대체에너지 종류 장단점

목차

1. 재생 에너지
1-1 재생에너지의 중요성

2. 태양광
2-1 태양전지
2-2 태양광 발전의 적용 사례

3. 태양열 발전
3-1 집중형 태양 전력
3-2 태양열 난방의 종류
3-3 태양열 조리기

4. 풍력 에너지
4-1 지구바람
4-2 풍력터빈의 크기
4-3 풍력에너지의 장단점

5. 지열 에너지
5-1 지열 발전서
5-2 지열에너지의 장단점

6. 해양 에너지
6-1 조력
6-2 파력
6-3 천연가스의 새로운 원천
6-4 경제적, 환경적 문제들

7. 연료전지
7-1 작동원리
7-2 연료
7-3 연료전지 시스템
7-4 연료전지의 종류
7-5 연료전지의 사용
7-6 연로전지의 문제점

본문내용

바다는 많은 에너지와 자원을 보배이다. 이것을 얼마나 잘 이용하는가에 따라서 우리들의 좀 더 나은 생활을 가능하게 할 것이다. (필자)
제 7 장 연 료 전 지
연료전지는 기존의 발전소와 승용차에 사용하는 연소방식의 화력발전과는 달리, 수소와 산소가 가진 화학적 에너지를 직접 전기에너지로 변환시키는 전기화학 장치로, 소소와 산소를 양극과 음극에 공급하여 연속적로 전기를 생산한다. 연료전지는 1839년 영국의 법률가이며 아마추어 물리학자인 William Robert Grove가 연료전지의 원리를 최초로 발명하였다.
7-1 작동원리
연료전지는 화석연료 속의 수소와 공기 중 산소의 전기화학 반응에 의해 연료가 갖고 있는 화학에너지로 연속하여 변환시켜주는 전기화학 발전장치이다. 그림은 연료전지의 작동원리를 나타내며, 이온전도성이 좋은 전해질을 사이에 두고 두 개의 다공성 전극으로 구성된다. 고체산화물형 연료전지의 전기화학 반응을 살펴보면, 연료극에서 수소가 전자를 내어놓고 전해질을 통해 이동해온 산소이온과 만나 물과 열을 생성시킨다. 연료극에서 생성된 전자는 외부회로를 통해 직류전류를 만들면서 공기극으로 이동하며, 공기극에서 산소와 만나 산소이온이 되고 생성된 이온은 전해질을 통해 연료극으로 이동하게 된다.
7-2 연료
대부분의 연료전지 시스템은 전기를 생산하기 위하여 순 수한 수소나 메탄올, 가솔린, 디젤 또는 석탄화가스 등의 수소가 농후한 연료를 사용한다. 이러한 연료들은 다음과 같은 장점과 단점을 갖는다.
(1) 순수한 수소
대부분의 연료전지 시스템은 순수한 수소가스를 연료로 사용하며 압축가스상태로 차량에 탑재되어 저장된다. 수소가스는 에너지 밀도가 낮기 때문에 가솔린과 같은 기존의 연료 상당하는 출력을 생성하기 위하여 수소를 충분히 저장하기 어렵다.
(2) 수소가 농후한 연료
연료전지 시스템은 메탄올, 천연가스, 가솔린, 석탄화가스 등과 같은 수소가 농후한 연료를 사용 할 수 있다. 대부분의 연료전지 시스템은 이러한 연료들을 차량에 탑재된 개질기를 통과시켜, 연료로부터 수소를 추출하여 사용한다. 차량에 탑재된 개질의 장단점에 대해 알아보면
① 장점
순수한 수소가스 보다 높은 에너지 밀도를 갖는 메탄올, 천연가스, 가솔린 등의 연료 사용이 가능하다.
현재의 인프라를 사용하여 기존의 연료공급 시스템을 사용할 수 있다.
② 단점
차량탑재 개질기는 연료전지 시스템에 복잡성, 비용, 유지보수의 필요를 증가시킨다.
개질기가 일산화탄소를 허용하여 연료전지의 양극판에 도달하면, 셀의 성능이 점점 저 하 된다.
개질기가 일반적인 연소과정 보다는 작은 양의 온실가스인 이산화탄소와 공해물질을 생 성한다.
7-3 연료전지 시스템
연료전지 시스템의 설계는 대단히 복잡하며 연료전지의 종류와 적용에 따라 상당히 의존한다. 간단히 연료전지 시스템에 대해 알아보면 연료전지 시스템은 다음과 같은 구성을 갖는다.
연료처리장치 : 연료를 연료전지에 사용 가능하도록 변환시키는 장치
에너지 변환장치(연료전지 또는 연료전지 본체)
: 연료전지 본체는 에너지 변환장치로, 연료전지에서 발생하는 화학작용으로부터 직류 전기를 생성한다.
전력변환장치 : 연료전지의 전기전류를 단순한 전기모터 또는 복잡한 기존 전련선 등의 적용에 필요한 요구사항에 맞추도록 변환하는 장치
열 회수시스템 : 일반적으로 고정용 고온 연료전지에 사용
7-4 연료전지의 종류
연료전지
전해질
발전효율
(%)
작동온도
(℃)
용도
장점
단점
고분자전해박형 또는
양성자교환박형
고분자 이온 교환막
40+
60~100
열병합발전전원
휴대용 전원
수송용
고체전해질이 부식과관리문 제 감소시킴
저온
빠른 시동
고가의촉매 필요
연료불손도에 다른 높은 민 감성
알카라인형
수산화 칼륨의 수용액
-
90~100
군사용
우주용
고성능
고가의CO2제 거장치 필요
인산염형
액체인 산염
35~45
175~200
열병합발전전원
수송용
전기와 열병합 발 전시 85% 효율
연료로 불순정 H2 무방
백금 촉매
저전류저전 력
대형대중량
용융탄산염형
용융탄산염
(리튬, 나트륨, 탄산칼륨의 수용액)
45~55
600~1000
열병합발전전원 대규모 전력 사업용
고온
전지부품의부 식과 파손 증가
고체산화물형
고체전해질
(지르코늄)
50
600~1000
열병합발전전원
전력 사업용
고온
고체전해질
전지부품의 부식 과 파손 증가
7-5 연료전지의 사용
7-6 연료전지의 문제점
(1) 가격
가격은 연료전지의 개발과 적용을 위한 가장 큰 문제로, 대부분 다른 모든 연료전지에서도 같은 요인을 갖는다. 어떤 연료전지는 극한 고온에 저항력 있는 비싼 재료가 필요한 반면에, 일부 연료전지는 값비싼 귀금속의 촉매가 필요하다. 또한 가격은 연료전지의 내구성, 작동 수명시간, 연료공급과 저장장치, 연료전지 사용의 다른 관점에 관련된다.
(2) 내구성과 신뢰성
연료전지에 직면하는 또 다른 기술적인 난제는 내구성과 신뢰성을 증가시키는 것이다. 모든 연료전지는 온도에 변화하며 연료전지 성능과 수명을 감소시키는 촉매 독성에 노출되기 쉽다. 이러한 영역에 관한 연구가 진행 중이고, 새로운 부품과 설계의 내구성을 실험하기 위한 연구가 계속 되어야 한다.
(3) 연료문제
특별히 순수한 수소로부터 동력을 얻는 연료전지의 연료관련 문제들인 생산, 공급, 저장장치, 안전에 관하여 간략히 살펴보면 다음과 같다.
① 생산
현재 수소는 가솔린과 같은 기존연료 보다 생산을 위한 가격이 가장 비싸며, 적절한 가격의 수소 생산방법은 온실가스를 생성한다.
② 공급
기존연료를 소비자에게 공급하는 현재의 시스템에서는 수소를 사용할 수 없기 때문에, 새로운 인프라를 개발하고 보급해야 한다.
③ 저장장치
수소는 체적 당 에너지 밀도가 낮기 때문에 대부부분의 적용에 가능하도록 합당한 크기의 공간에 충분한 양을 저장하기 어렵다. 이것은 작은 탱크내에 수소를 저장해야 하는 수소연료 연료전지자동차의 특별한 문제이다.
④ 안전
가솔린이나 다른 연료와 같이 수소도 안전 위험이 있어서 조심스럽게 취급해야한다. 가솔린은 상당히 친숙하지만, 수소의 취급은 모두에게 새롭다. 그래서 소비자들은 수소의 물성과 위험에 친숙해질 필요가 있다.

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