KR20220036818A - 연료전지 기반의 다중 전원 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 연료전지 기반의 다중 전원 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 빠른 시동과 신속한 응답력을 제공하는 고분자전해질연료전지와 높은 효율을 제공하는 고체산화물연료전지를 요구되는 상황에 맞게 번갈아 가동하는 한편, 일부 부족한 전력은 ESS나 축전지와 같은 2차전지로 보완함으로써 단일 연료전지로 대응하기 어려운 상황에 유연하게 대처할 수 있는 연료전지 기반의 다중 전원 시스템에 관한 것이다.

Description

연료전지 기반의 다중 전원 시스템{FUEL CELL BASED MULTIPLE POWER SUPPLYING SYSTEM}
본 발명은 연료전지 기반의 다중 전원 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 빠른 시동과 신속한 응답력을 제공하는 고분자전해질연료전지와 높은 발전 효율을 제공하는 고체산화물연료전지를 요구되는 상황에 맞게 번갈아 가동하는 한편, 일부 부족한 전력은 에너지저장시스템이나 축전지와 같은 2차전지로 보완함으로써 단일 연료전지로 대응하기 어려운 상황에 유연하게 대처할 수 있는 연료전지 기반의 다중 전원 시스템에 관한 것이다.
2000년대 초반부터 지구 온난화가 국제적 이슈로 주목받게 되면서 국제해사기구(International Maritime Organization, IMO)는 선박에서 배출되는 이산화탄소를 줄이기 위한 단계별 목표치(Energy Efficiency Design Index, EEDI)를 설정하고, 선박의 설계 단계부터 EEDI를 만족하도록 규제하고 있다. 이 규제에 따르면 2013년 이후 건조되는 선박부터는 반드시 EEDI를 준수하여야 하며, 국제해사기구는 선박에서 배출되는 온실가스 배출량을 2030년까지 40%, 2050년까지 50% 로 감축하는 방안을 추진하고 있다.
선박의 이산화탄소 배출을 저감할 수 있는 가장 좋은 방법 중의 하나는 이산화탄소를 원천적으로 배출하지 않는 수소 혹은 암모니아 연료를 활용하는 것이지만 암모니아를 연료로 사용할 경우 독성 가스가 발생하므로 선급 규정상 연료로 사용이 불가하다.
수소를 연료로 사용하는 연료전지는 연료의 화학반응을 통해 발생하는 화학에너지를 전기에너지로 변환시키는 일종의 발전 장치로서, 폭발 과정이 없어 진동이 적고 에너지 변환 단계가 간단하여 발전 효율이 상대적으로 높으며 오염물질 배출이 거의 없는 장점으로 인해 선박용 차세대 에너지 공급 수단으로 각광받고 있다.
선박에 연료전지를 탑재하기 위한 선행기술로 대한민국 특허공개 제10-2009-0019466호(공개일 2009.02.25)(선행기술1)가 제안된 바 있다. 선행기술1은 선박용 고체산화물 연료전지 발전 시스템의 운영 방법에 관한 것으로, 고체산화물　연료전지를 이용하여　선박에서 요구되는 추진 발전력을 생성하고, 시추한 천연가스 및 고체산화물　연료전지의 발전 과정 중 발생된 열을 이용하여 해수를 전기 분해하며, 이렇게 생성된 수소로 다시 고체산화물　연료전지를 가동하는 기술을 제시한다.
고체산화물 연료전지는 연료의 유연성이 높고 고효율 발전이 가능하지만 연료전지의 시동 및 정지에 적지 않은 시간이 소요되고 계통의 수요가 가변적인 경우 출력의 신속한 대응이 어려운 단점이 있다.
따라서 선박이 항해 구간에서 운항중일 때에는 고체산화물 연료전지가 적격이지만, 항구로부터 출항하거나 항구에 입항하는 경우와 같이 선박을 다이나믹하게 운항해야 할 때에는 짧은 시간 내에 폭발적인 출력을 요하거나 요구되는 출력의 변동이 심해지므로 고체산화물 연료전지만으로는 대응하기 어려운 문제가 발생한다.
대한민국 특허공개 제10-2009-0019466호(공개일 2009.02.25)
본 발명이 해결하고자 하는 과제 중 하나는, 단시간 내 출력 변동이 큰 부하를 기동해야 하는 상황과 발전 효율이 우선시되는 상황을 동시에 만족하는 에너지 공급 기술을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제 중 하나는, 상기 에너지 공급 기술을 운영하는 중에 발생할 수 있는 긴급 상황을 대비한 보완적 에너지 공급 기술을 제공하는 것이다.
본 발명은 위의 과제들을 해결하기 위해, 고분자전해질연료전지(PEMFC), 고체산화물연료전지(SOFC) 및 제1 동작구간에서, 상기 PEMFC를 가동하고 상기 PEMFC가 생산한 전기로 부하(load)를 구동하며, 제2 동작구간에서, 상기 PEMFC의 가동을 중지하고, 상기 SOFC가 생산한 전기로 상기 부하를 구동하는 구동제어시스템을 포함하는 연료전지 기반의 다중 전원 시스템을 일 실시예로 제안한다.
상기 PEMFC는 수소탱크의 수소를 연료로 공급받고, 상기 SOFC는 액화석유가스, 액화천연가스, 메탄가스 중 어느 하나를 개질하여 얻어진 수소를 연료로 공급받을 수 있다.
상기 SOFC는, 복수의 단위전지모듈(unit cell modules)로 이루어지고, 상기 단위전지모듈 전체를 연료전지로 이용하는 연료전지 모드, 및 상기 복수의 단위전지모듈들 중 일부는 연료전지로 이용하고 다른 일부는 수전해전지로 이용하는 듀얼모드 중 하나로 가동되며, 상기 구동제어시스템은, 상기 제1 동작구간에서, 상기 SOFC를 연료전지 모드로 가동할 수 있다.
또한 상기 구동제어시스템은, 제3 동작구간에서, 상기 SOFC를 듀얼모드로 가동하고, 상기 SOFC에서 생산된 수소로 상기 수소탱크를 충전할 수 있다.
상기 듀얼모드에서, 수전해전지로 동작하는 단위전지모듈에 에너지저장시스템(Energy Storage System, ESS) 또는 수퍼캐패시터(super capacitor)의 전기가 입력될 수 있다.
상기 구동제어시스템은, 상기 제1 동작구간에서, 상기 PEMFC가 생산한 전기 및 에너지저장시스템(Energy Storage System, ESS)의 전기를 함께 이용하여 상기 부하를 구동할 수 있다.
상기 SOFC는 연료전지 모드 및 수전해전지 모드 중 하나로 가동되고,
상기 구동제어시스템은, 상기 제1 동작구간에서, 상기 SOFC를 연료전지 모드로 가동할 수 있다.
상기 구동제어시스템은, 제3 동작구간에서, 상기 SOFC를 수전해전지 모드로 가동하고, 상기 SOFC에서 생산된 수소로 상기 수소탱크를 충전할 수 있다.
상기 구동제어시스템은, 상기 제3 동작구간에서, 에너지저장시스템(Energy Storage System, ESS)의 전기를 이용하여 상기 부하를 구동할 수 있다.
본 발명의 실시예에 의하면, 단시간 내 출력 변동이 큰 부하를 기동해야 하는 상황과 발전 효율이 우선시되는 상황을 동시에 만족하는 에너지 공급 기술이 제공된다.
본 발명의 실시예에 의하면, 상기 에너지 공급 기술을 운영하는 중에 발생할 수 있는 긴급 상황을 대비한 보완적 에너지 공급 기술이 제공된다.
본 발명의 효과는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 일 실시예에 따른 다중 전원 시스템의 구성도이다.
도 2는 도 1의 실시예에 따른 선박용 다중 전원 시스템의 동작 과정을 다양한 관점에서 분석한 흐름도이다.
도 3은 다른 일 실시예에 따른 다중 전원 시스템의 구성도이다.
도 4는 도 3의 실시예에 따른 선박용 다중 전원 시스템의 동작 과정을 다양한 관점에서 분석한 흐름도이다.
도 5는 다른 일 실시예에 따른 다중 전원 시스템의 구성도이다.
도 6은 도 5의 실시예에 따른 선박용 다중 전원 시스템의 동작 과정을 다양한 관점에서 분석한 흐름도이다.
이하 첨부된 도면들을 참고하여 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용을 상세히 설명한다.
본 발명의 실시예들은 고분자전해질연료전지와 고체산화물연료전지를 함께 구비하는 다중 전원 시스템에 관한 것이다.
고분자전해질연료전지(Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell, PEMFC)는 시동 시간이 비교적 짧고 부하의 출력 변화에 빠른 응답속도를 제공하지만, 촉매와 전해질의 가격이 비싸고 수소에 함유된 CO에 의해 장기 운전 시 활성이 저하될 수 있으며 운전 온도가 상대적으로 낮으므로 폐열의 활용이 불가능하다.
고체산화물연료전지(Solid Oxide Fuel Cell, SOFC)는 상존하는 연료전지 가운데 가장 높은 발전 효율을 가지고 촉매 및 전해질의 가격이 저렴하며 탄화수소를 직접 연료로 사용할 수 있기 때문에 CO로부터 안전하고 약 600~1000℃의 고온에서 동작하기 때문에 폐열을 활용할 수 있다. 그러나 작동 온도가 낮으면 충분한 출력을 얻을 수 없으므로 적정 가동 온도에 오르기까지 시동 시간이 길고 부하의 요구에 신속하게 대응하지 못하는 단점을 가진다.
이와 같이 고분자전해질연료전지와 고체산화물연료전지는 서로 상반된 장점과 단점을 가지므로 하이브리드 방식으로 운용함으로써 요구사항이 서로 다른 복수의 부하에 대응하거나 부하는 하나이더라도 상황에 따라 서로 다른 동작 조건을 요구할 때 원활하게 대처할 수 있다.
이하에서 이해를 돕기 위해 본 발명의 다중 전원 시스템이 전기 추진 모터로 구동되는 선박에 탑재된 경우가 실시예로 설명될 수 있다. 다만 본 발명의 다중 전원 시스템은 선박의 예시 외에도 비슷한 동작 환경을 가지는 다양한 기술분야, 장치 또는 시스템에 적용될 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다.
<실시예 1>
실시예 1은 부하의 동작 특성에 따라 고분자전해질연료전지와 고체산화물연료전지를 상기 부하에 선택적으로 연결하는 기술에 관한 것이다. 실시예 1에서는 단일 모듈의 고체산화물연료전지가 이용되며, 고체산화물연료전지는 발전기로만 동작한다.
도 1은 실시예 1에 따른 다중 전원 시스템의 구성을 도시한다.
도 1에서 보는 바와 같이 실시예 1의 다중 전원 시스템은, 고분자전해질연료전지(이하 'PEMFC'라 함)(100), 고체산화물연료전지(이하 'SOFC'라 함)(200), 전력제어시스템(Power Control System, 이하 'PCS'라 함)(300) 및 구동제어시스템(Operating Control System)(도면에 미도시)을 포함하여 이루어지고, 에너지저장시스템(Energy Storage System, 이하 'ESS'라 함)(400)을 더 포함할 수 있다.
PEMFC(100)는 고분자의 막을 전해질로 사용하는 연료전지로서 촉매가 포함된 전극과 전해질막을 포함하여 이루어진다. 연료극에 공급된 수소는 수소 이온과 전자로 분리되는데, 분리된 수소 이온은 전해질 막을 통해서 반대 전극인 공기극으로 이동하고, 분리된 전자는 도선을 따라 이동하면서 전류가 흐르는 원리로 전기를 생산한다.
SOFC(200)는 이온전도성 세라믹을 전해질로 사용하는 연료전지로서, 산소 이온 전도성 전해질과 그 양면에 위치한 공기극(cathode) 및 연료극(anode)을 포함하여 이루어진다. 공기극과 연료극에 각각 공기와 수소를 공급하면, 공기극에서는 산소의 환원 반응이 일어나 산소 이온이 생성되고, 전해질을 통해 연료극으로 이동한 산소 이온은 다시 연료극에 공급된 수소와 반응하여 물이 생성된다. 이때, 연료극에서는 전자가 생성되고 공기극에서는 전자가 소모되므로 두 전극을 서로 연결하면 전류가 흐르는 원리로 전기를 생산한다. SOFC(200)는 순수한 수소를 직접 연료로 사용할 수도 있고, 액화천연가스(LNG), 액화프로판가스(LPG), 메탄가스 등의 탄화수소 연료를 개질하여 얻어진 수소를 연료로 사용할 수도 있다.
PCS(300)는 전원단과 부하단 사이에 위치하면서 양측의 전력 특성을 정합한다. 본 실시예의 다중 전원 시스템에서 PCS(300)는 전원(power source)의 기능을 수행하는 PEMFC, SOFC, ESS, 축전지(super capacitor)의 전력 특성을 다중 전원 시스템과 연결된 부하(load) 또는 전력계통(grid)의 요구치에 부합하도록 변환한다.
부하(load)의 예로 DC 모터를 상정하고 PEMPC, SOFC 및 ESS 중 적어도 하나로 상기 DC 모터를 구동한다고 가정할 때, PCS(300)는 DC-DC컨버터 또는 DC-AC-DC컨버터의 역할을 수행한다. 또한 SOFC에서 생산된 전기를 전력계통(grid)으로 공급할 경우 PCS(300)는 DC-AC컨버터 또는 계통연계형 인버터의 역할을 수행한다.
구동제어시스템(미도시)은 본 실시예의 다중 전원 시스템을 구성하는 각 요소들 즉, PEMFC(100), SOFC(200), PCS(300), ESS(400), LPG/LNG의 연료탱크(10) 및 수소탱크(20)에 연결된 컨트롤 밸브(미도시) 등의 동작을 제어한다.
구체적으로, 제1 동작구간에서, 구동제어시스템은 PEMFC(100)를 가동하고 PEMFC(100)가 생산한 전기로 부하(load)를 구동한다. 그리고, 제2 동작구간에서, PEMFC(100)의 가동을 중지하고 SOFC(200)가 생산한 전기로 상기 부하를 구동한다.
제1 동작구간에서, 구동제어시스템은 PEMFC(100)가 생산한 전기로 부하를 구동하기에 불충분할 경우, ESS(400)이 출력하는 전기를 함께 이용하여 부하를 구동할 수도 있다.
이하, 실시예 1의 다중 전원 시스템이 선박에 탑재된 경우를 상정하여 그 동작 과정을 상세히 설명한다.
제1 동작구간은 선박이 항구에서 벗어나는 출항 단계 또는 선박이 항구에 안착하는 입항 단계로 이해할 수 있고, 제2 동작구간은 항해 단계에 대응한다. 또한 부하(load)는 선박을 추진하는 추진 모터로 이해할 수 있다.
제1 동작구간인 출항/입항 단계에서, 출항 시에는 정지 상태에 있는 무거운 선체를 움직이기 위해 프로펠러 샤프트에 연결된 추진 모터에 단기간 내 높은 출력이 요구된다. 또한 제한된 공간의 항구를 빠져나가기 위해 정밀한 조타가 이루어지는 과정에서 추진 모터가 순회전 및 역회전으로 자주 전환되는 상황이 발생한다.
또한 입항 시에는 관성에 의해 전진하는 선체가 입항 시설에 충돌하지 않도록 속도를 줄이기 위해 급히 프로펠러를 역회전할 상황이 발생하는데, 이때 프로펠러 샤프트에 연결된 추진 모터에 단기간 내 높은 출력이 요구된다. 또한 제한된 공간의 항구로 입항하기 위해 정밀한 조타가 이루어지는 과정에서 추진 모터의 순회전 및 역회전이 자주 전환되는 상황이 발생한다.
구동제어시스템은 출항/입항 단계에서 이러한 추진 모터의 출력 요구 특성에 부합하도록 PEMFC(100)를 기동(ON)하고 PEMFC(100)가 생산한 전기로 추진 모터를 구동한다. 이때, PEMFC(100)는 고압의 수소탱크(20)에 저장된 수소를 입력 받아 전기를 생산한다.
반면, 제2 동작구간인 항해 단계에서는, 선체는 급격한 속도의 변화 없이 계속 순항하므로 추진 모터에 급격한 출력 변화는 요구되지 않으며 대신 제한된 연료를 효율적으로 사용하기 위해 발전 효율이 더 중요해진다. 따라서 구동제어시스템은 PEMFC(100)의 가동을 중지(OFF)하고 SOFC(200)가 생산한 전기로 추진 모터를 구동한다.
참고로 선박이 항구에 정박 중일 때, SOFC(200)는 정지 상태로 있을 수도 있고, 그 전의 어느 시점에서 기동된 후 최소한의 연료만 소모하면서 고온 대기 상태(hot standby status)로 동작할 수도 있고, 정격 전력을 생산하는 정상 상태(operating status)로 동작할 수도 있다. 정상 상태(operating status)에서, SOFC(200)에 의해 생산되는 전기는 선체 내부의 각종 전기기기에 공급되거나, 전력계통(grid)에 연결되어 판매되거나, 선박 내에 배치된 ESS(400)에 저장되거나, 선박 외부에 배치된 별도의 ESS(도면에 미도시)에 저장될 수 있다.
다시 말해, 정박 중에 출항이 결정되어 제1 동작모드가 개시되면, SOFC(200)는 정지상태에서 기동되거나, 고온 대기 상태를 유지하거나, 고온 대기 상태에서 정상 상태로 전환하거나, 계속적으로 정상 상태로 동작한다. 그리고 이어서 제2 동작모드가 개시되면 SOFC(200)는 정상 상태로 동작하면서 생산된 전기를 선체 추진을 위한 추진 모터로 공급한다.
선박용 다중 전원 시스템에서 SOFC(200)는 화물로 싣고 있는 액화천연가스(LNG), 액화프로판가스(LPG), 메탄가스 등의 탄화수소 연료를 개질한 수소를 연료로 입력 받는 것이 바람직하다. 다만 반드시 이에 한정할 필요는 없으며 고압 수소탱크(20)의 수소를 연료로 입력 받을 수도 있다.
실시예 1에 따른 선박용 다중 전원 시스템의 구동 시나리오를 도 2를 참조하여 정리하면 다음과 같다.
도 2는 실시예 1에 따른 선박용 다중 전원 시스템의 동작 과정을 다양한 관점에서 분석한 흐름도이다.
전력활용의 측면에서 보면, 정박 단계(Port)에서 다중 전원 시스템은 선체의 각종 전기기기에 전력을 공급하는 선박 전기 시스템(ship electric system, SEC)으로 동작하고, 출항(Offshore)/항해(Ocean)/입항(Offshore) 단계에서는 선박 전기 시스템과 동시에 선체를 전진시키기 위한 추진 동력(Propulsion)으로 동작한다. 그리고 입항 후 정박(Port) 단계에서는 다시 선박 전기 시스템으로 동작한다.
동작모드의 측면에서 보면, 실시예 1의 SOFC(200)는 연료전지 모드만을 가질 뿐이므로 출항/항해/입항 단계 모두에서 연료전지로 동작한다.
사용연료의 측면에서 보면, 정박 단계(Port)에서는 선박 전기 시스템으로 동작하므로 선체 내의 수소탱크(20) 또는 항구에 배치된 수소탱크(미도시)의 수소가 사용되고, 출항 단계(Offshore)에서는 PEMFC가 추진 모터를 기동하므로 선체 내 수소탱크(20)의 수소가 사용되고, 항해 단계(Ocean)에서는 SOFC가 추진 모터를 기동하므로 선적된 LNG/LPG/메탄 등의 탄화가스가 사용된다. 입항 단계는 출항 단계와 마찬가지로 PEMFC가 추진 모터를 기동하므로 선체 내 수소탱크(20)의 수소가 사용된다.
SOFC의 동작 측면에서 보면, SOFC는 정박 단계(Port)에서 정지(OFF), 고온 대기 상태(hot standby status), 정상 상태(operating status) 중 어느 하나로 동작할 수 있지만, 정박 중에도 선박 내에 전기는 공급되어야 하므로 정상 상태로 동작하는 것이 바람직하다. 이때 정상 상태에서 SOFC가 생산한 전기는 선체의 ESS(400) 또는 항구의 ESS(비도시)에 저장되거나(self-generation), 전력계통(grid)에 연결되어 판매될 수 있다(grid connection). 출항 단계(Port) 항해 단계(Ocean)에서는 추진 모터를 가동하고 선내 전기를 공급하기 위해 오로지 발전기로만 동작한다(self-generation).
<실시예 2>
실시예 2는 부하의 동작 특성에 따라 PEMFC와 SOFC를 상기 부하에 선택적으로 연결하되, 단일 모듈의 SOFC시스템이 상황에 따라 SOFC 또는 고체산화물수전해전지(Solid Oxide Electrolyzer cell, 이하 'SOE'라 함) 중 어느 하나로 동작한다.
도 3은 실시예 2에 따른 다중 전원 시스템의 구성을 도시한다.
도 3에서 보는 바와 같이 실시예 2의 다중 전원 시스템은, PEMFC(100), SOFC시스템(220), PCS(300) 및 구동제어시스템(Operating Control System)(도면에 미도시)을 포함하여 이루어지고, ESS(420), 축전지(Super Capacitor)(520)를 더 포함할 수 있다.
PEMFC(100) 및 PCS(300)는 실시예 1의 그것과 동일하므로 반복되는 설명은 생략한다.
SOFC시스템(220)은 구동제어시스템의 제어에 따라 SOFC로 동작하거나 SOE로 동작한다. 즉, SOFC시스템(220)은 연료전지 모드 및 수전해전지 모드 중 어느 하나로 가동된다.
연료전지 모드에서 SOFC로의 동작 과정은 실시예 1의 SOFC(200)과 동일하므로 중복된 설명은 생략한다.
수전해전지 모드에서 SOE로의 동작은 SOFC의 동작 원리를 거꾸로 적용한 것으로, 공기극으로 수증기가 유입되고 연료극으로 전기가 인가되면 공기극과 연료극 사이에 전기적 전위차가 발생하면서 공기극의 물 분자는 수소와 산소로 분리된다. 그 후 수소가스는 공기극의 표면으로 확산하고 산소 이온은 전해질을 통해 연료극으로 이동한다. 그리고 이동한 산소 이온은 산화되어 산소가 되고 연료극을 통해 배출된다.
결국 SOFC시스템(220)을 SOFC로 가동하면서 수소를 주입하면 전기가 생산되고, SOE로 가동하면서 전기를 인가하면 수소가 생산된다.
구동제어시스템(미도시)은 본 실시예의 다중 전원 시스템을 구성하는 각 요소들 즉, PEMFC(100), SOFC시스템(220), PCS(300), ESS(420), 축전지(520), LPG/LNG의 연료탱크(10) 및 수소탱크(20)에 연결된 컨트롤 밸브(미도시) 등의 동작을 제어한다.
구체적으로, 제1 동작구간에서, 구동제어시스템은 PEMFC(100)를 가동하고 PEMFC(100)가 생산한 전기로 부하(load)를 구동한다. 제1 동작구간에서, SOFC시스템(220)은 연료전지 모드 또는 수전해전지 모드 중 어느 하나로 동작할 수 있다. 제1 동작구간에서, 구동제어시스템은 PEMFC(100)가 생산한 전기로 부하를 구동하기에 불충분할 경우, ESS(420)가 출력하는 전기를 함께 이용하여 부하를 구동할 수도 있다.
제2 동작구간에서, 구동제어시스템은 PEMFC(100)의 가동을 중지하고 SOFC시스템(200)을 연료전지 모드로 가동한다. 그리고 SOFC시스템(220)이 생산한 전기로 부하를 구동한다.
제3 동작구간에서, 구동제어시스템은 SOFC시스템(220)을 수전해전지 모드로 가동하고, SOFC시스템(220)이 생산한 수소로 수소탱크를 충전한다. 제3 동작구간에서, SOFC시스템(220)이 수전해전지 모드로 동작하는 동안, 구동제어시스템은 ESS(420)의 전기를 이용하여 부하를 구동하거나, SOFC시스템(220)에 수전해전지 구동을 위한 전기를 공급할 수 있다. 또한 구동제어시스템은 축전지(520)의 전기를 SOFC시스템(220)에 공급하여 수전해전지를 구동할 수도 있다.
이하, 실시예 2의 다중 전원 시스템이 선박에 탑재된 경우를 상정하여 그 동작 과정을 상세히 설명하면 다음과 같다.
제1 동작구간은 선박이 항구에서 벗어나는 출항 단계 또는 선박이 항구에 입항하는 입항 단계에 대응하고, 제2 동작구간은 항해 단계에 대응하며, 제3 동작구간은 입항 단계에 대응한다. 또한 부하(load)는 선박을 추진하는 추진 모터에 대응한다.
제1 동작구간인 출항/입항 단계에서, 구동제어시스템은 실시예 1의 설명과 같은 이유로 PEMFC(100)를 기동(ON)하고 PEMFC(100)가 생산한 전기로 추진 모터를 구동한다. 이때, PEMFC(100)는 고압의 수소탱크(20)에 저장된 수소를 입력 받아 전기를 생산한다. 출항/입항 단계에서, 구동제어시스템은 SOFC시스템(220)을 수전해전지 모드로 가동할 수도 있고 연료전지 모드로 가동할 수도 있다.
제2 동작구간인 항해 단계에서, 구동제어시스템은 실시예 1의 설명과 같은 이유로 PEMFC(100)의 가동을 중지(OFF)하고, 연료전지 모드의 SOFC시스템(220)이 생산한 전기로 추진 모터를 구동한다.
제3 동작구간은 입항 단계로 정의될 수 있다. 그 명칭에도 불구하고 입항 단계는 반드시 항구에 입항하기 직전의 단계만을 가리키는 것은 아니다. 즉, 입항 단계는 항구와의 거리와 무관하게 해상에서 어떠한 사유로 인해 선박의 운항을 잠시 멈추어야 하거나 ESS를 이용하여 낮은 출력으로 천천히 운행해야 하는 경우를 모두 포함한다.
제3 동작구간인 입항 단계에서, 구동제어시스템은 SOFC시스템(220)을 연료전지 모드에서 수전해전지 모드로 변경하고, 수전해전지 모드의 SOFC시스템(220)에서 생성된 수소로 수소탱크를 충전한다.
입항 단계에서, SOFC시스템(220)이 수전해전지 모드로 동작하는 동안, 구동제어시스템은 ESS(420)를 이용하여 추진 모터를 구동하고, 수전해전지의 구동을 위해 축전지(520)의 전기를 SOFC시스템(220)에 공급할 수 있다.
SOFC시스템(220)이 수전해전지 모드로 동작하는 동안, 만약 선체를 이동할 필요가 없다면, 구동제어시스템은 수전해전지의 구동을 위해 ESS(420)의 전기를 SOFC시스템(220)에 공급한다.
참고로, 선박이 항구에 정박 중일 때, SOFC시스템(220)은 연료전지 모드에서, 정지 상태로 있을 수도 있고, 최소한의 연료만 소모하면서 고온 대기 상태(hot standby status)로 동작할 수도 있고, 정격 전력을 생산하는 정상 상태(operating status)로 동작할 수도 있다.
따라서, 정박 중에 출항이 결정되어 제1 동작모드가 개시되면, SOFC시스템(220)은 정지상태에서 기동되거나, 고온 대기 상태를 유지하거나, 고온 대기 상태에서 정상 상태로 전환하거나, 계속적으로 정상 상태로 동작한다. 그리고 제2 동작모드가 개시되면 SOFC시스템(220)은 정상 상태로 동작하면서 생산된 전기를 선체 추진을 위한 추진 모터로 공급한다.
다른 일례로, 선박이 항구에 정박 중일 때, SOFC시스템(220)은 수전해전지 모드에서, 정지 상태로 있을 수도 있고, 최소한의 연료만 소모하면서 고온 대기 상태(hot standby status)로 동작할 수도 있고, 수소를 생산하는 정상 상태(operating status)로 동작할 수도 있다. 정상 상태에서, SOFC시스템(220)에 의해 생산되는 수소는 선체 내의 수소탱크(20)를 충전하거나, 선박 외부에 배치된 별도의 수소스테이션(도면에 미도시)에 저장될 수 있다.
그리고 정박 중에 출항이 결정되어 제1 동작모드가 개시되면, SOFC시스템(220)은 정지상태에서 기동되거나, 고온 대기 상태를 유지하거나, 고온 대기 상태에서 정상 상태로 전환하거나, 계속적으로 정상 상태로 동작한다. 그리고 제2 동작모드가 개시되면 SOFC시스템(220)은 정상 상태로 동작하면서 생산된 전기를 선체 추진을 위한 추진 모터로 공급한다.
한편, 실시예 1과 마찬가지로 실시예 2의 선박용 다중 전원 시스템에서 SOFC시스템(220)은 화물로 싣고 있는 액화천연가스(LNG), 액화프로판가스(LPG), 메탄가스 등의 탄화수소 연료를 개질한 수소를 연료로 입력 받는 것이 바람직하다. 다만 반드시 이에 한정할 필요는 없으며 고압 수소탱크(20)의 수소를 연료로 입력 받을 수도 있다.
실시예 2에 따른 선박용 다중 전원 시스템의 구동 시나리오를 도 4를 참조하여 정리하면 다음과 같다.
도 4는 실시예 2에 따른 선박용 다중 전원 시스템의 동작 과정을 다양한 관점에서 분석한 흐름도이다.
전력활용의 측면에서 보면, 정박 단계(Port)에서 다중 전원 시스템은 선체의 각종 전기기기에 전력을 공급하는 선박 전기 시스템(ship electric system, SEC)으로 동작하고, 출항(Offshore)/항해(Ocean)/입항(Offshore) 단계에서는 선박 전기 시스템과 동시에 선체를 전진시키기 위한 추진 동력(Propulsion)으로 동작한다. 그리고 입항 후 정박(Port) 단계에서는 다시 선박 전기 시스템으로 동작한다.
동작모드의 측면에서 보면, SOFC시스템(220)은 전 단계에서 기본적으로 SOFC로 동작하지만, 항구와의 거리와 무관하게 해상에서 어떠한 사유로 인해 선박의 운항을 잠시 멈추는 경우, ESS를 이용하여 낮은 출력으로 천천히 운행해야 하는 경우 등과 같이 시점을 특정하기 어려운 상황에서 일시적으로 SOE로 동작할 수 있다.
사용연료의 측면에서 보면, 정박 단계(Port)에서는 선박 전기 시스템으로 동작하므로 선체 내의 수소탱크(20) 또는 항구에 배치된 수소탱크(미도시)의 수소가 사용되고, 출항 단계(Offshore)에서는 PEMFC가 추진 모터를 기동하므로 선체 내 수소탱크(20)의 수소가 사용되고, 항해 단계(Ocean)에서는 SOFC가 추진 모터를 기동하므로 선적된 LNG/LPG/메탄 등의 탄화가스가 사용된다. 입항 단계는 출항 단계와 마찬가지로 PEMFC가 추진 모터를 기동하므로 선체 내 수소탱크(20)의 수소가 사용된다.
SOFC의 동작 측면에서, SOFC는 정박 단계(Port)에서 정지(OFF), 고온 대기 상태(hot standby status), 정상 상태(operating status) 중 어느 하나로 동작할 수 있지만, 정박 중에도 선박 내에 전기는 공급되어야 하므로 정상 상태로 동작하는 것이 바람직하다. 이때 정상 상태에서 SOFC가 생산한 전기는 선체의 ESS(400) 또는 항구의 ESS(비도시)에 저장되거나(self-generation), 전력계통(grid)에 연결되어 판매될 수 있다(grid connection). 출항 단계(Port) 항해 단계(Ocean)에서는 추진 모터를 가동하고 선내 전기를 공급하기 위해 오로지 발전기로만 동작한다(self-generation).
<실시예 3>
실시예 3은 부하의 동작 특성에 따라 PEMFC와 SOFC를 상기 부하에 선택적으로 연결하되, 복수의 단위전지모듈들로 구성된 SOFC시스템이 상황에 따라 SOFC, SOE 또는 SOFC+SOE 중 어느 하나로 동작한다.
도 5는 실시예 3에 따른 다중 전원 시스템의 구성을 도시한다.
도 5에서 보듯, 실시예 3의 다중 전원 시스템은, PEMFC(100), SOFC시스템(230), PCS(300) 및 구동제어시스템(도면에 미도시)을 포함하여 이루어지고, ESS(430), 축전지(530)를 더 포함할 수 있다.
PEMFC(100) 및 PCS(300)는 실시예 1의 그것과 동일하므로 반복되는 설명은 생략한다.
실시예 3에서 SOFC시스템(230)은 복수의 단위전지모듈을 포함한다. 각 단위전지모듈은 구동제어시스템의 제어를 받는 SOFC시스템(230)의 가변제어모듈(미도시)에 의해 제어되며, 상기 가변제어모듈의 모드 제어에 따라 일부 단위전지모듈(231)은 SOFC로 동작하고 다른 일부 단위전지모듈(232)는 SOE로 동작할 수 있다. 또한 상기 가변제어모듈의 연결 제어에 따라 둘 이상의 단위전지모듈이 직렬로 연결되거나 병렬로 연결되거나 또는 직렬 및 병렬이 함께 연결될 수 있다.
따라서 상기 가변제어모듈의 제어에 따라 SOFC시스템(230)은 전체가 SOFC로 동작할 수도 있고 SOE로 동작할 수도 있고 SOFC 및 SOE가 동시에 듀얼로 동작할 수도 있다. 즉, SOFC시스템(230)은 연료전지 모드, 수전해전지 모드 및 듀얼모드 중 어느 하나로 가동된다. 또한 단위전지모듈의 직렬 및 병렬의 조합에 따라 SOFC 및 SOE의 출력을 가변적으로 조절할 수도 있다.
연료전지 모드 및 수전해전지 모드에서 SOFC로의 동작 과정은 각각 실시예 1의 SOFC(200) 및 실시예 2의 SOFC시스템(220)과 동일하므로 중복된 설명은 생략한다.
구동제어시스템(미도시)은 본 실시예의 다중 전원 시스템을 구성하는 각 요소들 즉, PEMFC(100), SOFC시스템(230), PCS(300), ESS(430), 축전지(530), LPG/LNG의 연료탱크(10) 및 수소탱크(20)에 연결된 컨트롤 밸브(미도시) 등의 동작을 제어한다.
구체적으로, 제1 동작구간에서, 구동제어시스템은 PEMFC(100)를 가동하고 PEMFC(100)가 생산한 전기로 부하(load)를 구동한다. 제1 동작구간에서, SOFC시스템(230)은 연료전지 모드, 수전해전지 모드 및 듀얼모드 중 어느 하나로 동작할 수 있다. 또한 제1 동작구간에서, 구동제어시스템은 PEMFC(100)가 생산한 전기로 부하를 구동하기에 불충분할 경우, ESS(430)가 출력하는 전기를 함께 이용하여 부하를 구동할 수도 있다.
제2 동작구간에서, 구동제어시스템은 PEMFC(100)의 가동을 중지하고 SOFC시스템(230)을 연료전지 모드로 가동한다. 그리고 SOFC시스템(230)이 생산한 전기로 부하를 구동한다.
제3 동작구간에서, 구동제어시스템은 SOFC시스템(230)을 듀얼모드로 가동하고, SOFC시스템(230)의 일부 유닛모듈들이 생산한 전기로 부하를 구동하는 한편, SOFC시스템(230)의 다른(other) 일부 유닛모듈들이 생산한 수소로 수소탱크(20)를 충전한다. 구동제어시스템은 ESS(430) 또는 축전지(530)의 전기를 수전해전지 구동을 위해 SOFC시스템(230)에 공급할 수 있다.
이하, 실시예 3의 다중 전원 시스템이 선박에 탑재된 경우를 상정하여 그 동작 과정을 상세히 설명하면 다음과 같다.
제1 동작구간은 선박이 항구에서 벗어나는 출항 단계 또는 선박이 항구에 입항하는 입항 단계에 대응하고, 제2 동작구간은 항해 단계에 대응하며, 제3 동작구간은 입항 단계에 대응한다. 또한 부하(load)는 선박을 추진하는 추진 모터에 대응한다.
제1 동작구간인 출항/입항 단계에서, 구동제어시스템은 실시예 1의 설명과 같은 이유로 PEMFC(100)를 기동(ON)하고 PEMFC(100)가 생산한 전기로 추진 모터를 구동한다. 이때, PEMFC(100)는 고압의 수소탱크(20)에 저장된 수소를 입력 받아 전기를 생산한다. 출항/입항 단계에서, 구동제어시스템은 SOFC시스템(230)을 연료전지 모드, 수전해전지 모드 및 듀얼모드 중 어느 하나로 가동할 수 있다.
제2 동작구간인 항해 단계에서, 구동제어시스템은 실시예 1의 설명과 같은 이유로 PEMFC(100)의 가동을 중지(OFF)하고, 연료전지 모드의 SOFC시스템(230)이 생산한 전기로 추진 모터를 구동한다.
제3 동작구간인 입항 단계에서, 구동제어시스템은 SOFC시스템(230)을 듀얼모드로 설정 또는 변경하고, SOFC시스템(230)의 일부 유닛모듈들이 생산한 전기로 부하를 구동하는 한편, SOFC시스템(230)의 다른(other) 일부 유닛모듈들이 생산한 수소로 수소탱크(20)를 충전한다.
참고로, 선박이 항구에 정박 중일 때, SOFC시스템(230)은 연료전지 모드에서, 정지 상태로 있을 수도 있고, 최소한의 연료만 소모하면서 고온 대기 상태(hot standby status)로 동작할 수도 있고, 정격 전력을 생산하는 정상 상태(operating status)로 동작할 수도 있다.
따라서, 정박 중에 출항이 결정되어 제1 동작모드가 개시되면, SOFC시스템(230)은 정지상태에서 기동되거나, 고온 대기 상태를 유지하거나, 고온 대기 상태에서 정상 상태로 전환하거나, 계속적으로 정상 상태로 동작한다. 그리고 제2 동작모드가 개시되면 SOFC시스템(230)은 정상 상태로 동작하면서 생산된 전기를 선체 추진을 위한 추진 모터로 공급한다.
다른 일례로, 선박이 항구에 정박 중일 때, SOFC시스템(230)은 수전해전지 모드에서, 정지 상태로 있을 수도 있고, 최소한의 연료만 소모하면서 고온 대기 상태(hot standby status)로 동작할 수도 있고, 수소를 생산하는 정상 상태(operating status)로 동작할 수도 있다. 정상 상태에서, SOFC시스템(230)에 의해 생산되는 수소는 선체 내의 수소탱크(20)를 충전하거나, 선박 외부에 배치된 별도의 수소스테이션(도면에 미도시)에 저장될 수 있다.
그리고 정박 중에 출항이 결정되어 제1 동작모드가 개시되면, SOFC시스템(230)은 정지상태에서 기동되거나, 고온 대기 상태를 유지하거나, 고온 대기 상태에서 정상 상태로 전환하거나, 계속적으로 정상 상태로 동작한다. 그리고 제2 동작모드가 개시되면 SOFC시스템(230)은 정상 상태로 동작하면서 생산된 전기를 선체 추진을 위한 추진 모터로 공급한다.
다른 일례로, 선박이 항구에 정박 중일 때, SOFC시스템(230)은 듀얼모드에서, 정지 상태로 있을 수도 있고, 최소한의 연료만 소모하면서 고온 대기 상태(hot standby status)로 동작할 수도 있고, 전기 및 수소를 생산하는 정상 상태(operating status)로 동작할 수도 있다.
그리고 정박 중에 출항이 결정되어 제1 동작모드가 개시되면, SOFC시스템(230)은 정지상태에서 기동되거나, 고온 대기 상태를 유지하거나, 고온 대기 상태에서 정상 상태로 전환하거나, 정상 상태에서의 동작을 계속한다. 그리고 제2 동작모드가 개시되면 SOFC시스템(230)은 연료전지 모드의 정상 상태로 동작하면서 생산된 전기를 선체 추진을 위한 추진 모터로 공급한다.
한편, 실시예 1과 마찬가지로 실시예 3의 선박용 다중 전원 시스템에서 SOFC시스템(230)은 화물로 싣고 있는 액화천연가스(LNG), 액화프로판가스(LPG), 메탄가스 등의 탄화수소 연료를 개질한 수소를 연료로 입력 받는 것이 바람직하다. 다만 반드시 이에 한정할 필요는 없으며 고압 수소탱크(20)의 수소를 연료로 입력 받을 수도 있다.
실시예 3에 따른 선박용 다중 전원 시스템의 구동 시나리오를 도 6을 참조하여 정리하면 다음과 같다.
도 6은 실시예 3에 따른 선박용 다중 전원 시스템의 동작 과정을 다양한 관점에서 분석한 흐름도이다.
도 6에서는 도 2 및 도 4에 비해 항해 단계가 다시 두 단계로 세분된다. 항해 단계 1(Ocean 1)은 도 2 및 도 4의 항해 단계와 동일하고, 항해 단계 2(Ocean 2)는 도 4에서 SOFC시스템이 수전해전지 모드로 동작하는 임의의 구간을 가리킨다.
따라서 항해 단계 2(Ocean 2)는 항구와의 거리와 무관하게 해상에서 어떠한 사유로 인해 선박의 운항을 잠시 멈추는 경우, ESS를 이용하여 낮은 출력으로 천천히 운행해야 하는 경우, 입항을 준비하면서 낮은 출력으로 천천히 운행해야 하는 경우 등과 같이, 임의의 시점에서 SOFC시스템(230)의 일부 단위 모듈은 SOFC로 동작시키고 다른 단위 모듈은 SOE로 동작시키는 구간을 의미한다.
전력활용의 측면에서 보면, 정박 단계(Port)에서 다중 전원 시스템은 선체의 각종 전기기기에 전력을 공급하는 선박 전기 시스템(ship electric system, SEC)으로 동작하고, 출항(Offshore)/항해(Ocean)/입항(Offshore) 단계에서는 선박 전기 시스템과 동시에 선체를 전진시키기 위한 추진 동력(Propulsion)으로 동작한다. 그리고 입항 후 정박(Port) 단계에서는 다시 선박 전기 시스템으로 동작한다. 다만 도 4의 예시와는 달리, 항해 단계 2(Ocean 2)와 입항 단계(Offshore)에서는 SOFC시스템(230)의 일부 단위전지모듈은 SOE로 전환되므로 SOFC에 의한 추진 동력은 항해 단계 1(Ocean 1)에 비해 다소 낮아질 수 있다.
동작모드의 측면에서 보면, SOFC시스템(220)은 전 단계에서 기본적으로 SOFC로 동작하지만, 항해 단계 2(Ocean 2) 및/또는 입항 단계(Offshore)에서는 SOFC시스템(230)의 일부 단위전지모듈들은 SOFC로 동작하고 다른 일부 단위전지모듈들은 SOE로 동작한다. 복수의 단위전지모듈들 중 SOFC로 동작하는 단위전지모듈과 SOE로 동작하는 단위전지모듈의 비율은 구동제어시스템에 의해 결정된다.
사용연료의 측면에서 보면, 정박 단계(Port)에서는 선박 전기 시스템으로 동작하므로 선체 내의 수소탱크(20) 또는 항구에 배치된 수소탱크(미도시)의 수소가 사용되고, 출항 단계(Offshore)에서는 PEMFC가 추진 모터를 기동하므로 선체 내 수소탱크(20)의 수소가 사용되고, 항해 단계(Ocean)에서는 SOFC가 추진 모터를 기동하므로 선적된 LNG/LPG/메탄 등의 탄화가스가 사용된다. 입항 단계는 출항 단계와 마찬가지로 PEMFC가 추진 모터를 기동하므로 선체 내 수소탱크(20)의 수소가 사용된다.
SOFC의 동작 측면에서, SOFC는 정박 단계(Port)에서 정지(OFF), 고온 대기 상태(hot standby status), 정상 상태(operating status) 중 어느 하나로 동작할 수 있지만, 정박 중에도 선박 내에 전기는 공급되어야 하므로 정상 상태로 동작하는 것이 바람직하다. 이때 정상 상태에서 SOFC가 생산한 전기는 선체의 ESS(400) 또는 항구의 ESS(비도시)에 저장되거나(self-generation), 전력계통(grid)에 연결되어 판매될 수 있다(grid connection). 출항 단계(Port) 항해 단계(Ocean)에서는 추진 모터를 가동하고 선내 전기를 공급하기 위해 오로지 발전기로만 동작한다(self-generation).
이상 본 발명의 실시예에 관한 설명은 구조적 내지 기능적 설명을 위한 실시예에 불과하므로, 본 발명의 권리범위는 본문에 설명된 실시예에 의하여 제한되는 것으로 해석되면 안된다. 즉, 실시예는 다양한 변경이 가능하고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 본 발명의 권리범위는 기술적 사상을 실현할 수 있는 균등물들을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 본 발명에서 제시된 목적 또는 효과는 특정 실시예가 이를 전부 포함하여야 하거나 그러한 효과만을 포함하여야 한다는 의미는 아니다.
본 출원에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 한다. 즉, "제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로, 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되면 안된다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어"있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결될 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 한다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어"있다고 언급된 때에는 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
단수의 표현은 문맥상 명백히 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 실시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
각 단계들에 있어 식별부호(예를 들어, a, b, c 등)는 설명의 편의를 위하여 사용되는 것으로 식별부호는 각 단계들의 순서를 설명하는 것이 아니며, 각 단계들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않는 이상 명기된 순서와 다르게 일어날 수 있다. 즉, 각 단계들은 명기된 순서와 동일하게 일어날 수도 있고 실질적으로 동시에 수행될 수도 있으며 반대의 순서대로 수행될 수도 있다.
본 명세서에서 설명되는 실시 예와 첨부된 도면은 본 발명에 포함되는 기술적 사상의 일부를 예시적으로 설명하는 것에 불과하다. 따라서, 본 명세서에 개시된 실시 예는 본 발명의 기술적 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이므로, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 명세서 및 도면에 포함된 기술적 사상의 범위 내에서 당업자가 용이하게 유추할 수 있는 변형 예와 구체적인 실시 예는 모두 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100: PEMFC
200: SOFC
220, 230: SOFC시스템
300: PCS
400: ESS

Claims (10)

  1. 고분자전해질연료전지(PEMFC);
    고체산화물연료전지(SOFC); 및
    제1 동작구간에서, 상기 PEMFC를 가동하고 상기 PEMFC가 생산한 전기로 부하(load)를 구동하며,
    제2 동작구간에서, 상기 PEMFC의 가동을 중지하고, 상기 SOFC가 생산한 전기로 상기 부하를 구동하는 구동제어시스템
    을 포함하는 연료전지 기반의 다중 전원 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 PEMFC는 수소탱크의 수소를 연료로 공급받고,
    상기 SOFC는 액화석유가스, 액화천연가스, 메탄가스 중 어느 하나를 개질하여 얻어진 수소를 연료로 공급받는 연료전지 기반의 다중 전원 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 SOFC는, 복수의 단위전지모듈(unit cell modules)로 이루어지고,
    상기 단위전지모듈 전체를 연료전지로 이용하는 연료전지 모드, 및 상기 복수의 단위전지모듈들 중 일부는 연료전지로 이용하고 다른 일부는 수전해전지로 이용하는 듀얼모드 중 하나로 가동되며,
    상기 구동제어시스템은, 상기 제1 동작구간에서, 상기 SOFC를 연료전지 모드로 가동하는 것을 특징으로 하는 연료전지 기반의 다중 전원 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 구동제어시스템은,
    제3 동작구간에서, 상기 SOFC를 듀얼모드로 가동하고, 상기 SOFC에서 생산된 수소로 상기 수소탱크를 충전하는 것을 특징으로 하는 연료전지 기반의 다중 전원 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 듀얼모드에서, 수전해전지로 동작하는 단위전지모듈에 에너지저장시스템(Energy Storage System, ESS)의 전기가 입력되는 것을 특징으로 하는 연료전지 기반의 다중 전원 시스템.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 듀얼모드에서, 수전해전지로 동작하는 단위전지모듈에 수퍼캐패시터(super capacitor)의 전기가 입력되는 것을 특징으로 하는 연료전지 기반의 다중 전원 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 구동제어시스템은,
    상기 제1 동작구간에서, 상기 PEMFC가 생산한 전기 및 에너지저장시스템(Energy Storage System, ESS)의 전기를 함께 이용하여 상기 부하를 구동하는 연료전지 기반의 다중 전원 시스템.
  8. 제2항에 있어서,
    상기 SOFC는 연료전지 모드 및 수전해전지 모드 중 하나로 가동되고,
    상기 구동제어시스템은, 상기 제1 동작구간에서, 상기 SOFC를 연료전지 모드로 가동하는 것을 특징으로 하는 연료전지 기반의 다중 전원 시스템.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 구동제어시스템은,
    제3 동작구간에서, 상기 SOFC를 수전해전지 모드로 가동하고, 상기 SOFC에서 생산된 수소로 상기 수소탱크를 충전하는 것을 특징으로 하는 연료전지 기반의 다중 전원 시스템.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 구동제어시스템은,
    상기 제3 동작구간에서, 에너지저장시스템(Energy Storage System, ESS)의 전기를 이용하여 상기 부하를 구동하는 것을 특징으로 하는 연료전지 기반의 다중 전원 시스템.
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