SOFC 시스템 개발 이력(1)

　SOFC는 세라믹의 집합체를 사용하는 고난도 기술이지만, 가장 높은 발전 효율을 기대할 수 있는 연료전지 시스템이기 때문에 오사카 슬롯 커뮤니티는 초기부터 시스템 평가와 연구 개발에 힘써 왔습니다
　1987년부터 1997년까지 당사는 미국의 Tokyo Gas 및 Westinghouse(WH)와 공동으로 SOFC 발전 시스템을 평가하고 열병합 발전 시스템을 개발했습니다 1987년 3kW 원통형 모듈에 대해 실시된 3,000시간 테스트는 1990년경 일본에서 많은 SOFC 연구 개발 프로젝트가 시작되는 계기가 되었다고 합니다
　이후 1992년 25kW급 열병합 발전시스템이 가동을 시작해 셀을 개조한 1995년 3월부터 당시 세계 최장 가동시간인 13,194시간을 기록했다 발전부, 연료공급부, 배열회수부, 제어부가 모두 패키지된 SOFC 열병합발전 시스템은 10,000시간 이상의 운전시간 목표를 달성했으며, 11번의 시동과 정지 후에도 열화율이 01%/1000시간을 기록해 모든 고정형 연료전지 시스템 중 가장 안정적인 특성을 보여주었다
　또한 2000년부터 2003년까지 WH(나중에 Siemens가 발전기 사업을 인수함)의 세계 최초 가압식 SOFC/GT 기계에 대한 운영 데이터를 제공하는 계약을 WH와 체결하고, 고효율 발전 시스템의 상업적 잠재력을 평가했습니다 아쉽게도 당시의 제조 및 설계 조건 하에서 비용 고려로 인해 상용화되지는 못했습니다

　또한, 평판형 SOFC는 원통형에 비해 출력밀도가 높고, 효율화, 소형화, 저비용이 기대되기 때문에 오사카 슬롯 커뮤니티는 원통형과 병행하여 무라타 제작소(1993~1997)와 공동 연구를 진행해 왔습니다 플랫 셀의 문제점은 열 변형에 대한 민감성으로 인해 많은 수의 셀이 스택으로 조립될 때 균열이 발생하기 쉽습니다
　오사카 슬롯 커뮤니티는 니켈 펠트를 사이에 두고 싱글 셀을 적층하는 독특한 구조를 이용하여 이 문제를 해결했습니다 5개의 셀을 1개의 유닛으로 만들어 유닛 단위로 씰 누출 및 출력을 검사함으로써 신뢰성을 향상시켰습니다 그 결과, 직렬 연결된 5셀 유닛 16세트로 구성된 80셀 스택이 10가지 열주기 특성 테스트를 통과해 최대 출력 13kW를 달성했다 이는 열주기 저항을 갖춘 1kW급 스택의 첫 번째 예였습니다

SOFC 시스템 개발 이력(2)

　2004년에는 Kyocera Corporation과 함께 주거용 1kW급 SOFC 열병합 발전 시스템의 공동 개발을 시작했습니다 당시 SOFC의 높은 발전 효율은 주거용 규모에서는 달성할 수 없다는 일반적인 회의론이 있었습니다 2005년도에는 실험하우스 NEXT21에서 일본 최초로 실거주 시험을 실시하여 그리드 전력(평균 화력, 수요단)을 능가하는 운영 발전 효율과 세대 전력 부하에 따른 조건에서 폐열을 효율적으로 활용하는 기술을 실증했습니다 그 결과, SOFC를 최고의 발전 효율을 제공하는 가정용 열병합 발전 시스템으로 포지셔닝하고 상용 제품 개발에 착수했습니다
　이후 2006년에는 상대적으로 열 수요가 적은 가정에서도 충분한 환경적, 경제적 이점을 제공할 수 있는 특성을 활용하기 위해 정격 출력을 1kW에서 700W로 변경하고 약 50%의 크기 감소를 달성했습니다 2007년도부터 신에너지재단(NEF)의 '고체산화물 연료전지 실증연구'에 참여해 내구성, 신뢰성 향상 등 상용화를 위한 노력을 추진해 왔습니다
　2009년 3월, 각 회사의 특성을 살린 토요타 자동차 주식회사, 아이신 세이키 주식회사와 공동 개발을 시작했습니다 내구성과 신뢰성을 꾸준히 향상시켜 2012년 4월 제품을 상용화할 수 있었습니다

SOFC 시스템 개발 이력(3)

　2012년 첫 번째 모델 출시 이후, 2013년에는 정전 중에도 계속해서 전기를 생산할 수 있는 독립 발전 기능을 갖춘 모델을 출시했습니다 2014년에는 무선랜 기능을 탑재한 리모컨을 라인업에 추가하고, 에너지(발전량 등)를 시각화할 수 있게 하여 부가가치를 높이고 비용을 절감한 모델을 출시했습니다
　2016년에는 셀스택 내구성 향상 기술을 적용하여 높은 발전 효율과 내구성을 동시에 구현하는데 성공하여 발전 효율 52%를 달성하였으며, 발전 유닛에 온수 저장조를 내장하고 일반 슬롯 커뮤니티 온수기와 연결함으로써 기존 슬롯 커뮤니티 온수기를 그대로 사용하고 발전 유닛만 개조 설치가 가능해졌습니다 동시에 2016년 4월부터 시행된 전력소매시장 전면자유화에 맞춰 당사는 일본 최초로 ENE-FARM type S에서 생산되어 고객의 가정에서 사용되지 않는 전력(잉여전력)을 구매함으로써 사회 전체의 CO2 배출 저감, 정부가 추진하는 전력원의 다각화 및 분산화, 전력수급의 피크 완화에 기여하고 있습니다
　2018년에는 발전효율이 535%로 업데이트되었습니다 스마트 스피커를 통한 음성 조작 기능 등 IoT를 활용한 서비스도 추가했습니다 2018년 간사이 지역에 상륙한 태풍 21호는 오사카와 효고 등 지역에서 대규모 정전을 일으켰습니다 당시 에네팜 타입S 약 2,000대(IoT 기능이 확인된 853대 중 IoT 지원 유닛 비율을 고려한 추산)가 자체 전력을 생산해 정전 시 스마트폰 충전, 조명, 온수, 냉장고 용도로 활용돼 에네팜 타입S의 높은 회복력을 입증했다
그리고 2020년 4월에는 셀 스택 제조 방식 개선과 제어 프로그램 최적화를 통해 발전 효율을 55%로 업데이트했습니다 게다가 내구성도 10년에서 12년으로 늘어났다 또한, 셀 스택과 파워 컨디셔너를 소형화해 장비를 더욱 슬림화해 아파트 등 설치 공간이 제한된 곳에 설치 편의성을 대폭 높였다

오사카슬롯 커뮤니티의 내구성 평가 기술에 대하여

SOFC는 기본적으로 24시간 운영되기 때문에 장기간 운영에 따른 내구성과 신뢰성 확보가 필요합니다
셀 스택과 보조 부품 모두 엄격한 내구성 성능이 요구되며, 이러한 요구 사항을 충족하기 위해 오사카 슬롯 커뮤니티는 구성 재료부터 시스템까지 일관된 연구 개발을 진행하고 있습니다