수소생산시설 최적의 규모 알아냈다

에너지기술연구원, 태양광 수전해시스템 규모 예측 모델 개발
설비용량의 60% 수준으로 설계해야 경제성·생산성 동시 만족

한국에너지기술연구원 에너지AI·계산과학실 박정호 박사가 태양광 그린수소의 다목적 최적화 연구 결과에 대해 설명하고 있다. 에너지기술연구원 제공

[파이낸셜뉴스] 태양광 발전으로 만든 전기를 이용해 물에서 수소를 뽑아내는 시스템을 설계할때 외부 환경요인과 상관없이 설비 용량의 약 60% 수준으로 만들어야 경제성이 좋은 것으로 국내 연구진에 의해 밝혀졌다. 또한 수소 생산량을 늘리기 위해 유휴 전력을 저장하는 배터리 설치도 가능하면 설치 규모를 최소화해야 경제성이 확보된다는 것도 알아냈다.

한국에너지기술연구원 에너지AI·계산과학실 박정호 박사팀은 태양광 발전을 이용한 수전해 시스템의 경제성과 생산성을 동시에 만족하는 방법을 개발했다고 13일 밝혔다. 이를 통해 국내 뿐만아니라 미국, 중국, 호주 등 태양광 기반 그린수소 상용화를 앞둔 주요 국가의 수소 생산 단가와 수소 생산량, 이용률에 대한 결과를 이끌어내고 그 효과성을 입증했다.

박정호 책임연구원은 "이는 수소 생산단가를 낮추면서 수소 생산량과 태양광 전력 이용량은 극대화할 수 있는 해법으로, 그린수소 생산의 경제적 타당성을 뒷받침하는 시금석이 될 것"이라고 말했다.

국제에너지기구(IEA)에 따르면 세계 수소 생산 시장규모는 2020년 1296억 달러에서 2025년에는 2014억 달러로 전망했다. 또 2030년까지 수전해 설비 규모는 연평균 86% 증가해 재생에너지 기반의 그린 수소를 중심으로 세계 수소 생산량이 대폭 확대될 것으로 예측했다.

그린수소는 태양광, 풍력 등 재생에너지 전력을 이용해 전해조 설비에 있는 물을 전기분해해 생산한 수소를 말한다. 생산된 그린수소의 경제성은 '전해조 설치비'와 전해조 설비에 사용되는 '전력가격'에 따라 좌우된다. 즉, 재생전력을 최대한 활용하는 적정 규모의 수전해 설비 설치는 국내 수소경제의 효용성을 더욱 높일 수 있다.

연구진이 개발한 기술은 일사량, 기온 등의 데이터를 기반으로 태양광 발전량과 그린수소 생산량을 계산한다. 이 계산으로 도출된 다목적 최적화 방법론을 활용해 최적의 수전해 시스템 규모와 배터리 크기를 계산할 수 있다. 또, 경제성, 생산량, 이용률을 동시에 고려해 어떤 선택지가 가장 효율적인지 분석함으로써, 사용자 목적에 맞는 시스템 규모를 결정하는데 도움을 줄 수 있다.

박정호 책임연구원은 "향후 국내외의 태양광 기반 그린수소 사업을 수행할 때 지역별 특성, 상황에 맞는 최적의 시스템을 설계하고 결과를 도출해, 기업과 정부의 설비 투자, 운영과 관련한 의사 결정에 도움이 될 것"이라고 말했다.

한편, 미국 USC 화학공학과 이재형 교수팀 등과 공동으로 진행한 이번 연구결과는 에너지 분야 국제 저명 학술지 '에너지 변환과 관리(Energy Conversion and Management)'에 발표됐다.
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