대형 건축물 및 병원에 적용되는 발전용 연료전지 시스템은 전기와 열을 동시에 공급하는 고효율 열병합 발전시스템이다.

발전용 연료전지의 경우 발전차액지원제도를 통해 2006년부터 보급이 늘어나고 있으며, 2012년부터 시행된 RPS제도에 따라 보급은 더욱 확대됐다.

연료전지의 경우 정부가 설치비용의 최대 80%를 지원하고 있어 다른 에너지원보다 더 유리한 혜택을 받았다.

연료전지가 타 설비에 비해 고가이며, 초기시장임을 감안해 80%를 보조했다.

2010년에는 총 232kW, 정부보조 109억4,600만원 지원됐으며 2011년부터 지원금이 증액돼 125억원이 보조됐다.

2013년 우리나라의 연료전지 시장은 약 1억3,000만달러 규모로 응용분야 중 발전용 연료전지가 70% 정도를 차지하고 있다.

또한 정부는 2015년까지 발전설비를 188.5MW까지 확대하기 위해 약 1조원 규모의 투자를 하고 있으며 기업 외에 부품, 주변기기 분야에 중소기업이 신규로 참여하면서 분야별로 기술개발 및 상용화가 적극적으로 추진되고 있다.

발전용 연료전지의 주요 국내 기업은 포스코에너지, GS EPS, 두산중공업, 삼성에버랜드, STX중공업 등이 있다.

■ 국내 발전용 연료전지, 2018년 1억1천만불

2013년 우리나라의 전체 연료전지 시장은 약 1억3,000만달러 규모로 파악되고 있으며 발전용 연료전지가 70% 정도를 차지하고 있는 것으로 파악되고 있다.

프리도니아 그룹의 통계에 의하면 우리나라의 발전용 연료전지 시장은 2008년 4,700만달러의 시장을 형성했고, 2013년에는 7,000만달러의 규모를 형성했다.

또한 2018년에는 발전용 연료전지가 1억1,000만달러의 시장을 형성할 것으로 예측되고 있다. 정부는 2015년까지 발전설비를 188.5MW까지 확대하기 위해 약 1조원을 투입할 계획인 것으로 알려지고 있다.

연료전지는 높은 가격으로 인해 상용화가 더딘 편이지만 혁신적인 기술 개발과 발전차액 제도같은 정부 주도의 수요확대 정책이 지속적으로 이뤄진다면 본격적으로 성장할 것으로 기대되고 있다.

▲ 포스코에너지의 발전용 연료전지.

■ 포스코에너지

글로벌 종합에너지 기업으로 도약하고 있는 포스코에너지(사장 오창관)는 2000년대 초반부터 국책과제를 통해 연료전지 기술개발을 진행해 왔다. 2008년엔 세계 최대 규모의 연료전지 발전시스템 제조공장을 준공해 순수 국산기술로 만든 BOP를 탑재한 제품을 연산 100MW 규모로 양산할 수 있는 생산설비를 구축했다.

이어 2012년에는 국내최초로 100kW 발전용 연료전지를 개발했다. 1년여의 기간과 80억원의 비용을 투자해 개발한 발전용 연료전지는 국내 최초의 100kW급 제품으로 시간당 100kWh의 전력과 46Mcal/h의 열을 생산한다.

또한 47%의 발전효율과 대기오염물질의 배출 및 소음의 발생이 없는 고효율, 친환경 발전시스템으로 제품사이즈가 5평(가로 2.6m x 세로 6.4m) 이내로 타 신재생에너지 대비 공간 집약적이며, 갑작스러운 도심 정전사태에도 효과적으로 대처할 수 있도록 24시간 365일 상시 발전이 가능하다.

발전용 연료전지의 첫 설치 장소는 서울시 서북병원과 어린이대공원으로 병원과 공원에서 필요한 전력의 약 10%를 생산해 공급했다.

또한 전기와 함께 생산되는 열은 병원의 급탕시설과 공원의 난방 열풍기를 가동하는데 사용됐다.

병원과 공원측은 건물용 연료전지를 가동함으로써, 연간 1억원이상의 에너지 비용을 절감 했다고 밝혔다.

포스코에너지는 지난 2007년부터 설치, 가동해 왔던 대용량 연료전지 제품군(2,800kW, 1,400kW, 300kW)에 100kW란 새로운 소용량 제품을 추가함으로써 기존의 발전 영역은 물론, 도심지까지 아우르는 친환경 에너지 솔루션을 제공하게 됐다.

이를 바탕으로 포스코에너지는 국내외에서 연료전지 시장을 개척하는데 적극 나서고 있다.
회사는 지난 9월 한국가스공사와 연료전지 300kW 발전설비 납품 계약을 체결했다.

이에 따라 포스코에너지는 한국가스공사의 삼척 LNG 생산기지에 300kW급 용융탄산염 연료전지(MCFC)를 납품하게 된다.

이번에 설치될 연료전지는 삼척 LNG 저장탱크 및 운반선 등 열과 접촉할 수 있는 곳에서는 어디에서든 발생하는 증발가스인 BOG를 연료로 사용하며, 세계 최초로 추진되는 BOG 활용 사업이다.

이번 사업 이후 평택, 인천, 통영, 삼척 등 다른 LNG생산시설에서 발생하는 BOG를 활용한 연료전지 발전사업도 활성화 될 것으로 기대되고 있다.

연료전지는 연중 일정하게 BOG를 사용하기 때문에 가스공사에서는 신규 매출을 안정적으로 확보할 수 있게 된다.

포스코에너지가 광주 신재생에너지 복합단지에 연료전지 발전설비를 공급하는 계약을 체결했다.

2016년 완공되는 신재생에너지 복합단지에 40MW급 연료전지발전설비를 건설하는 것인데 태양광 발전과 함께 연간 323GWh의 전력을 생산해 9만 가구에 공급하게 된다.

포스코에너지는 지난 2012년 인도네시아에 해외 첫 연료전지 발전소를 건립했다. 공적개발원조사업의 일환으로 지어진 이 설비는 300kW규모로 1,000세대의 가구가 사용 가능한 2,365kWh의 전력을 생산한다. 회사는 동남아, 중동, 아시아 등에 시장진출에도 적극 나선다는 계획이다.

▲ 어린이대공원에 설치된 포스코에너지의 발전용 연료전지.

포스코에너지, 韓 최초 100kW 발전용 연료전지 개발

두산重, 고효율 하이브리드 시스템 고부가 제품 개발

■ GS EPS

GS EPS는 2009년에 충남 당진에 2.4㎿급 연료전지 발전소를 건설해 운영하고 있다.

2009년 완공 당시 세계최대 규모를 보였으며, 세계최초로 배열회수 설비를 적용했다. 연료전지발전소의 발전효율은 47% 수준이며, 회수하는 배열까지 고려할 경우 전체 열효율은 70%로 높은 열효율을 기록했다.

총 사업비는 155억원이 투입됐다. 2010년에는 약 50억원의 전력판매 실적을 거두기도 했다.

연료전지 발전소는 공기중의 산소와 LNG에서 수소를 추출해 화학반응을 일으켜 전기를 생산하는 시설로 전력이 필요한 곳에 다양한 용량으로 공급할 수 있으며 야외, 지하, 건물 옥상 등에 자유롭게 설치할 수 있는 장점도 있다.

▲ 두산중공업의 발전용 연료전지.

■ 두산중공업

두산중공업은 국책과제를 통해 발전용 용융탄산염 연료전지(MCFC) 시스템을 100% 국산화 기술과 독자기술로 확보해 저탄소 경제를 지향하는 미래 발전 시장의 혁신을 이끌어내기 위한 역할을 하고 있다.

지난 2007년부터 2011년까지 두산중공업 연료전지개발센터에서는 고효율 300kW급 내부개질형 MCFC 스택 및 시스템 국산화 기술을 개발했다.

이어서 2008년부터 2011년까지는 플랜트 연계형 MW급 내부개질형 MCFC 시스템 국산화 개발을 했으며 300kW급 MCFC 독자 설계 기술을 확보했다.

현재 두산중공업은 독자적인 연료전지 구성요소 제조 설비를 구축 완료해 자체 생산을 수행하고 있다.

또한 30kW 및 300kW급 MCFC 성능평가장치를 구축해 독자기술 개발에 활용하고 있으며 플랜트 연계형 MCFC기술 개발을 통해 CO₂ 농축 및 기존 플랜트와 연계한 고효율 하이브리드 시스템을 구성해 고부가가치 제품 개발을 수행하고 있다.

■ 삼성에버랜드

삼성에버랜드 연료전지는 종합효율이 매우 높고 수명이 길며 전 세계 19개국에서 안정적
운전이 입증된 PAFC(인산형) 방식을 사용한다.

설치면적이 콤팩트해 대형 발전용뿐만 아니라 비상발전시스템, 독립전원, 건물 내부설치 등 다양한 적용이 가능한 것으로 알려졌다.

또한 연료전지와 히트펌프를 복합화한 하이브리드 기술에 대한 국내 유일의 특허를 보유하고 있으며, 최근에는 국내 최초로 롯데월드 타워, 부산국제금융센터 등 초고층빌딩에도 성공적으로 적용하고 있다.

주요 실적으로는 롯데월드타워에 2012년 11월부터 2014년 2월까지 400kw급 연료전지 2기를 설치하고 있다.

또한 2012년 11월부터 2013년 4월까지 남동발전에 440kw급 연료전지 7기를 설치한 실적이 있다.

더불어 지난 2008년 9월부터 2009년 9월까지 GS파워에 400kw급 연료전지 12기를 공급한 성과가 있다.

■ STX중공업

STX중공업은 디젤엔진, 선박용 기자재 생산에서 30년 이상 축적된 기술과 노하우를 갖고 있으며 플랜트, 화공, 철강, 환경 등의 다양한 사업을 영위하고 있다.
STX중공업은 지난 2009년 대구시와 함께 1,000억원을 투자해 기존 선박용 디젤발전기를 대체할 ‘선박용 수소연료전지’개발에 나섰다.

이 프로젝트는 2015년까지 완료할 계획이다.

한편 STX중공업은 지난 4월에 개최된 그린에너지엑스포에 가정용 고체산화물 연료전지를 전시한바 있다. 이 시스템은 1kW급으로서 전체 크기는 250ℓ이하, 시스템 효율 80%를 목표로 하고 있다.