[가스신문 = 양인범 기자]  수소연료전지는 수소와 산소의 화학반응으로 발생하는 화학에너지를 직접 전기에너지로 변환시키는 소규모 발전장치로 내부에 다른 기계 장치 없이 전기와 열을 생산할 수 있다.

연료전지는 에너지 변환 효율이 높고 오염물질 배출이 거의 없어 미국, 일본, 유럽 등 선진국에서는 기술개발과 더불어 시장 활성화를 위한 시범 보급사업이 활발하게 이뤄지고 있다.

연료전지는 발전용과 건물용, 가정용으로 나뉘는데 상가, 아파트, 주상복합 등의 건물에 설치하는 제품은 건물용 연료전지다. 전기효율 35%, 열효율 50%로 총 효율이 85% 이상인 고효율 에너지 시스템인데, 건물용은 저온에서 작동되는 고분자전해질(PEMFC)방식이 주로 쓰이며 출력은 1kW~10kW 범위 제품이 보급되고 있다.

본지에서는 이번 특집에서 국내 건물용 연료전지 시공관련법규와 시공사례, 시공 전문기업에 대해 소개하고자 한다.

투입 압력 1MPa 기준으로 적용 법규 달라

고정형 연료전지는 수소법 시행 이전에는 가스소비량 232.6kW(20만kcal/h)이하의 제품에 한하여 액화석유가스사업법에 의해 검사가 이뤄졌다. 가스소비량 232.6kW 초과의 연료전지는 전기사업법에 의해서 관리가 되고 있다.

2022년 2월 5일 수소법이 시행되면서, 도시가스 및 LPG뿐만 아니라 수소, 메탄올 등 연료전지에 적용되는 모든 연료가 적용대상이 되었다.

시설 기준은 현재 LPG 사용 연료전지는 액법 시설 기준인 용기를 사용하는 KGS FU432, 저장탱크를 이용하는 KGS FU433으로 구분되고, 도시가스를 사용하는 경우는 도시가스사업법의 시설 기준인 KGS FU551이 적용된다.

고정형 연료전지는 크게 1MPa 압력을 기준으로 고압가스안전관리법과 수소경제 육성 및 안전관리에 관한 법(수소법)으로 나눠서 적용하고 있다.

제품에 사용하고자 하는 수소가 1MPa 이상의 압력으로 투입하게 되면, 고압가스법에 따라서 관리하고, 미만이면 수소법으로 관리한다는 뜻이다.

고압으로 분류되는 연료전지는 고법 제16조에 따라 신고관청의 중간검사를 받고, 이후 고법 제20조 4항과 5항에 따라 완성검사와 정기검사를 받아야 한다.

저압으로 분류되는 제품은 수소법 제47조에 따라 완성검사와 정기검사를 받아야 한다. 정기검사는 완성검사 증명서를 받은 날로부터 1년이 되는 날의 전후 30일 내에 받아야 한다. 다만, 백화점, 철도역사, 복합쇼핑몰, 휴게소, 청소년수련시설 등의 다중이용시설은 6개월 마다 받는다.

도시가스시설 설치기준 따라 시공

연료전지는 처음 설치하기 위한 반입부터 많은 주의가 필요하다. 충격과 파손을 방지하기 위해 무진동 차량으로 운반하는 것이 좋다. 또, 연료전지는 생산시 많은 열이 발생하는데, 이 배열을 급탕탱크에 저장해 물을 가열하는데 쓰인다.

한 예로 전기 6kW 정격용량의 연료전지 운전시 대당 7,200kcal/h(8.37kW)의 열이 발생한다. 연료전지가 총 15대, 온수 가열 온도차를 40℃라고 가정하면 온수 유량 및 가열 시간은 다음과 같이 산출된다.

급탕탱크 온수 온도가 40℃ 이상이면 온수는 사용처로 공급되어 사용할 수 있다.

연료전지 시스템은 안정적인 운전을 위해 내부 스택의 온도가 설정값 이상이 되지 않도록 냉각 시스템이 필요하다. 또한 배열을 활용하여 온수를 생성하므로 온수를 가열하는 열교환 시스템이 필요하다.

연료를 공급하기 위한 가스배관 공사는 도시가스 시공사업자를 통해 해야 하며, 배관 공사 검사 후 시공표지판과 보험가입확인서를 작성해야 한다.

연료전지 제품은 연료전지실에 배치해야 하는데, 이 공간은 가스가 거실로 들어가지 않는 구조로서 설치공간과 거실 사이의 경계벽은 출입구를 제외하고는 내화구조의 벽으로 한다. 다만, 밀폐식 연료전지인 경우와 옥외에 설치하는 경우에는 예외가 된다.

순수한 수소를 연료로 투입하면 물만 생성되지만, 천연가스 개질기를 사용하는 연료전지 제품은 연소 조건에 따라서 배기가스가 생성될 수 있다. 이 때, 생성되는 배기가스는 CO₂, 질소 등이 대부분이며 아주 극미한 CO가 발생할 수 있다.

이 때문에 연료전지는 지하실 또는 반지하실에 설치하지 않는다. 다만, 밀폐식 연료전지 또는 급배기 시설을 갖춘 연료전지실에 설치된 반밀폐식 연료전지는 지하 또는 반지하에도 설치할 수 있다.

KGS FU551 도시가스 사용시설의 검사 기준서 중 2.7.2 연료전지 설치(2017년 9월 29일 개정)와 2.7.2.4 밀폐식을 참고해 이상이 없도록 시공한다. <그림>은 올바른 연료전지 배기통 시공 그림이다.

설치가 완료되면 시운전을 통해 정상 운전을 확인한다. 이 때 △사용가스 종류 및 밸브 △급수상태 및 밸브 △가스배관 및 수배관 누설 △전기 누전상태 △가스경보기 및 차단기 정상작동 △급배기 연도 설치상태 및 누수를 확인해야 한다.

시공분야 수소전문기업 4곳 지정

정부는 수소법을 제정하면서, 수소전문기업 지정을 통해 기업들의 수소사업 참여를 촉진하고 있다. 수소 전문기업 확인 요건은 총 매출액 기준으로 수소사업 매출액 비중이 일정 수준 이상인 기업을 뜻한다.

지난해 12월 30일 기준 수소연료전지 전문기업 가운데 시공 전문기업으로 선정된 기업은 ㈜안파트너스, ㈜엘케이에너지, ㈜세양이엔지, 이스퀘어이앤씨가 있다. 이 가운데, 이스퀘어이앤씨는 현재 연료전지 납품에 더 주력하고 있다.

이들 기업들은 연료전지 판매와 시공을 같이 하고 있지만, 전체 매출에서 시공 사업이 많은 비중을 차지한다고 보긴 힘들다. 한 기업은 전체 매출의 약 30%를 수소연료전지 사업이 차지하지만, 그 가운데 시공 수익은 10% 내외라고 밝혔다.

또한, 4곳의 기업들은 각각 전문영역이 조금씩 다르다고 할 수 있다.

먼저 안파트너스는 건축 CM·설계·시공에 이르는 일괄 턴키업무와 외부 환경디자인, 녹색건축에 대한 통합 컨설팅을 주력으로 한다.

세양이엔지는 공조냉동설비 기술력을 바탕으로 출발했기에 시스템에어컨, EHP, GHP, 공조시스템 등에 대한 납품 및 공사와 냉매배관, 매립배관 공사를 함께 하고 있다.

반면 이스퀘어이앤씨와 엘케이에너지는 연료전지 시공과 납품에 특화된 기업들이다.

이 기업들은 세양이엔지를 제외하면, 대부분의 기업들이 설립된지 10년이 채 안되는데, 이는 연료전지 사업이 아직 국내에서 성장기에 있다는 것을 보여준다.

현재 우리나라는 신재생에너지의 보급과 활성화를 위해 공공기관이 신·증·개축하는 연면적 1,000㎡ 이상 건축물은 <표3>과 같이 신재생에너지 설치의무화 공급 비율을 시행하고 있다. 민간건축물에 대한 공급 비율도 점차 늘어나고 있다.

이와 같이 신재생에너지 공급 비율이 해마다 증가함에 따라 설치 공간이 작고, 설치가 용이한 연료전지 보급은 향후 크게 증가할 것으로 전망된다.

한 연료전지 시공전문 업체 관계자는 “연료전지 시공으로 얻는 수익은 판매 수익의 10% 규모로 크다고 할 수는 없다”며 “다만, 향후 건물용 제품의 수요가 늘어나면서 전문 시공사만의 장점이 커질 것으로 예상한다”고 밝혔다.