| 연구개발개요 |
○ 태양광 설치 주택(수소전기차 연계 주택 1개 포함), 연료전지 주택, 일반 주택으로 구성된 6개 주택동과 설비 관리동으로 구성하고 이들 주택 중 1개 동에 수소전기차를 plug-in할 수 있게 하여 비상전원으로 활용하고 공용면적에 추가적인 태양광과 지열 설비 등의 설치를 통해 다양한 에너지의 소비 및 생산 패턴을 갖는 축소형 수소커뮤니티 단지 구성, 외부에너지 거래를 위한 실증 주택 3개동 건설○ 6개 건물에 대하여 실제 에너지 사용량을 모사하는 무인거주시스템을 구축하여 도시에서의 에너지 수요형태를 구현하고, 수요패턴을 다변화함으로서 수소에너지 공급시스템의 수요대응 가능성을 확인○ 주건 단지의 개별 가정에 수소에너지 설비생산-저장 구축에 따른 건물안전설계 및 건축 비용 증가를 억제하고 수소설비를 별도의 설비 관리동에 설치하여 안전성 및 비용 저감 유도○ 고압 수소 탱크설치에 따른 주민 수용성 및 안전성을 해결하기 위해 금속수소화물 저장을 통한 안전성 확보○ 천연가스와 수소를 동시에 사용할 수 있는 연료전지 시스템 개발을 통해 미래 수소 주거 및 건물 부문에 연료전지 설치 비용 저감○ 주건 단지 내 개인의 잉여생산에너지를 관리동을 통해 단지내 개인, 타 커뮤니티, 전력사업자에 판매, 중개하는 비즈니스 모델 실증○ 수소에너지를 활용한 장기 에너지 저장을 통해 수요반응이나 재난 발생 시 커뮤니티내 단독 에너지 공급이 가능하도록 실증.○ 다양한 에너지 환경에서 수소에너지와 재생에너지의 저장/활용을 검증하고 이를 통해 해외 주거 건설 사업에 필요한 자료 확보○ 지구 및 도시단위 제로에너지 건축 확대를 지원할 수 있는 off-site 발전량 인정을 수소에너지와 재생에너지의 결합을 통해 적용하는 플랫폼
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| 최종목표 |
○ 타운하우스단지에서 수소에너지와 재생에너지 그리고 친환경 건축기술의 통합을 통해 에너지 자립률 130%를 달성, 주거부문의 프로슈머로서 역할을 촉진, 안전성을 강화한 수소의 생산, 수소저장합금을 이용한 안전한 수소저장, 다중 연료 활용 연료전지 기술을 통해 주거부문의 계절 간 에너지 수요의 불균형을 해소하고 다양한 주택형태와 에너지 환경에서 타운하우스 모델 실증 그리고 주거부문의 수소에너지 확산을 위한 제도적 보완과 비즈니스 모델의 개발 (1세부) 타운하우스형 수소 생산-저장-공유를 위한 재생에너지 기반의 안전한 수소생산기술, 금속수소화물을 이용한 안전한 수소의 저장, 다양한 연료를 활용하는 연료전지개발, 재생열원 및 수소에너지를 동시에 활용하는 고효율의 열에너지 이용 시스템의 통합 시스템 개발 및 실증 - 안전성 강화를 위한 금속수소화물을 이용한 120 kg이상 수소 계간저장 시스템 설계, 제작 및 실증, 수소저장 시스템 개발 - 수소 및 개질 가스 개별 및 혼합 이용 가능 연료전지 및 개질시스템 개발 - 연료전지, 지열, 공기열, 수소저장 흡발열을 활용한 단지 내 다중열원을 이용한 40~45℃ 온수 생산(주택공급기준) 및 통합열관리 시스템 구축 - 수소 생산-저장-이용 시스템, 연계 시스템, 열관리시스템, 제어/모니터링시스템의 타운하우스 단지 운영 시스템 연계 운전 실증 - 안전한 수소의 생산-저장-이용 시스템과 다중열원 열관리시스템의 통합관리 및 실증 (2세부) 수소 도시 구현 및 미래 에너지 거래방법 실증을 위하여 실증단지내 에너지 내부거래를 위한 단독주택 6동 및 외부거래 모사에 필요한 3동의 단독주택 시공. 수소 실증단지 내에서 생산한 전력, 수소, 열 등의 제어 관리를 위한 통합에너지 운영시스템(T-EMS)을 구축하고 검증함으로서 미래의 도시단위 에너지 모델을 제시하고 기술 확대를 위한 비즈니스 모델 창출 - 9개 단독주택(실증단지내 내부거래 6개동, 외부거래 3개동)을 대상으로 실제 에너지 사용량 데이터 기반 프로필을 주호 및 주거단지로 작성하고 이를 바탕으로 열과 전력 소비를 구현할 수 있는 무인거주시스템 구축 - 수소타운 단지 내 전력계통 기본 구성 수립하여 전력, 가스, 수소에너지, 재생에너지, 열 등 통합에너지운영시스템(T-EMS) 개발하고 에너지 자립률 130% 달성 방안 및 오차 10%이내의 수요공급 밸런싱 기술 도출 - 수소기반 복합에너지 연계형 주택 표준모델의 성능 설계 및 요소 기술 개발을 통해 수소에너지 연계형 주택 표준모델을 개발하고, 주택단지의 수소기반 복합에너지 설비 및 시설의 성능과 안전성 확보 기술 및 기준을 도출 - 복합에너지 네트워크 모델 평가기술 및 다양한 단지 및 융복합에너지 네트워크 설계 시나리오를 이용하여 도시 확대 적용이 가능한 수소 단지 설계 /운영 가이드라인 개발과 비즈니스 모델 및 제도적 활성화 방안 제안- 내부거래 6개동 중 태양광 발전시스템 설치주택 1개동을 대상으로 수소차와 연계하여 계통전력 단락 시 조명 등 방재 목적의 활용 가능성 검토
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| 연구내용 및 범위 |
(1세부) 타운하우스형 수소 생산-저장-공유 기술과 다중 열원 이용 열관리시스템의 통합 기술 개발 및 실증 ○ 수소커뮤니티형 수소에너지 및 재생에너지 융합 에너지 시스템의 설계 - 금속수소화물 모듈 설계 및 컴포지트 압축 기술 개발 - 열화학식 압축-저장 시스템 개념 설계 - 커뮤니티 부하에 따른 수소 및 열에너지 시스템 용량산정 - 수소 시스템 설치 안전 기준에 따른 배치 설계 및 연결 시스템 설계 - 1 kW급 H2 PEMFC 설계 및 5 kW급 H2 PEMFC 설계 - 수소 및 개질가스 동시 사용 연료전지 시스템 설계 - 수소-EMS/PMS 연계 개념 설계 ○ 수소커뮤니티형 수소에너지 및 재생에너지 융합 에너지 시스템의 단품 제작, 시험 - 수소저장량/반응열 평가, 저장 모듈 열제어 및 성능 평가 - 저장합금 컴포지트 제조 및 평가 - Lab-scale 열화학식 압축 시스템 시험 - 다중열원 히트펌프 최적화, 단품 제작 lab. scale 시험, 열관리 시스템 시뮬레이션 - 수소시스템 상세 배치 설계 및 배관 시스템/안전감시 상세 설계 - 1 kW급 및 5 kW급 H2 PEMFC 시작품 제작 성능 및 신뢰성 평가 - 수소 및 개질가스 동시 사용 연료전지 모사가스 단동시험 - 수소시스템 EMS/PMS 연계 개념 단위장치 반영 ○ 수소커뮤니티형 수소에너지 및 재생에너지 융합 에너지 시스템의 실증 시스템 제작, 설치, 단동/연계 운전 - 수소저장량 및 반응열 모니터링 기술 개발 - 도시형 수소저장 시스템 제작 및 단동/연계 운전 - 열화학식-기계식 압축 시스템 설치 및 연계 운전시험 - 다중열원 히트펌프 시스템 설치 및 시운전, 수소시스템 연계 열회수 성능 최적화 설계 - 계절별 능동운전 방안 도출, 열에너지 네트워크 제어 알고리즘 개발 - 수소제조-저장-이용 시스템 배관 구축 및 인허가, 수소설비동 안전 센서 시스템 구축 - H2 PEMFC, 도시가스 PEMFC 제작 및 단동/연계 운전 - 수소 및 개질가스 동시 사용 연료전지 시스템 제작 및 단동/연계 운전 - 수소-EMS/PMS의 계통 안정성 평가 ○ 수소커뮤니티형 수소에너지 및 재생에너지 융합 에너지 시스템의 타운 하우스 연계 실증 - 수소 생산-저장-이용 시스템 시나리오별 운전 및 모니터링 - 수소저장/열제어 실증 운전 및 데이터 분석, 제어 프로그램 개선 - 도시형 금속수소화물 수소저장 시스템 실증 운전 - 열화학식-기계식 압축시스템 실증운전 및 데이터 분석 - 열 관리 시스템 통합 실증 및 운전 최적화 - 시스템 모니터링과 열관리 시스템 실증 운전 - 수소제조-저장-이용 연결 시스템 운전 실증 - 수소타운형 H2 PEMFC, 도시가스 PEMFC 실증 - 실험실 환경에서 혼합가스 사용 연료전지/개질기 연료 스위칭 시험 및 보완 (2세부) 수소기반 에너지 프로슈머 주택단지 개발 및 실증 ○ 에너지 수요발생을 위한 주택 설계 및 통합에너지 운영시스템 구축 기본 계획 수립 - 도시단위 에너지 수요발생 구현을 위한 에너지 사용량 기초자료 조사 및 분석 - IoT 활용 무인거주시스템 설계 체크리스트 작성 및 설계방안 수립 - 3종이상 주택모델의 수소에너지 연계형 주택 표준모델의 성능 제시 - 고압가스안전관리법, KGS CODE 조사를 통한 주거용 수소설비 방폭구역, 방화벽 설계기준 검토 ○ 수소 커뮤니티 주택단지 시공을 위한 기술적 과제 발굴 및 전단계 평가 방안 도출 - 일반 주택동, 태양광 설치주택동, 연료전지 주택동, 커뮤니티동 및 에너지 공급시설동 시공 - 실증단지 LCCO2 분석 방법론 구축 및 설계단계 평가 - 복합에너지 네트워크 평가시스템 구축 - 복합 에너지 설비 구성 및 연결 계통의 유지관리, 안전설비 구축방안 - 안전장치 최적 설계안 도출(안전밸브, 벤트스택 설계) ○ 통합 에너지운영시스템 설치 및 에너지 생산-공급-운영 시스템 안정화 - 수소기반 복합에너지 연계형 주택 표준모델 안정화를 위한 시운전 - 전기, 수소, 열관리 시스템 및 통합운영시스템 연계 운전 및 안정화 - 수소 기반 주택단지 복합 에너지 설비 구성 및 연결 계통의 안전 설계/시공기준(안) 확립 - 주택단지 위험성 평가, 고장률 이력 관리 시스템 설계를 위한 체크리스트 도출 - 단지 특성별 복합에너지 네트워크 설계 및 운영 가이드라인 개발 ○ 융합 에너지 시스템 주거단지 실증 및 비즈니스 모델 도출을 통한 도시 확대방안 제시 - 수소타운 에너지 운영시스템 실증 및 최적화 - 주택 표준모델 고도화 및 도시확대 적용을 위한 표준모델 제안 - 해외 에너지 공유 전략 및 비즈니스 모델의 타당성 분석 - 한국형 비즈니스 모델 및 제도적 활성화 방안 제안 - 수소주택단지 부품별 고장률 모니터링 실증 - 수소주택단지 안전대응 절차 개발(상황전파, 소방활동, 주민 대피 등) - 주택의 방재기능 수소차 이용 V2G 실증.
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