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‘수소연료전지’로 주전원 공급하는 승강기 등장하나

바스텍그룹, ‘엘리베이터 수소연료전지 전원공급시스템’ 특허 출원
수소연료전지가 주전원 담당…비상시 3상 380V 교류 전원 공급
연료전지서 발생하는 열·온수로 승강기 내부 온도 제어
‘오로나 엘리베이터’와 수소연료전지 전원공급시스템 구현 계획


[월간수소경제 이종수 기자] 아파트나 빌딩 등에 설치되는 엘리베이터(승강기)는 상승 및 하강하여 사람과 사물을 원하는 위치로 상하 방향으로 이동시키는 장치이다. 엘리베이터를 통해 계단을 걷지 않아도 편하게 목적지로 이동할 수 있어 대부분의 아파트와 빌딩에 설치되고 있다. 

하지만 화재나 지진 같은 재해가 발생하거나 엘리베이터가 고장 나면 엘리베이터 내부에 있는 사람은 내부의 조명이 꺼진 상태에서 구조를 기다려야 한다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 승강기 운행이 정지되면 승강기 내의 승객과 관리실에 승강기의 운행 정지 상태를 알려주는 이상 발생 알림 장치가 설치돼 있다. 

그러나 비상등을 점등하는 것만으로는 승강기 내 승객의 불안감을 해소하기 힘들다는 문제점이 있다. 또한 비
상등에 전력이 공급되지 못한다면 비상등을 사용할 수 없다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 에너지저장장치(ESS)를 이용해 비상 발생 시 엘리베이터에 전력을 안정적으로 공급할 수 있는 엘리베이터 전원공급 시스템이 적용되고 있다. 

하지만 이마저도 비상 상황이 발생한 원인을 알 수 없어 엘리베이터 내부에 있는 사람이 불안감을 느낄 수 있다.

에너지저장장치를 이용해 엘리베이터를 구동하는데 엘리베이터를 구동할 수 없는 상황에 놓이면 에너지저장장치의 필요성이 없어진다는 문제점도 있다.



이에 따라 엘리베이터의 전원공급 체계를 정비해 효율적이고 친환경적인 전력의 수급이 가능하면서 비상 시에도 전원공급을 보장할 수 있는 시스템의 필요성이 커지고 있다. 

바스텍그룹이 이러한 요구를 충족할 수 있는 ‘엘리베이터 수소연료전지 전원공급시스템’에 대한 특허를 출원함으로써 관심을 받고 있다. 수소연료전지가 엘리베이터의 주전원 공급을 맡는다는 게 가장 큰 특징이다. 
 
바스텍, 엘리베이터에 수소연료전지 적용 
바스텍그룹은 미국 VIC사 헬륨누설 감지기, 이스라엘 SONOTRONNDT사의 초음파 탐상기, 독일 ROHMANN사의 와전류 탐상기 등 세계 최고의 비파괴 검사장비를 판매하는 한국 유통대리점으로 지난 2005년 설립돼 ‘바스텍코리아’라는 사명으로 출발했다. 

지난 2018년 현재의 사명으로 변경한 바스텍그룹은 복합소재 및 가공 설비, 전기자동차, 의료기기, 전동스케이트보드, 수소연료전지, 엘리베이터까지 다양한 분야로 사업을 확대하고 있다. 

특히 바스텍그룹은 지난해 11월 엘리베이터 수소연료전지 전원공급시스템에 대한 특허를 출원했다. 이 시스템은 사물인터넷(IoT)과 빅데이터 등 스마트 정보 기술이 융합되어 수소 분야 4차 산업혁명 기술의 대표적 모델이 될 것으로 보인다.  

기존에는 상용전원이 승강기를 구동하는 전원을 공급하고 ESS 등 보조 전원공급 장치가 비상 시 전원을 공급했다. 반면 바스텍 그룹은 수소연료전지가 주전원을 공급하고 상용전원이 보조전원을 공급하는 기술을 개발하는 데 성공했다. 

공급 전원 전환 중 발생할 수 있는 일시적 정전과 이로 인한 승강기 탑승자에 대한 불안감 해소를 위한 알람 기능도 제공한다. 시스템에서 수집된 데이터를 기반으로 ‘관리자 모드’와 ‘스마트 모드’ 등에서 공급 전력원에 대한 에너지를 선택적으로 변경할 수 있다.
 
엘리베이터 수소연료전지 전원공급시스템 
바스텍그룹의 엘리베이터 수소연료전지 전원공급시스템은 △외부 전력을 인가받아 승·하강 동작을 수행하는 승강기장치 △수소가 포함된 고체 상태의 수소화물이나 바이오연료를 분해해 발생하는 수소와 태양광발전 수전해 수소를 공급하는 연료공급모듈 △연료공급모듈에서 공급되는 수소를 이용해 전력을 생산하는 수소연료전지 △수소연료전지에서 생산된 전력을 저장하는 에너지저장부(ESS) △에너지저장부에서 승강기장치에 주전원을 공급하는 연료전지 전원공급모듈 △승강기장치에 제공되는 전력 상태를 모니터링하고, 공급되는 전력의 이상 상황이 발생하는 경우 비상전원공급모듈을 통해 보조전원으로 3상의 380V 전원을 공급하도록 제어하는 제어모듈 등으로 구성될 수 있다. 

시스템 흐름도를 살펴보면 태양광발전을 이용한 수전해로 공급되는 수소와 LPG·LNG·바이오가스 등의 수소공급원에서 공급되는 수소가 연료전지로 공급되어 발전을 구현하게 되며, 이렇게 생산된 전력은 승강기장치의 주전원으로 사용된다.



수소연료전지에서 생성된 전력은 에너지저장부에 저장된 이후 인버터를 경유해 전원전환장치에 의한 동작에 의해 승강기장치에 주전원으로 공급된다.

승강기장치는 승·하강을 위한 구동 전력을 공급받는 것 외에도 비상통화장치, 비상조명장치, 광고디스플레이장치 등의 다양한 주변장치의 구동 전원과 온도검출장치(온도센서 포함), 승객유무 검출장치(동작센서 포함), 운행 유무 검출장치 등의 상태 검출 센서 모듈에 전원을 공급하게 되며, 승강기 내부의 상태 정보는 제어모듈에 전송되어 연계되는 동작에 대한 제어를 받게 된다.

제어모듈은 수소연료전지에서 발전을 통해 생성되는 전력인 발생전력과 함께 에너지저장부에 저장되는 저장전력을 각각 검출해 모니터링할 수 있다. 나아가 전원전환장치에 의해 주전원의 공급 또는 보조전원의 공급이 진행되도록 제어하는 동시에 소모되는 공급전력을 모니터링할 수 있게 된다. 전력전환 과정 중 제어모듈에서는 승강기 내부에 알림방송이나 부저를 송출해 상황을 인지할 수 있도록 할 수 있다.

아울러 수소연료전지의 발전 과정에서 발생하는 열과 온수의 경우 승강기 내부의 온도를 조절하는 용도와 급탕이나 온수로 사용하도록 함으로써 에너지 이용효율을 극대화할 수 있다.

또한 제어모듈의 경우 계절이나 밤낮의 이용 상황에 따라 선택적으로 전력을 공급할 수 있도록 이미 수집된 데이터를 저장하는 외부 데이터베이스로부터 입력되는 정보를 바탕으로 빅데이터 분석을 통한 분석정보와 연동해 전력공급시스템을 제어할 수 있다.


예를 들어 여름에는 냉방 부하 증가로 전력사용량이 증가하게 되므로 수소연료전지에서 전력을 공급하도록 한다. 겨울에는 난방 부하의 증가로 가스사용량이 많아지므로 주간에는 수소연료전지 공급을 수행하고, 야간에는 3상의 380V 교류전력을 공급하는 방식으로 구간을 나누어 전원공급을 수행하도록 설정할 수 있다.

하재청 바스텍그룹 대표는 “엘리베이터 수소연료전지 전원공급시스템은 수소연료전지를 통해 발전되는 전력을 주전원으로 승강기의 구동 전원을 공급해 친환경 에너지 공급방식으로 구동하는 승강기시스템을 구축할 수 있다. 평상시에는 연료전지에서 생산된 전력으로 승강기를 구동하되 비상 시에는 전원을 전환해 3상의 교류 전원을 공급할 수 있도록 함으로써 전원공급체계의 안정성을 확보할 수 있다”며 “특히 주전원인 연료전지 공급 전원과 보조전원인 교류 전원을 전환하는 과정이나 비상 상황에서 승강기 내부의 상황을 파악하고, 승강기의 안전지대로의 귀환 및 알림 서비스를 통해 승객의 불안감을 해소하는 동시에 실효적인 전력수급 불안 문제를 해소할 수 있다”고 밝혔다.



하 대표는 이어 “승강기 내 온도검출장치로 연료전지에서 발생하는 열이나 온수를 이용해 동절기와 간절기의 승강기 내부 온도를 제어할 수 있도록 하는 동시에 온수는 급탕 및 온수공급 라인과 연동해 화장실 등에 온수를 공급해 승강기 설치 건물의 에너지 효율을 높일 수 있다”라며 “아울러 연료전지에서 발생하는 수소와 수전해를 통해 발생하는 수소를 수소탱크에 저장한 후 공급 연료(LNG, LPG, 바이오가스) 등의 공급 이상 발생 시 전환 사용이 가능해 전원공급의 안정성을 자체적으로 해결할 수 있는 장점도 구현할 수 있다”고 덧붙였다.
 
‘CHP 연료전지시스템’ 출시
바스텍그룹은 이번 특허 출원을 발판 삼아 ‘CHP 연료전지시스템’을 출시한다. 최근 본사에 연료전지 제조공장도 구축했다.    

이번에 출시하는 ‘CHP 연료전지시스템’은 LNG, LPG, 바이오가스를 연료로 사용할 수 있다. 상업용 건물에 적용 가능한 ‘5~10㎾’급, 발전소나 가스생산 플랜트 등에 적용할 수 있는 ‘20~300㎾’급으로 구성됐다. 다양한 고객의 요구를 반영할 수 있는 ‘주문 생산(order made)’ 기반 연료전지시스템도 공급할 예정이다.

우선 올해 5kW급 마이크로 연료전지시스템을 국내에 처음으로 선보인다. 연료전지 제품 크기가 730×800×1,650mm로 초소형이며, 무게는 200kg 이하이다. 

바스텍그룹은 이번 특허를 출원한 엘리베이터 수소연료전지 전원공급시스템을 인천 본사 엘리베이터에 시범 적용할 예정이다.   

하 대표는 “이번 특허 출원과 CHP 연료전지 출시를 계기로 수소사업 분야 선도업체의 입지를 굳건히 하고, 야심차게 준비한 글로벌 엘리베이터 ‘오로나’ 사업과도 접목해 수소경제 활성화에 기여하겠다”고 말했다.

바스텍그룹은 지난해 글로벌 엘리베이터 기업인 ‘오로나 엘리베이터’와 손잡고 엘리베이터 사업을 시작했다. 오로나 엘리베이터가 한국 지사를 맡은 바스텍그룹을 통해 한국 승강기 시장에 진출한 것이다. 



오로나 엘리베이터는 스페인에 기반을 둔 50년 이상의 경험을 자랑하는 기업으로, 유럽을 중심으로 미국, 아시아에도 진출해 있다. 오로나는 전 제품을 유럽에서 생산한다. 

바스텍그룹의 한 관계자는 “오로나는 엘리베이터 제어반과 모터를 기반으로 100개국 이상에서 각국 상황에 맞춰 설치하고 있다”면서 “한국까지는 40일 이내에 수송할 수 있도록 물류망을 구축해 납기에 대응하기 수월하다”고 말했다.

한편 바스텍그룹은 국내 수소 인프라 구축과 수소산업의 활성화에 기여하기 위해 ‘Sera’(독일), ‘Atawey’(프랑스)와 같은 세계 유수의 수소충전소 기업들과 지속적인 기술 교류를 진행하고 있다. 이와 함께 수소충전소, 수소발생기, 개질기 등 수소산업 전반에 걸친 기술 솔루션도 제공할 계획이다. 



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