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지난 2월 수소법이 시행되면서
수소는 미래의 가장 친환경적인
에너지로 각광을 받고 있습니다.
정부에서도 완주군과 전주시를
수소 시범도시로 선정하는 등
다양한 수소 관련 정책을 펴고 있는데요,
석탄이나 가스 화력발전소를 대체할
수소 연료전지 발전소 건립도 그 중 하나입니다.
하지만 정작 이 발전소가 들어설
지역 주민들의 여론은 그리 좋지 못합니다.
친환경이라는데 왜 그럴까요?
엄상연 기자가 심층 취재했습니다.
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142개 연료전지 모듈 ‘빽빽이’…수소로 전기·온수 ‘친환경 생산’
남부발전 신인천빛드림 발전소 가보니 설비용량 80㎿…단일단지 세계 최대 수소·산소 화학반응 통해 에너지로 매년 미세먼지 2.4t 흡수 효과도 수도권 …
Source: www.hani.co.kr
Date Published: 5/26/2021
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04 – 수소경제 시대의 발전용 연료전지 역할 및 현황 – 기술과혁신
연료전지는 연료가 가지고 있는 화학에너지(수소)를 공기 중의 산소와 전기화학적인 방법으로 결합하여 물과 전기 그리고 열을 생산하는 직접 발전 방식이다. 직접발전 …
Source: webzine.koita.or.kr
Date Published: 5/8/2022
View: 6412
[신년기획] 1석3조의 지역상생 연료전지발전소 보급현황지역 …
신재생에너지로 분류된 수소연료전지 분야는 설비용량과 사용처에 따라 가정·건물용과 발전용으로 크게 구분하며, 발전 스택을 통해 열과 전기를 생산 …
Source: www.gasnews.com
Date Published: 3/26/2022
View: 6904
연료전지
1) 연료전지. 「신재생에너지보급실적조사」, 한국에너지공단 (자료문의처: … 신재생에너지현황별(1), 신재생에너지현황별(2), 2020 … 발전사업용, 604,814
Source: kosis.kr
Date Published: 9/26/2022
View: 3876
국내 수소발전(연료전지) 현황과 과제 – KDB미래전략연구소
수소발전(연료전지)은 발전효율이 높고 도심에도 설치 가능한 친환경적인 전원 … 수소발전(연료전지) 보급 확대가 HPS제도 입법 추진으로 기대되나, …
Source: rd.kdb.co.kr
Date Published: 6/5/2022
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연료전지발전 | LNG ∙ 전력 ∙ 수소 | 사업소개 – SK 가스
연료전지란? … 연료전지는 LPG 또는 LNG에서 ‘수소’를 추출하여 연료의 연소 없이 ‘수소’와 ‘산소’의 화학 반응을 통해 전기, 열을 동시에 생산하는 친환경 발전원 입니다.
Source: skgas.co.kr
Date Published: 1/20/2021
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주제에 대한 기사 평가 수소 연료 전지 발전소 현황
- Author: SKbroadband전주방송
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- Date Published: 2021. 12. 9.
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142개 연료전지 모듈 ‘빽빽이’…수소로 전기·온수 ‘친환경 생산’
남부발전 신인천빛드림 발전소 가보니
설비용량 80㎿…단일단지 세계 최대
수소·산소 화학반응 통해 에너지로
매년 미세먼지 2.4t 흡수 효과도
수도권 25만가구에 전력 보내고
청라지역 4만4천가구에 온수 공급
신재생 의무공급량 22% 차지하나
아직은 초기단계인데다 비용 높아
인천시 서구 장도로에 위치한 한국남부발전 ‘신인천 수소연료 발전 단지’에 연료전지 더미가 가로세로로 배열돼 있다. 남부발전 제공
발전소에 닿기 직전 다리를 건널 때 하늘로 줄줄이 솟은 굴뚝이 눈에 가득 들어왔다. 굴뚝마다 수증기가 하얗게 피어올랐다. 유해물질을 걸러낸 ‘백무’(수증기)라고 해도 시각적으로는 굴뚝에서 치솟는 연기 같아 보였다.
정문 앞에 도착한 자동차가 두 갈래 길 중 오른쪽으로 접어들자, 미리 연락을 받은 듯 안내인이 “남부발전 찾아온 것 아니냐”고 했다. 그렇다고 하자, 잘못 들어왔다며 왼쪽을 가리켰다. 오른쪽으로 ‘서인천발전본부’라는 푯말이 보였다. 왼쪽엔 ‘신인천빛드림본부’라고 표시돼 있었다. 정문을 공유하는 모습은 한국전력에서 발전 자회사들이 갈라져 나온 역사와 얽혀 있다. 큰길 가운데 늘어선 막대형 분리대를 중심으로 나뉘어 있는 두 조직은 소속 회사가 다르다. 서인천발전본부는 한국서부발전 소속이다.
인천 서구에 자리잡은 한국남부발전 신인천빛드림본부 수소연료전지발전소를 방문한 19일, 아침부터 눈이 내려 일정 하나를 취소해야 했다. 설비용량 80㎿급으로 단일단지 기준 세계 최대라는 연료전지발전소를 한눈에 굽어볼 수 있는 전망대엔 올라갈 수 없었다. 눈 때문에 위험하다고 했다.
연료전지 더미(스택 모듈) 142개가 가로 세로로 나란히 배열된 발전소 현장에 발을 들여놓기 전 ‘연료전지 통합제어실’이라고 쓰인 건물에 먼저 들렀다. 전기부 소속 연료전지 담당 임준혁 차장은 “(발전소) 현장의 설비 상태를 모니터링하고 필요한 조치를 내리도록 하는 관제실 기능을 하는 곳”이라고 설명했다. 제어실 한쪽 벽면에 복잡한 회로 모양의 안내도가 큼지막하게 그려져 있었다. 연료전지를 통한 전기 생산 과정과 발전소 전경을 보여주는 내용이었다.
연료전지는 수소와 공기 중의 산소를 화학 반응시켜 전기와 열을 얻는 장치다. 물을 전기분해하면 수소와 산소가 발생하는 것과 반대 방향이다. 이곳 발전소에서 수소를 연료로 삼아 전기를 만들어내는 과정의 첫 단계는 ‘개질’이다. 액화천연가스(LNG)에서 탄소를 떼어내 수소를 만들어내는 화학반응 작업이다. 여기에 쓰이는 액화천연가스는 신인천빛드림본부에 같이 포함돼 인접해 있는 엘엔지복합발전소에서 조달받는다. 수소는 연료전지로 이동해, 송풍기와 에어히터를 거쳐 빨려들어 온 공기 중의 산소와 만나 전기를 만들어내고 물로 바뀐다.
남부발전 쪽은 “수소연료전지는 일반적인 발전기와 달리 전기 생산 때 고온 연소 과정을 거치지 않기 때문에 질소산화물과 황산화물을 적게 배출한다”고 설명한다. 남부발전에 따르면, 질소산화물 배출량(㎿h당)이 복합발전은 42g, 연료전지 쪽은 6g 수준이다. 산업통상자원부 자료를 보면, 두산퓨얼셀 연료전지 기준으로 질소산화물, 황산화물 배출량은 각각 9g, 0g이다. 오염된 폐수를 발생시키지 않고, 공기 중 산소를 활용하는 과정에서 미세먼지를 필터로 걸러낸다는 점도 친환경적이라는 평가를 받는 대목이다.
발전소 현장에 들어가려면 안전모를 반드시 쓰게 돼 있다. 고압의 전기시설인 데다 자칫 부딪히기 쉬운 철제 구조물이기 때문이다. 철제 울타리로 둘러쳐진 시설 곳곳에 노란색 바탕에 까만 글씨로 ‘특고압 통전 중’ ‘감전 주의’ ‘제한구역’ 따위의 글귀가 붙어 있다.
울타리 넘어 시설 구역에 진입한 뒤 철제 계단을 오르자 아름드리 굵기의 둥그런 배관이 지나가고 있었다. 현장에 동행한 조유리 차장은 “연료전지에서 발생한 열로 물을 덥혀 공급하는 시설”이라고 설명했다. 연료전지로 전기와 함께 열(온수)을 만들어낸다는 설명이다. 조 차장은 ‘청라에너지’라고 적혀 있는 건너편의 건물을 가리키며 “저기서 섭씨 40~60도의 물을 보내오면 105도 수준으로 상승시켜 공급하는 방식”이라고 했다. 관을 만져보니 뜨겁지 않고 미지근했다. 내부에 별도 장치를 두고 보온재로 감싸고 있기 때문이라고 했다.
한국남부발전 ‘신인천 수소연료 발전 단지’. 인천 서구 장도로 57에 자리잡고 있다. 남부발전 제공
이곳 연료전지발전소 면적은 1만1095㎡에 이른다고 한다. 사방 100m 조금 넘는 크기로 국제경기 기준 축구장 넓이의 1.5배가량이다. 2017년 1단계 사업 시작 뒤 지난해 10월까지 4단계에 걸쳐 3400억원을 들여 조성했다. 직접 들어가 본 곳은 1단계 설비로 2.5㎿짜리 8개 스택 모듈이 들어 있다고 했다. 2단계 설비는 0.44㎿급 42개, 3·4단계에는 각 0.44㎿ 46개가 설치돼 있다. 스택 모듈은 양극·전해질·음극으로 접합된 셀(cell)을 쌓아 구성한 연료전지 본체를 말한다. 142개 스택 모듈 하나하나가 독립적인 작은 발전소 구실을 한다.
1단계와 2~4단계 설비에 배치된 스택 모듈은 크기와 모양에서 많이 달랐다. 연료전지 종류가 다르기 때문이라고 했다. 2~4단계 쪽은 1단계 설비와 달리 개질기, 인버터(직류→교류 변환) 따위가 본체와 함께 둘러싸여(패키징) 밖에서 보이지 않게 돼 있는 형태다. 1단계 시설의 연료전지는 용융탄산염형(MCFC), 2~4단계 시설에 들어 있는 것은 인산염형(PAFC)이라고 한다는데, 너무 전문적인 내용이라 알아듣기 어려웠다. 전해질, 반응 온도, 출력, 효율이 다르고 각각의 장단점을 지니고 있다고 했다. 연료전지 주 기기 공급사는 1단계 때 미국의 퓨얼셀에너지(FCE), 2~4단계는 두산퓨얼셀이었다.
연료전지로 만들어진 전기는 인버터(전력변환기)를 통해 직류에서 교류 상태로 바뀐 뒤 발전소 바로 옆에 있는 ‘가스절연개폐장치’(GIS) 시설로 모인다. 이어 승압 과정을 거쳐 길 하나를 사이에 두고 인접해 있는 ‘스위치 야드’로 이동해 한국전력 전력망으로 흘러간다.
남부발전은 지난해 10월 4단계 시설까지 준공에 이른 이 연료발전소를 통해 “수도권 25만 가구에 친환경 전력을, 청라지역 4만4천 가구에 온수를 공급하면서 분산형 전원의 역할을 하고 있다”고 설명한다. 전기 생산 과정에서 매년 2.4t의 미세먼지를 흡수해 70만명가량이 호흡할 수 있는 공기를 정화하는 효과도 있다고 했다.
수소연료발전은 정부의 수소 경제 비전에서 현대자동차 중심의 수소차 프로젝트와 더불어 한 축을 이룬다. 이는 2050 탄소 중립 목표와 연관돼 있기도 하다. 수소 경제 분야는 한국과 일본이 선도하고 있어 국내 최대가 곧 세계 최대인 경우가 많다.
남부발전은 인천 지역에 이어 강원 영월에 곧 연료전지 발전소를 준공할 예정이며, 부산 지역에도 짓는 방안을 추진 중이다. 2030년까지 연료전지 발전 용량을 1GW(1000㎿)로 늘린다는 계획을 세워놓고 있다. 그 외 발전사마다 설비용량 20~30㎿급 연료전지발전소를 3~4개씩 구축해놓고 있다. 지난해 7월 준공된 서부발전 서인천본부 연료전지발전소의 용량은 76㎿급으로 비교적 커 신인천빛드림에 버금가는 규모다. 연료전지 발전소 전체 용량에선 한국수력원자력이 앞서 150㎿(20~58.8㎿급 4개)에 이른다.
수소 경제 전반이 그렇듯 수소연료전지 발전 사업 또한 아직은 초기 단계여서 얼마나 성공적일지 알 수 없다. 남부발전의 연료전지발전소가 세계 최대라 해도 이 회사 전체 발전 설비의 0.7% 수준일 정도로 미미하다. 신재생에너지 의무공급량 중 22%(1217 kREC/ 5537 kREC)가량 차지했다는 게 그나마 의미 있는 수치로 꼽을 수 있겠다.
비용면에서 불리하다는 단점도 있다. 남부발전에 따르면, 건설단가는 엘엔지 복합발전 104만2천원(㎾당), 연료전지 587만3천원이다. 발전원가도 복합발전 126.86원(㎾h당), 연료전지 248.58원으로 연료전지 쪽이 불리하다. 미래형 자동차의 주된 흐름이 전기차 쪽으로 형성되는 분위기 또한 수소 경제 구상에 대한 의구심을 더하는 요인이다.
강경성 산업부 에너지산업실장은 이에 “수소차나 수소연료전지 모두 ‘분산 에너지’ 성격을 띠고 있다”며 ”상대적으로 앞서 나가는 우리가 손 놓을 이유가 없다”고 말했다. 분산 에너지는 에너지 사용 지역 인근에서 생산·소비된다는 뜻이며, 전통적인 중앙집중형 전력 수급 시스템에 대비되는 개념이다. 강 실장은 “자동차 산업의 경우도 전기차는 근거리, 수소차는 대형 장거리에 유리해 어느 쪽이 주도권을 잡을지 몰라 지켜봐야 한다”고 설명했다. 여기에 “연료전지는 풍력, 태양광 같은 재생에너지의 약점인 간헐성(날씨 여건 따라 들쑥날쑥한)을 보완해주기 때문에 의미가 있다”고 덧붙였다.
인천/김영배 선임기자 [email protected]
수소경제 시대의 발전용 연료전지 역할 및 현황
04 – 수소경제 시대의 발전용 연료전지 역할 및 현황
글. 임희천 기술 부회장, 소장
수소산업협회, (주)수소지식 그룹 컨설팅 Lab.
수소경제 시대의 연료전지는 현재의 분산형 발전형태로부터 전력 안정성 확보를 위한 전력에너지저장장치로도 활용될 것으로 예상된다.
또한 미래 수소경제 시대에서는 전력, 가스, 열망이 통합된 에너지 통합망의 핵심적인 역할을 수행할 것으로 예상한다.
수소경제와 전력
전기는 현대의 문명을 유지시켜주는 가장 중요한 에너지원이다.
수소경제의 핵심은 재생에너지원에서 출발하고, 재생에너지 중심의 에너지 시스템에서 수소는 에너지 캐리어로서 재생에너지와 전력을 연계시켜주는 역할을 한다.
수소에너지의 변환 과정과 타 에너지와의 연계를 그림 1에서 보여주고 있다.
그림 1에서 보는 바와 같이 수소에너지 시스템에서 수소는 연료전지와 수전해 장치를 통하여 전기에너지로 전환할 수 있다.
또한, 생산된 수소는 가스나 액체로 만들어 쉽게 수송할 수 있고 다양한 형태로 저장할 수 있다.
수소는 열 및 동력으로 활용될 수 있으며, 운반 시에도 전기에너지 형태보다도 손실을 10분의1 정도로 줄일 수 있는 것으로 알려져 있다.
즉, 수소는 에너지원뿐만 아니라 저장·수송 매체로도 활용할 수 있기 때문에 우리는 수소를 에너지 매체(Energy Carrier)라고도 부르고 있다.
수소에너지 시스템 내에서 연료전지는 전기에너지 공급 방안뿐 아니라 잉여전력 저장 방안으로 활용될 수 있다.
이 경우 연료전지 발전은 수소를 중심으로 하는 시스템 내에서 가정 및 공장에 수소를 공급하는 수송용 가스망 그리고 열 배관과 함께 전력망을 구성하여 열, 전기, 가스가 통합되어 운용되는 통합 에너지 시스템을 구성할 수 있다.
이와 같이 수소 관련 기술 수전해, 연료전지, 수소 전력저장을 활용하여 열, 전기, 가스망을 통합하여 에너지 시스템을 구축하게 되면, 기존 화석연료 기반 에너지 시스템을 친환경 지속가능한 에너지 시스템으로 전환하는 중요한 수단으로 활용할 수 있다.
연료전지 발전 기술 개요
연료전지는 연료가 가지고 있는 화학에너지(수소)를 공기 중의 산소와 전기화학적인 방법으로 결합하여 물과 전기 그리고 열을 생산하는 직접 발전 방식이다.
직접발전 방식이기 때문에 에너지 변환효율이 높고, 연소과정이 없어 오염물질 발생이나 소음, 진동 등 공해요인도 적다.
연료전지는 발전 시 나오는 고온증기를 발전에 이용하여 더욱 높은 효율을 얻을 수 있는 장점도 있다.
발전용 연료전지는 도심에 위치하는 분산전원에서 대규모 전원으로도 활용이 가능하기 때문에 연료전지 발전은 환경을 중시하는 미래 수소에너지 사회에서 저공해, 고효율을 갖는 가장 새로운 발전 방식으로 제시되고 있다.
발전용 연료전지 시스템은 기본적으로 전기를 생산하는 연료전지 본체(Fuel Cell Power Section: Stack), 연료인 천연가스, 메탄올, 석탄, 석유 등을 수소가 많은 연료로 변환시키는 연료처리계(Fuel Processor), 발전된 직류 전기를 교류 전기로 변환시키는 전력 변환장치(Power Conditioner)로 구성된다.
그 외에 이들 시스템을 제어하고 생산된 고온의 물을 이용하여 전기를 생산하는 배열이용 시스템(Heat Recovery System)이 있다.
연료전지에서 전기를 생산하는 가장 기본적인 요소는 단위전지(Unit Cell)이다.
단위전지는 전극(Anode, Cathode), 전해질(Electrolyte) 및 분리판(Separator) 등의 구성요소로 이루어져 있고 이들이 유기적으로 반응에 관여하여 발전이 이루어지게 된다.
단위전지에서 전류를 인출하는 경우 낮은 전압을 갖게 되는데, 우리가 원하는 출력을 얻기 위하여 단위 전지들을 여러 장 쌓아올려 전압을 상승시켜 전기를 인출하게 된다. 이를 연료전지 본체, 즉 스택이라고 한다.
일반적으로 발전용 연료전지는 저온 연료전지인 PEMFC(Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell), 인산형 연료전지(PAFC, Phosphoric Acid Fuel Cell) 등이 있다.
고온 연료전지는 용융탄산염 연료전지(MCFC, Molten Carbonate Fuel Cell), 고체 산화물 연료전지(SOFC, Solid Oxide Fuel Cell) 등이 있다.
분산 및 발전용으로는 PAFC, MCFC, SOFC 등이 사용되며, PEMFC는 소규모 가정용과 건물용 수송용 연료전지로 사용되고 있다. 그림 2에서 연료전지 종류와 특징을 보여주고 있다.
연료전지의 활용
발전용 연료전지는 전력수요 증가, 환경 문제 등의 전력공급 제약 요인 및 전기를 필요로 하는 수요처에서 요구되는 에너지 패턴 등에 따라 화력발전 대체용, 분산형 전원 그리고 가정용 전원 등으로 구분하여 운용되고 있다.
현재 전력 생산에 있어서 가장 큰 제약조건은 지구온난화 문제로 CO2 발생을 억제하는 것이다.
연료전지는 수소를 바로 공급한다면 CO2 생산이 없고, 천연가스를 개질하여 사용하더라도 고효율 발전방식이기 때문에 기존 화력발전을 대체할 수 있는 유일한 발전 방식이 된다.
연료전지의 CO2 배출량은 천연가스 연료를 사용하는 화력발전 방식에 비교하여도 20~30% 정도를 줄일 수 있다.
연료전지는 기존 화력발전소보다 건설 기간이 짧고, 급격한 전력 수요에도 빨리 대응할 수 있다.
아울러 소규모 열병합 연료전지 발전방식에서는 열과 전기를 필요로 하는 수요자 요구에 직접 대응할 수 있으며, 송배전 설비 사용을 줄여 전력 사용 비용을 줄일 수 있다.
이는 열 및 전기를 필요로 하는 일정 수요지 근처에서는 수백㎾에서 수천㎾ 정도가 되는 연료전지를 설치하여 열과 전기를 동시 공급하는 분산형 전원(Distributed type)으로 활용이 가능하다.
가정은 열과 전기를 동시에 생산 소비 할 수 있는 가장 좋은 장소이다.
파이프로 공급되는 도시가스를 이용 배기가스가 작고 소음이 없는 현지 설치 소형 연료전지 발전시스템을 이용 열과 전기를 생산하여 사용할 수 있다.
연료전지 보급 및 보급 정책
전 세계 연료전지 보급 현황을 살펴보면 아시아 지역의 연료전지 보급이 크게 두드러지고 있다.
특히 일본, 한국 등에서는 백업전원, 마이크로 열병합 발전(m-CHP), 그리고 발전용 연료전지 활용을 위해 적극적으로 도입하고 있다.
한국은 대규모 발전용 연료전지 시스템이 중심이지만 국가별 정책에 따라 도입량 및 도입형태가 다르다.
연료전지 보급은 국내에서는 RPS(Renewable Energy Portfolio Standard) 정책, 일본은 ENEFARM(프로젝트명으로 Energy + Farm의 합성어)등의 정부지원에 크게 의존하여 증가하고 있다.
북미지역에서도 발전용 및 하역기계용 연료전지의 보급이 증가하고 있는데, 역시 미국의 SGIP(Self Generation Incentive Policy) 정책에 기인하고 있다.
종류별로는 자동차 가정용 연료전지인 PEMFC이 주를 이루고 있으나, 미국, 한국 등은 발전용 연료전지로 MCFC, PAFC가, 일본은 PEMFC 미국은 분산전원 수요에 따라 SOFC 보급이 많이 증가하고 있다.
2017년 말 기준으로 발전용 연료전지의 보급은 약 1,000㎿정도이고, 국내 보급은 2018년 기준 약 360㎿ 정도가 보급 운용되고 있다(그림 3).
수소 시대 연료전지 활용
향후 에너지 시스템으로서 전기는 재생에너지원으로부터 얻어지겠지만 재생에너지 간헐성에 따른 전력의 불안정성을 해결하는 방안이 필요하다.
수소는 연료전지를 통하여 전기에너지로 변환 가능하므로 태양광, 풍력과 같은 재생에너지에서 생산된 수소를 저장하였다가 필요한 경우 연료전지로 발전하여 계통에 공급하게 되면 전력에너지저장장치로 활용될 수 있다.
[신년기획] 1석3조의 지역상생 연료전지발전소 보급현황지역발전 기여도만큼 연료전지발전소에 인센티브 적용해야
국내 농촌상생형 연료전지발전소 1호가 파주지역에 건설되어 2020년 9월에 산업운전에 돌입했다. 개통식에 지역관계자들이 함께 참석했다.
탄소중립·에너지전환 구현
[가스신문 = 주병국 기자] 전 세계가 온실가스를 줄이기 위한 탄소중립 정책에 나서고 있다. 우리나라도 2050년 탄소중립을 선언한 14번째 국가로, 지난해 탄소중립 관련 법제화까지 단행했다. 이와 함께 탄소배출이 적은 수소를 새로운 신성장동력의 에너지원으로 활용하는 수소 사회로 전환을 꾀하려 한다. 이미 수소위원회도 구성되어 중장기적인 수소전환 로드맵까지 마련됐고, 특히 석탄과 석유, 천연가스 등 화석연료를 줄이고 수소를 에너지로 활용하려는 여러 가지 실증사업과 관련 산업의 기술개발이 진행되고 있다.이런 움직임은 정부가 탄소중립을 달성하기 위해 R&D 4대 전략으로 △에너지수요 감축 △전기화 △수소화 △CCUS를 제시한 점에서도 확인할 수 있다.
정부는 그린뉴딜 정책 중 하나로 수소산업 육성 및 발전을 위해 올해도 수소차, 수소생산기지구축, 수소유통망구축(128억원), 액화수소검사기반구축(42억 신설), 연료전지 R&D(580억원), 신재새에너지보급지원 등 수소 관련분야에만 수천억원의 예산을 지원한다.
SK와 현대차, 포스코, 한화, 효성 등 5개 그룹과 중소·중견기업도 정부의 수소경제 조기 진입에 발맞춰 오는 2030년까지 수소생산, 유통·저장, 활용 등 수소 전주기 생태계 구축을 위해 지난해 43조4000억원을 투자키로 했다. 이처럼 정부와 에너지기업들은 수소산업 육성을 통한 수소 사회로의 전환차 발 빠르게 움직이고 있고, 이는 탄소를 줄이기 위해 반드시 화석연료 중심의 에너지에서 신재생에너지로 전환하고, 산업의 지속 성장을 꾀하기 위한 것으로 수소 사회로의 전환 역시 필수이다. 수소 산업의 중심에 수소차와 수소연료전지가 양축을 이룰 것으로 전문가들은 내다보고 있다.
연료전지발전, 태양광·풍력 대체제로 부각
신재생에너지로 분류된 수소연료전지 분야는 설비용량과 사용처에 따라 가정·건물용과 발전용으로 크게 구분하며, 발전 스택을 통해 열과 전기를 생산, 공급하는 분산형전원으로 분류된다. 현재 정부는 수소연료전지 발전에 활용될 원료로 그린수소, 블루수소, 그레이수소로 나누어, 중장기적으로는 그린수소를 활용한 연료전지발전 비중을 높여 탄소중립을 구현한다는 복안이다.
특히 수소연료전지발전은 전력생산 효율이 높아 차세대 분산형전원으로서 전력공급시스템의 역할로도 주목받고 있다. 이에 정부는 보급 확대를 위해 가정·건물용 수소연료전지의 경우 공공기관 등 일정 규모 이상의 건물(1000㎡)에서 설치 의무화와 함께 설치장려금도 지원하고 있다.
산업부 통계자료를 보면 가정·건물용 연료전지의 보급실적은 2018년 3,786kw(건물용: 1960kw, 가정용 1,826kw)에서 매년 증가해 2021년 7,340kw(건물용:5,325kw, 가정용: 2,015kw)로 4년 사이에 1.9배 늘었다. (표1 가정·건물용)
이와 함께 발전시장에서 앞으로 중요한 역할과 비중을 차지할 수소연료전지발전은 신재생에너지 의무할당제에 따라 현재 한수원을 비롯해 동서발전, 남부발전, 중부발전 등 발전사와 민간 발전사들이 태양광이나 풍력의 대체원으로 발전효율이 높은 수소연료전지발전설비를 확대하고 있다. 이는 재생에너지의 간헐성을 보완할 수 있다.
산업부 통계치에 따르면 발전용 연료전지의 설비용량은 2018년 323MW이며, 연간 발전량은 1742GWh로 국내 전체 발전 비중에서 0.29%를 차지했다. 2019년에는 설비용량이 392MW로 늘어 발전비중 역시 0.39%(2,257GWh) 증가했고, 2020년에는 설비용량 591MW, 발전비중 0.6%(3480GWh)였다. 그리고 2021년 10월 기준으로 발전용 연료전지의 설비용량은 713MW로 크게 늘었다. (표2, 발전용 연료전지) 불과 4년 사이에 설비용량은 2.2배 증가한 셈이다.
허가기준 설비용량은 2020년 말 이미 정부의 1차 목표치인 1.5GW를 넘어섰다.
한국보다 먼저 연료전지를 보급한 미국과 일본 등 다른 나라보다 앞서며, 세계 연료전지발전 시장의 43%를 한국이 차지할 만큼 이 시장은 급성장하고 있다.
정부는 2040년까지 발전용 연료전지 시장규모를 15GW(내수 8GW, 수출 7GW)를 확대해 친환경 에너지 공급과 탄소중립을 구현하고, 나아가 수출산업으로 육성한다는 복안이다.
제2차 수소경제위원회에서 산업부 성윤모 장관은 “수소법 시행으로 본격적인 수소경제로 나아가기 위한 토대가 완비됐으며, 친환경발전소인 수소연료전지가 향후 우리나라 탄소중립을 선도하게 될 것”이라고 강조했다.
특히 정부의 2050년 탄소중립 시나리오 B안(전환부문)에서 제시된 발전용 수소연료전지의 에너지소비량과 소비량 비중이 원전과 LNG발전보다 높은 121.4TWh, 10.1%로 수립됐다. 이는 향후 재생에너지, 무탄소 가스터빈에 이어 3번째로 높은 비중으로 향후 발전부문에서 중요한 역할을 차지할 전망이다. (표3, 탄소중립 시나리오)
경제성 문제와 님비현상으로 사업추진 난항
이렇다보니 도시가스업계에서도 정부의 에너지전환 정책과 탄소중립 그리고 수소 사회로의 전환에 동참하고자 발전용 연료전지 보급사업에 적극 나서고 있다.
하지만 발전용 연료전지는 신재생에너지임에도 불구하고 전기를 생산하는 설비시설를 갖춘 수소발전소라는 이미지와 위험성이 높은 수소를 연료로 사용한다는 이유로 혐오시설로 낙인찍혀 지역주민들로부터 배척당하는 게 다반사다.
그 대표적 사례로 인천연료전지발전(39.6MW)이 손꼽힌다. 이곳은 2년 6개월간 사업자와 주민 간의 갈등으로 연료전지발전소가 제때 건설되지 못하다 극적으로 협의가 돼 현재 발전소로서 역할을 하고 있다. 이를 계기로 지역사회와 함께 하는 바람직한 연료전지발전소의 건설 방향을 논의하기 시작했고, 좋은 사례로 농촌상생형 연료전지발전이 추진됐다. 이는 부지 활용이 가능한 낙후지역에 연료전지발전소를 건설하고, 이를 기반으로 인근 에너지 소외지역에 도시가스를 공급하여 지역발전과 에너지 복지구현 그리고 나아가 정부의 에너지전환 정책까지 단계적으로 실현할 수 있는 좋은 사업 모델이다.
동서발전은 지난해 호남권에 15MW급의 연료전지발전소를 준공하고, 그해 4월부터 상업 운전에 돌입했다. 이곳에서 생산된 전기는 여수시 약 5만2천 세대가 사용할 수 있다. 또 지자체와 지역주민, 사업자 간의 긴밀한 협업을 통해 발전소 인근지역의 에너지빈곤층에 도시가스 공급도 추진한다.
또 화성 남양 연료전지(1단계) 사업 역시 서부발전과 휴세스, 삼천리가 협업하여 20MW급의 연료전지를 건설했고, 연료전지발전소에 도시가스 공급을 위한 배관망을 확충함으로써 향후 인근 도시가스 미공급지역에 가스공급을 추진한다는 계획이다.
이보다 먼저 2020년 9월 준공식 후 상업 운전에 들어간 파주에코에너지의 경우는 국내 1호 농촌상생형 연료전지발전소로 평가받는다. 이곳은 동서발전과 서울도시가스, SK건설이 SFC 설립을 통한 협업으로 8.1MW의 발전용 연료전지를 파주시 도내리 마을에 건설, 현재 6만3천 세대가 사용할 전기를 안정적으로 공급하고 있다.
특히 눈여겨 볼점은 종합준공에 맞춰 서울도시가스가 인근 마을 74세대에 도시가스를 배관망을 통해 공급했다는 점이다. 에너지 소외지역의 복지까지 구현한 것이다. 3자가 민원해소를 위해 철저한 사전협의를 거쳐 이뤄낸 지역상생형 연료전지발전소인 셈이다.
지역상생에 걸맞는 현실적 지원 필요
이처럼 지역 상생형 연료전지발전은 여러 측면에서 장점이 많다. 이렇다 보니 신재생에너지 발전 의무를 이행할 발전사와 에너지 기업들은 상호 협력을 통해 유사한 형태의 연료전지발전소 건설에 나서고 있다. 경기도 이천을 비롯해 대구 수성구 경기도 광주, 파주시 낙하리 지역 그리고 문경과 울산 등에서도 지역상생 연료전지발전소 건설계획이 추진되고 있다. 하지만 현실은 막대한 투자비와 경제성 문제로 사업추진이 쉽지 않다고 관련 업계는 어려움을 호소한다.
소외지역에 도시가스까지 공급하려니 경제성 문제가 가장 큰 걸림돌일 수밖에 없다. 분명한 것은 지역상생 연료전지발전소는 지역발전과 함께 소외지역 주민들의 에너지 복지를 구현할 수 있고, 나아가 국가의 중요한 에너지전환 정책을 성공적으로 추진하는데 순기능을 한다는 것이다.
따라서 지역주민들과 공생하고 지역발전에 기여하는 연료전지발전소에 대해 정부가 사회적 편익을 고려한 합리적인 인센티브제를 도입하는 방안을 검토할 필요가 있다고 전문가들은 꼬집는다. 지원방안 중 하나로 지역상생 연료전지발전소를 건설하려는 사업자에게는 기존 REC(1.9%, 열 활용시 0.2% 추가)에 추가로 ‘지역상생 기여도’ 편익만큼의 가산점을 주는 방안도 제기되고 있다.
이는 앞으로 더 많은 발전사가 관련사업에 참여를 확대하게 하는 감초 역할을 할 것이다. 또한 지역상생 연료전지발전소 건설사업은 경제성이 낮은 지역까지 도시가스 배관망까지 수반되어야 하는 만큼 도시가스 공급자에게도 지자체가 부여하는 기존의 가산투자보수율(지자체별로 0~3.0%)에 알파플러스를 적용하는 방법도 경제성 문제를 조금이나마 해결할 수 있을 것으로 보인다.
지역사회와 지역주민들로부터 외면당하는 발전용 연료전지는 결코 보급 확대가 쉽지 않다. 따라서 1석 3조의 효과를 기대할 수 있는 지역상생 연료전지발전이 활성화되기 위해서는 정부와 지자체가 님비현상으로 외면당하는 연료전지발전소에 대해 더 늦기 전에 합리적인 지원방안을 모색할 필요성이 절실하다.
SK gas
SK가스는 신재생에너지 발전 확대, 환경오염 물질 저감 트렌드에 발맞춰 세계 최초 LPG LNG Dual 연료전지를 두산퓨얼셀과 공동 개발하여 실증 테스트에 성공 했습니다. SK가스는 연료 공급자이자 투자자로서 다양한 파트너들과 컨소시엄을 구성하여 LPG LNG dual 연료전지를 활용한 연료전지 발전사업 개발을 추진 중입니다. Dual 연료전지는 연료가격 시황에 따라 연료를 선택할 수 있어 연료비를 절감하여 최적의 경제성을 도달 할 수 있고 LNG가 보급되지 않은 도서지역에서도 LPG로 연료전지 발전이 가능한 장점이 있습니다.
연료전지란?
연료전지는 LPG 또는 LNG에서 ‘수소’를 추출하여 연료의 연소 없이 ‘수소’와 ‘산소’의 화학 반응을 통해 전기, 열을 동시에 생산하는 친환경 발전원 입니다.
발전 과정에서 공기여과 필터를 통해 공기를 정화하고 기존 발전시설 대비 오염물질 저감하는 효과가 있습니다. 전기화학반응을 통해 생산된 전기는 grid를 통해 한전에 공급되고 화학반응 과정에서 발생하는 열은 주로 난방사업자에게 공급되어 난방열로 활용 됩니다.
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