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세계 최초 초대형 부생수소 연료전지 발전설비 갖춘 대산그린 …
… 수소 연료전지 발전설비 갖춘 대산그린에너지(주) 친환경 에너지집약설비로 연간 40만㎿h 전력 생산. 기자명 최인영 기자; 입력 2021.02.08 23:30; 1471호; 댓글 0.
Source: www.gasnews.com
Date Published: 1/1/2021
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대산그린에너지 채용 기업정보 보기 | 인크루트
대산그린에너지(주) · 매출액 881억 4,699만원 (2021) · 사원수 10 명 재직중.
Source: www.incruit.com
Date Published: 11/3/2021
View: 4086
대산그린에너지
대산그린에너지(주)는 2018년에 설립된 전기·설비·환경·플랜트 업종의 대산수소연료전지 발전소의 건설, 관리 및 운영사업대산수소연료전지 발전소와 연관된 신재생 …
Source: www.opensalary.com
Date Published: 6/24/2022
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- Author: 한화에너지TV
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- Date Published: 2021. 11. 5.
- Video Url link: https://www.youtube.com/watch?v=jYpbz3WMzY4
세계 최대 부생수소 연료전지발전소, 대산그린에너지
[월간수소경제 성재경 기자] 충남 당진을 거쳐 서산으로 넘어간 길이다. 전남 여수, 울산과 더불어 국내 3대 석유화학단지에 드는 대산 석유화학단지가 은빛 위용을 뽐내며 길게 이어진다. 화학단지를 벗어나자 해안선을 타고 쭉 뻗은 독곶해변길이 탁 트인 전망과 함께 눈에 든다. 29번국도의 북쪽 끝자락이다. 해발 156미터에 이르는 야트막한 황금산을 앞에 두고 ‘한화토탈 황금산문’을 향해 운전대를 꺾는다.황금산문 왼쪽으로 고개를 돌리자 4단 케이크 모양으로 층층이 쌓인 연료전지발전소가 보인다. 한화토탈에서 나는 고순도 부생수소를 파이프라인으로 바로 받아 두산퓨얼셀의 PAFC(인산염 연료전지)로 발전을 하는 시설이다. 연료전지를 품은 철제 프레임의 개수는 모두 5개. 2, 3층에 440kW PAFC 114개를 복층으로 쌓았다.
부생수소 활용한 50MW 연료전지 발전사업
입구를 지나 부지 안쪽에 있는 사무동으로 향한다. 코로나19 예방 조치가 철저하다. 입구에서 열을 재고 손을 깨끗이 소독하고 방명록에 이름을 적은 후 회의실로 든다. 잠시 후 대산그린에너지 사업관리팀의 오기환 팀장이 마스크를 쓴 얼굴로 인사를 한다. 그는 PEMFC(고분자전해질 연료전지) 대신 두산퓨얼셀의 PAFC로 결정한 이유를 두고 이렇게 말한다.
“당시만 해도 수소 연료를 바로 쓰는 발전용 연료전지는 PEMFC, PAFC 둘밖에 대안이 없었어요. 고온에서 작동하는 MCFC나 SOFC는 스택 안에 자체 천연가스 개질 시스템을 갖추고 있죠. 이론상으로 가능은 하지만, 그러자면 제품을 새로 설계하는 수준의 노력이 필요하다고 하더군요. 물질이나 에너지의 균형을 다시 잡아야 하고 시운전을 하면서 테스트를 하는 시간도 고려해야 하니까요.”
그에 반해 PEMFC나 PAFC는 개질기를 떼어낸 후 몇 가지 테스트를 하는 것만으로 문제점을 비교적 빠르게 해결할 수 있었다.
“처음엔 내부적으로 캐나다 하이드로제닉스의 PEMFC 제품을 쓸 생각이었어요. 한화토탈 공장 안에 코오롱하이드로제닉스의 1MW급 발전시설을 우선 건설해서 실증사업을 벌이기도 했죠. 2,500억 원이 넘는 사업비가 들어가는 만큼 회사 차원에서도 철저한 검증이 필요했으니까요.”
연료전지발전소는 최소 20년을 운영한다. 시스템의 효율보다는 LTSA(Long Term Service Agreement, 장기 서비스계약)에 맞는 회사의 규모가 더 중요했다. 세계 최대 58.8MW 연료전지발전소로 통하는 경기도 화성의 경기그린에너지가 MCFC(용융탄산염 연료전지) 스택의 내구성과 LTSA 문제를 두고 한동안 시끌시끌했던 것도 큰 영향을 미쳤다. 회사의 규모, 시스템의 안정성, 유지 보수 문제 등을 깊이 고민해서 내린 결정이었다.
수소연료전지 발전은 석유화학단지의 화학공정에서 나는 수소를 추출해 산소와 전기화학 반응으로 전력을 생산한다. 미세먼지의 주요 물질인 질소산화물(NOx)이나 황산화물(SOx), 분진 등은 발생하지 않는다. 오히려 미세필터를 통해 초미세먼지를 걸러낸다. 부생수소를 연료로 하는 초대형 연료전지 발전사업으로 이런 시도를 한 곳이 없다. 국내를 떠나 세계적으로 최초의 시도에 든다.
한화토탈에서 나는 99.99% 부생수소 활용
한화에너지는 부생수소를 연료로 한 50MW 규모의 연료전지발전소를 세우기 위해 2018년 1월 한국동서발전, 두산, 재무적 투자자와 공동으로 특수목적법인 대산그린에너지를 설립했다. 자본금만 놓고 보면 49%를 출자한 한화에너지가 최대 주주로, 한국동서발전(35%)과 두산(10%)이 그 뒤를 잇는다.
2018년 8월 16일, 대산 연료전지발전소 착공식이 열렸다. 이 소식은 ‘세계 최초·최대 부생수소 연료전지발전소’란 타이틀을 달고 떠들썩하게 퍼져 나갔다. 당시만 해도 완공 현장의 모습은 그림으로 존재했다. 그 그림을 담은 조감도는 <월간수소경제> 2018년 9월호 표지를 당당히 장식한 바 있다.
그 후로 2년 만이었다. 2만㎡(약 6,000평)에 이르는 현장을 둘러본다. 발전량에 비해 부지 면적은 그리 크게 느껴지지 않는다. 먼저 사무동 뒤편에 있는 수소 공급용 파이프라인에서 시작한다. 한화토탈 대산공장의 방향족 공정에서 나는 99.99%의 고순도 부생수소가 들어오는 관이다. 방향족 공정은 벤젠, 톨루엔, 자일렌 등 방향족 계열의 기초 원료 제품을 생산하는 공정을 이른다.
“이곳 필터 스테이션(집진 설비)을 통해 파이프라인을 지나는 동안 묻어온 철가루 같은 먼지를 말끔하게 제거해요. 불순물이 섞이면 연료전지 스택에 무리가 가니까요. 1층에 놓인 질소통은 퍼지(purge) 작업용이에요. 혹시 설비를 멈춰야 할 일이 생기면 질소를 주입해서 연소되지 않은 수소가스를 배출하는 작업을 하게 되죠.”
대산 연료전지발전소는 지난 6월부터 상업 생산에 들어갔다. 방향족 공정에서 나는 부생수소를 활용해 연간 40만MWh의 전기를 생산하는데, 이 정도 전력이면 충남의 약 16만 가구가 쓸 수 있는 양이다. 현재 발전효율은 50%에 이른다.
“연료전지 내부에 있는 인버터로 480볼트 직류를 교류로 변환해요. 이 전기를 두 번에 걸쳐 승압을 하게 되죠. 먼저 6,900볼트로 1차 승압한 후 15만4,000볼트로 2차 승압을 해요. 이 전기는 한화토탈 제2변전소로 계통 연계가 되어 있죠.”
석유화학 공정에는 많은 양의 부생수소가 발생한다. 설비를 갖춰 이 수소만 잘 정제해서 써도 환경과 경제에 큰 도움이 된다. 천연가스를 개질해 수소를 생산하는 별도의 과정을 거칠 필요가 없다는 점도 장점이다. 또 전기를 생산하는 과정에서 부산물로 물이 나오는데, 연간 약 4만 톤에 이르는 이 물은 한화토탈로 보내져 냉각수로 사용된다.
시간당 3톤, 한 달 2,200톤 수소 소비
노란 페인트가 칠해진 난간을 따라 철제 계단을 걸어 오른다. 연료전지는 2, 3층에 2단으로 쌓았고, 옥상에는 발전을 마치고 나온 온수를 식히는 쿨러가 놓여 있다. 독곶해변길 너머로 햇살을 받은 바다가 빛바랜 사진처럼 하얗게 번진다. 코발트블루 색을 칠한 철제 프레임이 그 환한 풍경 앞에 단단히 버티고 있다.
모양과 구조는 동일하다. ctrl C로 하나를 복사한 다음 ctrl V로 네 개를 ‘붙여넣기’했다고 보면 된다. 부산 그린에너지나 동탄 연료전지발전소에 들어간 두산의 PAFC도 모두 복층형으로 구성되어 있다. 다만 이곳에 설치된 연료전지 내부에는 개질기가 빠져 있다.
부생수소를 활용한 연료전지 발전이 가능하려면 파이프라인이 꼭 필요하다. 그도 그럴 것이 이곳 발전소에서 쓰는 수소의 양만 시간당 3톤이다. 튜브트레일러로 실어 나를 수 있는 수준이 아니다. 대산 연료전지발전소는 한 달이면 약 2,200톤, 1년이면 2만5,000톤이 넘는 부생수소를 소비한다.
파이프라인 기반 시설을 잘 갖춘 곳으로 울산이 있다. 실제로 한국동서발전, 현대차, 덕양은 수송용 PEM 연료전지를 발전용 연료전지로 전환하는 실증사업을 국내 최초로 진행 중이다. 덕양이 수소 배관을 매설해 부생수소를 공급하고, 현대차가 수소전기차 넥쏘에 들어가는 PEM 방식의 수소연료전지를 1MW 규모로 설치하고, 동서발전이 실증 장소를 제공하고 운영하는 일을 도맡고 있다. 이 발전 설비는 올해 9월 말부터 운영에 들어간다.
SOFC(용융탄산염 연료전지) 시장을 이끌고 있는 블룸에너지의 수소전략도 주목해야 한다. 블룸에너지는 작년 6월에 고순도 수소를 직접 활용하는 SOFC 시스템 개발 소식을 발표한 바 있다. 바로 이 100kW 파일럿 설비를 올해 말에는 한국에 들여와 SK건설의 건물에서 실증에 들어간다고 밝혔다. 이는 곧 블룸SK에너지를 통해 고순도 부생수소용 에너지 서버를 한국 시장에 조만간 선보이겠다는 전략으로 읽힌다.
연료전지 발전시장만큼은 한국이 최전선에 있다. 대산그린에너지는 경기그린에너지 다음으로 발전량이 많다. 이런 규모의 상징성 못지않게, 부생수소를 활용한 연료전지발전소라는 점에서 독보적인 위치를 점하고 있다. 2년 전만 해도 부생수소를 연료로 한 발전이 실증 수준에 머물렀다면, 이제는 수소전기차 충전뿐 아니라 발전용 연료로 그 쓰임의 폭을 넓혀가고 있다.
부생수소를 통한 연료발전 모델은 미래가 밝다. 울산과 여수 같은 석유화학단지뿐 아니라, 바다(서해) 건너에 있는 중국의 석유화학공장만 해도 그 수요가 넘쳐난다. 과거에는 그냥 버리거나 태워 없앤 부생수소가 천연가스 못지않은 효율로 주목을 받고 있다. 여기에 환경에 미치는 영향은 무해(無害)하기 그지없다.
세계 최초 초대형 부생수소 연료전지 발전설비 갖춘 대산그린에너지(주)친환경 에너지집약설비로 연간 40만㎿h 전력 생산
▲ 대산연료전지발전설비의 전경. 한화토탈 대산공장에서 나오는 부생수소를 쓰는 이 설비는 총 50.16㎿급으로 부생수소 연료전지설비로서는 세계 최대 규모다.
[가스신문=최인영 기자] 지난해 7월 충청남도 서산시 대산산업단지에는 세계 최초의 초대형 부생수소 연료전지발전설비가 들어섰다.연간 40만㎿h의 전력을 생산하는 이 발전설비는 충남지역 약 16만 가구에서 한 해 동안 사용하는 전기를 생산하고 있다. 서산시 전력소비량의 5%에 해당한다.
특히 기존 연료전지발전설비와 달리 석유화학 공정에서 나오는 부생수소를 쓰고 있다는 점이 주목할 부분이다. LNG에서 수소를 추출할 때보다 순도가 더 높아 연료전지를 안정적으로 가동할 수 있다. 기존에는 태워버리던 부생수소를 재활용하기 때문에 대기오염도 줄일 수 있다.
▲ 발전설비에 들어선 PAFC시스템. 두산퓨얼셀의 440㎾급 PAFC시스템 총 114기가 설치되어 있다.
지난해 6월 상업운전…98% 고효율 기록
대산연료전지발전설비는 한화토탈 인근에 자리한 친환경발전소로 기존 탄소 기반 발전설비보다 약 50% 높은 발전효율을 내고 있다.
사업비 총 2550억원을 투입해 지난 2018년 6월부터 24개월 간의 공사기간을 거쳐 지난해 6월 상업운전을 시작했다. 대산산업단지 내 2만㎡ 부지에 지어진 이 발전설비에는 두산퓨얼셀의 440㎾급 PAFC(인산형 연료전지)시스템 114기가 들어서 있다. 한화토탈 대산공장의 방향족 공정에서 나오는 부생수소를 활용한 50.16㎿ 규모의 수소연료전지발전설비다.
지난 2018년 1월 한화에너지(49%)와 한국동서발전(35%), 두산(10%)이 공동출자해 특수목적법인(SPC)을 설립하면서 발전설비 건설을 추진했다. 설비는 한화건설이 시공했다.
동서발전은 신재생에너지 공급인증서(REC) 매입을, 한화에너지는 전력생산에 필요한 수소 공급과 발전설비 운영을, 두산퓨얼셀은 연료전지 유지보수를 맡고 있다. 두산퓨얼셀과는 향후 20년간 장비공급과 설비 유지보수를 보증하는 LTSA(장기서비스계약)를 체결했다. 계약금액은 매년 145억원 수준으로 책정했다.
▲ 한화토탈에서 공급받은 부생수소에 포함된 1미크론 이상의 먼지를 걸러내는 수소 필터스테이션.
대산연료전지 관계자는 “사업 시작 당시 LNG를 개질하는 방식의 연료전지발전설비는 국내뿐 아니라 해외에도 많이 있었지만 수소를 직접 공급하는 방식은 없었다”며 “대산 산업단지에서 나오는 부생수소를 이용해 보자는데 많은 투자자들의 의견이 모아져 사업을 시작하게 되었다”고 설명했다.
대산연료전지는 △수소이송 △필터 스테이션 △연료전지 △1차 변압기(저압) △2차 변압기(고압) △전력망 등으로 이뤄져 있다.
한화토탈에서 나오는 부생수소를 파이프라인으로 공급받은 후 수소에 포함된 1미크론 이상의 먼지를 필터스테이션에서 걸러낸다. 순도 99.99%의 수소는 총 114대의 440㎾ 연료전지 내부 스택으로 들어가 전기화학반응을 거쳐 전기와 물을 만들어낸다. 연료전지에서 나온 480V의 전기는 1차 변압기에서 6900V로, 2차 변압기에서 154㎸로 승압된다. 154㎸의 전기는 지하선로를 통해 한전 전력망으로 연결된다.
▲ 4층으로 이뤄진 철제플레임 2층과 3층에 복층구조으로 연료전지가 들어가 있다.
버려지던 수소로 가동
탄소중립 시대를 맞아 수소의 가치는 커지고 있지만 이송의 어려움으로 인해 현재 수소는 대부분 튜브트레일러나 파이프라인을 통해 공급하고 있다.
대산연료전지는 대산 산업단지에서 나오는 부생수소에 주목했다. 파이프라인으로 수소를 공급받은 후 연료전지설비에서 나오는 전기와 온수를 인근 공장에 사용하기 위해서다.
수요공급 측면에서 여분의 수소가 충분하다면 사업 확장가능성도 높다고 판단한 사업 관계자들은 LNG개질형 모델보다 효율도 높은 부생수소 방식에 적극 투자했다.
대산연료전지 관계자는 부생수소를 어떻게 활용할지 경제성을 놓고 현재 로드맵을 구상하고 있다고 설명한다.
당시 발전용 연료전지시스템은 PAFC와 PEMFC(고분자형 연료전지) 두 가지뿐이었다. 연료전지를 가동하기 위한 작동온도와 시스템 설계 문제를 고려해 최종적으로 PAFC제품을 선택했다. LNG 개질기를 떼어낸 후 몇 가지 테스트를 거쳐 부생수소에 적합한 시스템을 만들어 낸 것이다.
▲ 연료전지에서 나온 수증기가 배출되고 있다. 화학물질 없는 순수한 물이기 때문에 공기 중에 금새 흩어진다.
수소와 산소의 전기화학 반응으로 전기와 열을 생산하는 연료전지는 대기오염물질인 질소산화물(NOx)과 황산화물(SOx) 등을 배출하지 않을 뿐 아니라 소음발생도 적어 도심 속 친환경 분산전원으로 꼽힌다. 연료전지 내부의 미세먼지 필터를 통해 1미크론의 초미세먼지도 걸러낸다.
대산연료전지는 부생수소를 활용해 99.99%의 고순도 수소를 연료전지에 공급하기 때문에 스택(Stack) 등 부품 고장률을 낮추는 동시에 발전효율도 높일 수 있다. 현재 전기는 한국전력의 계통과 연계해 송전하고 있으며, 60~80℃에 이르는 온수는 한화토탈에 공급해 공업용 냉각수로 쓰이고 있다.
수소연료전지시스템은 에너지집약시설로도 볼 수 있다. 설치면적 당 발전용량이 88㎿로 축구장 크기로 지을 수 있다. 연료 운반‧저장장치와 배기가스 처리시설 등이 필요 없기 때문이다.
태양광이나 풍력 등 다른 친환경 발전설비보다 설비이용률도 높다. 평균적으로 태양광은 17%, 풍력은 26%인데 반해 수소연료전지는 98%를 기록한다.
대산연료전지 관계자는 “오는 2022년 시행되는 HPS(수소발전의무화제도)에서도 부생수소를 이용한 연료전지발전사업에 충분한 지원책을 마련해주길 바라고 있다”고 강조했다.
이어 그는 “정부가 추진하는 그린뉴딜의 핵심축이자 수소경제의 핵심기술인 수소연료전지를 통해 친환경 발전과 분산전원으로서의 가치를 높이는 데 기여하도록 최선을 다할 것”이라고 말했다.
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대산수소연료전지 발전소의 건설, 관리 및 운영사업대산수소연료전지 발전소와 연관된 신재생에너지사업상기 1호부터 2호에 관련되는 사업에 관한 연구 및 기술개발상기 1호부터 3호까지의 사업에 관련되는 부대사업기타 위 각호의 사업을 수행하기 위한 일체의 행위
한화에너지, 세계 최초·최대 규모 부생수소 연료전지 발전소 준공
▷ 50MW 대산 수소 연료전지 발전소 준공식 개최
▷ 총 투자비 2,550억원, 충남지역 16만 가구가 사용 가능한 규모의 전력 생산
≫ 한화에너지(대표이사 정인섭)는 28일 충청남도 서산시 대산산업단지에 위치한 대산그린에너지에서 ‘수소 연료전지 발전소 준공식’을 개최했다. 정세균 국무총리와 정인섭 대표이사 등 관계자들이 기념 촬영을 하고 있다.
한화에너지는 28일, 충남 서산시 대산산업단지에서 정세균 국무총리, 정승일 산업통상자원부 차관, 양승조 충남도지사, 김명선 의원, 맹정호 서산시장, 정인섭 한화에너지 대표 등이 참석한 가운데 ‘부생수소 연료전지 발전소’ 준공식을 개최했다.
총 사업비 2,550억원을 들여 대산산업단지 내 2만m2 (약 6,000평) 부지에 한화건설이 설치 및 시공을 맡아 건설한 부생수소 연료전지 발전소는 50MW(메가와트) 규모로 연간 40만MWh의 전력을 생산하여, 충남지역 약 16만 가구가 사용할 수 있는 규모의 전기를 공급할 예정이다. 부생수소를 활용한 세계최초, 세계최대 규모의 연료전지 발전소다.
≫ 수소 연료전지 발전은 석유화학단지의 화학공정 부산물인 수소를 추출해 산소와 전기화학 반응을 일으켜 전력을 생산하는 방식으로, 부생수소를 연료로 사용하는 초대형 연료전지 발전사업으로는 국내는 물론 세계 최초이다.
이 발전소는 연료인 수소를 인근에 위치한 한화토탈로부터 공급받는다. 석유화학공정에서 발생하는 부생수소가 지하 배관을 타고 공급되는 방식이며, 산소와 전기화학 반응을 일으켜 전력을 생산하고, 부산물로는 순수한 물만 생산된다. 기존 화력발전과 달리 발전과정에서 온실가스, 황산화물(SOx), 질소산화물(NOx) 등의 환경오염물질이 전혀 배출되지 않는 그야말로 ‘친환경’발전이다.
이날 준공식에서 정인섭 한화에너지 대표이사는 “이번 부생수소 연료전지 발전소 준공을 통해 정부가 추진하고 있는 수소경제 활성화 로드맵 구축과 지역경제 활성화에 기여하겠다”고 말했다.
≫ 수소 연료전지 발전은 석유화학단지의 화학공정 부산물인 수소를 추출해 산소와 전기화학 반응을 일으켜 전력을 생산하는 방식으로, 부생수소를 연료로 사용하는 초대형 연료전지 발전사업으로는 국내는 물론 세계 최초이다.
한화에너지는 이번 사업을 위해 지난 2018년 1월 한국동서발전, ㈜두산과 공동으로 특수목적법인인 대산그린에너지를 설립했다. 최대주주인 한화에너지는 발전소 운영을 맡고, 한국동서발전은 수소연료전지발전소에서 생산한 신재생에너지인증서(Renewable Energy Certificate, REC)를 매입하며, 두산퓨얼셀은 연료전지 공급과 유지보수를 담당한다.
이번 수소 연료전지 발전소 준공을 통해 한화에너지는 기존의 집단에너지사업, 태양광 발전사업에 더해 수소 연료전지 발전사업까지 사업영역을 확장하고, 종합에너지 전문기업으로서의 입지를 더욱 강화할 수 있게 되었다.
◎ 대산그린에너지 수소연료전지 발전사업 개요
– 사업명 : 대산 수소연료전지 발전사업
– 사업주체 : 대산그린에너지
– 지분율(%) : 한화에너지(49), 한국동서발전(35), 두산퓨얼셀(10), 재무적투자자(6)
– 위치 : 충청남도 서산시 대산읍 소재 대산산업단지 내
– 사업규모 : 수소연료전지 50MW , 투자비 약 2,550억원(자본금 510억원(20%), PF 2,040억원(80%))
– 공사기간 : 23개월
– 주요일정 : 2018.1월 – SPC 설립 및 자본금 납입
2018.2월 – 발전사업허가 취득
2018.4월 – 주요 계약 체결 및 공사계획인가
2018.7월 – 착공
2019.7월 – 최초 송/수전 및 시운전 시작
2020.6월 – 상업 생산
영상뉴스 한화에너지는 28일, 충남 서산시 대산산업단지에서 정세균 국무총리, 정승일 산업통상자원부 차관, 양승조 충남도지사, 김명선 의원, 맹정호 서산시장, 정인섭 한화에너지 대표이사 등이 참석한 가운데 ‘부생수소 연료전지 발전소’ 준공식을 개최했습니다.
정세균 국무총리는 마르지 않는 청정자원인 수소를 이용해 발전을 하는 대산그린에너지 발전소 준공은 우리나라 발전산업과 수소 경제에 새로운 역사를 세웠다며 축하 했습니다. 오늘 우리는 발전산업과 수소 경제에 새로운 역사를 세웠습니다. 부생수소를 활용해서 에너지를 만드는 상업 발전소를 우리 기술로 완성시킨 것입니다. 이것은 명실 상부한 세계 최대 세계 최초 입니다. 수소는 마르지 않는 청정 자원입니다. 어디에서나 구할 수 있고, 에너지로 바꾸는 과정에서 유해물질이 발생하지 않습니다. 오늘 준공하는 대산 수소전지연료 발전소 역시 그렇습니다.
이어서 ‘부생수소 연료전지 발전소’ 준공을 기념하는 세레머니가 이어졌습니다. 부생수소 연료전지 발전소는 총 사업비 2,550억원을 들여 대산산업단지 내 2만m2 (약 6,000평) 부지에 한화건설이 설치 및 시공을 맡아 건설했습니다. 대산그린에너지는 총 용량 50MW 규모로 연간 40만MWh의 전력을 생산해, 충남지역 약 16만 가구가 사용할 수 있는 규모의 전기를 공급할 예정인데요. 부생수소를 활용한 세계최초, 세계최대 규모의 연료전지 발전소입니다.
이 발전소는 연료인 수소는 인근에 위치한 한화토탈로부터 공급받는데요. 석유화학공정에서 발생하는 부생수소가 지하 배관을 타고 공급되는 방식이며, 산소와 전기화학 반응을 일으켜 전력을 생산하고, 부산물로는 순수한 물만 생산됩니다. 기존 화력발전과 달리 발전과정에서 온실가스, 황산화물(SOx), 질소산화물(NOx) 등의 환경오염물질이 전혀 배출되지 않는 그야말로 ‘친환경’ 발전입니다.
▶ 한화에너지 홈페이지 hec.hanwha.co.kr
탄소 중립 수소가 대안? 수소 1t 생산하느라 탄소 10t 배출한다
충남 서산시 대산읍 대산그린에너지 수소연료전지발전소. 지난 13일 발전소 4층에 올라가니 우뚝 솟은 한화토탈 석유화학 공장이 한눈에 들어왔다. 이곳 공장에선 지난 6월부터 나프타(원유를 증류할 때 나오는 정제되지 않은 가솔린) 공정에 고온의 수증기를 투입해 수소를 생산하고 있다. 바로 부생수소다. 지난 6월 가동을 시작한 대산그린에너지는 세계 최초이자 최대 규모의 부생수소 연료전지발전소다. 한화토탈이 만든 부생수소는 지하 2㎞ 배관을 통해 대산그린에너지로 공급되고, 필터링을 거쳐 연료전지 스택(전지를 적층한 장치)에서 화학반응을 거치면 전기와 물로 바뀐다. 이곳에서 부생수소로 생산하는 전기는 서산시 16만 가구가 1년간 사용할 수 있는 40만MWh(메가와트시)이다.
[갈 길 먼 수소경제시대]‘2030 NDC’ 달성 위해선 그린수소 확보해야
대산그린에너지의 부생수소를 이용한 전기 생산은 한국 수소산업의 현주소를 보여준다. 수소는 생산과정의 청정도에 따라 그린·블루·그레이 등으로 나뉜다. 천연가스를 원료로 쓰는 그레이수소는 1t 생산하는 데 이산화탄소 10t을 배출하는 실정이어서 탄소제로(0)와는 거리가 있다. 태양열·풍력 등 재생에너지로 물을 전기 분해(수전해, P2G)해 만드는 그린수소만이 생산 과정서 탄소 배출이 없다. 하지만 완전한 청정에너지로 꼽히는 그린수소는 고도의 기술이 필요해 우리는 아직 넘보지 못하는 ‘꿈의 에너지’이다.
정부가 ‘2030 국가온실가스감축목표(NDC 2030)’를 발표하면서 수소에 대한 관심이 높다. 정부의 탄소중립 방안은 2030년까지 탄소 배출을 2018년 대비 40% 줄이겠다는 게 골자다. 이에따라 현 정부가 탈원전 정책을 추진하면서 탄소 감축 목표를 달성하기 위해서는 재생에너지 비중을 확 끌어올리지 못하는 한 수소가 유일한 대안으로 꼽힌다.
韓 수소기술은 선진국의 80% 수준
NDC2030을 달성하기 위해 수소를 에너지로 사용하려면 수소의 생산·운송·저장·충전·유틸리티(차량) 등 인프라가 뒷받침돼야 한다. 하지만 한국의 수소산업은 우선 생산분야에서 대산그린에너지의 예에서 보듯 그레이 수소 생산 수준에 머물러 있다. 정부가 탄소배출 감축 시한으로 못박은 2030년까지는 우리 현실에서 그린수소 생산은 거의 불가능에 가깝다. 또 한국은 운송·저장 기술도 미국·독일·일본 등 수소 선진국에 뒤처져 있다. 그래서 산업연구원은 한국의 수소 전반에 대한 인프라 구축 수준이 선진국의 80% 정도로 분석한다. 박진남 경일대 원자력에너지융합학과 교수는 “수소의 충전과 유틸리티 분야는 우리도 선두권과 큰 차이가 없다”며 “하지만 격차가 큰 생산 기술을 고도화하려면 시간이 필요하다”고 말했다.
日·獨 등은 ‘그린수소’ 상용화 수준
미국·유럽·일본은 이미 그린 수소 생산이 상용화 단계에 접어들었다(한국에너지기술연구원). 한국과학기술기획평가원의 ‘수소생산’ 기술 동향에 따르면 전 세계에서 진행 중인 94개의 그린수소(P2G) 생산 프로젝트 중 독일이 64건으로 앞서 있고, 덴마크(13건)·영국(10건)·프랑스(8건)가 뒤를 잇는다. 일본은 10MW급 알칼라인 수전해 시스템을 개발해 20MW 태양광 발전을 연계한 1200N㎥/h(시간당 수소 부피) 규모의 그린수소 생산 프로젝트를 추진 중이다.
미국이나 일본과 달리 태양열·풍력 발전 여건이 좋지 않은 한국으로선 그린수소 개발이 쉽지 않다. 한국은 2017년부터 지난 4월까지 제주 상명풍력단지에서 실증 사업을 진행한 게 전부다. 그린수소 생산을 위해서는 태양력·풍력 같은 청정에너지원 확보가 우선돼야 하는데 한국은 이 단계부터 뒤처져 있는 것이다. 김창희 한국에너지공대 에너지공학부 교수는 “청정에너지 보급 계획을 제대로 세우지 못하면 그린 수소 기술 개발도 미진할 수 밖에 없다”며 “우리는 후발주자지만 청정에너지나 수소 분야에 전문 인력이 절대적으로 부족하다는 문제점도 안고 있다”고 말했다.
수소시대 열려면 기업·정부 머리 맞대야
이런 현실적인 제약때문에 한국은 당분간 수소를 수입해 쓸 수밖에 없다. 이때도 저장·운송 기술이 뒷받침돼야만 하지만, 한국은 물리적 수소저장(액화 수소 플랜트 등)과 화학적 수소저장(암모니아 형태 등) 기술이 미흡하다. 액화 수소 기술은 독일, 암모니아·LOHC(액상유기수소저장체) 등 저장 기술은 일본·호주·사우디 등이 앞서 있다는 평가다. 지난달 국내에서도 수소기업협의체가 출범했고 현대중공업·한화·효성 등이 저장·운송 사업에 뛰어들었지만 아직 구체적인 성과는 없다.
김재경 에너지경제연구원 연구위원은 “최근 대기업이 잇달아 수소산업 투자를 발표한 건 고무적”이라며 ” 2030 NDC를 달성하기 위해서는 당장 경제성이 없더라도 기업은 그린수소 등 ‘청정 수소’ 생산으로 가고, 정부는 청정 수소 인증제나 의무사용제 등을 보완해 그린수소 생산을 적극 뒷받침해야 한다”고 강조했다.
50MW급 세계 최대 대산 부생수소 연료전지발전소 ‘ON’
두산퓨얼셀·동서발전·한화에너지 SPC구성 투자
440kW 연료전지 114대 설치 20년간 운영·관리
▲50MW규모 충남 서산 대산그린에너지 연료전지발전소
[이투뉴스] 석유화학공정에서 발생하는 부생수소를 연료로 쓰는 세계 최초·최대 50MW급 대산 부생수소 연료전지발전소가 착공 1년 10개월만에 준공돼 본격적인 가동에 들어갔다.두산퓨얼셀과 동서발전은 28일 충남 서산시 대산그린에너지 발전소 현장에서 정세균 국무총리, 정승일 산업통상자원부 차관, 양승조 충남도지사, 맹정호 서산시장, 유수경 두산퓨얼셀 대표, 정인섭 한화에너지 대표 등이 참석한 가운데 대산 연료전지발전소 준공식을 가졌다.
이 발전소는 두산퓨얼셀이 공급한 440kW급 연료전지 114대를 사용했다. 폭 2.5m, 길이 8.3m, 높이 3.0m 컨테이너 형태 연료전지를 3층으로 적층해 부지면적을 최소화했다.
동서발전, 한화에너지, 두산이 공동출자한 대산그린에너지가 공사비 2340억원을 투자했다. 부생수소를 연료로 사용하는 세계 최초이자 최대 규모의 연료전지발전소다. 두산은 향후 20년간 연료전지에 대한 유지보수(LTSA)도 담당하게 된다.
부생수소 연료전지는 석유화학공정에서 부산물로 발생하는 부생수소를 연료로 활용해 산소와 전기화학 반응을 일으켜 전기와 열을 생산하는 고효율 발전시스템이다. 온실가스 등 대기오염물질이 전혀 발생하지 않는 친환경 발전이다.
연료전지는 태양광, 풍력 등 다른 신재생에너지에 비해 안정적으로 전력생산이 가능하며 설치 면적당 발전량이 많다. 하지만 발전량 조절이 어렵고 스택 수명관리와 유지보수비용이 높은 것은 단점이다.
앞서 두산퓨얼셀과 한화에너지, 동서발전은 2018년 1월 대산그린에너지를 설립하고 같은해 8월 발전소 착공에 들어가 올해 6월부터 상업운전을 시작했다. 충남 지역 약 16만 가구가 사용할 수 있는 연간 40만MWh 규모의 전력을 생산한다.
유수경 두산퓨얼셀 대표는 “대산 수소연료전지발전소의 성공적인 준공은 우리나라가 세계 연료전지 시장에서 기술경쟁 우위를 확보하는 중요한 기점이 될 것으로 기대한다”면서 “두산퓨얼셀은 수소경제 활성화에 맞춰 현재 98% 수준인 연료전지 국산화율의 100% 달성과 생산량 확대를 위해 노력하고, 협력사와의 동반성장을 통한 산업 생태계 조성에 힘쓰겠다”고 말했다.
두산퓨얼셀은 2017년 5월 전북 익산에 연료전지 생산공장을 구축했다. 이곳에서 440kW 연료전지 연간 168대(74MW)를 생산할 수 있다. 현재까지 433.86MW에 해당하는 987대의 연료전지를 국내에 공급했다.
이상복 기자 [email protected]
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