SOFC 시스템 개발 이력(1)

SOFC는 세라믹 어셈블리를 처리하는 매우 진보된 기술입니다 어려움에도 불구하고, 오사카슬롯 커뮤니티는 연료전지 시스템 중 가장 높은 발전효율을 가질 것으로 예상되어 초기부터 시스템 평가, 연구, 개발에 매진해 왔습니다
1987년부터 1997년까지 Tokyo Gas Co, Ltd 및 미국 기업인 Westinghouse(WH)와 공동으로 오사카 슬롯 커뮤니티는 SOFC 발전 시스템을 평가하고 열병합 발전 시스템을 개발했습니다 1987년 3kW 관형 셀 모듈에 대한 3,000시간 테스트는 일본에서 1990년경까지 수많은 SOFC 연구 개발 활동의 시작에 기여했다고 합니다
이후 1992년부터 25kW급 열병합발전 시스템이 가동되기 시작했고, 1995년 3월 셀 개선을 거쳐 당시 세계 최장 가동시간인 13,194시간을 기록했습니다 발전부, 연료공급부, 배열회수부, 제어부가 모두 하나의 패키지로 조립된 이 SOFC 열병합발전 시스템은 11회 기동 및 정지를 포함해 10,000시간 이상의 운전 목표를 달성하고, 01%/1,000시간의 열화율을 보였습니다 따라서 시스템은 모든 고정식 연료전지 시스템 중에서 가장 안정적인 특성을 보여주었다
2000~2003년 WH가 운영한 세계 최초의 가압형 SOFC/GT 장치(WH의 발전기 사업은 나중에 Siemens가 인수함)에서 오사카 슬롯 커뮤니티는 WH와 운영 데이터 제공 계약을 체결하여 고효율 발전 시스템의 상업적 생존 가능성을 평가했습니다 그럼에도 불구하고 이 시스템은 당시의 설계 및 제조 조건으로 인해 발생하는 비용으로 인해 상용화되지 못했습니다

반면, 평면형 SOFC는 관형 SOFC보다 출력 밀도가 높아 고효율, 소형화, 비용 절감 효과가 뛰어납니다 따라서 오사카 슬롯 커뮤니티는 관형 시스템 연구와 동시에 Murata Manufacturing Co, Ltd(1993~1997)와 평면형 SOFC에 대한 공동 연구 프로젝트에 참여했습니다 평면형의 한 가지 문제점은 열 변형에 대한 취약성입니다 이는 여러 개의 셀을 쌓아 셀 스택을 형성할 때 셀이 파손되기 쉽게 만드는 결함입니다
오사카 슬롯 커뮤니티는 니켈 펠트가 포함된 단일 셀을 독특한 구조로 쌓아 5개의 셀을 하나의 유닛으로 그룹화하여 슬롯 커뮤니티 누출 및 전력 출력을 확인함으로써 이 문제를 해결하여 셀의 신뢰성을 향상시켰습니다 이러한 개선을 통해 16개의 직렬 연결된 5셀 장치로 구성된 80셀 스택이 10사이클 열 사이클 성능 테스트를 성공적으로 통과했으며 시스템은 최대 13kW의 출력을 보여주었습니다 1kW급 스택에 열사이클 저항성을 부여한 최초의 사례였습니다

SOFC 시스템 개발 이력(2)

2004년에 오사카 슬롯 커뮤니티는 주거용 1kW급 SOFC 열병합 발전 시스템에 대해 Kyocera Corporation과 공동 개발을 시작했습니다 당시에는 SOFC의 고효율 발전 특성을 가정용 규모에서 달성할 수 있다는 데 회의적인 시각이 지배적이었습니다 2005 회계연도에 오사카 슬롯 커뮤니티는 NEXT21 실험 주택 프로젝트의 실제 주택에서 일본 최초의 실험을 수행하여 국내 전력 부하를 따르는 조건에서 유틸리티 전력 시스템(수요 측의 화석 연료 발전의 평균)을 초과하는 운영 발전 효율뿐만 아니라 배기열을 효과적으로 사용할 수 있는 타당성을 기술적으로 입증했습니다 그 결과, 오사카 슬롯 커뮤니티는 SOFC를 최고의 발전 효율을 가져올 주거용 열병합 발전 시스템으로 활용하는 것을 고려하고 이러한 유형의 상업용 장치 개발에 착수하기로 결정했습니다
그런 다음 2006 회계연도에 오사카 슬롯 커뮤니티는 시스템의 특성을 활용하기 위해 정격 출력을 1kW에서 700W로 변경한 후 시스템 용량을 약 50% 축소하는 데 성공했습니다 이는 상대적으로 적은 주거용 열 수요를 충족시키면서 환경적, 경제적 이점을 충분히 제공합니다 오사카슬롯 커뮤니티는 2007년도부터 신에너지재단이 후원하는 고체산화물 연료전지 민주연구 프로젝트에 참여해 내구성과 신뢰성 향상 등 상용화 노력에 박차를 가하고 있다
2009년 3월, 프로젝트는 Toyota Motor Corporation 및 Aisin Seiki Co, Ltd와 함께 각 회사의 강점을 활용하여 4개 회사 공동 개발을 통해 또 다른 시작을 이루었습니다 내구성과 신뢰성 향상을 위한 지속적이고 꾸준한 노력으로 2012년 4월 상용화에 이르렀습니다

SOFC 시스템 개발 이력(3)

2012년 첫 번째 모델 출시 이후, 2013년 오사카 슬롯 커뮤니티는 전력망 정전 시에도 계속 전력을 생산할 수 있는 자립형 발전 기능을 갖춘 모델을 출시했습니다 2014년에는 에너지 시각화(예: 발전량), 무선랜 기능을 갖춘 리모컨을 제품군에 추가하는 등 이전 모델보다 가격은 저렴하면서도 부가가치는 더 높은 모델을 출시했습니다
2016년에는 셀스택 내구성 향상 기술을 적용하여 52%의 높은 발전효율과 내구성을 모두 달성하는데 성공하였습니다 또한, 온수 저장탱크를 담고 기존 슬롯 커뮤니티온수기와 연결되는 구조를 채용함으로써 기존 슬롯 커뮤니티온수기를 그대로 사용하고 발전부만 개조 설치하는 것이 가능해졌다 동시에, 2016년 4월부터 시행된 전력소매시장 전면자유화에 맞춰 오사카슬롯 커뮤니티에서는 에네팜 S형에서 생산되지만 고객의 집에서 소비되지 않는 전력(잉여전력)을 구매하는 프로그램을 일본 최초로 도입했습니다 회사는 사회 전반의 CO2 배출 감소, 국가 정부가 추진하는 전력원의 다양화 및 분산화, 전력 수급 피크 평탄화에 기여해 왔습니다
이후 2018년에는 발전효율이 535%로 향상되었습니다 또한 오사카슬롯 커뮤니티는 스마트 스피커를 통한 음성 작동 등 IoT 기반 추가 서비스도 제공했다 2018년에는 태풍 제비가 간사이 지역을 강타해 오사카, 효고 등 넓은 지역에 정전이 발생했습니다 이번 행사 기간 동안 에네팜 타입S 약 2,000대(IoT 기능으로 파악한 853대와 IoT 기능 탑재 비율 기준 추정)가 자체적으로 전력을 생산했다 이 장치는 전력망 정전 중에도 활성화되어 스마트폰 충전, 조명, 온수 공급, 냉장고에 전원을 공급하여 Ene-Farm type S의 높은 복원력을 입증했습니다
이후 2020년 4월, 셀 스택 제조 공정 개선과 제어 프로그램 최적화를 통해 모델의 발전 효율이 55%로 증가했습니다 또한, 모델의 내구성이 10년에서 12년으로 향상되었습니다 또한, 셀 스택과 파워 컨디셔너의 크기를 줄여 장비를 더욱 슬림하게 만들어 설치 공간이 제한된 콘도에 설치 편의성을 대폭 향상시켰습니다

오사카슬롯 커뮤니티 내구성 평가 기술

SOFC는 기본적으로 24시간 운영되기 때문에 장기간 운영을 위해서는 내구성과 신뢰성 확보가 필수적입니다
셀 스택과 보조 부품 모두 엄격한 내구성 성능이 요구됩니다 이러한 요구 사항을 충족시키기 위해 오사카 슬롯 커뮤니티는 기초 소재부터 연료 전지 시스템에 이르기까지 지속적으로 연구 개발을 수행하고 있습니다