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실용화 과제 통해 건물용 SOFC ‘상용화’ 잰걸음

수소로드맵, 수소전기차·연료전지 ‘양대 축’으로 수소경제 실현 추진
고체산화물 연료전지(SOFC), 여타 연료전지에 비해 발전효율 높아 ‘주목’
SOFC 실용화 과제로 실적 확보…다양한 환경에서의 운전 데이터 수집 예정
소형 주택·건물용으로 시작해 중대형 발전용·선박용 시장 공략 목표

[월간수소경제] 새롭게 개발된 제품이 상용화되기 위해서는 성능은 물론 가격, 이미지 등 여러 가지 요소들을 갖춰야 한다. 연료전지 역시 마찬가지다. 해외에서는 다양한 프로그램을 통해 상업화를 지원해 왔다. 잘 알려진 것이 일본의 에너팜(Ene-farm)과 유럽의 에너필드(Ene.field) 및 PACE 프로젝트다. 해당 사업을 통해 지속적인 기술 개발과 가격 인하를 추진하고 설치보조금, 저금리융자, 세액감면 등의 혜택을 부여하고 있다.

우리나라의 경우 가정·건물용 연료전지에 대한 실증 및 지원 사례가 있지만, 상당히 제한적이다. 현재 국내 가정·건물용 SOFC(Solid Oxide Fuel Cell, 고체산화물 연료전지)의 경우 시스템 설치 이력이 부족해 수집된 데이터를 통한 문제점 분석 및 고장 진단, 안정성 등에 대한 충분한 검증이 필요한 상태다. 또한 고객 입장에서는 효율도 중요하지만 가격과 안정성을 우선시 할 수밖에 없는 만큼 빠른 보급이 요구된다.

이 같은 상황을 고려해 지난해 7월, 2018년 하반기 에너지기술개발사업인 ‘kW급 건물용 고체산화물 연료전지 실용화 기술 개발’ 과제(이하 SOFC 실용화 과제)가 공고되었다. SOFC 실용화 과제는 산업통상자원부가 주관하고 한국에너지기술평가원이 전담하는 에너지기술개발사업의 일환으로 ‘2018년도 하반기 에너지기술개발사업 신규지원 대상과제’ 가운데 신재생에너지 핵심기술개발사업의 연료전지분야 과제 중 하나다.

이번 과제에서는 총 50kW의 시스템을 제작, 민간 설치를 통해 다양한 환경에서의 운전 데이터를 확보하게 된다. 이를 통해 발생 가능한 주요 문제점을 분석하고 시스템을 개선해 환경별 운전 패턴 등을 확보하는 연구를 진행한다. 특히 실증 환경에서의 시스템 개선, 생산 기술 확보 및 안정적 운전에 초점을 둘 예정이다.



STX중공업을 중심으로 SOFC 실용화 추진
STX중공업은 지난해 10월, SOFC 실용화 과제의 주관기업으로 선정되었다. 이번 과제는 kW급 건물용 SOFC 시스템의 실증 운전 및 기술 개선을 목표로 하며 총 48개월, 5차년으로 진행된다.

건물용 SOFC 대표 기업인 STX중공업과 미코가 각각 주관기관과 참여기관으로 과제를 수행한다. 이번 건물용 SOFC 시스템 실증을 통해 설치 실적을 확보하는 동시에 다양한 환경에서의 운전 데이터를 수집 및 문제점을 분석하고, 이를 기반으로 기술을 개선함으로써 안전성과 신뢰성을 확보해 소비자 친화적인 SOFC 제품을 선보일 계획이다.

이번 과제는 국산 SOFC 시스템 기술을 적용한 국내 첫 SOFC 시스템 실증 과제라는 점에서 커다란 의미를 지닌다.

STX중공업은 2010년부터 건물용 SOFC 시스템 개발에 착수하였으며, 꾸준한 개선 활동을 통해 자체 최고 성능을 갱신 중이다. 또한 외부 실증을 위해서는 기술뿐만 아니라 안전성이 요구되므로, 사업화를 위한 인증 등을 단계적으로 준비해왔다. 그 결과 국내 최초로 SOFC 시스템에 대해 한국가스안전공사 연료전지 설계단계 검사에 합격(2018년 2월)했으며, 녹색기술 인증을 획득(2018년 7월)했다.


해당 과제는 과제 수행기관인 STX중공업과 미코를 포함한 18개의 ‘SOFC 산업화 포럼’ 정회원사가 함께 수행하게 된다. 학교 및 유관 기관도 협력한다. 실제로 과제 기획 단계부터 STX중공업을 비롯한 SOFC 분야 산학연 종사자들과 SOFC 산업화 포럼 회원사들이 함께 준비해왔다. 따라서 STX중공업이라는 개별 기업의 기술뿐만 아니라 국내 SOFC 기술을 한 단계 발전시킬 수 있는 기회가 될 것이라고 본다.

SOFC 실용화 과제의 추진 계획
이번 과제에서는 총 50kW 규모의 연료전지 시스템 실증이 이뤄진다. 크게 내부 실증과 외부 실증의 두 단계로 진행된다.

먼저 내부 실증은 외부 실증을 준비하는 단계다. 총 15개월간 진행될 예정이며 제품 제작, 인허가 통과, 실증 사이트 선정 및 설치 관련 실시 설계 등을 목표로 하고 있다.

또한 외부 환경(공기, 물, 온도 등)으로 인해 발생할 수 있는 문제점이나 운전 패턴 등을 연구하여, 외부 실증을 안전하게 실시할 수 있도록 다양한 분야의 안전장치를 확보하게 된다. 안정성과 완성도 위주의 개선 작업을 우선적으로 실시하되, 효율이 높다는 SOFC의 강점을 살리기 위해 열관리 최적화 및 소비전력 최소화에도 중점을 둘 예정이다.



외부 실증은 총 33개월간 진행된다. STX중공업에서는 약 20대 이상의 시스템 설치를 계획하고 있다. 실증 사이트 내부에서는 제품 간 네트워크 연결을 통해 자율 또는 원격 제어 운전을 실시한다. 해당 운전 데이터들은 사내 메인 서버에서 수집한 후 문제점을 분석하고 개선점을 도출하게 된다. 외부 실증 기간 동안 얻는 운전 데이터를 통해 지속적인 개선을 거쳐 더욱 완성도 높은 제품을 선보일 예정이다.

연료전지 제품이 시장에서 인정받기 위해서는 내구성을 기반으로 한 가격 경쟁력이 요구된다. 따라서 부품 모듈화 기반의 설계 및 생산 공정 최적화, 대량 생산 기반의 부품 설계 및 비용 최적화 등도 지속적으로 추진할 계획이다.

다양한 설치 환경과 연료에 대해 시험할 수 있는 기회를 통해, SOFC 시스템의 적용성을 확장하고 제품군을 강화할 수 있을 것으로 기대된다.


원활한 외부 실증 진행을 위한 협력
현재 STX중공업은 원활한 외부 실증 진행을 위해 국립대구과학관과 경일대학교 및 영남대학교와 업무협약을 체결하고 설치와 관련된 의견을 교환하고 있다.

국립대구과학관은 다양한 에너지 콘텐츠 및 미래형 자동차 전시관 조성(2021년 완료 예정)과 연계하여 유아부터 성인까지 전 연령대를 대상으로 연료전지를 소개함으로써 미래 소비자들에게 연료전지 기술의 우수성을 알리게 된다.

대학교의 경우, 실험실 내에 연료전지를 설치해 학생들과 기술 및 연구 기회를 공유하고자 한다. 학생 기숙사 등에 연료전지를 추가로 설치해 연료전지에서 생산되는 전기와 열을 활용하면 학생 복지 증진에도 기여할 수 있을 것으로 기대된다.

이외에도 다양한 환경에서의 평가를 위해 유관기관과 협력 중이며, 대구·경북을 거점으로 사업화를 도모해 점차 전국적으로 확대할 계획이다.

SOFC 실용화 과제의 기대 효과
현재 국내 건물용 SOFC를 시장에 내놓기 위해서는 가격 및 성능 면에 있어 보완이 필요하다. SOFC 실용화 과제는 상업화의 첫 단계로서 이러한 부분들을 채워나갈 수 있는 계기가 될 것으로 보인다. 따라서 이번 과제에서는 개발 완료된 SOFC 제품에 대해 소비자인 민간 기관과 함께 실증을 수행하고, 이를 통해 제품의 완성도와 시장 수용성을 높이는 것을 가장 큰 목적으로 삼았다.

이번 과제는 국산 SOFC 시스템 기술을 적용한 국내 첫 SOFC 시스템 실증 과제로, 국내 연료전지 시장 활성화는 물론 수소경제 실현에도 기여할 것으로 예상된다. 또한 SOFC 제품의 시장 진출 및 보급 확대를 통해 SOFC 및 전후방 유관 산업의 성장뿐만 아니라 공장 증설 등으로 인한 직접적인 국내 일자리 창출까지 기대할 수 있다.

STX중공업은 이번 과제를 통해 기존 연료전지 시장에 국산 SOFC 시스템으로 한걸음을 내딛는 동시에, 해당 과제를 교두보로 지속적인 개발 및 투자를 추진해 최근 정부의 수소경제 활성화 로드맵에 포함된 ‘국산 연료전지 점유율 세계 1위’ 목표에 기여할 수 있기를 기대한다.


SOFC 보급 활성화…이중 규제 해소 및 정부 지원 확대 필요
연료전지는 다른 재생에너지원과 달리 정부의 ‘신재생에너지 보급사업’에 참여하기 위해 ‘KGS 안전 검사’와 ‘KS인증’ 두 번의 규격 심사가 필요하다.

안정성에 대한 검증은 반드시 필요하지만, 두 규격의 평가 과정이 매우 유사해 절차 개선이 필요하다. 또한 현재 SOFC의 경우, 2016년부터 규격 제정이 진행되고 있으나 아직은 관련 규격이 존재하지 않아 제한적 참여만 가능한 상황이다.

이와 관련해 STX중공업 및 SOFC 산업화 포럼은 한국에너지공단과 지속적으로 협의 중이며, 최근 시행된 규제 샌드박스 등의 임시허가 제도를 통한 좀 더 신속한 규정 제정과 제도 개선을 기대하고 있다.

통상의 신재생에너지는 전통적인 발전 시스템에 비해 가격 경쟁력이 낮으므로, 기업의 경우 초기에는 보조금 시장을 기반으로 성장한다. 이후에는 대량생산을 통해 가격을 낮춰 보급을 확대하거나, 위험을 감수한 과감한 투자가 필요하다.

그러나 현재 건물용 연료전지 관련 예산은 kW급 기준 연간 200여 대를 설치할 수 있는 규모에 머물고 있다. 이는 다수 기업의 경쟁을 고려할 때 과감한 투자를 펼치기 힘든 수준이다. 수소경제 활성화를 위한 정부의 연료전지 예산 규모 확대를 기대해본다.

또한 설치 의무화 제도의 확대 시행이 필요하다. 공공기관뿐만 아니라 일정 규모 이상의 민간 건물에도 신재생에너지를 의무적으로 설치하게 하는 것으로서, 현재 수도권을 중심으로 조금씩 확대되고 있는 실정이다. 이를 전국적으로 확대 시행할 경우, 정부의 신재생에너지 보급 목표량 달성이 보다 원활하게 이뤄질 수 있으며 기업 또한 고정적인 시장을 확보할 수 있어 기술 및 가격의 안정화를 위한 투자를 단행할 수 있다.


장기적인 시각에서의 목표 수립 필요
최근 수소 및 연료전지에 대한 관심이 높아졌음을 곳곳에서 체감할 수 있다. 하지만 수소에너지의 시대는 한두 해만에 저절로 이뤄지는 것이 아니므로 장기적인 시각에서 목표를 수립하고 준비해야 할 것이다.

즉 지금부터 단계적인 목표 설정을 통해 토대를 마련하고 나아갈 길을 설정해야 한다. 이를 위해서는 관련 종사자들이 긴밀하게 연대해 다양한 시나리오를 고려하며 꾸준히 협의 및 개선을 추진해야 할 것이다.

정부에서 다양한 활성화 대책을 마련하고 있어 앞으로 지원 제도도 점차 확대될 것으로 기대하고 있다. 기업에서는 지원에만 의존하기 보다는, 지원을 발판 삼아 세계적인 수준의 경쟁력을 갖출 수 있는 체력을 준비해야 한다. 이를 위해 정부와 기업 간 꾸준한 소통도 이뤄져야 할 것이다.

SOFC 분야는 STX중공업을 필두로 SOFC 산업화 포럼이 적극적으로 지원해 나갈 계획이다. 여전히 국내 SOFC 기술에 대해 우려의 시선이 있는 만큼 STX중공업은 이번 SOFC 실용화 과제를 수행하며 제품의 안정성 확보 및 완성도 제고를 통해 이러한 우려를 해소해 나갈 방침이다.

이번 과제가 상용화를 위한 발판이 돼 SOFC 분야에 대한 관심과 지원이 확대된다면 국내 시장에서의 보급 확산은 물론 세계 기술과의 경쟁에서도 성공적인 결과를 거둘 수 있을 것으로 기대된다.



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