암모니아를 연료로 하는 철도용 고체산화물연료전지-내연기관 하이브리드 시스템

박민경; 최원재; 최재헌

doi:10.3795/KSME-B.2024.48.11.687

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자료유형: 학술저널

저자정보: 박민경 (이화여자대학교) 최원재 (이화여자대학교) 최재헌 (한국철도기술연구원)

저널정보: 대한기계학회 대한기계학회 논문집 B권 대한기계학회논문집 B권 제48권 제11호(통권 제470호)

발행연도: 2024.11

수록면: 687 - 697 (11page)

DOI: 10.3795/KSME-B.2024.48.11.687

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본 연구는 암모니아를 연료로 하는 철도용 고체산화물연료전지-내연기관 하이브리드 시스템을 제안하고 최적의 작동 조건과 크기를 제시하였다. 제안한 시스템 분석을 위해 MATLAB과 Cantera 열역학 도구를 사용하여 시뮬레이션 모델을 구축하였고 모든 시스템 모델은 무차원 모델로 구성하였다. 시뮬레이션 분석 결과, 다양한 연료 이용률 조건에서 시스템 효율이 50% 이상이 나오는 것을 확인하여, 디젤 엔진의 효율 32%에 비해 크게 증가되고, 질소산화물 배출량 또한 철도 규제치(7.4 g/kWh) 이하의 값임을 확인하였다. 또, 엔진을 이용한 다양한 방법의 부하 추종운전의 성능을 비교하고 고체산화물연료전지와 내연기관의 크기 비율이 1.05일 때를 최적의 크기로 결정하였다. 마지막으로 하이브리드 시스템 시뮬레이션의 철도 모델을 구축해 철도 운전 부하 자료에 적용하였다. SOFC 출력은 동일하게 고정하고, 운전 부하에 따라 엔진 운전 방법을 변경해 부하추종운전을 하였다.

#Solid Oxide Fuel Cell(고체산화물 연료전지) #Internal Combustion Engine(내연기관) #Ammonia(암모니아) #Locomotive(철도)

참고문헌 (13)

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IQAir, 2022, 2021 IQAir World Air Quality Report (https://www.iqair.com/newsroom/waqr_2021_pr?srsltid=AfmBOop5CpN9p7X2xu8kKraUgZupIpQ4ivVB4hALDyHg8RpNcNqIl2I1), IQAir, Goldach, Switzerland.

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Goodwin, D. G., Moffat, H. K. and Speth, R. L., 2017, Cantera: An Object-Oriented Software Toolkit for Chemical Kinetics, Thermodynamics, and Transport Processes. Version 2.3.0. (https://doi.org/10.5281/zenodo.45206), Zenodo. Genève, Switzerland.

Larminie, J., 2003, “Fuel Cell Systems Explained,” Wiley Google Schola, Vol. 3, pp. 503~508.

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