"연료전지 하이브리드 발전, 고용량서도 70% 효율 목표"

머니투데이

박계현 기자

이영덕 한국기계연구원 책임연구원이 29일 서울 동대문디자인플라자에서 열린 '2020 그린뉴딜 엑스포' R&D 세션에서 '연료전지 하이브리드 발전'에 대해 주제발표를 하고 있다./사진=이기범 기자 leekb@

"연료전지 하이브리드 기술이 점차 발전되면 대형 발전소에 버금가는 고용량에서도 70%의 발전효율을 달성할 수 있게 될 겁니다."

이영덕 한국기계연구원 책임연구원은 29일 서울 동대문 디자인플라자(DDP)에서 열린 '2020 그린뉴딜엑스포' R&D(연구·개발) 컨퍼런스에서 연료전지 하이브리드 발전시스템 기술을 소개하며 이같이 말했다.

이 연구원은 "세계적으로 연료전지 시스템의 효율을 향상시키기 위한 연구가 활발히 진행되고 있다"며 "연료전지 시스템의 효율을 향상시키기 위해선 연료전지와 다른 동력기관을 연계해 하이브리드 시스템을 구성하는 방법도 효과적"이라고 설명했다.

연료전지만 단일 가동할 경우 평균적으로 50~60%의 효율이 나오지만, 가스터빈·가스엔진 등 추가 동력발생장치를 이용하면 60~70%까지 효율을 올릴 수 있다. 또 연료전지의 운전 부하를 경감시켜 전지의 내구성을 높이는데도 도움이 된다.

가장 상용화에 가까운 연구 프로젝트는 일본 미쯔비시히다치에서 개발하고 있는 가스터빈을 활용한 연료전지 하이브리드 시스템이다. 큐슈대학 실증 실험에서 1만 시간 연속 운전에 성공한 뒤 현재 도쿄 마루노우치빌딩에 시스템을 설치하고 있다.

미국 GE에서도 연료전지와 수소엔진을 하이브리드한 제품을 개발중이지만 아직 상용화 단계에는 이르지 못했다. 또 미국 에너지부(DOE)의 에너지첨단 연구프로젝트(ARPA-E) 일환으로 100KW 이상의 용량을 가진 연료전지 시스템에서 발전효율 70% 이상에 도달한다는 '인터그레이트'(INTEGRATE) 프로젝트가 진행되고 있다.

한국기계연구원은 고체산화물 수소연료전지(SOFC)와 수소엔진을 연계한 하이브리드 시스템을 개발해 200시간 이상 연속운전에 성공한 바 있다. 관련 연구결과는 어플라이드에너지 2020년 11월호에 게재될 예정이다.

이 연구원은 "그간 연료전지에서 배출된 미반응 연료는 연소기로 태워서 열로만 활용했는데, 촉매연소기를 HCCI(압축착화)엔진으로 대체해서 추가전력을 생산하는 아이디어를 적용시켰다"고 설명했다.

이어 "(하이브리드 시스템을 적용할 경우) 연료이용율이 51%에서 72%까지 점차 증가했으며, 연료이용율 70% 조건에서 연료전지 4251W, 엔진 422W 출력의 결과를 얻었다"고 덧붙였다.