KR20220009803A - Energy production complex system and energy production method using the same - Google Patents

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강인용
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이태희
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Abstract

The present invention relates to an energy production complex system based on a liquid compound, including: a water electrolysis device unit for electrolyzing water to produce hydrogen; a hydrogen storage device unit for reacting the hydrogen produced by the water electrolysis unit with a first liquid compound to allow the first liquid compound to become a second liquid compound in which hydrogen is stored; a hydrogen desorption device unit for desorbing the hydrogen stored in the second liquid compound into hydrogen and the first liquid compound; and a fuel cell unit for generating power by receiving the hydrogen desorbed from the hydrogen desorption device unit.

Description

에너지생산 복합시스템 및 이를 이용한 에너지 생산방법.{Energy production complex system and energy production method using the same}Energy production complex system and energy production method using the same. {Energy production complex system and energy production method using the same}

본 발명은 에너지 생산 복합 시스템 및 이를 이용한 에너지 생산방법에 관한 것으로, 상세하게는 액상화합물 기반 수소저장기술을 기반으로 하는 에너지 생산 복합 시스템 및 이를 이용한 에너지 생산방법에 관한 것이다.The present invention relates to an energy production complex system and an energy production method using the same, and more particularly, to an energy production complex system based on a liquid compound-based hydrogen storage technology and an energy production method using the same.

액상화합물 기반 수소저장(Liquid organic hydrogen carrier, LOHC) 기술은 벤젠고리 기반의 유기화합물을 수소와 반응시켜 수소를 저장하고 저장된 수소를 방출하는 기술이다. 유기화합물에 수소를 저장하기 위해서는 10 내지 50 bar 수준의 압력을 인가하여 벤젠고리의 이중결합을 깨뜨리며 수소원자를 저장시킬 수 있다. 한편, 저장된 수소의 방출은 상압 조건에서 이루진다.Liquid organic hydrogen carrier (LOHC) technology is a technology that stores hydrogen and releases stored hydrogen by reacting benzene ring-based organic compounds with hydrogen. In order to store hydrogen in organic compounds, a pressure of 10 to 50 bar may be applied to break the double bond of the benzene ring and store hydrogen atoms. On the other hand, the stored hydrogen is released under atmospheric pressure.

액상화합물 기반 수소저장기술은 종래의 리튬이온 배터리와 비교하여 4배 이상의 저장 용량(storage capacity)을 가지며, 압축 수소 방식에 비하여 2배 이상의 저장 용량을 가지는 것으로 알려져 있다.Liquid compound-based hydrogen storage technology is known to have a storage capacity of 4 times or more compared to a conventional lithium-ion battery, and has a storage capacity of 2 times or more compared to a compressed hydrogen method.

이에, 최근 신재생에너지로부터 생산된 수소를 액상화합물 기반 수소저장기술을 이용하여 에너지 저장장치로 활용하고자 하는 연구가 수행되고 있다. 종래의 액상화합물 기반 수소저장기술의 경우, 수소저장을 위한 액상화합물 개발과 수소화 및 탈수소화 반응을 위한 촉매 개발에 치우쳐져 있으므로 실험실 수준의 소형 액상화합물 기반 수소저장 시스템을 활용한 특성 평가가 주로 이루어졌다. 다시 말해, 액상화합물 기반 수소저장기술을 이용한 전력망 연계 에너지생산 복합시스템 및 이를 이용한 에너지 생산방법의 상용화와 관련된 연구는 많이 이루어지지 않았다.Accordingly, recent research is being conducted to utilize hydrogen produced from renewable energy as an energy storage device using a liquid compound-based hydrogen storage technology. In the case of the conventional liquid compound-based hydrogen storage technology, the development of liquid compounds for hydrogen storage and the development of catalysts for hydrogenation and dehydrogenation reactions are biased. lost. In other words, there have not been many studies related to the commercialization of a power grid-linked energy production complex system using a liquid compound-based hydrogen storage technology and an energy production method using the same.

따라서, 신재생 에너지를 활용하는 수소 생산 수전해조 및 수소를 사용하여 전기를 생산하는 연료전지와 연계된 상용화 가능한 액상화합물 기반 수소저장 시스템의 개발이 요구되고 있는 실정이다. 특히, 상용화 가능한 액상화합물 기반 수소저장 시스템의 개발으로 실험실 수준의 소형 액상화합물 기반 수소저장 시스템에서는 고려되지 못한 다양한 기술적 이슈들에 대하여 검토 및 해결이 필수적이다.Therefore, there is a demand for the development of a commercially available liquid compound-based hydrogen storage system linked to a hydrogen-producing water electrolyzer using renewable energy and a fuel cell for generating electricity using hydrogen. In particular, with the development of a commercial liquid compound-based hydrogen storage system, it is essential to review and solve various technical issues that were not considered in a laboratory-level small liquid compound-based hydrogen storage system.

신재생 에너지를 활용하는 수소 생산 수전해조 및 수소를 사용하여 전기를 생산하는 연료전지와 연계된 실험실 수준의 소형 액상화합물 기반 수소저장 시스템에서 상용화 시스템에서 고려되지 못하는 한계점들이 존재한다.There are limitations that cannot be considered in commercial systems in a hydrogen storage system based on a small liquid compound at the laboratory level linked to a hydrogen-producing water electrolyzer using renewable energy and a fuel cell that produces electricity using hydrogen.

첫 번째로, 신재생에너지 연계 수전해조의 경우, 연속적으로 수소를 생산하여 이를 액상화합물 기반 수소저장장치로 이송하는 것이 필수적이다. 하지만, 액상화합물 기반 수소저장장치의 경우 느린 수소저장 반응으로 인하여 플러그 흐름 반응기의 적용이 제한되며, 이에 따라 배치 반응기의 적용이 필요한 실정이다. 하지만 배치 반응기를 적용하는 경우에는 용량의 제한이 발생하기 때문에, 일정량의 수소를 저장한 이후 액상화합물을 교체해주어야 하여 연속적인 수소저장이 어렵다는 한계가 있다.First, in the case of a water electrolyzer linked to renewable energy, it is essential to continuously produce hydrogen and transfer it to a liquid compound-based hydrogen storage device. However, in the case of a liquid compound-based hydrogen storage device, the application of the plug flow reactor is limited due to the slow hydrogen storage reaction, and accordingly, the application of a batch reactor is required. However, since the capacity is limited when a batch reactor is applied, it is difficult to continuously store hydrogen because the liquid compound must be replaced after a certain amount of hydrogen is stored.

두 번째로, 연료전지의 경우, 연속적으로 일정량의 수소가 안정적으로 공급되어야만 고성능 고내구성으로 연료전지 운전이 가능하다. 하지만, 액상화합물 기반 수소저장장치의 경우 앞서 느린 수소저장 반응과 마찬가지로 느린 수소방출 반응을 보이며, 이에 따라 효율적 액상화합물의 이용을 위해서는 배치 반응기가 적합하다. 하지만, 배치 반응기 적용 시 액상화합물의 수소방출 반응 속도가 시간이 지남에 따라 느려지는 특성을 보이며, 실시간으로 수소 방출량을 제어하는 것이 어려운 한계가 있다. 즉, 반응기 설계의 복잡성 및 비용이 증가하며 연료전지에 공급되는 수소 량을 제어하는 것이 어렵다는 한계가 존재한다.Second, in the case of a fuel cell, it is possible to operate a fuel cell with high performance and high durability only when a certain amount of hydrogen is continuously supplied stably. However, in the case of a liquid compound-based hydrogen storage device, it shows a slow hydrogen release reaction as in the previous slow hydrogen storage reaction, and therefore a batch reactor is suitable for efficient use of the liquid compound. However, when the batch reactor is applied, the hydrogen release reaction rate of the liquid compound shows a characteristic that slows down over time, and it is difficult to control the hydrogen release amount in real time. That is, the complexity and cost of the reactor design increases, and there is a limit in that it is difficult to control the amount of hydrogen supplied to the fuel cell.

세 번째로, 연료전지에 공급되는 수소의 경우, 높은 순도가 반드시 요구된다. 하지만 액상화합물에서 수소를 방출하는 경우, 상당한 고온에서 반응이 발생하게 되어 상당량의 액상화합물이 기화하여 수소와 같이 방출된다. 따라서, 액상화합물의 벤젠고리를 포함하는 유기화합물이 연료전지 전극 표면에 탄소침적을 일으키고, 이에 따라 성능 저감 및 고장을 발생시키는 한계가 있다. Third, in the case of hydrogen supplied to the fuel cell, high purity is absolutely required. However, when hydrogen is released from a liquid compound, a reaction occurs at a considerable high temperature, and a significant amount of the liquid compound is vaporized and released together with hydrogen. Therefore, the organic compound containing the benzene ring of the liquid compound causes carbon deposition on the surface of the fuel cell electrode, thereby reducing performance and causing malfunction.

이에, 본 발명에서 전술된 한계점을 극복할 수 있는 에너지 생산 복합 시스템 및 이를 이용한 에너지 생산방법을 제시한다.Accordingly, an energy production complex system capable of overcoming the above-described limitations in the present invention and an energy production method using the same are provided.

본 발명의 일 목적은 에너지생산 복합시스템 및 이를 이용한 에너지 생산방법을 제공하기 위한 것이다.One object of the present invention is to provide an energy production complex system and an energy production method using the same.

그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.However, these problems are exemplary, and the scope of the present invention is not limited thereto.

본 발명의 일 관점에 따르면, 액상화합물을 기반으로 한 에너지생산 복합시스템에 있어서, 재생에너지 전력망과 연계되고, 상기 전력망으로부터 생성된 전력으로 물을 전기분해하여 수소를 생산하는 수전해 장치부, 상기 수전해 장치부로부터 생산된 수소를 제1액상화합물과 반응하여, 상기 제1액상화합물을 수소가 저장된 제2액상화합물이 되도록 형성하는 수소저장 장치부, 상기 제2액상화합물에 저장된 수소를 탈착하여 수소 및 상기 제1액상화합물로 분리하는 수소탈착 장치부 및 상기 수소탈착 장치부로부터 탈착된 수소를 공급받아 전력을 생산하고 상기 생산된 전력을 전력망에 공급하는 연료전지부를 포함하는 것인 에너지생산 복합시스템을 제공한다.According to one aspect of the present invention, in an energy production complex system based on a liquid compound, a water electrolysis device unit that is connected to a renewable energy power grid and electrolyzes water with power generated from the power grid to produce hydrogen, the A hydrogen storage unit for forming the first liquid compound to become a second liquid compound in which hydrogen is stored by reacting the hydrogen produced from the water electrolysis unit with the first liquid compound, by desorbing the hydrogen stored in the second liquid compound Energy production complex comprising a hydrogen desorption device unit for separating hydrogen and the first liquid compound, and a fuel cell unit for receiving hydrogen desorbed from the hydrogen desorption unit unit to produce electricity and supplying the generated power to the power grid provide the system.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 수전해 장치부는 고분자 전해질 수전해(PEM water electrolysis) 및 알칼리 수전해(Alkaline water electrolysis) 장치 중 선택되는 1종인 것 일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the water electrolysis device unit is a polymer electrolyte water electrolysis (PEM water electrolysis) and It may be one of the alkaline water electrolysis devices.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 수소저장 장치부는 상기 제1액상화합물 및 제2액상화합물을 수용하도록 형성되는 액상화합물 탱크 및 상기 수전해 장치부로부터 생산된 수소를 상기 제1액상화합물과 반응시켜, 상기 수소가 상기 제1액상화합물에 저장되도록 결합반응이 이루어지는 수소화 반응기를 포함하는 것일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the hydrogen storage unit reacts the hydrogen produced from the liquid compound tank and the water electrolysis unit formed to accommodate the first liquid compound and the second liquid compound with the first liquid compound. Thus, it may include a hydrogenation reactor in which the binding reaction is performed so that the hydrogen is stored in the first liquid compound.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 액상화합물 탱크는, 상기 수소와 반응하기 전 액상화합물을 수용하는 제1 액상화합물 탱크 및 상기 수소와 반응하여 결합한 수소저장 액상화합물을 수용하는 제2 액상화합물 탱크를 포함하는 것일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the liquid compound tank includes a first liquid compound tank accommodating a liquid compound before reacting with hydrogen and a second liquid compound tank accommodating a hydrogen storage liquid compound that reacts with and combines with hydrogen. may include.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 수소화 반응기는, 상기 수전해 장치부로부터 생산된 수소가 버블링되어 공급되도록 형성되는 것일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the hydrogenation reactor may be formed so that hydrogen produced from the water electrolysis unit is bubbled and supplied.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 수소탈착 장치부는 상기 제2액상화합물로부터 수소를 탈착하여 수소 및 제1액상화합물로 분리하는 탈수소화 반응기 및 상기 탈착된 수소로부터 저탄화수소 및 불순물을 분리하여 고순도의 수소를 형성하는 흡착탑을 포함하는 것일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the hydrogen desorption device unit is a dehydrogenation reactor that desorbs hydrogen from the second liquid compound to separate it into hydrogen and a first liquid compound, and high purity by separating low hydrocarbons and impurities from the desorbed hydrogen. It may include an adsorption tower to form hydrogen of.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 수소탈착 장치부는 복수개의 탈수소화 반응기를 포함하는 것으로, 상기 복수개의 탈수소화 반응기는 제1탈수소화 반응기, 제2탈수소화 반응기, 제3탈수소화 반응기 및 제4탈수소화 반응기를 포함하는 것일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the hydrogen dehydrogenation device unit includes a plurality of dehydrogenation reactors, wherein the plurality of dehydrogenation reactors include a first dehydrogenation reactor, a second dehydrogenation reactor, a third dehydrogenation reactor and a second 4 may include a dehydrogenation reactor.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 복수개의 탈수소화 반응기는, 상기 각각의 탈수소화 반응기에 수소가 저장된 제2액상화합물이 버블링되어 공급되도록 형성되는 것일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the plurality of dehydrogenation reactors may be formed so that the second liquid compound in which hydrogen is stored is bubbled and supplied to each of the dehydrogenation reactors.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 흡착탑은, 상기 탈수소화 반응기 사이에 상기 휘발된 제1액상화합물 및 상기 제2액상화합물을 회수하도록 형성되는 응축기를 더 포함하는 것일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the adsorption tower may further include a condenser formed to recover the volatilized first liquid compound and the second liquid compound between the dehydrogenation reactors.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 흡착탑은 탄화수소 흡착제 및 상기 탄화수소 흡착제가 연료전지로 공급되는 것을 방지하기 위한 방진필터를 포함하는 것일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the adsorption tower may include a hydrocarbon adsorbent and a dustproof filter for preventing the hydrocarbon adsorbent from being supplied to the fuel cell.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 액상화합물은 적어도 하나의 공액 결합을 갖는 헤테로 고리 화합물을 포함하는 액상 유기물 수소 저장체((LOHC, Liquid Organic Hydrogen Carrier)인 것일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the liquid compound may be a liquid organic hydrogen carrier (LOHC, Liquid Organic Hydrogen Carrier) including a heterocyclic compound having at least one conjugated bond.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 복합시스템은 상기 수소저장 장치부 및 상기 수소탈착 장치부의 온도 및 압력을 제어하는 온도 제어부 및 안력 제어부를 더 포함하는 것일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the complex system may further include a temperature control unit and an eyeball control unit for controlling the temperature and pressure of the hydrogen storage unit and the hydrogen desorption unit.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 수소저장 장치부 및 상기 수소탈착 장치부는, 상기 온도 및 압력을 제어하여 수소 저장량 및 수소 공급량을 조절하고, 상기 연료전지부에 공급되는 수소 공급량에 따라 전력 생산량이 결정되는 것일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the hydrogen storage device unit and the hydrogen desorption device unit control the temperature and pressure to adjust the hydrogen storage amount and the hydrogen supply amount, and generate electricity according to the hydrogen supply amount supplied to the fuel cell unit This may be decided.

본 발명의 다른 일 관점에 따르면, 액상화합물을 기반으로 한 에너지생산 복합시스템을 이용한 에너지 생산방법에 있어서, 재생에너지 전력망과 연계되고, 상기 전력망으로부터 생성된 전력으로부터 물을 전기분해하여 수소를 생산하는 단계, 상기 수전해 장치부로부터 생산된 수소를 제1액상화합물과 반응하여, 상기 제1액상화합물을 수소가 저장된 제2액상화합물이 되도록 형성하는 수소화반응 단계, 상기 제2액상화합물에 저장된 수소를 탈착하여 수소 및 상기 제1액상화합물로 분리하는 탈수소화반응 단계 및 상기 탈착된 수소를 공급받아 전력을 생산하고 상기 생산된 전력을 전력망에 공급하는 단계를 포함하는 것인 에너지 생산방법을 제공한다.According to another aspect of the present invention, in an energy production method using an energy production complex system based on a liquid compound, it is connected to a renewable energy power grid and electrolyzes water from the power generated from the power grid to produce hydrogen step, a hydrogenation reaction step of reacting the hydrogen produced from the water electrolysis unit with a first liquid compound to form the first liquid compound to become a second liquid compound in which hydrogen is stored, hydrogen stored in the second liquid compound It provides an energy production method comprising the dehydrogenation reaction step of separating into hydrogen and the first liquid compound by desorption, and the step of receiving the desorbed hydrogen to produce power and supplying the generated power to the power grid.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 수소를 생산하는 단계는, 상기 수전해 장치부에서 물을 전기분해하여 수소를 생산하는 것으로, 상기 수전해 장치부는 고분자 전해질 수전해(PEM water electrolysis) 장치를 포함하는 것일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the producing of hydrogen includes producing hydrogen by electrolyzing water in the water electrolysis device unit, and the water electrolysis device unit uses a polymer electrolyte water electrolysis (PEM water electrolysis) device. may include.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 고분자 전해질 수전해(PEM water electrolysis) 장치는, 재생에너지로부터 전력을 공급받아 물을 전기 분해하여 수소를 생산하는 것일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the PEM water electrolysis device may receive power from renewable energy and electrolyze water to produce hydrogen.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 수소화 반응 단계는 상기 제1 액상화합물 탱크에서 수소와 반응하기 전 제1액상화합물을 상기 수소화 반응기로 공급하는 단계, 상기 수전해 장치부로부터 생산된 수소를 상기 수소화 반응기에 버블링하여 공급하는 단계, 상기 수소 및 상기 제1액상화합물이 반응하여 결합하는 단계 및 상기 수소와 반응하여 결합한 제2액상화합물을 상기 제2 액상화합물 탱크에 공급하는 단계를 포함하는 것일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the hydrogenation reaction step is a step of supplying a first liquid compound to the hydrogenation reactor before reacting with hydrogen in the first liquid compound tank, The step of supplying by bubbling to the hydrogenation reactor, the step of reacting and combining the hydrogen and the first liquid compound, and supplying the second liquid compound reacted and combined with the hydrogen to the second liquid compound tank can

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 수소화 반응 단계는, 상기 제1 액상화합물 탱크에서 수소와 반응하기 전 액상화합물을 상기 수소화 반응기로 공급하는 단계, 상기 수전해 장치부로부터 생산된 수소를 상기 수소화 반응기에 버블링하여 공급하는 단계, 상기 수소 및 상기 액상화합물이 반응하여 결합하는 단계 및 상기 수소와 반응하여 결합한 액상화합물을 상기 제2 액상화합물 탱크에 공급하는 단계를 포함하는 것일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the hydrogenation reaction step includes supplying a liquid compound to the hydrogenation reactor before reacting with hydrogen in the first liquid compound tank, and hydrogenating the hydrogen produced from the water electrolysis unit. It may include the step of supplying by bubbling to the reactor, the step of reacting and combining the hydrogen and the liquid compound, and the step of supplying the liquid compound reacted and combined with the hydrogen to the second liquid compound tank.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 수소화 반응단계는 150도 내지 180도, 30bar 내지 70bar의 압력에서 수행되는 것일 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the hydrogenation reaction step may be performed at a pressure of 150 to 180 degrees, 30 bar to 70 bar.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 탈수소화반응 단계는, 상기 제2 액상화합물탱크에서 상기 수소가 저장된 제2액상화합물을 상기 탈수소화 반응기로 버블링하여 공급하는 단계, 상기 제2액상화합물로부터 상기 수소 및 상기 제1액상화합물로 탈착하는 단계, 상기 탈착된 수소를 흡착탑으로 공급하는 단계 및 상기 흡착탑에서 잔류 제1액상화합물 및 제2액상화합물을 흡착하여 고순도 수소를 형성하는 단계를 포함하는 것일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the dehydrogenation reaction step includes bubbling and supplying the second liquid compound in which the hydrogen is stored in the second liquid compound tank to the dehydrogenation reactor, from the second liquid compound. Desorbing the hydrogen and the first liquid compound, supplying the desorbed hydrogen to an adsorption tower, and adsorbing the remaining first liquid compound and the second liquid compound in the adsorption tower to form high-purity hydrogen can

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 탈수소화 반응단계는 250도 내지 350도, 1bar 내지 5bar의 압력에서 수행되는 것일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the dehydrogenation reaction step may be performed at a pressure of 250 degrees to 350 degrees, 1 bar to 5 bar.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 흡착탑으로 공급하는 단계는, 상기 탈착된 수소로부터 휘발된 제1액상화합물 및 제2액상화합물을 응축하여 1차회수하고, 상기 회수된 제1액상화합물 및 상기 제2액상화합물을 상기 제1액상화합물 탱크고 재순환하는 것일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, in the supplying to the adsorption tower, the first liquid compound and the second liquid compound volatilized from the desorbed hydrogen are condensed and first recovered, and the recovered first liquid compound and the The second liquid compound may be recycled to the tank of the first liquid compound.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 전력을 생산하는 단계는, 상기 탈착된 수소를 연료전지에 공급하여 전력을 생산하는 것일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the generating of power may include supplying the desorbed hydrogen to a fuel cell to generate power.

본 발명은 에너지생산 복합시스템 및 이를 이용한 에너지 생산방법을 제공하는 효과가 있다.The present invention has the effect of providing an energy production complex system and an energy production method using the same.

또한, 상기 에너지생산 복합시스템을 이용하여 수소를 생산하고, 생산된 수소를 효율적으로 저장하는 효과가 있다. In addition, there is an effect of producing hydrogen using the energy production complex system and efficiently storing the produced hydrogen.

또한, 상기 에너지생산 복합시스템을 이용하여 저장된 수소를 공급하여 전력을 생산하는 효과가 있다.In addition, there is an effect of producing electricity by supplying stored hydrogen using the energy production complex system.

본 발명의 적용 가능성의 추가적인 범위는 이하의 상세한 설명으로부터 명백해 질 것이다. 그러나 본 발명의 사상 및 범위 내에서 다양한 변경 및 수정은 당업자에게 명확하게 이해될 수 있으므로, 상세한 설명 및 본 발명의 바람직한 실시예와 같은 특정 실시예는 단지 예시로 주어진 것으로 이해되어야 한다.Further scope of applicability of the present invention will become apparent from the following detailed description. However, it should be understood that the detailed description and specific embodiments such as the preferred embodiments of the present invention are given by way of illustration only, since various changes and modifications within the spirit and scope of the present invention may be clearly understood by those skilled in the art.

도 1은 본 발명의 액상화합물 기반 수소저장기술(LOHC)을 포함하는 에너지 저장 기술별 저장 특성을 도시한 개념도이다.
도 2는 본 발명의 에너지생산 복합시스템의 개념도이다.
도 3은 본 발명의 에너지생산 복합시스템에 포함된 수소저장 장치부의 액상화합물 탱크를 나타낸 개념도이다.
도 4는 본 발명의 에너지생산 복합시스템에 포함된 수소저장 장치부의 수소화 반응기를 나타낸 개념도이다.
도 5는 본 발명의 에너지생산 복합시스템에 포함된 수소탈착 장치부의 탈수소화 반응기를 나타낸 개념도이다.
도 6은 본 발명의 에너지생산 복합시스템에 포함된 수소탈착 장치부의 흡착탑을 나타낸 개념도이다.
도 7은 본 발명의 에너지생산 복합시스템을 이용한 에너지 생산방법을 나타낸 순서도이다.
도 8은 본 발명의 에너지생산 복합시스템에 포함된 수전해 장치부를 통한 수소생산을 나타낸 개념도이다.
도 9는 본 발명의 에너지생산 복합시스템에 포함된 액상화합물의 수소화 반응의 예시를 나타낸 개념도이다.
도 10은 본 발명의 에너지생산 복합시스템에 포함된 연료전지부를 통하여 전력생산을 나타낸 개념도이다.1 is a conceptual diagram illustrating the storage characteristics of each energy storage technology including the liquid compound-based hydrogen storage technology (LOHC) of the present invention.
2 is a conceptual diagram of the energy production complex system of the present invention.
3 is a conceptual diagram showing a liquid compound tank of the hydrogen storage unit included in the energy production complex system of the present invention.
4 is a conceptual diagram showing a hydrogenation reactor of the hydrogen storage unit included in the energy production complex system of the present invention.
5 is a conceptual diagram showing a dehydrogenation reactor of the hydrogen desorption unit included in the energy production complex system of the present invention.
6 is a conceptual diagram showing an adsorption tower of the hydrogen desorption unit included in the energy production complex system of the present invention.
7 is a flowchart illustrating an energy production method using the energy production complex system of the present invention.
8 is a conceptual diagram illustrating hydrogen production through the water electrolysis device unit included in the energy production complex system of the present invention.
9 is a conceptual diagram illustrating an example of a hydrogenation reaction of a liquid compound included in the energy production complex system of the present invention.
10 is a conceptual diagram illustrating power generation through the fuel cell unit included in the energy production complex system of the present invention.

이하, 본 발명의 실시예와 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위해 예시적으로 지시한 것일 뿐, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되지 않는 다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가지는 자에 있어서 자명할 것이다. Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to embodiments and drawings of the present invention. These examples are merely illustrative to explain the present invention in more detail, and it will be apparent to those of ordinary skill in the art that the scope of the present invention is not limited by these examples. will be.

또한, 달리 정의하지 않는 한, 본 명세서에서 사용되는 모든 기술적 및 과학적 용어는 본 발명이 속하는 기술분야의 숙련자에 의해 통상적으로 이해되는 바와 동일한 의미를 가지며, 상충되는 경우에는, 정의를 포함하는 본 명세서의 기재가 우선할 것이다. Further, unless otherwise defined, all technical and scientific terms used herein have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs, and in case of conflict, this specification, including definitions description will take precedence.

도면에서 제안된 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다. 그리고 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 “포함”한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에서 기술한 “부”한, 특정 기능을 수행하는 한 개의 단위 또는 블록을 의미한다.In order to clearly explain the invention proposed in the drawings, parts irrelevant to the description are omitted, and similar reference numerals are assigned to similar parts throughout the specification. And, when a part "includes" a certain component, it means that other components may be further included, rather than excluding other components, unless otherwise stated. In addition, as described in the specification, “subordinate” refers to one unit or block that performs a specific function.

각 단계들에 있어 식별부호(제1, 제2, 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 실시될 수 있다.In each step, identification numbers (first, second, etc.) are used for convenience of description, and identification numbers do not describe the order of each step, and each step does not clearly describe a specific order in context. It may be performed differently from the order specified above.

즉, 각 단계들은 명기된 순서와 동일하게 실시될 수도 있고 실질적으로 동시에 실시될 수도 있으며 반대의 순서대로 실시될 수도 있다.That is, each step may be performed in the same order as the specified order, may be performed substantially simultaneously, or may be performed in the reverse order.

이하에서는, 본 발명이 속하는 기술 야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위하여, 본 발명의 바람직한 실시예들에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains can easily practice the present invention.

도 1은 본 발명의 액상화합물 기반 수소저장기술(LOHC)을 포함하는 에너지 저장 기술별 저장 특성을 도시한 개념도이다.1 is a conceptual diagram illustrating the storage characteristics of each energy storage technology including the liquid compound-based hydrogen storage technology (LOHC) of the present invention.

도 1을 참고하면, 수소를 저장하는 방법에는 고압가스 압축을 통한 수소저장 고체저장합금(MHC, Solid Metal Hydride, Chemical)을 통한 수소저장, 액상화합물 기반 수소저장기술(LOHC, Liquid Organic Hydrogen, Carrier) 방식을 통한 수소저장 등이 있다. Referring to FIG. 1 , the method for storing hydrogen includes hydrogen storage through solid metal hydride (MHC, Solid Metal Hydride, Chemical) for hydrogen storage through high-pressure gas compression, and liquid compound-based hydrogen storage technology (LOHC, Liquid Organic Hydrogen, Carrier). ) through hydrogen storage.

상세하게는, 상기 액상화합물 기반 수소저장기술(LOHC)은 높은 에너지 저장 특성을 가지는 것을 특징으로 하는 것으로, 예를 들어, 리튬이온 배터리와 비교하여 4배 이상의 에너지 저장 특성을 가지며, 압축 수소 방식과 대비하여 2배 이상의 에너지 저장 특성을 갖는다.Specifically, the liquid compound-based hydrogen storage technology (LOHC) is characterized in that it has high energy storage characteristics, for example, has 4 times or more energy storage characteristics compared to lithium ion batteries, and compressed hydrogen method and Compared to that, it has more than twice the energy storage characteristics.

도 2는 본 발명의 에너지생산 복합시스템(1)의 개념도이다.Figure 2 is a conceptual diagram of the energy production complex system (1) of the present invention.

도 2를 참고하면, 본 발명의 에너지생산을 위한 에너지생산 복합시스템(1)에 있어서, 수전해 장치부(100), 수소저장 장치부(200), 수소탈착 장치부(300) 및 연료전지부(400)를 포함하는 것을 특징으로 한다. 또한, 상기 에너지 생산 복합시스템(1)은 상기 수소저장 장치부(200) 및 상기 수소탈착 장치부(300)의 온도 및 압력을 제어하는 온도제어부 및 압력 제어부를 더 포함한다. Referring to FIG. 2 , in the energy production complex system 1 for energy production of the present invention, a water electrolysis device unit 100 , a hydrogen storage device unit 200 , a hydrogen desorption device unit 300 , and a fuel cell unit (400). In addition, the energy production complex system (1) further includes a temperature control unit and a pressure control unit for controlling the temperature and pressure of the hydrogen storage unit 200 and the hydrogen desorption unit 300.

또한, 각 장치부 및 제어부는 가스 및 LOHC 라인, 냉각라인, 제어장치 및 제어라인(미도시)을 더 포함하는 것으로, 각 라인을 통하여 수소의 생산, 저장 및 탈착, 탈착된 수소를 이용한 에너지 생산을 수행하도록 형성된다. 또한, 상기 가스 및 LOHC 라인, 냉각라인, 제어장치 및 제어라인에 연결되어 작동하는 다수의 펌프, 레귤레이터, 니들밸브, 체크밸브, 볼밸브 및 다"??* 밸브 등이 더 구비될 수 있다. In addition, each device unit and control unit to further include a gas and LOHC line, a cooling line, a control device and a control line (not shown), through each line, hydrogen production, storage and desorption, and energy production using desorbed hydrogen is formed to perform In addition, a plurality of pumps, regulators, needle valves, check valves, ball valves, multi"??* valves, etc. connected to and operating the gas and LOHC lines, cooling lines, control devices and control lines may be further provided.

또한, 상기 가스라인을 통하여 질소가 공급되는 것으로 본 발명의 에너지생산 복합시스템(1)을 운전하는 동안 질소가 공급되는 것을 특징으로 한다. 이때, 질소는 수소가스의 균일한 공급을 위한 캐리어 가스의 일종일 수 있다.In addition, as nitrogen is supplied through the gas line, it is characterized in that nitrogen is supplied while the energy production complex system 1 of the present invention is operated. In this case, nitrogen may be a kind of carrier gas for uniform supply of hydrogen gas.

또한, 상기 에너지생산 복합시스템(1)을 구성하는 수전해 장치부(100), 수소저장 장치부(200), 수소탈착 장치부(300) 및 연료전지부(400)는 순차적으로 연장 연결될 수 있다. In addition, the water electrolysis unit 100, the hydrogen storage unit 200, the hydrogen desorption unit 300 and the fuel cell unit 400 constituting the energy production complex system 1 may be sequentially extended and connected. .

하기에는, 에너지생산 복합시스템(1)을 구성하는 각 부분에 대하여 상세히 설명하도록 한다.Hereinafter, each part constituting the energy production complex system 1 will be described in detail.

상기 수전해 장치부(100)는 물을 전기분해하여 수소를 생산하는 것으로, 상기 수전해 장치부(100)의 수전해 장치를 통하여 수소를 생산하는 것을 특징으로 한다. The water electrolysis device unit 100 produces hydrogen by electrolyzing water, and it is characterized in that hydrogen is produced through the water electrolysis device of the water electrolysis device unit 100 .

이때, 상기 수전해 장치부(100)의 수전해 장치는 KOH 또는 NaOH 전해질을 사용하는 알칼라인 수전해 장치 및 고분자 전해질 막을 사용하는 고분자 전해질 수전해(PEM water electrolysis)장치 중 선택되는 1종을 포함하는 것으로, 본 발명에서는 고분자 전해질 수전해(PEM water electrolysis)장치를 사용하는 것이 바람직하다.In this case, the water electrolysis device of the water electrolysis device unit 100 includes one selected from an alkaline water electrolysis device using KOH or NaOH electrolyte and a PEM water electrolysis device using a polymer electrolyte membrane. Therefore, in the present invention, it is preferable to use a polymer electrolyte water electrolysis (PEM water electrolysis) device.

상기 수소저장 장치부(200)는 상기 수전해 장치부(100)로부터 연장 연결되는 것으로, 상기 수전해 장치부(100)로부터 생산된 수소를 제1액상화합물과 반응하여 상기 제1액상화합물을 수소가 저장된 제2액상화합물이 되도록 형성하는 것으로, 상기 수소저장 장치부(200)는 액상화합물 탱크(210, 220) 및 수소화 반응기(230)를 포함하는 것을 특징으로 한다. The hydrogen storage unit 200 is extended and connected from the water electrolysis unit 100, and the hydrogen produced from the water electrolysis unit 100 reacts with a first liquid compound to convert the first liquid compound into hydrogen. is formed to be a stored second liquid compound, and the hydrogen storage unit 200 includes liquid compound tanks 210 and 220 and a hydrogenation reactor 230 .

도 3은 본 발명의 에너지생산 복합시스템에 포함된 수소저장 장치부(200)의 액상화합물 탱크를 나타낸 개념도이다.3 is a conceptual diagram showing a liquid compound tank of the hydrogen storage unit 200 included in the energy production complex system of the present invention.

도 3을 참고하면, 상기 액상화합물 탱크는 상기 수소와 반응하지 않은 제1 액상화합물을 수용하는 제1액상화합물 탱크(210) 및 상기 수소와 반응하여 수소가 저장 재2액상화합물을 수용하는 제2액상화합물 탱크(220)를 포함하는 것으로, 상기 제1액상화합물 탱크(210)는 상기 수전해 장치부(100)로부터 연장 연결 되는 것이 바람직하다.Referring to FIG. 3 , the liquid compound tank includes a first liquid compound tank 210 for accommodating a first liquid compound that has not reacted with hydrogen, and a second liquid compound tank 210 for accommodating a second liquid compound in which hydrogen is stored by reacting with the hydrogen. It is preferable to include a liquid compound tank 220 , and the first liquid compound tank 210 is extended and connected from the water electrolysis device unit 100 .

이때, 상기 액상화합물은 적어도 하나의 공액결합을 갖는 헤테로 고리 화합물을 포함하는 액상유기물 저장체(LOHC, Liquid Organic Hydrogen Carrier)인 것을 특징으로 하는 것으로, 예를 들어, 상기 액상유기물 저장체는 방향족 유기화합물 및 그 유도체를 포함하는 것으로, 벤젠, 톨루엔, 다이벤질톨루엔, 나프탈렌, 피리딘 등을 포함하며, 이에 제한은 없다. In this case, the liquid compound is a liquid organic material storage (LOHC, Liquid Organic Hydrogen Carrier) comprising a heterocyclic compound having at least one conjugated bond, for example, the liquid organic material storage medium is an aromatic organic material. Compounds and derivatives thereof include, but are not limited to, benzene, toluene, dibenzyltoluene, naphthalene, pyridine, and the like.

덧붙여 본 발명의 설명에서 상기 액상화합물은 수소를 저장할 수 있는 상태의 액상화합물은 제1액상화합물로 명명될 수 있다. 한편, 수소가 저장된 상태의 액상화합물은 제2액상화합물로 명명될 수 있다. 이때, 상기의 제1액상화합물 및 제2액상화합물은 동일한 물질에서 수소의 저장 상태에 따라 가역적으로 변화하는 화합물의 형태로 본 발명의 액상화합물을 임의로 구분하여 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 서수에 의하여 액상화합물의 종류를 구분하거나 한정되지는 않는다.In addition, in the description of the present invention, the liquid compound in a state capable of storing hydrogen may be referred to as a first liquid compound. On the other hand, a liquid compound in a state in which hydrogen is stored may be referred to as a second liquid compound. In this case, the first liquid compound and the second liquid compound may be used to arbitrarily separate and explain the liquid compound of the present invention in the form of a compound that changes reversibly depending on the storage state of hydrogen in the same material, but by the ordinal number The type of liquid compound is not classified or limited.

즉, 상기 제1액상화합물 탱크(210)는 수소와 반응하기 전 제1액상화합물을 수용하고, 상기 제2액상화합물 탱크(220)는 상기 수소가 저장된 제2액상화합물을 수용하는 것이 바람직하다.That is, it is preferable that the first liquid compound tank 210 accommodates the first liquid compound before reacting with hydrogen, and the second liquid compound tank 220 contains the second liquid compound in which the hydrogen is stored.

도 4는 본 발명의 에너지생산 복합시스템에 포함된 수소저장 장치부(200)의 수소화 반응기(230)를 나타낸 개념도이다.4 is a conceptual diagram showing the hydrogenation reactor 230 of the hydrogen storage unit 200 included in the energy production complex system of the present invention.

상기 수소화 반응기(230)는 상기 제1액상화합물 탱크(210)에 연장 연결되는 것으로, 상기 제1액상화합물을 수소화 반응시켜 수소가 저장된 제2액상화합물로 전환시킨다. 이때, 상기 수소화 반응기(230)는 고압용기로 형성되는 것으로, 상기 수전해 장치부(100)로부터 생산된 수소가 버블링되어 공급되도록 형성되는 것이 바람직하다. The hydrogenation reactor 230 is extended to the first liquid compound tank 210, and converts the first liquid compound into a second liquid compound in which hydrogen is stored by hydrogenating the first liquid compound. In this case, the hydrogenation reactor 230 is formed as a high-pressure vessel, and it is preferable that the hydrogen produced from the water electrolysis unit 100 is bubbled and supplied.

다시 말해, 상기 수소화 반응기(230)에서는 상기 수전해 장치부(100)로부터 생산된 수소와 상기 제1액상화합물이 반응하여 상기 수소가 저장된 제2액상화합물이 형성되도록 하는 수소화 반응이 이루어지는 반응기인 것을 특징으로 한다.In other words, in the hydrogenation reactor 230, hydrogen produced from the water electrolysis unit 100 and the first liquid compound react to form a second liquid compound in which the hydrogen is stored. characterized.

또한, 상기 수소화 반응은 도 9에 개시한 바와 같이 촉매의 존재하여 반응이 이루어지는 것으로, 벤젠고리 기반의 유기화합물을 수소와 반응시켜 수소를 저장하는 것을 특징으로 한다. 이때, 상기 수소 저장을 위하여 벤젠고리의 이중결합이 깨어지며 6개의 수소원자가 저장되는 것으로, 발열반응이 발생하게 된다.In addition, the hydrogenation reaction is performed in the presence of a catalyst as shown in FIG. 9, and is characterized in that hydrogen is stored by reacting an organic compound based on a benzene ring with hydrogen. At this time, for the storage of hydrogen, the double bond of the benzene ring is broken and 6 hydrogen atoms are stored, and an exothermic reaction occurs.

이에, 상기 발열반응에 따른 상기 수소화 반응기(230)의 온도 상승을 제어하기 위해 실시간으로 온도를 측정하고 온도를 제어하는 냉각라인을 포함하는 것을 특징으로 한다.Accordingly, in order to control the temperature rise of the hydrogenation reactor 230 according to the exothermic reaction, it is characterized in that it includes a cooling line for measuring and controlling the temperature in real time.

나아가, 상기 수소화 반응기(230)는 복수개의 배치타입으로 구비될 수 있다. 이때, 상기 수소화 반응기(230)가 복수개가 배치될 경우 각각의 수소화 반응기(230)에 상기 수소 및 상기 제1액상화합물을 공급하여 수소화 반응이 이루어질 수 있으며, 상기 각 각의 수소화 반응기(230)에 냉각라인을 더 포함할 수 있다.Furthermore, the hydrogenation reactor 230 may be provided in a plurality of batch types. At this time, when a plurality of the hydrogenation reactors 230 are disposed, the hydrogenation reaction may be performed by supplying the hydrogen and the first liquid compound to each hydrogenation reactor 230 , and in each hydrogenation reactor 230 . It may further include a cooling line.

도 5는 본 발명의 에너지생산 복합시스템(1)에 포함된 수소탈착 장치부(300)의 탈수소화 반응기를 나타낸 개념도이다. 5 is a conceptual diagram showing a dehydrogenation reactor of the hydrogen desorption device unit 300 included in the energy production complex system (1) of the present invention.

도 5를 참고하면, 상기 수소탈착 장치부(300)는 상기 제2액상화합물 탱크(220)에 연장 연결될 수 있는 것으로, 탈수소화 반응기를 포함하며, 상기 수소가 저장된 제2액상화합물로부터 수소를 탈착하는 것을 특징으로 한다. 이때, 상기 탈수소화 반응기는 상압용기로 형성되며, 상기 수소가 저장된 액상화합물인 제2액상 화합물이 버블링되어 공급되도록 형성되는 것이 바람직하다. Referring to FIG. 5 , the hydrogen desorption device unit 300 may be extended and connected to the second liquid compound tank 220 , and includes a dehydrogenation reactor, and desorbs hydrogen from the second liquid compound in which the hydrogen is stored. characterized in that In this case, the dehydrogenation reactor is formed in an atmospheric pressure vessel, and it is preferable that the second liquid compound, which is a liquid compound in which the hydrogen is stored, is bubbled and supplied.

또한, 상기 탈수소화 반응기는 복수개가 배치되는 것을 특징으로 하는 것으로, 상기 수소탈착 장치부(300)는 제1탈수소화 반응기(310), 제2탈수소화 반응기(320), 제3탈수소화 반응기(330) 및 제4탈수소화 반응기(340)를 포함할 수 있으며, 상기 탈수소화 반응기의 개수에 제한은 없다. 이때, 상기 탈수소화 반응기를 복수개로 설치함에 따라 동일 시간동안 탈수소화 반응에 의해 탈착되는 수소의 양을 증가시킬 수 있다.In addition, the dehydrogenation reactor is characterized in that a plurality of is disposed, the hydrogen dehydrogenation device unit 300 is a first dehydrogenation reactor 310, a second dehydrogenation reactor 320, a third dehydrogenation reactor ( 330) and a fourth dehydrogenation reactor 340 may be included, and the number of the dehydrogenation reactors is not limited. At this time, as a plurality of the dehydrogenation reactors are installed, the amount of hydrogen desorbed by the dehydrogenation reaction for the same time can be increased.

다시 말해, 상기 탈수소화 반응기(310, 320, 330, 340)에서는 상기 제2액상화합물 탱크(220)로부터 공급받은 제2액상화합물을 수소 및 제1액상화합물로 분리되도록 하는 탈수소화 반응이 이루어지는 반응기인 것을 특징으로 한다.In other words, in the dehydrogenation reactors (310, 320, 330, 340), the dehydrogenation reaction is performed to separate the second liquid compound supplied from the second liquid compound tank 220 into hydrogen and the first liquid compound. characterized by being.

또한, 상기 탈수소화 반응은 도 9에 개시한 바와 같이 촉매의 존재하여 반응이 이루어지는 것으로, 상기 수소가 저장되어 있는 유기화합물로부터 수소를 탈착하는 것을 특징으로 한다. 이때, 상기 수소가 저장된 유기화합물로부터 수소원자가 탈착되어 분리되고 상기 유기화합물은 이중결합을 포함하는 벤젠고리로 전환되는 것으로, 흡열반응이 발생하게 된다.In addition, the dehydrogenation reaction is performed in the presence of a catalyst as shown in FIG. 9, and is characterized in that hydrogen is desorbed from the organic compound in which the hydrogen is stored. At this time, a hydrogen atom is desorbed and separated from the organic compound in which the hydrogen is stored, and the organic compound is converted into a benzene ring including a double bond, and an endothermic reaction occurs.

이에, 상기 흡열반응에 따른 상기 탈수소화 반응기(310, 320, 330, 340)의 온도를 제어하기 위해 실시간으로 온도를 측정하고 온도를 제어하는 가열장치를 더 포함할 수 있다. Accordingly, in order to control the temperature of the dehydrogenation reactor (310, 320, 330, 340) according to the endothermic reaction, a heating device for measuring the temperature in real time and controlling the temperature may be further included.

도 6은 본 발명의 에너지생산 복합시스템(1)에 포함된 수소탈착 장치부(300)의 흡착탑(350)을 나타낸 개념도이다. 6 is a conceptual diagram illustrating the adsorption tower 350 of the hydrogen desorption device unit 300 included in the energy production complex system 1 of the present invention.

도 6을 참고하면, 상기 수소탈착 장치부(300)는 상기 탈수소화 반응기로부터 수소를 탈착 후 배출 시 잔류하는 액상화합물 잔류가스를 흡착하여 수소의 순도를 향상시키는 것을 특징으로 하는 것으로, 흡착탑(350), 제1응축기(351) 및 제2응축기(352)를 더 포함한다. Referring to FIG. 6 , the hydrogen desorption device unit 300 is characterized in that it improves the purity of hydrogen by adsorbing the liquid compound residual gas remaining upon discharging after desorption of hydrogen from the dehydrogenation reactor, the adsorption tower 350 ), a first condenser 351 and a second condenser 352 are further included.

상세하게는, 상기 제1응축기(351)는 상기 탈수소화 반응기(310, 320, 330, 340)에 연장 연결되고, 상기 제2응축기는(352)는 상기 제1응축기(351)에 연장 연결되며, 상기 흡착탑(350)은 상기 제2응축기(352)에 연장 연결될 수 있다. In detail, the first condenser 351 is extended and connected to the dehydrogenation reactors 310, 320, 330, 340, and the second condenser 352 is extended and connected to the first condenser 351, and , the adsorption tower 350 may be extended and connected to the second condenser 352 .

또한, 상기 제1응축기(351) 및 상기 제2응축기(352)는 탈수소화 반응기(310, 320, 330, 340)에서 방출되는 수소, 휘발된 제1액상화합물 및 제2액상화합물의 응축온도 이하로 낮추어 제1액상화합물 및 제2액상화합물을 1차적으로 회수하도록 형성된다. 이에, 상기 제1응축기(351) 및 상기 제2응축기(352)는 온도를 낮춰주는 냉각부(353, 353') 및 회수부를 더 구비하는 것을 특징으로 한다. In addition, the first condenser 351 and the second condenser 352 are the hydrogen discharged from the dehydrogenation reactors 310 , 320 , 330 , 340 , and the vaporized first liquid compound and the second liquid compound are below the condensation temperature. It is formed to primarily recover the first liquid compound and the second liquid compound. Accordingly, the first condenser 351 and the second condenser 352 may further include cooling units 353 and 353 ′ for lowering the temperature and a recovery unit.

이때, 상기 회수부는 펌프(301)의 작동을 동력으로 하여 회수된 상기1액상화합물 및 상기 제2액상화합물을 상기 제1액상화합물 탱크(210)로 재순환시키도록 형성될 수 있다.In this case, the recovery unit may be configured to recirculate the first liquid compound and the second liquid compound recovered by the operation of the pump 301 as a power to the first liquid compound tank 210 .

또한, 상기 흡착탑(350)은 상기 제1응축기(351) 및 상기 제2응축기(352)의 후단에 배치되는 것으로, 탄화수소 흡착제를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이때, 상기 탄화수소 흡착제는 활성탄일 수 있으며, 상기 활성탄은 상기 액상화합물의 열분해 등으로 발생한 불순물인 메타 벤젠과 같은 저탄화수소를 흡착하여 제거할 수 있다. In addition, the adsorption tower 350 is disposed at the rear end of the first condenser 351 and the second condenser 352, characterized in that it includes a hydrocarbon adsorbent. In this case, the hydrocarbon adsorbent may be activated carbon, and the activated carbon may adsorb and remove low hydrocarbons such as metabenzene, which is an impurity generated by thermal decomposition of the liquid compound.

나아가, 상기 흡착탑(350)은 방진필터를 더 포함하는 것으로, 상기 탄화수소 흡착제가 상기 연료전지부(400)로 공급되는 것을 방지할 수 있는 것으로, 상기 연료전지부(400)의 탄소침적에 대한 성능의 저하를 방지하는 효과가 있다.Furthermore, the adsorption tower 350 further includes a dust-proof filter, which can prevent the hydrocarbon adsorbent from being supplied to the fuel cell unit 400 , and the performance of the fuel cell unit 400 against carbon deposition has the effect of preventing the deterioration of

상기 연료전지부(400)는 상기 수소탈착 장치부(300)로부터 탈착된 수소를 공급받아 전력을 생산하는 것을 특징으로 한다. 이때, 상기 연료전지부(400)에 포함되는 연료전지는 선택에 제한은 없으며, 예를 들어, 액체인산을 전해질로 사용하는 인산형 연료전지(PAFC), 고체상태의 비 다공성 고체산화물의 혼합물을 전해질로 사용하는 고체산화물연료전지(SOFC), 수소이온교환 특성을 갖는 고분자막을 전해질로 사용하는 고분자전해질 연료전지(PEMFC) 중 선택되는 1종을 포함할 수 있다.The fuel cell unit 400 receives the hydrogen desorbed from the hydrogen desorption device unit 300 to produce electric power. At this time, the fuel cell included in the fuel cell unit 400 is not limited in selection, for example, a phosphoric acid fuel cell (PAFC) using liquid phosphoric acid as an electrolyte, a mixture of a non-porous solid oxide in a solid state. It may include one selected from a solid oxide fuel cell (SOFC) used as an electrolyte and a polymer electrolyte fuel cell (PEMFC) using a polymer membrane having hydrogen ion exchange characteristics as an electrolyte.

또한, 상기 연료전지부(400)는 상기 탈착된 수소 공급량에 따라 생산되는 전력량이 결정되는 것으로, 상기 수소저장 장치부(200) 및 상기 수소탈착 장치부(300)의 온도 및 압력을 제어함에 따라 수소 저장량 및 수소 공급량을 제어할 수 있으며, 상기 제어된 수소 공급량에 따라 생산되는 전력량을 제어할 수 있다.In addition, the fuel cell unit 400 determines the amount of power produced according to the desorbed hydrogen supply amount, and by controlling the temperature and pressure of the hydrogen storage unit 200 and the hydrogen desorption unit 300 , It is possible to control the hydrogen storage amount and the hydrogen supply amount, and it is possible to control the amount of power produced according to the controlled hydrogen supply amount.

도 7은 본 발명의 에너지생산 복합시스템을 이용한 에너지 생산방법을 나타낸 순서도이다.7 is a flowchart illustrating an energy production method using the energy production complex system of the present invention.

도 7을 참고하면, 상기 에너지생산 복합시스템(1)을 이용한 에너지 생산방법(S100)은 수소생산 단계(S110), 수소화 반응단계(S120), 탈수소화 반응 단계(S130) 및 전력 생산 단계(S140)를 포함하는 것을 특징으로 한다.7, the energy production method (S100) using the energy production complex system (1) is a hydrogen production step (S110), a hydrogenation reaction step (S120), a dehydrogenation reaction step (S130) and a power production step (S140) ) is characterized in that it contains.

상기 수소생산 단계(S110)는 상기 수전해 장치부(100)를 통해 수소를 생산하는 것으로, 물을 전기분해하여 수소를 생산하는 것을 특징으로 한다. The hydrogen production step (S110) is to produce hydrogen through the water electrolysis device unit 100, characterized in that the electrolysis of water to produce hydrogen.

상세하게는, 상기 수전해 장치부(100)의 수전해 장치에 전력을 공급하여 물을 전기분해 함으로써 수소를 생산하는 것으로, 상기 수전해 장치로 공급되는 전력은 재생에너지의 잉여전력을 사용하는 것을 특징으로 한다. In detail, by supplying electric power to the water electrolysis device of the water electrolysis device unit 100 to electrolyze water to produce hydrogen, the power supplied to the water electrolysis device uses surplus power of renewable energy. characterized.

또한, 상기 수전해 장치부(100)의 수전해 장치는 KOH 또는 NaOH 전해질을 사용하는 알칼라인 수전해 장치 및 고분자 전해질 막을 사용하는 고분자 전해질 수전해(PEM water electrolysis)장치 중 선택되는 1종을 포함하는 것으로, 본 발명에서는 고분자 전해질 수전해(PEM water electrolysis)장치를 사용하는 것이 바람직하다.In addition, the water electrolysis device of the water electrolysis device unit 100 includes one selected from an alkaline water electrolysis device using KOH or NaOH electrolyte and a PEM water electrolysis device using a polymer electrolyte membrane. Therefore, in the present invention, it is preferable to use a polymer electrolyte water electrolysis (PEM water electrolysis) device.

도 8은 본 발명의 에너지생산 복합시스템에 포함된 수전해 장치부를 통한 수소생산을 나타낸 개념도이다.8 is a conceptual diagram showing hydrogen production through the water electrolysis device unit included in the energy production complex system of the present invention.

도 8를 참고하면, 상기 고분자 전해질 수전해(PEM water electrolysis)장치는 수소 발생 반응 촉매를 포함하는 음극(cathode), 양극(anode) 및 고분자 전해질(PEM)을 포함하는 것을 특징으로 한다. 이때, 상기 음극에서는 하기 제1반응식이 수행되고, 양극에서는 제2반응식이 수행되는 것으로, 하기 반응을 통해 수소를 생산할 수 있다.Referring to FIG. 8 , the PEM water electrolysis device is characterized in that it includes a cathode, an anode, and a polymer electrolyte (PEM) including a hydrogen generating reaction catalyst. At this time, the first reaction equation is performed at the negative electrode, and the second reaction equation is performed at the positive electrode, and hydrogen can be produced through the following reaction.

[제1반응식] [Equation 1]

4H+ + 4e- → 2H2 4H + + 4e - → 2H 2

[제2반응식] [Second Reaction Formula]

2H2O → 4H+ + 4e- + O2 2H 2 O → 4H+ + 4e - + O 2

상기 수소화 반응 단계(S120)는 상기 수소 생산 단계(S110)로부터 생산된 수소를 액상화합물과 반응하여 상기 수소를 저장하는 것으로, 상기 수전해 장치부(100)로부터 생산된 수소를 수소저장 장치부(200)로 공급하고, 상기 수소저장 장치부(200)의 액상화합물과 반응하여 상기 수소를 저장하는 것을 특징으로 한다.The hydrogenation reaction step (S120) is to store the hydrogen by reacting the hydrogen produced in the hydrogen production step (S110) with a liquid compound, and the hydrogen produced from the water electrolysis device unit 100 is stored in a hydrogen storage unit ( 200), and reacts with the liquid compound of the hydrogen storage unit 200 to store the hydrogen.

구체적으로, 상기 수소화 반응 단계(S120)는 상기 제1액상화합물 탱크(210)에서 수소와 반응하기 전 제1액상화합물을 상기 수소화 반응기(230)로 공급하는 단계, 상기 수전해 장치부(100)로부터 생산된 수소를 상기 수소화 반응기(230)에 버블링하여 공급하는 단계, 상기 수소 및 상기 제1액상화합물이 반응하여 결합하는 단계 및 상기 수소와 반응하여 결합한 제2액상화합물을 상기 제2액상화합물 탱크(220)에 공급하는 단계를 포함하는 것으로, 상기 수소화 반응 단계(S120)는 150도 내지 180도, 30bar 내지 70bar의 압력에서 수행되는 것이 바람직하다. Specifically, the hydrogenation reaction step (S120) is a step of supplying a first liquid compound to the hydrogenation reactor 230 before reacting with hydrogen in the first liquid compound tank 210, the water electrolysis unit 100 supplying hydrogen produced by bubbling to the hydrogenation reactor 230, reacting and combining the hydrogen and the first liquid compound, and reacting and combining the hydrogen with a second liquid compound to the second liquid compound To include the step of supplying to the tank 220, the hydrogenation reaction step (S120) is preferably performed at a pressure of 150 to 180 degrees, 30bar to 70bar.

상기 탈수소화 반응 단계(S130)는 상기 제2액상화합물에 저장된 수소를 탈착하여 수소 및 상기 제1액상화합물로 분리하는 것을 특징으로 한다.The dehydrogenation reaction step (S130) is characterized in that the hydrogen stored in the second liquid compound is desorbed and separated into hydrogen and the first liquid compound.

구체적으로, 상기 탈수소화 반응 단계(S130)는 상기 제2액상화합물 탱크에서 상기 수소가 저장된 제2액상화합물을 상기 탈수소화 반응기(310, 320, 330, 340)로 버블링하여 공급하는 단계, 상기 제2액상화합물로부터 상기 수소를 탈착하여 상기 수소 및 상기 제1액상화합물로 분리하는 단계, 상기 탈착된 수소를 흡착탑(350)으로 공급하는 단계 및 상기 흡착탑(350)에서 잔류 제1액상화합물 및 제2액상화합물을 흡착하여 고순도 수소를 형성하는 단계를 포함하는 것으로, 상기 탈수소화 반응 단계(S130)는 250도 내지 350도, 1bar 내지 5bar의 압력에서 수행되는 것이 바람직하다. Specifically, the dehydrogenation reaction step (S130) is a step of supplying the second liquid compound in which the hydrogen is stored in the second liquid compound tank by bubbling to the dehydrogenation reactors (310, 320, 330, 340), the separating the hydrogen from the second liquid compound into the hydrogen and the first liquid compound; supplying the desorbed hydrogen to the adsorption tower 350; and the remaining first liquid compound and the second liquid compound in the adsorption tower 350 It includes the step of adsorbing the two-liquid compound to form high-purity hydrogen, the dehydrogenation reaction step (S130) is preferably carried out at a pressure of 250 degrees to 350 degrees, 1 bar to 5 bar.

구체적으로, 상기 탈착된 수소를 흡착탑(350)으로 공급하는 단계는 상기 탈착된 수소를 제1응축기(351)로 공급하는 단계 및 상기 제1응축기(351)를 통과한 수소를 제2응축기(252)로 공급하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. Specifically, the step of supplying the desorbed hydrogen to the adsorption tower 350 includes the step of supplying the desorbed hydrogen to the first condenser 351 and the hydrogen passing through the first condenser 351 to the second condenser 252 . ), characterized in that it comprises the step of supplying.

이를 통해, 상기 제1응축기(351) 및 상기 제2응축기(352)를 통과함에 따라 상기 탈착된 수소로부터 휘발된 제1액상화합물 및 제2액상화합물을 응축하여 1차 회수 할 수 있다. 이때, 상기 회수된 제1액상화합물 및 상기 제2액상화합물 또한 상기 제1액상화합물 탱크(210)로 재순환 되어 재사용 하는 것이 바람직하다. Through this, as it passes through the first condenser 351 and the second condenser 352, the first liquid compound and the second liquid compound volatilized from the desorbed hydrogen can be condensed and firstly recovered. At this time, it is preferable that the recovered first liquid compound and the second liquid compound are also recycled to the first liquid compound tank 210 for reuse.

또한, 상기 제2액상화합물로부터 수소를 탈착하여 상기 수소와 분리된 상기 제1액상화합물은 제1액상화합물 탱크(210)로 재순환되어 재사용하는 것이 바람직하다. In addition, it is preferable that the first liquid compound separated from the hydrogen by desorbing hydrogen from the second liquid compound is recycled to the first liquid compound tank 210 for reuse.

상기 전력 생산 단계(S140)는 상기 탈착된 수소를 공급받아 전력을 생산하는 것으로, 상기 탈착된 수소를 연료전지부(400)의 연료전지에 공급하여 전력을 생산하는 것을 특징으로 한다. The power generation step (S140) is to generate power by receiving the desorbed hydrogen, and it is characterized in that the desorbed hydrogen is supplied to the fuel cell of the fuel cell unit 400 to produce power.

예를 들어, 도 10은 본 발명의 에너지생산 복합시스템(1)에 포함된 연료전지부(400)를 통하여 전력생산을 나타낸 개념도로, 도 10을 참고하면, 연료전지는 환원전극(cathode), 산화전극(anode) 및 전해질을 포함하는 것을 특징으로 한다. 구체적으로, 상기 환원전극에서는 하기 제3반응식이 수행되고, 산화전극에서는 제4반응식이 수행되는 것으로, 하기 반응을 통해 전력을 생산하는 것을 특징으로 한다. For example, FIG. 10 is a conceptual diagram illustrating power production through the fuel cell unit 400 included in the energy production complex system 1 of the present invention. Referring to FIG. 10 , the fuel cell includes a cathode, It is characterized in that it includes an anode and an electrolyte. Specifically, the following third reaction formula is performed in the cathode, and the fourth reaction formula is performed in the anode electrode, and power is generated through the following reaction.

이때, 상기 생산되는 전력량은 상기 연료전지부(400)에 공급되는 수소 공급량에 따라 제어할 수 있는 것으로, 상기 수소 공급량은 상기 수소저장 장치부(200) 및 상기 수소탈착 장치부(300)의 온도 및 압력 제어함에 따라 생산량을 결정할 수 있다.At this time, the amount of generated power can be controlled according to the amount of hydrogen supplied to the fuel cell unit 400 , and the hydrogen supply amount is the temperature of the hydrogen storage unit 200 and the hydrogen desorption unit 300 . And by controlling the pressure, it is possible to determine the production volume.

[제3반응식] [Scheme 3]

1/2O2 + 2H+ + 2e- → H2O1/2O 2 + 2H+ + 2e - → H 2 O

[제4반응식] [Equation 4]

H2 → 2H+ + 2e- H 2 → 2H+ + 2e -

상기 전력 생산 단계(S140)는 단계는, 상기 전력 생산 단계(S140)를 통하여 생산된 전력은 그리드를 통해 산업용 또는 가정용으로 공급하는 단계를 더 포함할 수 있다. The power generation step (S140) may further include the step of supplying the power generated through the power generation step (S140) for industrial or home use through a grid.

이하, 본 발명의 에너지생산 복합시스템을 통한 에너지생산 실시예에 대하여 설명한다. Hereinafter, an embodiment of energy production through the energy production complex system of the present invention will be described.

실시예. 에너지생산 복합시스템(1)을 이용하여 에너지를 생산Example. Energy is produced using the energy production complex system (1)

본 발명에 따른 에너지생산 복합시스템(1)을 이용하여 에너지를 생산하였다.Energy was produced using the energy production complex system 1 according to the present invention.

1 단계: PEM 수전해 장치에 재생에너지로부터 생산된 전력을 공급하여 수소를 하였다. 이때, 5시간 동안 반응하여 100Nm3의 수소를 생산하였다.Step 1: Hydrogen was produced by supplying power generated from renewable energy to the PEM water electrolyzer. At this time, the reaction was carried out for 5 hours to produce 100 Nm 3 of hydrogen.

2 단계: 상기 생산된 수소를 액상화합물에 저장하기 위하여 수소화 반응기에 액상화합물인 BDT 및 수소화 반응 촉매의 존재하에 수소를 버블링하여 공급하고, 150도, 40bar 압력으로 8 시간 동안 수소화 반응을 진행하여 상기 액상화합물에 수소를 저장하였다. 이때, 상기 수소화 반응을 통하여 40Nm3의 수소를 저장하였다.Step 2: In order to store the produced hydrogen in a liquid compound, hydrogen is supplied by bubbling in the hydrogenation reactor in the presence of BDT as a liquid compound and a hydrogenation reaction catalyst, and hydrogenation reaction is performed at 150 degrees and 40 bar pressure for 8 hours. Hydrogen was stored in the liquid compound. At this time, 40Nm 3 of hydrogen was stored through the hydrogenation reaction.

3 단계: 상기 액상화합물에 저장된 수소로부터 수소를 탈착하기 위하여 탈수소화 반응기에 탈수소화 촉매의 존재하에 상기 수소가 저장된 액상화합물을 버블링 하여 공급하고, 300도, 1bar 압력으로 2 시간 동안 탈수소화 반응을 진행하여 수소를 탈착하였다. 이때, 상기 탈수소화 반응을 통하여 저장하였던 40Nm3의 수소를 탈착였다.Step 3: In order to desorb hydrogen from the hydrogen stored in the liquid compound, the liquid compound in which the hydrogen is stored is bubbled and supplied to the dehydrogenation reactor in the presence of a dehydrogenation catalyst, and the dehydrogenation reaction is performed at 300 degrees and 1 bar pressure for 2 hours. to desorb hydrogen. At this time, 40Nm 3 of hydrogen stored through the dehydrogenation reaction was desorbed.

4 단계: 상기 탈착된 수소를 이용하여 전력을 생산하기 위하여 연료전지로 수소를 공급하였다. 이때, 2시간 동안 연료전지에 수소를 공급함으로써 40kW의 전력을 생산 할 수 있었다.Step 4: Hydrogen was supplied to the fuel cell to generate electric power using the desorbed hydrogen. At this time, 40kW of electricity could be produced by supplying hydrogen to the fuel cell for 2 hours.

본 발명의 액상화합물을 기반으로 한 에너지생산 복합시스템을 적용함에 따라 재생에너지의 간헐적인 전력 생산 및 이에 따른 전력 수요 및 공급의 불균형을 해결할 수 있을 것으로 기대된다. By applying the energy production complex system based on the liquid compound of the present invention, it is expected that the intermittent power generation of renewable energy and the resulting imbalance in power demand and supply can be solved.

또한, 기존의 수소저장 탱크 등에 비해 수소의 저장 및 운송이 용이하며, 화석연료의 인프라를 활용할 수 있는 장점이 있다. 이를 통해, 잉여 전력을 액상화합물의 형태로 저장하여 전력이 부족한 곳이나 수소스테이션, 수소전기자동차 등에 공급할 수 있을 것으로 기대할 수 있다.In addition, it is easier to store and transport hydrogen compared to the existing hydrogen storage tank, and there is an advantage in that the infrastructure of fossil fuels can be utilized. Through this, it can be expected that the surplus power can be stored in the form of a liquid compound and supplied to places where power is insufficient, hydrogen stations, and hydrogen electric vehicles.

본 명세서에서는 본 발명자들이 수행한 다양한 실시예 가운데 몇 개의 예만을 들어 설명하는 것이나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정하거나 제한되지 않고, 당업자에 의해 변형되어 다양하게 실시될 수 있음은 물론이다. 다시 말해, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.In this specification, only a few examples among various embodiments performed by the present inventors will be described, but the technical spirit of the present invention is not limited or limited thereto, and it is of course that it may be modified and variously implemented by those skilled in the art. In other words, the above detailed description should not be construed as restrictive in all respects but as exemplary. The scope of the present invention should be determined by a reasonable interpretation of the appended claims, and all modifications within the equivalent scope of the present invention are included in the scope of the present invention.

1: 에너지생산 복합시스템
100: 수전해 장치부,
200: 수소저장 장치부, 210: 제1액상화합물 탱크, 220: 제2액상화합물 탱크, 230: 수소화 반응기, 211: 펌프
300: 수소탈착 장치부, 301: 펌프, 310: 제1탈수소화 반응기, 320: 제2탈수소화 반응기, 330: 제3탈수소화 반응기, 340: 제4탈수소화 반응기, 350: 흡착탑, 351: 제1응축기, 352: 제2응축기
400: 연료전지부1: Energy production complex system
100: water electrolysis device unit,
200: hydrogen storage device unit, 210: first liquid compound tank, 220: second liquid compound tank, 230: hydrogenation reactor, 211: pump
300: hydrodesorption device unit, 301: pump, 310: first dehydrogenation reactor, 320: second dehydrogenation reactor, 330: third dehydrogenation reactor, 340: fourth dehydrogenation reactor, 350: adsorption tower, 351: second 1 condenser, 352: second condenser
400: fuel cell unit

Claims (22)

액상화합물을 기반으로 한 에너지생산 복합시스템에 있어서,
재생에너지 전력망과 연계되고, 상기 전력망으로부터 생성된 전력으로 물을 전기분해하여 수소를 생산하는 수전해 장치부;
상기 수전해 장치부로부터 생산된 수소를 제1액상화합물과 반응하여, 상기 제1액상화합물을 수소가 저장된 제2액상화합물이 되도록 형성하는 수소저장 장치부;
상기 제2액상화합물에 저장된 수소를 탈착하여 수소 및 상기 제1액상화합물로 분리하는 수소탈착 장치부; 및
상기 수소탈착 장치부로부터 탈착된 수소를 공급받아 전력을 생산하고 상기 생산된 전력을 전력망에 공급하는 연료전지부;를 포함하는 것인,
에너지생산 복합시스템.In the energy production complex system based on the liquid compound,
a water electrolysis device unit connected to a renewable energy power grid and producing hydrogen by electrolyzing water with power generated from the power grid;
a hydrogen storage device unit for reacting the hydrogen produced by the water electrolysis unit with a first liquid compound to form the first liquid compound to become a second liquid compound in which hydrogen is stored;
a hydrogen desorption device unit for desorbing hydrogen stored in the second liquid compound into hydrogen and the first liquid compound; and
Produces electricity by receiving hydrogen desorbed from the hydrogen desorption unit Which includes; a fuel cell unit for supplying the generated power to the power grid.
Energy production complex system. 제1항에 있어서,
상기 수전해 장치부는,
고분자 전해질 수전해(PEM water electrolysis) 및 알칼리 수전해(Alkaline water electrolysis) 장치 중 선택되는 1종인 것인,
에너지생산 복합시스템.According to claim 1,
The water electrolysis device unit,
Polyelectrolyte water electrolysis (PEM water electrolysis) and It is one of the alkaline water electrolysis (Alkaline water electrolysis) devices,
Energy production complex system. 제1항에 있어서,
상기 수소저장 장치부는
상기 제1액상화합물 및 제2액상화합물을 수용하도록 형성되는 액상화합물 탱크; 및
상기 수전해 장치부로부터 생산된 수소를 상기 제1액상화합물과 반응시켜, 상기 수소가 상기 제1액상화합물에 저장되도록 결합반응이 이루어지는 수소화 반응기;를 포함하는 것인,
에너지생산 복합시스템.According to claim 1,
The hydrogen storage unit
a liquid compound tank formed to accommodate the first liquid compound and the second liquid compound; and
and a hydrogenation reactor in which the hydrogen produced from the water electrolysis unit is reacted with the first liquid compound, and a bonding reaction is performed so that the hydrogen is stored in the first liquid compound.
Energy production complex system. 제3항에 있어서,
상기 액상화합물 탱크는,
상기 수소와 반응하지 않은 제1 액상화합물을 수용하는 제1 액상화합물 탱크; 및
상기 수소와 반응하여 수소가 저장된 제2 액상화합물을 수용하는 제2 액상화합물 탱크;를 포함하는 것인,
에너지생산 복합시스템.4. The method of claim 3,
The liquid compound tank,
a first liquid compound tank accommodating a first liquid compound that does not react with the hydrogen; and
A second liquid compound tank for accommodating a second liquid compound in which hydrogen is stored by reacting with the hydrogen;
Energy production complex system. 제3항에 있어서,
상기 수소화 반응기는,
상기 수전해 장치부로부터 생산된 수소가 버블링되어 공급되도록 형성되는 것인,
에너지생산 복합시스템.4. The method of claim 3,
The hydrogenation reactor is
Which is formed so that the hydrogen produced from the water electrolysis unit is bubbled and supplied,
Energy production complex system. 제1항에 있어서,
상기 수소탈착 장치부는,
상기 제2액상화합물로부터 수소를 탈착하여 수소 및 제1액상화합물로 분리하는 탈수소화 반응기; 및
상기 탈착된 수소로부터 저탄화수소 및 불순물을 분리하여 고순도의 수소를 형성하는 흡착탑;을 포함하는 것인,
에너지생산 복합시스템.The method of claim 1,
The hydrogen desorption device unit,
a dehydrogenation reactor that desorbs hydrogen from the second liquid compound and separates it into hydrogen and a first liquid compound; and
An adsorption tower for separating low hydrocarbons and impurities from the desorbed hydrogen to form high-purity hydrogen;
Energy production complex system. 제6항에 있어서,
상기 수소탈착 장치부는 복수개의 탈수소화 반응기를 포함하는 것으로,
상기 복수개의 탈수소화 반응기는,
제1탈수소화 반응기, 제2탈수소화 반응기, 제3탈수소화 반응기 및 제4탈수소화 반응기를 포함하는 것인,
에너지생산 복합시스템.7. The method of claim 6,
The hydrogen desorption device unit to include a plurality of dehydrogenation reactors,
The plurality of dehydrogenation reactors,
a first dehydrogenation reactor, a second dehydrogenation reactor, a third dehydrogenation reactor and a fourth dehydrogenation reactor,
Energy production complex system. 제7항에 있어서,
상기 복수개의 탈수소화 반응기는,
상기 각각의 탈수소화 반응기에 수소가 저장된 제2액상화합물이 버블링되어 공급되도록 형성되는 것인,
에너지생산 복합시스템.8. The method of claim 7,
The plurality of dehydrogenation reactors,
Which is formed so that the second liquid compound in which hydrogen is stored is bubbled and supplied to each of the dehydrogenation reactors,
Energy production complex system. 제6항에 있어서,
상기 흡착탑은,
상기 탈수소화 반응기 사이에 상기 휘발된 제1액상화합물 및 상기 제2액상화합물을 회수하도록 형성되는 응축기를 더 포함하는 것인,
에너지생산 복합시스템.7. The method of claim 6,
The adsorption tower is
Which further comprises a condenser formed between the dehydrogenation reactor to recover the volatilized first liquid compound and the second liquid compound,
Energy production complex system. 제6항에 있어서,
상기 흡착탑은
탄화수소 흡착제; 및
상기 탄화수소 흡착제가 연료전지로 공급되는 것을 방지하기 위한 방진필터를 포함하는 것인,
에너지생산 복합시스템.7. The method of claim 6,
The adsorption tower is
hydrocarbon adsorbents; and
Which includes a dust-proof filter for preventing the hydrocarbon adsorbent from being supplied to the fuel cell,
Energy production complex system. 제1항에 있어서,
상기 액상화합물은,
적어도 하나의 공액 결합을 갖는 헤테로 고리 화합물을 포함하는 액상 유기물 수소 저장체((LOHC, Liquid Organic Hydrogen Carrier)인 것인,
에너지생산 복합시스템. The method of claim 1,
The liquid compound is
Liquid organic hydrogen storage (LOHC, Liquid Organic Hydrogen Carrier) comprising a heterocyclic compound having at least one conjugated bond,
Energy production complex system. 제1항에 있어서,
상기 에너지생산 복합시스템은,
상기 수소저장 장치부 및 상기 수소탈착 장치부의 온도 및 압력을 제어하는 온도 제어부 및 압력 제어부를 더 포함하는 것인,
에너지생산 복합시스템. The method of claim 1,
The energy production complex system,
Which further comprises a temperature control unit and a pressure control unit for controlling the temperature and pressure of the hydrogen storage unit and the hydrogen desorption unit,
Energy production complex system. 제12항에 있어서,
상기 수소저장 장치부 및 상기 수소탈착 장치부는,
상기 온도 및 압력을 제어하여 수소 저장량 및 수소 공급량을 조절하고,
상기 연료전지부에 공급되는 수소 공급량에 따라 전력 생산량이 결정되는 것인,
에너지생산 복합시스템.13. The method of claim 12,
The hydrogen storage unit and the hydrogen desorption unit,
Controlling the temperature and pressure to adjust the hydrogen storage amount and the hydrogen supply amount,
The power production is determined according to the amount of hydrogen supplied to the fuel cell unit,
Energy production complex system. 제1항의 액상화합물을 기반으로 한 에너지생산 복합시스템을 이용한 에너지 생산방법에 있어서,
재생에너지 전력망과 연계되고, 상기 전력망으로부터 생성된 전력으로부터 물을 전기분해하여 수소를 생산하는 단계;
상기 수전해 장치부로부터 생산된 수소를 제1액상화합물과 반응하여, 상기 제1액상화합물을 수소가 저장된 제2액상화합물이 되도록 형성하는 수소화반응 단계;
상기 제2액상화합물에 저장된 수소를 탈착하여 수소 및 상기 제1액상화합물로 분리하는 탈수소화반응 단계; 및
상기 탈착된 수소를 공급받아 전력을 생산하고 상기 생산된 전력을 전력망에 공급하는 단계;를 포함하는 것인,
에너지 생산방법.In the energy production method using the energy production complex system based on the liquid compound of claim 1,
generating hydrogen by electrolyzing water from the power generated from the power grid and being connected to the renewable energy grid;
a hydrogenation reaction step of reacting the hydrogen produced from the water electrolysis unit with a first liquid compound to form the first liquid compound as a second liquid compound in which hydrogen is stored;
a dehydrogenation reaction step of separating hydrogen stored in the second liquid compound into hydrogen and the first liquid compound; and
The step of receiving the desorbed hydrogen to produce electric power and supplying the produced electric power to the electric power grid;
Energy production method. 제14항에 있어서,
상기 수소를 생산하는 단계는,
상기 수전해 장치부에서 물을 전기분해하여 수소를 생산하는 것으로,
상기 수전해 장치부는 고분자 전해질 수전해(PEM water electrolysis) 및 알칼리 수전해(Alkaline water electrolysis) 장치 중 선택되는 1종을 포함하는 것인,
에너지생산 복합시스템의 에너지 생산방법.15. The method of claim 14,
The step of producing the hydrogen,
By electrolyzing water in the water electrolysis unit to produce hydrogen,
The water electrolysis device unit is a polymer electrolyte water electrolysis (PEM water electrolysis) and Which includes one selected from alkaline water electrolysis devices,
Energy production method of energy production complex system. 제15항에 있어서,
상기 고분자 전해질 수전해(PEM water electrolysis) 장치는,
재생에너지로부터 전력을 공급받아 물을 전기 분해하여 수소를 생산하는 것인,
에너지생산 복합시스템의 에너지 생산방법.16. The method of claim 15,
The polymer electrolyte water electrolysis (PEM water electrolysis) device,
Power is supplied from renewable energy, and water is electrolyzed to produce hydrogen.
Energy production method of energy production complex system. 제14항에 있어서,
상기 수소화 반응 단계는,
상기 제1 액상화합물 탱크에서 수소와 반응하기 전 제1액상화합물을 상기 수소화 반응기로 공급하는 단계;
상기 수전해 장치부로부터 생산된 수소를 상기 수소화 반응기에 버블링하여 공급하는 단계;
상기 수소 및 상기 제1액상화합물이 반응하여 결합하는 단계; 및
상기 수소와 반응하여 결합한 제2액상화합물을 상기 제2 액상화합물 탱크에 공급하는 단계;를 포함하는 것인,
에너지생산 복합시스템의 에너지 생산방법.15. The method of claim 14,
The hydrogenation reaction step is,
supplying a first liquid compound to the hydrogenation reactor before reacting with hydrogen in the first liquid compound tank;
bubbling and supplying hydrogen produced from the water electrolysis unit to the hydrogenation reactor;
combining the hydrogen and the first liquid compound by reaction; and
supplying a second liquid compound combined by reaction with the hydrogen to the second liquid compound tank;
Energy production method of energy production complex system. 제17항에 있어서,
상기 수소화 반응단계는
150도 내지 180도, 30bar 내지 70bar의 압력에서 수행되는 것인,
에너지생산 복합시스템의 에너지 생산방법.18. The method of claim 17,
The hydrogenation reaction step is
150 degrees to 180 degrees, which is carried out at a pressure of 30 bar to 70 bar,
Energy production method of energy production complex system. 제14항에 있어서,
상기 탈수소화반응 단계는,
상기 제2 액상화합물탱크에서 상기 수소가 저장된 제2액상화합물을 상기 탈수소화 반응기로 버블링하여 공급하는 단계;
상기 제2액상화합물로부터 상기 수소 및 상기 제1액상화합물로 탈착하는 단계;
상기 탈착된 수소를 흡착탑으로 공급하는 단계; 및
상기 흡착탑에서 잔류 제1액상화합물 및 제2액상화합물을 흡착하여 고순도 수소를 형성하는 단계;를 포함하는 것인,
에너지생산 복합시스템의 에너지 생산방법.15. The method of claim 14,
The dehydrogenation reaction step is,
supplying the second liquid compound in which the hydrogen is stored in the second liquid compound tank by bubbling to the dehydrogenation reactor;
desorbing from the second liquid compound into the hydrogen and the first liquid compound;
supplying the desorbed hydrogen to an adsorption tower; and
adsorbing the residual first liquid compound and the second liquid compound in the adsorption tower to form high-purity hydrogen;
Energy production method of energy production complex system. 제19항에 있어서,
상기 탈수소화 반응단계는
250도 내지 350도, 1bar 내지 5bar의 압력에서 수행되는 것인,
에너지생산 복합시스템의 에너지 생산방법.20. The method of claim 19,
The dehydrogenation reaction step is
250 degrees to 350 degrees, which is carried out at a pressure of 1 bar to 5 bar,
Energy production method of energy production complex system. 제19항에 있어서,
상기 흡착탑으로 공급하는 단계는,
상기 탈착된 수소로부터 휘발된 제1액상화합물 및 제2액상화합물을 응축하여 1차회수하고,
상기 회수된 제1액상화합물 및 상기 제2액상화합물을 상기 제1액상화합물 탱크고 재순환하는 것인,
에너지생산 복합시스템의 에너지 생산방법.20. The method of claim 19,
The step of supplying to the adsorption tower,
The first liquid compound and the second liquid compound volatilized from the desorbed hydrogen are condensed and first recovered,
The recovered first liquid compound and the second liquid compound are recycled to the first liquid compound tank,
Energy production method of energy production complex system. 제14항에 있어서,
상기 전력을 생산하는 단계는,
상기 탈착된 수소를 연료전지에 공급하여 전력을 생산하는 것인,
에너지 생산 복합시스템의 에너지 생산방법.15. The method of claim 14,
The step of generating the power comprises:
Supplying the desorbed hydrogen to a fuel cell to produce electricity,
Energy production method of energy production complex system.
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