[산업기술] 덴마크, 수소연료전지 도시프로젝트 진행 중

- 풍력발전으로 생산된 잉여전력, 수소에너지로 활용 -

□ 개요

 ○ 덴마크의 롤란드섬은 신재생에너지의 집합소로 유명함. 풍력, 태양열, 바이오, 수소연료 등 신재생에너지 관련 기업들이 롤란드를 제품 개발 및 테스트 장소로 이용하고 있고, 롤란드섬에서 생산되는 전력은 5만 명의 섬 전체인구가 사용하고도 남아 잉여전력을 독일, 스웨덴 등 인근국가로 수출하고 있음.

 ○ 잉여전력을 저렴한 가격에 수출하는 대신 저장하는 방안을 모색하던 중 풍력발전을 수소연료전지와 연동하는 프로젝트를 추진하게 됨. 수소연료전지를 이용해 잉여전력을 저장, 재활용함으로써 전력을 더 효과적으로 사용하는 것이 프로젝트의 취지임.

 ○ 태양열 및 풍력 발전으로 생산된 잉여전력을 전기분해를 통해 물의 수소와 산소로 분해시켜 이들을 별도로 저장하고, 저장된 수소와 산소를 연료전지를 통해 반응시켜 전기와 열을 생산함. 이 과정에서 생산되는 열은 난방과 온수에 사용됨.

 ○ 롤란드의 한 마을 Vestenskov에서 테스트가 진행 중. 이 마을의 각 가정에 연료전지모듈이 설치되며, 각 가정에 수소를 공급할 수 있는 수소공급망도 설치됐음. 각 가정의 전기와 난방열 수요가 충족되며, 에너지공급은 이산화탄소 중립(CO₂ Neutral)이 됨.

 ○ 롤란드 지방자치제는 Vestenskov 마을을 세계 최초의 수소연료전지 마을로 만들겠다는 야심찬 계획을 실현 중임. 큰 스케일의 수소도시 설립에 롤란드를 유럽의 역할모델로 만들고 수소에너지 관련 기술 개발과 대중화의 기반이 될 수 있을 것으로 기대. 또한 생산자와 공급자간의 제도적 정비를 갖추고, 교육적 차원에서의 효과도 꾀하는 등 소프트웨어 개발에도 노력을 기울이고 있음. 이 프로젝트는 2008년 덴마크 최고 환경프로젝트로 지정된 바 있음.

자료원 : BASS

□ 프로젝트 세부 내용

 ○ 수소마을을 실현하는 첫 단계는 전기분해기와 생산된 수소를 저장하는 저장탱크, 수소를 사용해 전기와 열을 생산하는 연료전지, 그리고 도시의 전력망과 연결하는 장비를 구축하는 것임. 연료전지모듈(마이크로 수소연료 열병합발전소)은 각 가정에 설치됐으며, 각 가정에 수소를 공급할 수 있는 수소공급망도 설치됐음. 공급 방식은 천연 가스 공급방식과 동일하여, 수소가 각 가정에 공급되기 전에 탱크에 저장되며, 파이프를 통해 공급됨.

 ○ 연료전지는 전해질(electrolyte)의 재료에 따라 4가지로 분리되는데, 현재 Vestenskov 프로젝트에는 덴마크 IRD사가 개발한 PEM(Proton Exchange Membrane Fuel Cell) 타입이 사용됐음. 가정에 설치된 연료전지는 냉장고 크기에 2㎾ 용량으로 전기생산에는 약 40%, 전기 및 열 병합 생산에는 80% 효율성을 나타냄. PEM 연료전지는 100도 내외의 낮은 온도에서 작동되기 때문에 안전성이 높은 것으로 평가받음.

-     안정성에 대한 의문이 대두됐지만 아직까지 사고가 난 적이 없으며, 지속적인 모니터링을 통해 안정성을 높여가고 있고, 보안 시스템이 갖춰져 있음.

 ○ 2008년, Vestenskov의 첫 가구가 수소공급망에 연결된 이래 2009년, 5가구가 연결됐고 2010년, 35가구를 연결시키는 것을 목표로 함. Vestenskov 프로젝트 결과를 바탕으로 덴마크 다른 지역의 65가구에 수소에너지를 공급할 예정임.

프로젝트에 사용된 가정용 수소연료전지

자료원 : IRD Fuel Cells

□ 프로젝트 관련 기관 및 회사

□ 시사점

 ○ 덴마크 정부는 수소연료전지 도시프로젝트에 1600만 크로네(약 300만 달러)를 투자했고 2010년, 투자를 확대할 계획임. HPF 보고서에 따르면 2020년까지 총 8~16GW 용량의 수소연료발전소가 EU 내 설치되고 연 10만~20만 대의 가정용 수소연료전지가 판매될 것으로 예상

 ○ 이 프로젝트를 통해 관련 기술 개발 및 응용 노하우를 축적하고, 다른 프로젝트의 근거와 기초를 만들어 덴마크가 이미 선도하고 있는 신재생에너지사업과 함께 시너지효과를 창출할 것으로 기대

  ○ 수소연료 발전시스템이 상업화되기까지는 해결해 나가야 하는 과제들이 있음.

 -   현재 굉장히 고가이기 때문에 신기술 개발을 통해 비용을 획기적으로 낮춰야 함.

 -    연료전지 수명이 1,000 시간이 넘는 것으로 알려져 있지만, 상업화되기 위해서는 수명이 더 길어져야 함.

 -    관련 인프라 구축 및 안정성 확보

 ○ 수소연료 상업화를 위해서는 기술개발 못지 않게 소비자들이 가지고 있는 수소기술에 대한 불안감 및 편견을 제거하는 것이 중요함. 그런 의미에서 수소시설에 대한 지속적인 모니터링, 지역 주민과의 소통과 수소 에너지 교육을 실시하고 있는 Vestenskov의 사례는 우리에게도 좋은 본보기가 되고 있음.

자료원 : BASS 관계자 인터뷰, 덴마크 에너지협회, IRD, 기타 KOTRA 코펜하겐KBC 보유자료 종합