초록 ▼

1. 기술의 정의 및 기획의 필요성
□ 기술의 정의
❍ 범위 : 수소에너지 플랫폼을 도시 등의 지역사회 수준에 구현하여 에너지의 생산자와 소비자의 경계가 사라진 프로슈머 개념의 미래 에너지 패러다임의 실현모델의 제안
❍ 목표 : 도시형 수소 생산-저장-공유 플랫폼의 설계 및 실증을 통해 기존의 에너지 인프라, 도시환경, 수요-공급 관계 등에 능동적으로 대응할 수 있는 수소도시 모델 설계하여 온실가스 및 미세먼지 문제를 궁극적으로 해결할 수 있는 미래 청정 에너지 인프라를 구축하기 위한 실증 연구 및 개발
❍ 수

1. 기술의 정의 및 기획의 필요성
□ 기술의 정의
❍ 범위 : 수소에너지 플랫폼을 도시 등의 지역사회 수준에 구현하여 에너지의 생산자와 소비자의 경계가 사라진 프로슈머 개념의 미래 에너지 패러다임의 실현모델의 제안
❍ 목표 : 도시형 수소 생산-저장-공유 플랫폼의 설계 및 실증을 통해 기존의 에너지 인프라, 도시환경, 수요-공급 관계 등에 능동적으로 대응할 수 있는 수소도시 모델 설계하여 온실가스 및 미세먼지 문제를 궁극적으로 해결할 수 있는 미래 청정 에너지 인프라를 구축하기 위한 실증 연구 및 개발
❍ 수단 : 1) 플러스 에너지 하우스 기반의 도시형 수소 생산-저장-공유 시스템, 2) 커뮤니티 단위의 에너지 통합 네트워크 구축 그리고 3) 수소 에너지 기반의 친환경 도시모델 설계 및 실증기술 개발로 수소경제 실현 모델 및 관련 시스템기술 개발
❍ 효과 : 세계 선도형 수소 도시 실증 플랫폼 구축을 통하여 완성된 수소 관련기술의 실증 사이트 제공 및 수소경제의 실현을 위한 도시에 적용 가능한 기술을 구현
□ 기획의 필요성
❍ 지속적으로 온난화에 대한 위험성과 탈탄소의 중요성이 강조되는 시점에서 신재생에너지만을 활용하기에는 기술적, 비용적 부담이 큼
❍ 현재 선진국은 약 20년전부터 수소경제 실현을 위해 로드맵을 구축하고 기술개발을 시작하였으나, 국내는 비교적 최근 대규모의 투자를 계획함으로서 후발주자의 지휘를 가지게 됨
- 우리나라의 수소 자동차 기술은 세계 최고 수준이나 이의 보급을 위한 관련 인프라 산업(수소 생산, 이송, 저장 등)은 선진국과 격차가 큼
- 이를 극복하기 위한 fast-follow 전략과 기술적 우위성이 있는 분야를 구분함으로써 상황에 맞는 로드맵 구성이 시급한 상황임
❍ 개별적인 기술과 함께 수소경제라는 생태계를 구성할 수 있어야 하며 이를 도시라는 사회적 공동체에 수소를 에너지 매개체(carrier)로 에너지의 생산-저장-활용-공유가 가능한 플랫폼을 구축하는 것이 수소도시의 설계 개념
- 사용자 수용성 : 경제성이 비교적 부족한 수소에너지를 공급하기에는 사용자와의 괴리가 커서 이를 극복하기 어려움. 복지적인 측면에 대한 강조와 이에 대한 사회적 인식도 만족이 가능한 플랜 제시 필요
- 실질적인 산업 생태계 부재 : 사업화 모델 부재로 인하여 경제성 확보가 가능한 시장 창출이 불가능
- 확실한 대안으로서 도시라는 생태계 내 수소에너지의 결합성을 가지는 것은 시너지 효과를 일으킬 수 있음
- 도시에서 구성되는 수소 생태는 수소에너지 플랫폼을 통해 에너지 생산자와 소비자의 경계가 자연스럽게 허물어지고 에너지의 생산-저장-활용-공유가 ICT 기술과 에너지 인프라 기술의 융합을 통해 달성되어 미래 에너지 패러다임을 구현 할 수 있음
❍ 기획연구를 통해 진행 될 연구개발과제의 주요 구성
- 도시형 수소 생산-저장-공유 시스템 설계 및 실증
- 에너지 통합 네트워크 커뮤니티 구축 및 운영 시스템 설계
- 수소기반 친환경 도시모델의 설계

2. 국내외 정책동향 및 환경분석
□ 국내 정책동향
❍ 정부의 3대 혁신성장 전략투자(2018.8.13. 기획재정부)인 수소경제의 조기 구현 모델로 도시 내 주거·교통·산업 등 전분야에 수소가 적용되는 수소 시범도시 인프라 기술개발 및 실증을 위한 신규 지원 필요
- 신재생에너지 패키지 투자모델(수소분야) 중·장·단기 에너지 활용극대화 과제에 포함(단기 : 수소시범도시 플랫폼 개발, 장기 : 수소도시 보급 확대 및 해외 수출모델 개발)
- 수소경제 로드맵 관련내용 : 2022년까지 3개 시범도시 구축
·(목적) 수소 활용 기술·제품·시스템을 실제 적용한 수소 도시 조성
·(구축 전략) 신도시 및 혁신도시, 수소 활용 선도지역 등을 대상으로 수소 시범도시를 조성하고 인프라 구축 지원, 규제특례 등 제공 (규제 샌드박스 1호 : 도심 수소차 충전소 설치)
·(구축 일정) 수소시범도시 설계 (2019.6) → 도시별 수소 생산·공급 여건, 수용성 검토(2019.下) → 1기 시범도시 선정(2019.下) → 2기 시범도시 선정 (2020.上) ※ 일정 변경 가능
- 2019년 경제정책방향(2018.12, 기재부) : 교통·난방 등 수소기반 시범도시 3개소 조성(~ 2022년)
□ 해외 정책동향
❍ 선진국에서는 장기적인 투자를 통해 수소 사회를 구현하고자 계획하고 실현중에 있으나 현재까지 추진 중인 대부분의 수소도시는 수소스테이션을 중심으로 수소자동차 인프라에 집중되어 있음.
- 일본 : 수소타운을 위한 시범도시 실증과 수소고속도로를 통한 수소차 조기 보급
- 미국 : 캘리포니아 주의 수소자동차의 확대 보급을 위한 정책
- 유럽 : 수소 구역에 대한 계획과, MW 단위의 발전설비의 실증
□ 국내외 시장 및 기술동향
❍ 국내외 수소 에너지 시장
- 전세계 수소시장의 규모는 2022년까지 1500억달러로 성장할 것으로 예측됨.
이 시장의 대부분은 암모니아 플랜트 및 정유공정에 사용됨.
- 국내 전체 수소시장의 규모는 약 8000억원 수준.연간 160만톤 이상이 산업용으로 생산되며, 대부분 화학플랜트, 석유 정제공정 등에서 소비하고 이중 22만톤 정도를 수소 에너지 시장 공급 가능한 양으로 추측.
- 수소제조 방식별 단가: 현재까지 천연가스 개질이 가장 저렴한 방법으로 알려져 있으며, 공급단가는 배관, 튜브트레일러 등 공급방식과 양에 따라 다르지만, 대략 kg 당 3~6천원 수준.
- 수소 충전소 및 수소연료전지차의 보급은 미국, 일본에 비해 부진한 상황. 현재충전소는 12기. 2022년까지 수소 충전소 누적 310기 건설과 수소연료전지자동차 1만 5천대 보급을 목표로 하고 있음.
o 제로에너지(또는 플러스에너지) 건물의 보급: 국내에서는 2025년부터 제로에너지건물 의무화를 목표로 추진하고 있으며 이에 따라 제로에너지건물 관련시장이 빠르게 확대될 것으로 전망됨
- 비거주용 건물은 2017년 30%절감, 2020년 60% 절감하고 최종적으로 2025년 제로에너지건물을 의무화하는 정책임
- 2030 에너지신산업 확산전략 (2015년 11월)’을 통해 에너지 프로슈머 및 분산형 청정에너지 중요성이 확대됨
- 에너지 프로슈머 시장 확대에 따라 개인 또는 건물 등에서 직접 생산한 소규모 전력이나 잉여 전력을 팔 수 있는 분산자원 거래시장 확대가 전망되며 이를 통해 플러스에너지 건물도 확산될 전망
❍ 제로(플러스)에너지건물 시장은 2014년 기준으로 약 6.3억달러 수준의 시장을 형성하고 있으며 이는 주로 유럽을 중심으로 시장이 형성되었음. 향후 20년 이내로 빠른 성장이 예상되며 2035년에는 1.4조원달러 규모로 성장할 것으로 전망하고 기술개발에 따라 경제성도 확보될 것으로 전망
❍ 에너지 선진국의 수소도시 및 수소에너지 보급확산 전략 및 정책 현황
- 일본 : 2020년 도쿄올림픽을 기점으로 수소에너지 사회로의 전환 시도. JHFC 및 HySUT 프로그램을 통해 꾸준한 수소에너지 인프라 개발진행, 수소에너지 기반 도시 모델과 관련하여 기타큐슈에 제철소 부생가스를 활용한 수소도시의 시범적 모델(부생수소를 수소 스테이션에 공급하고 인근 가구, 공공시설 등에 파이프라인 공급망을 설치하는 수소 공급계획)을 선보임.
- 미국 : 캘리포니아 주의 수소충전소 및 수소자동차 보급 계획(California Fuel Cell Partnership)으로 대표되는 수송에너지 중심의 수소에너지 보급 정책.
- 유럽 : 4년 단위 혁신연구 프로그램인 Framework Program(FP)에서 FP2 단계 (1986 - 1990년)부터 FCH JU를 거쳐 현재 실행 중인 Horizon 2020의 FCH2 JU (Fuel Cells & Hydrogen Joint-Undertaking) 프로그램까지 11억 유로 이상의 연구비가 투입됨. 수소 및 연료전지의 시장 보급 및 상용화 촉진을 위해 공공 영역과 회사들의 파트너쉽을 강화하는 프로그램들이 진행 중. 수송, 산업 및 가정용 발전, 에너지 저장 등 에너지 시스템 전 분야를 걸쳐 수소 에너지의 비중을 높이고 수소를 미래 사회의 주요 에너지 플랫폼으로 정의. 수소연료전지 자동차는 H2Mobility 프로그램으로 보급 확대를 꾀하고 있으며, combined heat and power 시스템을 통한 건물용 연료전지, 그리고 재생에너지 비중의 증가에 따른 유연성 확보를 위한 PtoG 기술 등을 개발 확대하여 수소에너지 기반 사회의 핵심기술을 확보하고 있음.
- 시사점: 에너지 선진국의 수소에너지 인프라 구축을 위한 요소기술 개발이 선제적으로 이루어지고 있음. 일본의 경우, 부생 수소를 활용한 수소에너지 기반사회의 모델이 제안됨. 그러나 그 활용범위가 매우 제한적이며 개별 기술의 개발위주로 이루어졌고 수송에너지와 관련한 인프라 기술이 주를 이룸. 따라서, 수소를 에너지 플랫폼으로 재생에너지원이나 전통적인 에너지원(도시가스 등)을 주거 모델과 연계하고 수소를 매개로 에너지를 생산, 저장, 공유하는 종합적인 수소 도시 모델을 제안하거나 구현한 사례는 아직 없음.

3. 연구개발과제 구성 및 추진전략
□ 연구개발과제 구성
❍ (1세부) 수소 타운형 수소 공급-활용 및 재생 에너지 믹스 기술 실증
- (목표) 수소 하우스 타운 내 수소기반 에너지 공급-저장-활용 및 재생에너지 연계 통합 시스템 개발 및 실증(신재생에너지 자립률 100% 달성)
- (개발기술)
·재생에너지 연계 수소 생산-저장- 활용 인프라 설계 및 실증
·재생에너지-연료전지 연계 전기 저장 시스템 설계 및 실증
·재생에너지-연료전지 연계 열 저장 시스템 설계 및 실증
·수소생산/저장/활용 시스템에 대한 안전 보강 연구 및 안전 보강시스템 구축
❍ (2세부) 수소 에너지 통합 네크워크 및 수소하우스 기술개발
- (목표) 수소 타운 내 생산하는 재생 전기와 연료전지 열에너지 최적화 기술 개발 및 수소하우스 개발, 실증
- (개발기술)
·수소 커뮤니티 내 태양광-열-가스-전기 그리드 통합 네트워크 설계 및 실증
·수소전기차 연계형 하우스 설계 및 실증
·연료전지 독립형 하우스 및 비독립형 하우스 설계 및 실증
·수소 타운 안전운영 매뉴얼 구축 및 에너지 네트워크 확장형 모델 설계, 운영기술 개발
□ 추진전략
□ TRM

4. 소요예산(안)

(출처 : 요약 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 사전기획연구 요약 ... 2
• 목차 ... 10
• 1. 연구의 필요성 ... 12
• 1.1 기술개발 방향 선정 ... 12
• 1.1.1 추진 배경 ... 12
• 1.1.2 기술개발 방향 도출 ... 13
• 1.2 기술의 개요 ... 17
• 1.2.1 수소 타운형 수소 공급-활용 및 재생 에너지 믹스 기술 실증 ... 18
• 1.2.2 수소 에너지 통합 네크워크 및 수소하우스 기술개발 ... 19
• 1.3 기술의 필요성 ... 22
• 1.4 기술의 시급성 및 중요도 ... 24
• 2. 환경분석 ... 27
• 2.1 국내외 기술 개발 동향 ... 27
• 2.2 국내외 관련분야 정책 동향 ... 42
• 2.3 시장 동향 ... 50
• 2.4 국가정책 부합성 ... 60
• 3. 연구개발 목표 및 연구내용 ... 65
• 3.1 연구개발 목표 ... 65
• 3.2 연구단 구성 및 세부과제 내용 ... 66
• 4. 세부추진계획 ... 68
• 4.1 세부과제별 추진계획 ... 68
• 4.2 세부과제간 기술연계성 ... 70
• 4.3 기술로드맵 ... 73
• 5. 정부지원 필요성 ... 74
• 5.1 정부정책과의 정합성 ... 74
• 5.2 기존 유사사업과의 연계성 및 차별성 ... 75
• 6. 기대효과 및 활용 방안 ... 76
• 6.1 기획연구 방법의 창의성 및 혁신성 ... 76
• 6.2 연구사업단의 창의성 및 혁신성 ... 78
• 6.3 기대 효과 ... 80
• 끝페이지 ... 81