2003년 8월 국내 최초로 1kW급 건물용 연료전지 시스템을 개발한데 이어, 2004년 4월 전기발전과 함께 난방 및 온수 공급도 가능한 1kW급 건물용 고분자 전해질 연료전지 (PEMFC) 열병합시스템을 자체 기술로 개발하였다. 이 제품은 일반 화력발전소의 발전효율이 30% 초반에 머무르는 데 반해 발전효율이 35%에 달하고 열회수효율까지 포함된 총 효율은 최대 80%를 넘는다. 국내 최소형의 제품 크기와 함께, 효율 및 성능면에서 세계 최고 수준의 제품에 근접한 기술로 평가 받고 있다.
GS퓨얼셀은 연료전지의 상용화 제품 개발을 통하여 2005년 국내 최초로 건물용 연료전지의 유인주택에서의 실증평가를 성공리에 마쳤으며, 이를 토대로 2006년부터 연료전지 상용화를 위해 정부가 총 410억원(민자 205억원 포함) 규모의 예산을 투입하여 진행중인 1kW급 연료전지 모니터링 사업에 참여하고 있다. 2008년까지 한국가스공사 및 전국 도시가스 社와 서울시를 포함한 6개 지자체에 총 55기의 건물용 연료전지를 설치한 GS퓨얼셀은 모니터링 사업을 통하여 제품의 우수성을 대내외적으로 확인 받고 이를 기반으로 건물용 연료전지 시장 확대에 전력을 다하고 있다.
현재 기존에 비하여 성능 및 내구성과 함께 사용자 편의성을 한층 강화하여 일반 가정에 설치할 수 있는 준비를 진행하고 있으며, 이를 통하여 올해부터는 지방자치단체뿐만 아니라, 일반가정에도 직접 설치/운전될 예정이며 2020년까지 그린홈 보급사업을 통하여 10만대를 각 가정에 보급할 계획이다.
또한 2007년 도시가스가 아닌 수소를 직접 연료로 사용하는 스택파워모듈(SPM, stack power module)을 국내 최초로 개발하여 에너지기술연구원 및 연세대학교 內 GS칼텍스가 건설한 수소충전소에 설치하여 운전하고 있다. SPM은 수소 에너지 사회의 인프라를 직접 이용하는 발전 장치로서, 미래 신재생에너지의 대표적인 시스템이라 할 수 있다.
GS퓨얼셀은 올해부터 시작되는 그린홈 보급사업을 위해 양산화 준비를 진행하고 있으며, 가격절감을 위하여 국내 여러 업체들과의 협력을 진행하여 각종부품의 국산화 개발을 진행하여 상용화를 앞당기기 위한 노력을 계속하고 있다. 이와 함께 차세대 에너지원인 연료전지에 대한 국민적 관심사를 높이는 동시에 전반적인 건물용 연료전지 시장 창출에 가속도를 붙여 나가기 위해, 2010년부터는 건설업체, 가스공급업체, 가전업체 등과 협력하여 건물용 연료전지 시스템을 주상복합아파트, 일반 아파트 및 단독 가정주택 등에 보급할 계획이며 동시에 에너지 수요가 높은 소규모 상점, 식당, 빌딩, 스포츠센터 등 상업용 건물에 보급하여 명실공히 국내 연료전지 선도기업으로서 국가경제에 기여하고자 노력하고 있다.
에코제너(Ecogener)
연료전지는 미래 청정에너지원으로 주목받고 있는 수소를 이용하여 전기를 발생시키는 친환경적인 발전장치다. 물에 전기를 공급하면 수소와 산소로 분리되는 물분해의 역반응으로 수소와 산소가 만나 물이 되면서 전기가 발생되는 원리이다. 기존의 발전기와는 다르게 직접적인 화학반응을통해 전기를 생산하여 그 효율이 높고, 연료인 수소를 반응시킨 후 물이 부산물로 생성되는 친환경적인 에너지원이다.
ㅇ 주택용 연료전지 열병합 발전 시스템 (Ecogener - NG1)
연 료 도시가스
발전용량 1kW급, 계통연계 220V
효 율 전기효율 36% 열 효 율 46%
운전특징 - 자동운전, - Internet 기반 운전 (Web 모니터링 및 제어)
- 사용량에 따라 발전량이 조절되는 부하추종운전 (300W~1kW)
적 용 일반가정 및 상가등 도시가스 공급이 가능한 건물
ㅇ 스택파워모듈 (Ecogener - SPM)
연 료 수 소
발전용량 1~10kW급, 계통연계 220V
효 율 전기효율 > 50%
운전특징 - 자동운전, - Internet 기반 운전 (Web 모니터링 및 제어)
- 즉시기동 (비상발전용)
적 용 수소충전소, 상업용 건물의 보조전원장치 및 비상용 발전 장치
GS퓨얼셀이 개발한 건물용 연료전지인 에코제너(Ecogener)는 이러한 고효율, 친환경의 연료전지를 이용하여 가정에 전기와 열을 공급하는 열병합 발전시스템이다. 아직 일반 소비자들이 직접 수소를 사용할 인프라가 갖추어지지 않아, 일반 가정에서 가장 쉽게 사용할 수 있는 도시가스로부터 수소를 생산하여 연료전지를 통해 전기와 열을 만들어 낸다.
현재 개발한 1kW급 건물용 연료전지 에코제너는 전기효율 35%, 열회수 효율 45%로 전체 효율이 80%를 넘는 고효율의 열병합 발전장치로서, 연료전지 시스템 1기를 통하여 연간 2톤의 이산화탄소 배출량을 줄일 수 있으며, 연간 0.58톤의 원유 수입량을 절감할 수 있는 친환경 발전 시스템이다.
이러한 높은 에너지 효율로 인하여 건물용 연료전지를 도입한 가정은 기존의 광열비를 획기적으로 줄일 수 있으며, 일반적인 4인 가족(월평균 420kWh전력 사용) 가정의 경우 연간 약 56만원의 광열비가 절약된다.
또한 에코제너는 여타의 신재생에너지원에비하여 설치 공간 및 에너지 공급 시간의 제약이 적어 도심지역에서의 신재생에너지원으로 적합하다. 또한 시스템의 구성이 발전장치와 열저장장치로 독립된 형태로서 현장에 따라 자유로운 위치선정 및 설치가 가능한 제품으로 설치면적을 최소화 할 수 있으며, 옥내 및 옥외 구분 없이 자유로이 설치가 가능한 편리성을 장점으로 갖는다.
GS퓨얼셀의 건물용 연료전지의 개발 및 보급 현황을 보면, 연료전지 모니터링 사업을 통해 지금까지 전국에 55대의 연료전지를 설치하여 운전 중이며 1차년도 모니터링 사업을 통해 가스공사 및 전국 13개 도시가스사에 20대를 설치하였고 2차년도 모니터링 사업을 통해 지자체 중심으로 35대를 설치했다.
1차년도 사업중 2007년 5월 총리공관에 설치하여 정부의 신재생에너지 보급의지를 확인하였으며, 2차년도 사업 중 일부는 KIST 사택 등 실제 가정과 동일한 환경에 설치/운전하여 실용화를 앞당기고 있다. 올해 3차년도 사업은 일반가정에 설치하여 실제 가정에서의 적용성 및 효율성을 최종 점검할 예정에 있다.
현재“가정용 연료전지 모니터링사업”을 통해 전국에 110대의 연료전지가 설치, 운전중에 있으며 최근까지의 모니터링사업 결과, 일본의 연료전지 시스템과 대등한 수준의 성능과 효율을 보이고 있다.
이미 한국에 비하여 4년 전에 시작된 일본과의 기술격차가 많이 해소되었지만, 4년간의 시간적 차이와 함께, 보급규모의 차이로 인해 가격 및 내구성 검증은 부족한 것이 사실이다.
그러나 현재 운전되고 있는 에코제너의 경우 목표발전량인 5MWh를 달성하였으며, 2만시간의 내구성을 확보하는 것으로 평가받고 있으며 보급사업에 공급되는 제품은 4만시간의 내구성확보로 일본과의 격차는 지속적으로 감소될 전망이다.
제품의 신뢰성과 가격경쟁력 확보 - 조기 연료전지 상용화
지속적인 연구개발 및 실증을 통하여 상용화 수준에 도달한 제품은 완성되어 있지만, 건물용 연료전지 상용화의 가장 큰 이슈는 가격경쟁력 확보인데, GS퓨얼셀도 가격경쟁력을 높이기위해서 지속적으로 양산화 기술개발을 힘쓰고 있으며, 국내 여러 업체들과 협력을 진행하여 각종 부품의 국산화 개발을 위한 노력을 계속하고 있다.
양산화를 통해 연료전지 가격이 시장 경제성을 갖게 되는 1,000만원 이하로 낮춰지기 위해서는 연산 1만대 수준의 생산량이 확보돼야 하는데, 정부는 연료전지 산업화를 위해‘그린홈’보급사업을 통해 2020년까지 10만호의 연료전지를 설치한다는 계획이다.
계획대로라면 이정도 규모의 생산량은 수년후에나 가능하게 될 것이며, 이는 이미 올해 연산 1만대 규모의 양산화 준비를 마친 일본에 비하여 상용화에 뒤쳐질 수 있는 위험이 높다.
참고로 연료전지 선진국인 일본은 이미 국내보다 4년 앞서 시작된 실증 및 보급사업으로 작년까지 약 3,300여대의 가정용 연료전지가 전국에 설치되었고, 이와 함께 올해부터는 본격적인 보급사업의 시작으로 8,000대를 보급하고 해마다 수량을 증가시켜 2015년 연간 10만대를 보급한다는 계획을 세우고 정확히 실행하고 있다. 이러한 보급 계획과 정부의 명확한 실천하에 일본의 연료전지 업체는 적극적인 투자로 이미 연산 1만대 규모의 양산공장을 준공하여 올해부터 시작되는 보급사업의 준비를 마친 상태에 있다.
마찬가지로 국내 부품업체들의 국산화 개발 참여를 위해서는 확실한 시장확보가 중요한데,
일본에서는 대규모 보급과 함께 BOP 개발과제를 통해 개발된 부품의 시장을 확보해 주었으며, 이는 상호 시너지 효과로 연료전지의 가격을 낮추는데 일조하고 있다.
GS퓨얼셀과 같이 상용화를 위한 기업의 기술개발 및 투자와 함께, 정부의 적극적인 보급 확대를 통하여 초기 시장을 안전하게 확보할 수 있을 때, 기업들의 생산설비에 대한 투자는 수월해 질 것이며, 연료전지의 산업화 및 이와 관련된 산업의 동반 성장도 기대할 수 있을 것으로 보인다.
2005년 정부가 발표한 “수소경제 마스터플랜”의 일환으로 시행해온 모니터링 사업으로 시스템의 성능 및 신뢰성 향상과 원가절감을 단계적으로 실현하고, 지자체 및 도시가스사와 연료전지 설치 운전 및 A/S 등 협력을 통해 연료전지에 대한 이해당사자간의 공감대가 형성되어가고 있는 점, 그리고 시스템제작사와 부품사업자와의 유기적인 네트워크 형성으로 향후 연료전지의 국산화비율 향상과 보급시 가격저감 등 국내산업화의 기반을 마련한 점 등의 상당한 성과를 거두고 있는 것은 사실이다. 그러나 향후 연료전지 상용화라는 목표를 달성하기 위해서는 기술력 및 경제성 등 아직 풀어야 할 숙제들도 많다. 정부 및 참여기관들은 이러한 문제점 해결을 위해 지속적인 활동과 함께 향후, 연료전지시스템 보급에 앞서서 일반 국민들에게도 연료전지의 그 의미와 기능, 그리고 어떠한 효과가 있는지에 대한 홍보도 함께 이뤄져야한다.
신재생에너지산업은 특히나 정부의 지원없이 독자적으로 자생하기는 불가능한 영역이며 현재가 아닌 미래의 국가경쟁력을 좌우할 차세대의 중요 성장동력원이다.
전세계적인 경기불황에서도 일본뿐만 아니라 미국, 유럽 국가 등의 선진국들은 신재생에너지 개발 및 보급을 위한 적극적이고 확대된 정책을 제시하고 있는데 반해, 현재의 우리 정부는 아직 연료전지 보급 수량 및 예산을 확정하지 못하고 있는 실정에 있다. 명확한 실행계획 및 예산 집행의 지연은 근미래에 국가적으로 더욱 큰 손실이 따를 수 있는 만큼 우리나라도 향후 에너지 안보 및 국가 경쟁력 확보를 위해서 신재생에너지에 대한 확실한 방향 제시와 적극적인 투자유치가 필요하다고 생각된다.
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