초록 ▼

제 1 장 추진배경 및 현황 분석
제 1 절 추진배경 및 사업 필요성
<신재생 하이브리드형 에너지저장 기술>
◆ 세계최초 신재생 하이브리드(폐기물)이용, 미래형 에너지 저장 원천기술 개발로 쾌적하고 안전한 에너지환경 실현
□ (현안 시급성) 국민 삶의 질적 향상 및 지속가능한 에너지사회 구현을 위한 혁신적 대용량 에너지저장 시스템(ESS) 개발 시급
○ 예산과 환경 문제로 예비전력을 확보하지 못한 결과, 대규모 정전사태(blackout)가 전 세계적으로 발생하여 경제적 손실 유발
※ 우리나라의 경우,

제 1 장 추진배경 및 현황 분석
제 1 절 추진배경 및 사업 필요성
<신재생 하이브리드형 에너지저장 기술>
◆ 세계최초 신재생 하이브리드(폐기물)이용, 미래형 에너지 저장 원천기술 개발로 쾌적하고 안전한 에너지환경 실현
□ (현안 시급성) 국민 삶의 질적 향상 및 지속가능한 에너지사회 구현을 위한 혁신적 대용량 에너지저장 시스템(ESS) 개발 시급
○ 예산과 환경 문제로 예비전력을 확보하지 못한 결과, 대규모 정전사태(blackout)가 전 세계적으로 발생하여 경제적 손실 유발
※ 우리나라의 경우, 2011년 9월 15일 이상 고온에 따른 전력소비 급증으로 정전 가구는 656만 세대에 이르며, 8,962건의 피해사례 접수
○ 신재생에너지의 출력 변동성 및 불균형 문제 해결을 위한 대용량 에너지저장 시스템(Energy Storage System, ESS) 개발 시급
-향후 신재생에너지 보급 확대에 따라 에너지밀도(specific energy density, kJ/kg)가 큰 미래에너지 Carrier 물질인 수소를 이용한 대용량ㆍ고효율인 에너지저장 기술 개발 필요
※ 수소는 기존 전기화학적 에너지저장 방식인 2차전지(lithium battery, super capacitor)에 비해 에너지밀도가 5∼10배 큰 이상적인 에너지저장 물질임.
□ (정책적 타당성) 신재생에너지를 이용한 에너지저장 기술은 국가 에너지 정책 목표 방향과 일치하는 사업으로 국가주도 연구 수행 필요
○ 정부는 신재생에너지 보급 비율을 지속적으로 확대하는 목표를 정하고, 대규모 연구개발 예산을 투입하고 있음.
※ 국내 신재생에너지 보급비율 2035년까지 총에너지 수요의 11% 수준 확대
○ 제2차 에너지기본계획(2014년 1월, 산업부) 6대 중점과제에 신재생에너지 사업 및 에너지저장 기술 관련 내용 확정
※ 2035년까지 분산전원ㆍ수요관리 등의 기술에 4조원 투자, 원천기술 투자규모는 2022년까지 3배 이상 확대
□ (투자 효율성) 수소 이용 에너지저장 기술 개발은 국민복지 향상 및 글로벌 블루오션 선점을 위한 효율적 투자임.
○ 에너지저장, 스마트그리드 등 새로운 에너지기술 시장 형성을 위해 미래형 고효율 에너지저장 시스템 개발을 위한 투자 필요
※ 2020년 ESS 시장 30% 점유 및 3대 강국 도약을 위한 정부의 투자 증가
○ 수소기반 미래형 에너지저장 기술의 개발은 다양한 에너지저장 기술 중 시스템 확장성과 유연성이 탁월하여 투자대비 효율성이 매우 큼.
※ 수소이용 저장 방식은 부하대응 및 빠른 용량 대응이 가능 (1kW∼1GW)
□ (정부주도 필요성) 열원에서 수소이용까지 전주기에 걸친 융복합 기술개발 사업으로 공공성, 시장 및 수익성 위험도(risk)로 인해 정부 주도가 필수적임.
○ 부품 소재 및 폐기물 이용 신재생에너지 분야까지 연계하는 본 사업은 파생산업 다양성과 파급효과 극대화를 위해 정부주도의 일괄 추진 필요
○ ESS 및 신재생에너지 발전설비의 부하대응 기술은 공공성 및 수 익성 위험도 등으로 인하여 정부가 주도하여야 함.
※ 한전/발전사가 보유한 대형 발전설비와 전력 연계운전, 소각장을 보유한 지자체 협력을 위해서는 중앙정부의 지원 필요
제 2 절 현황 분석
□ 국내ㆍ외 연구 동향
◆ 전 세계적으로 양방향 수소 생산 및 이용에 관한 연구는 일부 진행 중이나, 폐기물 에너지를 접목한 사례는 전무함.
○ (국외) 양방향 수전해 관련 연구는 연구기관 및 대학을 중심으로 기초원천 연구가 진행 중이며, 미래 에너지시장 선점을 위해 전략적 연구 진행 중
- Univ. of St. Andrew(영), 사우스 캐롤라이나 대학(미)을 중심으로 양방향 수전해 이용 기초연구 진행 중
※ 유럽은 2020년까지 FCH 2JU Project 계획하에 지속적 지원 중이며, 전체 예산중 12% 예산이 수소 생산 및 저장임.
- 수소를 향후 에너지 캐리어의 개념으로 인식하고, 지속적인 연구비 투자 계획
○ (국내) 국내 출연연구원 및 대학에서 양방향 수전해의 기본인 고온수전해 수소제조 기술 연구 수행
- 한국에너지기술연구원 및 KIST를 포함한 국내 출연연구원 및 대학에서 고온수전해 수소제조 기술 기초연구 수행
□ 국내ㆍ외 시장 동향
◆ 신재생에너지를 이용한 발전 부문 확산 및 글로벌 전력 수요 증가에 따라 세계 에너지저장 시스템 시장 급팽창 예상
○ (국외) 미국, 일본 등 선진국 중심으로 2020년에는 약 47.4조원, 2030년에 120조원 규모로 세계 에너지저장 시장이 폭발적으로 성장 전망 (美PIKE리서치, BCG/호남석유화학)
○ (국내) 에너지저장 시장은 현재 시장형성 전의 실증단계이나, 향후 전력소비량이 2010~2024년 기간에 연평균 1.9%가 증가할 전망 (제5차 전력수급 기본계획)
□ 국내 기술 역량
○ 국내 기술개발 잠재력은 매우 높다고 판단되며, 향후 선진기술 도입 시 많은 장애(기술료 및 수출금지 등)가 예상되어 선진기술 도입보다 국내 개발이 효율적임.
※ 에기연, 기계연, KIST 등 출연연에서도 수소이용 발전 및 에너지저장 관련한 다수의 개념특허, 시스템 해석 및 설계 등 확보
<문제점 분석> 미래형 에너지저장 시스템은 경제성 있는 고온 열원 수급 및 고내구성 저장장치 개발이 핵심 문제이며, 실용화를 위한 연계기술 및 관련제도 개선 필요

제 2 장 다부처 추진 필요성
제 1 절 부처별 기존사업 현황
제 2 절 다부처 추진 타당성
◆ 본 사업은 열원에서 수소이용까지 전주기적 융복합기술 개발사업으로 사업초기 단계부터 개발담당 부처간 협력 필요
다부처 추진 타당성
○ 본 사업은 투자 효율성과 신산업 창출 및 경쟁력 확보를 위해 기초/개발/응용 및 사업화 동시진행이 필요한 바 다부처 사업이 필수
※ 본 사업의 열원공급원인 폐기물은 투자 효율성을 고려하여 산업부와 환경부 공동 진행이 필요
※ 폐기물 사업은 환경부 고유영역으로 이를 이용할 경우, 환경부와 연계가 반드시 필요
○ 미래형 에너지저장 기술을 위한 신재생에너지 열원과 온실가스 감축효과와의 연계는 글로벌 이슈이며 국가적 관심사로 관련부처 공동대응이 필수
※ 기후변화 대응문제 해결과 동시에 지속가능한 경제발전을 위해 국가가 설정한 11%의 신재생에너지 보급률 달성에 다부처 협력이 필요
□ 다부처 추진 효과분석
○ 부처간 긴밀한 공조를 통해 세부 요소기술 간 통합과 연구개발 결과물 공유(spin-on/spin-off)가 용이하여 선진국과의 기술격차를 단기간에 극복하고 시장 선도가 가능

제 3 장 사업 내용
제 1 절 사업 목표 및 범위
□ 사업 목표
◆ 세계최고 양방향 수전해 소재 원천기술 및 세계최초 폐기물 에너지 연계형 융합기술 확보
※ 0.5 ton/h 폐기물 스팀 이용 수소 변환효율 60% 이상
○신재생 하이브리드(풍력, 폐기물, 태양열 등)를 이용한 열 및 전기 생산 기술과 이를 이용하여 수소 생산 후, 필요 시 전기 형태로 재공급하는 미래형 에너지저장 기술 개발 목표
※ 향후 다양한 에너지공급 포트폴리오를 구성하기 위해 신재생에너지 중 폐기물에너지를 이용한 자연친화형 에너지저장 기술 개발을 목표로 함.
□ 사업 범위
○ 미래형 에너지저장 시스템 프로토타입을 구축하여 세계기술을 선도하기 위해 2단계로 구분하여 진행
- (1단계) 요소기술 확립 단계로 양방향 수전해 효율 향상, 내구성 증진 및 폐기물 이용 고온스팀 제조기술 관련 원천기술 개발 및 통합운영을 위한 엔지니어링 기술 개발
- (2단계) 기술고도화 및 실용화 단계로 1단계 개발 요소기술을 시스템 레벨로 융합하는 단계로 폐기물에너지로부터 구동되는 고온스팀 및 Hot-box와 연계한 양방향 수전해 시스템 운전 및 검증
제 2 절 세부사업 내용
□ 사업 내용
○다차원 산화물 기반 양방향 중온수전해 기술
- 다차원 전극구조 형상화 및 나노 인테그레이션이용 임계성능 달성
- 다중/다원 나노/박막 복합체 이온공학 적용 양방향수전해 성능 및 신뢰성 향상
- 다층구조 기술과 분자에너지 활용 고효율 산화물기반 양방향수전해 원천기술 및 연계운전 기술
○폐기물 이용 고온스팀 생산 기술
- 고온스팀 연소 원천기술 개발
- 폐기물 고효율 연소장치를 위한 열교환 및 열전달 촉진기술 개발
○신재생에너지 하이브리드 운영 고도화 기술
- 시스템 통합 엔지니어링 및 연계운전 제어 기술
- 전력그리드 연계형 자연에너지 활용 수전해 설비 통합운영 체계 개발
- 수소 및 폐기물 관련 제도 및 규제
□ 사업기간 및 재원규모(안)
○ 사업기간 : ‘16년~’22년 (7년) (1단계 : 4년, 2단계: 3년)
○ 총사업비 : 420억원 (미래부:169, 산업부:132, 환경부:69, 민간:50)

제 4 장 사업 추진전략
제 1 절 사업 추진체계 및 역할 분담
□ 부처 간 역할 및 추진체계
○ 참여부처: 미래창조과학부, 산업통산자원부, 환경부
○ 주관부처 및 근거: 미래창조과학부
- 양방향 수전해 기술의 원천기술 개발 및 관련 규제 등 기술 외적인 장애요소를 파악하고 해결해야 하는 중추 부처로의 역할을 위하여 미래창조과학부가 주관부처로서 타당함.
제 2 절 사업 추진방안 및 기술획득 전략
◆ 원천성-경제성-친환경성에 대한 부처 간 협력을 통해 다부처사업 진행시 효율성제고와 효과성 극대화 예상
□ 사업 추진방안
○ 단계별 추진을 통한 기술 완성도 및 운용 적합성을 추구하며, 부처별 독립성 및 연계성을 반영한 체계적인 진행
○ (1단계) 원천기술 개발 및 응용화를 위한 개념 연구
- 미래부는 양방향 수전해 관련 원천기술 개발을 주도적으로 수행하며 폐기물 이용 열원 공급 및 스팀 제조기술은 산업부 및 환경부가 담당한 후 기술간 연계를 미래부 주도 하에 시행
○ (2단계) 실용화를 위한 시스템 구성, 실증화 및 기술 고도화
- 1단계 개발기술의 융합화를 구현하여 일체형 미래 에너지저장 시스템 운용과 기술고도화 수행 및 시장 창출을 통한 상용화
□ 기술획득 전략
○ 도출된 중점기술개발에서 상용화까지의 전주기를 체계적으로 추진하기 위한 범정부 차원의 실행전략을 수립
○ 미래에너지저장 기술부문은 초기 정부주도의 연구개발 및 인프라 구축이 필요하며 미자립 핵심기술을 완료 후, 시장에 진출 모색
○ 산업기술 및 환경기술 부문에서는 정부주도의 공공 실증기술로 추진하면서 산업계의 참여를 유도해 상용화하도록 추진
- IP-R&D 전략체제 구축 및 실행
- 시장 및 산업동향 분석을 바탕으로 시장 need/value 주도형 기술예측 후 기술획득 방식 선택
※ 상세과제는 자체개발 / 외부협력 또는 외부조달의 구체적 판단
제 3 절 성과활용 및 기대효과
□ 단계별 성과목표 지표
□ 성과 활용 및 연계 방안
○ 고신뢰도 전력망 핵심기술 확보 및 인프라 구축
- 자연재해, 대정전(blackout) 등 이상 상황 시, 신속한 전력공급 회복이 가능한 고신뢰도 에너지저장 장치 확보
- 전력 피크 발생에 따른 전력예비율 저하 시, 본 기술을 통한 전력수요 관리에 기여
○ 원천기술 확보에 따른 사업화
- 신재생에너지를 이용한 분산전원 및 수소제조 시스템 개발에 활용
- 폐기물 초고온 연소기술과 swirl-flow 고온스팀 승온 기술을 타 산업에도 적용 가능하며 spin-off로 사업화 예상
□ 경제적ㆍ기술적ㆍ사회적 기대효과
◆ 신재생 하이브리드 기반 에너지저장 기술개발을 통해 2030년 국내ㆍ외 고정형 ESS 시장의 30% 점유 및 약 9조 2,500억 원 경제적 효과 기대
※ 수소 연료전지 시장의 30% 점유로 고용 창출 (2030년 기준 14,640 명) 및 CO₂ 감축 효과 (790,200 ton-CO₂) 기대
※ 연간 국내발생 가연성, 유기성 폐기물의 에너지화로, 164만 TOE (1,200만 배럴)의 석유대체 및 778만 톤의 CO₂ 감축 기대
○ (경제적 효과) 2030년 국내ㆍ외 고정형 ESS 시장에 ‘신재생 하이브리드 기반 에너지저장기술’을 이용하는 경우 약 9조 2,500 억원 경제적 효과 기대
- 세계 고정형 ESS시장　9조원, 국내 고정형 ESS시장 2,500억원 효과 기대
- Spin-off 기술의 상용화에 따른 경제적 기대효과 발생
※ 수소 연료전지 시장의 30%를 양방향 수소 연료전지 기술이 담당할 경우, 고용창출 (2030년 기준: 14,640명) 및 CO₂ 감축 (790,200 ton-CO₂) 효과
○ (기술적 효과) 향후 스마트그리드가 확산될 경우 IT 기술과 융합 하여 전력기술 선진화 및 성장동력화 육성 가능
- 수소 이용 미래형 에너지저장 기술의 원천기술을 확보함으로써 자연재해, 대정전 등의 이상상황 시 신속한 전력공급 회복 가능
- 폐기물을 전력생산과 에너지저장의 양방향 수전해 기술의 기저 에너지원으로 활용하는 기술혁신으로 전후방 기술파급이 큼
○ (사회적 효과) 미래에너지저장 기술개발로 사회 현안문제 해결
- 전력분야 신사업 개척 및 활성화에 따른 신규 고용창출
- 적극적 전력생산에 따른 획기적 전력예비율 확보방안 제시에 따른 대정전 등 사회 불안요인 제거
- 폐기물 이용 고온 에너지생산 기술 확립을 통해 에너지원 확보 및 환경문제 해결

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제 출 문 ... 2
• 요약본 ... 3
• 목 차 ... 15
• 그 림 목 차 ... 18
• 표 목 차 ... 21
• 제 1 장 추진배경 및 현황분석 ... 22
• 제 1 절 추진배경 및 사업필요성 ... 22
• 1. 개요 ... 22
• 2. 추진 배경 ... 23
• 3. 현안 시급성 ... 26
• 4. 정책적 타당성 ... 34
• 5. 투자 효율성 ... 37
• 6. 정부주도 필요성 ... 40
• 제 2 절 기술현황 분석 ... 44
• 1. 국내외 연구 동향 ... 44
• 2. 국내외 시장 동향 ... 57
• 3. 국내 기술 역량 ... 63
• 4. 문제점 분석 ... 66
• 제 2 장 다부처 추진 필요성 ... 68
• 제 1 절 부처별 기존사업 현황 ... 68
• 1. 기존사업 현황 ... 68
• 2. 기존사업과의 차별성 및 연계성 ... 68
• 3. 관련 분야 해외 다부처 사례 ... 71
• 4. 시사점 ... 77
• 제 2 절 다부처 추진 타당성 ... 80
• 1. 다부처 추진 타당성 ... 80
• 2. 다부처 추진 효과 분석 ... 83
• 제 3 장 사업 내용 ... 85
• 제 1 절 사업목표 및 범위 ... 85
• 1. 사업의 개요 ... 85
• 2. 총괄 사업 목표 및 범위 ... 87
• 3. 단계별 사업목표 및 범위 ... 88
• 제 2 절 세부 사업 내용 ... 90
• 1. 사업내용 ... 90
• 2. 연구비 ... 93
• 제 4 장 사업 추진 전략 ... 94
• 제 1 절 사업추진 체계 및 역할 분담 ... 94
• 1. 주관ㆍ협조부처 설정 및 역할 분담 ... 94
• 2. 부처간 연계 방향 ... 96
• 제 2 절 사업 추진방안 및 기술획득 전략 ... 98
• 1. 사업 추진방안 ... 98
• 2. 기술획득 전략 ... 100
• 제 3 절 성과활용 및 기대효과 ... 103
• 1. 단계별 성과목표 및 성과 활용 ... 103
• 2. 기대효과 ... 106
• 끝페이지 ... 111