| 3차년도 |
？ 주관연구개발기관(한국에너지기술연구원) : 수소커뮤니티단지형 수소에너지 설비 실증 설비 제작 및 단동, 연계 운전 ？ 공동연구개발기관(고려대) : 다중열원 히트펌프 요소기술 개발 및 냉난방, 급탕 시스템 성능 최적화 기술 개발과 단지 특성별 복합에너지 네트워크 설계/운영 가이드라인 개발 ？ 공동연구개발기관(원일TNI) : 수소저장시스템 모듈 제작 및 시스템 구축 ？ 공동연구개발기관(두산) : 건물용 수소 PEMFC 시스템 및 도시가스 PEMFC 시스템 제작/평가 ？ 공동연구개발기관(이엠솔루션주식회사) : 수소 생산-저장-연료전지 연결 시스템 구축 ？ 공동연구개발기관(LH) : 복합에너지 연계형 도시 모델 테스트 베드 조성 ？ 공동연구개발기관(한국건설기술연구원) : 수소기반 복합에너지 연계형 주택 표준모델 개발 및 에너지 설비 시설 안전기준 마련 ？ 공동연구개발기관(한국전력기술) : 수소타운 단지 통합 에너지운영시스템 설치 및 안정화 ？ 공동연구개발기관(가비) : 수소타운 에너지 공유 플랫폼 개발 및 온실가스 배출권 외부거래 방법론 개발 ？ 공동연구개발기관(넥셀) : 수소타운 홍보관 에너지통합 관제현황판 디자인(안) 사전 검증 평가 ？ 공동연구개발기관(한국가스안전공사) : 수소기반 복합에너지 연계형 실증단지 안전 관리 시스템 개발
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- 주관연구개발기관(한국에너지기술연구원) : ① 저장량/열량 모니터링 기술 개발 및 열화학/기계식 압축 시스템 제작, 설치, 연계 운전(>20 bar. >5 Nm3/h) ② 부하변동 대응형 수전해 시스템 설치, 단동, 연계 운전(3 Nm3/h, 부하 30~100% 변동) ③ 수소제조-저장-이용 시스템 설치 안전 기준에 따른 설치 ④ 혼합가스 사용 연료전지/개질기 자동화 제어 로직 및 통합 시스템 제작, 단동/개질기-연료전지 연계 운전 ⑤ 수소시스템의 EMS/PMS 연계 안전성 평가, 열설비 연계성 점검(이동식 설비를 통한 한전계통연계기술기준, 10%내외) - 공동연구개발기관(고려대) : ① 신재생 다중열원(연료전지, 태양열, 지열) 히트펌프 시스템 타운하우스 설치 및 시운전 ② 연료전지 폐열 이용 열회수 시스템 개발 및 열교환 성능 최적화 ③ 태양열 축열조 시스템 개발 및 부하특성에 따른 운전모드 개발 ④ 태양열, 지열 또는 공기열 이용 고효율 히트펌프 시스템 난방(주택 공급기준 40~45℃) 성능 최적화 ⑤ 여름철 지열 이용 히트펌프 시스템 냉방 성능 최적화 ⑥ 타운하우스의 열그리드 연계를 통한 계절에 따른 능동 운전 방안 도출 ⑦ 열에너지 네트워크 최적화 모델링 및 제어 알고리즘 개발 ⑧ 다양한 에너지 시스템 믹스를 고려한 복합에너지 네트워크 설계 및 운영전략 도출 ⑨ 도시 확대 적용을 위한 복합에너지 네트워크 설계 및 운영 가이드라인 개발 ⑩ 해외 에너지 공유 플랫폼, 비즈니스 모델, 활성화 제도 조사 - 공동연구개발기관(원일TNI) ① 수소저장 120 kg이상 수소저장시스템 구축을 위한 모듈 제작 ② 수소저장시스템 모듈 활성화 ③ 수소저장시스템 모듈 인증(한국가스안전공사) ④ 수소저장시스템 구축 및 인허가(한국가스안전공사, 지자체) ⑤ 열제어시스템 제작 및 단동 시험(저장속도 >5 Nm3/h, 방출속도 >10 Nm3/h) - 공동연구개발기관(두산) : ① 건물용 H2 PEMFC 상세 설계 ② 건물용 H2 PEMFC 제작 및 평가(전기효율 50%, 종합효율 90%, KGS인증) ③ 건물용 LNG PEMFC 제작 및 평가 ④ 연료전지 시스템 수소타운 설치 - 공동연구개발기관(이엠솔루션주식회사) ① 수소 생산-저장-연료전지 연결 연계 시스템 구축에 따라, KGS 기술검토 및 중간검사, 완성검사 각각 준비 및 신청, 검사 ② 수소 생산-저장-연료전지 연결 시스템 배관, 전기, 안전 시스템 구축 - 공동연구개발기관(LH) : ① 실증 주택모델의 실증 시공완료 및 주거모델별 에너지 소비형태 계측 ② 무인거주시스템 가동현황 모니터링 및 에너지 프로필 대응변환 분석 ③ 에너지 수요공급 모니터링 및 에너지 네트워킹현황 분석 ④ Energy Map UI 구축 및 에너지 소비량 데이터 베이스 구축 - 공동연구개발기관(한국건설기술연구원) : ① 수소기반 복합에너지 연계형 주택 표준모델 개발 ② 실증 주택모델의 핵심 요소기술 및 에너지관리 기술(HEMS) 개발 ③ 실증 주택단지의 주거성능 평가에 따른 실증 주택의 개선 검토/보완 ④ 주민정보 공유를 위한 인터넷 웹/모바일 앱 프로그램 개발 ⑤ 실증단지 LCCO2 배출량 산정 및 주택별 비교평가 ⑥ 수소 기반 주택단지 시나리오별 복합 에너지 설비 및 연결 계통의 모듈화 설계 ⑦ 수소 기반 주택단지 복합 에너지 설비 구성 및 연결 계통의 안전 설계/시공기준(안) 및 세부근거 확립→실증건설 지원 - 공동연구개발기관(한국전력기술) : ① 통합운영시스템 설치 및 시운전 ② 주택에너지관리시스템(H-EMS) 및 원격검침시스템과의 연계 운전 ③ 전기, 수소, 열관리 시스템 및 통합운영시스템 연계 운전 ④ 통합관제시스템(TOC)와의 연계 운전 ⑤ 전력거래시스템과의 연계 운전 ⑥ 통합운영시스템 안정화 ⑦ 에너지 외부거래 실증을 위한 EMS 운전 및 에너지 외부거래 실증 주택과의 전력 거래 보완 - 공동연구개발기관(가비) : ① 수소타운 주택단지 에너지 공유 플랫폼 및 온실가스 배출권 외부거래 방법 개발 - 공동연구개발기관(넥셀) : ① 홍보관 에너지 관제현황판 디자인 시공 관련 상세제안서 작성 ② 홍보관 에너지관제 Risk 검증, 사전 평가(S/W와 H/W 연계성) (수소에너지 생산 및 건물부하 연계성/안전성/에너지효율/기타) ③ 홍보관 내부 인테리어 시공 일부 상세 방안 작성 - 공동연구개발기관(한국가스안전공사) : ① 주택단지 전용 위험성 평가 및 신뢰성 유지를 위한 수소부품 고장률 이력관리 시스템 설계를 위한 체크리스트 도출 ② 주택단지 위험성 평가 기반 주요 사고 시나리오 및 피해범위 도출
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| 연구성과 |
기술적 기대성과 |
○ 수소도시의 관점에서 신재생에너지와 기존 전기그리드 및 가스그리드를 연계한 통합 에너지 활용 기술 개발로 에너지 믹스 활용기술 확립○ 첨단수소타운/연료전지분산발전, 도시에너지 통합시스템 구축, 제어 및 안전기준 개발로 도시환경 최적 에너지 솔루션 기술 확보○ 태양광으로부터 생산된 에너지공급과 하우스에서 사용하는 에너지 사용의 균형을 통한 에너지 절감 및 잉여 전력 제로화 기술 개발○ 간헐적 에너지 저장 시스템에 금속수소화물을 활용하여 연료전지 열과 통합 관리를 통한 열 및 전기 에너지 활용 극대화 기술 확보○ 태양광에너지의 계절간 저장을 통한 장주기 에너지 저장 솔루션 확보, 오프그리드 에너지 공급 기술, 수요반응 기술 확보○ 그린수소와 저가수소생산 시스템의 동시 활용 연료전지 시스템 개발로 새로운 수소 활용기술 확보○ 신재생에너지를 이용한 분산형 그린수소 생산 및 운영기술 확보로 주거분야에서 이산화탄소 배출 저감 기술 확보○ 제로에너지하우스의 플러스에너지하우스화를 통한 Home to Home(P2P) 에너지 거래 기술의 확보와 전력중개사업 비즈니스모델 확보로 신재생에너지 거래 확대○ 수소를 활용하는 연료전지하우스, 플러스에너지하우스, 수소전기차하우스의 통합 에너지거래 모델 플랫폼 구축을 통한 에너지 이용 최적화 모델 제시○ 재생에너지원의 간헐적 전력생산 단점을 극복하여 단기간 전력저장과 함께 중장기 수소저장 특성을 활용하여 주거부문의 에너지 자립율 향상에 기여○ 도시내 안전한 수소 활용을 위한 안전 모니터링, 설치 안전 기술 개발을 통한 안전하고 깨끗한 도시 건설 기술 확보○ 도심 내 수소이용 시설 건물 간 안전거리 적용방안 제시 등 수소 기반 인프라 안전기술 및 안전기준, 인증제도 마련 기대○ 수소 생산, 이송, 저장, 활용 단계별 위험요소 분석 및 사고 예방, 피해 최소화를 위한 안전성 향상을 위한 기술 개발방안 제시○ 수소 기반 복합에너지 네트워트 설계 및 평가 기술 개발을 통해 실증 단지를 넘어서 도시에 확대 적용되도록 지원 - 건물 용도 및 특성별 전력/열에너지 소비량 예측 모델 개발을 통해 단지 특성에 따른 복합에너지 네트워크 최적화 설계 기술 개발 - 수소 기반 복합에너지 네트워크 평가시스템 개발 및 GIS 데이터 기반 시나리오 분석을 통해 단지 특성별 복합에너지 네트워크 설계 및 운영 가이드라인 개발○ 수소 및 재생에너지 다중 열원을 이용한 열관리시스템을 통한 에너지 효율 및 온실가스 감소 - 건물에너지 저감을 위한 신재생에너지 액티브 시스템 핵심 원천기술을 확보함 - 열에너지 변환 기술을 통하여 분산되고 버려지는 열에너지를 고밀도의 농축된 형태로 변환하여 에너지의 효용성과 유용성을 증대시킴 - 순환형 열에너지 네트워크의 설계 및 제어 기술을 최적화를 통해 기존 열구동 냉난방 시스템의 에너지효율을 20% 이상 향상시키고 탄소배출량을 20% 이상 절감함
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| 사회 경제적 파급효과 |
가. 경제적 기대효과○ 에너지의 소비주체가 생산주체로 전환되어 기존‘공급자 중심’에서 ‘도시기반의 수요-공급 밸류체인 중심’으로 개선 ○ 생산-저장-운송-공급”으로 구성된 수소산업 밸류 체인을 수소도시에 적용하여 건설 산업에 유용한 수소에너지 인프라 구현 - 첨단 도시기반 및 건설기술이 적용된 신 개념 첨단 수소도시 실현 - 국토 공간 내 에너지 융합 그리드와 수소융합도시의 독립적 또는 유기적 연결 방안 검토를 통한 수소그리드·도시 정립 - 첨단수소타운/연료전지분산발전, 도시에너지 통합시스템 구축, 제어 및 안전 기준 개발 제시 및 기능 다각화를 통한 경제성 확보 및 비즈니스모델 다각화○ 자동차, 전력, 도시가스 등 기존 도시 에너지 및 재생에너지로 각 가구에서 생산된 에너지가 수소에너지 플랫폼에서 연계되고 통합 운영 시스템의 최적화를 통하여 에너지 효율 극대화 및 재생에너지 활용성을 제고 - 가정에서 생산된 전력을 수소로 전환하여 공유, 판매할 수 있는 모델 개발로 수소도시 거주자가 프로슈머가 되어 경제적, 환경적 (탈탄소 및 재생에너지 사용 비중 확대 등) 편익 창출 - 신재생에너지의 경제성 확보 및 설치부지면적 확보를 통한 재생에너지 3020 달성 실현에 기여○ 검증된 국산화 기술을 후속 시범도시 구축사업에도 연계토록 추진할 뿐 아니라 해외 수출형 사업 모델로도 활용○ 수소 기반 에너지 공유 커뮤니티의 비즈니스 모델 개발을 통한 에너지 시장 확장 - 다양한 에너지 신사업 발달 및 연계 기업들과의 협력과 상생을 통한 동반성장 - 수소에너지에 대한 인식 개선 및 신재생 에너지 시스템 기반 프로슈머 증가 - 시뮬레이션 기반 설계/운영 평가 및 최적화 기술을 통해 효율적 투자 증가 및 에너지 시장 확대○ 수소에너지와 재생에너지 통합 열관리 시스템으로 시장 확대 - 국내 관련 기업의 해외 기술경쟁력 확보와 함께 해외수출 증대가 기대됨 - 다양한 건물에 대한 최적 설계기준을 제시함으로써 제로에너지빌딩 건물에너지관리기술 융복합 플랫폼 구축과 제로에너지빌딩 산업 창출에 기여함 - 제로에너지빌딩 구현 핵심기술의 보급 및 확산과 함께 건물에너지관리기술 융복합 네트워크를 구축함○ 수소에너지가 포함된 마이크로 그리드 운영시스템의 안정적인 실증 및 최적화는 향후 재생에너지 보급 확대 및 수소경제 활성화는 세계적으로 확대되고 있는 기후변화 대응설비 산업시장 진출의 기회 창출에 기여함.○ 분산자원관리, 수요관리 및 에너지 프로슈머 시장참여가 가능하며, 전력이 독립적으로 공급되어야 하는 오지 등을 대상으로 한 친환경 수소 도시 에너지 사업에 개발에 활용 나. 사회적 기대효과○ 주거부문의 프로슈머로써의 역할 강화를 통한 전력계통의 투자 저감 및 예비력 투자 감소○ 주거부문의 청정 분산 발전을 통한 에너지 자립율 증가로 온실가스 저감 및 미세먼지 감소○ 수소에너지에 대한 안전성 확보 및 리빙랩을 통한 주민 수용성 개선과 수소도시 확대 기여○ 수소도시의 확대를 통한 친환경 주택, 통합열설비.수소설비 산업 확대와 관련 일자리 창출○ 수소기반의 커뮤니티 기술를 통한 기술 검증으로 전력중개사업, 개인 간 에너지거래 등 에너지 신산업 활성화○ 전력계통 안정화를 통한 재생에너지 확대의 기반 마련○ 건물에너지 및 신재생에너지 관련 인력 양성, 일자리 창출, 규제 대응 - 에너지 분야의 인력양성을 통해 건물에너지 등 유관 분야의 인적 인프라 구축에 기여하고 에너지 산업의 활성화와 함께 새로운 일거리를 창출함 - 신재생에너지 보급 의무화 제도와 연계되어 국가에너지 절약 및 국제적 환경규제에 대응하는데 크게 기여함
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| 활용방안 |
○ 본 연구는 개발단계와 실증단계에서 연구종료후의 시설물의 지속적인 사용을 전제로 실행할 것이며 실증 이후에 지자체나 부지제공 기관에 기부 채납하여 숙소 및 홍보시설로 지속적으로 활용될 수 있도록 협의하고 주거 부문에 수소에너지와 친환경 건축기술의 통합성과 유용성의 지속적인 홍보 수단으로 활용. 그리고 지역의 수소 R&D 특화도시 사업과 연계를 할 수 있도록 하여 지속가능하고 통합성을 띠도록 함○ 커뮤니티 단위의 실증과 비즈니스 모델 개발을 통해 기술적 완성도, 주민수용성 확대, 경제성 향상, 환경적 편익 효과를 검증하여 이를 지구단위의 사업으로 확장하여 주거 부문의 본격적인 온실가스 저감과 프로슈머로써의 역할 강화를 통해 미래 친환경 도시의 표준모델로 활용.○ 가스나 전력 계통과 연계되지 않았거나 친환경 주거 시설에 관심이 있는 국가의 해외 주거부문에 본 기술을 활용하여 해외 시장 진출.○ 재생에너지의 확대에 따른 전력계통의 불안전성을 본 기술을 활용하여 완화, 보완, 개선하여 주거부문의 에너지 생산/소비의 참여자로써의 역할 증대.○ 전력 계통의 안정성을 확보하고 장·단기적으로 소규모 타운/도시급의 수요처에 대한 전력 Balance를 유지하는 기술을 개발함으로써 활용 ○ 도시가스 PEMFC 제품은 보조금 및 의무화 비율 증가에 따라 제품 판매량이 증가하고 있으며, 수소 인프라 보급 시 개발된 주택용, 건물용 수소 PEMFC 제품 판매 가능○ 수소 PEMFC 시스템 개발을 통해 수소 공급 모듈, 수소 리싸이클링 모듈, 수소용 스택 등에 대한 제품화 기술 확보가 가능하며 이를 기반으로 수소 지게차, 수소 굴삭기 등 산업차량 분야로의 진출 가능○ 세계적인 기후변화 대응 및 신사업 육성을 위한 정부정책인 재생에너지 확대와 수소경제 활성화를 위한 기반 기술 확보함.
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