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세계 최초 발전효율 65% SOFC 개발도쿄가스·미우라공업
5㎾급 연료전지 실증
연료효율 91%로 증폭
강동수 일본특파원  |  kangtaro@hanmail.net
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[1431호] 승인 2020.03.31  23:04:06
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[가스신문=강동수 일본특파원] 일본 도쿄가스와 미우라공업은 발전효율 65%의 고효율 발전을 가능하게 하는 업무용 5㎾급 SOFC(고체산화물형 연료전지)를 공동 개발, 조만간 도쿄 내 2개소에서 2년간 실증 실험하기로 발표했다.

5㎾ SOFC에서 발전효율 65%를 실현한 것은 세계 최초다. 양사는 발전 성능, 내구성, 신뢰성 등을 실증해 과제를 해결하고 2020년대 전반기에 상품화하는 것을 목표하고 있다.

도쿄가스는 2017년 5월 5㎾급의 출력 규모로 가스 터빈 화력 발전의 세계 최고 효율 63%를 상회하는 고효율 SOFC 기술을 확립했고, 5㎾급 SOFC 개발의 지식과 기술을 가진 미우라공업과 협력해 신형 고효율 연료전지의 실증을 하게 됐다.

셀 스택은 모리무라 SOFC 테크놀로지 제품의 평면형 SOFC 셀 스택을 채용했다. 실증 실험에 앞서 개발한 실험기를 지난해 11월부터 가동시켜 2000시간 넘는 안정적인 운전을 확인했다.

실증을 위한 기기는 배열을 활용하지 않는 모노 제너레이션으로 가로 1m×세로 2m×높이 1.8m의 크기이다. 도쿄가스가 운영하는 가스 과학관과 마치다 스마트 에너지 센터 2곳에서 이달부터 실증을 실시해 발전 성능, 내구성, 신뢰성 등에 관한 데이터를 취득한다.

양사는 실증 실험을 기초로 개발을 진행, 소형화・저비용화를 통한 상품화를 도모한다. 고효율 SOFC의 활용으로 에너지 절감과 연료 비용 절감을 실현함으로써 사무소, 편의점 등에 판매를 촉진하고, 아울러 재해 등으로 계통 전력이 정전 시에 전기를 공급하는 자립 발전 기능을 탑재하는 것도 고려하고 있다. 사업 계속 계획(BCP) 강화에 기여하는 것을 홍보하고 학교, 대피소 등에서의 활용도 촉진할 계획이다.

도쿄가스는 SOFC 스택의 2단계화 기술, 연료 재생 기술, 열 자립 기술의 3개 기술을 조합해 고효율을 가능하게 했다.

일반적으로 SOFC는 셀 스택의 노후화 방지를 위해 투입 연료(수소, 일산화탄소)의 약 20%는 발전에 이용하지 않는다. 2단계화 기술은 셀 스택을 2개 사용해 투입 연료를 보다 많이 발전에 이용하는 기술이다. 첫 단계에서의 미사용 연료는 전기로 생성된 물이나 이산화탄소에 희석되어 그대로는 발전 효율을 높일 수 없어 연료 재생기에서 물과 이산화탄소를 제거, 연료의 농도를 높여 2단계에서도 1단계와 마찬가지의 농도를 확보할 수 있게 하는 기술이다.

종래의 SOFC는 연료효율이 80%이지만, 이 기술로 91%까지 효율을 증폭시킬 수 있게 됐다.

열 자립 기술은 핫 박스(스택, 개질기, 열교환기 등 고온으로 작동하는 기기를 단열재로 감싼 부분)을 외부로부터 가열하는 일 없이 미이용 연료의 연소열을 이용해 고온을 유지하는 기술이다. 핫 박스 내의 배치와 설계를 다시 해서 열 손실을 억제해 연료 효율 상향과 열 자립의 양립을 가능하도록 했다.

(일본 가스에너지신문 인용 요약)

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