 목적 컴퓨터 또는 특수 목적 프로세싱 기계로 하여금 특정 기능 또는 기능들의 그룹을 수행하게 하는 명령들 및 데이터를 예로써 포함한다.
도면들은 방법 단계들의 특정 순서를 나타낼 수 있지만, 단계들의 순서는 묘사된 것과 다를 수 있다. 또한 두 개 이상의 단계들이 동시에 또는 부분 일치로 수행될 수 있다. 이러한 변형은 선택한 소프트웨어 및 하드웨어 시스템과 디자이너 선택에 따라 달라진다. 이러한 모든 변형은 본 발명의 범위 내에 있다. 마찬가지로, 소프트웨어 구현은 다양한 연결 단계, 처리 단계, 비교 단계 및 결정 단계를 달성하기 위해 규칙 기반 로직 및 다른 로직을 갖는 표준 프로그래밍 기술로 달성될 수 있다.

Claims (20)

  1. 연료 셀 시스템(fuel cell system)에 있어서,
    가변 전기 부하(varying electrical load)에 공급하기 위한 전력의 양을 발전하도록 구성된 연료 셀 유닛(fuel cell unit)으로서, 상기 전력의 양은 상기 연료 셀 유닛의 작동 파라미터(operational parameter)의 함수로서 가변하는, 상기 연료 셀 유닛;
    상기 연료 셀 유닛에 통신 가능하게 연결된 연료 셀 제어기(fuel cell controller)로서,
    상기 가변 전기 부하가 미리 결정된 기간 내에서 국부 최대 값(local maximum)에 있다는 제1 표시를 수신하고;
    상기 제1 표시를 수신한 것에 응답하여, 상기 연료 셀 유닛이 상기 연료 셀 유닛의 최대 정격 전력 출력(maximum rated power output)의 미리 결정된 백분율인 제한된 최대 전력 양을 발전하도록 상기 연료 셀 유닛을 제1 값을 갖는 상기 작동 파라미터로 작동시키고;
    상기 가변 전기 부하가 상기 국부 최대 값으로부터 감소되었다는 표시를 수신하고; 및
    상기 가변 전기 부하가 상기 국부 최대 값으로부터 감소되었다는 표시를 수신하는 것에 응답하여, 상기 연료 셀 유닛이 상기 제한된 최대 전력 양 이하의 전력 양을 발전하도록 상기 연료 셀 유닛을 제2 값을 갖는 상기 작동 파라미터로 작동 시키도록 구성된, 상기 연료 셀 제어기를 포함하는, 연료 셀 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 최대 정격 전력 출력의 상기 미리 결정된 백분율은 약 50 % 및 약 65 % 사이인, 연료 셀 시스템.
  3. 청구항 2에 있어서, 상기 최대 정격 전력 출력의 상기 미리 결정된 백분율은 약 65 %인, 연료 셀 시스템.
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 전기 부하의 전력 수요 수준에 기초하여 신호를 생성하도록 구성된 부하 센서(load sensor)를 더 포함하고, 상기 제1 및 제2 표시들은 상기 부하 센서에 의해 생성된 신호들을 포함하는, 연료 셀 시스템.
  5. 청구항 1에 있어서, 상기 전기 부하는 전력 망인(electrical grid), 연료 셀 시스템.
  6. 청구항 1에 있어서, 상기 연료 셀 시스템은 상기 가변 전기 부하에 공급하기 위한 전력의 양을 발전하도록 구성된 복수의 연료 셀 유닛들을 포함하고, 상기 전력의 양은 상기 복수의 연료 셀 유닛들의 작동 파라미터의 함수로서 가변하고, 및 상기 복수의 연료 셀 유닛들의 각각의 연료 셀 유닛의 전기 출력은 조합되어 상기 가변 전기 부하에 전력을 공급하고, 상기 복수의 연료 셀 유닛들 각각은 상기 최대 정격 전력 출력에서 전력 출력을 생성할 수 있는, 연료 셀 시스템.
  7. 청구항 6에 있어서, 상기 연료 셀 제어기는, 상기 제1 표시의 수신에 응답하여, 상기 복수의 연료 셀 유닛들을 상기 복수의 연료 셀 유닛들의 서브 세트(subset)가 제한된(limited) 최대 전력 양을 발전하도록 제1 세트의 값들을 갖는 작동 파라미터로 작동 시키도록 구성되고, 상기 제한된 최대 전력 양은 상기 연료 셀 유닛의 상기 최대 정격 출력의 미리 결정된 백분율인, 연료 셀 시스템.
  8. 청구항 7에 있어서, 상기 연료 셀 제어기는,
    상기 가변 전기 부하가 상기 국부 최대 값으로부터 감소되었다는 표시를 수신하는 것에 응답하여, 연료 셀 유닛들의 상기 서브 세트의 연료 셀 유닛을 선택하고; 및
    상기 선택된 연료 셀 유닛의 상기 전력 출력이 제1 미리 결정된 기간 동안 최소 값으로 떨어지도록 미리 결정된 기간 동안 상기 선택된 연료 셀의 상기 작동 파라미터를 조정하도록 구성된, 연료 셀 시스템.
  9. 청구항 8에 있어서, 상기 최소 값은 최대 정격 전력 출력의 최대 40 %인, 연료 셀 시스템.
  10. 청구항 8에 있어서, 상기 제1 미리 결정된 기간은 약 1 시간 내지 약 3 시간 사이인, 연료 셀 시스템.
  11. 청구항 1에 있어서, 상기 연료 셀 제어기는,
    상기 가변 전기 부하가 상기 국부 최대 값에 있다는 제2 표시를 수신하고; 및
    상기 선택된 연료 셀 유닛의 상기 전력 출력이 제2 미리 결정된 기간에 걸쳐 상기 제한된 최대 값으로 복귀하도록 상기 연료 셀 유닛의 상기 작동 파라미터의 값을 미리 결정된 기간 동안 조정하도록 더 구성된, 연료 셀 시스템.
  12. 청구항 1에 있어서, 상기 연료 셀 유닛은 연료 공급원으로부터 기원하는(originating) 반응물 연료를 수용하도록 구성된 애노드 및 산화제 가스를 수용하도록 구성된 캐소드를 포함하는 용융 탄산염 연료 셀을 포함하고, 상기 작동 파라미터는 상기 연료 공급원으로부터의 연료의 유속 또는 상기 산화기(oxidizer)로부터의 산화제 가스(oxidant gas)의 유속 중 적어도 하나를 정의하는, 연료 셀 시스템.
  13. 연료 셀 시스템에 있어서,
    가변 전기 부하에 전력을 제공하도록 구성된 제1 복수의 연료 셀 유닛들로서, 상기 전력의 양은 상기 제1 복수의 연료 셀 유닛들의 작동 파라미터의 함수로서 변하는, 상기 제1 복수의 연료 셀 유닛들;
    상기 가변 전기 부하에 전력을 제공하도록 구성된 제2 복수의 연료 셀 유닛들로서, 상기 전력의 양은 상기 제2 복수의 연료 셀 유닛들의 작동 파라미터의 함수로서 변하고, 상기 제1 복수의 연료 셀 유닛들 및 상기 제2 복수의 연료 셀 유닛들의 각각의 연료 셀은 최대 정격 전력 출력을 갖는, 상기 제2 복수의 연료 셀 유닛들; 및
    상기 제1 복수의 연료 셀 유닛들 및 상기 제2 복수의 연료 셀 유닛들에 통신 가능하게 연결된 연료 셀 제어기로서,
    상기 제1 복수의 연료 셀 유닛들의 각각의 연료 셀 유닛이 디폴트 작동 조건에서 상기 최대 정격 전력 출력을 생성하도록 상기 제1 복수의 연료 셀 유닛들의 각각의 연료 셀 유닛을 디폴드 값으로서 제1 값을 갖는 상기 작동 파라미터로 작동시키고; 및
    상기 가변 전기 부하가 미리 결정된 기간 내에서 국부 최대 값에 있다는 표시를 수신하고;
    상기 가변 전기 부하가 상기 국부 최대값에 있다는 상기 표시를 수신한 것에 응답하여, 상기 제2 복수의 연료 셀 유닛들이 상기 최대 정격 전력 출력의 미리 결정된 백분율인 제한된 최대 전력 양을 발전하도록 상기 제2 복수의 연료 셀 유닛들의 각각의 연료 셀 유닛을 값들을 갖는 작동 파라미터로 작동시키고;
    상기 가변 전기 부하가 상기 국부 최대 값으로부터 감소되었다는 제1 표시를 수신하고; 및
    상기 가변 전기 부하가 상기 국부 최대 값으로부터 감소되었다는 상기 제1 표시를 수신하는 것에 응답하여, 상기 연료 셀 유닛이 상기 제한된 최대 전력 양 이하의 전력 양을 발전하도록 상기 제2 복수의 연료 셀 유닛들의 연료 셀 유닛에 대한 작동 파라미터를 조정하도록 구성된, 상기 연료 셀 제어기를 포함하는, 연료 셀 시스템.
  14. 청구항 13에 있어서, 상기 최대 정격 전력 출력의 상기 미리 결정된 백분율은 약 50 % 및 약 65 % 사이인, 연료 셀 시스템.
  15. 청구항 13에 있어서, 상기 연료 셀 제어기는, 상기 가변 전기 부하가 상기 국부 최대 값에 있다는 상기 표시를 수신한 것에 응답하여, 상기 제2 복수의 연료 셀 유닛들의 각각의 연료 셀 유닛이 상기 동일한 제한된 최대 값에서 전력 출력을 생성하도록 상기 제2 복수의 연료 셀 유닛들의 각각의 연료 셀 유닛들을 동일한 값을 갖는 작동 파라미터로 작동시키도록 더 구성된, 연료 셀 시스템.
  16. 청구항 13에 있어서, 상기 연료 셀 제어기는,
    상기 가변 전기 부하가 상기 국부 최대 값에 있다는 상기 표시를 수신한 것에 응답하여,
    상기 제2 복수의 연료 셀 유닛들의 제1 서브 세트를 제2 값을 갖는 상기 작동 파라미터로 작동시켜 상기 제1 서브 세트의 각각의 연료 셀 유닛이 제1 제한된 최대 값에서 전력 출력을 생성하게 하고; 및
    상기 제2 복수의 연료 셀 유닛들의 제2 서브 세트를 제3 값을 갖는 상기 작동 파라미터들로 작동시켜 상기 제2 서브 세트의 각각의 연료 셀 유닛이 제2 제한된 최대 값에서 전력 출력을 생성하게 하도록 구성된, 연료 셀 시스템.
  17. 청구항 16에 있어서, 상기 연료 셀 제어기는, 상기 가변 전기 부하가 상기 국부 최대 값으로부터 감소되었다는 상기 제1 표시를 수신한 것에 응답하여, 상기 제1 서브 세트를 제4 값을 갖는 상기 작동 파라미터로 작동시켜 상기 제1 서브 세트의 각각의 연료 셀 유닛이 제1 최소 전력 양을 발전하고, 상기 제2 값을 갖는 상기 작동 파라미터로 상기 제2 서브 세트의 작동을 유지하도록 구성된, 연료 셀 시스템.
  18. 청구항 17에 있어서, 상기 제1 최소 양은 상기 최대 정격 전력 출력의 최대 40%인, 연료 셀 시스템.
  19. 청구항 17에 있어서, 상기 연료 셀 제어기는,
    상기 가변 전기 부하가 상기 국부 최대 값으로부터 감소되었다는 제2 표시를 수신하고; 및
    상기 제2 표시를 수신하였다는 것에 응답하여, 상기 제2 서브 세트를 제5 값을 갖는 상기 작동 파라미터로 작동시켜 상기 제2 서브 세트의 각각의 연료 셀 유닛이 제2 최소 전력 양을 발전하고, 상기 제2 값을 갖는 상기 작동 파라미터로 상기 제1 서브 세트의 작동을 유지하도록 더 구성된, 연료 셀 시스템.
  20. 청구항 13에 있어서, 상기 제1 및 제2 복수의 연료 셀 유닛들의 각각의 연료 셀 유닛은 연료 공급원으로부터 기원하는 반응물 연료를 수용하도록 구성된 애노드 및 산화기로부터 산화제 가스를 수용하도록 구성된 캐소드를 포함하고, 상기 작동 파라미터는 상기 연료 공급원으로부터의 반응물 연료의 유속 또는 상기 산화기로부터의 산화제 가스의 유속 중 적어도 하나를 정의하는, 연료 셀 시스템.
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