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전기기사 전기설비기술기준 · 연료전지설비 기준 (공사)

Fuel Cell Installation Standards

연료 전지는 수소와 산소의 전기 화학 반응으로 전기를 직접 만드는 설비라, 태우는 과정이 없어 카르노 효율의 제약을 받지 않는다. 대신 폭발 범위가 넓은 수소를 다루므로 검지 · 환기 · 비상 차단이 안전의 중심이고, 나오는 열을 회수하는 열병합 효율도 함께 본다. 세 종류(PEMFC · SOFC · MCFC)의 운전 온도와 쓰임새가 자주 나와요. 그림은 연료가 개질기에서 수소로 바뀌어 스택에 들어가고, 스택의 직류가 인버터를 거쳐 계통으로 가며 폐열은 따로 회수되는 흐름이에요.

연료 전지 = 수소 + 산소 → 전기 + 물

⚡ 연료 전지의 원리
①화학 에너지를 전기로 바로 바꿔, 연소가 없고 카르노 효율의 제약도 받지 않는다
②연료극의 수소와 공기극의 산소가 반응해 전기 · 물 · 열이 나온다
③발전 효율은 40 ~ 60% 이고, 열까지 쓰는 열병합(CHP)이면 80 ~ 90% 에 이르러요

시스템 구성과 종류

연료 전지 세 종류 비교: PEMFC · SOFC · MCFC

연료 전지 세 종류 비교
항목PEMFCSOFCMCFC
이름고분자 전해질고체 산화물용융 탄산염
운전 온도60~80°C600~1000°C600~700°C
연료수소(개질 가스 포함)천연가스천연가스
효율40~50%50~60%45~55%
기동 시간빠름느림느림
쓰임가정 · 수소차발전소 · 건물대규모 발전

설치 핵심 기준

연료 전지 설치 안전 기준

설치 안전 기준
수소 검지기
수소의 공기 중 폭발 범위는 4 ~ 75%
LEL 25% 경보, 50% 차단
환기
밀폐 공간에 두지 않고 검지기와 연동
시간당 5회 이상
이격 거리
가연물 · 위험물에서 안전거리를 둔다
건축물 3 m 이상 / 경계 1 m 이상
접지
직류 출력(200 ~ 400 V) 지락 때 감전 방지
A종(10 Ω 이하)
절연 감시
절연 감시 장치 필수

열병합과 안전 시스템

🔥 열병합 발전(CHP)
①발전할 때 에너지의 40 ~ 60% 가 열로 나와, 이를 회수해 난방 · 온수에 쓴다
②열병합 종합 효율은 전기와 열을 합쳐 80 ~ 90% 다
③SOFC · MCFC 는 폐열 온도가 높아 증기 터빈을 덧붙인 복합 발전도 할 수 있다
④건물 지하 · 옥상에 두면 전기와 열을 한 자리에서 함께 공급해요
비상 안전장치
가스 차단 밸브 + 비상 정지 + 소화 설비
과전류 · 발전 전압 이상 · 출구 가스 농도 상승 · 온도 급상승 때 전로를 끊고 연료를 막고 내부 가스를 내보낸다(KEC 542)

시험 포인트 정리

수소 폭발 범위
4 ~ 75%(매우 넓음)
검지기 LEL 25% 경보
열병합 효율
전기 + 열 = 80 ~ 90%
CHP 시스템
🎯 시험 포인트
①PEMFC(저온) · SOFC(고온) · MCFC(고온)를 온도 · 연료 · 쓰임으로 비교한다
②수소 폭발 범위 4 ~ 75%, 검지기는 LEL 25% 경보 · 50% 차단
③열병합(CHP)의 종합 효율은 전기 + 열 80 ~ 90%
④접지: A종(10 Ω 이하) + 절연 감시, 환기: 시간당 5회 이상
⑤이격 거리: 건축물 3 m 이상, 가연물에서 안전거리를 둬요
📝 대표 기출 유형
①[기출유형] 연료 전지 세 종류와 운전 온도는? (답: PEMFC 60 ~ 80 °C, SOFC 600 ~ 1,000 °C, MCFC 600 ~ 700 °C)
②[기출유형] 수소 폭발 범위와 검지기 경보 · 차단 기준은? (답: 4 ~ 75%, LEL 25% 경보, 50% 차단)
③[기출유형] 열병합(CHP) 때 종합 효율은? (답: 전기 + 열 80 ~ 90%)
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