도시바 연료전지 시스템㈜, 자립운전기능을 구비한 가정용 연료전지 발전 시스템 「에네팜(Ene-Farm)」
가정용 연료전지 코제너레이션 시스템인 「에네팜(Ene-Farm)」은 에너지 절감 및 지구온난화 가스 배출 억제에 효과적인 기기로서 2009년도에 상용화되어 그 판매량이 꾸준히 증가해 왔다. 이러한 상황 아래 2011년 3월에 발생한 동일본 대지진을 계기로 전원 보호에 대한 의식이 고조되면서 「에네팜」의 도입 대수도 급증하게 되었다. 그러나 2009년부터 각사에서 제조· 판매된 에네팜에는 자립운전기능이 없어 도쿄전력 구역에서 실시되는 계획정전 시 발전을 정지해야 했다. 이 때문에 에네팜이라는 발전 시스템이 가정에 설치되었음에도 불구하고 정전 시에 그 전력을 사용하지 못하는 불편한 상황이 연출됐다. 이를 해결하기 위해 전력계통의 정전 시에도 에네팜의 전력을 사용할 수 있는 정전 대응 시스템이 개발되었다. 그 실현수단에는 축전지 시스템을 도입하여 표준 에네팜과 조합시키는 방법과 자립운전기능을 구비한 에네팜을 이용하는 방법이 있다. 본고에서는 이들의 정전 대응 시스템을 비교함과 동시에 주로 에네팜 단독에서의 정전 시 전력공급이 가능한 자립운전기능형 에네팜에 대해 소개한다.
정리 편집부
정전 대응 시스템의 비교
축전지 시스템을 이용한 정전 대응 시스템
축전지 시스템을 이용한 정전 대응 시스템을 [그림 1]에 나타냈다. 이 시스템에서는 전력계통 정전 시 축전지 시스템이 자립운전을 실시하여 계통의 역할을 한다는 점이 특징이다. 따라서 에네팜은 축전지 시스템이 만드는 계통에 대해 연계운전을 실시하여 계통이 정상일 때와 똑같은 운전을 실시할 수 있다. 이 시스템에서는 에네팜에 특별한 개조를 가할 필요 없이 기존형의 에네팜을 그대로 사용할 수 있다는 점과 에네팜과의 조합을 통해 보다 많은 가전기기를 사용할 수 있다는 장점이 있다.
한편, 에네팜 외에 추가적으로 축전지 시스템을 도입할 필요가 있어 초기 투자비용이 높아지고, 축전지 시스템이 완전히 방전되어버린 경우에는 연계운전을 계속 할 수 없다는 과제가 있다. 또한, 자립운전 중인 축전지 시스템의 전력제어특성에 따라서는 전력계통과 비교해 전압 및 주파수가 크게 변동하기 때문에 계통연계운전을 계속할 수 없게 되는 문제점도 있다.
자립운전기능형 에네팜을 이용한 정전 대응 시스템 자립운전기능형 에네팜을 이용한 정전 대응 시스템을 [그림 2]에 나타냈다. 이 시스템에서는 축전지 시스템을 사용하지 않고 전력계통 정전 시 에네팜이 스스로 자립운전을 행하여 발전을 계속할 수 있다는 점이 특징이다.
에네팜은 계통이 정전되었다는 것을 검지하여 계통을 완전히 분리한 후에 운전모드를 변경한다.(계통 정상 시의 계통연계모드 → 자립운전모드) 자립운전 개시 후에 자립 전용 콘센트로 전력이 공급되어 정전 중에도 에네팜의 전력을 사용할 수 있게 된다. 이것은 태양광발전시스템의 자립운전기능과 동등한 기능이다.
자립운전기능형 에네팜
2012년 6월, 도시바 연료전지 시스템㈜에서 제작한 에네팜이 처음으로 자립운전기능을 탑재한 이래 지금까지 주요 도시가스 회사를 비롯한 많은 에너지 사업자들이 판매를 실시하고 있다.([사진 1]에 도시바 연료전지 시스템㈜의 에네팜 외관사진을 나타냈다) [표 1]에 주요 사양을 기재했다.
현재 발매되고 있는 자립운전기능형 에네팜은 축전지 시스템을 필요로 하지 않는 시스템이어서 초기도입비용을 억제할 수 있다. 그로 인해 비(非)발전 상태에서 발전을 개시하기 위해서는 기동전력이 필요하므로 발전정지 중에 정전이 발생한 경우는 에네팜 스스로 기동할 수 없다는 제약이 있다. 그러나 계획정전 전에 에네팜을 수동으로 기동하여 발전상태를 유지하면 실질적으로 문제없는 운용을 할 수 있다.
출력 옵션
이 자립운전기능형 에네팜은 자립운전 시의 발전출력 및 에네팜의 주요 구성요소인 저탕 유닛의 전원을 자립운전출력 측으로 자동 전환할 수 있는 BOX의 유무에 따라 3종류로 분류된다.(사양의 차이점을 [표 2]에 기재)
타입Ⅰ과 Ⅱ는 자립운전 시의 발전출력이 350W인 유형이다. 이것은 태양광발전시스템의 자립운전기능과 마찬가지로 자립운전 시의 출력전압이 100V이며, 이는 계통연계 시의 출력전압 200V의 절반이기 때문에 정격출력도 절반인 350W가 된다. 저탕 유닛의 전원 전환을 수동으로 할 것인가, 자동으로 할 것인가에 따라 타입이 나뉜다.
타입Ⅲ은 자립운전 시의 발전출력이 700W인 유형이다. 이 타입은 자립운전 시에서도 계통연계 시처럼 200V로 발전하기 때문에 정격출력과 같은 700W까지 출력이 가능하다.
또한, 가정에서 사용하는 콘센트는 100V의 전압을 필요로 하기 때문에 자립전환 BOX 내에 트랜스를 설치하여 전압을 100V로 조절하고 있다. 타입Ⅲ의 자립전환 BOX 외관사진을 [사진 2]에 나타냈다.
자립운전 시의 전력사용에 대해
이 자립운전기능형 에네팜은 350W 및 700W의 발전이 가능하지만, 일반 가정의 소비전력 최대치와 비교하면 발전전력의 크기는 작은 편에 속한다. 하지만 정전 발생 시 중요도가 높은 가전기기로서 ①조명, ②정보기기(텔레비전, 컴퓨터, 라디오 등), ③휴대전화(충전) 등은 소비전력이 크지 않아서 용량이 작은 350W라도 효과적으로 이용할 수 있을 것으로 보인다. 출력전력이 700W가 되면 편리성이 더욱 높아진다. 자립운전 시에 사용할 수 있는 기기와 사용할 수 없는 기기의 예를 [표 3]에 나타냈다.에네팜의 또 하나의 장점은 저탕 유닛을 사용하여 정전 중에도 온수샤워, 목욕, 바닥난방 등을 이용할 수 있다는 점이다. 따라서 겨울철에 열공급 기기로 이용함에 있어 편리성을 향상시킬 수 있는 제품이라 할 수 있다.
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