해양에너지 연계 고정식 그린수소 실해역 실증 시스템 설계

Abstract

최근 탄소 중립 실현과 수소경제 활성화를 위해 신재생에너지를 연계한 대규모 수소에너지 자급모델 확보를 위하여 그린수소 생산과 관련한 많은 연구가 진행되고 있다. 신재생에너지를 연계한 그린수소 생산 시스템은 육상 및 해상에 설치되는데 해양에서 그린수소를 생산하는 시스템은 육상에 비해 입지확보가 용이하여 대단지로 구성이 가능하고 풍황 자원량 및 에너지 질이 우수하여 효율적인 에너지를 얻을 수 있다. 본 과제에서는 국내 최초 해상풍력과 파력 에너지를 연계하여 그린수소 생산시스템을 실해역에서 실증할 수 있도록 설계하는 연구를 진행하였다. 실해역 실증 시스템 연구 진행을 위하여 연구소에서 실해역에 기 설치한 해상 구조물에 설비들을 배치하였 다. 해상 구조물은 해상풍력과 파력 에너지를 전기에너지로 공급받을 수 있으며 해상 구조물 내부에는 전기에너지를 변환하여 각 설비들에 필요한 전력을 공급을 위한 PCS, 안정된 전력에너지를 저장할 수 있는 배터리, 수소를 생산하는 수전해 장치, 수전해 장치 동작을 위해 필요한 질소공급장치, 압축기, 해수 냉각, 해수 담수, 순수정제장치 등 BOP 장치들을 시스템 별로 구역을 나누어 장치들을 배치하였다. 해수 냉각 시스템의 냉각 방식은 수냉식 형태의 중앙집중식 냉각 방식(간접냉각 방식) 선정하였고 판형열교환기를 사용하여 쉘-튜브 냉각방식보다 열교환 능력을 3배 이상 올렸다. 해수 담수는 역삼투 공법을 사용하 였고 역삼투 유닛 2개를 병렬로 연결하여 담수 생산량 30 kg/hr, 회수율 30%를 얻을 수 있다. 이와 같이 실해역에 설치되는 전체 실증 시스템들은 해상 구조물 내부에 설치되므로 시스템은 무인으로 운용되게 된다. 따라서 전체 시스템을 통합하여 원격감시 및 비상시 시스템을 제어할 수 있는 통합원격감시제어 시스템이 필요로 하다. 통합원격감시제어 시스템은 발전시설 및 수소생산시스템의 중요 파라미터를 선정하여 상태를 모니터링 할 수 있도록 UI를 개발하였으며 발전 시설 및 수소생산시스템 운용 중 비상 시 안전을 위한 제어시스템을 개발하여 통합원격감시제어 시스템을 구축하였다.