인산형 연료전지 발전소에서 히트펌프 사용 유무에 따른 경제성 비교

Abstract

본 논문에서는 인산형 연료전지(PAFC, phosphoric acid fuel cell)의 열 회수 특성에 대하여 알아보고, 히트펌프를 이용한 인산형 연료전지 발전소 열 회수 공정과 히트펌프를 이용하지 않은 열회수 공정을 제시하고 비교하였다. 비교를 위한 연료전지의 인입수 온도는 40℃, 연료전지 출구 온도는 100℃로 동일한 조건으로 열회수량을 산출하였으며, 연료전지는 “D"사의 400kW급 12대를 기준으로 하였다. 공정별로 열회수량, 전기생산량을 산출하여 발전소 성능과 경제성 비교를 연구하였다. 연구결과 히트펌프 사용 공정이 히트펌프 사용을 위해 사용된 전기에너지 때문에 미사용 공정보다 전기생산량은 약 1.3배 적게 생산했지만, 열 생산량은 히트펌프 미사용공정보다 약 2.2배 더 생산하여 발전소 전기효율과 열 효율을 합한 총 효율은 히트펌프 사용공정이 약 20%정도 미사용 공정보다 높았다. 하지만 경제성 분석결과 고가의 히트펌프 설치비, 열 판매단가 대비 높은 전기판매단가 및 REC(Renewable Energy Certificate)의 영향으로 히트펌프 미사용공정이 사용 공정보다 내부수익률(IRR, Internal Rate of Return)은 약 5.27%, 순현재가치(NPV, Net Present Value)는 약 10.2억원이 더 높게 산출되었다. 최종적으로 히트펌프 사용공정은 미사용 공정에 비해 효율은 높지만 경제성은 낮았다.