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한국형 수소충전소 표준모델 제시한다

창원에 버스연계형·부품 실증형 충전소 구축
다양한 실증시험으로 효율적 운영방안 마련
수소충전소 부품 국산화율 향상 기대

[월간수소경제 이호길 객원기자] 산업통상자원부는 ‘2020년 수소전기버스용 충전소 실증사업’을 신규공모(3월 23일)했으며, 지난 5월 20일 지원 대상으로 연구역량이 뛰어난 한국자동차연구원을 최종 선정했다.  


‘수소버스용 충전소 실증사업’은 수소경제 흐름에 맞춰 다양한 형태의 충전소를 구축·운영해 한국형 수소충전소 표준의 확립과 부품 국산화율 제고를 위한 사업으로, 향후 4년간 국비 100억 원이 투입될 예정이다.


이번 실증사업에는 지방자치단체로는 경상남도와 수소버스 시범 보급도시이자 수소버스 보급 의지가 강한 창원시가 참여한다. 수행기관으로는 주관기관인 한국자동차연구원을 비롯해 창원산업진흥원, 한국천연가스수소충전협회, 경남테크노파크가 참여한다.


사업 준비단계에서 14개사의 결과 활용 기업으로부터 수소충전소 관련 설비 및 부품에 대한 실증 참여 의사를 확인했으며, 사업수행과정에서 관련 기업에 대한 지속적인 홍보와 교류를 통해 최대한 많은 결과 활용 기업의 참여를 유도할 계획이다.  
 
실증사업 배경과 범위
국내 수소버스는 2022년까지 2,000대, 2030년까지 2만 대가 보급될 계획이다. 이와 연계해 버스용 수소충전소의 수요는 지속적으로 증가할 것으로 전망되지만 낮은 국산화율과 이로 인한 높은 충전소 구축비용은 수소전기차 보급의 가장 큰 걸림돌로 작용하고 있다. 따라서 ‘수소버스용 충전소 실증사업’은 수소 관련 산업의 육성과 한국형 충전소 모델을 확립하기 위한 선제적 역할을 할 수 있을 것으로 기대되고 있다.




현재 국내 승용차용 수소충전소(700bar, 250kg/day)의 설비 및 구성 부품의 국산화율은 50% 수준으로 대부분이 해외제품을 이용하고 있으며, 충전용량이 2배 이상인 수소버스용 충전소(700bar, 500kg/day)를 구축할 경우 설비 및 구성 부품의 국산화율은 더 떨어질 것으로 전망된다.


승용차용 수소충전소는 고장 또는 비상상황 시 인근 수소충전소로 이동해 충전이 가능하지만 수소버스용 충전소는 정해진 노선을 주행하는 수소버스 운행 특성과 차고지 환경 등으로 인해 고장 발생 시 수소버스 운행 중단으로 이어지게 된다. 이는 대중교통을 이용하는 시민의 불편을 초래하기 때문에 비상상황을 고려해 하나의 충전소에 두 개 이상의 충전설비를 구축해 운용해야 한다.


이번 실증사업에서 수소버스용 충전소는 일정 노선을 운행하는 수소버스를 충전할 수 있는 전용 수소충전소로서 승용차용 수소충전소 대비 충전속도가 2배 이상이고 하루 충전용량이 4배 이상인 충전소로 정의하고 있다.



또한 수소버스용 충전소의 실증범위를 실제 노선에서 운행되고 있는 수소버스를 충전하는 ‘버스연계형 수소충전소’와 수소충전소를 구성하는 설비 및 부품의 국산화율을 증대시키기 위해 국내에서 개발된 부품의 실증 운용데이터를 확보하기 위한 ‘부품 실증형 수소충전소’의 두 가지 형태로 구분해 추진할 계획이다.



350bar, 700bar 충전설비를 조합해 수소충전소를 구축함으로써 충전소 설비 및 관련 구성 부품의 국산화 유도와 기술개선뿐만 아니라 버스노선, 운전특성, 교통여건, 차고지 상황 등에 따라 350bar와 700bar의 충전방법을 검증해 가장 효율적인 충전소 운용방식을 도출하고, 하나의 충전설비 고장 시 다른 하나의 설비로 긴급 충전하는 형태의 비상상황 운용기술을 확보하는 것이 이번 실증사업의 목표다.
 
버스용 수소충전소 효율적 운용방안 실증
전 세계적으로 버스용 수소충전소는 350bar급으로 운용 중이다. 그러나 일본과 국내의 경우 700bar급으로 운용하고 있다. 국내는 평창 동계올림픽 때 해외기술을 도입해 버스용 수소충전소를 운용한 사례가 있고, 민간(대도수소충전소)에서 구축한 사례도 있으나 대부분 해외제품으로 이루어져 장비 및 구성 부품의 국산화율이 저조한 실정이다.


정부는 충전소 부품 국산화율을 장기적으로 오는 2030년까지 100%, 단기적으로는 2022년까지 62%까지 달성하는 것을 목표로 하고 있다. 하지만 현재로서는 국산화 부품에 대한 신뢰성과 기술정보 등이 해외 선진사 제품 대비 미흡한 실정이고, 이로 인해 실제 수소충전소 구축 시 국산화 부품 적용 가능 여부는 미지수이다.




또한 버스용 수소충전 방식과 관련해 350bar 충전과 700bar 충전에 대한 체계적인 운용기술과 기준을 확보하지 못한 상태에서는 버스용 수소충전소에 대한 명확한 기준을 설정하기 어렵다.  


하지만 버스용 수소충전소의 경우 정해진 노선을 운행하는 버스의 특성을 최대한 활용해 차고지 인근이나 운행 노선 내에서 수소충전소를 구축할 수 있다는 장점이 있다. 이러한 장점은 높은 구축비용이 들고 국산화 설비·부품 적용이 낮은 700bar급의 충전소를 굳이 구축할 필요 없이 절반의 비용으로 설비·부품의 국산화율을 높일 수 있는 350bar급 충전소로도 충분하다는 판단의 근거가 될 수 있다.


물론 350bar 충전소는 1대의 차량이 하루 2회를 충전해야 하는 불편함을 감수해야 할 수도 있지만, 다른 한편으로 생각해보면 동일한 금액으로 운용의 효율성이 상대적으로 높은 350bar급의 충전소를 2곳에 구축함으로써 충전의 불편함을 해소할 수 있고, 버스의 운행 노선과 연비 특성에 따라 하루 1회 충전으로 운행이 가능한 경우도 생길 수 있다.




따라서 이번 실증사업은 일정 노선을 운행하는 수소버스에 적합한 가장 경제적이고 효율적인 충전소 구성설비 및 운용방식을 확보하고자 한다.


특히 높은 수소충전소 구축비용으로 인해 일정 규모의 경제에 도달할 때까지 정부와 지자체가 구축비용을 보조하고 있는 상황을 고려하면 이번 실증사업의 의미가 크다.
 
2가지 형태 충전소 구축
이번 사업은 350bar, 700bar 충전설비를 조합해 버스연계형, 부품 실증형 등 2가지 형태의 수소충전소를 구축해 국산부품 성능 및 신뢰성을 검증하고 충전 운영기술을 확보하는 것을 목적으로 하고 있으며, 각 설비를 시간당 50kg 이상의 수소충전이 가능하도록 구축할 계획이다.




수소충전소는 튜브트레일러에 의한 압축수소저장 및 공급방식으로 구축된다. 수소버스용 충전소에 적합한 수소압축기, 수소저장용기, 수소냉각시스템, 수소충전기 등 주요설비(모듈)에 대한 면밀한 기술조사와 분석을 통해 선정·구축할 계획이다.


특히 수소버스 충전모사장치는 부품 실증형 수소충전소에 설치될 계획이다. 현재 수소버스에 적용되고 있는 저장용기와 통신프로토콜을 준용해 충전 설비당 2세트 이상을 각각 제작해 구축할 계획이다.


하지만 수소버스 충전모사장치를 부품 실증형 충전소에 적용하기 위해서는 법적 기준 검토가 전제되어야 한다. 저장식 수소자동차 충전의 시설·기술·검사 기준인 ‘KGS FP 217’ 기준을 적용할 경우 현재로서는 법적으로 충전모사장치의 설치가 불가능하다.


따라서 이러한 문제점을 해소하기 위해 규제샌드박스 적용을 통한 특례기준 제정이 필요한 상황이다. 특례기준 제정이 지연될 경우 그 대안으로 ‘KGS FP 211’ 기준을 준용해 부품 실증형 충전시설을 구축하는 방안도 고려하고 있다.
 
실증단지 확보
버스연계형 실증 충전소는 창원시의 버스차고지 중 가장 큰 덕동시내버스 차고지(버스 기준 주차면 330대)의 경계면에 약 1,085㎡ 규모로 구축할 예정이다.


특히 버스연계형 충전소 구축 후보지는 현재 시내버스 차고지와 인접하고 있어서 수소버스의 충전 실증사업을 통한 운영 활용에 최적의 입지 조건을 갖추고 있으며, 기존에 승용차용 수소충전소인 덕동 수소충전소가 이미 운영 중이기 때문에 민원문제 발생 및 인허가 절차에 대한 문제의 소지는 없을 것으로 판단된다.


부품 실증형 수소충전소는 현재 부지조성을 준비 중인 한국자동차연구원 동남본부(2만2,500㎡) 부지 내에 약 1,800㎡ 규모로 구축할 예정이다.


또한 해당 부지는 경남테크노파크 주관으로 수소특화산업단지 조성을 위한 계획을 수립한 후 산업기술단지 지정을 받을 계획이다.


해당 산업단지 내에 수소산업 육성을 위한 클러스터 조성과 연계한 최적의 입지에 실증 충전소를 구축함으로써 동남권 수소산업(수소생산, 충전소, 수소전기차, 수소열차, 수소선박·항공 부품 등) 육성의 거점을 마련하고, 이와 관련한 공동기술개발, 제품 개발 및 상용화, 사업화 등을 지원할 계획이다.


해당 지자체인 창원시와 창원산업진흥원은 수소산업과 관련해 다양한 경험과 전문인력을 보유하고 있으며, 인허가 절차 최소화와 신속한 행정지원을 약속하고 있다.



지금까지 창원시는 울산, 여수에서 수소를 공급받고 있었으나 최근 소규모 수소생산기지, 액화수소기지, 거점형 수소생산기지 등의 단계적인 구축을 통해 오는 7월 이후 50% 이상은 지역 내에서 공급이 가능할 것으로 판단된다.  


특히 창원시는 ‘2020년도 수소추출시설 구축사업’에 최종 선정돼 ‘중규모 수소추출시설’을 부품 실증형 수소충전소와 연계된 한국자동차연구원 동남본부 내에 구축함으로써 연간 3,910톤의 수소생산이 가능해질 것으로 전망된다. 창원시가 계획하고 있는 수소생산기지가 모두 완공되면 하루 최대 11톤의 수소 공급이 가능할 것으로 예상된다.
 
국산화 부품 실증
‘부품 실증용 수소충전소’는 국산화 비율을 80% 이상 반영해 구축함으로써 국산화 부품의 작동특성과 성능을 분석하고 내구성 및 신뢰성을 검증할 계획이다. 다양한 부품시험이 가능하도록 건물 설계에 반영해 충전소를 구축할 계획이다.  


그 이유는 수소충전설비는 한번 설치되면 부품 형태가 다를 경우 배관, 피팅까지 교체해야 하고, 이러한 기술적인 문제로 부품 실증보다 교체를 위한 준비시간이 늘어나 원래의 목적을 달성할 수 없는 상황이 발생할 소지가 크기 때문이다.


특히 국산화 부품 실증과 결과 활용기업에서 의뢰·제공되는 부품과 장비의 실증을 위해 현재 운용 중인 설비와 부품을 탈착하고 해당 부품으로 다시 부착한다는 것은 누설의 위험성과 탈부착을 위한 시간적 손실 등으로 인해 실증의 연속성을 보장할 수 없다.  


따라서 이번 사업에서는 +α의 공간을 별도로 추가 조성해 다른 국산화 부품 실증 시 별도의 공간에 설치한 후 시스템의 전환만으로 실증이 가능한 유연성과 호환성, 연속성을 고려한 충전소를 구축할 계획이다.




수소충전소와 관련한 부품은 까다로운 시험규격과 고가의 인증시험비용 및 시험의뢰 폭주로 인한 일정지연 등으로 인해 해당 부품을 생산하는 중소기업에 큰 부담으로 작용하고 있는 실정이다. 따라서 결과 활용 기업을 대상으로 시험규격에 대한 정확한 이해와 인증시험을 위한 사전 준비 등의 기술을 지원하고, 인증 미규제 부품 및 인증 취득 부품에 대한 필드 테스트를 통해 내구성과 신뢰성 등의 데이터를 제공할 계획이다.


특히 이번 실증사업에서 수소충전소가 구축되는 창원시는 수소산업과 직간접적으로 연관된 부품을 생산하는 기업 134개사가 인접해 있으며, 부품 실증형 수소충전소가 구축되는 실증단지를 기준으로 20km 이내 6개의 수소충전소 설비업체(효성, 이엠솔루션, 현대로템, 범한산업, 광신기계공업, 지티씨)가 입주해 있어 수소버스 충전소에 대한 설계·운용·안전 등과 관련한 기술정보 매뉴얼 작성에 협력할 계획이다.
 
실증사업 기대효과
한국자동차연구원과 창원산업진흥원은 이번 실증사업을 통해 부품실증형 수소충전소와 수소버스 연계형 수소충전소를 총괄 관리하면서 각 충전소에서 축적된 실증 데이터를 결과 활용 기업에 제공함으로써 수소충전소 국산화를 앞당길 수 있을 것으로 기대한다.


또한 한국천연가스수소충전협회와 협력해 다양한 실증시험을 통한 효율적이고 경제적인 수소충전소 운영방안을 마련해 전국의 수소충전소, 관련 설비 및 부품업체, 지자체 등에 제공함으로써 향후 수소충전소 보급 확대에 기여할 수 있을 것으로 기대한다.


끝으로 이번 사업이 수소버스용 충전소 실증을 통해 한국형 수소충전소의 표준모델을 제시하고 부품 국산화율을 제고하기 위한 사업임을 고려할 때 국내 수소충전소 관련 설비·부품기업의 조언을 최대한 수렴하고 반영할 계획이다.


사업수행 과정에서 지속적인 결과 활용 기업 설문조사를 통해 최대한 많은 국산화 설비와 구성 부품에 대한 실증이 이루어질 수 있도록 실증사업을 이끌어 가겠다.  





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