LNG운반선 적용을 위한 고체산화물형 연료전지(SOFC) 시스템 모델링
Modeling of solid oxide fuel cell (SOFC) system for LNG carrier applications
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초록
본 연구에서는 177k MarkIII LNG 선박에 메탄(CH4, Methane)을 연료로 사용하는 3,500kW급 고체산화물 연료전지(SOFC, Solid Oxide Fuel Cell)와 가스터빈을 적용할 경우에 대한 하이브리드 시스템을 제안하였다. 하이브리드 시스템의 연료 공급 유량, 공기 공급 유량 및 수증기 공급 유량에 따른 SOFC 스택의 전압과 전류 특성 및 SOFC 스택과 하이브리드 시스템의 효율에 대하여 검토하여 적정한 공급 유량을 도출하였다. 본 연구에서 제안한 하이브리드 시스템의 운전 조건에서 SOFC 스택의 전압은 457.2V, 전류는 7669A에서 SOFC 스택의 효율은 54.09%임을 알 수 있었다. 또한 가스터빈을 이용한 하이브리드방식을 적용함으로서 3979kW의 출력을 얻을 수 있었으며 하이브리드 시스템의 효율은 65.0%임을 알 수 있었다.
Abstract
This study proposes a hybrid system comprising a 3500 kW solid oxide fuel cell (SOFC) and a gas turbine. The proposed system was employed for the 177K Mark III liquefied natural gas (LNG) vessel, while using methane as the fuel. The appropriate supply flow rate for the SOFC stack was determined by simulating and reviewing various parameters such as the voltage, current, and performance efficiency that depend on the fuel, air, and vapor flow rate of the hybrid system. Results obtained under the operating conditions of the proposed hybrid system showed that the SOFC stack voltage was 457.2 V and the corresponding efficiency was 54.09% at the current intensity of 7669 A. Furthermore, incorporation of the gas turbine in the hybrid system resulted in an output of 3979 kW and an efficiency rate of 65.0%.
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