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STX중공업, SOFC 상업화 ‘박차’

‘kW급 SOFC 실용화’ 1차년 완료, 실증 돌입


STX중공업(대표 주원태)은 한국에너지기술평가원의 2018년 하반기 에너지기술개발사업인 ‘kW급 건물용 고체산화물 연료전지(Solid Oxide Fuel Cell, SOFC) 실용화 기술개발’ 과제의 주관기업으로 지난 3월 1차년도를 종료하고 본격적인 실증에 돌입했다.

이번 과제는 국내 건물용 SOFC 대표기업인 STX중공업과 미코가 각각 주관기관과 참여기관으로 함께 과제를 수행하며 kW급 건물용 SOFC시스템의 실증운전 및 기술개선을 주요목표로 총 5차년으로 나눠 진행된다. 

STX중공업은 2018년 2월 건물용 SOFC분야에서는 국내 최초로 한국가스안전공사 연료전지 안전시험에 합격했고 2018년 7월에는 국내 유일하게 SOFC시스템 ‘녹색기술인증’을 획득한 바 있다. 이와 같이 평관형 스택 및 고온부품류, 시스템 엔지니어링 및 제작, 제어, 평가기술이 온전히 국산 기술이기 때문에 이번 과제를 수행하며 국내 기반기술을 더욱 견고히 하는 데 기여하고 있다. 

특히 국내 연료전지시장 활성화 및 수소경제 성장에도 크게 기여할 수 있는 과제로 SOFC 제품의 시장진출과 보급확대를 앞당겨 SOFC 및 전후방 유관산업 성장을 통한 직접적인 국내 일자리 창출까지 기대할 수 있다. 

STX중공업의 관계자는 “이번 과제를 교두보로 삼아 기존 연료전지시장에 SOFC시스템의 우수성을 보여주고 최근 정부가 발표한 수소활성화 로드맵에 천명된 국산 연료전지의 점유율 세계 1위 목표에 기여할 수 있도록 최선을 다할 계획”이라고 밝혔다.

건물용 SOFC 국내 첫 실증형 과제
이번 과제의 특징은 국산 기술기반의 건물용 SOFC 시스템에 대한 국내 첫 실증형 과제라는 점이다. 

시스템설치 실적확보, 다양한 환경에서의 운전데이터 수집 및 문제점을 분석해 이를 기반으로 기술개선 안전성과 신뢰성을 향상시켜 소비자 친화적인 SOFC 제품으로 개선한다는 목적이다.
지난 3월 완료된 1차년도의 목표는 소정의 성능목표 달성 및 2대 이상의 내부설치 운전이다. 

STX중공업 내 시운전실에서 실증시험을 시작했고 한국화학융합시험연구원(KTR)의 검증을 마쳤다. 현재는 내부실증 초기단계로 누적운전 시간이 많지 않고 조금씩 튜닝포인트가 나타나고 있다. 

지난 시제품 개발단계에서는 대부분 간헐적 성능평가와 그에 따른 튜닝이 이뤄졌지만 현 단계에서는 연속운전 및 다양한 운전조건을 적용할 예정이기 때문에 다양한 형태의 튜닝포인트를 도출해내고 있다.

과제의 사업홍보를 위해 일본 도쿄에서 개최된 ‘FC EXPO 2019’에 참가했다. FC EXPO는 세계 3대 연료전지산업전 중 하나로 STX중공업은 ‘SOFC 산업화 포럼’ 회장사로서 회원사들과 함께 3년째 공동 전시관을 마련해 참가하고 있다. 이번 기회를 통해 국제적으로 SOFC 제품 및 정부의 수소사회 추진의지를 보여줄 수 있었고 해외 선진기업들의 기술방향과 산업동향 등을 확인했다. 

50kW 실증운전 추진 
과제 수행기간 동안 총 50kW 규모의 연료전지시스템 설치 및 실증운전을 계획하고 있으며 STX중공업은 약 30kW의 시스템을 설치 및 운전할 예정이다. 실증운전은 사내에서 실시하는 ‘내부실증’과 대외 공간에서 실시하는 ‘외부실증’ 두 단계로 나눠 진행된다.

내부실증은 총 15개월 동안 진행되며 1차년도에 6개월이 완료된 상태다. 2차년도에는 5대의 제품을 제작, 각종 인허가 신청 및 통과, 외부 실증사이트 선정 및 설치관련 실시설계 등을 진행할 예정이다. 

기온, 물, 대기상태 등의 환경요인으로 인해 야기될 수 있는 문제점이나 운전패턴 등을 사전에 검토해 외부실증이 안전하게 진행될 수 있도록 다양한 분야의 안전장치를 확보할 계획이다. 안정성과 완성도 제고의 개선작업을 우선적으로 실시하되 SOFC의 고효율 강점을 살리기 위한 열관리 최적화, 소비전력 최소화, 제어 최적화 등에 중점을 두고 있다. 

외부실증은 33개월간 진행될 예정이며 약 20kW 이상 설치를 계획하고 있다. 해당 사이트에 소정의 수량만큼 제품을 설치한 후 시스템간 네트워크 연결을 통해 자율 또는 원격제어 운전을 실시할 예정이다. 얻어진 데이터는 서버로 전송 및 수집 후 문제점을 분석하고 개선점을 도출한다.

결국 연료전지 제품이 시장에서 인정받기 위해서는 내구성 기반의 가격경쟁력이 요구되기 때문에 부품 단순화 및 모듈형 구조 설계를 도입하고 대량 생산 기반의 부품설계 및 비용 최적화, 생산공정 최적화 등도 지속적으로 추진할 예정이다.

외부실증 사이트로는 세 기관과 합의가 이뤄졌다. 원활한 외부실증 진행을 위해 지리적 여건을 고려, 대구·경북소재의 국립대구과학관 및 대학교(경일대, 영남대)와 업무협약을 체결하고 설치와 관련된 의견교환을 진행하고 있다.

최근 에너지자립 및 수소거점 도시로 도약을 준비하고 있는 대구시와도 긍정적인 협의를 진행하고 있으며 이외에도 다양한 환경에서의 실증운전을 위해 관심기관과 협업을 통해 점차 전국으로 확산할 계획이다.

수소사회 발전, 정부·기업 합심 필수
수소 및 연료전지에 대한 관심은 국민적인 관심사가 되고 있다. 수소의 시대는 한 두 해만 반짝이고 끝날 아이템이 아니기 때문에 장기적이고 체계적인 목표설정과 이행노력이 필요한 시점이다. 

미래 세대가 수소사회의 꽃을 피우기 위해서는 시작하는 시점부터 단계적으로 분명한 지향점을 설정해야 하므로 정부는 관련 종사자들과 다양한 시나리오를 고려, 긴밀하게 의견을 나눠야 필요성이 높다. 또한 기업에서는 정부지원을 발판 삼아 세계적 수준의 경쟁력을 갖출 수 있도록 미래에 대한 장기적인 안목과 투자가 이뤄져야 한다.

STX중공업의 관계자는 “수소사회의 핵심은 수소차와 연료전지”라며 “수소사회 견인을 위해 SOFC분야는 STX중공업과 SOFC 산업화 포럼이 적극적으로 지원할 것이며 국내 시장의 성공뿐만 아니라 세계적으로 뻗어나갈 수 있는 산업이 될 수 있도록 노력할 예정”이라고 강조했다.