화석연료를 중심으로 한 에너지자원 공급의 한계는 2000년대 들어 더욱 가시화되고 있으며, 기후변화를 중심으로 한 환경문제, 그리고 배럴당 150달러에 달하는 초고유가시대 경험 등을 통해 전통적인 에너지사용 패턴에 대한 근본적인 변화가 요구되고 있다. 이의 대안 중의 하나로서 수소에 대한 관심이 부각되고 있다. 그러나 대부분의 수소생산과 수송, 그리고 이용기술의 현재 수준은 상업화와 거리가 먼 기술개발 단계에 있으며, ...
화석연료를 중심으로 한 에너지자원 공급의 한계는 2000년대 들어 더욱 가시화되고 있으며, 기후변화를 중심으로 한 환경문제, 그리고 배럴당 150달러에 달하는 초고유가시대 경험 등을 통해 전통적인 에너지사용 패턴에 대한 근본적인 변화가 요구되고 있다. 이의 대안 중의 하나로서 수소에 대한 관심이 부각되고 있다. 그러나 대부분의 수소생산과 수송, 그리고 이용기술의 현재 수준은 상업화와 거리가 먼 기술개발 단계에 있으며, 수소경제의 실현을 위해서는 앞으로도 적지 않은 시간과 노력이 필요할 것으로 전망되고 있다. 이처럼 수소경제 실현에 이르기까지 많은 기술적 제약이 존재하고, 또한 그 실현에 이르기까지의 가능시점이 매우 장기적임에 따라 비용 효과적인 관련 정책의 의사결정을 위하여 수소기술의 보급이 과연 기후변화, 에너지문제 해결에 얼마나 효과가 있고 수반되는 비용은 어느 정도일지에 대한 사전 효과분석의 필요성이 증가하고 있다. 이러한 필요성에 따라 본 논문은 수소에너지를 미래에 도입할 경우, 타 기술들과 경쟁에서 우위를 차지할 수 있는 기술적 및 비용수준, 그리고 수소에너지 도입으로 인한 이산화탄소 배출 감소 및 비용 효과를 분석하기 위한 목적으로 수행하였다. 본 논문에서의 수소에너지기술 경쟁력 및 채택효과 분석을 위한 주요 연구내용은 절차 측면에서 크게 3가지 단계로 구분할 수 있다. 첫 번째, 수소에너지기술 효과 분석모형의 선정에서는 연구의 목적을 충족시킬 수 있는 분석도구로서 가장 적절하게 적용할 수 있는 에너지모형을 선정하고자 하였다. 이를 위하여 세계적으로 널리 활용되고 있는 주요 에너지모형들을 조사하였으며, 모형의 방법론 및 적용특성의 비교 분석을 통하여 본 연구에서의 분석모형으로서 MARKAL모형을 선정하였다. 두 번째 단계인 분석시스템 설계 및 구축은 실제 분석대상이 되는 기술 및 에너지의 종류, 그들 사이의 관계, 각 기술 및 에너지의 특성을 정의하고, 이를 선정된 분석모형을 이용하여 구현하는 것이다. 이를 위하여 수소에너지기술 현황과 미래 기술개발 및 보급전망에 관한 조사 분석을 수행하였다. 세부 기술 및 에너지의 특성에 대한 조사 자료는 분석의 기준수소에너지시스템 설계 및 분석과정의 핵심자료로 활용되었다. 또한 분석시나리오는 수소에너지기술의 경쟁력 및 보급효과 분석에 영향을 미치는 기술수준, 에너지가격, 이산화탄소 배출, 그리고 기술의 보급률 전망 등과 같은 주요 핵심적인 지표를 반영하여 구성하였다. 세 번째, 수소에너지기술의 경쟁력 및 채택효과 분석에서는 선정된 분석모형과 여러 가지 시나리오하에서 수소에너지기술의 경쟁력과 채택효과에 대한 분석을 수행하고 결과를 제시하였다. 분석 시나리오별 이산화탄소 배출 감축 효과, 비용효과, 에너지효과, 기술의 구성 등을 중심으로 주요결과를 제시하며, 이를 통해 미래 수소에너지기술의 경쟁력과 보급의 효과를 비교분석 하였다. 분석의 범위는 수소의 생산으로부터 저장, 수송, 그리고 이용기술로 이루어지는 수소에너지기술시스템 전체를 분석 대상으로 하였으나, 이용기술은 이용 가능한 기술전망 자료의 한계에 따라 수송분야의 승용차부문에 한정하였다. 분석기간은 2005년을 기준으로 2040년까지로 설정하였으며, 수소기술의 최초 이용 가능 시기는 2020년으로 전제하였다. 분석결과를 통하여, 현재의 수소에너지기술에 대한 보편적인 기술전망 수준, 2005년 수준의 에너지가격 등의 전제하에서는 수소연료전지자동차를 중심으로 한 수소에너지기술의 비용경쟁력은 낮은 것으로 파악되었다. 상대적으로 높은 수준의 에너지가격을 전제하였을 경우에도 같은 결과를 나타냈다. 이는 중장기적으로는 석탄, 천연가스와 같은 전통적인 에너지를 사용한 수소생산에서 상대적으로 에너지가격에 영향을 적게 받는 재생에너지를 사용하는 수소생산기술의 경쟁력을 갖춘 상용화 수준의 기술개발 및 보급의 필요성을 의미한다. 수소에너지기술이 경쟁력을 갖는 기술과 비용 측면의 수준을 분석해 보기 위한 수소 효율향상 시나리오 분석결과, 수소연료전지자동차가 기존 휘발유자동차 대비 3.3배 수준의 연비, 1.4배 정도의 비용 수준에서 전통적인 자동차, 미래 도입에 예견되는 플러그린 하이브리드 등 그린카와의 경쟁에서 우위를 차지할 수 있을 것으로 추정되었다. 한편, 기준시나리오 대비 50% 정도 수준의 이산화탄소 배출을 총량으로 제약하였을 경우, 비용수준을 떠나 수소에너지기술의 기여가 주어진 제약과 수요를 만족시키기 위해 요구되며, 2020~2040년 사이에 승용차부문에서 12~16% 정도의 비중을 차지할 것으로 분석되었다. 미래 승용차부문에서 2040년 최고 30% 수준의 수소에너지기술의 보급을 전제하여 수소에너지의 보급효과를 분석한 결과, 2040년 최고 30% 정도의 이산화탄소 배출 감축잠재량을 가질 수 있는 것으로 나타났다. 이러한 수소에너지기술의 보급을 위해서는 62.7조원 정도의 비용이 소요될 것으로 추정되었다. 한편, 수소연료전지자동차에 대한 낙관적인 기술수준(연비 향상) 및 비용감소를 적용한
화석연료를 중심으로 한 에너지자원 공급의 한계는 2000년대 들어 더욱 가시화되고 있으며, 기후변화를 중심으로 한 환경문제, 그리고 배럴당 150달러에 달하는 초고유가시대 경험 등을 통해 전통적인 에너지사용 패턴에 대한 근본적인 변화가 요구되고 있다. 이의 대안 중의 하나로서 수소에 대한 관심이 부각되고 있다. 그러나 대부분의 수소생산과 수송, 그리고 이용기술의 현재 수준은 상업화와 거리가 먼 기술개발 단계에 있으며, 수소경제의 실현을 위해서는 앞으로도 적지 않은 시간과 노력이 필요할 것으로 전망되고 있다. 이처럼 수소경제 실현에 이르기까지 많은 기술적 제약이 존재하고, 또한 그 실현에 이르기까지의 가능시점이 매우 장기적임에 따라 비용 효과적인 관련 정책의 의사결정을 위하여 수소기술의 보급이 과연 기후변화, 에너지문제 해결에 얼마나 효과가 있고 수반되는 비용은 어느 정도일지에 대한 사전 효과분석의 필요성이 증가하고 있다. 이러한 필요성에 따라 본 논문은 수소에너지를 미래에 도입할 경우, 타 기술들과 경쟁에서 우위를 차지할 수 있는 기술적 및 비용수준, 그리고 수소에너지 도입으로 인한 이산화탄소 배출 감소 및 비용 효과를 분석하기 위한 목적으로 수행하였다. 본 논문에서의 수소에너지기술 경쟁력 및 채택효과 분석을 위한 주요 연구내용은 절차 측면에서 크게 3가지 단계로 구분할 수 있다. 첫 번째, 수소에너지기술 효과 분석모형의 선정에서는 연구의 목적을 충족시킬 수 있는 분석도구로서 가장 적절하게 적용할 수 있는 에너지모형을 선정하고자 하였다. 이를 위하여 세계적으로 널리 활용되고 있는 주요 에너지모형들을 조사하였으며, 모형의 방법론 및 적용특성의 비교 분석을 통하여 본 연구에서의 분석모형으로서 MARKAL모형을 선정하였다. 두 번째 단계인 분석시스템 설계 및 구축은 실제 분석대상이 되는 기술 및 에너지의 종류, 그들 사이의 관계, 각 기술 및 에너지의 특성을 정의하고, 이를 선정된 분석모형을 이용하여 구현하는 것이다. 이를 위하여 수소에너지기술 현황과 미래 기술개발 및 보급전망에 관한 조사 분석을 수행하였다. 세부 기술 및 에너지의 특성에 대한 조사 자료는 분석의 기준수소에너지시스템 설계 및 분석과정의 핵심자료로 활용되었다. 또한 분석시나리오는 수소에너지기술의 경쟁력 및 보급효과 분석에 영향을 미치는 기술수준, 에너지가격, 이산화탄소 배출, 그리고 기술의 보급률 전망 등과 같은 주요 핵심적인 지표를 반영하여 구성하였다. 세 번째, 수소에너지기술의 경쟁력 및 채택효과 분석에서는 선정된 분석모형과 여러 가지 시나리오하에서 수소에너지기술의 경쟁력과 채택효과에 대한 분석을 수행하고 결과를 제시하였다. 분석 시나리오별 이산화탄소 배출 감축 효과, 비용효과, 에너지효과, 기술의 구성 등을 중심으로 주요결과를 제시하며, 이를 통해 미래 수소에너지기술의 경쟁력과 보급의 효과를 비교분석 하였다. 분석의 범위는 수소의 생산으로부터 저장, 수송, 그리고 이용기술로 이루어지는 수소에너지기술시스템 전체를 분석 대상으로 하였으나, 이용기술은 이용 가능한 기술전망 자료의 한계에 따라 수송분야의 승용차부문에 한정하였다. 분석기간은 2005년을 기준으로 2040년까지로 설정하였으며, 수소기술의 최초 이용 가능 시기는 2020년으로 전제하였다. 분석결과를 통하여, 현재의 수소에너지기술에 대한 보편적인 기술전망 수준, 2005년 수준의 에너지가격 등의 전제하에서는 수소연료전지자동차를 중심으로 한 수소에너지기술의 비용경쟁력은 낮은 것으로 파악되었다. 상대적으로 높은 수준의 에너지가격을 전제하였을 경우에도 같은 결과를 나타냈다. 이는 중장기적으로는 석탄, 천연가스와 같은 전통적인 에너지를 사용한 수소생산에서 상대적으로 에너지가격에 영향을 적게 받는 재생에너지를 사용하는 수소생산기술의 경쟁력을 갖춘 상용화 수준의 기술개발 및 보급의 필요성을 의미한다. 수소에너지기술이 경쟁력을 갖는 기술과 비용 측면의 수준을 분석해 보기 위한 수소 효율향상 시나리오 분석결과, 수소연료전지자동차가 기존 휘발유자동차 대비 3.3배 수준의 연비, 1.4배 정도의 비용 수준에서 전통적인 자동차, 미래 도입에 예견되는 플러그린 하이브리드 등 그린카와의 경쟁에서 우위를 차지할 수 있을 것으로 추정되었다. 한편, 기준시나리오 대비 50% 정도 수준의 이산화탄소 배출을 총량으로 제약하였을 경우, 비용수준을 떠나 수소에너지기술의 기여가 주어진 제약과 수요를 만족시키기 위해 요구되며, 2020~2040년 사이에 승용차부문에서 12~16% 정도의 비중을 차지할 것으로 분석되었다. 미래 승용차부문에서 2040년 최고 30% 수준의 수소에너지기술의 보급을 전제하여 수소에너지의 보급효과를 분석한 결과, 2040년 최고 30% 정도의 이산화탄소 배출 감축잠재량을 가질 수 있는 것으로 나타났다. 이러한 수소에너지기술의 보급을 위해서는 62.7조원 정도의 비용이 소요될 것으로 추정되었다. 한편, 수소연료전지자동차에 대한 낙관적인 기술수준(연비 향상) 및 비용감소를 적용한
The era of fossil fuel based energy supply system seems to be going down the hill as climate change issue and super-high oil price event have shaken the world. Hydrogen is the one of the alternatives getting much attentions. However, most of hydrogen production, storage, and utilization technologies...
The era of fossil fuel based energy supply system seems to be going down the hill as climate change issue and super-high oil price event have shaken the world. Hydrogen is the one of the alternatives getting much attentions. However, most of hydrogen production, storage, and utilization technologies are in the R&D state. Experts expect that it takes at least 10 or 20 years to enter hydrogen economy. In order to successfully enter the hydrogen economy, some technological barriers and challenges should be overcome and the importance of environmental impact of hydrogen has to be proven. Thus, the impact of energy saving, cost, and GHGs reduction by hydrogen technologies should be fully investigated and the necessity of hydrogen as new alternative in non-fossil based energy supply system also addressed. This paper is to investigate the impact and to fulfill the necessity. That is, analyzing the technological and economical level to compete in the market and investigating the impact of introduction hydrogen in terms of GHGs emission reduction and cost are two main tasks in this research. The paper consists of three steps to analyze competitiveness and environmental impact of technology adopted. First, this paper used the most appropriate analysis tool to achieve the goal of this research. In order to do that, MARKAL(MARKet ALlocation) model was chosen since it was best known for analysing the technical effect and environmental impact using bottom-up methodology. Second, this paper designed Reference Hydrogen Energy System and developed the analysis system by defining the technologies consisted, relationship among them, and characteristics of them. In-depth research of hydrogen energy technology was conducted and the prospects of future technologies and development status of the technologies were also considered. Besides, scenarios were developed based on the degree of technological maturity of hydrogen, penetration rate, energy price, CO2 emission, etc. Third, this paper analysed the competitiveness of hydrogen technologies and environmental impact of the technologies utilizing the model and scenarios developed. CO2 emission reduction potential by scenarios, cost effectiveness, energy saving effect, and technology mix are addressed in the results. The scope of hydrogen technologies includes production, storage, transportation, and utilization. But, utilization technology only considers sedan in transportation sector due to the lack of prospects data. Analysis period is from 2005 to 2040 and assume hydrogen technology introduction starts at 2020. As results, competitiveness of hydrogen technologies under the general assumptions based on 2005 turns out to be low. It provided similar results even with higher energy prices. The results mean that hydrogen production technology using renewable energy should be more develop in the long term perspective rather than using coal or natural gas instead since renewable energy is less sensitive to energy prices. Hydrogen Fuel Cell Vehicle(FCV) turns out to be competitive when FCV is 3.3 times more efficient than gasoline engine under the hydrogen efficient improvement scenario. When total emission restriction was given to 50 % reduction against baseline scenario, hydrogen technology was essential to satisfy the restriction and the penetration rate was around 12 to 16% in sedan sector during 2020 and 2040. When forcing the 30 % of hydrogen penetration rate to sedan sector, 30% of CO2 emission reduction at 2040 was achieved. The additional cost for that effect was found to be 52.2 billion dollar. However, assuming the very positive technology development scenario, the profit occurred due to the introduction of hydrogen other than the cost. It also means, more proactive efforts to breakthrough the technical barrier will introduce the hydrogen technology into the market without the additional cost. The results of this study provides the meaningful indicator to estimate the hydrogen energy when considering GHGs reduction target, hydrogen development target, etc. Thus, the analysis system developed and the experience using MARKAL energy model will help develop the long term strategic plan of hydrogen energy technology R&D and estimate the possible GHGs reduction potential in hydrogen technology related area, such as transportation sector, backup power, material handling equipment, etc.
The era of fossil fuel based energy supply system seems to be going down the hill as climate change issue and super-high oil price event have shaken the world. Hydrogen is the one of the alternatives getting much attentions. However, most of hydrogen production, storage, and utilization technologies are in the R&D state. Experts expect that it takes at least 10 or 20 years to enter hydrogen economy. In order to successfully enter the hydrogen economy, some technological barriers and challenges should be overcome and the importance of environmental impact of hydrogen has to be proven. Thus, the impact of energy saving, cost, and GHGs reduction by hydrogen technologies should be fully investigated and the necessity of hydrogen as new alternative in non-fossil based energy supply system also addressed. This paper is to investigate the impact and to fulfill the necessity. That is, analyzing the technological and economical level to compete in the market and investigating the impact of introduction hydrogen in terms of GHGs emission reduction and cost are two main tasks in this research. The paper consists of three steps to analyze competitiveness and environmental impact of technology adopted. First, this paper used the most appropriate analysis tool to achieve the goal of this research. In order to do that, MARKAL(MARKet ALlocation) model was chosen since it was best known for analysing the technical effect and environmental impact using bottom-up methodology. Second, this paper designed Reference Hydrogen Energy System and developed the analysis system by defining the technologies consisted, relationship among them, and characteristics of them. In-depth research of hydrogen energy technology was conducted and the prospects of future technologies and development status of the technologies were also considered. Besides, scenarios were developed based on the degree of technological maturity of hydrogen, penetration rate, energy price, CO2 emission, etc. Third, this paper analysed the competitiveness of hydrogen technologies and environmental impact of the technologies utilizing the model and scenarios developed. CO2 emission reduction potential by scenarios, cost effectiveness, energy saving effect, and technology mix are addressed in the results. The scope of hydrogen technologies includes production, storage, transportation, and utilization. But, utilization technology only considers sedan in transportation sector due to the lack of prospects data. Analysis period is from 2005 to 2040 and assume hydrogen technology introduction starts at 2020. As results, competitiveness of hydrogen technologies under the general assumptions based on 2005 turns out to be low. It provided similar results even with higher energy prices. The results mean that hydrogen production technology using renewable energy should be more develop in the long term perspective rather than using coal or natural gas instead since renewable energy is less sensitive to energy prices. Hydrogen Fuel Cell Vehicle(FCV) turns out to be competitive when FCV is 3.3 times more efficient than gasoline engine under the hydrogen efficient improvement scenario. When total emission restriction was given to 50 % reduction against baseline scenario, hydrogen technology was essential to satisfy the restriction and the penetration rate was around 12 to 16% in sedan sector during 2020 and 2040. When forcing the 30 % of hydrogen penetration rate to sedan sector, 30% of CO2 emission reduction at 2040 was achieved. The additional cost for that effect was found to be 52.2 billion dollar. However, assuming the very positive technology development scenario, the profit occurred due to the introduction of hydrogen other than the cost. It also means, more proactive efforts to breakthrough the technical barrier will introduce the hydrogen technology into the market without the additional cost. The results of this study provides the meaningful indicator to estimate the hydrogen energy when considering GHGs reduction target, hydrogen development target, etc. Thus, the analysis system developed and the experience using MARKAL energy model will help develop the long term strategic plan of hydrogen energy technology R&D and estimate the possible GHGs reduction potential in hydrogen technology related area, such as transportation sector, backup power, material handling equipment, etc.
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