전기와 열을 생산하는 농장이라는 뜻의 에너팜Ene Farm이란 명칭은 1㎾급 가정용 발전 시스템, 열병합 시스템(Cogeneration)이다. 에너팜은 연료전지로 발전하며 현재 판매 중인 에너팜에 탑재된 연료전지는 고체고분자형 PEFC 타입과 고체 산화물형SOFC 타입이 있다. SOFC는 고효율, 심플한 구성으로 저비용화를 전망할 수 있으며 차세대 연료전지로 기대된다. PEFC와 SOFC의 차이를 중심으로 소개한다.
에너팜의 구성 에너팜은 연료전지가 탑재된 발전 유닛과 발전 때배열을 급탕이나 난방용 열로 저장하는 저장 유닛으로 구성된다. 발전 유닛은 수소와 일산화탄소를 생성하는 연료전지 셀 스택, LPG나 도시가스 등 연료전지 셀 스택의 연료가 되는 수소를 꺼내는 개질 장치, 발전시 연료전지로부터 열을 회수하기 위한 열교환기,연료전지 셀 스택으로 만들어진 전력을 직류에서교류로 변환하는 인버터와 계통연계 보호 장치로구성된 파워 컨디셔너, 보조 기계류, 제어 장치로구성돼 있다.
에너팜의 PEFC와 SOFC의 차이 에너팜의 시스템에 PEFC와 SOFC의 주된 차이를 살펴보면, AC단 발전 효율을 비교해 본 결과 SOFC 쪽이 더 높았다. 한편, SOFC는 작동 온도가700~1000°C로 비교적 높았으며 온도의 상승·하강 시간까지 시동과 정상 시간이 길었다. 역조류는PEFC와 SOFC 어느 쪽이나, 일반적으로 역조류 '없음'이 나왔다. PEFC는 최소 AC출력 전력이 정격 출력의 30~40%나 된 것으로 나타났고, 잉여전력 히터가 탑재돼 잉여 전력 부분을 소비했다.
연료전지 셀 스택의 PEFC와 SOFC 차이를 보면, SOFC가 연료전지 셀 스택 작동도가 더 높고, 시동 시간도 길다. 또한 SOFC는 전해질을 이동시키는 전도 이온이 산화적 이온 연로로써 수소뿐만아니라 일산화탄소도 연료로 사용할 수 있다. 탑재되는 연료전지 셀 스택 타입 차이는 탄화수소계 연료에서 수소를 만들어 내는 연료 처리 프로세를 다르게 한다. 통상, 탄화수소계 연료와 물의 개질반응에 의해 수소가 만들어지지만 수소뿐만 아니라일산화탄소도 생겨난다. PEFC 타입의 연료전지 셀 스택은 전극에 사용되는 발전 반응에 필요한 촉매가 일산화탄소에 피독돼기에 움직임 반응이나 선택 산화 반응 등 일산화탄소 제거기가 필수다. 한편, SOFC 타입의 연료전지 셀 스택은 일산화탄소에 피독되지 않을 뿐만 아니라 전해질이 산화물 이온이며 연료로 사용할 수도 있기에 일산화탄소를 제거하는 기구가 필요치 않다. 또한 PEFC는고분자막이므로 가습이 필요하지만 SOFC는 세라믹이기 때문에 가습 기구의 탑재도 필요 없다. 따라서, PEFC보다 SOFC가 더 심플한 시스템 플로우System Flow이다(<그림 3> 참조).
PEFC와 SOFC의 출력 제어 가정용 1㎾급 PEFC와 SOFC는 역조류가 없는요건으로 계통연계하는 것이 일상적이다. 이에 따라 발전 출력은 계통 전력 감지 센서로 계측한 전력 부하에 따라 출력 제어해 부하 추종 운전을 하고 있다. 이 부하 추종 운전은 PEFC와 SOFC의 구조상 차이로 제어 방법에 차이가 있다. PEFC는 연료전지 셀 스택 구조상 특징으로 연료전지 셀 스택으로부터 발전 출력을 0W까지 내리는것이 곤란하고, 연료전지 셀 스택의 최저 출력에 제한이 있는 것도 일반적이다. 아울러 전력 부하가 연료전지 셀 스택 최저 출력에 밑도는 경우에서도 어떤 방법으로든 잉여 전 력을 소비해 부하 추종 운전이 가능하다. 이 잉여전력은 히터 부하로 소비한 열을 회수해 활용한 다. 부하가 급감할 경우에도 잉여 전력 히터를 이용해 연료전지 셀 스택 전류를 일정하게 유지하 며, 한편으로 역조류를 출력 억제하여 부하 추종운전을 한다. 잉여 전력 히터 탑재장은 2종류가 있다. AC측 히터 방식은 인버터보다 AC측에, DC측 히터 방식은DC측에 탑재했다. 한편, SOFC는 연료전지 셀 스택의 구조상 특징에 의해 출력을 0W까지 내릴 수있어 부하가 급감했을 경우에도 연료전지 셀 스택전류를 감소시키는 것이 가능하다. 즉, SOFC는 잉여 전력 히터가 요점이며 제어가 심플해 부품 갯수도 PEFC와 비교해 더 적다.
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