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도심 수소이송 인프라로 떠오른 ‘수소배관’

울산・안산 등 수소 시범도시에 수소배관 설치
울산・여수에 배관 통해 수소 공급받는 충전소 구축
대량 수소이송 가능, 기존 충전소 대비 처리능력 증대

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[월간수소경제 이종수 기자] 정부는 수소의 생산・이송 인프라를 구축해 주거・교통 등 다양한 시민생활에서 수소가 주요 에너지원으로 활용되는 수소 도시 조성사업을 추진하고 있다. 우선 2022년까지 수소 시범도시 조성을 완료하고, 그 성과를 바탕으로 3기 신도시 5개 지구 중 2곳 내외를 수소 도시로 조성할 계획이다.   


국토교통부는 지난 2019년 12월 주거・교통을 중심으로 기술을 실증하는 시범도시 3곳(울산, 안산, 전주・완주)과 R&D 특화도시 1곳(삼척)을 선정한 바 있다. 


울산광역시는 국내 최대 부생수소 생산단지를 활용해 임대주택, 요양병원 등에 수소를 공급하고 수소 복합환승센터를 구축할 계획이다. 수소지게차, 수소선박, 수소유람선 운영 등 지역특화사업과도 연계할 예정이다.  

 

경기도 안산은 임대주택 외에 체육시설, 물류센터, 하수처리장 등 수소 활용을 다변화하고, 시화호 조력발전과 연계해 수전해 수소생산 실증도 추진할 계획이다.  


전북 전주・완주는 지역 간 수소 생산(완주)・활용(전주) 협업 체계를 구축해 전주 한옥마을에 수소버스를 운행하고 수소 활용 스마트팜을 조성할 계획이다. 


이들 수소 시범도시의 수소이송 인프라는 수소 튜브트레일러가 아닌 수소배관이다. 도시가스처럼 지하에 배관을 매설해 대량으로 수소가스를 이송하는 시스템이다. 수소 시범도시 사업을 위해 울산 10km, 안산 8km, 전주・완주는 3.7km의 수소배관을 구축할 계획이다. 

 

수소배관 선도하는 ‘울산’

국내 수소배관은 이미 석유화학단지 내에 구축되어 운영 중으로 총 200km 정도에 달한다. 수소배관 시공 기술과 운영 및 안전관리 노하우도 축척된 상태다. 이러한 수소배관이 수소 도시를 통해 석유화학단지 내의 전용물이 아닌 일반 시민 생활 속으로 들어오게 되는 것이다.


두말할 나위 없이 수소배관을 선도하는 지역은 국내 최대 수소생산 지역인 울산이다. 전국에서 가장 많은 수소배관을 운영하고 있는 울산은 석유화학단지 내에서 벗어나 시내로 수소배관을 확장해나가고 있다.   


1960년대부터 개발된 울산 석유화학단지에는 덕양, SPG산업, 에스디지 등 수소 전문 기업이 보유한 120km의 수소배관이 운영되고 있다. 국내 구축된 수소배관(200km)의 60%를 차지하는 셈이다.  




울산시는 이러한 배관 인프라와 운영관리 노하우를 바탕으로 지난 2013년 4월부터 2018년 4월까지 5년간 울산시 울주군 온산읍 덕산리에서 세계 최대 규모의 수소타운 시범사업을 진행한 바 있다. 


석유화학단지에서 출발해 온산읍 사무소를 거쳐 LS니꼬동제련 사택까지 수소배관을 구축하고,  LS니꼬동제련 사택 140가구를 비롯한 체육관, 기숙사, 홍보관과 온산읍사무소에 총 195kW(1kW 140대, 5kW 8대, 10kW 1대) 규모의 연료전지를 설치해 수소배관으로 공급되는 부생수소로 연료전지를 운영했다. 


또 지난 2018년에는 석유화학단지에서 울산테크노산업단지 내까지 3km의 수소배관을 구축했다. 테크노산단에 있는 수소연료전지 실증화센터까지 수소배관이 연결되어 현대자동차, 두산퓨얼셀, 에스퓨얼셀 등 국내 연료전지 기업들이 실증화센터에서 운영 중인 수소연료전지 제품은 수소배관을 통해 공급된 부생수소를 연료로 활용하고 있다. 

 

국내 최초 수소배관 공급체계 구축

특히 울산시는 국내 최초로 시내 수소충전소에 수소배관으로 수소를 공급하는 체계를 구축해 주목을 받고 있다.  


울산시, 울산테크노파크, 한국가스안전공사, 덕양, 한국플랜트관리, 이엠솔루션, 투게더 등 7개 기관・기업은 지난해 8월 ‘배관에 의한 수소충전소 수소공급 및 안전관리 강화 사업 업무협약’을 체결하고, 올해 안으로 준공할 예정이다. 




이번 사업에서 수소생산・공급 기업 덕양은 투게더수소충전소(울산 남구 신화로 101번길)까지 약 2km의 수소공급 배관 설치를 완료했다. 수소충전소가 상업 운영에 들어가면 본격적으로 수소를 공급할 예정이다. 


한국플랜트관리는 수소배관과 수소충전소 주요 설비에 신호전달장치 등 실시간 안전관리시스템을 구축했다. 또 이엠솔루션은 수소충전소 설비를 구축하면서 안전관리 시스템 구축까지 지원했다.  


먼저 수소배관을 따라 전용 배관을 이용해 광케이블을 포설했다. 배관과 수소충전소 시스템에는 수소가스 누출 시 광케이블의 온도와 파장 변화를 이용해 누출 유무와 위치를 1m 정밀도로 감지하는 ‘하이브리드 센서 기반 가스누출 모니터링 시스템’과 함께 배관의 부식을 방지하기 위해 분기별로 측정하도록 되어 있는 배관의 방식전위를 자동 측정하는 ‘ICT 기반 지하배관 방식전위 모니터링 시스템’이 구축됐다.


투게더가 수소충전소 부지를 제공했고, 충전소까지 운영한다. 투게더는 이미 수소충전소 바로 옆에서 SK에너지 주유소를 운영해왔다. 수소충전소와 주유소 사이가 투게더 사무실 건물로 막혀 있지만 ‘주유소+수소’ 복합충전소 형태인 셈이다.   


이 충전소는 수소 튜브트레일러가 직접 수소를 충전소에 공급하는 기존 방식과는 달리 압축기, 고압저장용기, 디스펜서 등의 기본 설비 외에 수소배관으로 공급되는 수소량을 측정하는 설비와 버퍼 장치가 추가로 설치됐다. 




수소 튜브트레일러가 배치되는 공간이 필요하지 않아 충전소 부지가 적게 들 것으로 보인다. <월간수소경제>가 지난 10월 19일 공사 마무리 단계에 있는 투게더수소충전소를 찾았을 때 눈으로 이를 확인할 수 있었다. 수소량 측정 설비와 버퍼 장치가 설치됐지만 모두 사이즈가 크지 않아 공간을 많이 차지하지 않았다. 


현장에서 만난 이엠솔루션의 한 직원은 “배관 방식의 수소충전소와 향후 도시가스 개질 방식으로 전환을 고려하고 있는 충전소는 버퍼 장치를 설치해야 한다”고 설명했다.        


또한 수소생산지에서는 수소 튜브트레일러 방식의 경우 10bar에서 200bar 고압으로 압축하는 압축기가 필요하지만, 배관 방식은 10bar 저압 상태에서 수소배관으로 바로 수소를 공급하기에 압축기가 필요하지 않다.     


투게더수소충전소는 배관을 통해 직접 수소를 공급받는 국내 대표 사례로 기록된다. 사실 투게더수소충전소보다 먼저 구축된 배관 방식의 수소충전소가 있다. 지난 8월 20일 상업운영에 들어간 ‘하이넷 SPG 여수수소충전소’로 여수 산단 내 SPG케미칼의 수소생산 공장 인근 부지에 설치됐다. SPG케미칼 공장에서 생산된 수소를 바로 배관으로 공급받고 있다. 그러나 산단을 벗어나 시내 수소충전소까지 수소배관이 연결된 사례로는 투게더수소충전소가 국내 최초다.




이런 수소공급 배관 방식은 일본과 미국에 이어 세계 세 번째이다. 지난 2011년 1월 일본 후쿠오카 기타규슈, 2011년 3월에 미국 캘리포니아 토런스 지역에 수소공급 배관 방식의 수소충전소가 설치된 바 있다.  


울산지역 6번째 수소충전소인 투게더수소충전소는 시간당 처리용량 55kg 규모로 수소배관이 연결되어 1일 130대 이상 충전할 수 있는 시설능력을 갖추게 된다. 1일 50대 정도의 충전이 가능했던 기존 수소충전소에 비해 두 배 이상 시설능력을 확충해 급증하는 수소전기차 수요에 적극 대응할 수 있게 된다. 


김종명 울산시 에너지산업과 주무관은 “배관을 통해 수소를 직접 공급받게 되면 단시간에 대량의 수소이송이 가능할 뿐만 아니라 기존 충전소 대비 약 2.5배의 처리능력을 확충하는 효과를 얻을 수 있다. 수소 튜브트레일러의 시내 진입이 사라지므로 대형차량에 의한 안전사고 요인도 감소되고, 운송비용 절감으로 수소공급 원가 인하에 크게 기여하게 될 것”이라고 밝혔다.  


수소배관을 구축한 덕양은 배관으로 수소를 공급하면서 절감되는 수소 운송 비용을 적립해 향후 기존 수소충전소(5개소) 공급 배관망 확장 등에 재투자할 예정이다.


한편 현재 구축 중인 덕하공영차고지 수소충전소(울주군 청량읍 상남리)도 당초에는 수소공급 배관 방식이 고려됐지만 관경 등 여러 조건이 맞지 않아 수소 튜브트레일러 방식으로 구축하게 됐다.   


올해 안으로 투게더수소충전소와 덕하공영차고지 수소충전소(CNG+수소 복합충전소) 구축을 완료하면 울산에는 총 7개소의 수소충전소가 운영된다. 울산시는 오는 2022년까지 12개소로 확대해 나갈 예정이다.


송철호 울산광역시장은 “2030년 수소전기차 50만대 생산, 충전소 60개소 및 수소전기차 6만7,000대 보급 시대에 대비해 ICT 기반 수소배관망과 충전 인프라를 확충해 세계 최고 수소도시의 면모를 갖추어 나가겠다”고 말했다.


또한 한국동서발전, 현대자동차, 덕양은 수소전기차용 연료전지(PEMFC)를 발전용 연료전지로 개발하는 1MW 규모(2,000가구 공급 전력)의 실증사업을 올해 안으로 개시할 예정이다. 이번 사업에서도 덕양이 수소배관을 매설해 부생수소를 공급하게 된다. 

 

울산 전역 수소배관망 건설 계획

울산시는 수소배관을 수소공급 핵심 인프라로 키울 계획이다. 수소배관을 통해 수소충전소뿐만 아니라 건물용 연료전지, 산업단지, 연료전지 발전소 등 수소공급 분야를 확대함으로써 수소산업 확장 효과까지 창출한다는 계획이다. 


올해 준공 예정인 투게더수소충전소가 갖는 의미가 큰 이유다. 울산 시내 수소배관망의 출발점이기 때문이다. 울산시는 수소 시범도시 사업을 위해 수소생산 기업 덕양이 투게더수소충전소까지 매설한 수소배관에서 분기해 태화강역, 율동공공주택지구, 현대자동차 울산공장 간 10km의 수소배관을 확충할 계획이다. 


향후 산업로를 따라 이화산단까지 수소배관을 확충해 울산 남북을 중심으로 한 수소배관망을 구축할 계획이다. 더 나아가 7번 국도, 14번 국도 등 주요 간선도로를 이용한 수소배관 확충으로 울산 전역에 수소배관망을 건설하는 것이 울산시의 최종 목표다.


김종명 울산시 주무관은 “수소배관망 확충 계획 구간을 보면 이미 구축되어 운영 중인 수소충전소를 포함하고 있으며, 수소 시범도시에 포함된 신규 수소충전소도 배관으로 연결될 예정”이라며 “향후 신규 충전소 입지 선정 시 배관 연결 가능 여부를 검토할 것이며, 도시가스 배관망 사례를 비추어볼 때 궁극적인 수소 도시 건설을 위한 인프라 구축은 배관 연결이 선행되어야 할 것”이라고 말했다. 



김 주무관은 이어 “수소배관은 수소 도시 등 미래 수소사회 건설을 위한 핵심인프라로 국가 수소경제 활성화 로드맵 조기 실현에 기여할 것으로 기대한다”고 밝혔다.  


울산시가 수소배관망 구축에 적극적인 데는 그만한 이유가 있다.  


울산에서 생산되는 부생수소는 82만톤으로 전국 164만톤의 50%에 해당하는 국내 최대 부생수소 생산지역이다. 


특히 부유식 해상풍력 기반 수전해 수소생산 실증사업, 5만m³/hr 규모의 수소생산공장 증설, 오일허브 북항 및 남항과 인근 산단 내 수소비축기지 건설 등 수소의 제조・저장능력 확대 계획을 갖고 있다. 


또한 석유화학산업과 관련해 1억4,000만 배럴의 액체화물 저장시설과 12만m³ 규모 압축가스저장시설 등 수소의 생산과 저장에 특화된 도시로, 수소배관망 구축 완료 시 지역 내 생산・저장・이송의 전주기 수소산업 생태계 조성이 가능할 전망이다. 


전국 수소배관망 200km의 60%에 해당하는 120km 배관의 운영관리 실적과 노하우를 바탕으로 안전한 수소배관망을 구축할 수 있다는 자신감도 빼놓을 수 없다.  


한편 현재 수소공급 배관 시설은 개발제한구역을 통과할 수 있는 선형시설에 포함되지 않고, 도로점용・굴착허가 특례 및 도시공원 녹지점용허가 대상의 적용을 받지 못하고 있는 애로점이 있다. 그러나 새롭게 제정될 예정인 ‘수소도시 건설 및 운영에 관한 법률 제정안’ 입법예고에 개선 내용이 포함되어 수소배관 설치구역 설정 시 유연성 확보가 가능할 것으로 기대된다.    




수도권 수소배관, 안산이 스타트 끊어 

수도권에서는 수소 시범도시 안산시가 스타트를 끊었다.    

 

안산에서는 반월국가산업단지 내 SPG수소의 수소생산기지에서 생산하는 수소를 배관으로 2.5km 거리에 있는 수소충전소로 공급하는 사업이 추진되고 있다. 안산시, 안산도시개발, SPG수소는 지난해 11월 업무협약을 체결한 바 있다.   


협약에 따라 안산도시개발은 단원구 초지동 672-2 일원에 있는 2,000㎡ 부지를 제공해 안산시 1호 수소충전소를 구축·운영할 예정이다. SPG수소는 수소생산기지에서 생산한 수소를 충전소에 공급하는 스마트 배관을 구축하게 된다. 


지난 9월 착공한 이번 수소충전소는 내년 3월 준공을 목표로 하고 있다. 특이점은 LNG나 부생수소가 아닌 메탄올로 수소를 생산한다는 점이다.   


안산시는 1호 수소충전소를 시작으로 2040년까지 모두 8개소로 확대한다는 계획이다. 


안산시는 수소 시범도시 사업에서 핵심 수소공급원으로 LNG 수소추출기 1기를 설치하고, 8km의 수소배관을 구축해 수소를 공급하는 한편 SPG수소의 메탄올 추출수소도 수소배관으로 병행 공급한다는 계획이다.   

 

한편 정부가 지난해 10월 발표한 ‘수소 인프라 및 충전소 구축 방안’에는 인천 등 수도권에서 생산되는 연간 약 5만 톤의 부생수소를 수도권으로 공급하기 위한 수소 파이프라인 및 수소 유통 허브 구축 계획이 담겨 있다.  


오는 2023년까지 수도권 부생수소 생산지에서 수소 유통 허브를 거쳐 버스 차고지로 이어지는 약 30km의 수소 전용 파이프라인을 구축한다는 계획이다. 부생수소 생산 기업, 한국가스공사, 현대차, 하이넷, 지자체(서울·인천·경기)의 MOU 체결 및 프로젝트 구체화를 추진키로 했지만 아직 논의가 본격적으로 이뤄지지 않고 있는 것으로 알려졌다. 


한국가스공사는 지난해 4월 발표한 ‘수소사업 추진 로드맵’을 통해 수소 운송 인프라와 관련해 2030년까지 튜브트레일러 500대, 수소배관망 700km 구축 계획을 밝혔다. 초기에는 튜브트레일러를 통해 공급하고, 중장기적으로 배관과 튜브트레일러 공급을 병행한다는 방침이다. 





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