KITECH 생산기술 전문지

알카라인 수전해는 물을 전기 분해하여 수소와 산소를 생산하는 기술이다. 알카라인 수전해기술은 60~70℃의 저온에서 운전이 가능하며 촉매의 가격 경쟁력 확보가 가능하여 대규모 수소 생산 장치로 활용이 가능한 장점을 가진다. 하지만, 다른 수전해 기술에 비해 낮은 전류밀도로 인해 단일 셀 규모에서 수소 생산량이 낮은 단점을 가진다. 알카라인 수전해 시스템은 작동 온도와 압력 조건에 따라 생산량과 효율이 달라진다. 수전해에서 온도의 제어는 셀전압과 전류밀도에 직접적인 영향을 준다. 수전해 시스템의 주요 제어 변수는 압력과 온도이며 부하 변동에 대응하기 위해 두 변수를 동시에 제어하는 연구 개발이 필요하다. 본 연구에서는 알카라인 수전해 시스템의 부하 변동 대응을 위해 온도와 압력을 동시에 변화하는 조건에서 스택과 BOP의 운전 특성 평가를 수행하였다. 알카라인 수전해 시스템의 운전 제어는 변동성이 빠른 압력을 1차 제어하고 변동성이 비교적 느린 온도를 2차로 제어하기 위한 목적으로 연구를 수행하였다. 알카라인 수전해 시스템의 스택과 BOP 해석은 각각 수치해석과 공정해석을 통해 온도와 압력 변화에 따른 수소 생산 특성에 대해 전류 밀도, 패러데이 효율, 수소생산량, 전력소비량을 비교하였다.동일한 부하조건에서 스택은 압력이 낮아질수록 수소 생산량(스택 효율)은 증가하게 되고 작동 온도가 증가할수록 수소 생산량은 증가하게 된다. 스택의 수소 생산량은 압력 제어 대비 온도 제어의 영향이 크다. BOP 시스템은 낮은 부하에서 스택에 투입되는 전력 대비 BOP의 전력 소모량이 크며 부하가 증가할수록 BOP의 전력 소모량은 작아지게 된다.

키워드 Alkaline Water Electrolysis (알카라인수전해), load variation(부하 변동), Hydrogen Production (수소 생산), Pressure and Temperature Control (압력과 온도제어), Stack and BOP (스택과 보조시스템)