수소충전소 냉각패키지 속속 국산화 성공

김연숙 기자 youns@ekn.kr 2018.09.13 17:01:06

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가스공사, 수소충전소 고압 열교환기·냉동기 자체 기술개발 완료
‘신형 수소충전소 냉각설비 패키지(열교환기+냉동기)’ 연구 착수

[에너지경제신문 김연숙 기자] 수소충전소의 ‘냉각설비 패키지’를 구성하는 핵심기술인 열교환기와 냉동기의 국산화에 성공해 수소차 산업생태계 조기 구축을 위한 또 하나의 기틀이 마련됐다.

한국가스공사(사장 정승일)는 한국에너지기술평가원이 주관한 ‘패키지형 수소충전 플랫폼 모델 개발 및 실증(용량 : 250kg/day급, FCEV 50대 충전/일)’ 연구과제를 수행하며 국산화율을 제고해 나가고 있다. 최근 수소충전소 핵심 기술인 수소 냉각패키지 국산화에 성공해 수입 대비 35% 비용절감, 저렴한 유지·보수와 보급 확대 물꼬를 텄다는 평가이다.

수소충전소는 크게 압축·저장·냉각·공급으로 구성된다. 이 중 ‘냉각’은 차량에 수소가 고압 충전될 때 발생하는 열을 제거하기 위해 필수적이다. 냉각설비는 다시 열교환기와 냉동기로 구분된다. 차량에 설치되는 수소 저장탱크는 타입4 복합재질 용기로 허용온도는 85℃ 이하이며, 냉각 없이 3분 이내 700bar의 고압 충전 시에는 85℃ 이상 탱크온도가 상승하게 된다. 수소충전에 필수적인 냉동기의 경우 현재 국내에 공급되고 제품 대부분이 미국산인 것으로 확인되고 있다.

반면 가스공사가 연구를 통해 개발한 국산 냉동기는 수소 방폭설비를 포함해 총 1억5000만원 수준으로 외산 대비 약 25%의 비용절감 효과가 있는 것으로 평가된다.

냉각설비 중 국산화율이 100%인 열교환기 또한 외산품의 50% 가격 수준으로 경쟁력이 높다. 기존 연구와 시험용 수소 충전시설에 설치된 열교환기는 대부분이 프랑스 제품이다. 일부는 고압튜브만을 수입해 국내에서도 제작되기도 한다. 수입 열교환기는 코일 타입(Coil Type) 열교환기로 효율이 낮고 높이는 2m 이상이다. 열교환 성능 문제로 인해 3분 이내 고속충전을 요구하는 최근 수소충전소에서는 다른 모델을 적용하는 방안이 더욱 적합한 것으로 검토돼 왔다.

미국 국립재생에너지연구소(NREL) 조사를 보면 기존 수입 모델은 3분 이내 충전 조건에서 즉각적인 열교환을 이뤄내지 못했다는 연구결과가 나오기도 있다. 2016년 일본에서 신형 열교환기가 나오고 나서야 초창기 모델 대비 1/10로 부피가 축소되고, 공급설비와 일체화한 상황이다.

가스공사가 이번에 개발한 PCHE(Printed Circuit Heat Exchanger) 타입 열교환기는 일본 제품과 성능은 같고 동일 외산품의 약 50% 수준인 6000만원대 가격이 형성돼 있다.

나아가 가스공사는 기존 간접냉각 방식(브라인에 의한 간접냉각)에서 직접냉각 방식(냉매에 의한 직접냉각)으로 전환하기 위해 현재 ‘신형 수소충전소 냉각설비 패키지(열교환기+냉동기)’ 연구에 착수했다. 연구가 완료되면 수입품 대비 약 53%까지 비용을 절감할 수 있을 것으로 기대된다. 최종 국산화가 완료된 수소충전소용 냉각설비는 각각 당진과 창원에 설치되는 패키지 타입 수소충전소 모델에 적용할 계획이다.

가스공사 관계자는 "앞으로도 안전하고 경제성 있는 한국형 수소충전소의 보급 확대와 수소충전소의 국산화를 위해 연구개발을 지속해 나갈 것 "이라고 말했다.




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