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국내 최초 부생수소 연료전지 실증단지 구축

‘울산 친환경 전지융합 실증화단지’ 이달 15일 준공식
저가 부생수소 활용 대용량 연료전지 실증 및 사업화 지원
수소배관 통해 안정적인 수소공급, 수소품질 분석 체계도 구축


[월간수소경제 이종수 기자] 국내 최초의 부생수소 직접 공급 방식의 연료전지 실증연구시설이 울산에서 본격 운영에 들어간다. 지난 2016년 7월 말 착공한 ‘친환경 전지융합 실증화단지’가 10월 15일 준공식을 갖는다.


정부의 재생에너지 보급 확대 정책에 따라 수소연료전지의 필요성이 커짐에 따라 연료전지 기술에 대한 평가와 실증의 수요가 크게 증가하고 있다. 울산 석유화학단지에서 발생하는 대규모의 부생수소를 수소에너지원으로 개발해 공급할 수 있는 인프라와 국내에서 아직 미비한 수소품질 분석체계 구축의 필요성도 제기됨에 따라 울산에 부생수소를 활용하는 연료전지 실증연구시설을 구축하게 됐다.


이번에 준공한 전지융합 실증화단지는 고품질, 저가의 부생수소를 활용한 대용량 연료전지 평가 및 실증, 사업화를 지원해 국내 수소산업 발전에 크게 기여할 것으로 기대된다.


1MW급 연료전지 장기 실증 돌입
울산테크노파크가 운영하는 실증화단지는 울산시 남구 242 일원에 있는 울산테크노산업단지(사업면적 128만 7,204㎡) 내 부지면적 6,610㎡ 규모로 구축됐으며, 연구동과 플랫폼동(연료전지평가동)으로 구분된다.


연구동에는 수소연료전지 연구센터 및 수소품질시험센터, 실증화사업단 사무실 및 회의실, 임대사무실 및 실험실, 실증단지 전시홍보관이 들어섰다.


수소연료전지 연구센터는 연료전지 부품 및 시스템 성능평가를 지원하고 공동연구개발을 수행하는 곳으로, 스택평가장비(25, 100kW급), 전력품질 평가장비, 연료전지 요소효율 평가장비, 전해질막 이온전도도 측정기, 연료전지 열효율 평가장비 등이 설치됐다.



수소품질시험센터는 ISO 14687-2/3 규격에 부합하는 수소품질 분석체계를 구축해 업체의 수소품질 분석을 지원하는 곳으로, GC-FID(CO, CO2, CH4 분석), GC-MS(Ar, N2, Total hydrocarbon 분석), IC(할로겐 분석), CRDS(암모니아 분석), 온라인가스분석기 등 다양한 장비들이 구축됐다.


이로써 실증화단지는 법정 검사기관인 한국가스안전공사 이외에 수소품질 분석을 시험할 수 있는 유일한 공인 시험기관으로서의 역할을 수행하게 된다.


임대사무실에는 에너지분야 벤처·중소기업 10곳 정도를 유치해 실험실 등을 이용토록 할 예정이다.


플랫폼동은 대용량 수소연료전지 기술개발 및 장기실증 지원 시설로 총 5MW 규모의 실증이 가능하다. 우선적으로 1MW급 연료전지 실증시스템이 구축돼 실증 운영에 들어간다. 두산퓨얼셀의 25kW 4기와 100kW급 4기, 에스퓨얼셀의 50kW 6기, 그리고 해외선진사 벤치마킹용인 호라이즌퓨얼셀테크놀로지(싱가포르)의 200kW급 등 총 1MW급 연료전지시스템(PEMFC)이 설치됐다.




차후에는 4MW급 연료전지가 설치돼 총 5MW급 발전용 연료전지시스템 실증 및 상용화 연구가 진행된다. 플랫폼동 바로 옆으로 4MW급 연료전지시스템 실증을 위한 예정부지가 마련돼 있다.


이렇게 구축된 연료전지시스템은 전기와 열을 생산한다. 전기는 실증화단지가 자체 소비하고 한전계통에도 연결된다. 열은 실증화단지 및 울산테크노산업단지 내 인근 시설에 공급된다.


세종공업이 개발한 수소가스 안전 모니터링 시스템도 실증화단지 내 수소가스유량장, 수소품질시험센터, 연료전지평가동(플랫폼동) 3곳에 설치됐다. 이 시스템은 누설 검지 센서와 모니터링 관제 시스템으로 구성됐으며, 수소 누출이 우려되는 장소에 센서를 설치한 후 유·무선으로 전송되는 누설량과 농도 신호를 모니터링한다. PC 기반으로 구성돼 관리자의 상시 점검은 물론 비상 상황 발생 시 신속한 조치가 가능하다.



세종공업은 앞으로 수소충전소, 수소타운, 수소전기차 관련 기업 등 수소 에너지 산업군 전반에 수소가스 안전 모니터링 시스템을 보급할 계획이다.


특히 실증화단지는 부생수소 직접 공급 방식의 연료전지 실증연구시설이라는 점에서 의미가 있다. 울산석유화학단지 입구부터 실증화단지 입구까지 약 3km의 6인치(150mm) 수소배관이 설치됐다. 석유화학단지 내에서 외부로 연결되는 국내 최초의 수소배관망이기도 하다.


실증화단지는 수소배관을 통해 고순도(99.99% 이상) 품질의 수소를 대규모(1만N㎥/h)로 공급받음으로써 가격경쟁력 확보 및 안정적인 수소공급이 가능해졌다. 실증화단지의 수소 공급 단가는 167원/N㎥으로 튜브트레일러 방식(500원/N㎥, 울산 옥동 수소충전소) 대비 1/3 수준이다.


특히 테크노산업단지를 중심으로 수소배관의 지속적인 연장이 가능해 수소배관 인근에 수소충전소 구축과 발전시설에도 적용할 수 있을 것으로 보인다.


조승환 울산테크노파크 에너지기술연구소 미래에너지팀장은 “연료전지는 장기 실증을 통한 내구성 확보가 중요하다”라며 “기업들은 저렴한 가격에 안정적으로 수소를 공급받을 수 있어 연료전지 평가 및 실증 비용을 절감하고 장기 실증 연구를 진행할 수 있게 됐다”고 밝혔다.



실증화단지 인근에는 한국에너지기술연구원 울산본원, 생산기술연구원, 울산대 및 울산과학기술원, 기업 연구소 등이 입주해 연료전지 기술개발 및 실증의 시너지효과를 기대할 수 있다.


수소 기반 연료전지 테스트베드 전문기관
실증화단지는 국내외 수소 기반의 연료전지 테스트베드 전문기관으로 육성될 전망이다. 우선 구축된 1MW 연료전지 발전시스템 실증에 주력해 운전 DB를 비교·분석하고 정보를 구축해나갈 예정이다. 이후 발전사업 실증 모델로 전환해 경제성 검토를 위한 운전을 진행할 계획이다.


향후 대용량 연료전지 신규제품 성능평가 및 자동차 분야 대용량 스택 평가 지원도 가능해질 것으로 보인다.


또한 부생수소 공급 체계를 활용한 자족형 연료전지 사업 모델을 발굴하고 수소연료전지 성능 보증의 핵심인 수소 품질 분석 및 검증체계를 갖춰 수소업체의 기술을 지원해나갈 예정이다.


연료전지 스택평가 및 시스템 실증 시 수소품질 DB를 제공하고 수소생산 시설 및 수소충전소용 수소품질 분석도 지원할 방침이다.



이밖에 수소생산, 연료전지 소재부품 양산기술 개발 및 사업화를 지원하고 스마트그리드, 재생에너지 수소생산, ESS 연계 사업 등 수소연료전지 연계 실증사업도 발굴하는 한편 석유화학단지 업체를 대상으로 연료전지 발전사업(RPS 사업) 활성화를 지원할 계획이다.


지난 2014년 12월부터 시작된 실증화단지 구축사업은 총 사업비 272억 5,000만 원(정부출연금 175억 5,000만 원, 지자체 97억 원)이 투입돼 오는 2019년 11월 30일까지 진행된다.


한편 산업통상자원부는 울산 실증화단지 구축을 계기로 대규모 산업단지가 형성돼 있는 대산 및 여수산업단지 등에도 실증단지를 추가 구축해 분산발전 모델을 전파하고 수소 관련 산업 및 지역의 수소산업 인프라 등과의 융·복합을 지원한다는 계획이다.


<미니인터뷰 | 이흥수 울산테크노파크 에너지기술연구소장>


연료전지 장기 실증 및 수소품질 분석 ‘최적화’
“국내 최고 수소 전주기 실증단지로 발전시킬 것”


전지융합 실증화단지 구축의 배경과 의미를 설명해달라.


전지융합 실증화단지는 울산의 풍부한 부생수소를 활용한 수소연료전지 산업 육성을 위한 거점시설로 구축됐다. 국내 대용량 고분자전해질 연료전지 개발, 실증 및 사업화를 지원하는 시설이다.


국내 유일의 부생수소 직접 공급 방식의 연료전지 실증 시설이라는 점과 연료전지의 장기 실증 및 수소품질 분석에 최적화 돼 있다는 점에서 의미가 있다.


또한 한국가스안전공사 이외에 유일하게 수소품질 분석 분야 특화 장비를 구축해 향후 수소생산업체, 수소충전소 업체 등의 수소품질 분석을 현장에서 지원할 수 있는 유일한 시험기관이라는 점도 의미가 크다.  


전지융합 실증화단지의 기능과 역할은.


정부의 재생에너지 보급 확대 정책 등으로 연료전지 발전의 필요성이 커짐에 따라 연료전지 기술에 대한 평가와 실증의 수요가 증가하고 있다. 그러나 국내에는 비용 및 안전 측면에서 기업이 편안하게 제품을 개발하고 실증할 수 있는 시설이 없었다.


이번에 전지융합 실증화단지가 본격 운영에 들어감으로써 고품질, 저가의 부생수소를 활용한 연료전지 실증 및 평가를 지원할 수 있게 됐다. 


실증단지에는 국내 두산퓨얼셀과 에스퓨얼셀, 해외 기업인 호라이즌퓨얼셀테크놀로지 등이 참여한 총 1MW 규모의 연료전지시스템이 설치돼 실증 연구가 진행된다. 실증이 완료된 연료전지는 본격적인 상용화 보급에 들어갈 수 있도록 할 것이다. 수소가 풍부하고 전력소모가 많은 석유화학단지, 도심 빌딩 및 아파트 등의 분산전원으로 연료전지를 보급할 계획이다.


수소전기차 보급 확대에 따라 가짜 휘발유처럼 향후 수소 품질에 따른 업계 간 분쟁이 발생할 소지가 있다. 이러한 분쟁을 방지하기 위해 전국 수소생산, 저장 시설과 수소충전소 등에 수소품질 분석을 지원할 예정이다.


전지융합 실증화단지를 향후 어떤 식으로 발전시켜나갈 계획인가.


현재는 고분자전해질연료전지에 대한 실증과 수소품질 분석기술 개발 등에 집중하고 있다. 향후에는 고체산화물연료전지 등 차세대 연료전지, 수소저장 분야 차세대 기술 연구, 수소연료전지 응용제품(선박, 물류로봇, 융복합 수소충전소 등) 등의 개발과 실증으로 사업범위를 확대할 계획이다. 


다가오는 ‘수소경제’ 시대에 대비해 울산의 풍부한 수소와 연료전지 실증 인프라를 활용해 명실상부한 ‘수소시티’로 도약할 수 있는 각종 실증사업 및 유망기업 유치를 통해 국내 최고의 수소 전주기 실증단지로 발전시켜 나갈 것이다.


전지융합 실증화단지가 울산지역 수소산업에 미치는 효과는.


울산은 국내 수소 생산, 저장, 이송 산업을 주도하고 있으며, 세계 최초로 수소전기차를 양산하는 도시이기 때문에 다가오는 수소경제 시대의 주도권을 확보하고 새로운 주력산업으로 육성하기 위해 수소산업에 사활을 걸고 있다.


최근 울산의 3대 주력산업이 어려운 상황으로 신성장동력산업인 수소산업과의 연계를 통한 지역경제 활성화 역시 매우 시급하다.


또한 울산의 경우 육상에는 가용 부지가 적어 태양광 및 풍력 등 재생에너지를 대규모로 확대하기에 불리한 상황이다. 연료전지의 경우 설치 면적이 적어 울산과 같은 도심지역에 매우 적합한 분산발전 모델이다. 석유화학단지에서 발생하는 수소를 활용해 연료전지 발전을 할 경우 울산지역의 특화 자원(수소)을 활용한 친환경 에너지 발전이 가능한 만큼 자원의 재활용 관점에서도 연료전지산업의 육성이 필요하다.


이러한 상황에서 전지융합 실증화단지가 구축됨으로써 울산이 수소경제 시대를 주도하고 지역경제를 활성화 하는 계기를 마련했다고 생각한다.




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