LNG운반선 적용을 위한 고체산화물형 연료전지(SOFC) 스택 특성에 관한 연구
Study of solid oxide fuel cell (SOFC) stack characteristics for LNG carrier applications
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초록
선박에서 LNG(Liquified Natural Gas), 수소(H2, Hydrogen)와 같은 청정에너지의 사용은 기존의 연료유에 비하여 대기오염 물질의 배출을 저감할 수 있다. 최근 LNG 운반선의 추진방식은 기존의 Turbine 추진방식에서 발전기에서 생산한전기로 모터를 구동하여 추진하는 방식으로 변화 되었다. 전기추진 선박의 전력 발생원으로 연료전지(Fuel Cell)의 적용도 검토되어지고 있다. 본 연구에서는 177K LNG 운반선에 고체산화물 연료전지(SOFC)를 적용하는 경우를 가정하여 적정한 연료전지 스택의 출력, SOFC 스택으로 공급되는 공기와 연료의 공급조건, 스택을 구성하는 셀의 수 및 스택 내부에서의 수소 변환율에 따른 전압, 전류 및 출력 특성에 관하여 검토하였다. 그 결과 177K LNG 운반선에 적용 가능한 SOFC 스택의 출력은 3500(kW)급으로 도출되었고, 본 연구의 연구범위에서 Cathode 공급 공기의 유량은 스택 출력에는 큰 영향을주지 않고 Anode 공급 가스의 유량이 스택 출력에 큰 영향을 주는 것을 알 수 있었다. 또한 연료/수증기 비율(CH4 : H2O)은 0.7/0.3인 경우, 스택의 Cell 수가 많은 경우 및 수소 변환율이 높을수록 SOFC 스택 출력이 증가하였다.
Abstract
The consumption of clean energy sources such as Liquefied Natural Gas (LNG) and H2 can reduce the emission of air pollutants compared to that of conventional fuels. Recently, the propulsion system of an LNG carrier was changed from a steam turbine to an electric-powered motor. The application of fuel cells is also being considered as a source of power generation by electric propulsion. This study assumed that a solid oxide fuel cell (SOFC) was applied to a 177K LNG carrier. Subsequently, the suitable output of the fuel cell; supply conditions for air and fuel to the SOFC; voltage, current, and power characteristics according to the number of cells comprising the stack; and hydrogen conversion rate were evaluated. As a result, applicable power of the SOFC stack for a 177K LNG carrier was determined as 3,500 kW. The output of the SOFC did not affect the flow rate supplied to the cathode, but significantly affected that to the anode. In addition, for the air/fuel ratio of 0.7:0.3, the SOFC power increased with the number of cells in the stack and a higher hydrogen conversion rate.
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