[투데이에너지]
시기별 목표지향적 수소연료전지 로드맵이 발표됐다. 세단형 수소연료전지차 출시 한 달만에 1,500대가 계약됐다. 이를 확인시키듯 2015년 수소충전소 100개소를 구축하겠다고 한다. 이 뿐만 아니다. 판매 5년만에 에너팜(ENE-FARM,가정용연료전지시스템 통합브랜드)이 10만대를 돌파했다.
이웃나라 일본의 연료전지산업 현황이다. 수소이용의 첨병역할을 하는 연료전지산업이 활기를 띠는 형국이나 이를 바라보는 우리상황은 그리 녹록치 않다. 움추려 모습을 찾기 어렵던 과거 몇 년 전과는 달리 규모 있는 성장을 이뤄가고 있지만 여전히 미흡하다는 평가다. 시장 형성 과정에서 중요한 정부와 업계의 눈높이를 맞춰 같은 방향의 연속된 움직임이 일어나기를 기대해 본다. /편집자 주
◆ 연재순서
1. 연료전지산업 동향
2. 연료전지 보급 및 정책
3. 일본 연료전지시장
4. 주택·건물용 연료전지
5. 발전용 연료전지
6. 수소연료전지차
7. 백업전원용 연료전지
8. 재생에너지와의 결합
9. 분산형 연료전지
10.연료전지 표준화
11.국내 KEY 플레이어
12.글로벌 KEY 플레이어
13.연료전지 R&D 현장
14.연료전지PD에게 듣는다
15.활성화 방안
에너지자립 꿈꾸는 그린아일랜드, 보급사업 기대
태양광·풍력 +수전해 +연료전지의 결합-도서지역 전력공급 최적 모델
이를 위해서는 발전운용을 위한 통합관리가 요구된다. 통합 관리될 때 에너지효율 역시 높일 수 있다. 통합시스텡은 생산과 관리, 사용을 위해 반드시 필요한 시스템이라 하겠다.
■ 하이브리드 그린홈시스템
2011년 상용화를 완료하고 3년간 실증까지 마친 하이브리드 그린홈 시스템을 소개한다. 이 시스테은 이엠코리아가 개발부터 모든 과정을 담당해 완성한 시스템으로 태양광 발전에서 얻어진 전기를 주택에 공급하고 남는 전기는 수전해장치 구동에 쓰인다.
재생에너지로부터 얻어진 전기로 수전해해 수소와 산소를 제조하는 것이다. 생산된 수소와 산소는 저장한 후 야간이나 일조량이 부족할 때 연료전지시스템으로 보내져 전기를 생산하게 된다.
다시 말해 전기를 생산하는 전과정에서 탄소배출이 일어나지 않는다. 또 1차 에너지원이 부족할 때도 저장된 수소를 이용해 다시 전기를 생산할 수 있어 단순한 에너지저장과도 다른 개념이다. 완벽한 친환경 자립에너지시스템인 것이다.
그린홈시스템은 태양광발전과 수전해시스템을 제어하고 연료전지의 전력생산을 통합적으로 모니터링해 구동, 제어한다. 모든 과정이 통합시스템으로 관리된다. 각 개별 요소기술의 시스템은 주거환경에 적합하도록 내구성과 안전성까지 담보했다.
주요 장치로는 태양광발전, 통합전원분배시스템(IPD), 수소제조장치, 압축·저장시스템, 연료전지시스템이 있다. 통합전원분배시스템은 전력공급시스템부터 구성시스템의 운전 및 정지, 상태 감시, 각종 데이터의 수집 등 제어시스템을 총괄하는 중앙제어시스템으로 구성된다.
수소제조장치는 물을 전기분해해 99.9% 이상의 고순도 수소·산소를 발생시킨다. 발생된 수소·산소는 100bar로 압축·저장돼 필요시 연료전지에 공급된다. 연료전지시스템은 1kW급의 전력과 온수를 생산할 수 있다.
하이브리드 그린홈시스템은 500시간 이상의 실증으로 운전능력을 확보했다. 그린홈을 구성하는 모든 개별요소에 대한 운전 결과와 통합 모니터링시스템으로부터 종합적인 부하량의 분산, 제어에 관한 운전 데이터를 얻음으로써 즉시 적용할 수 있는 기반을 마련한 셈이다.
이는 국내 최초의 에너지 순환형시스템으로 하이브리드 그린홈의 기술 축적을 바탕으로 그린 빌리지, 그린시티, 그린 아일랜드 등을 구축할 수 있는 토대가 마련됐다는 점에서 매우 의미가 크다 할 것이다.
■신재생에너지를 이용한 도서지역 발전 현황
국내 도서별 신재생에너지를 적용한 발전 현황을 보면 대표적으로 이어도, 죽도, 불모도를 예를 들수 있다. 이어도는 태양광과 풍력, 납 배터리를 이용한다. 죽도는 태양광, 풍력 및 Ni-MH 배터리가 사용되며 불모도는 태양광, 풍력, Ni-Cd 배터리를 이용하고 있다.
전력소비량이 적은 소규모 도서지역에 간헐성이 큰 단일 신재생에너지 적용은 내륙에 비해 어려움이 있다. 이어도, 죽도, 불모도 역시 신재생에너지를 적용했지만 여러 가지 문제로 현재는 디젤발전기를 이용해 전기를 생산한다. 결국 재생에너지 설비를 갖추고도 안정적인 전력생산이 어려워 화석연료를 사용하고 있는 것.
디젤발전기를 통한 발전은 연료(디젤)의 단가상승에 따라 전력 공급 비용이 과다하고 온실가스 및 SOx, NOx 등을 배출해 환경문제를 야기시킨다.
국내 도서지역의 디젤발전기를 활용한 전력공급 단가는 최저인 울릉도 347원/kWh에서 독거도 6,520원/kWh까지 지역에 따라 최대 20배의 편차를 보이고 있다.
또한 운영 결손액이 지속적으로 증가해 2005년 대비 2010년 운영 결손액이 무려 36% 증가하는 등 여러가지 문제점들을 나타내고 있는 실정이다.(그림3 참조)
이러한 도서지역에 단일 신재생에너지를 적용할 경우 전력 공급이 지속적으로 유지돼야 한다는 점에서 충분한 에너지저장시스템의 사용이 필수적이다.
■연료 독립형 하이브리드 그린빌리지를 통한 그린아일랜드
이 같은 어려움을 극복할 대안모델을 소개한다. 연료 독립형 하이브리드 그린빌리지는 연료 운송 및 보충으로부터 자유로운 연료 독립형 하이브리드 그린아일랜드시스템으로 경제적인 전력 공급을 목적으로 한다.
연료비 및 에너지저장에 자유로운 친환경 마이크로그리드와 태양전지 및 연료전지발전에 필요한 수소제조장치, 연료전지시스템의 하이브리드화를 추구한 신개념 분산전원 공급 그린빌리지시스템이다.
▲기술특징
그린 아일랜드시스템은 전력공급 뿐만이 아니라 열공급까지 가능한 신재생 열병합발전시스템이라는 특징을 지닌다. 열 활용 방식에 따라 난방비의 추가절감이 가능하고 연료의 장기간 저장(수소)이 용이하다. 또 잉여전력을 인근 도서지역으로 재판매해 부가가치를 창출 할 수도 있다. 모듈화가 쉬우며 설비용량 증설 역시 용이하다는 특징을 지닌다.
이러한 시스템은 100% 신재생에너지 발전시스템으로 구성돼 유해물질 배출이 없고 전력 수요지 인근에 설치가 가능해 송전 손실을 최소화 할 수 있다는 장점을 지닌다.
▲경제성
기존 디젤발전기대비 연료 독립형 그린 아일랜드의 경제성을 살펴보면 효과가 뚜렷한 것을 알 수 있다. 연간 전력 사용량 약 446kWh의 매물도를 기준으로 10년간 경제성을 비교해봤다.
우선 설비비용은 기존 신재생에너지 발전시스템에 비해 낮다. 연료비도 제로(0)다. 태양광 및 풍력발전을 이용해 수소제조장치를 가동하고 연료전지를 통해 도서에 전력을 공급하기에 가능한 결과다. 발전단가 역시 타 발전시스템에 비해 2배 이상 절감될 수 있음을 확인할 수 있었다.(표1 참조)
설비비용 중 신재생 전원의 경우 전력변환기, 전력저장장치(ESS) 및 통합전력제어기 비용이 포함되었고 태양광의 구조물, 전기, 토목공사, 유틸리티 구축비용은 제외했다. 디젤발전기는 설치 후 10년간 연료비 및 운영비를 예상해 반영했다. 
▲결론
최근 도서지역을 대상으로 에너지저장장치(ESS) 활용에 대한 언급이 주목받고 있다. 1차적으로 재생에너지로부터 전력을 생산하고 불안정한 전력생산 및 공급 시에는 ESS를 활용한다는 것이다.
물론 이 시스템도 화석연료를 대신해 환경을 보호하고 안정적인 전력공급을 위해서는 권장할 방법이다. 그러나 그린아일랜드시스템은 언급된 ESS를 접목한 시스템의 장점은 모두 지니면서 경제성 역시 탁월하다. 배터리의 방전 등으로 효율이 떨어지는 걱정도 덜 수 있다. 그린아일랜드시스템은 100% 에너지자립이 가능한 대체시스템이다.
그린아일랜드시스템은 국내 최초로 원천기술과 실증데이터 모두를 확보하고 있다. 이 같은 과정을 통해 연료독립형 하이브리드형인 그린아일랜드시스템은 새로운 에너지시스템을 제안하고 있다.
국내 도서지역에 태양광, 풍력 등의 단일 신재생에너지를 적용할 경우 전력품질 유지를 위한 저장장치의 역할은 필수적이다. 대용량 에너지의 저장과 재생산이 가능한 그린아일랜드시스템은 전력 수급이 원활하지 못하는 도서산간에 에너지자립을 실현시킬 수 있는 최적의 대안이다.
그린빌리지, 그린 아일랜드 보급사업이 정부와 공공기관의 주도로 확대돼야 하는 이유다.
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