KR101597287B1 - 고체산화물셀 시스템 및 그 제어 방법 - Google Patents

고체산화물셀 시스템 및 그 제어 방법 Download PDF

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Abstract

발전소 등에서 배출되는 폐가스를 이용하여 합성 가스를 생산하는 고체산화물셀 시스템 및 그 제어 방법을 제공한다. 고체산화물셀 시스템은 i) 폐가스와 제1 전기에너지를 제공하는 제1 발전소, ii) 제1 발전소의 에너지원과 상이한 에너지원을 이용하여 제2 전기에너지를 제공하는 제2 발전소, 및 iii) 제1 발전소 및 제2 발전소와 연결되고, 폐가스와 제2 전기에너지를 제공받아 일산화탄소와 수소를 제조하며, 일산화탄소와 수소를 제1 발전소에 제공하는 고체산화물셀을 포함한다.

Description

고체산화물셀 시스템 및 그 제어 방법 {SOLID OXIDE CELL SYSTEM AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}
본 발명은 고체산화물셀 시스템 및 그 제어 방법에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 본 발명은 발전소 등에서 배출되는 저급의 열과 폐가스를 이용하여 야간 잉여전력 또는 신재생에너지원으로부터 생산되는 전기에너지를 고부가가치를 가진 합성 가스로 변환하거나 전력을 생산하는 고체산화물셀 시스템 및 그 제어 방법에 관한 것이다.
석탄, 석유 등 화석에너지 사용에 따른 온실 효과로 인해 전세계적으로 자연재해의 대규모화, 해수면 상승, 어종 변화 등 많은 환경 문제가 발생하고 있다. 따라서 이산화탄소의 주 공급원인 종래의 화석에너지 기반 발전소에서 배출되는 이산화탄소의 처리 및 활용기술에 대한 개발이 중요해지고 있다. 한편으로는, 연료전지, 태양전지, 풍력에너지 등 이산화탄소 발생을 저감시킬 수 있는 신재생에너지에 대한 기술개발이 활발하게 이루어지고 있다.
이러한 신재생에너지는 주로 전기에너지의 생산에 주로 초점이 맞추어져 있다. 그러나 신재생에너지는 에너지공급원의 변동성으로 인해 전력생산이 균일하지 않다는 문제점이 있다. 또한, 발전소 등에서 야간에 생산되는 전기에너지는 그 수요가 별로 없어서 사용되지 않고 그냥 버려지는 문제점이 있다. 따라서 신재생에너지로부터의 안정적인 전력 공급 및 이러한 잉여 에너지를 버리지 않고 사용할 수 있는 방안이 필요하다. 또한, 발전소 등에서는 폐가스 등에 의해 다량의 이산화탄소 및 고온의 열에너지가 그대로 버려지므로 이를 효율적으로 처리 및 이용할 필요가 있다.
또한 본 발명의 배경이 되는 기술과 관련하여, 한국등록특허 10-0779609(한국기계연구원, 공개일 2007.11.20)를 참조할 수 있다.
잉여전력과 신재생에너지를 효율적으로 이용하고, 전기에너지를 화학에너지로 변환 및 저장하거나 전력을 생산할 수 있는 고체산화물셀 시스템을 제공하고자 한다. 또한, 전술한 고체산화물셀 시스템의 제어 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 고체산화물셀 시스템은 i) 폐가스와 제1 전기에너지를 제공하는 제1 발전소, ii) 제1 발전소의 에너지원과 상이한 에너지원을 이용하여 제2 전기에너지를 제공하는 제2 발전소, 및 iii) 제1 발전소 및 제2 발전소와 연결되고, 폐가스와 제2 전기에너지를 제공받아 일산화탄소와 수소를 제조하며, 일산화탄소와 수소를 제1 발전소에 제공하는 고체산화물셀을 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 고체산화물셀 시스템은 고체산화물셀과 연결되고, 일산화탄소와 수소를 이용하여 제조한 합성가스를 저장하는 합성가스 저장조를 더 포함할 수 있다. 제2 발전소는 태양열 발전소, 풍력 발전소, 지열 발전소, 연료전지 발전소 및 조력 발전소로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 발전소이고, 고체산화물셀 은 제1 전기에너지를 공급받을 수 있다.
제1 발전소는, i) 가스터빈, 및 ii) 가스터빈과 연결되어 가스터빈의 폐열에 의해 스팀을 공급받는 스팀터빈을 포함할 수 있다. 가스터빈은, i) 외부로부터 공기를 흡입하여 압축공기를 제공하는 압축기, 및 ii) 압축기와 연결되어 압축공기를 제공하고, 고체산화물셀과 연결되어 고체산화물셀로부터 일산화탄소와 수소를 공급받아 연소시키며, 연소에 따라 발생하는 연소 가스를 배출시키는 연소기를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 고체산화물셀 시스템은 가스터빈과 스팀터빈을 연결하는 열교환기를 더 포함할 수 있다. 열교환기는 연소기와 연결되며, 연소 가스에 의해 스팀터빈에 공급되는 스팀을 제조하고, 고체산화물셀과 연결되어 이산화탄소와 스팀을 고체산화물셀에 공급할 수 있다. 폐가스는 스팀터빈으로부터 배출될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 고체산화물셀 시스템은 열교환기와 고체산화물셀을 상호 연결하고, 열교환기로부터 배출되는 폐가스를 정화하여 고체산화물셀에 공급하는 배기가스 정화장치를 더 포함할 수 있다. 배기가스 정화장치는 폐가스로부터 질소를 추출하여 질소를 고체산화물셀에 퍼징 가스로서 제공할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 고체산화물셀 시스템은 i) 폐가스와 제1 전기에너지를 제공하는 제1 발전소, ii) 제1 발전소의 에너지원과 상이한 에너지원을 이용하여 제2 전기에너지를 제공하는 제2 발전소, iii) 제1 발전소 및 제2 발전소와 연결되고, 제2 전기에너지를 제공받아 제3 전기에너지를 제공하는 고체산화물셀, 및 iv) 제1 발전소 및 고체산화물셀과 연결되고, 제1 발전소와 고체산화물셀에 합성가스를 제공하는 합성가스 저장조를 포함할 수 있다. 고체산화물셀은 제1 전기에너지를 공급받을 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 고체산화물셀 시스템의 제어 방법은, i) 제1 발전소가 폐가스와 제1 전기에너지를 제공하는 단계, ii) 제2 발전소가 제1 발전소의 에너지원과 상이한 에너지원을 이용하여 제2 전기에너지를 제공하는 단계, iii) 제1 발전소 및 제2 발전소와 연결된 고체산화물셀이 폐가스와 제2 전기에너지를 제공받아 일산화탄소와 수소를 제조하는 단계, 및 iv) 고체산화물셀이 일산화탄소와 수소를 제1 발전소에 제공하는 단계를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 고체산화물셀 시스템의 제어 방법은 제1 전기에너지를 고체산화물셀에 제공하는 단계를 더 포함할 수 있다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 고체산화물셀 시스템의 제어 방법은 고체산화물셀과 연결된 합성가스 저장조가 일산화탄소와 수소를 이용하여 제조한 합성가스를 저장하는 단계를 더 포함할 수 있다.
일산화탄소와 수소를 제조하는 단계에서, 고체산화물셀은 일조량이 기설정치 미만인 경우에 작동할 수 있다. 또한, 일산화탄소와 수소를 제조하는 단계에서, 고체산화물셀은 대기온도가 기설정 범위내인 경우에 작동할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 고체산화물셀 시스템의 제어 방법은 i) 제1 발전소가 폐가스와 제1 전기에너지를 제공하는 단계, ii) 제2 발전소가 제1 발전소의 에너지원과 상이한 에너지원을 이용하여 제2 전기에너지를 제공하는 단계, iii) 제1 발전소 및 제2 발전소와 연결된 고체산화물셀이 제2 전기에너지를 제공받아 제3 전기에너지를 제공하는 단계, 및 iv) 제1 발전소 및 고체산화물셀과 연결된 합성가스 저장조가 제1 발전소 및 고체산화물셀 중 하나 이상에 합성가스를 제공하는 단계를 포함한다.
제3 전기에너지를 제공하는 단계에서, 고체산화물셀은 일조량이 기설정치 이상인 경우에 작동할 수 있다. 제3 전기에너지를 제공하는 단계에서, 고체산화물셀은 대기온도가 기설정 범위보다 높거나 낮은 경우에 작동할 수 있다.
고체산화물셀 시스템을 이용하여 폐에너지로부터 합성 가스를 제조할 수 있다. 특히, 이산화탄소로부터 합성 가스를 제조할 수 있으므로, 지구 온난화의 주범인 이산화탄소를 에너지원으로 활용할 수 있다. 또한, 풍력발전 또는 조력발전 등에서 불규칙하게 생산되거나 발전소 등에서 야간에 활용되지 못하고 남는 전기에너지를 이용하여 합성 가스를 제조할 수 있다. 그리고 고체산화물셀을 이용하여 전력을 생산할 수도 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 고체산화물셀 시스템의 개략적인 개념도이다.
도 2는 도 1의 고체산화물셀 시스템의 개략적인 작동 상태도이다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 고체산화물셀 시스템의 개략적인 개념도이다.
도 4는 도 3의 고체산화물셀 시스템의 개략적인 작동 상태도이다.
도 5는 본 발명의 제1 실시예 및 제2 실시예에 따른 고체산화물셀 시스템에 포함된 고체산화물셀의 개략적인 사시도이다.
어느 부분이 다른 부분의 "위에" 있다고 언급하는 경우, 이는 바로 다른 부분의 위에 있을 수 있거나 그 사이에 다른 부분이 수반될 수 있다. 대조적으로 어느 부분이 다른 부분의 "바로 위에" 있다고 언급하는 경우, 그 사이에 다른 부분이 개재되지 않는다.
여기서 사용되는 전문용어는 단지 특정 실시예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지 않는다. 여기서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함하는"의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소, 성분 및/또는 군의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.
"아래", "위" 등의 상대적인 공간을 나타내는 용어는 도면에서 도시된 한 부분의 다른 부분에 대한 관계를 좀더 쉽게 설명하기 위해 사용될 수 있다. 이러한 용어들은 도면에서 의도한 의미와 함께 사용중인 장치의 다른 의미나 동작을 포함하도록 의도된다.
예를 들면, 도면 중의 장치를 뒤집으면, 다른 부분들의 "아래"에 있는 것으로 설명된 어느 부분들은 다른 부분들의 "위"에 있는 것으로 설명된다. 따라서 "아래"라는 예시적인 용어는 위와 아래 방향을 전부 포함한다. 장치는 90˚ 회전 또는 다른 각도로 회전할 수 있고, 상대적인 공간을 나타내는 용어도 이에 따라서 해석된다.
다르게 정의하지는 않았지만, 여기에 사용되는 기술용어 및 과학용어를 포함하는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미와 동일한 의미를 가진다. 보통 사용되는 사전에 정의된 용어들은 관련기술문헌과 현재 개시된 내용에 부합하는 의미를 가지는 것으로 추가 해석되고, 정의되지 않는 한 이상적이거나 매우 공식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하에서 사용하는 "고체산화물셀(solid oxide cell, SOC)"이라는 용어는 고체산화물의 전기화학반응을 통하여 전기적 또는 화학적 에너지를 생산하는 모든 장치들을 의미한다. 따라서, 고체산화물셀은 연료전지 등의 전기 에너지를 생산하는 장치뿐만 아니라 전기화학셀 등 전기화학반응을 통하여 연료가스 등의 화학 에너지를 생산하는 장치를 모두 포함하는 것으로 해석된다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 고체산화물셀 시스템(100)의 구조를 개략적으로 나타낸다. 도 1의 고체산화물셀 시스템(100)의 구조는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다. 따라서 고체산화물셀 시스템(100)의 구조를 다른 형태로도 변형할 수 있다.
도 1에 도시한 바와 같이, 고체산화물셀 시스템(100)은 고체산화물셀(10), 제1 발전소(20) 및 제2 발전소(22)를 포함한다. 이외에, 고체산화물셀 시스템(100)은 필요에 따라 다른 부품들을 더 포함할 수 있다.
제1 발전소(20)는 폐가스와 제1 전기에너지를 배출한다. 제1 발전소(20)는 화력 발전소 또는 원자력 발전소 등이 될 수 있다. 화력 발전소는 가스터빈만을 사용하거나 가스터빈과 스팀터빈을 함께 사용하는 발전소일 수 있다. 고체산화물셀(10)은 제1 발전소(20)와 연결된다. 고체산화물셀(10)은 제1 발전소(20)로부터 폐가스, 즉 스팀과 이산화탄소를 포함하는 가스를 공급받아 일산화탄소와 수소를 제조한다. 고체산화물셀(10)은 화학에너지, 즉 제조된 일산화탄소와 수소를 제1 발전소(20)에 공급한다. 따라서 제1 발전소(20)는 일산화탄소와 수소를 원료로 사용하여 제1 전기에너지가 포함된 전력을 생산할 수 있다.
한편, 제2 발전소(22)는 제1 발전소(20)와 상이한 에너지원을 이용하여 제2 전기에너지를 제공한다. 예를 들면, 제2 발전소(22)는 신재생 에너지원을 이용할 수 있다. 신재생 에너지원은 태양열, 풍력, 지열, 연료전지 또는 조력 등이 될 수 있으므로, 제2 발전소(22)는 각각 태양열 발전소, 풍력 발전소, 지열 발전소, 연료전지 발전소 또는 조력 발전소가 될 수 있다. 이 경우, 제2 발전소(22)로부터 고체산화물셀 시스템(100)에 공급되는 제2 전기에너지가 불균일하거나 다소 부족할 수 있으므로, 추가적으로 제1 전기에너지를 제1 발전소(20)로부터 고체산화물셀 시스템(100)에 제공할 수도 있다. 한편, 전술한 신재생 에너지원 이외의 다른 신재생 에너지원을 사용할 수도 있다.
도 2는 도 1의 고체산화물셀 시스템(100)의 작동 상태를 개략적으로 나타낸다. 도 2에 도시한 고체산화물셀 시스템(100)의 작동 상태는 도 1의 고체산화물셀 시스템(100)의 작동 상태를 좀더 구체적으로 나타낸다. 도 2의 고체산화물셀 시스템(100)의 작동 상태는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다. 따라서 고체산화물셀 시스템(100)의 작동 상태를 다른 형태로도 변형할 수 있다.
도 2의 고체산화물셀 시스템(100)은 야간이나 봄 또는 가을에 작동하는 상태를 나타낸다. 즉, 고체산화물셀 시스템(100)은 일조량이 기설정치 미만인 야간이나 대기온도가 기설정 범위내인 경우에 작동한다. 이 경우에는 전력 수요가 크지 않으므로, 고체산화물셀(10)을 전기화학셀로 이용하여 전기에너지를 화학에너지로 변환해 저장할 수 있다. 여기서 전술한 기설정치는 1500Kwh/m2 내지 2000Kwh/m2 일 수 있다. 즉, 일조량이 전술한 기설정치 미만인 경우에 고체산화물셀 시스템(100)이 작동한다. 또한, 전술한 대기온도는 10℃ 내지 25℃일 수 있다. 전술한 대기온도 범위내에서 고체산화물셀 시스템(100)이 작동한다.
도 2에 도시한 바와 같이, 고체산화물셀 시스템(100)은 고체산화물셀(10), 제1 발전소(20), 제2 발전소(22), 합성가스 저장조(30) 및 배기가스 정화장치(40)를 포함한다. 이외에, 고체산화물셀 시스템(100)은 다른 장치들을 더 포함할 수 있다.
제1 발전소(20)는 가스터빈(201), 열교환기(203) 및 스팀터빈(205)을 포함한다. 여기서, 가스터빈(201)은 압축기(2011)와 연소기(2013)를 포함한다. 스팀터빈(205)은 열교환기(203)를 통하여 가스터빈(201)과 상호 연결된다. 공기 또는 산소는 압축기(2011)로 유입되어 압축된 후 연소기(2013)로 공급된다. 연소기(2013)는 압축기(2011)로부터 공급된 산소 또는 공기와 연료를 혼합하여 고온의 배가스를 생성한다. 연소기(2013)로부터 배출되는 배가스는 팽창되어 열교환기(203)에 공급된다. 배가스는 열교환기(203)로 유입되어 스팀터빈(205)으로부터 배출되는 저온 스팀을 재가열한 후 스팀터빈(205)에 다시 공급한다. 예를 들면, 열교환기(203)로서 배열가스회수보일러(heat recovery steam generator, HRSG)를 사용할 수 있다.
한편, 열교환기(203)로부터 배출된 폐가스는 배기가스 정화장치(40)에 공급된다. 배기가스 정화장치(40)는 폐가스를 정화하여 고체산화물셀(10)에 공급할 수 있다. 즉, 배기가스 정화장치(40)는 폐가스를 정화하여 이산화탄소와 스팀을 고체산화물셀(10)에 원료로서 공급한다.
한편, 제2 발전소(22)에서 불규칙하게 생산되는 전력이나 제1 발전소(20)에서 야간에 생산되어 수요처가 없는 전력은 그대로 폐기되므로, 자원 낭비가 문제될 수 있다. 즉, 전기에너지는 생산과 소비가 동시에 이루어지는 특성을 가지므로, 전술한 경우에 생산된 전기에너지는 그냥 버려야 하는 문제점이 있다. 따라서 본 발명의 제1 실시예에서는 이러한 문제점을 해결하고자 고체산화물셀(10)을 이용하여 전기에너지를 화학에너지로 변환함으로써 동시 소비가 아닌 추후에 소비해도 되는 에너지 형태로 변형한다. 즉, 전술한 전기에너지를 이용해 고체산화물셀(10)에서 이산화탄소 또는 스팀 등을 전기분해하여 일산화탄소 또는 수소의 화학에너지로 변환할 수 있으므로, 에너지 효율을 크게 증대시킬 수 있다.
배기가스 정화장치(40)에서 정화되어 배출되는 질소는 고체산화물셀(10)에 퍼징가스로서 공급할 수 있다. 따라서 고체산화물셀(10)의 작동 중단시 등에 퍼징가스를 고체산화물셀(10)에 공급하여 고체산화물셀(10) 내부에 축적된 미연소가스를 외부로 배출할 수 있다. 한편, 배기가스 정화장치(40)에서 배출되는 스팀을 열교환기(203)로 공급하여 스팀터빈(205)의 구동에 필요한 스팀을 좀더 보충할 수도 있다.
도 2에는 도시하지 않았지만, 열교환기(203)와 고체산화물셀(10)은 열적으로 그룹화될 수 있다. 따라서 고체산화물셀 시스템(200)의 열손실을 최소화할 수 있다.
한편, 도 2와는 달리 가스화 복합발전(integrated gasification combined cycle, IGCC) 또는 산소연료 발전시스템에서는 배기가스 정화장치(40)가 필요하지 않을 수 있다. 즉, 열교환기(203)로부터 배출되는 폐가스에 불순물이 포함되어 있지 않으므로, 폐가스를 바로 고체산화물셀(10)에서 원료로서 사용할 수 있다. 이 경우, 압축기(2011)에는 순산소만 유입될 필요가 있고, 스팀터빈(205)부터 배출된 스팀이나 열교환기로부터 배출되는 폐가스는 고체산화물셀(10)에 바로 공급할 수 있다.
고체산화물셀(10)은 전기화학반응에 의해 일산화탄소와 수소 또는 이들을 원료로 하는 합성가스를 외부로 배출한다. 합성가스는 합성가스 저장조(30)에 저장되어 필요할때마다 빼내어 사용할 수 있다. 그리고 일산화탄소와 수소 또는 이들을 원료로 한 합성가스는 연소기(2013)에 연료로서 공급될 수 있다. 여기서, 고체산화물셀(10)은 일산화탄소와 수소 또는 이들을 원료로 한 합성가스를 바로 연소기(2013)에 공급할 수도 있다.
합성가스 저장조(30)는 제1 발전소(20)와 고체산화물셀(10)을 상호 연결한다. 합성가스 저장조(30)는 일산화탄소와 수소를 이용하여 제조한 합성가스를 저장한다. 즉, 합성가스 저장조(30)는 메탄가스 등의 합성 가스를 저장하므로, 잉여 전력을 언제든지 활용 가능한 화학에너지로 변환할 수 있다. 합성가스 저장조(30)는 연료 흐름을 제어하기 위해 필요한 경우 사용할 수 있다. 즉, 연소기(2013)에 공급되는 연료의 양이 너무 많은 경우, 합성가스 저장조(30)를 이용하여 연료 흐름을 줄일 수 있다. 반대로, 연소기(2013)에 공급되는 연료의 양이 너무 적은 경우, 합성가스 저장조(30)를 이용하여 연료 흐름을 증대시킬 수도 있다.
한편, 도 2에는 도시하지 않았지만, 주간에 배기가스 정화장치(40)로부터 배출되는 정화가스를 저장하였다가 야간에 활용할 수도 있다. 즉, 야간에 정화가스를 고체산화물셀(10)에 공급하면서 제2 발전소(22)의 잉여 전력을 활용하여 고체산화물셀(10)에서 합성 가스를 제조할 수도 있다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 고체산화물셀 시스템(200)의 구조를 개략적으로 나타낸다. 도 3의 고체산화물셀 시스템(200)의 구조는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다. 따라서 고체산화물셀 시스템(200)의 구조를 다른 형태로도 변형할 수 있다. 한편, 도 3의 고체산화물셀 시스템(200)은 도 1의 고체산화물셀 시스템(100)과 유사하므로, 동일한 부분에는 동일한 도면 부호를 사용하고 그 상세한 설명을 생략한다.
도 3에 도시한 바와 같이, 고체산화물셀 시스템(100)은 고체산화물셀(10), 제1 발전소(20), 제2 발전소(22) 및 합성가스 저장조(30)를 포함한다. 이외에, 고체산화물셀 시스템(200)은 필요에 따라 다른 부품들을 더 포함할 수 있다.
제1 발전소(20)는 폐가스와 제1 전기에너지를 배출한다. 폐가스는 재사용되지 않고 버려진다. 고체산화물셀(10)은 합성가스 저장조(30)로부터 화학에너지, 즉 일산화탄소와 수소를 공급받아 제3 전기에너지를 제공한다. 제1 발전소(20)도 합성가스 저장조(30)로부터 화학에너지를 공급받아 제1 전기에너지를 제조할 수 있다.
한편, 제2 발전소(22)는 제2 전기에너지를 고체산화물셀(10)에 제공한다. 한편, 제2 발전소(22)로부터 고체산화물셀 시스템(100)에 공급되는 제2 전기에너지가 불균일하거나 다소 부족할 수 있으므로, 추가적으로 제1 전기에너지를 제1 발전소(20)로부터 고체산화물셀 시스템(100)에 제공할 수도 있다.
도 4는 도 3의 고체산화물셀 시스템(200)의 작동 상태를 개략적으로 나타낸다. 도 4에 도시한 고체산화물셀 시스템(200)의 작동 상태는 도 3의 고체산화물셀 시스템(200)의 작동 상태를 좀더 구체적으로 나타낸다. 도 4의 고체산화물셀 시스템(200)의 작동 상태는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다. 따라서 고체산화물셀 시스템(200)의 작동 상태를 다른 형태로도 변형할 수 있다. 한편, 도 4의 고체산화물셀 시스템(200)은 도 2의 고체산화물셀 시스템(200)과 유사하므로, 동일한 부분에는 동일한 도면 부호를 사용하며 그 상세한 설명을 생략한다.
도 4의 고체산화물셀 시스템(200)은 주간이나 여름 또는 겨울 등에 작동하는 상태를 나타낸다. 따라서 고체산화물셀 시스템(200)은 일조량이 기설정치 이상인 주간이나 대기온도가 기설정 범위보다 크거나 작은 경우에 작동한다. 이 경우에는 전력 수요가 크므로 고체산화물셀(10)을 연료전지로 이용하여 전기에너지를 생산할 수 있다. 여기서, 전술한 일조량의 기설정치와 대기온도의 기설정 범위는 전술한 도 2의 고체산화물셀 시스템(100)과 동일하다.
도 4에 도시한 바와 같이, 고체산화물셀(10)은 제1 발전소(20)의 스팀터빈(205) 또는 제2 발전소(22)로부터 소내 기기 구동에 필요한 전력을 공급받아 전기에너지를 생산할 수 있다. 이를 위하여 합성가스 저장조(30)는 고체산화물셀(10)에 합성가스를 연료로서 공급할 수 있다. 또한, 합성가스 저장조(30)는 제1 발전소(20)의 연소기(2011)에도 원료를 공급할 수 있다. 이러한 과정을 통하여 고체산화물셀(10)에서도 전력을 생산할 수 있다. 한편, 고체산화물셀(10)이 연료전지로 기능하므로, 배기가스 정화장치(40)는 폐가스를 정화한 이산화탄소와 스팀을 고체산화물셀(10)에 공급할 필요가 없고, 고체산화물셀.(10)에서도 일산화탄소와 수소가 생성되지 않는다.
도 5는 본 발명의 제1 실시예 및 제2 실시예에 따른 고체산화물셀 시스템(100, 200)(도 1 내지 도 4에 도시)에 포함된 고체산화물셀(10)의 사시도를 개략적으로 나타낸다. 도 5의 고체산화물셀(10)의 구조는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다. 따라서 도 5의 고체산화물셀(10)의 구조를 다른 형태로도 변형할 수 있다.
도 5에 도시한 바와 같이, 고체산화물셀(10)은 밀봉재(101), 접속자(interconnect)(103) 및 셀유닛(105)을 포함한다. 이외에, 필요에 따라 고체산화물셀(10)은 다른 부품들을 더 포함할 수 있다. 여기서, 고체산화물셀(10)은 전기화학셀 또는 연료전지로 가역적으로 사용할 수 있다. 고체산화물셀(10)의 가역 사용에 대한 내용은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 이해할 수 있으므로, 그 상세한 설명을 생략한다.
먼저, 본 발명의 제1 실시예와 같이, 고체산화물셀(10)이 전기화학셀로 사용되는 경우, 셀유닛(105)에는 이산화탄소와 스팀 등의 공기가 유입되어 수소와 일산화탄소 등의 연료로 변환된 후 외부로 배출된다. 복수의 고체산화물셀들(10)을 z축 방향으로 적층하여 대용량의 스택을 구성하도록 접속자(103)를 이용한다. 접속자(103)는 셀유닛(105)의 상부에 부착되는 상부 접속자와 셀유닛(105)의 하부에 부착되는 하부 접속자를 포함한다. 또한, z축 방향으로 적층된 접속자들(103)을 부착하여 스택을 구성하도록 밀봉재(101)를 도포하여 접속자들(103)을 상호 연결한다. 밀봉재(101)는 접속자들(103)과 셀유닛(105)을 부착하기 위해서 사용한다. 밀봉재(101)는 연료와 공기가 서로 혼합되지 않도록 기밀 역할을 수행한다.
도 5의 확대원에 도시한 바와 같이, 셀유닛(105)은 공기극(1051), 전해질(1053) 및 연료극(1055) 등의 부품들을 포함한다. 이들 부품들은 상호 차례로 적층된다. 공기극(510)과 연료극(1055)은 지지체를 포함할 수 있다. 예를 들면, 셀유닛(105)을 전기분해 등 전기적 에너지 및 화학적 에너지의 상호 교환을 위해 사용할 수 있다. 연료극(105)에는 이산화탄소 및 스팀 등의 연료가스가 공급될 수 있고, 공기극(101)에는 산소가 공급될 수 있다. 이 때, 전해질은 산소 이온의 이동이 용이하고 전극 소재와의 화학반응을 최소화할 수 있는 물질을 사용할 수 있다. 한편, 연료극(1055)은 촉매를 포함할 수 있다. 연료극(1055)으로 공급된 이산화탄소와 스팀은 각각 셀유닛(105)에서 분해되어 일산화탄소와 수소로 변환된 후 외부로 배출된다.
한편, 본 발명의 제2 실시예와 같이, 고체산화물셀(10)을 연료전지로 사용하는 경우, 셀유닛(105)에는 일산화탄소와 수소 등의 연료가 유입되므로, 이를 전기분해하여 고체산화물셀(10)에서 전력을 생산할 수 있다. 이 경우, 도 5의 확대원에서 연료극(105)에는 일산화탄소 및 수소 등의 연료가스가 주입될 수 있고, 공기극(101)에는 산소가 공급될 수 있다. 연료극(1055)으로 공급된 일산화탄소 및 수소는 각각 셀유닛(105)에서 분해되어 전력을 생산하기 위해 사용된다.
본 발명을 앞서 기재한 바에 따라 설명하였지만, 다음에 기재하는 특허청구범위의 개념과 범위를 벗어나지 않는 한, 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것을 본 발명이 속하는 기술 분야에 종사하는 자들은 쉽게 이해할 것이다.
10. 고체산화물셀
20, 22. 발전소
30. 합성가스 저장소
40. 배가기스 정화장치
100, 200. 고체산화물셀 시스템
101. 밀봉재
103. 접속자
105. 셀유닛
201. 가스터빈
203. 열교환기
205. 스팀터빈
2011. 압축기
2013. 연소기

Claims (18)

  1. 폐가스와 제1 전기에너지를 제공하는 제1 발전소,
    제1 발전소의 에너지원과 상이한 에너지원을 이용하여 제2 전기에너지를 제공하는 제2 발전소, 및
    상기 제1 발전소 및 상기 제2 발전소와 연결되고, 상기 폐가스와 상기 제2 전기에너지를 제공받아 일산화탄소와 수소를 제조하며, 상기 일산화탄소와 상기 수소를 상기 제1 발전소에 제공하는 고체산화물셀
    을 포함하는 고체산화물셀 시스템.
  2. 제1항에서,
    상기 고체산화물셀과 연결되고, 상기 일산화탄소와 상기 수소를 이용하여 제조한 합성가스를 저장하는 합성가스 저장조를 더 포함하는 고체산화물셀 시스템.
  3. 제1항에서,
    상기 제2 발전소는 태양열 발전소, 풍력 발전소, 지열 발전소, 연료전지 발전소 및 조력 발전소로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 발전소이고, 상기 고체산화물셀 은 상기 제1 전기에너지를 공급받는 고체산화물셀 시스템.
  4. 제1항에서,
    상기 제1 발전소는,
    가스터빈, 및
    상기 가스터빈과 연결되어 상기 가스터빈의 폐열에 의해 스팀을 공급받는 스팀터빈
    을 포함하고,
    상기 가스터빈은,
    외부로부터 공기를 흡입하여 압축공기를 제공하는 압축기, 및
    상기 압축기와 연결되어 상기 압축공기를 제공하고, 상기 고체산화물셀과 연결되어 상기 고체산화물셀로부터 상기 일산화탄소와 상기 수소를 공급받아 연소시키며, 상기 연소에 따라 발생하는 이산화탄소를 포함하는 연소 가스를 배출시키는 연소기
    를 포함하는 고체산화물셀 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 가스터빈과 상기 스팀터빈을 연결하는 열교환기를 더 포함하고, 상기 열교환기는 상기 연소기와 연결되며, 상기 연소 가스에 의해 상기 스팀터빈에 공급되는 상기 스팀을 제조하고, 상기 고체산화물셀과 연결되어 상기 이산화탄소 및 상기 스팀을 포함하는 상기 폐가스를 상기 고체산화물셀에 공급하는 열교환기를 더 포함하는 고체산화물셀 시스템.
  6. 삭제
  7. 제5항에서,
    상기 열교환기와 상기 고체산화물셀을 상호 연결하고, 상기 열교환기로부터 배출되는 폐가스를 정화하여 상기 고체산화물셀에 공급하는 배기가스 정화장치를 더 포함하는 고체산화물셀 시스템.
  8. 제7항에서,
    상기 배기가스 정화장치는 상기 폐가스로부터 질소를 추출하여 상기 질소를 상기 고체산화물셀에 퍼징 가스로서 제공하는 고체산화물셀 시스템.
  9. 폐가스와 제1 전기에너지를 제공하는 제1 발전소,
    제1 발전소의 에너지원과 상이한 에너지원을 이용하여 제2 전기에너지를 제공하는 제2 발전소,
    상기 제1 발전소 및 상기 제2 발전소와 연결되고, 상기 제2 전기에너지를 제공받아 제3 전기에너지를 제공하는 고체산화물셀, 및
    상기 제1 발전소 및 상기 고체산화물셀과 연결되고, 상기 제1 발전소와 상기 고체산화물셀에 합성가스를 제공하는 합성가스 저장조
    를 포함하는 고체산화물셀 시스템.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 고체산화물셀은 상기 제1 전기에너지를 공급받는 고체산화물셀 시스템.
  11. 제1 발전소가 폐가스와 제1 전기에너지를 제공하는 단계,
    제2 발전소가 제1 발전소의 에너지원과 상이한 에너지원을 이용하여 제2 전기에너지를 제공하는 단계,
    상기 제1 발전소 및 상기 제2 발전소와 연결된 고체산화물셀이 상기 폐가스와 상기 제2 전기에너지를 제공받아 일산화탄소와 수소를 제조하는 단계, 및
    상기 고체산화물셀이 상기 일산화탄소와 상기 수소를 상기 제1 발전소에 제공하는 단계
    를 포함하는 고체산화물셀 시스템의 제어 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제1 전기에너지를 상기 고체산화물셀에 제공하는 단계를 더 포함하는 고체산화물셀 시스템의 제어 방법.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 고체산화물셀과 연결된 합성가스 저장조가 상기 상기 일산화탄소와 상기 수소를 이용하여 제조한 합성가스를 저장하는 단계를 더 포함하는 고체산화물셀 시스템의 제어 방법.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 일산화탄소와 수소를 제조하는 단계에서, 상기 고체산화물셀은 일조량이 기설정치 미만인 경우에 작동하는 고체산화물셀 시스템의 제어 방법.
  15. 제11항에 있어서,
    상기 일산화탄소와 수소를 제조하는 단계에서, 상기 고체산화물셀은 대기온도가 기설정 범위내인 경우에 작동하는 고체산화물셀 시스템의 제어 방법.
  16. 제1 발전소가 폐가스와 제1 전기에너지를 제공하는 단계,
    제2 발전소가 제1 발전소의 에너지원과 상이한 에너지원을 이용하여 제2 전기에너지를 제공하는 단계,
    상기 제1 발전소 및 상기 제2 발전소와 연결된 고체산화물셀이 상기 제2 전기에너지를 제공받아 제3 전기에너지를 제공하는 단계, 및
    상기 제1 발전소 및 상기 고체산화물셀과 연결된 합성가스 저장조가 상기 제1 발전소 및 상기 고체산화물셀 중 하나 이상에 합성가스를 제공하는 단계
    를 포함하는 고체산화물셀 시스템의 제어 방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 제3 전기에너지를 제공하는 단계에서, 상기 고체산화물셀은 일조량이 기설정치 이상인 경우에 작동하는 고체산화물셀 시스템의 제어 방법.
  18. 제16항에 있어서,
    상기 제3 전기에너지를 제공하는 단계에서, 상기 고체산화물셀은 대기온도가 기설정 범위보다 높거나 낮은 경우에 작동하는 고체산화물셀 시스템의 제어 방법.
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013182720A (ja) 2012-02-29 2013-09-12 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Ｓｏｆｃ複合発電装置およびその運転方法
JP2014099297A (ja) 2012-11-13 2014-05-29 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 発電システム及び発電システムの運転方法

Family Cites Families (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5512145A (en) * 1994-10-07 1996-04-30 The Cooper Union For The Advancement Of Science And Art Energy conversion system
US6510695B1 (en) * 1999-06-21 2003-01-28 Ormat Industries Ltd. Method of and apparatus for producing power
US6868677B2 (en) * 2001-05-24 2005-03-22 Clean Energy Systems, Inc. Combined fuel cell and fuel combustion power generation systems
US7045238B2 (en) * 2003-03-24 2006-05-16 Ion America Corporation SORFC power and oxygen generation method and system
CN101233215B (zh) * 2005-06-03 2013-05-15 普拉斯科能源Ip控股公司毕尔巴鄂-沙夫豪森分公司 用于将含碳原料转化为特定成分气体的***
US7827794B1 (en) * 2005-11-04 2010-11-09 Clean Energy Systems, Inc. Ultra low emissions fast starting power plant
US7491309B2 (en) * 2005-12-21 2009-02-17 General Electric Company System and method for the production of hydrogen
US8366902B2 (en) * 2008-03-24 2013-02-05 Battelle Energy Alliance, Llc Methods and systems for producing syngas
US20100132257A1 (en) * 2008-12-01 2010-06-03 Kellogg Brown & Root Llc Systems and Methods for Increasing Carbon Dioxide in Gasification
US20100146927A1 (en) * 2008-12-12 2010-06-17 Mccutchen Co. Hybrid power for cracking power plant co2
US8627668B2 (en) * 2010-05-25 2014-01-14 General Electric Company System for fuel and diluent control
MX2013002143A (es) * 2010-09-07 2013-06-28 Yeda Res & Dev Sistema de generacion de energia y metodo del mismo.
KR20120103777A (ko) * 2011-03-10 2012-09-20 주식회사 케너텍 신재생에너지 복합발전시스템
KR101441491B1 (ko) * 2012-11-02 2014-09-17 두산중공업 주식회사 석탄가스화 복합발전 연계형 연료전지 시스템 및 가스 공급 방법
JP6092426B2 (ja) * 2013-01-04 2017-03-08 サウジ アラビアン オイル カンパニー 太陽放射から利用される合成ガス生成セルによる、二酸化炭素の炭化水素燃料への変換
JP6053560B2 (ja) * 2013-02-20 2016-12-27 三菱日立パワーシステムズ株式会社 発電システム及び発電システムの運転方法
US9631284B2 (en) * 2013-03-15 2017-04-25 Colorado School Of Mines Electrochemical device for syngas and liquid fuels production

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013182720A (ja) 2012-02-29 2013-09-12 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Ｓｏｆｃ複合発電装置およびその運転方法
JP2014099297A (ja) 2012-11-13 2014-05-29 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 発電システム及び発電システムの運転方法

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