| 연구개발개요 |
(1) 기술의 정의○ 수소 대중교통 시스템의 해외(중동) 진출 토대 마련을 위해 수소버스 차고지형 충전소 기술에서 수소의 생산, 압축, 저장, 충전, 충전소 운영, 버스 운행을 포함하는 인프라 기술의 국산화 패키지화 기술 확보를 마련하여 해외 시장 선점 추진 ○ 특히, 재생에너지 등과 연계한 수소생산 여건이 우수한 해외 현지(중동)을 대상으로 고온다습 등 환경을 고려한 맞춤형 수소버스 및 충전시스템 실증을 통해 수소버스 기반의 교통 인프라 기술의 검증 및 실용화를 제고하여 다양한 비즈니스 모델을 제시하여 해외 수소기반 대중교통 인프라 사업으로 확대하는 기술적 토대 마련 (2) 본 제안 기술의 특징 ○ 수소버스 등 수소를 연료로 이용한 대형 운송수단은 탈탄소화를 이룰 수 있는 가장 실용적인 것으로 인식되어, 유럽, 일본, 미국 등은 실증을 통해 그 가능성을 확인하고 장기적으로 대중교통 정책으로 전화되는 추세 ○ 해외 수소버스차고지형 충전 인프라 및 수소생산 기술은 수전해 시스템을 통해 수소를 생산하여 인입된 수소를 저장하기 위해 고압으로 압축하는 압축기, 충전시 폭발방지 등을 위한 냉각장치 등으로 구성된 주요 설비의 국산화 기술을 개발하여 안전성 및 신뢰성 검증을 통해 국내외 대중교통 인프라 운영과 유지관리 체계화 마련 ○ 수소 대중교통 인프라 구축ㆍ운영의 해외시장 진출 토대 마련을 위해 수소의 생산, 압축, 저장, 충전, 버스운행 및 충전시설 운영까지를 포함하는 전주기 기술에 대한 기술개발과 국내ㆍ외 실증과 운영에 대한 통합적인 연계성과 실현 가능성 제시 ○ 대형 차고지나 계류지를 중심으로 50대/day 이상의 버스에 대한 연료 공급과 이를 위한 경제적/효율적 공급시스템 설계 및 검증 ○ 다수의 수소버스를 충전하는 비용을 낮추기 위해 수소버스의 충전 방식과 압축기와 저장용기의 조합에 대한 최적화 연구와 이를 통한 건설비용 등 절감 방향 제시 ○ 운영비용 관련하여 전기, 천연가스 등의 사용하는 에너지 비용에 따라 수소 공급과 수소 충전에 소요되는 비용의 차이가 국내 상황과 해외의 상황이 다르며 이에 대한 최적화 방안 마련 ○ 수소의 생산 비용절감 및 용량별 대응 가능한 모듈화 설계를 통해 고효율의 수소생산 방식에 대한 기술 개발이 중요 ○ 지역적인 에너지 환경에 맞는 대용량 수소의 공급 기술개발과 함께 IT와 접목한 버스와 충전소의 운행 접목한 기술개발 확보
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| 최종목표 |
[연구개발 최종 목표] 시간당 35kg 이상 수소생산, 버스2대 동시충전 및 연속 2회 충전,버스 충전가능 용량 1,000kg/일 이상 충전 가능한 수소 인프라 기술개발 및 실증을 통한 수소 대중 교통시스템의 해외(중동) 진출 토대 마련 가. 연구단 최종 목표○ 국내ㆍ외 지자체/정부기관 연계성 확보와 건설, 설치, 시운전 및 운영 등에 대한 기반 구축○ 국내ㆍ외 인허가 및 수용성 확보 방안 마련- 현지 수용성 확보, 홍보 및 사업 확대 전략안 도출○ 해외현지 환경에 맞는 한국형 수소버스차고지형 충전소의 최적화된 유지보수, 운영 통합관리 서비스 기술지원나. 충전 인프라 기술개발 최종 목표○ 버스차고지 대응 메가 수소충전소 표준 모델 개발 및 국산화 제품 실증- 해외 고온환경 적응형 압축기, 냉동기, 디스펜서 등 국산 적용 및 개발 실증○ 국내ㆍ외 실증기반 구축- 현지 수용성 확보, 홍보 및 사업 확대 전략안 도출 ○ 해외 실증을 고려한 충전시스템 설계- 국내 실증 데이터를 기반으로 개선된 시뮬레이션 방법을 활용한 해외 환경 조건하에서 수소충전 방안 도출- 충전프로토콜 성능을 최적화하고 개선 결과 및 디스펜서 제작에 필요한 개선 기술지원○ 버스차고지형 버스 수소충전소 운영기술 개발- 버스의 운행상황 및 충전 조건에 따른 충전시설의 대응성 확인- 실제 충전 자료를 바탕으로 에너지 사용 및 효율적 운영방안 도출- 버스와 연계 운영을 통한 실제 수소충전시설의 문제점 파악 및 설계개선- 국내 실증 시 하절기 운영을 통한 해외 교통 버스모델에서 문제점 파악과 개선- 해외 현지 실증 충전소 시스템 건설, 설치, 시운전, 운영○ 버스차고지형 실증 설비 안전 기준 검토- 버스차고지형 수소충전시설 안전기준 및 설비 기준 검토- 대용량 수소생산, 충전시설의 위험요인 평가- 실증시설의 수소폭발 및 방호벽 충격 시뮬레이션- 해외 실증을 위한 현지 안전기준, 인허가 사항 검토 및 반영
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| 연구내용 및 범위 |
□ (구성기술1) 해외 수소버스 차고지형 충전 인프라 기술개발 및 실증○ 버스 차고지 대응 메가 수소 충전소 표준 모델 개발 - 50대 이상의 차고지 혹은 버스 계류지 적용 메가 수소충전소 시스템 설계 - 효율성 및 비용을 고려한 최적 시스템 구성안 도출(UAE 현지 기준 수소충전단가 6천원/kg이하*) * 수소충전단가 = 수소생산단가 + 수소운영단가 - 수소충전소 구성에 따른 버스동시충전(2대이상) 및 연속충전(2회연속이상) 충전 대응성 모사 시뮬레이션 및 검증 - 수소버스 2대 동시, 연속 충전 가능 시스템 설계, 설치, 운영 - SAE J2601, J2601-2, JPEC-S0003 기반 수소 버스 충전 프로토콜 적용 충전 및 실증 - 연속 충전 및 충전속도 향상을 위한 충전 최적화 및 실증○ 버스 차고지 대응 메가 수소 충전소 국산제품 실증 - 해외 고온환경 적응형 압축기, 용기, 냉동기, 디스펜서, pre-cooler 국산 적용 및 개발, 실증○ 국내 및 해외 실증 기반 구축 - 국내 실증(3차년도) 인허가 및 수용성 확보 방안 마련 - 해외 실증을 위한 현지 기업/지자체/정부기관 연계성 확보와 현지 건설, 설치, 운영, 인허가, 보험, 유틸리티 등에 대한 기반 구축 - 현지 수용성 확보, 홍보 및 사업 확대 전략안 도출○ 해외 실증을 고려한 충전시스템 설계 - 대기온도 50℃에서 대량 수소버스 충전 상황 고려 설계 사항 도출 - 압축기, 저장설비, pre-cooler 등의 주요 설비 보완 설계 - 수소버스 충전 프로토콜에 따른 수소압력, 충전속도, 대기온도, 용기 type 및 초기 압력을 고려한 수소버스 용기의 압력/온도 변화 예측 기술 개발○ 버스차고지형 버스 수소충전소 운영기술 개발 - 다양한 버스의 운행상황 및 충전 조건에 따른 충전시설의 대응성 확인 - 실제 충전 자료를 바탕으로 에너지 사용 및 효율적 운영방안 도출 - 버스와 연계 운영을 통한 실제 수소충전시설의 문제점 파악 및 설계개선 - 국내실증 시 하절기 운영을 통한 해외 교통 버스모델에서 문제점 파악과 개선 - 해외 현지 실증 충전소 시스템 건설, 설치, 시운전, 운영 - GPS기반 수소버스 운행정보와 수소충전소 상황 공유 웹기반 서비스 개발 및 현지화 - 수소공급 및 수소충전시스템 원격 제어, 감시, 모니터링 운영 솔루션 개발 - 운전, 운영, 제어 정보의 송수신 유무선 정보 강화 및 암호화 기술 개발○ 버스차고지형 실증 설비 안전 기준 검토 - 버스차고지형 수소충전시설 안전기준 및 설비 기준 검토 - 대용량 수소생산, 충전시설의 위험요인 평가 - 실증 시설의 수소폭발 및 방호벽 충격 시뮬레이션 - 해외 실증을 위한 현지 안전 기준, 인허가사항 검토 및 반영□ (구성기술2) 해외 수소버스 차고지형 모듈화 수전해 수소 생산기술 개발 및 실증○ 수소생산 시설과 해외 재생전력/그리드전력의 연계 기술 개발 및 실증 - 현지 전력 시스템과 수전해 시스템 연계, 안정적 전력공급 하드웨어 및 소프트웨어 시스템 개발 및 실증 - 현지 전력 환경 모사 수소생산, 저장 소규모 구현 시스템 구축 및 평가○ 해외 현지 상황에 따른 최적 수소생산 시스템 구축 연구 - 재생에너지 패턴에 따른 수소생산 시뮬레이션 기술 개발 - 현지 전력 공급 상황에 따른 수소생산 및 저장 장치 용량 산정 기술 개발○ 고온 환경 적용형 대용량 수전해 모듈 기술 개발 및 실증 - 냉각시스템 및 전원공급장치 등 환경성 검토 및 대응기술 개발 - 시간당 35kg(400 Nm3/h) 수용, 모듈 단위 보조기기(BOP) 설계를 통한 용량 변동 대응 기술 개발 - 현지 수전해 시스템 구축 시간/비용/인력 최소화를 위한 패키지화 기술 개발 - 대형스택용 셀 프레임 및 셀 구조 설계, 제작 기술 개발 - 수소생산 시스템 원격 제어, 관리 및 모니터링 기술 개발 - 실증 시스템 제작, 현지설치, 시운전, 유지 보수 체계 개발○ 수전해 현지 적용을 위한 요소 기술 개발 - 양산 전극 시험 평가 및 품질관리 기술 개발 - 소형 스택 적용 수소생산 on-off 시험 및 시스템 영향 평가 - 스택 생산 비용 저감 기술 개발 - 수전해 장치 보조기기(BOP) 시스템 안전성 향상 기술 개발 - 정제 중 수소 사용량 저감 기술 및 차세대 수전해용 막기술 개발
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