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SUMMARY
CONTENTS
목차
I. 연료전지 미니버스 제작 및 수소 스테이션 연계 사업/김창수 외 저 46
제1장 연구 개발 과제의 개요 47
제1절 연구 개발 필요성 47
1. 경제ㆍ산업적 측면 47
2. 사회ㆍ문화적 측면 48
3. 기술적 측면 48
제2절 연구 개발 목표 및 내용 49
1. 개발 목표 49
2. 개발 내용 49
제3절 국내ㆍ외 기술 개발현황 51
1. 문헌조사 51
2. 기술개발 과제 55
제2장 시스템 개념 설계 및 해석 57
제1절 연료전지 버스 개요 57
1. 연료전지/2차전지 하이브리드 미니버스 레이아웃 57
2. 연료전지/2차전지 하이브리드 미니버스 성능 요구서 58
제2절 시뮬레이션 기반 성능 해석 59
1. 미니버스용 연료전지 시뮬레이터 개발 59
가. 연료전지/2차전지 하이브리드 미니버스의 제어전략 60
나. 하이브리드 미니버스의 제어 1:Step Control 62
다. 하이브리드 미니버스의 제어 2:Fuzzy Control 63
라. 하이브리드 미니버스의 성능평가 지표 65
마. 하이브리드 미니버스의 요구 부하 66
바. 연료전지 모델 66
사. 배터리 모델 68
아. Air Blower 모델 70
자. 전력변환기 모델 70
2. 성능해석 71
가. 연료전지/2차전지 하이브리드 미니버스의 성능 해석 72
나. Fuzzy Control 적용 시 성능 해석 72
제3장 연료전지 시스템 구성 및 평가 76
제1절 시스템 개요 76
1. 전체 P & I Diagram 76
2. 구성품 List, 제원 표기 77
제2절 연료전지 스택 및 2차전지 79
1. 연료전지 스택 및 2차전지 성능 요구서 79
가. 연료전지 스택 성능 요구서 79
나. 2차전지 성능 요구서 80
2. 연료전지 스택 개념 설계 80
3. 연료전지 스택 단품 설계 82
가. 분리판 설계 82
나. 엔드판 설계 92
다. 가스켓 설계 92
4. 단위 전지/500W급 스택 제작 평가 94
가. 성능 평가 94
나. 최적 운전 조건 설정 97
5. 25kW급 스택 모듈 제작 평가 103
가. 스택 모듈 설계 103
나. 스택 모듈 조립 및 성능 평가 112
다. 스택 성능 및 운전 사양서 119
제3절 연료 공급 장치 123
1. 서론 123
가. 소개 123
나. 관련 연구 125
다. 연구방법 126
라. 기호 설명 127
2. 본론 128
가. 단일 고정노즐 이젝터의 문제점 128
나. 가변적 복식 이젝터 개발 128
다. 스택 운전 특징을 반영한 이젝터의 설계 포인트 136
라. 시험 장치 및 시험 137
3. 결과 140
가. 실험 조건 140
나. 단일 이젝터 실험결과 141
다. 단일 이젝터 및 복식 이젝터의 순환율 예측 모델 142
라. 가변적 복식 이젝터 제어 142
마. 가변적 복식 이젝터 실험 결과 및 토의 143
제4절 전력변환장치 및 축전지 145
1. 전력변환장치 145
2. 연료전지 버스용 축전지의 사양 및 특성 147
3. 축전지 관리(BMS) 151
가. 축전지 SOC 제어 필요성 및 개념 151
나. BMS을 위한 SOC 계산 알고리즘 151
제5절 운전 장치 157
1. 공기공급장치 157
가. 송풍기 157
나. 가습기 158
2. 열 및 물관리 장치 160
가. 물 펌프/보조 물펌프 160
나. 테프론 물 탱크 164
다. 라디에이터(Radiator) 165
라. Deionizer 166
마. 유량계 167
바. conductivity sensor 167
제6절 브레드 보드(Bread Board) 시스템 및 성능평가 169
1. 브레드 보드 시스템 개요 169
2. 브레드 보드 구성 169
3. 브레드 보드 운전 및 시스템 성능평가 179
제4장 연료전지 버스 운전제어 시스템 186
제1절 전력제어기법 187
제2절 자동차 제어장치(VCU) 188
1. 사양 188
2. 전기도면 189
제3절 연료전지시스템 제어(FCU) 193
1. 외관 및 크기 193
2. 외접 플러그 193
3. 제어알고리듬 순서도 196
제4절 스택감시장치(Stack Monitoring Unit) 204
1. 제어 Unit Chip의 연결 204
2. 전단 스위치 변환 Unit Chip의 연결 205
3. Monitor소프트웨어와(소프트웨어과) PC단위전압감시의 소프트웨어 206
제5장 목표 달성도 및 관련 분야에의 기여도 208
제1절 목표 달성 평가 및 결과 고찰 208
제2절 관련분야 기여도 209
제6장 연구 개발 결과의 활용 계획 211
참고문헌 212
II. 수소ㆍ연료전지 통합기술 개발 실증사업/김창수 외 저 213
제1장 서론 215
제1절 사업 개요 215
1. 사업 배경 및 필요성 215
2. 사업 목표 및 내용 216
제2절 국내외 사업 동향 218
1. 국외 사업 동향 218
가. 미국 218
나. 일본 228
다. 유럽 231
라. 기타 237
2. 국내 사업 동향 240
가. 수소에너지 연구 240
나. 연료전지 연구 240
다. 신재생에너지 발전 시스템 연구 241
라. 수소ㆍ연료전지 통합기술 실증단지 242
제2장 본론 243
제1절 통합 실증 단지 개념 설계 243
1. 입지선정 243
가. 입지분석 243
나. 토지분석 243
다. 도로망 및 토지이용현황 243
라. 시각적 환경 요소 244
마. 지역현황 및 시사점 245
2. 통합 시스템 개념 설계 245
제2절 추적식 태양광 발전 시스템 구축 248
1. 개요 248
2. 추적형 태양광 발전시스템의 개요 249
가. 추적형의 필요성 249
나. 추적형 태양광 발전시설 개요 250
다. 추적형 태양광 발선시스템 구성 250
라. 설치 방식에 따른 PV 시스템 성능 시뮬레이션 분석 257
마. 설치방식에 따른 PV 시스템 성능 분석 260
제3절 수전해 시스템 구축 263
1. 개요 263
2. 수전해 시스템 선정 264
가. 문헌 조사 264
나. 수전해 시스템 선정 269
3. 수전해 시스템 구축 272
4. 수소제조시스템 연계 280
가. 수소 배출 인터페이스 280
나. 수소 배출 라인 설치 280
다. 수소 생산 라인 설치 280
라. Air dilution interface와 integrated oxygen disposal 281
마. 냉각수 연계 282
제4절 연료전지 시스템 구축 285
1. 시스템 선정 285
2. 시스템 성능 시험 287
제5절 통합 시스템 연계 및 제어 설계 291
1. 전체 시스템 구성 291
2. 제어, 보호 및 감시 설비 291
가. 분산형 전원 배전계통 연계 기술 기준 292
나. 적용규격 292
다. 사용 상태 292
라. 주요제품의 사양 및 성능 292
마. 감시/보호 설비 301
3. 전기품질 DB 구축 302
제6절 풍력 발전 시스템 설계 311
1. 부지여건 311
가. 부지 분석 311
나. 풍력발전기 설치 위치 312
2. 신재생연구기지주변의 바람자원 분석 313
가. 행원지역의 풍황분석 313
나. 김녕지역의 풍황분석 317
3. 100kW급 풍력발전기의 일반제원 322
가. 개요 322
나. 풍력발전시스템 운전모드 및 운전흐름도의 예 324
제7절 태양열 발전 시스템 설계 327
1. 태양열 발전의 개요 327
2. 집광방식에 따른 태양열 발전의 분류 329
3. Dish형 태양열 발전시스템 국내.외 현황 330
4. Dish형 태양열 발전 시스템 설계 332
가. 10kW급 태양열 발전 시스템 구축에 적용되는 기본 설계 조건 334
나. Concentrator 설계 334
다. 반사경 제작을 위한 기초설계 337
라. Stirling 엔진 발전 시스템 구축 338
제8절 수전해/연료전지 실험동 건축 345
1. 대지 현황분석 345
가. 대지현황 345
나. 대지형태 345
2. 건축계획 345
가. 배치계획 345
나. 평면계획 345
3. 재료마감계획 346
가. 재료선정방향 346
나. 재료의 설계기준 346
4. 건축개요 346
5. 수전해/연료전지 실험동 설계도면 347
6. 수전해/연료전지 실험동 시공경과 350
제9절 수소 저장 시스템 설계 353
1. 수소 저장 탱크 구성 및 사양 353
2. 수소의 주요 물성과 위험성 요인 검토 354
가. 수소가스의 주요 물성 355
나. 수소가스의 위험성요인 355
다. 수소가스의 안전성요인 356
3. 수소 저장 시스템 관련 법규 조사 356
가. 고압 수소 가스 관련 법령 357
4. 수소 저장 탱크 제작 및 설치 360
가. 수소 저장 탱크 설계 360
나. 수소 저장 탱크 현장 설치 작업 361
제3장 결론 365
제1절 당해연도 사업 요약 365
제2절 향후 추진 계획 365
제3절 기대 효과 및 활용 방안 366
참고문헌 367
III. 고온형 PEMFC 원천기술 개발/임성대 외 저 369
제1장 서론 371
제2장 본론 371
제1절 고온용 전해질막 개발 371
1. 탄화수소 계열 고분자 전해질막 개발 372
가. 술폰화 폴리에테르에테르케톤 전해질막 제조 372
나. 술폰화 폴리에테르에테르케톤 전해질막 특성 분석 372
다. 술폰화 폴리에테르에테르케톤 전해질막 연구 결과 375
2. 유기-무기복합체 고분자 합성 및 전해질막 제조 377
가. Zr(HPO₄)₂-x(SPP)x/SPEEK 복합막 377
나. 졸겔 공정을 이용한 BPO₄/SPEEK 복합막 385
3. 산도핑 고분자 전해질막 395
가. 2,5-benzimidazole (ABPBI) 전해질막 제조 395
나. 2,3-dimethyI-1-octylimidazolium trifluoromethane sulfonate (DMOImTf)/HCF₃SO₃ 전해질막 제조 399
제2절 Catalyst coated membrane (CCM) 기초 개발 기술 확보 402
1. CCM 제조를 위한 ionomer binder 제조 402
2. CCM 제조를 위한 최적 용매 및 제조 방법 선정 403
제3장 결론 403
참고문헌 405
IV. 탄소나노튜브의 촉매담지 및 응용기술 개발/김희연 외 저 407
제1장 서론 409
제1절 연구배경 409
제2절 탄소나노튜브의 특성 410
1. 탄소나노튜브의 구조 410
2. 탄소나노튜브의 물성 410
가. 전기적 성질 411
나. 열적 성질 411
다. 기계적 성질 411
3. 탄소나노튜브의 합성 방법 412
가. 전기방전법(arc-discharge) 412
나. 레이저 증착법(laser vaporization) 412
다. 플라즈마 화학기상증착법(Plasma enhanced Chemical Vapor Deposition(CVD)) 412
라. 열 화학기상증착법(Thermal Chemical Vapor Deposition) 413
마. 기상합성법(Vapor Phase Growth) 413
바. 전기분해법 413
사. Flame 합성법 414
4. 탄소나노튜브의 응용 분야 414
가. Emitter 및 FED 응용 414
나. 2차전지 전극 및 연료전지 응용 414
라. 극미세 전자 스위칭소자 응용 414
라. Mechatronics 및 고기능 복합체 응용 415
제2장 실험 416
제1절 실험 재료 416
제2절 실험 방법 416
1. 화학기상증착법에 의한 백금담지 탄소나노튜브 제조 416
가. 탄소나노튜브 제조 및 화학기강증착장치 제작 416
나. 탄소나노튜브의 합성 418
다. 화학기상증착법에 의한 백금 담지(탄소나노튜브/그라파이트 종이) 419
라. 화학기상증착법에 의한 백금 담지(분말상 탄소나노튜브) 419
2. 전기화학적 방법에 의한 백금 담지 탄소나노튜브 제조 420
가. 탄소나노튜브의 합성 420
나. 전기화학적 방법에 의한 백금 담지 탄소나노튜브 제조 420
3. 표면 분석 421
제3장 실험결과 및 토의 422
제1절 화학기상증착법에 의한 백금 담지 탄소나노튜브 제조 422
1. 그라파이트 종이 표면에 니켈 담지 422
2. 그라파이트 종이 표면에서 탄소나노튜브 성장 423
3. 탄소나노튜브 표면에 백금 담지 425
제2절 전기화학적 방법에 의한 백금 담지 탄소나노튜브 제조 428
1. 그라파이트 종이 표면에 니켈 담지 428
2. 그라파이트 종이 표면에서 탄소나노튜브 성장 428
3. 탄소나노튜브의 표면에 전기화학적 방법에 의한 백금 촉매 담지 428
제4장 결론 및 향후 계획 430
참고문헌 432
서지정보양식 433
I. 연료전지 미니버스 제작 43
〈표 1-1〉 사업 목표 및 연차별 사업 내용 49
〈표 1-2〉 최종 및 연차별 주요 연구 내용 50
〈표 1-3〉 연료전지 자동차 구동 특성 51
〈표 1-4〉 도요타 연료전지/2차전지 버스 사양 54
〈표 2-1〉 연료전지/2차전지 시스템 성능 요구서 58
〈표 2-2〉 Sten Control Rule 63
〈표 2-3〉 Fuzzy Rule 64
〈표 2-4〉 시뮬레이션 기반 성능해석 결과 요약 72
〈표 3-1〉 연료전지 미니버스 구성품 별 제원 78
〈표 3-2〉 연료전지 스택 성능 요구서 80
〈표 3-3〉 연료전지 스택 기본 사양 82
〈표 3-4〉 162셀 스택의 공기 측 기본 작동 조건 104
〈표 3-5〉 162셀 스택의 수소 측 기본 작동 조건 109
〈표 3-6〉 162셀 스택의 냉각수 기본 작동 조건 110
〈표 3-7〉 162셀 스택의 냉각수 기본 작동 조건 110
〈표 3-8〉 162셀 스택 운전 시 스택 내 압력 강하 122
〈표 3-9〉 스택 모듈 (162셀 스택 2기 연계) 운전 시 스택 내 압력 강하 122
〈표 3-10〉 50kW급 연료전지 스택 성능 및 운전 사양서 123
〈표 3-11〉 이젝터의 운전 조건 140
〈표 3-12〉 출력의 범위에 따른 필요 유량 및 압력강하 (수소) 141
〈표 3-13〉 DC345의 주요 사양 147
〈표 3-14〉 연료전지 버스 장착 축전지의 주요 사양 148
〈표 3-15〉 방전전류에 따른 축전지 용량 변화 특성 150
〈표 3-16〉 상압형 연료전지 블로워 사양 157
〈표 3-17〉 대형 물펌프의 제원 (220/380V 겸용) 161
〈표 3-18〉 소형 물 펌프의 제원 162
〈표 3-19〉 물펌프 인버터의 제원 162
〈표 3-20〉 차량용 열교환기 사양 165
〈표 3-21〉 유량계의 제원표 167
〈표 3-22〉 conductivity sensor의 제원표 167
〈표 3-23〉 conductivity sensor Transmitter의 제원표 168
〈표 4-1〉 ECU 외연결기 플러그의 "핀 정의 193
〈표 4-2〉 H1전원과 통신 인터페이스의 정의 204
〈표 4-3〉 H2 프로그램 인터페이스의 정의 205
II. 수소ㆍ연료전지 통합기술 개발 실증사업 44
〈표 1-1〉 사업 목표 및 연차별 사업 내용 216
〈표 1-2〉 네 가지 파워 파크 모델의 특징 228
〈표 1-3〉 각국의 수소 기술 실증 단지 규모와 특징 239
〈표 2-1〉 PV모듈의 세부 사양 252
〈표 2-2〉 5kW급 계통연계형 인버터의 세부 사양 253
〈표 2-3〉 수소 스테이션 크기 266
〈표 2-4〉 현재 상업적으로 생산되는 수전해 시스템의 사양표 268
〈표 2-5〉 HOGEN H Series 제품 사양서 271
〈표 2-6〉 GenCore 연료전지 시스템 사양 287
〈표 2-7〉 계통연계 특별고압 차단기 사양 및 성능 293
〈표 2-8〉 계통연계 기중차단기 사양 및 성능 294
〈표 2-9〉 전력품질 측정 및 감시장치의 정밀도 297
〈표 2-10〉 계통연계 디지털 주파수 계전기의 사양 및 성능 298
〈표 2-11〉 발전설비 감시시스템의 사양 및 성능 299
〈표 2-12〉 배전반 감시 시스템 (PD Detector)의 사양 및 성능 299
〈표 2-13〉 수전해용 변압기의 사양 및 성능 300
〈표 2-14〉 수전해용 부하 지락 보호 장치의 사양 및 성능 300
〈표 2-15〉 감시/보호 설비 구성 301
〈표 2-16〉 행원지역 월별 평균풍속의 변화 314
〈표 2-17〉 행원지역 일일평균 풍속의 변화 315
〈표 2-18〉 김녕지역 월별 평균풍속의 변화 318
〈표 2-19〉 김녕 일일평균 풍속의 변화 319
〈표 2-20〉 총괄 풍황분석표 322
〈표 2-21〉 Solo V161 태양열발전시스템 요약 344
〈표 2-22〉 수전해/연료전지 실험실 건축개요 346
〈표 2-23〉 수소 연료 전지 통합 시스템에서 수소 제조, 저장, 이용 관련 주요 사양 354
〈표 2-24〉 수소가스와 도시가스의 물성비교 355
〈표 2-25〉 수조 저장 탱크 설계 사양 360
III. 고온형 PEMFC 원천기술 개발 45
〈표 2-1〉 술폰화 반응 시간에 따른 SPEEK 전해질막의 이온교환용량 376
〈표 2-1〉 나피온 바인더와 제조한 술폰화 폴리에테르에테르케톤 바인더의 물성 비교 402
I. 연료전지 미니버스 제작 31
[그림 1-1] 연료전지 차량 동력 시스템 구성 및 특징 52
[그림 1-2] Ballard HY-80 하이브리드 연료전지 버스 개념도 53
[그림 1-3] Ballard 하이브리드 연료전지 동력 시스템 개념도 53
[그림 1-4] 2개의 독립된 E-Drive 시스템을 적용한 도요타 연료전지 버스 54
[그림 2-1] KIER 연료전지/2차전지 하이브리드 미니버스 개략도 57
[그림 2-2] 연료전지/2차전지 하이브리드 미니버스 차량 개조 전ㆍ후 모습 59
[그림 2-3] 연료전지 미니버스 시뮬레이션 알고리즘 60
[그림 2-4] 연료전지/2차전지 하이브리드 미니버스 제어전략 62
[그림 2-5] Fuzzy Control의 원리 63
[그림 2-6] Fuzzy Control의 Input과 Output의 Membership Functions 65
[그림 2-7] 하이브리드 자동차 주행 패턴 데이터 66
[그림 2-8] 연료전지 I-V 곡선 및 출력 곡선 67
[그림 2-9] Air Blower 효율 곡선 70
[그림 2-10] 전력 변환기 효율 곡선 71
[그림 2-11] 연료전지 미니버스의 성능 그래프 73
[그림 2-12] Step Control 기반 연료전지/2차전지 하이브리드 미니버스의 성능 그래프 74
[그림 2-13] Fuzzy Control 기반 연료전지/2차전지 하이브리드 미니버스의 성능 그래프 75
[그림 3-1] 연료전지 미니버스 Piping & Instrument Diagram 77
[그림 3-2] 연료전지 미니버스 구성품의 전력 제원 78
[그림 3-3] 연료전지 분리판 치수 84
[그림 3-4] 연료전지 분리판 설계 프로그램 86
[그림 3-5] 분리판 도면 87
[그림 3-6] 일체형 분리판 도면 88
[그림 3-7] 연료전지 수치 해석을 위한 수소, 공기측 분리판 계산 영역 88
[그림 3-8] 분리판 매니폴드/채널 연결부 형상 및 격자 생성 89
[그림 3-9] 분리판 채널 압력 분포 90
[그림 3-10] 분리판 채널당 유량 분포도 91
[그림 3-11] 실제 가공 제작된 연료전지 분리판 91
[그림 3-12] 연료전지 엔드판 3차원 설계 형상 92
[그림 3-13] 2차원 가스켓 형상[단위:mm] 93
[그림 3-14] 3차원 가스켓 형상 93
[그림 3-15] 분리 판 일체형 가스켓 94
[그림 3-16] 가스켓 감압지 응력 분포 측정 94
[그림 3-17] SGL 10BE 가스확산층 95
[그림 3-18] Gore 57 Series MESGA 이온 교환막ㆍ촉매층 95
[그림 3-19] 500W급 서브 스택용 반응가스 공급부 96
[그림 3-20] 500W급 서브 스택 96
[그림 3-21] 포화수증기압 곡선 97
[그림 3-22] 연료전지 운전 온도에 따른 연료전지 입구 상대 습도 99
[그림 3-23] 물 투과 계수에 따른 연료전지 입구 상대 습도 101
[그림 3-24] 상대 습도 100% 조건에서의 500W급 연료전지 성능 102
[그림 3-25] 미포화 상태 가습시의 500W급 연료전지 성능 102
[그림 3-26] 연료전지 반응가스 중압 분배기 설계 103
[그림 3-27] 중앙분배기를 적용한 162셀 스택의 해석 모델 (1) 105
[그림 3-28] 중앙분배기를 적용한 162셀 스택의 유동 해석 결과 (1) 105
[그림 3-29] 중앙분배기를 적용한 162셀 스택의 유동 해석 결과 (1) 106
[그림 3-30] 중앙분배기를 적용한 162셀 스택의 해석 모델(2) 및 결과 106
[그림 3-31] 중앙분배기를 적용한 162셀 스택의 해석 모델(3) 및 결과 106
[그림 3-32] 중앙분배기를 적용한 162셀 스택의 해석 모델(4) 및 결과 107
[그림 3-33] 중앙분배기를 적용한 162셀 스택의 해석 모델(5) 및 결과 107
[그림 3-34] 162셀 스택의 중앙분배기 최적 두께 결정 108
[그림 3-35] 중앙분배기를 적용한 162셀 스택의 해석 모델(9) 및 결과 108
[그림 3-36] 중앙분배기를 적용한 162셀 스택의 유체 동적 거동 해석 결과(9):10% 유량 109
[그림 3-37] 중앙분배기를 적용한 162셀 스택의 수소에 대한 유동 해석 결과 (9) 110
[그림 3-38] 162셀 스택의 중앙 분배기 형상 및 구조 111
[그림 3-39] 실제 제작된 162셀 스택의 중앙 분배기 111
[그림 3-40] 스택 모듈 조립 과정 112
[그림 3-41] 20셀 서브 스택 체결기구 113
[그림 3-42] 스택 기밀성 문제를 야기하는 분리판 위에서의 가스켓 정렬 불량 사례 113
[그림 3-43] 스택 체결용 치구(좌) 및 체결된 162셀 스택(우) 114
[그림 3-44] 162셀 스택 성능 평가 시스템 115
[그림 3-45] 스택 내 162셀의 성능 분포 및 문제 셀 확인 116
[그림 3-46] 스택 온도 제어 실패로 인하여 손상된 MEA 117
[그림 3-47] 162셀 스택의 초기 스택 성능 118
[그림 3-48] 162셀 스택의 초기 스택 성능 (단위셀 기준) 118
[그림 3-49] 162셀 스택 최종 성능 119
[그림 3-50] 162셀 스택 최종 성능 (단위셀 기준) 120
[그림 3-51] 스택 모듈 (162셀 스택 2기 연계) 실험 장치 120
[그림 3-52] 스택 모듈 (162셀 스택 2기 연계)의 최종 성능 121
[그림 3-53] 스택 모듈 (162셀 스택 2기 연계)의 최종 성능 (단위셀 기준) 121
[그림 3-54] 스택 모듈 (162셀 스택 2기 연계) 내 324셀의 성능 균일성 122
[그림 3-55] 이젝터 단계마다의 압력과 속도 그래프 124
[그림 3-56] 연료전지 미니버스 부하변동에 따른 단일 고정노즐 이젝터의 순환율 128
[그림 3-57] 가변적 복식 이젝터 구성 129
[그림 3-58] 이젝터 각부 명칭 130
[그림 3-59] 이젝터 설계 절차 135
[그림 3-60] 맞춤형 이젝터의 설계 포인트 136
[그림 3-61] 수소 재순환용 이젝터 도면 138
[그림 3-62] 시험장치 개요 138
[그림 3-63] 완성된 시험장치 사진 139
[그림 3-64] 이젝터 설계치 요약도 140
[그림 3-65] 단일 이젝터 순환율 실험결과 141
[그림 3-66] 이젝터 순환율 예측 모델 142
[그림 3-67] 가변적 복식 이젝터 제어로직의 순서도 143
[그림 3-68] 가변적 복식 이젝터 실험장치 144
[그림 3-69] 가변적 복식 이젝터의 순환율 144
[그림 3-70] DC-DC 전력변환장치 146
[그림 3-71] DC345의 내부 회로 구조 146
[그림 3-72] EV85 축전지 148
[그림 3-73] DOD변화에 따른 주요 특성 변화 149
[그림 3-74] 정상 충전시의 전압, 전류 (제조업체 가이드) 149
[그림 3-75] 다른 방전율로 방전될 때의 축전지 전압 특성 154
[그림 3-76] 축전지 open circit voltage와 SOC의 관계 155
[그림 3-77] 방전시간에 따른 축전지 전압 변화와 방전 전력에 따른 유효 방전 시간 156
[그림 3-78] 상압형 연료전지블로워 158
[그림 3-79] FC600-7000-14PP 막가습기 외형 159
[그림 3-80] FC600-7000-14PP GAS TO GAS PERFORMANCE 159
[그림 3-81] FC600-7000-14PP WATER TO GAS PERFORMANCE 159
[그림 3-82] 물펌프(대형)의 모습 163
[그림 3-83] 물 펌프(소)의 모습 163
[그림 3-84] 물 펌프 제어기(inveter)의 모습 163
[그림 3-85] 테프론 코팅 물 탱크의 버스설치 모습 164
[그림 3-86] 테프론 물 탱크사진 164
[그림 3-87] 테프론 물탱크 설계 도면 165
[그림 3-88] 실제 탑재용 radiator 166
[그림 3-89] Deionizer의 모습 166
[그림 3-90] 유량계의 설치모습 167
[그림 3-91] conductivity sensor 모습 168
[그림 3-92] conductivity sensor Transmitter의 모습 168
[그림 3-93] 버스용 연료전지 시스템 평가용 브레드 보드의 기본 골격 170
[그림 3-94] 브레드 보드에 장착된 162 셀 스택 및 전압측정 모듈 171
[그림 3-95] 모듈화된 수소공급부 172
[그림 3-96] 유량제어용 인버터와 함께 장착된 공기공급용 송풍기 및 대용량 유량계 173
[그림 3-97] 스택냉각용 펌프 및 이온제거용 필터 173
[그림 3-98] 연료전지용 막형 및 가열식 가습기 174
[그림 3-99] 연료전지 냉각용 열교환기 175
[그림 3-100] 연료 및 공기 공급라인의 물 응축장치 176
[그림 3-101] 브레드 보드의 차압 모니터링 모듈 176
[그림 3-102] 스택 성능평가용 전자부하 및 전자부하용 냉각장치 177
[그림 3-103] 버스용 연료전지 시스템 제어용 FCU 178
[그림 3-104] 전체 부품이 탑재된 브레드 보드 시스템 178
[그림 3-105] 가열식 가습기의 연결배관 손상 180
[그림 3-106] 브레드 보드용 제어기의 화면구성 180
[그림 3-107] 수소 재순환용 이젝터 사용시 이용율에 따른 스택의 성능변화 181
[그림 3-108] 브레드 보드 시스템에서 스택의 성능 및 성능편차 183
[그림 3-109] OCV 상태에서 스택 및 셀 사이의 전압편차 184
[그림 3-110] 운전조건에서 셀 및 스택 사이의 전압분포, (가) 234V-50A, (나) 108V-110A 185
[그림 4-1] 연료전지 하이브리드 시스템 186
[그림 4-2] 셀의 V-I 곡선 및, 전력밀도 곡선 187
[그림 4-3] 셀의 효율-전력밀도 곡선 187
[그림 4-4] 전력제어기법 흐름도 188
[그림 4-5] VCU 189
[그림 4-6] FCU의 하드웨어 193
[그림 4-7] 아날로그 양 신호입력형식(전류 혹은 전압)의 설정스위치 S1, S2, S3 195
[그림 4-8] SMU 204
[그림 4-9] monitor 개발 소프트웨어 206
[그림 4-10] histogram 전환 카드 화면 207
[그림 4-11] 제어 상태 화면 207
II. 수소ㆍ연료전지 통합기술 개발 실증사업 36
[그림 1-1] 하와이 파워 파크 위치 219
[그림 1-2] 하와이 파워 파크 시스템 구성도 221
[그림 1-3] 고압(좌) 및 저압(우) 수소 저장 시스템 222
[그림 1-4] DTE 파워 파크 위치 223
[그림 1-5] DTE 파워 파크 시스템 구성도 및 전경 225
[그림 1-6] 애리조나 파워 파크 시스템 구성도 227
[그림 1-7] 정지형 연료 전지 발전시스템 설치 현황 230
[그림 1-8] FCHV-BUS2 (좌)와 박람회 운행 구간 230
[그림 1-9] SWB(Solar-Wasserstoff-Bayern) 수소 프로젝트 단지 231
[그림 1-10] 뮌헨 공항 수소 프로젝트 시스템 구성도 232
[그림 1-11] Utsira 풍력-수소 에너지 실증 단지 시스템 구성도와 설치 현황 235
[그림 1-12] ECTOS 프로젝트 실증 단지와 운영 중인 연료 전지 버스 236
[그림 1-13] 베이징 수소 공원 개념도 237
[그림 1-14] 캐나다의 Hydrogen corridor 프로젝트 239
[그림 1-15] 조선대 태양에너지 실증연구단지와 대관령 풍력발전 실증연구단지 241
[그림 2-1] 제주 월정 대상 부지 244
[그림 2-2] 수소ㆍ연료전지 통합 실증단지가 조성될 신재생 에너지 기지의 전경 244
[그림 2-3] 수소ㆍ연료전지 통합 실증단지 구성 시스템 개념도 246
[그림 2-4] 수소ㆍ연료전지 통합 실증단지 시스템 배치 안 246
[그림 2-5] 수소ㆍ연료전지 통합 실증단지가 조성될 부지 전경 247
[그림 2-6] 통합 실증단지 인프라용 맨홀 공사 전경 247
[그림 2-7] 통합 실증단지 구성 시스템 부지 확보 푯말 248
[그림 2-8] 추적식 태양광발전시스템에 적용한 PV 모듈의 사진 및 외형도 251
[그림 2-9] 계통연계형 인버터 사진(5kW) 253
[그림 2-10] 추적장치의 수직면 투시도 254
[그림 2-11] 추적장치의 좌측면 투시도 255
[그림 2-12] 추적장치의 우측면 투시도 256
[그림 2-13] 추적장치의 정면 투시도 256
[그림 2-14] 추적식 태양광 시스템의 설치전경 257
[그림 2-15] 추적식 태양광 시스템의 설치전경 257
[그림 2-16] 태양광발전시스템의 성능분석을 위한 시뮬레이션 흐름도 258
[그림 2-17] 설치방식에 따른 PV시스템 성능결과 259
[그림 2-18] 설치방식에 따른 PV시스템 성능특성 259
[그림 2-19] 추적식 시스템에 대한 시간당 누적발전량 및 순시전력 261
[그림 2-20] 고정식 시스템에 대한 시간당 누적발전량 및 순시전력 261
[그림 2-21] 추적식 시스템에 대한 월간 누적발전량 262
[그림 2-22] 고정식 시스템에 대한 월간 누적발전량 262
[그림 2-23] HOGEN H Series는 고체고분자막 수전해 시스템 270
[그림 2-24] HOGEN H Series 내부구조 272
[그림 2-25] HOGEN H Series Water and Oxygen Management Subsystem P&ID 273
[그림 2-26] HOGEN H Series Hydrogen Gas Management Subsystem P&ID 274
[그림 2-27] HOGEN H Series interface connection 275
[그림 2-28] HOGEN H Series 인터페이스 외부 연결도 279
[그림 2-29] 수소 배출 라인 설치 사진 281
[그림 2-30] 수소 생산 연계 281
[그림 2-31] Air dilution interface와 integrated oxygen disposal이 설치된 사진 282
[그림 2-32] 냉각수 연계 도면 및 설치된 사진 283
[그림 2-33] 초순수 제조장치 연결 포트 284
[그림 2-34] 전체 수전해 시스템 연계 사진 284
[그림 2-35] 연료전지 시스템 구성도 286
[그림 2-36] 실증단지에 구축된 GenCore 및 GS FueICell 연료전지 시스템 286
[그림 2-37] 성능 시험 중인 GenCore 및 GS FueICell 연료전지 시스템 288
[그림 2-38] GS FueICell 연료전지 시스템 정상운전 화면 289
[그림 2-39] GenCore 연료전지 시스템 초기 시동 시 제어 화면 289
[그림 2-40] GenCore 연료전지 시스템 운전 제어 화면 290
[그림 2-41] 전체 시스템 구성도 291
[그림 2-42] 주 VCB 판넬 및 역전력 계전기 293
[그림 2-43] 주 ACB 판넬 294
[그림 2-44] 수전해용 판넬(변압기 및 보호장치) 300
[그림 2-45] 감시 시스템 구성도 301
[그림 2-46] 측정 요소별 감시화면 305
[그림 2-47] 고조파 측정 감시화면 305
[그림 2-48] 장비 종합 감시 화면 306
[그림 2-49] 고조파 파형 데이터 감시화면 307
[그림 2-50] Alarm Event 파형 분석화면 307
[그림 2-51] 플리커 감시 분석 화면 308
[그림 2-52] Alarm Event 정보화면 309
[그림 2-53] 측정 보고서 309
[그림 2-54] 전기품질측정기 설치위치 310
[그림 2-55] 월정 신재생연구기지와 행원풍력발전단지 311
[그림 2-56] 월정 신재생연구기지 주변의 등고지도(DXF 파일) 311
[그림 2-57] 월정 신재생연구기지 주변의 WAsP의 지형 데이터(MAP 파일) 312
[그림 2-58] 월정 신재생연구기지 주변의 지표 거칠기 지도 312
[그림 2-59] 행원지역 월별 평균풍속의 변화 314
[그림 2-60] 행원지역 일평균 풍속의 변화 314
[그림 2-61] 행원지역 월별 평균 풍력에너지 밀도의 변화 315
[그림 2-62] 행원 방위별 측정빈도의 변화 316
[그림 2-63] 행원 방위별 평균풍속의 변화 316
[그림 2-64] 행원의 풍향별 유효에너지량의 변화 317
[그림 2-65] 행원 풍향지속도의 변화 317
[그림 2-66] 김녕지역 월별 평균풍속의 변화 318
[그림 2-67] 김녕 일평균 풍속의 변화 318
[그림 2-68] 김녕지역 월별 평균 풍력에너지밀도의 변화 319
[그림 2-69] 김녕지역 방위별 측정빈도의 변화 320
[그림 2-70] 김녕지역 방위별 평균풍속의 변화 321
[그림 2-71] 김녕지역의 풍향별 유효에너지량의 변화 321
[그림 2-72] 김녕지역 풍향지속도의 변화 322
[그림 2-73] 풍력발전시스템 운전모드의 예 324
[그림 2-74] 풍력발전시스템 운전흐름도의 예 324
[그림 2-75] 소형풍력발전기 계통연계 예시 325
[그림 2-76] 100kW 풍력 발전기 Power Curve의 예(Fuhrlander 100, Rotor 21m) 326
[그림 2-77] 태양열 발전시스템의 구성 327
[그림 2-78] 태양열 발전의 적용이 가능한 시나리오 328
[그림 2-79] 태양열 발전을 위한 집광방식의 분류 329
[그림 2-80] 태양열 발전시스템 국외 개발 사례 331
[그림 2-81]태양열 발전시스템 국내 개발 사례 332
[그림 2-82] 10kW급 태양열 발전 실증시스템 (경남 진해) 332
[그림 2-83] 태양열발전시스템 전체 조립도 333
[그림 2-84] 태양열 발전을 위한 Concentrator 상세설계 335
[그림 2-85] 태양열 발전을 위한 반사경의 배치도 및 개별 반사경 Dimension 상세 설계 336
[그림 2-86] Dish형 태양열 발전시스템 적용 반사판(상) 및 신규제작 고효율 반사판(하) 337
[그림 2-87] 프레스금형을 이용하여 제작된 포물면 반사판 (표면에 반사경 접착이전) 338
[그림 2-88] 스터링엔진을 이용한 발전부 구성 339
[그림 2-89] Solo V161 스터링엔진 발전시스템의 외형 및 내부구조 340
[그림 2-90] 10kW 태양열 스터링엔진 조립도 (독일 Solo사 V161모델, 엔진/발전기/태양열흡수기 포함) 342
[그림 2-91] 10kW 태양열 스터링엔진 외형도 343
[그림 2-92] Solo V161 태양열발전시스템 외형 및 내부(좌) 및 장착된 태양열 흡수기(우) 344
[그림 2-93] 수소ㆍ연료전지실험동 전체배치도 347
[그림 2-94] 수소ㆍ연료전지실험동 배치도 상세도 347
[그림 2-95] 수소ㆍ연료전지실험동 평면도 348
[그림 2-96] 수소ㆍ연료전지실험동 입면도 348
[그림 2-97] 수소ㆍ연료전지실험동 종단면도(1) 349
[그림 2-98] 수소ㆍ연료전지실험동 종단면도(2) 349
[그림 2-99] 수소ㆍ연료전지실험동 터파기 350
[그림 2-100] 수소ㆍ연료전지실험동 기초 바닥배근 350
[그림 2-101] 수소ㆍ연료전지실험동 바닥콘크리트치기 351
[그림 2-102] 수소ㆍ연료전지실험동 지붕 및 벽 콘트리트치기 351
[그림 2-103] 수소ㆍ연료전지실험동 전경 352
[그림 2-104] 수소 제조, 저장, 이용 시스템의 공정 구성도 353
[그림 2-105] 수소 저장 탱크 설계도면 360
[그림 2-106] 수소 저장 탱크 베이스 베드 361
[그림 2-107] 수소 저장 탱크 설치 작업 361
[그림 2-108] 설치된 수소 저장 탱크 확대 사진 362
[그림 2-109] 수소 저장 탱크 작업 후 전경(펜스 설치 전) 362
[그림 2-110] 수소 저장 탱크 설치 후 건물 측면 촬영 사진 363
[그림 2-111] 수소 저장 탱크 설치 전경 364
[그림 2-112] 접지선 연결부 위치 사진 364
III. 고온형 PEMFC 원천기술 개발 40
[그림 2-1] 폴리에테르에테르케톤의 술폰화 반응 372
[그림 2-2] 폴리에테르에테르케톤의 술폰화 공정 373
[그림 2-3] (a) 고분자전해질 막의 수소이온전도도 측정용 셀의 개략도:1, Teflon block;2, 전압 측정용 Pt wires;3, 전류 공급용 Pt foils;4, 고분자전해질 막 (4 cm × 1 cm) (b) 측정셀 실제 사진:WE, 작업전극;SE, 센서;CE, 상대전극;RE, 기준전극 374
[그림 2-4] PEEK 및 SPEEK 전해질막의 FT-IR 스펙트럼 375
[그림 2-5] 제조된 술폰화 폴리에테르에테르케톤의 상대습도에 따른 수소이온전도도 376
[그림 2-6] Zr(HPO₄)2-x(SPP)x(이미지참조) 무기물 제조 공정 378
[그림 2-7] FT-IR 스펙트럼:(a) PPA (b) m-SPPA (c) (ZrSPP)x(이미지참조) 379
[그림 2-8] m-SPPA의 ¹H NMR 스펙트럼 380
[그림 2-9] 파우더 XRD 패턴:(a) (ZrSPP)x (b) 술폰화 폴리에테르에테르케톤 (c) 40wt.% (ZrSPP)x/술폰화 폴리에테르에테르케톤 복합막 (d) 40wt.% (ZrSPP)x(이미지참조)/술폰화 폴리에테르에테르케톤 복합막 381
[그림 2-10] 제조 전해질막의 단면 SEM 사진:(a) 술폰화 폴리에테르에테르케톤 (b) 10wt.% (ZrSPP)x 함유 복합막 (c) 30wt.% (ZrSPP)x 함유 복합막 (d) 50wt.% (ZrSPP)x(이미지참조) 함유 복합막 381
[그림 2-11] 술폰화 폴리에테르에테르케톤 및 복합막의 DSC 결과 382
[그림 2-12] 술폰화 폴리에테르에테르케톤 및 복합막의 TGA 결과 383
[그림 2-13] 술폰화 폴리에테르에테르케톤 및 복합막의 온도에 따른 수소이온전도도 결과 (측정을 위한 상대습도=100% RH) 384
[그림 2-14] BPO₄ 파우더의 XRD 패턴:(a) 열처리 전 (b) 175 ℃ 열처리 (c) 500 ℃ 열처리 (d) 열처리 없이 제조 386
[그림 2-15] 제조된 전해질막들의 XRD 패턴:(a) 술폰화 폴리에테르에테르케톤 및 20~40 wt.% BPO₄/술폰화 폴리에테르에테르케톤 전해질막 (b) 175 ℃ 열처리 전/후 40 wt.% BPO₄/술폰화 폴리에테르에테르케톤에 전해질막 387
[그림 2-16] 제조된 전해질막들의 FT-IR 스펙트럼:(a) 술폰화 폴리에테르에테르케톤 (b) 30 wt.% BPO₄/술폰화 폴리에테르에테르케톤 전해질막 388
[그림 2-17] 제조된 전해질막들의 단면 사진:(a) 술폰화 폴리에테르에테르케톤 (b) 10 wt.% (c) 20wt.% (d) 30wt.% BPO₄/술폰화 폴리에테르에테르케톤 전해질막 389
[그림 2-18] 제조된 전해질막들의 고배율 단면 사진:(a) 술폰화 폴리에테르에테르케톤 (b) 10 wt.% (c) 20wt.% (d) 30wt.% BPO₄/술폰화 폴리에테르에테르케톤 전해질막 390
[그림 2-19] 온도에 따른 술폰화 폴리에테르에테르케톤 전해질막 및 복합막의 함수율 결과 391
[그림 2-20] 술폰화 폴리에테르에테르케톤 전해질막 및 복합막의 DSC 결과 392
[그림 2-21] 술폰화 폴리에테르에테르케톤 전해질막 및 복합막의 TGA 결과 393
[그림 2-22] 술폰화 폴리에테르에테르케톤 전해질막 및 복합막의 수소이온전도도 394
[그림 2-23] 복합막에 대한 BPO₄ 안정성 테스트 결과 395
[그림 2-24] ABPBI 합성 방법 396
[그림 2-25] 실제합성 후 ABPBI fiber 396
[그림 2-26] 제조된 ABPBI 전해질막의 표면 전자주사현미경 사진 (a) 위 (b) 아래 397
[그림 2-27] 산도핑 전후의 ABPBI 전해질막의 FT-lR 스펙트럼 398
[그림 2-28] 산도핑 ABPBI 전해질막의 온도에 따른 수소이온전도도 398
[그림 2-29] 트리플릭산(HCF₃S0₃) 첨가 농도에 따른 전해질막의 수소이온전도도 400
[그림 2-30] DMOImTf 고분자 내 함유 물질 및 온도에 따른 수소이온전도도 400
[그림 2-31] DMOImTf 고분자 내 가소제 첨가의 효과 401
IV. 탄소나노튜브의 촉매 담지 및 응용기술 개발 42
[그림 1-1] 탄소나노튜브의 구조 및 종류 411
[그림 2-1] 탄소나노튜브 제조 및 화학기상증착 장치 (앞면) 417
[그림 2-2] 탄소나노튜브 제조 및 화학기상증착 장치 (뒷면) 418
[그림 2-3] 전기화학적 백금 담지 장치 420
[그림 3-1] 전기화학적 방법을 사용하여 니켈 입자를 담지한 그라파이트 종이의 SEM 결과 422
[그림 3-2] 그라파이트 표면에서 성장된 탄소나노튜브의 SEM 결과 424
[그림 3-3] 화학기상증착 온도에 따른 백금 담지량의 변화 426
[그림 3-4] 화학기상증착 시간에 따른 백금 담지량의 변화 427
[그림 3-5] 전기화학적 방법을 사용한 백금 담지 탄소나노튜브의 SEM 결과 429