우리나라도 지난 수십여 년 간 정부의 연구개발지원사업과 국내 기업들이 기술개발을 위해 부단히 노력하고 있다. 비록 과거 일부 대기업들이 고체산화물연료전지(SOFC) 기술개발에 집중하는 듯하였으나, 현재는 일부 중소·중견기업들만이 그 명맥을 이어가고 있다.
그간 연구개발에 국고와 기업의 자금이 투자됐음에도 여전히 국내 에너지시장에서는 ▲가격경쟁력 확보 부족 ▲내구·신뢰성 부족 등을 이유로 “국내 SOFC시스템은 아직 상용단계가 아니다”라는 다소 불편한 시각이 존재한다.
그러나 최근 1~2년 사이 ‘한국가스안전공사 가스용 연료전지 제조의 시설·기술·검사 기준(이하 KGS AB934)’에 합격한 기업 있으며, 또 준비하고 있는 기업도 있다. 더욱이 정부가 내년까지 SOFC부문에 대한 KS인증을 마련하겠다고 밝힌데 이어, 최근 서울시에서도 건물용 연료전지시장에 SOFC설비가 설치되도록 보정계수 산정 작업도 한창이다. 이에 발맞춰 SOFC제조사들은 내부·외부실증도 진행 중에 있어, 국내 시장에 국산 SOFC시스템 공급을 예고하고 있다.
STX중공업㈜, 1㎾급 시스템 ‘encube’ 출격 준비
핵심부품 국산화 성공, 국내 첫 녹색기술인증 획득
올해 실증·보급사업 참여, 시장 진출 교두보 마련
회사의 미래 신성장 동력원으로 SOFC를 채택, 기술·개발에 매진한 STX중공업(대표이사 사장 주원태)은 1㎾급 SOFC 시스템 ‘엔큐브(encube)’의 상용화로 국내 에너지시장 진입에 박차를 가하고 있다.
STX중공업은 지난 2010년 1㎾급 SOFC시스템 개발에 착수, 10여 년간 회사의 신사업 성장과 국내 SOFC시스템 상용화라는 두 마리 토끼를 잡기 위해 지속적인 기술·개발 투자를 단행해왔다.
그 결과 연료전지 핵심부품인 스택, 개질기, 고온열교환기, 전력변환기 등 주요부품에 대해 약 90% 국산화를 달성했으며, 현재까지 4000시간 이상의 시스템 운전 누적 데이터 및 종합 효율 90%이상을 확보했다. 이와 같은 성과를 보인 STX중공업은 최소 8000시간 이상의 내구성 확보 및 종합효율 90%(발전·열효율 각45%) 이상의 안정적 성능을 목표로 지속적인 기술개발에 몰두하고 있다.
뿐만 아니라 STX중공업은 SOFC 기술 상용화 및 보급 확산을 위한 노력에도 박차를 가하고 있다. 2017년 1월 연료전지 제조허가를 시작으로, 지난해 2월 국내 최초 SOFC시스템에 대한 KGS AB934를 합격했으며, 같은 해 7월 SOFC 시스템 기술에 대한 산업부의 녹색기술인증도 최초 취득했다.
무엇보다 국내 에너지시장에서 SOFC시스템을 공급하기 위한 전초사업으로 STX중공업은 지난해 10월 에너지기술개발사업 ‘㎾급 건물용 고체산화물연료전지 실용화 기술 개발’ 사업의 주관기관으로 선정, 총 48개월간 내·외부 실증을 통해 1㎾급 시스템의 신뢰성과 안전성 확보 및 사업화 가속에 나선다.
2차년도 현재 사업장에 총 7대의 시스템을 설치 후 내부 실증 운전 중에 있으며, 내년부터 업무 협약된 대구·경북지역 공공기관 등을 시작으로 외부 실증을 진행할 예정이다. 해당 실증을 통해 다양한 환경 운전 데이터를 통해 지속적인 제품 안정화를 실시하며, 단계적으로 지역과 대상을 확대하여 지역 거점 및 수소시티 연계 등 다양한 형태의 실증을 계획하고 있다.
또한 한국에너지공단 사업 최초로 SOFC 설치 사례인 2019년 건물지원사업 시범 참여기업으로 선정, 경일대학교(경북)에 1㎾급 설비 2대를 연말까지 설치한다.
이동원 연구소장은 “에너지 전환 시대를 맞아 정부에서도 수소사회 구현을 천명하며 산업 활성화를 위해 수소기술 로드맵을 만들고 있고, 다양한 형태의 지원 사업도 확대하고 있는 등 연료전지 산업계에게 매우 중요한 시점”이라며 “당사 및 연료전지 산업계의 성장을 위해 더욱 신뢰성 있고, 소비자에게 다가갈 수 있는 제품을 만들도록 노력하겠다”고 밝혔다.
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㈜미코, 일관 제조공장 준공…8㎾설비 출시 임박
셀, 스택 등 전주기 대한 원스톱 생산체계 구축
2㎾급 내·외부 실증 마쳐 2020년 8㎾급 개발 완료
반도체 사업으로 축적된 노하우를 토대로 SOFC사업을 추진하고 있는 ㈜미코(회장 전선규)는 그간 국책과제와 자체기술개발 투자를 통해 셀과 스택, 시스템에 대한 자체기술력을 확보했다.
지난 20여 년간 기술개발에 매진한 미코는 SOFC 단전지 제조기술과 스택 제조기술(상표명 큐브파워)을 확보했고, 이를 결집시켜 2㎾급 SOFC시스템 ‘투시(TUCY)’를 출시 했다. 특히 KGS AB934에 합격 미코의 2㎾급 SOFC시스템은 51.3%의 발전효율을 보여 공식적인 국내 최고 효율을 입증했다.
또한 자체기술로 확보한 소재·부품부터 시스템까지 전주기에 대해 최근 원스톱 제조공장도 건설, 준공했다. 국내 사상 최대규모로 건설된 이번 제조공장에서는 셀, 스택에 대한 기초공정부터 시스템까지 모두 생산되며, 현재 연간 1㎿규모의 생산규모를 향후 10㎿규모로 생산규모를 증설할 수 있도록 설계됐다.
미코는 현재 2대 이상의 2㎾급 설비를 통해 약 1년 동안 내부실증으로 상용화에 준하는 내구성을 확보했다. 또한 현재 셀과 스택부문의 국산화율은 90%를 실현했으며, 시스템은 75% 이상을 달성했다. 미코 측은 지속적인 연구개발을 통해 셀·스택·시스템에 대한 국산화율을 높이겠다는 계획이다.
미코는 2㎾급 설비에 대해 최근 정부 실증과제사업에 참여기관으로 선정됨에 따라 UNIST 과일집과 서울시 물연구원에 각각 1대를 설치해 상업운전에 돌입했다. 또한 부안군 옛관사 에너지타운에도 설치, 운영 중인 족욕 시설에 전기·열을 공급 중이다.
뿐만 아니라 자회사인 코미코에서 구매한 2㎾급 시스템 1대와 STX중공업과 한국에너지공단 건물지원사업 시범참여기업으로 선정됨에 따라 추가 1대를 코미코 복지동에 설치, 상업운전 중이다. 현재 코미코 복지동에 설치된 총 2대의 SOFC시스템은 생산된 전기와 열을 구내식당 및 기숙사에 전량 공급하고 있다.
특히 미코는 내년 2㎾급 SOFC시스템 KS인증 획득 준비는 물론 8㎾규모의 SOFC시스템 상용화에 만전을 기하고 있다.
제조공장 내에는 8㎾급 SOFC시스템이 프로토타입으로 개발이 완료됐다. 현재 국내 시장에 출시하기 위한 신뢰성 및 내구성 확보를 위한 막바지 작업이 진행 중이다.
나아가 건물용 시장을 겨냥한 2·8㎾ SOFC시스템 외에도 2021년 발전시장 진입을 위한 50㎾급 설비의 연구개발을 진행하고 있다.
미코 하태형 부회장은 “연료전지발전은 기후환경 개선 및 에너지자립도를 높일 수 있는 실질적인 분산발전원이며, 특히 SOFC는 높은 효율성과 연료의 다양성의 장점으로 미국과 일본 등 선진국에서 각광받고 있다”면서 “미코도 SOFC가 국내 에너지시장에서 분산발전으로 순기능 역할을 할 수 있도록 국민수용성에 적극 대응하고 발전효율 향상을 위해 노력하는 한편, 내년 8㎾급 시스템이 상용화될 수 있도록 신뢰성과 내구성을 위한 안정성 확보에 최선을 다할 것”이라고 말했다.
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에이치앤파워㈜, 3㎾급 상용화 만전…150㎾급 R&D 추진
내년 1분기 KGS 인증 목표, 생산설비 증설 계획
건물·발전시장 진입 위한 설비용량 확대
연료전지 개질기 전문기업에서 SOFC시스템 제조까지 사업영역을 확대한 에이치앤파워㈜(대표 강인용)는 최근 한국전력연구원과의 공동과제를 통해 개발한 3㎾급 SOFC시스템 ‘에너블록(ENERBLOCK)’ 상용화에 만전을 기하고 있다.
또한 해당 개발과제에서 출원된 특허의 기술이전을 완료함으로써 사업화를 위한 준비를 마쳤고 시스템의 최적설계 및 개발에도 박차를 가하고 있는 상황이다.
특히 에이치앤파워는 3㎾급 설비를 단독모듈뿐만 아니라 복수모듈로도 설계해 다양한 건물의 에너지소비량에 대응할 수 있도록 개발했다. 더불어 시스템을 적층할 수 있는 박스형식으로 설계해, 공간 활용도 극대화 및 안정적인 설치도 가능케 했다.
회사 측에 따르면 개발된 3㎾급 설비는 현재까지 최소 누적 3000시간 이상의 운전시간을 확보했으며, 45%의 전기효율 등 종합효율은 90%를 보이고 있다. 또한 3㎾급 시스템 전체에 대한 국산화율은 71%로 현재 국산화가 부족한 부분에 대해서는 지속적인 국산화 제고를 위한 연구개발을 진행하고 있다.
또한 현재, 상용화를 위해 에이치앤파워 본사와 한국전력연구원에 내부실증 목적으로 3㎾급 시스템 5대가 설치되어 있으며, 내년에는 6㎾급 시스템 2대를 포함해 총 6대가 설치될 예정이다. 또한 외부실증을 진행하기 위해 지역에너지공급사 등 수요처와 협의 중에 있으며, 지자체 사업 등에도 보급될 수 있도록 실증프로그램도 기획하고 있다. 이에 에이치앤파워는 국내 에너지시장에 3㎾급 설비를 공급하기 위해 내년 1분기 내 인증 획득을 목표로, 현재 KGS AB934를 진행하고 있다.
이와 함께 에이치앤파워는 150㎾급 SOFC시스템 기술개발에도 나선다. 올해부터 국책과제로 진행되는 ‘발전용 확장가능 고효율 모듈형 SOFC시스템 개발과제’에 주관기관으로 선정되면서, 2022년까지 150㎾규모로 시스템을 개발할 예정이다. 특히 이 과제는 3㎾급 시스템을 기반으로, 우선 10·20㎾규모로 발전용량을 확대한다. 이후 과제 4차년도에 150㎾규모로 시스템 용량을 확장시켜, 실증사업을 진행한다는 방침이다.
강인용 에이치앤파워 대표는 “2020년 상반기를 목표로 현재 대전에 연간 3㎿ 규모의 SOFC 시스템 생산설비를 구축하고 있으며 핫·콜드박스 생산라인을 각각 구성해 본격적으로 국내 연료전지 시장진입을 준비할 계획”이라며 “또한 중장기적으로 100㎾급 발전용 SOFC 시스템을 개발해 2025년까지 100㎿급 이상 규모로 확장해나갈 계획”이라고 말했다.