WO2021230456A1 - 연료전지 시스템 - Google Patents

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WO2021230456A1
WO2021230456A1 PCT/KR2020/019138 KR2020019138W WO2021230456A1 WO 2021230456 A1 WO2021230456 A1 WO 2021230456A1 KR 2020019138 W KR2020019138 W KR 2020019138W WO 2021230456 A1 WO2021230456 A1 WO 2021230456A1
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Definitions

  • the present invention relates to a fuel cell system.
  • a low-temperature fuel cell system such as a polymer electrolyte fuel cell (PEMFC) is used in homes or buildings.
  • a low-temperature fuel cell includes a reformer and a fuel cell stack.
  • the reformer is used to reform city gas into hydrogen gas, and the fuel cell stack generates power and heat using hydrogen gas and air.
  • Power generated by the fuel cell stack is supplied to a home or a building, and is used as a power source.
  • the heat generated by the fuel cell stack is supplied to a home or building and used to heat the home or building.
  • both the reformer and the fuel cell stack must be operated to provide any one of power and heating.
  • power and heating are not always required at home or in a building, and when any one of power and heating is required at home or in a building, there is a problem in that other energy is unnecessarily generated and consumed.
  • the technical problem to be solved by the present invention is to provide a fuel cell system with improved energy efficiency by independently performing operations of a reformer and a fuel cell stack.
  • Another technical problem to be solved by the present invention is to provide a fuel cell system in which thermal energy loss is minimized.
  • Another technical problem to be solved by the present invention is to provide a fuel cell system in which profits are maximized by establishing a power trading strategy.
  • a fuel cell system for achieving the above technical problem includes a reformer for reforming fuel, a reforming fuel storage unit for receiving and storing the reformed fuel from the reformer, and generating electric power and heat using the reformed fuel.
  • a fuel cell stack a boiler unit that provides heating using heating water, a battery unit that stores power generated from the fuel cell stack, a reformer, a reformer fuel storage unit, a fuel cell stack, a boiler unit, and a control unit that controls the operation of the battery unit and the controller controls the reformer to operate using the heating water of the boiler when the temperature of the heating water in the boiler is greater than the reference value and the amount of stored reformed fuel stored in the reforming fuel storage is less than or equal to the reference value.
  • the controller controls the reformer to operate to generate reformed fuel, and to generate reformed fuel. is used to control the operation of the fuel cell stack.
  • the control unit controls the reformer to be inoperative and stores the reformed fuel stored in the reformed fuel storage unit.
  • the fuel cell stack is controlled to operate using the reformed fuel.
  • the controller controls to provide the power stored in the battery unit to the outside.
  • the control unit when it is necessary to provide heating to the outside, the temperature of the heating water in the boiler unit is less than or equal to the reference value, and the amount of power in the battery unit is greater than the reference value, the control unit heats the heating water in the boiler unit by using the power stored in the battery unit. control to do
  • the controller controls the fuel cell stack to operate, and the controller controls the fuel cell stack to generate By using the generated heat, the heating water of the boiler part is controlled to be heated.
  • the controller controls the reformer to operate.
  • the controller controls the reformer to not operate and controls the fuel cell stack to operate using the reformed fuel stored in the reformed fuel storage unit.
  • control unit includes an Advanced Metering Infrastructure (AMI), and when the electric charge received through the interactive metering infrastructure is greater than a reference value, the control unit controls the fuel cell stack to operate, and the fuel cell stack Controls to provide the power generated by the external device.
  • AMI Advanced Metering Infrastructure
  • control unit includes an advanced metering infrastructure (AMI), and when the electricity rate received through the interactive metering infrastructure is less than or equal to a reference value, the control unit receives power from the outside and stores it in the battery unit. .
  • AMI advanced metering infrastructure
  • the controller controls to provide the power generated by the fuel cell stack to the outside.
  • the fuel cell system may minimize the loss of thermal energy by independently performing the operations of the reformer and the fuel cell stack, thereby improving energy efficiency.
  • the fuel cell system may maximize profits by establishing a power trading strategy.
  • FIG. 1 is an exemplary view for explaining a fuel cell system according to some embodiments of the present invention.
  • FIGS. 2 to 5 are exemplary views for explaining the operation of the fuel cell system according to some embodiments of the present invention.
  • FIG. 6 is an exemplary view for explaining a fuel cell system according to some other embodiments of the present invention.
  • FIG. 7 and 8 are exemplary views for explaining a method of operating a fuel cell system according to some embodiments of the present invention.
  • the fuel cell system 1 is an exemplary view for explaining a fuel cell system 1 according to some embodiments of the present invention.
  • the fuel cell system 1 according to some embodiments of the present invention may be a low-temperature fuel cell system.
  • the fuel cell system 1 according to some embodiments of the present invention may be a polymer electrolyte fuel cell (PEMFC), but embodiments are not limited thereto.
  • PEMFC polymer electrolyte fuel cell
  • a fuel cell system 1 may include an energy generating unit 10 , an energy providing unit 20 , and a control unit 30 .
  • the energy generator 10 may include a reformer 100 , a reformed fuel storage unit 110 , a fuel cell stack 120 , and a by-product use unit 130 .
  • the energy providing unit 20 may include a boiler unit 200 and a battery unit 210 .
  • the reformer 100 may receive fuel from the outside.
  • the reformer 100 may reform fuel provided from the outside to generate a reformed fuel and a reforming by-product.
  • the reformed fuel generated in the reformer 100 may be provided to the reformed fuel storage unit 110 .
  • the reforming by-product generated in the reformer 100 may be provided to the by-product using unit 130 .
  • the fuel provided from the outside may include methane (CH 4 ) gas.
  • the reformer 100 may generate hydrogen (H 2 ) and carbon dioxide (CO 2 ) using methane (CH 4 ) gas and water (H 2 O).
  • the generated hydrogen (H 2 ) may be provided to the reforming fuel storage unit 110 as a reforming fuel
  • the generated carbon dioxide (CO 2 ) may be provided to the by-product using unit 130 as a reforming by-product.
  • the reformed fuel storage unit 110 may receive reformed fuel from the reformer 100 .
  • the reformed fuel storage unit 110 may store reformed fuel.
  • the reformed fuel storage unit 110 may store the reformed fuel in any one of a gas phase, a liquid phase, and a solid phase.
  • the reformed fuel storage unit 110 may receive hydrogen (H 2 ) as a reforming fuel from the reformer 100 and store the hydrogen (H 2 ) in the form of metal hydride.
  • the reformed fuel storage unit 110 may further include a temperature and pressure regulator between the reformer 100 and the metal hydride for effective storage of hydrogen (H 2 ).
  • the temperature and pressure regulator may control the storage and release of hydrogen (H 2 ) gas by appropriately adjusting the temperature and pressure of the metal hydride.
  • a screw type compressor may be used, but embodiments are not limited thereto.
  • the reformed fuel storage unit 110 may provide the stored reformed fuel to the fuel cell stack 120 .
  • the fuel cell stack 120 may receive reformed fuel from the reformed fuel storage unit 110 .
  • the fuel cell stack 120 may generate power using the provided reformed fuel and air (eg, oxygen (O 2 )).
  • air eg, oxygen (O 2 )
  • heat may be generated due to an internal chemical reaction.
  • the fuel cell stack 120 may generate power and heat by using the reformed fuel.
  • Power generated by the fuel cell stack 120 may be provided to the battery unit 210 .
  • power generated in the fuel cell stack 120 may be stored in a storage battery in the battery unit 210 .
  • heat generated in the fuel cell stack 120 may be provided to the boiler unit 200 .
  • heat generated in the fuel cell stack 120 may be provided to the heating water of the boiler unit 200 .
  • the heating water refers to water provided from the boiler unit 200 to the outside of the fuel cell system 1 for heating supply.
  • heat generated in the fuel cell stack 120 may be provided to coolant flowing in the fuel cell stack 120 . Since the coolant of the fuel cell stack 120 receives heat generated in the fuel cell stack 120 , the temperature may increase.
  • the cooling water having an increased temperature may exchange heat with the heating water of the boiler unit 200 through a heat exchanger. That is, the temperature of the increased cooling water may be decreased because it provides heat to the heating water through the heat exchanger, and the temperature of the heating water may be increased because the heating water receives heat from the increased cooling water through the heat exchanger.
  • the heat generated in the fuel cell stack 120 may be used to heat the heating water of the boiler unit 200 through the heat exchanger.
  • the cooling water of the fuel cell stack 120 may be directly provided to the boiler unit 200 to be used as heating water.
  • the coolant flowing in the fuel cell stack 120 receives heat generated in the fuel cell stack 120 to increase the temperature, and the coolant having the increased temperature is provided to the boiler unit 200 to provide heating. can be used directly as a channel.
  • the heat generated in the fuel cell stack 120 may be used to directly heat the heating water of the boiler unit 200 .
  • the heat generated in the fuel cell stack 120 may be provided to the heating water of the boiler unit 200 .
  • the reformer 100 may receive heat from the boiler unit 200 .
  • the reformer 100 may directly receive heating water from the boiler unit 200 .
  • the reformer 100 may receive heat from the heating water of the boiler unit 200 through a heat exchanger. A detailed description will be given later.
  • the boiler unit 200 may provide heating to the outside of the fuel cell system 1 .
  • the boiler unit 200 may provide heating to a building or the like. That is, the boiler unit 200 may provide heating by providing heating water having an increased temperature to a building or the like.
  • the battery unit 210 may provide power to the outside of the fuel cell system 1 .
  • the battery unit 210 may provide power stored in a capacitor in the battery unit 210 to a building or the like.
  • the battery unit 210 may include a capacitor, a battery management system (BMS), a power conditioning system (PCS), and the like, but the embodiments are not limited thereto.
  • BMS battery management system
  • PCS power conditioning system
  • the power stored in the battery unit 210 may be used to increase the temperature of the heating water in the boiler unit 200 . A detailed description will be given later.
  • the by-product use unit 130 may use the reforming by-product generated in the reformer 100 .
  • the by-product using unit 130 may generate reformed fuel and electric power by using at least a portion of the reforming by-product. Reformation by-products not used in the by-product using unit 130 may be discharged through an exhaust port.
  • the exhaust port may be exposed to the outside and may be connected to a device for further processing of the reforming by-product.
  • the by-product utilization unit 130 dissolves carbon dioxide (CO 2 ), a reforming by-product, in liquid water (H 2 O) to generate hydrogen ions (H + ) and hydrogen carbonate ions (HCO3 ⁇ ),
  • hydrogen gas (H 2 ) as a reforming fuel may be generated.
  • a flow of electrons ie, electric current
  • the by-product using unit 130 may generate hydrogen gas (H 2 ) and electric power as a reforming fuel by using carbon dioxide (CO 2 ), which is a reforming by-product.
  • the reformed fuel generated by the by-product use unit 130 may be provided to the reformed fuel storage unit 110 .
  • the power generated by the by-product using unit 130 may be provided to the battery unit 210 .
  • the by-product use unit 130 may include a by-product processing unit and a by-product storage unit.
  • the by-product processing unit may use a portion of the reforming by-product to generate reformed fuel and electric power
  • the by-product storage unit may store the remaining reforming by-products not used in the by-product processing unit.
  • the by-product using unit 130 may discharge the reforming by-product to the exhaust port.
  • the controller 30 may control overall operations of the energy generator 10 and the energy provider 20 .
  • the control unit 30 controls the overall operation of the reformer 100 , the reformed fuel storage unit 110 , the fuel cell stack 120 , the by-product use unit 130 , the boiler unit 200 , and the battery unit 210 . can be controlled
  • the fuel cell system 1 is shown for reference to explain some embodiments of the present invention.
  • all of the components shown in FIG. 1 do not necessarily have to be provided, and only the components shown in FIG. 1 need to be configured. there is no In other words, a person skilled in the art may omit some of the components shown in FIG. 1 or add other components not shown in FIG. 1 .
  • the fuel cell system 1 according to some embodiments of the present invention may be configured by omitting the by-product using unit 130 .
  • FIGS. 1 and 2 is an exemplary view for explaining the operation of the fuel cell system 1 according to some embodiments of the present invention. An operation of the fuel cell system 1 in a case where power and heating are requested from outside (eg, a building) of the fuel cell system 1 will be described with reference to FIGS. 1 and 2 .
  • the control unit 30 may determine whether the power stored in the battery unit 210 exceeds the first reference value ( S201 ).
  • the first reference value may be set by the user of the fuel cell system 1 as needed, or may be a value previously set by the installer of the fuel cell system 1 . In other words, the control unit 30 may check whether the amount of power charged in the battery unit 210 is greater than the first reference value.
  • the control unit 30 may determine whether the heating water temperature of the boiler unit 200 exceeds the second reference value (S202) .
  • the second reference value may be set by the user of the fuel cell system 1 as needed, or may be a value previously set by the installer of the fuel cell system 1 .
  • the control unit 30 may provide the power stored in the battery unit 210 to the outside of the fuel cell system 1 . (S203). In addition, the control unit 30 may provide the heating water of the boiler unit 200 having a temperature greater than the second reference value to the outside of the fuel cell system 1 ( S204 ). In other words, when the power of the battery unit 210 is greater than the first reference value and the heating water temperature of the boiler unit 200 is greater than the second reference value, the control unit 30 controls the fuel cell stack 120 without operating the fuel cell stack 120 . Power and heating may be provided to the outside of the battery system 1 .
  • control unit 30 additionally adds the heating water of the boiler unit 200 by using the power stored in the battery unit 210 . After heating, the heated heating water may be provided to the outside of the fuel cell system 1 .
  • the control unit 30 may provide the power stored in the battery unit 210 to the outside of the fuel cell system 1 (S205). ). In addition, the control unit 30 may heat the heating water of the boiler unit 200 by using the power stored in the battery unit 210 . The control unit 30 may provide the heating water of the boiler unit 200 heated by the electric power stored in the battery unit 210 to the outside of the fuel cell system 1 ( S206 ). In other words, when the power of the battery unit 210 is greater than the first reference value and the heating water temperature of the boiler unit 200 is less than or equal to the second reference value, the control unit 30 controls the battery unit without the operation of the fuel cell stack 120 . Power and heating may be provided to the outside of the fuel cell system 1 using only the electric power stored in the 210 .
  • the control unit 30 may determine whether the heating water temperature of the boiler unit 200 exceeds the second reference value (S207). When the heating water temperature of the boiler unit 200 exceeds the second reference value (S207, Y), the control unit 30 determines whether the storage amount of the reformed fuel stored in the reformed fuel storage unit 110 exceeds the third reference value. can be confirmed (S208).
  • the third reference value may be set by the user of the fuel cell system 1 as needed, or may be a value previously set by the installer of the fuel cell system 1 .
  • the operation of the reformer 100 and the operation of the fuel cell stack 120 may be controlled independently of each other.
  • the controller 30 uses only the reformed fuel stored in the reforming fuel storage unit 110 without the operation of the reformer 100 .
  • the fuel cell stack 120 may be controlled to operate.
  • the control unit 30 controls to provide the reformed fuel stored in the reformed fuel storage unit 110 to the fuel cell stack 120 without the operation of the reformer 100 , and receives
  • the fuel cell stack 120 may be controlled to operate using the reformed fuel.
  • the fuel cell stack 120 generates power using the reformed fuel, and the controller 30 may provide the power generated in the fuel cell stack 120 to the outside of the fuel cell system 1 ( S209 ).
  • the controller 30 may control to directly provide the power generated by the fuel cell stack 120 to the outside of the fuel cell system 1 through a power conversion device or the like.
  • the power generated by the fuel cell stack 120 may be stored in the battery unit 210 , and the controller 30 may control the battery unit 210 to provide power to the outside.
  • the controller 30 may provide the heating water of the boiler unit 200 to the outside of the fuel cell system 1 .
  • the control unit 30 may provide heating by providing the heating water of the boiler unit 200 to the outside of the fuel cell system 1 ( S210 ).
  • the control unit 30 uses the heat generated during the operation of the fuel cell stack 120 to The heating water may be additionally heated, and the heated heating water may be provided to the outside of the fuel cell system 1 .
  • embodiments are not limited thereto, and the control unit 30 may provide the heating water of the boiler unit 200 to the outside of the fuel cell system 1 without additional heating of the heating water of the boiler unit 200 . of course there is
  • the reformer 100 When the amount of stored reformed fuel in the reformed fuel storage unit 110 is equal to or less than the third reference value (S208, N), the reformer 100 may be operated. In this case, since the temperature of the heating water of the boiler unit 200 exceeds the second reference value, the controller 30 may control the reformer 100 to operate using the heating water of the boiler unit 200 .
  • the reformer 100 may require fuel and gas phase water (ie, water vapor) when reforming fuel.
  • fuel and gas phase water ie, water vapor
  • the control unit 30 may heat and vaporize liquid water using electric power of the battery unit 210 or external electric power.
  • the control unit 30 may use the heating water of the boiler unit 200 having a temperature greater than the second reference value.
  • the heating water of the boiler unit 200 may be directly provided to the reformer 100 , and the controller 30 may heat and vaporize the heating water provided to the reformer 100 .
  • the heating water of the boiler unit 200 may provide heat to liquid water provided to the reformer 100 through a heat exchanger.
  • the control unit 30 since the control unit 30 operates the reformer 100 using the heat of the heating water of the boiler unit 200, power consumption generated in the operation of the reformer 100 can be reduced, thereby increasing efficiency. .
  • the controller 30 may control the reformer 100 to operate using the heating water of the boiler unit 200 and provide the reformed fuel generated in the reformer 100 to the fuel cell stack 120 .
  • the controller 30 may control the fuel cell stack 120 to operate using the reformed fuel, and may provide power generated in the fuel cell stack 120 to the outside of the fuel cell system 1 ( S211 ).
  • the control unit 30 may provide the heating water of the boiler unit 200 to the outside of the fuel cell system 1 (S212).
  • the control unit 30 uses the heat generated during the operation of the fuel cell stack 120 to The heating water may be additionally heated, and the heated heating water may be provided to the outside of the fuel cell system 1 .
  • the control unit 30 may provide the heating water of the boiler unit 200 to the outside of the fuel cell system 1 without additional heating of the heating water of the boiler unit 200 . of course there is
  • the control unit 30 may determine whether the storage amount of the reformed fuel stored in the reformed fuel storage unit 110 exceeds the third reference value. There is (S213).
  • the controller 30 uses only the reformed fuel stored in the reformed fuel storage unit 110 without the operation of the reformer 100 .
  • the fuel cell stack 120 may be operated.
  • the controller 30 may control to provide the reformed fuel stored in the reformed fuel storage unit 110 to the fuel cell stack 120 without the operation of the reformer 100 .
  • the control unit 30 may operate the fuel cell stack 120 to generate power, and may control to provide the generated power to the outside of the fuel cell system 1 ( S214 ).
  • the control unit 30 may control the heating water of the boiler unit 200 to be heated using the heat generated by the fuel cell stack 120 , and to provide the heated heating water to the outside of the fuel cell system 1 . There is (S215).
  • the reformer 100 When the amount of stored reformed fuel in the reformed fuel storage unit 110 is equal to or less than the third reference value ( S213 , N), the reformer 100 may be operated.
  • the controller 30 may control the operation of the reformer 100 to generate reformed fuel, and control the fuel cell stack 120 to operate using the generated reformed fuel.
  • the fuel cell stack 120 may generate power and heat.
  • the controller 30 may control to provide power generated in the fuel cell stack 120 to the outside of the fuel cell system 1 ( S216 ).
  • the control unit 30 may control to heat the heating water of the boiler unit 200 using the heat generated in the fuel cell stack 120 and provide it to the outside of the fuel cell system 1 ( S217 ). .
  • FIG. 3 is an exemplary view for explaining the operation of the fuel cell system 1 according to some embodiments of the present invention.
  • An operation of the fuel cell system 1 in a case where only the supply of electric power is requested from the outside of the fuel cell system 1 will be described with reference to FIGS. 1 and 3 .
  • contents similar to or identical to those described above will be briefly described or omitted.
  • the control unit 30 may check whether the power stored in the battery unit 210 exceeds the first reference value ( S301 ). When the power stored in the battery unit 210 exceeds the first reference value (S301, Y), the controller 30 may provide the power stored in the battery unit 210 to the outside of the fuel cell system 1 (S302). ).
  • the control unit 30 may determine whether the amount of stored reformed fuel stored in the reformed fuel storage unit 110 exceeds the third reference value (S301, N). S302). When the amount of stored reformed fuel stored in the reformed fuel storage unit 110 exceeds the third reference value ( S302 , Y), the controller 30 controls the reformed fuel stored in the reformed fuel storage unit 110 without operating the reformer 100 . can be used to control the fuel cell stack 120 to operate. The controller 30 may control to provide power generated by the fuel cell stack 120 to the outside of the fuel cell system 1 ( S303 ).
  • the control unit 30 may determine whether the heating water temperature of the boiler unit 200 exceeds the second reference value. (S304). When the heating water temperature of the boiler unit 200 exceeds the second reference value (S304, Y), the control unit 30 may control the reformer 100 to operate using the heating water of the boiler unit 200 . .
  • the controller 30 controls the fuel cell stack 120 to operate by using the reformed fuel generated by the reformer 100 , and transmits the power generated from the fuel cell stack 120 to the outside of the fuel cell system 1 . can be provided (S305).
  • the control unit 30 controls the reformer 100 to operate, and converts the reformed fuel generated in the reformer 100 into the fuel cell stack ( 120) can be controlled to provide.
  • the control unit 30 controls the fuel cell stack 120 to operate using the reformed fuel generated in the reformer 100 , and provides power generated in the fuel cell stack 120 to the outside of the fuel cell system 1 . can be (S306).
  • FIGS. 1 and 4 are exemplary views for explaining the operation of the fuel cell system 1 according to some embodiments of the present invention. An operation of the fuel cell system 1 when only heating is requested from the outside of the fuel cell system 1 will be described with reference to FIGS. 1 and 4 . For convenience of description, contents similar to or identical to those described above will be briefly described or omitted.
  • the control unit 30 may determine whether the temperature of the heating water in the boiler unit 200 exceeds the second reference value ( S401 ). When the temperature of the heating water of the boiler unit 200 exceeds the second reference value (S401, Y), the control unit 30 may provide the heating water of the boiler unit 200 to the outside of the fuel cell system 1 . (S402).
  • the control unit 30 may determine whether the amount of power of the battery unit 210 exceeds the first reference value (S403). When the amount of power of the battery unit 210 exceeds the first reference value (S403, Y), the control unit 30 uses the power of the battery unit 210 to heat the heating water of the boiler unit 200, and The heating water of the boiler unit 200 may be provided to the outside of the fuel cell system 1 ( S404 ).
  • the controller 30 may check whether the amount of stored reformed fuel in the reformed fuel storage unit 110 exceeds the third reference value (S405) .
  • the controller 30 converts the reformed fuel stored in the reforming fuel storage unit 110 without the operation of the reformer 100 . It can be used to control the fuel cell stack 120 to operate. In this case, the controller 30 may control the battery unit 210 to be charged using the power generated by the fuel cell stack 120 ( S406 ).
  • the control unit 30 may control the heating water of the boiler unit 200 to be heated using the heat generated by the fuel cell stack 120 , and to provide the heated heating water to the outside of the fuel cell system 1 . There is (S407).
  • the controller 30 may control the reformer 100 to operate.
  • the controller 30 may control the fuel cell stack 120 to operate using the reformed fuel provided from the reformer 100 .
  • the control unit 30 may control to store the power generated by the fuel cell stack 120 in the battery unit 210 (S408).
  • the controller 30 may use heat generated from the fuel cell stack 120 to heat the heating water of the boiler unit 200 and provide the heated heating water to the outside of the fuel cell system 1 ( S407 ). ).
  • FIG. 5 is an exemplary view for explaining the operation of the fuel cell system 1 according to some embodiments of the present invention.
  • the normal operation of the fuel cell system 1 will be described with reference to FIGS. 1 and 5 .
  • contents similar to or identical to those described above will be briefly described or omitted.
  • the control unit 30 may always check the heating water temperature of the boiler unit 200 and the storage amount of the reformed fuel storage unit 110 .
  • the control unit 30 controls the heating of the boiler unit 200
  • the number can be used to control the reformer 100 to operate.
  • the controller 30 may control to store the reformed fuel generated in the reformer 100 in the reformed fuel storage unit 110 ( S510 ).
  • control unit 30 controls the reformer 100 and Power stored in the battery unit 210 may be controlled to be provided to the outside of the fuel cell system 1 without the operation of the fuel cell stack 120 .
  • the controller 30 may control the fuel cell stack 120 to operate using the reformed fuel stored in the reformed fuel storage unit 110 without the operation of the reformer 100 .
  • the controller 30 may control the reformer 100 to operate using the heating water of the boiler unit 200.
  • the controller 30 controls the reformer 100 . And without the operation of the fuel cell stack 120 , the heating water of the boiler unit 200 may be provided to the outside of the fuel cell system 1 .
  • the controller 30 may heat the heating water of the boiler unit 200 by using the power stored in the battery unit 210 without the operation of the fuel cell stack 120 .
  • the control unit 30 always checks the heating water temperature of the boiler unit 200 and the reformed fuel storage amount of the reformed fuel storage unit 110 , and the heating water temperature of the boiler unit 200 is When the second reference value is exceeded and the amount of stored reformed fuel in the reforming fuel storage unit 110 is less than or equal to the third reference value, the reformer 100 may be controlled to operate using the heating water of the boiler unit 200 .
  • FIG. 6 is an exemplary view for explaining the fuel cell system 2 according to some other embodiments of the present invention. For convenience of description, the same or similar contents to those described above will be omitted or simply described.
  • the control unit 30 of the fuel cell system 2 may include an Advanced Metering Infrastructure (AMI) 310 .
  • the control unit 30 may provide information such as power used to the outside through the interactive meter reading infrastructure 310 , and may receive information such as fuel rate and electricity rate from the outside.
  • AMI Advanced Metering Infrastructure
  • the fuel cell system 2 may be connected to the external device 3 through a network.
  • the external device 3 may monitor whether the control of the controller 30 is appropriate or the like. Also, when the fuel cell system 2 malfunctions, the external device 3 may control the controller 30 through a remote control or the like.
  • the external device 3 may receive operation information of the fuel cell system 2 , and convert it into a database to improve the function and efficiency of the control unit 30 and update it.
  • the installer of the fuel cell system 2 may operate an energy saving program reflecting electricity and fuel rates through the external device 3 .
  • FIGS. 6, 7 and 8 are exemplary views for explaining an operating method of the fuel cell system 2 according to some embodiments of the present invention.
  • An operating method of the fuel cell system 2 will be described with reference to FIGS. 6, 7 and 8 .
  • contents similar to or identical to those described above will be briefly described or omitted.
  • the interactive meter reading infrastructure 310 of the control unit 30 may receive electricity bill information ( S700 ).
  • the controller 30 may check whether the amount of power stored in the battery unit 210 is greater than the first reference value (S702).
  • the controller 30 may perform a general control operation (S703).
  • the general control operation refers to the operation of the fuel cell system described above with reference to FIGS. 1 to 5 .
  • the fourth reference value may be determined with reference to cost incurred when the fuel cell stack 120 operates.
  • the control unit 30 may purchase power from the outside of the fuel cell system 2 .
  • the controller 30 may control to store the electric power purchased from the outside of the fuel cell system 2 in the battery unit 210 (S704).
  • the controller 30 may check whether the electricity rate is greater than the fifth reference value (S705). When the electricity rate is less than or equal to the fifth reference value (S705, N), the controller 30 may perform a general control operation (S703).
  • the fifth reference value may be determined with reference to a cost incurred when the fuel cell stack 120 operates.
  • the fourth reference value and the fifth reference value may be the same as or different from each other.
  • the controller 30 may control the fuel cell stack 120 to operate (S706).
  • the controller 30 may sell the power by controlling the power generated by the fuel cell stack 120 to be provided to the outside of the fuel cell system 2 ( S707 ).
  • the control unit 30 may check the amount of power of the battery unit 210 and whether the fuel cell stack 120 is operating. When the amount of power of the battery unit 210 is greater than the first reference value, but continuous operation of the fuel cell stack 120 is required (S800), the control unit 30 provides the power generated by the fuel cell stack 120 to the outside. to sell power (S801). For example, when power can no longer be stored in the battery unit 210 due to the continuous operation of the fuel cell stack 120 , the controller 30 may sell the power generated by the fuel cell stack 120 . can
  • the fuel cell system 2 may build a power trading strategy based on the electricity rate information received from the interactive meter reading infrastructure 310 .
  • the control unit 30 may control to purchase power and store it in the battery unit 210 .
  • the controller 30 may control the fuel cell stack 120 to operate and sell power.
  • the controller 30 controls the fuel cell stack 120 .

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Abstract

연료전지 시스템이 제공된다. 상기 연료전지 시스템은 연료를 개질하는 개질기, 개질기로부터 개질 연료를 제공받아 저장하는 개질 연료 저장부, 개질 연료를 이용하여 전력 및 열을 생성하는 연료전지 스택, 난방수를 이용하여 난방을 제공하는 보일러부, 연료전지 스택에서 생성된 전력을 저장하는 배터리부, 개질기, 개질 연료 저장부, 연료전지 스택, 보일러부 및 배터리부의 동작을 제어하는 제어부를 포함하고, 제어부는, 보일러부의 난방수 온도가 제1 기준값보다 크고, 개질 연료 저장부에 저장된 개질 연료 저장량이 제2 기준값 이하인 경우, 보일러부의 난방수를 이용하여 개질기가 동작하도록 제어한다.

Description

연료전지 시스템
본 발명은 연료전지 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 고분자 전해질 연료전지(PEMFC)와 같은 저온형 연료전지 시스템은 가정 또는 건물에 이용된다. 저온형 연료전지는 개질기와 연료전지 스택을 포함하고 있다. 개질기는 도시 가스를 수소 가스로 개질하는데 이용되고, 연료전지 스택은 수소 가스와 공기를 이용하여 전력 및 열을 생성한다. 연료전지 스택에서 생성된 전력은 가정 또는 건물에 공급되어, 전력원으로서 이용된다. 연료전지 스택에서 생성된 열은 가정 또는 건물에 공급되어 가정 또는 건물의 난방에 이용된다.
현재의 연료전지 시스템에서는 전력 및 난방 중 어느 하나를 제공하기 위해서 개질기 및 연료전지 스택이 모두 동작되어야 한다. 그러나 가정 또는 건물에서 항상 전력과 난방을 동시에 요구하지는 않으며, 가정 또는 건물에서 전력 및 난방 중 어느 하나를 요구하는 경우에는, 다른 에너지가 불필요하게 생성되고 소모되는 문제가 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 개질기와 연료전지 스택의 동작을 독립적으로 수행함으로써 에너지 효율이 개선된 연료전지 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는, 열에너지 손실이 최소화되는 연료전지 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 전력 매매 전략을 수립하여, 이익이 극대화되는 연료전지 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 해당 기술 분야의 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 연료전지 시스템은 연료를 개질하는 개질기, 개질기로부터 개질 연료를 제공받아 저장하는 개질 연료 저장부, 개질 연료를 이용하여 전력 및 열을 생성하는 연료전지 스택, 난방수를 이용하여 난방을 제공하는 보일러부, 연료전지 스택에서 생성된 전력을 저장하는 배터리부, 개질기, 개질 연료 저장부, 연료전지 스택, 보일러부 및 배터리부의 동작을 제어하는 제어부를 포함하고, 제어부는, 보일러부의 난방수 온도가 기준값보다 크고, 개질 연료 저장부에 저장된 개질 연료 저장량이 기준값 이하인 경우, 보일러부의 난방수를 이용하여 개질기가 동작하도록 제어한다.
몇몇 실시예에서, 외부로의 전력 제공이 필요하고, 개질 연료 저장부의 개질 연료 저장량이 기준값 이하이고, 배터리부의 전력량이 기준값 이하인 경우, 제어부는 개질기가 동작하도록 제어하여 개질 연료를 생성하고, 개질 연료를 이용하여 연료전지 스택이 동작하도록 제어한다.
몇몇 실시예에서, 외부로의 전력 제공이 필요하고, 개질 연료 저장부의 개질 연료 저장량이 기준값보다 크고, 배터리부의 전력량이 기준값 이하인 경우, 제어부는 개질기를 비동작하도록 제어하고, 개질 연료 저장부에 저장된 개질 연료를 이용하여 연료전지 스택을 동작하도록 제어한다.
몇몇 실시예에서, 외부로의 전력 제공이 필요하고, 배터리부의 전력량이 기준값보다 큰 경우, 제어부는 배터리부에 저장된 전력을 외부로 제공하도록 제어한다.
몇몇 실시예에서, 외부로의 난방 제공이 필요하고, 보일러부의 난방수 온도가 기준값 이하이고, 배터리부의 전력량이 기준값보다 큰 경우, 제어부는 배터리부에 저장된 전력을 이용하여, 보일러부의 난방수를 가열하도록 제어한다.
몇몇 실시예에서, 외부로의 난방 제공이 필요하고, 보일러부의 난방수 온도가 기준값 이하이고, 배터리부의 전력량이 기준값 이하인 경우, 제어부는 연료전지 스택을 동작하도록 제어하고, 제어부는 연료전지 스택에서 생성된 열을 이용하여, 보일러부의 난방수를 가열하도록 제어한다.
몇몇 실시예에서, 개질 연료 저장부의 개질 연료 저장량이 기준값 이하인 경우, 제어부는 개질기를 동작하도록 제어한다.
몇몇 실시예에서, 개질 연료 저장부의 개질 연료 저장량이 기준값보다 큰 경우, 제어부는 개질기를 비동작하도록 제어하고, 개질 연료 저장부에 저장된 개질 연료를 이용하여 연료전지 스택을 동작하도록 제어한다.
몇몇 실시예에서, 제어부는 양방향 검침 인프라(AMI: Advanced Metering Infrastructure)를 포함하고, 양방향 검침 인프라를 통해 수신한 전기 요금이 기준값보다 큰 경우, 제어부는 연료전지 스택을 동작하도록 제어하고, 연료전지 스택에서 생성된 전력을 외부에 제공하도록 제어한다.
몇몇 실시예에서, 제어부는 양방향 검침 인프라(AMI: Advanced Metering Infrastructure)를 포함하고, 양방향 검침 인프라를 통해 수신한 전기 요금이 기준값 이하인 경우, 제어부는 외부에서 전력을 제공받아 배터리부에 저장하도록 제어한다.
몇몇 실시예에서, 배터리부의 전력이 기준값보다 크고, 연료전지 스택이 동작 중인 경우, 제어부는 연료전지 스택에서 생성된 전력을 외부에 제공하도록 제어한다.
기타 실시 예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명의 몇몇 실시예에 따른 연료전지 시스템은, 개질기와 연료전지 스택의 동작을 독립적으로 수행함으로써 열에너지의 손실을 최소화하고, 이를 통해 에너지 효율을 개선시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 연료전지 시스템은, 전력 매매 전략을 수립함으로써 이익을 극대화시킬 수 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 연료전지 시스템을 설명하기 위한 예시적인 도면이다.
도 2 내지 도 5는 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 연료전지 시스템의 동작을 설명하기 위한 예시적인 도면이다.
도 6은 본 발명의 다른 몇몇 실시예에 따른 연료전지 시스템을 설명하기 위한 예시적인 도면이다.
도 7 및 도 8은 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 연료전지 시스템의 운영 방법을 설명하기 위한 예시적인 도면이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 도면에서 표시된 구성요소의 크기 및 상대적인 크기는 설명의 명료성을 위해 과장된 것일 수 있다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭하며, "및/또는"은 언급된 아이템들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소 외에 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
비록 제1, 제2 등이 다양한 소자나 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 소자나 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 소자나 구성요소를 다른 소자나 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 소자나 구성요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 소자나 구성요소 일 수도 있음은 물론이다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
도 1은 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 연료전지 시스템(1)을 설명하기 위한 예시적인 도면이다. 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 연료전지 시스템(1)은 저온형 연료전지 시스템일 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 연료전지 시스템(1)은 고분자 전해질 연료전지(PEMFC)일 수 있으나, 실시예들이 이에 제한되는 것은 아니다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 연료전지 시스템(1)은 에너지 생성부(10), 에너지 제공부(20) 및 제어부(30)를 포함할 수 있다. 에너지 생성부(10)는 개질기(100), 개질 연료 저장부(110), 연료전지 스택(120) 및 부산물 이용부(130)를 포함할 수 있다. 또한, 에너지 제공부(20)는 보일러부(200) 및 배터리부(210)를 포함할 수 있다.
개질기(100)는 외부에서 연료를 제공받을 수 있다. 개질기(100)는 외부에서 제공받은 연료를 개질(reforming)하여 개질 연료와 개질 부산물을 생성할 수 있다. 개질기(100)에서 생성된 개질 연료는 개질 연료 저장부(110)에 제공될 수 있다. 또한, 개질기(100)에서 생성된 개질 부산물은 부산물 이용부(130)에 제공될 수 있다.
예를 들어, 외부에서 제공되는 연료는 메탄(CH 4) 가스를 포함할 수 있다. 또한, 개질기(100)는 메탄(CH 4) 가스와 물(H 2O)을 이용하여 수소(H 2)와 이산화탄소(CO 2)를 생성할 수 있다. 이때, 생성된 수소(H 2)는 개질 연료로서 개질 연료 저장부(110)에 제공되고, 생성된 이산화탄소(CO 2)는 개질 부산물으로서 부산물 이용부(130)에 제공될 수 있다. 그러나 이는 하나의 예시일 뿐이며, 실시예들이 이에 제한되는 것은 아니다.
개질 연료 저장부(110)는 개질기(100)로부터 개질 연료를 제공받을 수 있다. 개질 연료 저장부(110)는 개질 연료를 저장할 수 있다. 개질 연료 저장부(110)는 개질 연료를 기체상(phase), 액체상 및 고체상 중 어느 하나로 저장할 수 있다. 예를 들어, 개질 연료 저장부(110)는 개질기(100)로부터 개질 연료인 수소(H 2)를 제공받고, 수소(H 2)를 금속 수소화물(metal hydride)의 형태로 저장할 수 있다. 이때, 개질 연료 저장부(110)는 수소(H 2)의 효과적인 저장을 위해, 개질기(100)와 금속 수소화물 사이에 온도 및 압력 조절기를 더 포함할 수 있다. 온도 및 압력 조절기는 금속 수소화물의 온도 및 압력을 적절히 조절하여, 수소(H 2) 가스의 저장 및 방출을 제어할 수 있다. 온도 및 압력 조절기는 예를 들어, 스크류(screw) 타입의 컴프레셔가 이용될 수 있으나, 실시예들이 이에 제한되는 것은 아니다. 개질 연료 저장부(110)는 저장된 개질 연료를 연료전지 스택(120)에 제공할 수 있다.
연료전지 스택(120)은 개질 연료 저장부(110)로부터 개질 연료를 제공받을 수 있다. 연료전지 스택(120)은 제공받은 개질 연료와, 공기(예를 들어, 산소(O 2))를 이용하여 전력을 생산할 수 있다. 연료전지 스택(120)이 개질 연료를 이용하여 전력을 생산할 때, 내부 화학 반응으로 인해 열이 발생할 수 있다. 다시 말해서, 연료전지 스택(120)은 개질 연료를 이용하여 전력 및 열을 생성할 수 있다. 연료전지 스택(120)에서 생성된 전력은 배터리부(210)에 제공될 수 있다. 예를 들어, 연료전지 스택(120)에서 생성된 전력은 배터리부(210) 내의 축전지에 저장될 수 있다.
또한, 연료전지 스택(120)에서 생성된 열은 보일러부(200)에 제공될 수 있다. 예를 들어, 연료전지 스택(120)에서 생성된 열은 보일러부(200)의 난방수에 제공될 수 있다. 난방수는 난방 공급을 위해 보일러부(200)에서 연료전지 시스템(1)의 외부로 제공되는 물을 의미한다.
예를 들어, 연료전지 스택(120)에서 생성된 열은 연료전지 스택(120) 내부를 유동하는 냉각수에 제공될 수 있다. 연료전지 스택(120)의 냉각수는 연료전지 스택(120)에서 생성된 열을 제공받기 때문에 온도가 상승할 수 있다. 온도가 상승된 냉각수는 열교환기(heat exchanger)를 통해 보일러부(200)의 난방수와 열을 교환할 수 있다. 즉, 온도가 상승된 냉각수는 열교환기를 통해 난방수에 열을 제공하므로 온도가 감소될 수 있고, 난방수는 열교환기를 통해 온도가 상승된 냉각수로부터 열을 제공받으므로 온도가 상승될 수 있다. 다시 말해서, 연료전지 스택(120)에서 생성된 열은 열교환기를 통해 보일러부(200)의 난방수를 가열하는데 이용될 수 있다.
다른 예를 들어, 연료전지 스택(120)의 냉각수는 보일러부(200)에 직접 제공되어 난방수로 사용될 수 있다. 다시 말해서, 연료전지 스택(120) 내부를 유동하는 냉각수는, 연료전지 스택(120)에서 생성된 열을 제공받아 온도가 상승하고, 온도가 상승된 냉각수는 보일러부(200)에 제공되어, 난방수로 직접 이용될 수 있다. 다시 말해서, 연료전지 스택(120)에서 생성된 열은 보일러부(200)의 난방수를 직접 가열하는데 이용될 수 있다. 결과적으로, 연료전지 스택(120)에서 생성된 열은 보일러부(200)의 난방수에 제공될 수 있다.
몇몇 실시예에 따르면, 개질기(100)는 보일러부(200)로부터 열을 제공받을 수 있다. 예를 들어, 개질기(100)는 보일러부(200)의 난방수를 직접 제공받을 수 있다. 다른 예를 들어, 개질기(100)는 보일러부(200)의 난방수로부터 열교환기를 통해 열을 제공받을 수 있다. 구체적인 설명은 후술한다.
보일러부(200)는 연료전지 시스템(1) 외부에 난방을 제공할 수 있다. 예를 들어, 보일러부(200)는 건물 등에 난방을 제공할 수 있다. 즉, 보일러부(200)는 온도가 증가된 난방수를 건물 등에 제공함으로써 난방을 제공할 수 있다.
배터리부(210)는 연료전지 시스템(1) 외부에 전력을 제공할 수 있다. 예를 들어, 배터리부(210)는 배터리부(210) 내의 축전기에 저장된 전력을 건물 등에 제공할 수 있다. 몇몇 실시예에 따르면, 배터리부(210)는 축전기, BMS(Battery Management System) 및 PCS(Power Conditioning System) 등을 포함할 수 있으나, 실시예들이 이에 제한되는 것은 아니다.
몇몇 실시예에 따르면, 배터리부(210)에 저장된 전력은 보일러부(200)의 난방수 온도를 증가시키는데 이용될 수 있다. 구체적인 설명은 후술한다.
부산물 이용부(130)는 개질기(100)에서 발생된 개질 부산물을 이용할 수 있다. 본 발명의 몇몇 실시예에 따르면, 부산물 이용부(130)는 개질 부산물의 적어도 일부를 이용하여, 개질 연료 및 전력을 생성할 수 있다. 부산물 이용부(130)에서 이용되지 않은 개질 부산물은 배기구를 통해 배출될 수 있다. 배기구는 외부로 노출될 수도 있고, 개질 부산물의 추가적인 처리를 위한 장치에 연결될 수도 있다.
예를 들어, 부산물 이용부(130)는 개질 부산물인 이산화탄소(CO 2)를 액체상의 물(H 2O)에 용해하여, 수소 이온(H +)과 탄산수소 이온(HCO3 -)을 생성하고, 수소 이온(H +)을 환원함으로써, 개질 연료인 수소 기체(H 2)를 생성할 수 있다. 수소 이온(H +)이 환원되는 과정에서, 전자의 흐름(즉, 전류)이 발생될 수 있다. 다시 말해서, 부산물 이용부(130)는 개질 부산물인 이산화탄소(CO 2)를 이용하여, 개질 연료인 수소 기체(H 2) 및 전력을 생성할 수 있다. 부산물 이용부(130)에서 생성된 개질 연료는 개질 연료 저장부(110)에 제공될 수 있다. 또한, 부산물 이용부(130)에서 생성된 전력은 배터리부(210)에 제공될 수 있다.
도시되지는 않았으나, 부산물 이용부(130)는 부산물 처리부 및 부산물 저장부를 포함할 수 있다. 몇몇 실시예에 따르면, 부산물 처리부는 개질 부산물의 일부를 이용하여 개질 연료 및 전력을 생성하고, 부산물 저장부는 부산물 처리부에서 이용되지 않은 나머지 개질 부산물을 저장할 수 있다. 부산물 저장부에 개질 부산물이 특정 수준 이상 저장된 경우, 부산물 이용부(130)는 개질 부산물을 배기구로 배출할 수 있다.
본 발명의 몇몇 실시예에 따르면, 제어부(30)는 에너지 생성부(10) 및 에너지 제공부(20)의 전반적인 동작을 제어할 수 있다. 다시 말해서, 제어부(30)는 개질기(100), 개질 연료 저장부(110), 연료전지 스택(120), 부산물 이용부(130), 보일러부(200) 및 배터리부(210)의 전반적인 동작을 제어할 수 있다.
도 1은 본 발명의 몇몇 실시예들을 설명하기 위해 참고적으로 도시된 것이다. 또한, 본 발명의 몇몇 실시예들에 따른 연료전지 시스템(1)을 실시함에 있어, 도 1에 도시된 구성요소들이 모두 필수적으로 구비되어야 하는 것은 아니며, 도 1에 도시된 구성요소들만으로 구성될 필요도 없다. 다시 말해서, 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 도 1에 도시된 구성요소 중 일부를 생략하여 실시하거나, 도 1에 도시되지 않은 다른 구성요소를 추가하여 실시할 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 연료전지 시스템(1)은 부산물 이용부(130)를 생략하여 구성될 수 있다.
도 2는 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 연료전지 시스템(1)의 동작을 설명하기 위한 예시적인 도면이다. 도 1 및 도 2를 참조하여 연료전지 시스템(1)의 외부(예를 들어, 건물)에서 전력 및 난방의 제공을 요구하는 경우의 연료전지 시스템(1)의 동작을 설명한다.
연료전지 시스템(1)의 외부에서 전력 및 난방의 제공을 요청하면(S200), 제어부(30)는 배터리부(210)에 저장된 전력이 제1 기준값을 초과하는지 여부를 확인할 수 있다(S201). 제1 기준값은 연료전지 시스템(1)의 사용자가 필요에 따라 설정할 수도 있고, 연료전지 시스템(1)의 설치 사업자가 미리 설정한 값일 수도 있다. 다시 말해서, 제어부(30)는 배터리부(210)에 충전된 전력량이 제1 기준값보다 큰지 여부를 여부를 확인할 수 있다.
배터리부(210)에 저장된 전력이 제1 기준값보다 큰 경우(S201, Y), 제어부(30)는 보일러부(200)의 난방수 온도가 제2 기준값을 초과하는지 여부를 확인할 수 있다(S202). 제2 기준값은 연료전지 시스템(1)의 사용자가 필요에 따라 설정할 수도 있고, 연료전지 시스템(1)의 설치 사업자가 미리 설정한 값일 수도 있다.
보일러부(200)의 난방수 온도가 제2 기준값을 초과하는 경우(S202, Y), 제어부(30)는 배터리부(210)에 저장된 전력을 연료전지 시스템(1)의 외부에 제공할 수 있다(S203). 또한, 제어부(30)는 온도가 제2 기준값보다 큰, 보일러부(200)의 난방수를 연료전지 시스템(1)의 외부에 제공할 수 있다(S204). 다시 말해서, 배터리부(210)의 전력이 제1 기준값보다 크고, 보일러부(200)의 난방수 온도가 제2 기준값보다 큰 경우, 제어부(30)는 연료전지 스택(120)의 동작 없이도, 연료전지 시스템(1) 외부로 전력 및 난방을 제공할 수 있다.
몇몇 실시예에서, 보일러부(200)의 난방수 온도가 제2 기준값을 초과하는 경우에도, 제어부(30)는 배터리부(210)에 저장된 전력을 이용하여 보일러부(200)의 난방수를 추가적으로 가열하고, 가열된 난방수를 연료전지 시스템(1)의 외부로 제공할 수 있다.
보일러부(200)의 난방수 온도가 제2 기준값 이하인 경우(S202, N), 제어부(30)는 배터리부(210)에 저장된 전력을 연료전지 시스템(1)의 외부에 제공할 수 있다(S205). 또한, 제어부(30)는 배터리부(210)에 저장된 전력을 이용하여, 보일러부(200)의 난방수를 가열할 수 있다. 제어부(30)는 배터리부(210)에 저장된 전력에 의해 가열된 보일러부(200)의 난방수를 연료전지 시스템(1)의 외부에 제공할 수 있다(S206). 다시 말해서, 배터리부(210)의 전력이 제1 기준값보다 크고, 보일러부(200)의 난방수 온도가 제2 기준값 이하인 경우, 제어부(30)는 연료전지 스택(120)의 동작 없이도, 배터리부(210)에 저장된 전력만을 이용하여 연료전지 시스템(1) 외부로 전력 및 난방을 제공할 수 있다.
배터리부(210)에 저장된 전력이 제1 기준값 이하인 경우(S201, N), 제어부(30)는 보일러부(200)의 난방수 온도가 제2 기준값을 초과하는지 여부를 확인할 수 있다(S207). 보일러부(200)의 난방수 온도가 제2 기준값을 초과하는 경우(S207, Y), 제어부(30)는 개질 연료 저장부(110)에 저장된 개질 연료의 저장량이 제3 기준값을 초과하는지 여부를 확인할 수 있다(S208). 제3 기준값은 연료전지 시스템(1)의 사용자가 필요에 따라 설정할 수도 있고, 연료전지 시스템(1)의 설치 사업자가 미리 설정한 값일 수도 있다.
몇몇 실시예에 따르면, 개질기(100)의 동작과 연료전지 스택(120)의 동작은 서로 독립적으로 제어될 수 있다. 개질 연료 저장부(110)의 개질 연료 저장량이 제3 기준값을 초과하는 경우(S208, Y), 제어부(30)는 개질기(100)의 동작 없이, 개질 연료 저장부(110)에 저장된 개질 연료만으로 연료전지 스택(120)이 동작하도록 제어할 수 있다. 다시 말해서, 제어부(30)는 개질기(100)의 동작 없이, 개질 연료 저장부(110)에 저장된 개질 연료를 연료전지 스택(120)에 제공하도록 제어하고, 개질 연료 저장부(110)에서 제공받은 개질 연료를 이용하여 연료전지 스택(120)이 동작하도록 제어할 수 있다. 연료전지 스택(120)은 개질 연료를 이용하여 전력을 생산하며, 제어부(30)는 연료전지 스택(120)에서 생산된 전력을 연료전지 시스템(1) 외부로 제공할 수 있다(S209). 예를 들어, 제어부(30)는 연료전지 스택(120)에서 생산된 전력을 전력 변환 장치 등을 통해 연료전지 시스템(1) 외부에 직접 제공하도록 제어할 수 있다. 다른 예를 들어, 연료전지 스택(120)에서 생산된 전력은 배터리부(210)에 저장되고, 제어부(30)는 배터리부(210)를 제어하여 외부에 전력을 제공하도록 제어할 수도 있다.
보일러부(200)의 난방수 온도가 제2 기준값을 초과하므로, 제어부(30)는 보일러부(200)의 난방수를 연료전지 시스템(1) 외부에 제공할 수 있다. 제어부(30)는 보일러부(200)의 난방수를 연료전지 시스템(1) 외부에 제공함으로써 난방을 제공할 수 있다(S210). 몇몇 실시예에서, 보일러부(200)의 난방수 온도가 제2 기준값을 초과하는 경우에도, 제어부(30)는 연료전지 스택(120)의 동작 시 생성되는 열을 이용하여 보일러부(200)의 난방수를 추가적으로 가열하고, 가열된 난방수를 연료전지 시스템(1)의 외부로 제공할 수 있다. 그러나, 실시예들이 이에 제한되는 것은 아니고, 제어부(30)는 보일러부(200)의 난방수의 추가 가열 없이, 보일러부(200)의 난방수를 연료전지 시스템(1)의 외부로 제공할 수 있음은 물론이다.
개질 연료 저장부(110)의 개질 연료 저장량이 제3 기준값 이하인 경우(S208, N), 개질기(100)의 동작이 필요할 수 있다. 이때, 보일러부(200)의 난방수 온도가 제2 기준값을 초과하므로, 제어부(30)는 보일러부(200)의 난방수를 이용하여 개질기(100)가 동작하도록 제어할 수 있다.
개질기(100)는 연료를 개질할 때, 연료와 기체상(phase)의 물(즉, 수증기)이 필요할 수 있다. 액체상의 물을 기체상의 물로 상변화하기 위해서는 액체상의 물에 열에너지를 제공할 필요가 있다. 몇몇 실시예에 따르면, 제어부(30)는 배터리부(210)의 전력 또는 외부 전력을 이용하여 액체상의 물을 가열하여 증기화할 수 있다. 이때, 배터리부(210) 또는 외부 전력의 소모를 감소시키기 위해, 제어부(30)는 온도가 제2 기준값 보다 큰 보일러부(200)의 난방수를 이용할 수 있다. 예를 들어, 보일러부(200)의 난방수는 개질기(100)에 직접 제공되고, 제어부(30)는 개질기(100)에 제공된 난방수를 가열하여 증기화할 수 있다. 다른 예를 들어, 보일러부(200)의 난방수는 열교환기를 통해 개질기(100)에 제공되는 액체상의 물에 열을 제공할 수 있다. 다시 말해서, 제어부(30)는 보일러부(200)의 난방수의 열을 이용하여 개질기(100)를 동작시키기 때문에, 개질기(100) 동작에 발생되는 전력 소비를 줄일 수 있어 효율이 증가될 수 있다.
다시 말해서, 배터리부(210)의 전력량이 제1 기준값 이하이고, 보일러부(200)의 난방수 온도가 제2 기준값을 초과하고, 개질 연료 저장부(110)의 개질 연료 저장량이 제3 기준값 이하인 경우, 제어부(30)는 보일러부(200)의 난방수를 이용하여 개질기(100)를 동작하도록 제어하고, 개질기(100)에서 생성된 개질 연료를 연료전지 스택(120)에 제공할 수 있다. 제어부(30)는 개질 연료를 이용하여 연료전지 스택(120)이 동작하도록 제어하고, 연료전지 스택(120)에서 생성되는 전력을 연료전지 시스템(1) 외부에 제공할 수 있다(S211). 또한, 제어부(30)는 보일러부(200)의 난방수를 연료전지 시스템(1) 외부에 제공할 수 있다(S212).
몇몇 실시예에서, 보일러부(200)의 난방수 온도가 제2 기준값을 초과하는 경우에도, 제어부(30)는 연료전지 스택(120)의 동작 시 생성되는 열을 이용하여 보일러부(200)의 난방수를 추가적으로 가열하고, 가열된 난방수를 연료전지 시스템(1)의 외부로 제공할 수 있다. 그러나, 실시예들이 이에 제한되는 것은 아니고, 제어부(30)는 보일러부(200)의 난방수의 추가 가열 없이, 보일러부(200)의 난방수를 연료전지 시스템(1)의 외부로 제공할 수 있음은 물론이다.
보일러부(200)의 난방수 온도가 제2 기준값 이하인 경우(S207, N), 제어부(30)는 개질 연료 저장부(110)에 저장된 개질 연료의 저장량이 제3 기준값을 초과하는지 여부를 확인할 수 있다(S213).
개질 연료 저장부(110)의 개질 연료 저장량이 제3 기준값을 초과하는 경우(S213, Y), 제어부(30)는 개질기(100)의 동작 없이, 개질 연료 저장부(110)에 저장된 개질 연료만으로 연료전지 스택(120)을 동작시킬 수 있다. 다시 말해서, 제어부(30)는 개질기(100)의 동작 없이, 개질 연료 저장부(110)에 저장된 개질 연료를 연료전지 스택(120)에 제공하도록 제어할 수 있다. 제어부(30)는 연료전지 스택(120)을 동작하여 전력을 생산하고, 생산된 전력을 연료전지 시스템(1) 외부로 제공하도록 제어할 수 있다(S214). 또한, 제어부(30)는 연료전지 스택(120)에서 생성된 열을 이용하여 보일러부(200)의 난방수를 가열하고, 가열된 난방수를 연료전지 시스템(1) 외부로 제공하도록 제어할 수 있다(S215).
개질 연료 저장부(110)의 개질 연료 저장량이 제3 기준값 이하인 경우(S213, N), 개질기(100)의 동작이 필요할 수 있다. 제어부(30)는 개질기(100)의 동작을 제어하여, 개질 연료를 생성하고, 생성된 개질 연료를 이용하여 연료전지 스택(120)이 동작하도록 제어할 수 있다. 연료전지 스택(120)은 전력 및 열을 생성할 수 있다. 제어부(30)는 연료전지 스택(120)에서 생성된 전력을 연료전지 시스템(1) 외부로 제공하도록 제어할 수 있다(S216). 또한, 제어부(30)는 연료전지 스택(120)에서 생성된 열을 이용하여 보일러부(200)의 난방수를 가열하고, 이를 연료전지 시스템(1) 외부로 제공하도록 제어할 수 있다(S217).
도 3은 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 연료전지 시스템(1)의 동작을 설명하기 위한 예시적인 도면이다. 도 1 및 도 3을 참조하여 연료전지 시스템(1)의 외부에서 전력의 제공만 요구하는 경우의 연료전지 시스템(1)의 동작을 설명한다. 설명의 편의를 위해, 전술한 내용과 유사하거나 동일한 내용은 간단히 설명하거나 생략한다.
연료전지 시스템(1)의 외부에서 전력의 제공을 요청하면(S300), 제어부(30)는 배터리부(210)에 저장된 전력이 제1 기준값을 초과하는지 여부를 확인할 수 있다(S301). 배터리부(210)에 저장된 전력이 제1 기준값을 초과하는 경우(S301, Y), 제어부(30)는 배터리부(210)에 저장된 전력을 연료전지 시스템(1) 외부에 제공할 수 있다(S302).
배터리부(210)에 저장된 전력이 제1 기준값 이하인 경우(S301, N), 제어부(30)는 개질 연료 저장부(110)에 저장된 개질 연료 저장량이 제3 기준값을 초과하는지 여부를 확인할 수 있다(S302). 개질 연료 저장부(110)에 저장된 개질 연료 저장량이 제3 기준값을 초과하는 경우(S302, Y), 제어부(30)는 개질기(100)의 동작 없이, 개질 연료 저장부(110)에 저장된 개질 연료를 이용하여 연료전지 스택(120)을 동작하도록 제어할 수 있다. 제어부(30)는 연료전지 스택(120)에서 생성되는 전력을 연료전지 시스템(1) 외부에 제공하도록 제어할 수 있다(S303).
개질 연료 저장부(110)에 저장된 개질 연료 저장량이 제3 기준값 이하인 경우(S302, N), 제어부(30)는 보일러부(200)의 난방수 온도가 제2 기준값을 초과하는지 여부를 확인할 수 있다(S304). 보일러부(200)의 난방수 온도가 제2 기준값을 초과하는 경우(S304, Y), 제어부(30)는 보일러부(200)의 난방수를 이용하여 개질기(100)를 동작하도록 제어할 수 있다. 제어부(30)는 개질기(100)에서 생성된 개질 연료를 이용하여, 연료전지 스택(120)을 동작하도록 제어하고, 연료전지 스택(120)에서 생성된 전력을 연료전지 시스템(1)의 외부에 제공할 수 있다(S305).
보일러부(200)의 난방수 온도가 제2 기준값 이하인 경우(S304, N), 제어부(30)는 개질기(100)를 동작하도록 제어하고, 개질기(100)에서 생성된 개질 연료를 연료전지 스택(120)에 제공하도록 제어할 수 있다. 제어부(30)는 개질기(100)에서 생성된 개질 연료를 이용하여 연료전지 스택(120)을 동작하도록 제어하고, 연료전지 스택(120)에서 생성된 전력을 연료전지 시스템(1) 외부로 제공할 수 있다(S306).
도 4는 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 연료전지 시스템(1)의 동작을 설명하기 위한 예시적인 도면이다. 도 1 및 도 4를 참조하여 연료전지 시스템(1)의 외부에서 난방의 제공만 요구하는 경우의 연료전지 시스템(1)의 동작을 설명한다. 설명의 편의를 위해, 전술한 내용과 유사하거나 동일한 내용은 간단히 설명하거나 생략한다.
연료전지 시스템(1)의 외부에서 난방의 제공을 요청하면(S400), 제어부(30)는 보일러부(200)의 난방수 온도가 제2 기준값을 초과하는지 여부를 확인할 수 있다(S401). 보일러부(200)의 난방수 온도가 제2 기준값을 초과하는 경우(S401, Y), 제어부(30)는 보일러부(200)의 난방수를 연료전지 시스템(1)의 외부에 제공할 수 있다(S402).
보일러부(200)의 난방수 온도가 제2 기준값 이하인 경우(S401, N), 제어부(30)는 배터리부(210)의 전력량이 제1 기준값을 초과하는지 여부를 확인할 수 있다(S403). 배터리부(210)의 전력량이 제1 기준값을 초과하는 경우(S403, Y), 제어부(30)는 배터리부(210)의 전력을 이용하여 보일러부(200)의 난방수를 가열하고, 가열된 보일러부(200)의 난방수를 연료전지 시스템(1) 외부에 제공할 수 있다(S404).
배터리부(210)의 전력량이 제1 기준값 이하인 경우(S403, N), 제어부(30)는 개질 연료 저장부(110)의 개질 연료 저장량이 제3 기준값을 초과하는지 여부를 확인할 수 있다(S405). 개질 연료 저장부(110)의 개질 연료 저장량이 제3 기준값을 초과하는 경우(S405, Y), 제어부(30)는 개질기(100)의 동작 없이, 개질 연료 저장부(110)에 저장된 개질 연료를 이용하여 연료전지 스택(120)을 동작하도록 제어할 수 있다. 이때, 제어부(30)는 연료전지 스택(120)에서 생성되는 전력을 이용하여 배터리부(210)를 충전하도록 제어할 수 있다(S406). 또한, 제어부(30)는 연료전지 스택(120)에서 생성되는 열을 이용하여 보일러부(200)의 난방수를 가열하고, 가열된 난방수를 연료전지 시스템(1) 외부로 제공하도록 제어할 수 있다(S407).
개질 연료 저장부(110)의 개질 연료 저장량이 제3 기준값 이하인 경우(S405, N), 제어부(30)는 개질기(100)가 동작하도록 제어할 수 있다. 제어부(30)는 개질기(100)에서 제공된 개질 연료를 이용하여 연료전지 스택(120)을 동작하도록 제어할 수 있다. 제어부(30)는 연료전지 스택(120)에서 생성되는 전력을 배터리부(210)에 저장하도록 제어할 수 있다(S408). 제어부(30)는 연료전지 스택(120)에서 생성되는 열을 이용하여, 보일러부(200)의 난방수를 가열하고, 가열된 난방수를 연료전지 시스템(1) 외부로 제공할 수 있다(S407).
도 5는 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 연료전지 시스템(1)의 동작을 설명하기 위한 예시적인 도면이다. 도 1 및 도 5를 참조하여 연료전지 시스템(1)의 상시 동작을 설명한다. 설명의 편의를 위해, 전술한 내용과 유사하거나 동일한 내용은 간단히 설명하거나 생략한다.
제어부(30)는 보일러부(200)의 난방수 온도와, 개질 연료 저장부(110)의 개질 연료 저장량을 상시 확인할 수 있다. 보일러부(200)의 난방수 온도가 제2 기준값을 초과하고, 개질 연료 저장부(110)의 개질 연료 저장량이 제3 기준값 이하인 경우(S500), 제어부(30)는 보일러부(200)의 난방수를 이용하여, 개질기(100)가 동작하도록 제어할 수 있다. 제어부(30)는 개질기(100)에서 생성된 개질 연료를 개질 연료 저장부(110)에 저장하도록 제어할 수 있다(S510).
이상 본 발명의 몇몇 실시예에 따르면, 연료전지 시스템(1) 외부에 전력 제공이 필요하고, 배터리부(210)의 전력량이 제1 기준값을 초과하는 경우, 제어부(30)는 개질기(100) 및 연료전지 스택(120)의 동작 없이, 배터리부(210)에 저장된 전력을 연료전지 시스템(1) 외부에 제공하도록 제어할 수 있다.
본 발명의 몇몇 실시예에 따르면, 연료전지 시스템(1) 외부에 전력 제공이 필요하고, 배터리부(210)의 전력량이 제1 기준값 이하이고, 개질 연료 저장부(110)의 개질 연료 저장량이 제3 기준값을 초과하는 경우, 제어부(30)는 개질기(100)의 동작 없이, 개질 연료 저장부(110)에 저장된 개질 연료를 이용하여 연료전지 스택(120)을 동작하도록 제어할 수 있다.
본 발명의 몇몇 실시예에 따르면, 연료전지 시스템(1) 외부에 전력 제공이 필요하고, 배터리부(210)의 전력량이 제1 기준값 이하이고, 개질 연료 저장부(110)의 개질 연료 저장량이 제3 기준값 이하이고, 보일러부(200)의 난방수 온도가 제2 기준값을 초과하는 경우, 제어부(30)는 보일러부(200)의 난방수를 이용하여 개질기(100)를 동작하도록 제어할 수 있다.
본 발명의 몇몇 실시예에 따르면, 연료전지 시스템(1) 외부에 난방 제공이 필요하고, 보일러부(200)의 난방수 온도가 제2 기준값을 초과하는 경우, 제어부(30)는 개질기(100) 및 연료전지 스택(120)의 동작없이, 보일러부(200)의 난방수를 연료전지 시스템(1) 외부에 제공할 수 있다.
본 발명의 몇몇 실시예에 따르면, 연료전지 시스템(1) 외부에 난방 제공이 필요하고, 배터리부(210)의 전력량이 제1 기준값을 초과하고, 보일러부(200)의 난방수 온도가 제2 기준값 이하인 경우, 제어부(30)는 연료전지 스택(120)의 동작없이, 배터리부(210)에 저장된 전력을 이용하여 보일러부(200)의 난방수를 가열할 수 있다.
본 발명의 몇몇 실시예에 따르면, 제어부(30)는 보일러부(200)의 난방수 온도 및 개질 연료 저장부(110)의 개질 연료 저장량을 상시 확인하고, 보일러부(200)의 난방수 온도가 제2 기준값을 초과하고, 개질 연료 저장부(110)의 개질 연료 저장량이 제3 기준값 이하인 경우, 보일러부(200)의 난방수를 이용하여, 개질기(100)가 동작하도록 제어할 수 있다.
도 6은 본 발명의 다른 몇몇 실시예에 따른 연료전지 시스템(2)을 설명하기 위한 예시적인 도면이다. 설명의 편의를 위해, 전술한 내용과 동일하거나 유사한 내용은 생략하거나 간단히 설명한다.
본 발명의 몇몇 실시예에 따른 연료전지 시스템(2)의 제어부(30)는 양방향 검침 인프라(AMI: Advanced Metering Infrastructure, 310)를 포함할 수 있다. 제어부(30)는 양방향 검침 인프라(310)를 통해 사용 전력 등의 정보를 외부에 제공할 수 있고, 외부로부터 연료 요금, 전기 요금 등의 정보를 수신할 수 있다.
본 발명의 몇몇 실시예에 따른 연료전지 시스템(2)은 네트워크를 통해 외부 장치(3)와 연결될 수 있다. 몇몇 실시예에 따르면, 외부 장치(3)는 제어부(30)의 제어가 적절한지 등을 모니터링할 수 있다. 또한, 외부 장치(3)는 연료전지 시스템(2)이 오작동하는 경우, 원격 제어 등을 통해 제어부(30)를 제어할 수 있다. 또한, 외부 장치(3)는 연료전지 시스템(2)의 운영 정보 등을 제공받고, 이를 데이터베이스화하여, 제어부(30)의 기능 및 효율을 개선하고, 이를 업데이트할 수 있다. 또한, 연료전지 시스템(2)의 설치 사업자는 외부 장치(3)를 통해 전기 요금 및 연료 요금 등을 반영한 에너지 절약 프로그램 등을 운영할 수 있다.
도 7 및 도 8은 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 연료전지 시스템(2)의 운영 방법을 설명하기 위한 예시적인 도면이다. 도 6, 도 7 및 도 8를 참조하여 연료전지 시스템(2)의 운영 방법을 설명한다. 설명의 편의를 위해, 전술한 내용과 유사하거나 동일한 내용은 간단히 설명하거나 생략한다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 제어부(30)의 양방향 검침 인프라(310)는 전기 요금 정보를 수신할 수 있다(S700). 전기 요금이 제4 기준값보다 작은 경우(S701, Y), 제어부(30)는 배터리부(210)에 저장된 전력량이 제1 기준값보다 큰지 여부를 확인할 수 있다(S702). 배터리부(210)의 전력량이 제1 기준값보다 큰 경우(S702, Y), 제어부(30)는 일반적인 제어 동작을 수행할 수 있다(S703). 일반적인 제어 동작은 앞서 도 1 내지 도 5를 이용하여 설명한 연료전지 시스템의 동작을 의미한다. 제4 기준값은 연료전지 스택(120)이 동작할 때 발생되는 비용을 참고하여 결정될 수 있다.
배터리부(210)의 전력량이 제1 기준값 이하인 경우(S702, N), 제어부(30)는 연료전지 시스템(2)의 외부로부터 전력을 매수할 수 있다. 제어부(30)는 연료전지 시스템(2)의 외부로부터 매수한 전력을 배터리부(210)에 저장하도록 제어할 수 있다(S704).
전기 요금이 제4 기준값 이상인 경우(S701, N), 제어부(30)는 전기 요금이 제5 기준값보다 큰 지 여부를 확인할 수 있다(S705). 전기 요금이 제5 기준값 이하인 경우(S705, N), 제어부(30)는 일반적인 제어 동작을 수행할 수 있다(S703). 제5 기준값은 연료전지 스택(120)이 동작할 때 발생되는 비용을 참고하여 결정될 수 있다. 제4 기준값과 제5 기준값은 서로 동일할 수도 있고, 서로 상이할 수도 있다.
전기 요금이 제5 기준값보다 큰 경우(S705, Y), 제어부(30)는 연료전지 스택(120)이 동작하도록 제어할 수 있다(S706). 제어부(30)는 연료전지 스택(120)이 생성한 전력을 연료전지 시스템(2) 외부에 제공하도록 제어하여 전력을 매도할 수 있다(S707).
도 6 및 도 8을 참조하면, 제어부(30)는 배터리부(210)의 전력량 및 연료전지 스택(120)의 동작 여부를 확인할 수 있다. 배터리부(210)의 전력량이 제1 기준값보다 크지만, 연료전지 스택(120)의 지속적인 동작이 필요한 경우(S800), 제어부(30)는 연료전지 스택(120)에서 생성하는 전력을 외부로 제공하여 전력을 매도할 수 있다(S801). 예를 들어, 연료전지 스택(120)의 지속적 동작으로 인해, 배터리부(210)에 더 이상 전력이 저장될 수 없는 경우, 제어부(30)는 연료전지 스택(120)에서 생성하는 전력을 매도할 수 있다.
이상 본 발명의 몇몇 실시예에 따르면, 연료전지 시스템(2)은 양방향 검침 인프라(310)에서 수신한 전기 요금 정보를 기초로, 전력 매매 전략을 구축할 수 있다. 다시 말해서, 연료전지 시스템(2)을 통한 발전에 소요되는 비용보다 전기 요금이 저렴한 경우, 제어부(30)는 전력을 매수하여 이를 배터리부(210)에 저장하도록 제어할 수 있다. 또한, 연료전지 시스템(2)을 통한 발전에 소요되는 비용보다 전기 요금이 비싼 경우, 제어부(30)는 연료전지 스택(120)을 동작하여 전력을 매도하도록 제어할 수 있다.
본 발명의 몇몇 실시예에 따르면, 배터리부(210)에 더 이상 전력이 저장될 공간이 없으나, 연료전지 스택(120)이 동작하여 전력이 생성되는 경우, 제어부(30)는 연료전지 스택(120)에서 생성되는 전력을 연료전지 시스템(2) 외부로 매도할 수 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예들을 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 제조될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

Claims (11)

  1. 연료를 개질하는 개질기;
    상기 개질기로부터 개질 연료를 제공받아 저장하는 개질 연료 저장부;
    상기 개질 연료를 이용하여 전력 및 열을 생성하는 연료전지 스택;
    난방수를 이용하여 난방을 제공하는 보일러부;
    상기 연료전지 스택에서 생성된 전력을 저장하는 배터리부;
    상기 개질기, 상기 개질 연료 저장부, 상기 연료전지 스택, 상기 보일러부 및 상기 배터리부의 동작을 제어하는 제어부를 포함하고,
    상기 제어부는, 상기 보일러부의 난방수 온도가 제1 기준값보다 크고, 상기 개질 연료 저장부에 저장된 개질 연료 저장량이 제2 기준값 이하인 경우, 상기 보일러부의 난방수를 이용하여 상기 개질기가 동작하도록 제어하는 연료전지 시스템.
  2. 제1 항에 있어서,
    외부로의 전력 제공이 필요하고, 상기 개질 연료 저장부의 개질 연료 저장량이 상기 제2 기준값 이하이고, 상기 배터리부의 전력량이 제3 기준값 이하인 경우,
    상기 제어부는 상기 개질기가 동작하도록 제어하여 상기 개질 연료를 생성하고, 상기 개질 연료를 이용하여 상기 연료전지 스택이 동작하도록 제어하는 연료전지 시스템.
  3. 제1 항에 있어서,
    외부로의 전력 제공이 필요하고, 상기 개질 연료 저장부의 개질 연료 저장량이 상기 제2 기준값보다 크고, 상기 배터리부의 전력량이 제3 기준값 이하인 경우,
    상기 제어부는 상기 개질기를 비동작하도록 제어하고, 상기 개질 연료 저장부에 저장된 상기 개질 연료를 이용하여 상기 연료전지 스택을 동작하도록 제어하는 연료전지 시스템.
  4. 제1 항에 있어서,
    외부로의 전력 제공이 필요하고, 상기 배터리부의 전력량이 제3 기준값보다 큰 경우,
    상기 제어부는 상기 배터리부에 저장된 전력을 외부로 제공하도록 제어하는 연료전지 시스템.
  5. 제1 항에 있어서,
    외부로의 난방 제공이 필요하고, 상기 보일러부의 난방수 온도가 상기 제1 기준값 이하이고, 상기 배터리부의 전력량이 제3 기준값보다 큰 경우,
    상기 제어부는 상기 배터리부에 저장된 전력을 이용하여, 상기 보일러부의 난방수를 가열하도록 제어하는 연료전지 시스템.
  6. 제1 항에 있어서,
    외부로의 난방 제공이 필요하고, 상기 보일러부의 난방수 온도가 상기 제1 기준값 이하이고, 상기 배터리부의 전력량이 제3 기준값 이하인 경우,
    상기 제어부는 상기 연료전지 스택을 동작하도록 제어하고,
    상기 제어부는 상기 연료전지 스택에서 생성된 열을 이용하여, 상기 보일러부의 난방수를 가열하도록 제어하는 연료전지 시스템.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 개질 연료 저장부의 개질 연료 저장량이 상기 제2 기준값 이하인 경우,
    상기 제어부는 상기 개질기를 동작하도록 제어하는 연료전지 시스템.
  8. 제6 항에 있어서,
    상기 개질 연료 저장부의 개질 연료 저장량이 상기 제2 기준값보다 큰 경우,
    상기 제어부는 상기 개질기를 비동작하도록 제어하고, 상기 개질 연료 저장부에 저장된 개질 연료를 이용하여 상기 연료전지 스택을 동작하도록 제어하는 연료전지 시스템.
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 제어부는 양방향 검침 인프라(AMI: Advanced Metering Infrastructure)를 포함하고,
    상기 양방향 검침 인프라를 통해 수신한 전기 요금이 제4 기준값보다 큰 경우,
    상기 제어부는 상기 연료전지 스택을 동작하도록 제어하고, 상기 연료전지 스택에서 생성된 전력을 외부에 제공하도록 제어하는 연료전지 시스템.
  10. 제1 항에 있어서,
    상기 제어부는 양방향 검침 인프라(AMI: Advanced Metering Infrastructure)를 포함하고,
    상기 양방향 검침 인프라를 통해 수신한 전기 요금이 제5 기준값 이하인 경우,
    상기 제어부는 외부에서 전력을 제공받아 상기 배터리부에 저장하도록 제어하는 연료전지 시스템.
  11. 제1 항에 있어서,
    상기 배터리부의 전력이 제3 기준값보다 크고, 상기 연료전지 스택이 동작 중인 경우,
    상기 제어부는 상기 연료전지 스택에서 생성된 전력을 외부에 제공하도록 제어하는 연료전지 시스템.
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