NEXON STAR PEM Electrolysis
NES X Series, 넥슨스타 PEM 수전해 스택 및 설비
• 높은 효율의 PEM-Type Stack
• 재생에너지 부하변동에 최적화 성능
• 초순수 및 RO수 사용 투자 및 운영 비용 절감
• 셀단위 유지관리 최적화 특허 기술 적용
NES X Series, 넥슨스타 PEM 수전해 스택 및 설비
• 높은 효율의 PEM-Type Stack
• 재생에너지 부하변동에 최적화 성능
• 초순수 및 RO수 사용 투자 및 운영 비용 절감
• 셀단위 유지관리 최적화 특허 기술 적용
2세대 기술에서 더 진보 한 스택 구조와
제어기술을 적용한 차세대 PEM 수전해 스택
오늘날 전 세계는 화석연료 시대의 탄소배출로 회복 불가능한 생존 위기에 처 해 있습니다. 이러한 이유로 주식회사 넥슨스타는 탄소에너지를 대체할 그린 에너지의 기술혁신으로 지속가능 하고 풍요로운 인류의 미래를 위하여 2014년 창업 이래 지속적인 R&D 투자를 이어 가고 있습니다.
넥슨스타의 NES 스택은 기존 2세대 PEM-Type의 스택 장점에 더하여 넥슨스타의 구조설계, 제어기술 원천특허(3건, 2023년 1월 기준) 기술을 적용한 차세대 수전해 스택으로 수소생산량 5~250N㎥/h의 다양한 분산형 규격의 수전해 설비에 적용 됩니다.
NES Stack은 2023년 한국생산기술연구원 울산본부 친환경고기능성촉매공정연구실에서 지난 4일부터 9일까지 110시간 100% 부하로 연속 가동해 효율 77%와 날씨·계절에 따라 수전해 설비 가동에 공급되는 재생에너지의 변동성 대응 면에서도 최적화된 결과를 얻었습니다.(관련기사)
넥슨스타는 스택의 효율 향상, 내구성 강화, 전극접합체 및 분리막 등 핵심부품의 저가화 및 소재개발 등에 지속적인 연구개발 투자로 수전해 스택의 경쟁력을 이어 가고 있습니다.
넥슨스타 NES(Nexonstar Electrolysis System) 제품 시리즈
자체 스택 특허기술과 PEM-Type 수전해의 장점을 최적화 한 차세대 분산형 수전해 설비
[ NEXON STAR Electrolysis Equipment & stack ]
• 글로벌 선두 그룹 수준의 스택 효율 - 스택 부하 100% 조건에서 110시간 연속가동 77%효율 기록 (해외평균: 70~75%, 국내 45% 수준, 2022년 KIER 자료) - 실제 출시하는 수전해 설비는 80% 이상 효율 목표
• 재생에너지 부하변동 반응형 기술 - 특허기술을 적용 한 빠른 응답성과 운전범위 5~100%의 재생에너지 부하변동에 최적화된 부화변동 반응형 설비 - 시작/정지 반복운전에 따른 내구성 확보
• 최적화 제어기술 - 스택 단위 셀의 온도,전압,전류,압력 등 측정 관리로 자가진단, 예지정비, 조기경보가 가능 한 수전해 - 열 관리에 유리하며 불량셀 확인과 해당 셀의 교체가 용이하여 수리정지 시간 최소화 가능 한 스택 설계 특허 기술 적용
• 분산형 수전해 및 RO수 물분해 수소 생산 - 고압출력으로 분산 생산, 저장 가능 (압축기 없이 30~80bar 압축) - 적은 부지 필요로 도심, 주택 등 소규모 수소 전력공급에서 대규모 수소 생산 단지까지 5N㎥/h ~ 250N㎥/h 다양한 규격 - 수소생산에 RO수 사용으로 초순수 설비 투자비 절감
RO수 사용 110시간 연속 100% 부하가동 스택 효율 77%
수전해 설비 용량 0.25~1.5MW급 스케일, 효율 80%이상으로 출시
| Electrolysis Stack Specific information | |
|---|---|
| Electrolysis Type | PEM |
| Nominal current density | 1.0 A/㎠ |
| Voltage range | < 2 V |
| Operating temperature | 70 ~ 90 ℃ |
| Voltage efficiency(HHV) | 약 80 % |
| Electrical efficiency(stack) | 48 kWh/kg H2 |
| Number of cells in stack | 10 |
| Hydrogen generation rate | > 5 N㎥/hour |
| Stack scale | 30 kW |
Electrolysis Equipment Specific information |
|
|---|---|
Model |
NES-X series |
Nm³/h @ 0°C, 1 bar |
5 ~ 250 Nm³/h |
kg/day |
10.7 ~ 535 kg/day |
Power Consumption at Stack |
4.6 ~ 5.1 kWh/Nm³ |
H₂ Purity |
95 % |
H₂ Purity (with Optional Purification) |
99.99 - 99.999 % |
Ambient Temperature |
25-28⁰ C |
Electrolyte |
None |
Water quality |
DI / RO water |
Load range |
5 ~ 100 |
Efficiency(HHV) |
80% |
Operation pressure(bar) |
5 – 8 |
Operation temperature(°C) |
70 - 90⁰ C |
Stack lifetime(operation hours) |
60,000~90,000 |
수소 생산 스택 원천 특허기술 확보 및 제품개발 완료
재생에너지 부하변동 반응형, 분산형, 최적화 제어기술로 경쟁력 확보
일반적인 수소생산 방식 수전해의 경우 재생에너지 전력량 부하변동 대응의 어려움으로 에너지저장장치(ESS Energy Storage System)에 의존적이나 넥슨스타 스택은 특허기술을 확보하여 운전범위 10~100%로 재생에너지 부하변동에 최적화 된 ESS 비의존적 수전해 장치입니다.
- overshoot, undershoot 공급전력에 대한 빠른 응답성 확보
- 반복되는 시작, 정지시 내구성 확보
- 부하변동에 따른 스택 정지시 역전류 방지
- 역전류에 따른 비가역적 산화로 인한 전극 부하변동 내구성 확보
- 저부하시 가스혼합 방지를 위한 분리막의 안정성 확보
- shunt, leakage로 인한 전류효율 감소 방지
일반적인 수전해 스택의 경우 셀별 모니터링 관리가 불가하여 고장 발생시 불량셀 확인 및 정비 동안 장시간 운전정지 발생하나 넥슨스타 스택은 셀별로 전기적 신호를 측정·관리할 수 있는 특허 기술과 자체 개발 원격 단말 장치를 적용해 불량셀 모니터링, 사전 알림, 확인 및 교체로 가동중단 최소화 할 수 있습니다.
-스택 단위 셀의 온도(열관리),전압,전류,압력 등 측정 관리 및 제어
-스택 셀별 모니터링을 통해 자가 진단과 조기 경보 가능
기존 PEM 수전해 설비는 수소 생산에 초순수물을 사용하므로 정수시설을 필수로 갖춰야 하나 넥슨스타의 스택 기술은 초순수 정수시설이 필요 없는 RO수 사용이 가능 하기 때문에 초순수 공급을 위한 설비 투자 비용 절감하여 수소 제조 원가 절감 할 수 있습니다.
스택설계의 특허기술을 적용하여 스택 단위 셀의 온도,전압,전류,압력 등의 데이터를 수집하고 스택단위의 자가진단, 예지정비, 조기경보 정보를 제공하여 유지 보수, 다운타임을 줄여 운영관리비(OPEX)를 절감 할 수 있습니다.
수전해 설비의 수소 순도, 수소 생산량을 측정하는 복합가스측정기와 설비의 전압, 전류, 전력을 측정하는 고정밀 전력측정기의 여러 측정포인트의 값을 원격 단말 장치(RTU, Remote Terminal Unit)를 통해 실시간 수집하여 빅데이터 형태로 데이터 베이스화 하고 블록체인 연계, Cloud를 통한 원격 모니터링 및 통계.분석, 제어 운영, 예지 알람, 조기 알람 등을 제공 합니다.
넥슨스타의 ICT시스템은 수소생산 통합운영 및 모니터링 플랫폼, 원격운전을 통한 분산된 데이터 통합, 블럭체인 기술을 결합 한 탄소배출권(CDM, VCM)사업, 분산전원의 가상발전소(VPP, Virtual Power Plant) 사업, RE100 인증 사업 등의 통합 플랫폼 운영을 목표로 하고 있습니다.
[ 넥슨스타 D-RTU 100 ]
[ 넥슨스타 실시간 빅데이터 분석.모니터링 시스템 ]
차세대 수전해 기술(스택) 확보 완료
원가, 성능에 지속적인 연구개발 투자로 지속적인 시장 우위 실현
넥슨스타의 수전해 설비 스택은 효율, 내구성 등의 기술적 측면에서 글로벌 경쟁력을 확보하였으며 지속적인 시장우위를 점하기 위하여 원가 개선, 효율 향상, 가동시간 향상에 지속적인 연구개발 투자 하고 있습니다.
한국에너지기술연구원에 따르면 장치효율 60~70% 상승시 수소단가 17% 감소, 운영효율 50%이상 상승시 수소단가 60% 감소하는 것으로 나타났습니다. 넥슨스타는 효율, 부하변동성 및 내구성, 가동시간 향상 및 운영관리의 효율성 향상에 R&D 역량을 집중하여 글로벌 경쟁력을 선도 하겠습니다.
