100kW급 연료전지 모듈화‧고효율화 기술개발이 실증을 전제로 추진된다. 국내 연료전지 잠재 시장규모는 RPS 대상 연평균 250MW, 민간 자가용 분산 발전은 2040년 기준 총 6.7GW, 집단에너지는 총 4GW 규모로 예상되며 가정·건물용의 경우 2030년까지 각각 연평균 30MW, 148MW가 될 전망있어 주목된다.
한국에너지기술평가원은 ‘2024년 에너지기술개발사업 신규 연구개발과제’를 발표해 ‘대형 건물 부하대응형 100kW급 연료전지 모듈화 및 고효율화 기술개발’ 연구과제를 공고했다.
PEMFC 기본 모듈 발전용량이 100kW급으로 증가하면서 기존 발전용 연료전지 PAFC, SOFC보다 전기효율이 높은 고효율 분산발전을 개발하는 것은 물론 운영최적화 기술을 활용해 시스템 안정성 확보가 필요하다. 또한 국내 분산발전용 PEMFC 시스템의 경우 PAFC, SOFC에 비해 용량이 작으며 경제성과 안정성이 부족하므로 이를 개선할 시 자체 시장경쟁력을 갖추며 국가 분산발전 보급확대에 기여할 수 있다.
이에 따라 추진되는 이번 R&D는 △경제성 △시스템 안정성 △친환경성 등을 확보한 100kW급 분산발전용 PEMFC 시스템 개발을 목표로 한다. △100kW급 LNG용, 수소용 연료전지 시스템 개발 △기존 연료전지시스템보다 높은 전기‧종합 효율로 경제성 확보 △대용량화를 통한 시스템 단가 절감 및 발전용 적용 가능성 타진 △대형 건물 부하대응형 PEMFC의 해외 수출동력화 △개발시스템 인증 및 실증을 통한 사업화 타당성 검증 등을 주목해야 한다.
‘고효율’ 측면에서 100kW급 순수소 연료전지 시스템을 개발하며 ‘경제성’ 측면에서 100kW급 개질기 연료전지 시스템을 개발하는 것이 이번 R&D 내용이다. 또한 ‘안전성’ 측면에서 분산발전용 연료전지 시스템 운영기술을 개발해야 하며 최종적으로 개발 시스템 실증을 통한 사업화 타당성을 검증해야 한다.
상세 개발목표는 △시스템 정격출력 100kW 이상 △순수소 연료전지 시스템 전기효율 53% 이상 △순수소 연료전지 시스템 종합효율 90% 이상 △개질형 연료전지 시스템 전기효율 37% 이상 △개질형 연료전지 시스템 종합효율 90% 이상 △시스템 실증운전시간 1,000시간 이상 △내구성(성능감소율,1,000시간 기준) 0.375%/khr 이하 △Turn down ratio 50% 등이다.
건물용 연료전지 대용량화에 따른 공간 효율성 향상 및 발전용 연료전지로 확장성 확보를 위해 연료전지 스택 및 개질기의 최소 모듈 단위를 50kW 이상으로 제한해 100kW급 연료전지 시스템을 개발해야 하며 건물의 실질적인 열활용을 위해 축열조, 열교환기 등 열활용 장비 추가도입 및 효율적인 열활용 운전제어 방법을 제시해야 한다.
또한 시장 수용성 향상을 위해 시스템 운전의 신뢰성을 높일 수 있는 방안을 도출하며 100kW급 연료전지 시스템 개발 이후 실증 및 조속한 상용화를 위한 인증 취득방안을 제시해야 한다. 연구개발계획서 제출 시 ‘연구개발과제별 안전관리계획’을 제출해야 하며 적정성 검토 후 부적정 시 지원이 제외될 수 있다.
이번 R&D는 48개월 이내 기간으로 진행되며 총 정부지원 연구개발비는 180억원 내외로 1차연도에 25억원 내외가 지원된다. 주관연구개발기관은 기업이 담당해야 하며 정부납부기술료를 납부해야 한다.
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