신뢰성을 향상시킨 FuelCell Energy

배경
에너지 비용은 통제 가능한 경비 중 인건비 다음으로 비중이 높습니다. 따라서 제조업체, 병원, 대학 등 주요 전력 사용자들은 실무 현장에서 연중 가동되는 분산형 발전 시스템의 중요성을 점차 깨닫기 시작했습니다. 동시에 정부 규제는 더 친환경적인 에너지 솔루션을 장려하고 있습니다.

비교적 새로운 대체 에너지 솔루션인 연료 전지는 대량 전기 사용자가 바이오 연료 및 천연가스를 전력망의 깨끗하고 사용 가능한 AC 전원으로 변환하여 전기 비용을 절감할 수 있도록 합니다.

연료 전지 발전소는 일반적으로 청정 천연가스나 재생 바이오가스 등의 원료 연료로부터 수소를 만들어내어 전력을 생산합니다. 연료가 산소와 결합하여 증기를 만드는 데 적합한 고품질의 열과 DC 전력을 생산할 때 전기 화학적 반응이 일어납니다. 그러면 DC 전원이 변환되고 계통 연계형 인버터를 사용하여 유틸리티 등급 AC 전원을 만들어낼 상태가 됩니다. 전력망 지원에 대한 현지 전력 요구를 충족하기 위해 전압 수준이 높아지고, 전기 서비스 상호 연결을 위한 전환 및 보호 장비가 제공됩니다.

예를 들어, 미국의 한 지속 가능한 양파 재배업체는 양파 폐기물 처리 방식을 바꾸길 원했습니다. 양파 폐기물을 밭에 흩뿌려 분해되도록 하면 메탄과 기타 유해한 온실가스가 방출됩니다. 이 양파 재배업체는 상업 및 공업 기업은 물론 정부 건물과 공공설비를 위한 고정식 청정 연료전지 발전소의 선도적인 제조업체인 FuelCell Energy와 협력한 후 혐기성 소화조에서 수집한 메탄 가스를 AC 전력으로 변환하여 이를 전력원으로 사용할 수 있게 되었습니다.

이 양파 재배업체는 기존의 화석 연료 공장보다 최대 두 배 높은 효율성으로 전기를 하루 24시간 생성하는 동시에 대기 오염물을 거의 배출하지 않는 연료 전지 발전소 덕분에 오염물을 거의 방출하지 않고 에너지 비용도 절감할 수 있게 되었습니다.

과제
FuelCell Energy는 북미, 아시아, 유럽의 고객들과 글로벌 비즈니스를 구축했습니다. 이 회사는 글로벌 성장을 지속하기 위해 연료 전지 발전소 시스템을 경제적으로 표준화하고 전 세계 서비스를 충족시키고 고객의 요구를 지원할 수 있는 자동화 파트너가 필요했습니다.

FuelCell은 이전에 세 곳의 공급업체에서 공급한 제어 시스템 제품을 사용하면서 비호환 기술, 구식 시스템, 상충하는 표준 등의 반복적인 문제를 겪었습니다. 이 회사는 DC 전원을 AC 전원으로 변환해 주는 하나의 상업용 설계를 표준화하면 이러한 문제를 없애고, 전 세계의 제품을 더 쉽게 유지관리 및 수리할 수 있다는 것을 알았습니다. 그러나 표준화하려면 크기 및 컴포넌트와 관련하여 설계를 변경해야 했습니다.

무엇보다도 FuelCell은 발전소가 다양한 국제 표준을 준수하여 설계되도록 해야 했습니다. 또한 연료 전지 발전소 시스템에서 생산하는 에너지가 전력망에 악영향을 미치지 않고 잘 여과된 깨끗한 전력을 공급해야 합니다. FuelCell은 각 연료 전지가 올바르게 작동하고 충분한 전력을 공급하는지 확인할 수 있도록 엄격한 테스트 역량도 갖추어야 했습니다.

이 모든 것을 위해서는 연료 전지 시스템의 신뢰성을 높이고 각 시스템의 Total Cost to Design, Develop and Deliver^SM을 줄여야 했습니다.

솔루션
FuelCell Energy는 최신의 상업용 연료 전지 발전소를 설계하면서 일찍이 로크웰 오토메이션에 엔지니어링 지원을 요청하기로 결정했습니다. 이 회사는 이전에도 로크웰 오토메이션과 협력한 적이 있었고, 로크웰 오토메이션의 저압 인버터 장비제조업체 팀이 탁월한 안정성을 갖춘 강력한 표준 솔루션을 구현해 줄 것이라고 확신했습니다.

두 팀은 최상의 접근 방식을 개발하고 FuelCell Energy와 로크웰 오토메이션 양사의 전문성을 결합하기 위해 협력했습니다. FuelCell Energy는 고객과 시설의 현재 규제 및 향후 요구 사항을 포함하여 대체 전력 시스템에 대한 광범위한 지식을 활용했고, 로크웰 오토메이션은 AC 인버터, 테스트 역량, 글로벌 지원 측면에서의 자동화 경험을 활용했습니다.

"로크웰 오토메이션은 제가 지금껏 본 회사 중 가장 공식적이고 엄격한 엔지니어링 프로세스를 갖춘 회사"라고 FuelCell Energy, Inc.의 프로젝트 조달 관리자인 Nolan Rabinowitz가 소감을 전합니다. "생산에서 품질 관리에 이르기까지 엔지니어링 지원 수준이 매우 우수했습니다."

연료 전지 설계의 대부분에서 FuelCell Energy의 경험은 효과적인 새로운 전력 시스템을 개발하는 데 도움이 되었지만, 연료 전지 내에서 생성된 DC 전원을 전력망에서 사용하기 위해 AC 전원으로 변환하는 데 도움이 필요했습니다. 바로 이때 로크웰 오토메이션이 나섰습니다.

엔지니어들은 연료 전지 내의 DC 전원을 AC 전원으로 변환하기 위해 Allen-Bradley^® PowerFlex^® 700L 가변 주파수 인버터를 선택했습니다. PowerFlex 700L 드라이브는 수냉식이기 때문에 크기가 매우 작아 밀폐된 야외 외함에 손쉽게 넣을 수 있으므로 전기 장비의 수명을 연장시킵니다. 마지막 솔루션에는 애플리케이션의 신뢰성과 규격 요구 사항을 충족시키는 주문 제작 외함이 포함됩니다.

"우리는 기성 제품을 구입하지 않았습니다." Rabinowitz의 말입니다. "우리 회사의 연료 전지 발전소에 맞게 PowerFlex 인버터와 인버터함을 맞춤 제작해야 했는데, 로크웰 오토메이션은 우리의 요구에 꼭 맞는 훌륭한 제품을 만들어 주었습니다."

Allen-Bradley CompactLogix^® 컨트롤러는 드라이브 및 다양한 여러 컴포넌트와 함께 시설에 연결되는 계통 연계형 인버터를 조정하고 연료 전지에서 전력망으로 공급되는 전력을 모니터링하는 역할을 담당합니다. 이 컨트롤러는 프로그래밍 소프트웨어 및 인텔리전트 모터 컨트롤 제품과 긴밀하게 통합되어 FuelCell Energy에 신뢰할 수 있는 전력 출력과 품질 측정을 제공합니다. 이 회사는 이러한 정보를 바탕으로 연중 원격 모니터링 및 지원을 제공하여 코네티컷 주 댄베리에 있는 본사에서 국제 표준을 준수하도록 합니다.

결과
새로운 솔루션은 지속적인 전력 공급과 최소의 가동 중단 시간으로 놀라운 신뢰성을 보여 주었습니다.

"로크웰 오토메이션은 연료 전지 시장 확장을 지원하면서 총체적인 솔루션, 대응력, 지속적인 개선에 대한 관심, 혁신적인 제품 개발에 대한 노력을 보여 준 훌륭한 파트너입니다." Rabinowitz가 마무리합니다. "우리가 로크웰 오토메이션과 함께 개발한 인버터는 고정식 연료 전지 발전소를 위한 동급 최고의 솔루션이라고 생각합니다."

FuelCell과 그 고객 또한 새로운 시스템의 간편한 설치와 서비스 가용성에 감명을 받았습니다. "FuelCell Energy가 전 세계적으로 계속 성장하고 확장해 나감에 따라 로크웰 오토메이션이 우리 회사에 글로벌 서비스와 우수한 지원을 계속 제공해 줄 것이라고 믿는다"는 것이 FuelCell Energy Inc.의 공급망 부문 부사장인 Michael Lisowski의 소감입니다.