선박용 120kW급 고분자 전해질 연료전지 스택 모델 개발
Development of a 120kW PEMFC stack model for a ship vessel
0
조회
0
다운로드
3
인용
0
참고문헌
키워드
초록
본 연구에서는 실제 선박에 탑재되어 운전 중인 120kW급 캐소드 공급가스로 산소를 사용하는 고분자 전해질 연료전지(Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell ; PEMFC) 스택의 실험값을 바탕으로 연료전지 스택의 시뮬레이션 모델을개발하여 실험 결과와 비교 검토하였다. 또한, 개발된 시뮬레이션 모델을 활용하여 캐소드 공급가스로 산소를 대신하여공기를 공급하여 운전한 경우의 연료전지 스택 출력 특성, 연료전지 스택의 운전 온도 및 운전 압력 변화 따른 성능 특성과 단 셀의 반응면적에 따른 스택의 출력 전압 특성에 대하여 검토하였다. 그 결과 본 연구의 실험 범위에서 부하에따른 스택 출력 전압을 실험 결과와 비교한 결과 최대 약 1.9(%)정도 낮았고, 연료전지 스택의 주 운전 영역인 부하530(A)에서는 거의 동일한 스택 출력 전압을 얻을 수 있었다. 캐소드 공급가스로 산소를 공급하여 운전한 경우, 스택의운전 온도가 높은 경우, 스택의 운전 압력이 높은 경우 및 단 셀의 반응면적이 클 경우에 연료전지 스택의 출력 전압이높음을 알 수 있었다.
Abstract
In this study, a 120kW polymer electrolyte membrane fuel cell (PEMFC) stack is developed as a simulation model based on experimental values, and the model values are then compared with experimental ones. The PEMFC is mounted on an actual vessel and uses oxygen as an operating cathodic gas. In addition, the power characteristics of the fuel cell stack when air is supplied on behalf of oxygen to the cathodic gas by utilizing the developed simulation model, performance characteristics of the fuel cell stack with varying operating temperature and pressure, and power voltage characteristics based on the single cell active area are also reviewed. As a result, the study stack output voltage range was as low as approximately 1.9%, and the comparison with the experimental results revealed that the stack output voltage obtained in the main operating load (530 A) of the fuel cell stack was almost identical. The output voltage of the fuel cell stack was high when the cathodic supply gas was oxygen, operating temperature was high, operation pressure was high, and active area of the single cell was large.
참고문헌 (15)
- Report of the Marine Environment Protection Committee on its 72nd Session, "International Maritime Organization", ~ (2018)
- Pathways to zero-carbon shipping by 2035, Case-Specific Policy Analysis, "Decarbonising Maritime Transport", OECD, 2018
- E. Fontell, "Wärtsilä Fuel Cell Development Program", The 8th annual Green Ship Technology Conference (2011)
- C. H. Choi, "Development and demonstration of PEM fuel-cell-battery hybrid system for propulsion of tourist boat", International Journal of Hydrogen Energy, 41(5), pp.3591~3599 (2016)
- 김명환, "선박 동력발생용 연료전지시스템 기술개발의 전망에 대한 고찰", 한국마린엔지니어링학회지, 31(8), pp.924~931 (2007), 한국마린엔지니어링학회
- Study on the use of fuel cells in shipping, "EMSA European Maritime Safety Agency", DNV GL, ~ (2017)
- Feasibility of the SF-BREEZE: a Zero-Emission, Hydrogen Fuel Cell, High-Speed Passenger Ferry, "W. P. Joseph", SANDIA, ~ (2016)
- Optimization of Zero Emission Hydrogen Fuel Cell Ferry Design, With Comparisons to the SF-BREEZE, "W. P. Joseph", SANDIA, ~ (2018)
- J. Larminie, "Fuel Cell Systems Explained" (2003), John Wiley & Sons Ltd
- J. T. Pukrushpan, "Modeling and Control of Fuel Cell Systems and Fuel Processors", Ph.D., Mechanical Engineering, pp.2003
- J. T. Pukrushpan, "Control of Fuel Cell Power Systems: Principles, Modeling, Analysis and Feedback Design" (2005), Springer
- EUtech Scientific Engineering, "Simulation Toolbox for the Design and Development of Thermodynamic Systemin MATLAB", Simulink, 2009
- P. I. Frank, "Fundamentals of Heat and Mass Transfer" (2008), John Wiley & Sons, Inc