정책

연료전지 보급 : 고효율 분산형 에너지 시스템, 연료전지

등록일 2015-06-17 분류 환경 글쓴이 scaadmin
작성자
서울시청
작성일
2015-06-17
최종수정일
2018-03-21

개요

‘연료전지’는 수소와 산소의 전기화학 반응 시 발생하는 전기를 활용하는 방식으로, 석탄 등 화석연료를 이용하는 터빈발전 방식에 비해 에너지 효율이 높고, 운영에 따른 소음이 없으며, 유해가스 배출이 1% 이하인 청정 고효율 발전 시설이다. 또한 설치 면적이 크지 않아 서울 등 대도시 지역에 가장 적합한 신재생에너지로 평가받고 있다. 발전용량에 따라 가정용(가구별), 건물(중소형건물), 발전용(대형건물,아파트단지 등) 다양함.

특   징

  •     - 에너지 변환 최소화에 따른 고효율
  •     - 기계적 구동장치 미작동에 따른 저소음, 고온 연소과정 생략으로 저공해
  •     - 도시가스, 매립가스, 석유, LPG 등 연료의 다양화
  •     - 화학반응 중 발생한 열을 활용한 열병합 병행


<그림출처: 서울시 보도자료(http://spp.seoul.go.kr/main/news/news_report.jsp#view/213980?tr_code=snews)>

발전 시설 대기오염도를 비교한 그래프이다

 

연료전지 기술 개발과 보급

연료전지 기술 개발을 위한 투자

우리나라는 1985년에 일본에서 5.9kW 인산 연료전지 본체를 수입해 성능을 실험한 것을 시작으로, 1987년부터 6년 계획 국책연구사업으로 2kW급 인산형 연료전지발전기 개발, 1996년부터 고분자 연료전지 연구 시작, 2001년 가정용 5kW급 고분자 연료전지 스택과 시스템 개발 등 연료전지 기술개발을 위해 많은 투자를 해왔다.

 

연료전지 보급 기반 마련

더욱 작고 성능이 향상된 1~3kW급 열병합 고분자 연료전지 시스템을 민간에서 개발한 2002년 이후 자동차용, 가정용, 발전용, 소형 이동전원용 등 다양한 분야에 대한 기술 개발이 추진되어 보급 기반을 조성하는 초기 시장이 형성되었다.

이후 정부는 2008년 대한민국 건국 60주년 기념식에서 ‘그린홈 100만 호 프로젝트 전개’를 발표해 집집마다 신재생에너지 사용을 목표로 했다. 그 결과 2009년 기준 1만9,224호의 가정집에서 연료전지를 포함한 신재생에너지 설비를 통해 1만 157TOE의 에너지를 생산했다.

 

연료전지 보급 확대

국내 발전용 연료전지의 경우 2006년부터 2011년까지 발전차액지원제도(FIT) 시행, 2012년부터 신재생에너지의무할당제도(RPS) 시행에 따라 보급이 확대되었으며, 전국적인 발전용 연료전지 보급 현황은 2014년 말 기준으로 총 22개소, 발전용량은 154MW에 이른다.

 

정책실행: 연료전지 보급에 앞장선 서울시

서울시의 신재생에너지 발전 목표

서울시는 전 지구적인 기후변화에 적극적으로 대응하기 위해 에너지 정책의 기본 방향을 에너지 절약과 이용 효율화, 신재생에너지 확대, 기후 변화 적극 대응으로 삼고, 2007년 4월 ‘서울 친환경 에너지 선언’을 선포했다. ‘서울 친환경에너지 선언’은 신재생에너지 이용률을 2010년 2%, 2020년까지 10%, 2030년까지 20%까지 공급하는 것을 목표로 하며, 연료전지발전 시설 보급 목표는 700MW로 계획했다.

서울시는 연료전지 설치로 2020년까지 약 42만여 가구가 쓸 수 있는 신재생에너지 발전을 목표로 한다. 이를 위해 서울시에서는 2014년 8월, 원전하나 줄이기 2단계 사업으로 ‘에너지 살림도시, 서울’ 종합계획을 수립하고 2018년까지 분산형 전력공급시설인 연료전지 발전시설 195MW를 보급하기로 발표했다.

고덕그린에너지 운영에 이어 노을그린에너지, 서남물재생센터 연료전지 사업이 단계적으로 추진되어 발전 시설이 준공되면 서울 시내에 총 75MW급 분산형 연료전지 전력공급시설이 설치된다. 이로써 연료전지발전 시설을 통한 서울시 전력 자립률은 0.7%에서 1.2%로 약 2배가량 늘어난다. 이로써 연간 약 16만 세대에 공급할 수 있는 590GWh의 전력을 생산하고, 약 3만 세대에 공급 가능한 열원 30만Gcal를 매년 생산할 수 있다.

앞으로도 서울시 관내 집단에너지 공급관로 주변과 에너지 다소비 건물 등을 대상으로 연료전지발전 시설 보급 잠재량 조사와 함께 사업개발 방향을 분석하는 연구용역 등을 통해 연료전지발전 시설 보급 기반을 확대하고 장기적인 로드맵 작성에 필요한 자료를 확보해나갈 계획이다.

 

서울의 신재생에너지 생산량 증대

서울시는 연료전지 보급 확대를 위해 2009년 12월 노원구 상계동에 2.4MW, 2010년 11월 마포구 상암동에 2.4MW, 2012년 2월에 광진구 능동 어린이대공원에 100kW 연료전지발전 시설을 건설했다. 또한 2013년 7월부터 전국 최초로 ‘신재생에너지 시설의 에너지 생산량 산정 지침’을 제정해 연면적 500m2 이상 주택이나 건물 신축시 지열, 태양광과 함께 다양한 연료전지발전 시설을 설치할 수 있도록 제도적 기반을 마련했다.

 

민간자본 유치를 통한 연료전지 설치

2012년 4월부터 원전하나줄이기 사업의 일환으로 신재생에너지 공급의무화제도(RPS)를 이용해 집단에너지 공급권역을 중심으로 철도차량기지, 물재생센터 등 도시기반시설 등의 유휴 부지를 활용하여 민간자본을 유치하는 사업을 추진하고 있다.

이를 통해 고덕차량기지 유휴부지에 19.8MW 연료전지발전 시설을 건설해 2014년 10월부터 운영하고 있으며, 월드컵공원 폐기물시설 부지에 20MW급 발전소 건설이 2014년 12월 전기위원회로부터 승인되어 2015년 상반기 중 착공할 계획이다.

현재 강서구 마곡동에 자리한 서남물재생센터에 30MW 이상의 연료전지발전 시설 설치를 추진하고 있다. 서남물재생센터는 서울에 설치되는 연료전지발전 시설로는 최대 규모로, 연간 약 6만5,000세대에 공급할 수 있는 전력 236GWh와 약 1만 세대에 지역난방이 가능한 약 12만Gcal의 열원을 자체 생산할 수 있다.

 

대형건물 대상 연료전지 설치 확대

서울시는 신축 대형건축물에 대한 신재생에너지 공급 비율을 2012년 6%에서 2014년 12%으로 단계적으로 강화해 1kW급에서 수백 kW급에 해당하는 건물형 연료전지의 보급 및 확대에 기여했다. 계속해서 향후 2015년 15%, 2018년 18%까지 단계적으로 공급 비율을 강화해 건물형 연료전지 보급 확대를 위한 제도적 기반을 마련할 계획이다.

연료전지 보급 현황으로 발전소가 가장 높은 부분을 차지한다

국내 연료전지 보급현황 : 총 19개소, 시설용량 60MW

순번 가동일 설 치 장 소 용 량
1 '06.11, '13.4 남동발전(경기분당) 5MW
2 '08.09 포스코파워(경북포항) 2.4MW
3 '08.09 KS홀딩스(전북전주) 2.4MW
4 '08.09 나투라파워(전북군산) 2.4MW
5 '08.09 중부발전(충남보령) 300KW
6 '09.05 SH공사(서울 상계) 2.4MW
7 '09.10 MPC율촌파워(전남여수) 4.8MW
8 '09.10 GS EPS(충남당진) 2.4MW
9 '09.10 동서발전(경기일산) 2.4MW
10 '09.11 포스코파워(인천) 2.4MW
11 '10.05 벽산건설(부산하수처리장) 1.2MW
12 '10.08 안양 GS파워 4.8MW
13 '10.09 SH공사(서울 상암) 2.4MW
14 '11.06 TCS1(대구성서공단) 11.2MW
15 '11.06 동서발전(경기일산) 2.8MW
16 '11.10 코발트스카이(부산) 5.6MW
17 '12.02 MPC율촌파워(전남여수) 5.6MW
18 '12.02 서울시(건물용, 서북병원) 100kW
19 '12.02 서울시(건물용, 어린이대공원) 100kW

국내기업 연료전지 관련 주요 현황

구 분 기업명
건물용 퓨얼셀파워, GS칼텍스, 효성, SK E&S, LG퓨얼셀시스템즈
발전용 포스코에너지, 두산중공업, 삼성에버랜드, STX중공업, 등
수송용 현대자동차, 기아자동차

사례보기_건물용 연료전지: 서북병원 + 어린이 대공원

서울시가 포스코파워와 함께 국내 최초로 개발한 100kW급 건물용 연료전지를 서북병원과 어린이 대공원에 설치하고 본격적인 도심형 친환경에너지 생산․공급에 나섰다. 서울시는 건물용 연료전지를 가동함으로써 연간 1억원 이상의 에너지 비용 절감은 물론 탄소 배출 저감 등의 친환경 효과를 기대하고 있다. 시는 저탄소․녹색성장 정책의 일환으로 도심지 친환경 건물 확산을 위해 대형건물과 초고층건물 에너지 사용량의 각각 4%, 6%를 신재생에너지를 통해 이용하도록 친환경제도를 강화하고 있으며, 발전용 연료전지의 경우 서울 상암 월드컵 공원을 비롯한 국내 18개 지역에서 설치․가동 중이다. 건물용 연료전지의 첫 설치 장소는 서북병원과 어린이 대공원으로 병원과 공원에서 필요한 전력의 약 10%를 생산․공급하며, 전기와 함께 생산되는 열은 병원의 급탕시설과 공원의 난방 열풍기를 가동하는데 사용된다.
 

※ 100kW 건물용 연료전지 개요
- 국내 최초 개발
- 시간당 100kWh의 전력과 46Mcal의 열을 생산
- 연간 전력 생산량 : 750MWh (가정 208세대 사용량)
- 연간 열 생산량 : 360Gcal (가정 36세대 사용량)
- 47%의 발전효율과 대기오염물질 배출 및 소음 발생 없는 고효율, 친환경 발전 시스템
⇨ 서울시(부지조성, 설비투자)와 포스코파워(제품개발, 제작) 개발 및 보급


사례보기_발전용 연료전지 예시

서울시는 「신에너지 및 재생에너지 개발․이용 보급 촉진법」에 따라 발전사업자는 전체 생산 전력 중 일부(2012년 2% → 2022년 10%)를 신재생에너지로 생산 공급해야 하는 의무(신재생에너지 의무할당제(RPS))를 갖기 때문에 이 조항을 이행하기 위해 13개 발전사업자가 연료전지 발전시설 설치에 적극 참여할 것으로 시는 기대하고 있다.
 



<상암 발전용 연료전지 사례>
<사진 출처: 서울시 보도자료 http://spp.seoul.go.kr/main/news/news_report.jsp#view/213980?tr_code=snews>

참고 문헌

  • 서울시 보도자료: 市, ‘수소연료전지발전소’ 대폭 확대로 정전에도 전력 공급
  • 서울시 보도자료: 市, 친환경 전력공급시설인 ‘연료전지’ 본격 개발추진
  • 서울시 보도자료: 서울시, 국내 최초 100kW급 수소연료전지 개발 운영 개시
  • 서울시 보도자료: 서울시, 노을연료전지 발전 펀드 1시간 반만에 114억원 완판 기록
  • 서울시보도자료: 서울교통공사, 연료전지 태양광발전소 설치로 신재생에너지 개발 나선다

추진조직 및 연락처

  • 서울시 기후환경본부 녹색에너지과   /  02-2133-3570

관련영상

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