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1 중소 중견기업기술로드맵 Technology Roadmap for SME - 에너지공급 -

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3 CONTENTS 전략분야 에너지공급 1. 개요 3 2. 국내외정책동향 7 3. 산업이슈및동향 시장동향및전망 기술동향및이슈 중소기업시장대응전략 중소기업전략제품 30 전략제품 태양광발전시스템 1. 개요 산업환경분석 시장환경분석 기술환경분석 중소기업환경 기술로드맵기획 71 태양광공정장비 1. 개요 산업환경분석 시장환경분석 기술환경분석 중소기업환경 기술로드맵기획 110

4 소형풍력발전기 1. 개요 산업환경분석 시장환경분석 기술환경분석 중소기업환경 기술로드맵기획 151 풍력로터허브 1. 개요 산업환경분석 시장환경분석 기술환경분석 중소기업환경 기술로드맵기획 189 폐기물고형연료 1. 개요 산업환경분석 시장환경분석 기술환경분석 중소기업환경 기술로드맵기획 233 연료전지셀 1. 개요 산업환경분석 시장환경분석 기술환경분석 중소기업환경 기술로드맵기획 274

5 연료전지분리판소재 1. 개요 산업환경분석 시장환경분석 기술환경분석 중소기업환경 기술로드맵기획 316 연료전지용 M-BOP 1. 개요 산업환경분석 시장환경분석 기술환경분석 중소기업환경 기술로드맵기획 368

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7 에너지공급 전략분야현황분석

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9 전략분야현황분석 에너지공급 1. 개요 가. 정의 에너지공급분야는크게신재생에너지와원자력에너지로구분되며, 에너지를생산및공급하기위한핵심부품 소재, 장비, 구조물에관련된기술이포함 신재생에너지는기존의화석연료를재활용하거나재생가능한에너지를변환시켜이용하는에너지로태양, 풍력, 수력, 바이오 / 폐기물, 지열에너지및연료전지등이포함 원자력에너지는핵분열시에발생하는열에너지로이열에너지를이용하여증기를만들어터빈을회전시켜발전하는기술을의미 [ 에너지공급의기술분야별정의 ] 특징구분정의 태양광 태양광은태양의빛에너지를변환시켜전기를생산하는발전기술로태양광발전시스템은태양전지 (solar cell) 로구성된모듈 (module) 과축전지및전력변환장치로구성됨 태양열 태양으로부터나오는열에너지를흡수, 저장, 열변환등을통하여건물의냉난방및급탕등에이용하는발전기술 풍력 풍력은바람에너지를변환시켜전기를생산하는발전기술 신재생에너지 수력 바이오 물의유동및위치에너지를이용하여전기를생산하는기술 바이오에너지기술은바이오매스 (Biomass, 유기성생물체를총칭 ) 를직접또는생 화학적, 물리적변환과정을통해액체, 가스, 고체연료나전기 열에너지형태로이용하는기술 폐기물 폐기물에너지는폐기물을변환시켜연료및에너지를생산하는기술 지열 지열에너지는물, 지하수및지하의열등의온도차를이용하여냉ㆍ난방에활용하는기술 연료전지 수소를포함한연료와공기중의산소가전기화학반응에의해, 화학에너지를전기에너지로직접변환하는장치로전기와열을동시에생산하는발전기기를의미 원자력에너지 원자력 원자력에너지란핵분열시에발생하는열에너지를이용하여증기를만들어터빈을회전시켜발전하는기술을의미 3

10 에너지공급 신재생에너지 원자력에너지 [ 에너지공급기술 ] 나. 범위및분류 (1) 범위 에너지공급분야내신재생에너지는크게태양광, 태양열, 풍력, 바이오, 폐기물, 지열에너지및연료전지등이포함 태양광에너지는태양으로부터빛에너지를통해전기를생산하는발전기술로태양전지제조에필요한소재 / 원료 / 부품산업과태양전지제조공정설비산업이포함 태양열에너지는태양으로부터나오는열에너지를흡수, 저장, 열변환등을통하여건물의냉난방및급탕등에이용하는발전기술 풍력은바람에너지를변환시켜전기를생산하는발전기술로서, 풍력발전시스템은날개 (blade), 동력전달시스템, 발전기, 전기및제어장치, 제동장치, 운전감시시스템및지지타워, 토목기초등을포함 수력은물의유동및위치에너지를이용하여전기를생산하며, 농업용저수지, 하수처리장, 정수장, 다목적댐의용수로등에적용가능한기술 바이오 / 폐기물에너지는바이오매스 (Biomass) 또는폐기물을이용하여연료및에너지를생산하는기술로서, 생산기술및가공ㆍ처리방법기술등을포함 지열에너지는토양, 지하수, 지표수등지구내부의마그마열에의해보유하고있는에너지를이용하여전기를생산하는지열발전및지열열펌프시스템에이용하는기술등을포함 연료전지는수소를포함한연료와공기중의산소가전기화학반응에의해, 화학에너지를전기에너지로직접변환하는장치로서전기를생산하는연료전지스택부와제어, 전력변환기등전기적주변장치 (E-BOP), 연료, 공기공급기기및열교환기등으로구성되는기계적주변장치 (M-BOP) 등을포함 에너지공급분야내원자력에너지는원전안정성향상증대요구가증가됨에따라원전안전평가기술, 원전계측ㆍ제어기술, 원전사후관리기반기술, 원전기자재개발기술등을포함 4

11 전략분야현황분석 [ 에너지공급의기술의범위 ] 특징구분범위 태양광 태양열 태양전지 (Cell) 는여러종류의소재로만들어지며, 웨이퍼기반결정형과기판에증착공정등을이용하는박막형으로구분할수있고, Cell 을직병렬로연결한모듈, PCS, ESS, 제어장치, BOP 등이태양광분야에포함 태양열시스템은열매체의구동장치 ( 펌프나팬 ) 의유무에따라온도가상승된집열매체의이동을펌프나팬과같은동력장치를사용하여축열조나이용부로이동시키는것인설비형태양열시스템 (Active Solar System) 과자연순환에의한것인자연형태양열시스템 (Passive Solar System) 으로구분 풍력 풍력발전시스템은날개 (blade), 동력전달시스템, 발전기, 전기및제어장치, 제동장치, 운전감시시스템및지지타워, 토목기초등을포함 수력 소수력발전시스템은수차및발전기, 변압기등이포함 신재생에너지 바이오 바이오에너지기술은바이오액체연료생산기술, 바이오매스가스화기술, 바이오매스생산가공기술등을포함 폐기물 폐기물을열분해에의한오일화, 성형고체연료의제조기술, 가스화에의한가연성가스제조기술및소각에의한열회수기술등의가공ㆍ처리방법기술등을포함 지열 토양, 지하수, 지표수등지구내부의마그마열에의해보유하고있는에너지를이용하여전기를생산하는지열발전및지열열펌프시스템에이용하는기술등을포함 연료전지 전기를생산하는연료전지스택부와제어, 전력변환기등전기적주변장치 (E-BOP), 연료, 공기공급기기및열교환기등으로구성되는기계적주변장치 (M-BOP) 등을포함 원자력에너지 원자력 원자력에너지기술은원전안전평가기술, 원전계측ㆍ제어기술, 원전사후관리기반기술, 원전기자재개발기술등을포함 5

12 에너지공급 (2) 분류 에너지공급분야의기술분류는산업기술분류표 1) 에서에너지ㆍ자원분야에포함되며, 신재생에너지분야에서는태양광, 태양열, 풍력, 수력, 폐기물, 바이오연료, 지열, 연료전지분류가포함되며, 원자력에너지에서는원전운영및정비기술, 원전안전평가기술, 원전계통및핵심기기기술, 원전계측ㆍ제어기술, 방사성폐기물관리기술, 방사선관리기술분류가포함 [ 에너지공급분야의산업기술분류 ] 구분산업기술 _ 대분류산업기술 _ 중분류산업기술 _ 소분류 태양광 태양열 풍력 신재생에너지 수력 바이오연료 폐기물 에너지공급 에너지ㆍ자원 지열 연료전지 원전운영및정비기술 원전안전평가기술 원자력에너지 원전계통및핵심기기기술 원전계측ㆍ제어기술 방사성폐기물관리기술 방사선관리기술 1) 산업기술혁신사업공통운영요령 ( 시행 ) 제 16 조 ( 산업기술분류체계 ) 1 장관은사업의기획 평가 관리에관한업무를효율적으로추진하기위해산업기술분류체계를수립하여활용할수있다. 2 산업기술분류체계는 별표 1 에따른다. 규정에의하여산업통상자원부등에서기획, 평가, 관리에활용하는체계임 6

13 전략분야현황분석 2. 국내외정책동향 정부는신재생에너지산업강국도약의비전수립 정부는 제2차에너지기본계획 (2014년 2월 ) 을통하여신재생에너지비중을 35년까지 11% 로확대하고 5대신재생에너지산업강국도약의비전수립 제2차에너지기본계획 에는수요관리형에너지정책의전환, 분산형발전시스템의구축, 환경및안전중점, 에너지안보의강화, 국민참여정책추진등을포함하며, 전략수요 15% 감축과온실가스 20% 감소추진 기후변화대응을위한화석연료대체, 에너지생산 소비효율화, 온실가스감축에직접기여관점에서 6대핵심기술개발분야선정하여기술개발투자확대 신재생에너지의무사용제도 (RPS) 및연료혼합의무제도 (RFS) 도입 신재생에너지보급 이용촉진법개정 (2010년 4월 ) 을통해 2012년부터전기사업자등에너지공급사업자는일정양의에너지를신 재생에너지를이용하여공급하도록의무화하는신재생에너지의무사용제도 (RPS) 도입 시장여건에맞게의무사용제도 (RPS) 공급의무비율조정함에따라상대적으로경쟁력이취약한소규모사업자에대한별도지원책마련 신재생연료혼합의무제도 (RFS) 를 2015년 07월부터본격시행함으로써, 바이오디젤혼합비율은현행 2.0% 에서 2.5% 로증가추진 신재생연료혼합의무제도 (RFS) 도입에따라전기에너지중심에서수송 열에너지로시장확대, 발전소온배수등새로운신재생에너지원적극발굴및활용 정부는전력설비기준원자력사업비중을 2035 년까지 29% 로낮은목표추진 정부는전력설비기준원전비중을지난제 1 차에너지기본계획공표시 2030 년 41% 에서, 제 2 차 에너지기본계획에서 2035 년 29% 로낮은목표를수립하고있는바, 원전의과도한확대와급격한 축소를지양하나, 원자력부문에있어서는여전히공급위주의에너지정책방향제시 7

14 에너지공급 [ 에너지기본계획 1 차 2 차비교 ] 구분제 1 차계획제 2 차계획 계획기간 2008~2030 년 2013 년 ~2035 년 5 대중점과제 ( 정책목표 ) 에너지자립사회구현자주개발율 3 40% 탈석유사회로전환석유의존도 43 33% 에너지저소비사회전환에너지원단위 녹색기술로신성장동력과일자리창출에너지기술수준 ( 선진국대비 ) % 더불어사는에너지사회에너지빈곤층 7 0% 수요관리중심의정책전환전력수요 15% 이상감축 분산형발전시스템구축발전량 15% 이상점유 환경보호, 안전강화발전부문온실가스 20% 감축 에너지안보강화자원개발율 40% 신재생보급 11% 국민과함께사는정책추진 2015 년부터바우처제도도입 월전비중 ( 발전설비비중 ) 41% 22~29% 에서결정 신재생보급 ( 총에너지 ) 11% 11%( 목표유지 ) 수립과정 정부가초안을마련하고공청회등을통해의견수렴 민 - 관거버넌스가직접초안을작성 법적수립절차 에너지위원회심의 에너지위원회 녹색성장위원회 국무회의심의 * 출처 : 연합뉴스, 에너지기본계획 1 차 2 차비교, 2013 전세계적으로에너지의안정적인공급과기후변화대응을위해에너지기술개발추진 미국은에너지안보및기후변화대응을통한청정에너지강국추구 미국에너지부 (U.S. Department of Energy, DOE) 는 DOE Strategic Plan을통한에너지, 환경, 기후변화대응을위한기술개발계획으로청정에너지강국실현을추진함으로써온실가스배출량을 20년까지 17%, 50년까지 83% 감축추진 오바마정부는 All-of-the-Above Energy Strategy 정책을통해청정에너지증대와수요관리를통한안정적에너지공급에초점 일본은재생에너지개발 보급증대를위해시행된재생에너지고정가격매입제도 (FIT) 로재생에너지비중은증대되었으나, 태양광발전에편중된도입으로다양한문제들이발생하여이에대한근본적인논의가시행되고있음 FIT 도입이후 2014년 11월까지태양광 (10kW 이상 ) 발전용량은전체재생에너지에서약 90% 차지함 8

15 전략분야현황분석 일본은원자력분야에서는원전의완전폐기보다는원자력의안전성향상을도모하며스마트커뮤니티등에너지시스템전반에대한패러다임제시와새로운성장동력으로신재생에너지산업육성을위한제도시행도모 중국은 13.5 계획 ( 16~ 20) 및 에너지발전전략행동계획 ( 14~ 20) 을통해, 국가에너지믹스에서석탄소비비중을줄이고청정화석에너지 ( 석유, 천연가스 ) 와재생및원자력비중을늘릴계획발표 [ 중국의 13.5 계획내에너지부문별주요목표 ] 구분비석화에너지수력풍력태양 관련내용 1 차에너지에서석탄 62% 이내, 천연가스 10% 이상, 비화석에너지 ( 원자력 + 재생 ) 15% 설비용량 350GW, 대 중 소형발전소건설, 집중형과분산형병행 설비용량 200GW, 남부및중동부지역분산형확대 설비용량 100GW, 분산형발전시범단지추진, 지붕형분산형확대 원자력설비용량 58GW, ( 14 년말기준 21 기 (19GW) 가동, 27 기 (29GW) 건설중 ) 전력망 전원및전력망종합계획수립 * 출처 : 에너지관리공단, 2015 대한민국에너지편람 독일은정책적으로 2050 에너지전환 (Eneriewende) 을목표로 EEG 2.0(2014 년 08 월 ) 개정을 통한재생에너지발전비중목표상향조정하여풍력, 태양광등의설치용량과 FIT 수준을제 한하여비용상승억제, 에너지다소비기업에대한감면제도개선추진 * 출처 : Country Update Germany Policy Effectiveness, BMWi, IEA REWP 회의,2014 년 에너지관리공단, 2015 대한민국에너지편람 [ 독일의 2050 에너지전환 (Eneriewende) 정책 ] 9

16 에너지공급 3. 산업이슈및동향 가. 산업이슈 신기후변화체제출범에따른신재생에너지사업투자확대전망 ( 단위 : 억달러 ) * 출처 : 한국수출입은행, 2016 년세계신재생에너지산업전망및이슈 [ 2016 년세계신재생에너지산업투자전망 ] 2016년세계신재생에너지산업투자액은전년대비 7% 증가한 3,453억달러를기록할전망 온실가스감축을위해선석탄발전비중축소가불가피하며, 선진국을중심으로에너지패러다임이석탄등화석에너지에서신재생에너지로빠르게전환됨에따라투자확대예상 미국은연방정부전력사용량의 20% 를재생에너지로대체하고, 신재생에너지발전과기존및신규전력망과의연계성강화분야, 이차에너지실증분야에투자확대 유럽은태양광, 풍력, 수소연료전지대량생산및상용화, 바이오연료개발분야에투자가증가될것으로전망되며, 독일은 P2G(Power-to-Gas), 풍력-수소-연료전지하이브리드발전, 신재생하이브리드네트워크, 바나듐레독스전지개발분야에투자증가 일본은신재생에너지사용촉진, MW급계통연계축전지개발분야에투자 온실가스감축을위한선진국들의개도국신재생에너지투자가늘어날것으로예상됨에따라신재생에너지수요아시아, 중남미등개도국으로빠르게확산될전망 10

17 전략분야현황분석 원자력에너지산업에대한투자확대 후쿠시마사고이후원전재평가에돌입했던대부분국가들은온실가스저감 안정적전력공급을위해기존원전운영지속과신규건설정책추진및투자예정으로원전시장확대예상 선진국의원전건설시장이침체됨에따라개도국원전시장에서의수주경쟁심화예상 국내원자력산업은안정적전력공급과기후문제해결을위해원전비중이점진적으로확대될예정. 제2차국가에너지기본계획 (2013년 2035 년 ) 에따라 2035년까지원전비중을 29% 로유지하면, 총 43GW의원전설비가필요 [ 국가별원자력사업정책및투자동향 ] 구분 대표적원자력정책및투자동향 미국 - 80 년계속운전허용준비, 신규원전건설지속추진 - 운영원전안전성강화, 신규원전개발, 핵연료주기관리기술개발, 핵물질통제기술개발등 4 개분야에투자 유럽 - 영국은향후 20 년내노후원전단계적폐쇄, 신규원전으로대체예정 - 프랑스는 2025 년까지원전비중 78% 를 50% 축소발표 (2014 년 5 월 ) - 유럽은주로운전원전안전성강화, 신규원전개발, 방폐물관리기술, 방사선방호기술, 인프라지원및인력양성 5 개분야에투자 일본 - 원전비중을 20% 내외유지전망 - 중대사고대처등원전안전성강화기술, 효율향상, 원전운영기술, 방폐물처분종합기술분야에투자 중국 년까지원전용량을 150GW 까지확대 (18% 내외 ) 예정 - 복합재해대비능력을향상시키는 13 개기술개발과해외시장진출을겨냥한신규원전개발에투자 러시아 년까지원전비중 17% 를 45%~50% 까지확대예정 - 피동계통이추가된경수로지속개발, 고속원자로, 중소형원자로개발, 장기적으로핵융합발전을위해투자 한국 - 제 2 차국가에너지기본계획 (2013 년 2035 년 ) 에의해원전비중을 22~29% 에서결정예정 - 고리 1 호기영구정지결정 ('15.6) 과 '30 년이후국내해체대상원전이증가하는상황에서, 원전해체에대한국민적관심집중 - 원전안전성을대폭개선하기위한투자확대, 노후원전관리와계획예방정비강화등안전분야에투자 11

18 에너지공급 신재생에너지산업클러스터동향 신재생분야클러스터들은태양광, 풍력, 연료전지, 바이오연료, 지열등전문분야를중심으로구성되어있으며, 산업경쟁력제고및지역경제활성화에큰역할을담당 해외신재생에너지산업클러스터는주로유럽과미국국가에분포 국내신재생에너지산업클러스터는정부의녹색성장정책에따라각지역별로에너지클러스터구축이본격적으로추진 [ 국가별원자력사업정책및투자동향 ] 구분 태양광 풍력 대표적신재생에너지산업클러스터현황 - 독일 Solar Valley - 노르웨이오슬로 Renewable Energy Environment 클러스터 - 미국캘리포니아 Solar Energy 클러스터 - 프랑스론알프스 Savoi Technolac 클러스터 - 독일함부르크 Renewable Energy Cluster - 스페인바스크 Energy Cluster - 덴마크코펜하겐 CleanTech Cluster 해외 연료전지 - 캐나다 British Columbia 연료전지클러스터 바이오연료 - 미국샌디에고클러스터 지열 - 아이슬란드지열클러스터 - UAE 태양열마스다르시티클러스터 국내 충북혁신도시태양광기술지원센터새만금태양광클러스터구미대경권태양광테스트베드센터서남해해상풍력단지전남 5GW 풍력발전사업경남의령풍력발전단지조성사업포항포스텍신재생에너지연구소부안신재생에너지단지 * 출처 : 한전경제경영연구원, 해외신재생에너지산업클러스터사례와시사점, 2015 년 INVEST KOREA, 신재생에너지,

19 전략분야현황분석 나. 핵심플레이어동향 태양광산업은신재생에너지산업을주도할것으로전망 신재생에너지중가장발전단가가낮은풍력발전은 2009년까지신재생에너지누적설치량의 90% 를차지하여신재생에너지산업을주도하였으나, 2010년에들어섬에따라태양강설치량이비약적으로증가하고있으며, 향후신재생에너지산업을주도할것으로전망 태양광발전은풍력대비풍부한자원, 높은공간활용도, 및일반소비자의접근용이성등으로인해신재생에너지원중가장각광을받고있음 한화큐셀은 2016년 2월, 인도민간발전사아다니그룹과 50MW 태양광모듈공급계약을추가로체결하였으며, 이는총발전용량의 10GW, 연간총수입약 3조4천억원규모로확인됨 LG전자는 2016년 6월, 경상북도 구미시와 태양광신규생산라인투자에관한투자양해각서 (MOU) 를체결하고구미사업장에 2018년상반기까지 5272억원을투자해초고효율태양광생산라인 6개를증설한다고발표하였으며, 가동중인생산라인 8개와합쳐총 14개생산라인을운영할계획임 구글은 2014년태양광무인항공기 ( 드론 ) 제조업체 ' 타이탄에어로스페이스 ( 이하타이탄 )' 를인수하였고, 2016년에는태양광드론을통한 5G 인터넷서비스 `스카이벤더` 테스트착수함 LG 전자태양광모듈이설치된세종시태양광발전소 구글태양광드론을통한스카이벤더프로젝트 * 출처 : 엘지전자사이트내설치사례 ( 좌 ) 연합뉴스, " 구글, 태양광드론으로차세대 5G 이통 ' 스카이벤더 ' 계획 ", 2016 ( 우 ) [ 태양광이설치된사례 ] 13

20 에너지공급 풍력산업은매년 100 조원대규모의신규수요가발생하는성장유망산업 풍력은환경오염을유발하지않는친환경재생에너지로, 세계적으로빠르게보급되고있는자연친화적인에너지원으로서, 오래전부터연구개발을진행하여현재는가장빠르게보급률이커지고있는청정발전에너지 풍력은전세계적으로 2015년에약 63GW가신규설치되었으며, 누적설치용량은 432GW에도달하는것으로매년 100조원대규모의신규수요가발생하는성장유망사업임 전체풍력설치용량중육상풍력이 98% 로대부분을차지하고있으나, 해상풍력산업또한점차확산되고있음. 해상풍력의경우, 영국, 독일등유럽을중심으로 2015년약 3.4GW가신규설치되었으며, 유럽, 중국등극소수의국가 (15개) 에서만설치중인것으로확인됨 (GWEC, 2016년 2월 ) 2015년인허가확대로신규설치확대가능성이높아 2016년에는 400MW가추가설치되어 1GW 시대진입이전망됨 세계적인 IT기업인구글과아마존웹서비스는신재생에너지사업진출가속화에동참 구글은 COP21 기후정상회담이후재생에너지개발촉진선언하였고, 아마존웹서비스는신재생에너지자사전력 100% 적용할예정 캐나다의 Beothuk Energy 社는 1GW규모 (40억불) 해상풍력건설계획발표 브라질은델피나지역에 180MW 규모육상풍력단지건설착공하였으며, 2017 년상반기가동예정임 영국은세계최대규모의해상풍력단지요크셔해안에 1.2GW 규모급이며, 7MW급풍력터빈 ( 회전날개직경 190m) 174기건설을추진중이며, 2020년준공예정 * 출처 : 에너지경제, 영국해상풍력발전소건설추진, 2016 [ 영국요크셔해안내세계최대해상풍력발전소건설추진 ] 14

21 전략분야현황분석 신재생에너지의무할당제 (RPS) 제도의영향으로연료전지보급확대 기존화석연료기반의에너지원을대체할친환경적인에너지원에대한관심이집중되고있고, 신재생에너지공급의무화 (RPS) 제도, 발전차액제도등정부의신재생에너지육성정책으로인해연료전지수요의대폭증가전망 RPS제도의영향으로발전사업용연료전지보급확대될전망. 2013년이후설치용량의 99% 가발전사업용이며, 10kW 내외의건물용시스템수요창출을위해용량확장추진중 국내에서높은기술력을보유한나노기술, 반도체기술, 3D 프린팅기술등다양한전문기술과지식의융합을통한연료전지산업활성화기대 포스코에너지는 BOP 공장, 스택공장에이어 2015년 7월로예정된셀제조공장이완공되면 MCFC 전제조공정에걸친국산화에너지공급이구축될것으로예상되고, 현재 145개의부품공급협력업체가증가할것으로전망 두산은 2014년퓨얼셀파워인수와함께미국의 ClearEdge Power를인수합병하여국내와북미에연료전지사업기반을구축함에따라발전용연료전지시장에서포스코에너지의 MCFC와의치열한경쟁예상 현대자동차는 2018년까지 1회주행거리 800Km이상수소연료전지차 (FCEV) 양산할전망이며, 이는현재투싼ix모델 1회충전주행거리 415km 대비 2배를목표로함 핀란드의 VTT 기술연구소 INNO-SOFC 프로젝트를통해차세대연료전지개발중이며, 수명 2 배확대및비용 1/2 감소를목표로함 [ 포스코에너지연료전지생산공장 (MCFC) ] 15

22 에너지공급 [ 핵심플레이어분석종합 ] 구분 에너지공급 주요내용신재생에너지원자력 주요제품 / 기술 - 태양광 : 잉곳, 웨이퍼, 결정형실리콘태양전지, 박막형태양전지등 - 태양열 : 흡열판, 집열기, 태양열시스템등 - 풍력 : 타워, 기초, 블레이드, 구동제어계, 발전기및전력변환등 - 연료전지 : 연료전지용 M-BOP, 연료전지용 E-BOP, 전극, 셀, 모듈, 분리판, 연료전지자동차등 - 바이오 : 바이오디젤, 바이오에탄올, 바이오가스등 - 폐기물 : 가연성고형폐기물, 폐타이어, 폐목재등 원전설계, 연료공급, 발전소운영, 원전정비, 원전사후관리등 해외기업 - 태양광 : Canadian Solar, Trina, JA Solar 등 - 태양열 : CONSOLAR, Arcon, SolarNext 등 - 풍력 : Vestas, Goldwind, Enercon, Siemens, GE Wind, Gamesa 등 - 연료전지 : Fuel Cell Energy(FCE), Mitsubishi Heavy Industries, Siemens, Ansaldo Fuel Cells, ClearEdge, Fuji Electric 등 - 바이오 : POET LLC, DuPont, Butamax, Neste Oil 등 - 폐기물 : Rochester, Kawasaki Heavy Industries, hitachi zosen 등 도시바 -WEC, GE- 히타치, Areva- 미츠비시등 국내기업 - 태양광 : 한화큐셀, 신성솔라에너지, S-Energy, 쏠라테크, 탑선등 - 태양열 : 선다코리아, 세한에너지, 코팩이티에스에이팩, 썬레인코리아, 온누리등 - 풍력 : 금풍에너지, 케이웨더, 하이에너지코리아, 아이씨에너텍, 벤토코리아, 설텍, 한국신재생에너지등 - 연료전지 : 포스코에너지, LG화학, 삼성SDI, 현대자동차, 케이쎄라셀, 싸이텍코리아등 - 바이오 : SK 케미칼, GS 바이오, 애경유화, JC 케미칼, 단석산업, 엠에너지등 - 폐기물 : 포스코건설, 코오롱글러벌, 삼호환경, 고려이엔알, 현대자원등 한국수력원자력, 한국전력, 두산중공업, 현대중공업, 비에이치아이, 티에스엠텍등 중소기업참여정도 중소기업시장점유정도 * 중소기업참여정도와점유율은주요제품시장에참여하는중소기업의참여규모와정도 ( 업체수, 비율등 ) 를고려하여 5 단계로구분 ( 낮은단계 :, 중간단계 (,, ) 높은단계 : ) 16

23 전략분야현황분석 4. 시장동향및전망 가. 세계시장 세계신재생에너지비중은지속적으로증가 한국수출입은행에의하면, 2016년세계신재생에너지시장은 152GW로예상되며, 이는 2015년기준 133GW에비해 14% 성장한수치로가파른성장세를보이고있는것으로조사 파리기후협약 (2015년 12월 ) 타결이후선진국에국한되어있는신재생에너지수요가개도국으로확산되는계기가될것으로보여, 세계신재생에너지시장의성장세가상당기간지속될전망 ( 단위 : GW) * 출처 : 한국수출입은행, 2016 년세계신재생에너지산업전망및이슈 [ 2016 년세계신재생에너지시장전망 ] 2014년도기준으로세계총에너지소비내전체재생에너지는 19.2%, 원자력에너지는 2.5% 를각각차지하는것으로확인되었으며, 재생에너지의비중은지속적으로증가될것으로전망 전체재생에너지가차지하는비율내현대재생에너지는 10.3% 를차지하고나머지 8.9% 는재래식바이오매스가차지함. 현대재생에너지로부터생산되는열에너지는 4.2%, 수력 3.9%, 풍력, 태양광, 바이오매스, 지열이포함된에너지는 1.4%, 바이오연료가 0.8% 로구성 현대재생에너지이용은크게전력생산용, 냉난방용, 수송용, 농촌 / 독립형에너지서비스에서확대되고있으며, 지속적으로증가될것으로전망 17

24 에너지공급 * 출처 :REN Renewables Global Status Report. [ 세계총에너지소비내재생에너지의차지비중 (2014) ] 원자력에너지발전용량은증가추세 세계원자력협회 (WNA) 에의하면, 원자력발전용량은 2013년 371GW에서 2030년에는 574GW규모로약 1.5배증가할것으로예측 원전확대에따라전세계원전발전용량은 2020년에 403~466GW, 2030년에 340~699GW에이를것으로전망되며, 2020년까지건설될원전은약 80여기, 2030년까지건설될원전은약 200 여기에이를것으로예상 ( 단위 : GW) * 출처 :The Global Nuclear Fuel Market(WNA, 2013) [ 연도별세계원전용량전망 ] 18

25 전략분야현황분석 브릭스국가등주요국가의시장성장주목 2014년기준세계재생에너지발전용량 ( 수력제외 ) 을확인한결과, 657GW이며유럽 28개국은 255GW, 브릭스국가 ( 중국, 미국, 독일, 이탈리아, 스페인, 일본, 인도 ) 는 206GW로확인 재생에너지중가장높은발전용량을보여주는분야는풍력에너지 370GW로, 전체재생에너지 657GW 대비 56% 를차지 중국의풍력발전용량은 115GW로, 세계풍력발전용량 370GW 대비 31% 를차지 태양광세계발전용량은 177GW로, 전체재생에너지 657GW 대비 27% 를차지 독일의태양광발전용량은 38GW로, 세계태양광발전용량 177GW 대비 21% 를차지 [ 전세계재생에너지발전용량 (2014 년 ) ] ( 단위 : GW) 구분세계 EU-28 브릭스중국미국독일이탈리아스페인일본인도 바이오 지열 수력 1, 해양 태양광 태양열 풍력 재생에너지전력용량 ( 수력포함 ) 재생에너지전력용량 ( 수력제외 ) 1, * 출처 : REN Renewables Global Status Report. 19

26 에너지공급 * 출처 : REN Renewables Global Status Report. [ 2014 년도세계재생에너지발전용량 : 세계, EU-28, BRICS 및상위 7 개국 ] 중국의신재생에너지발전설비규모증가 중국정부의강력한지원정책에의하여중국신재생에너지발전설비는 2013 년이후급격히증가추세 중국발전설비비중은 2013 년 8.3% 에서 2015 년까지 13.3% 까지증가하였으며, 2020 년에는총 발전설비에 23.1% 수준에이를것으로전망 ( 단위 : GW, %) 구분 바이오 1,267 1,362 1,502 1,618 1,737 1,833 1,943 2,057 지열 수력 해양 태양광 * 출처 : EIU(2016.7), Industry Report, Energy, China 에너지경제연구원, 2016 [ 중국발전설비규모및전망 ] 20

27 전략분야현황분석 나. 국내시장 국내신재생에너지발전량증가 * 출처 : 한국에너지공단, 2015 년신재생에너지보급통계 [ 총발전량대비신재생에너지발전량추이 ] 2015년기준, 국내신재생에너지의발전량은 37,314GWh로 2014년대비 38.8% 증가함. 이는총발전량대비 6.76% 를차지하는것으로확인 태양광은 2015년에신규용량 1.1GW( 누적 3.6GW) 설치로발전량이 2014년에비해 55.5% 증가한 848천toe(3,975GWh) 를기록함. 2015년에설치된태양광은새만금햇빛누리 (10.9MW), 카이로스에너지 (8.9MW), 용성솔라 (6.7MW) 등으로확인 풍력은생태자연도 1등급지등에대한규제완화로신규설치가전년에비해 2.8배증가한 208MW 기록함. 2015년설치된풍력에너지는 GS영양 (59.4MW), 영광백수 (40MW), 동복북촌 (30MW), 제주김녕 (30MW) 등으로확인 지열은공공기관지방이전에따른설치의무화로생산량이전년에비해 24.5% 증가한 135천toe 기록함. 2015년에설치된지열에너지는경북도청신청사 (6.4MW), 한전신사옥 (4.1MW), 한국자산공사 (6.0MW) 등총 174MW( 누적 852MW) 으로확인 바이오에너지는석탄혼소용우드칩, 목재펠릿등이다소증가하였으나, Bio-SRF 등의사용감소와일부통계분석방법조정으로전년보다 2.3% 감소한 2,758천toe 기록 연료전지발전량은 2015년도 1,089GWh를기록하였으며, 2014년 943GWh 대비하여 15.5% 증가한것으로확인 21

28 에너지공급 국내신재생에너지의연도별비중은증가될전망 국내에너지생산량은원자력발전을포함할경우 2014 년기준 45 백만 toe 며, 그중원자력 발전을통한생산이총생산량의 72.6% 를차지함. 석탄및 LNG 생산량은최근감소하는 추세인데반해, 신재생에너지는꾸준히증가될전망 에너지경제연구원에따르면, 국내재생에너지원별생산비중 (2013년기준 ) 은폐기물, 바이오, 수력이약 90% 를차지하는것으로확인되었으며, 정부는제4차신재생에너지기술개발및이용보급기본계획 (2014년 9월 ) 을통해 2035년까지폐기물에너지의비중을축소하고태양광과풍력을핵심에너지원으로육성하며, 1차에너지의 11% 를신재생에너지로공급할계획을발표 국내신재생에너지의연도별비중을확인해보면, 1차에너지의신재생비중은 2014년기준 3.6% 에서 2035년에는 11% 로공급할전망이며, 2014년부터 2035년까지연평균성장률은 6.3% 로예측 발전량기준으로는 2014년기준 6.0% 에서 2035년에는 13.4% 로증가될전망이며, 2014년부터 2035년까지연평균성장률은 5.8% 로예측 ( 단위 : %) * 출처 : 에너지경제연구원, 산업자원부, 2013 INVEST KOREA, 신재생에너지, 2015 [ 국내신재생에너지원별생산량비중현황및목표 ] [ 국내신재생에너지연도별비중목표전망 ] 구분 ( 단위 : %) CAGR ('14~'35) 1 차에너지기준신재생비중 발전량기준신재생비중 * 출처 : 제 4 차신 재생에너지기술개발및이용보급기본계획 ( 14.9) 에너지관리공단, 대한민국에너지편람,

29 전략분야현황분석 [ 국내신재생에너지별발전량전망 (2014 년 ~2027 년 ) ] ( 단위 : GWh) 연도수력풍력해양태양광바이오폐기물 부생가스 연료전지 IGCC 합계 ,940 1, , ,036 1, ,962 4, , ,693 1, ,979 7, ,390 1, ,693 2,471 2, ,996 9, ,392 1, ,693 2,906 2, ,996 11, ,397 1, ,693 2,906 5, ,996 16, ,397 1, ,693 2,906 5, ,066 21,560 1,436 2,446 1, ,693 3,344 7, ,083 24,838 2,480 2,452 2,162 1,000 8,693 3,370 7, ,083 32,091 2,480 2,498 2,387 1,225 8,693 3,419 7, ,083 34,828 2,480 2,544 2,713 1,549 8,693 3,419 7, ,134 35,810 2,480 3,596 2,713 1,549 8,693 5,373 7, ,185 35,810 2,480 4,707 2,713 1,549 8,693 7,344 7, ,236 35,810 2,480 5,848 2,713 1,549 8,693 9,323 10, ,287 35,810 2,645 5,848 2,713 1,549 8,693 13,449 13,140 20,080 (3.7%) 24,665 (4.4%) 31,165 (5.4%) 34,361 (5.7%) 38,600 (6.3%) 44,351 (7.0%) 54,140 (8.4%) 58,962 (9.0%) 66,760 (10.1%) 70,193 (10.5%) 74,232 (11.0%) 77,365 (11.3%) 83,164 (11.8%) 90,134 (12.6%) * 출처 : 제 6 차전력수급기본계획 ( 13 년 ) 에너지관리공단, 대한민국에너지편람,

30 에너지공급 국내신재생에너지잠재량은 에너지생산량 (2015 년기준 ) 22 배 국내신재생에너지연간발전잠재량은 12,220TWh( 기술적 ) 에달하는것으로조사됨. 이는한국전력통계 (2015년) 기준으로산업용과주택용등을포함해한해동안국가에서소비한전체전력량은약 545.5TWh인 22.4배이상을생산할수있는수치임 국내재생에너지기술적설비용량은총 8972GW이며, 태양광 7451GW, 육상풍력 63.5GW, 해상풍력 33.2GW, 수력 15GW, 바이오 9GW, 심부지역 30GW, 천부지열 1298GW, 폐기물 14GW, 조류 44GW, 조력 5.8GW, 해수온도차 8.6GW 등으로확인 [ 핵심플레이어분석종합 ] 구분 설비용량 (GW) 연간발전량 (TWh/ 연 ) 이론적지리적기술적이론적지리적기술적 태양 - 97,459 24,178 7, ,362 32,839 1,123 풍력 육상 해상 , 수력 바이오 , 지열 심부 9, , 천부 29,078 13,913 1,298 2,736 9, 폐기물 조류 ,843 2, 조력 해양 파력 해수온도차 냉난방 발전 ,977 2, 합계 137,958 39,109 8, ,766 49,625 12,220 출처 : 한국에너지기술연구원, ' 신재생에너지백서 ' 2016 년한국일보, 한국, 재생에너지만으로충분하다, 2016 년 09 월 24

31 전략분야현황분석 5. 기술동향및이슈 신기후변화체제에따른신재생에너지사업개발활발 2012년부터시작된신재생에너지의무할당제 (RPS) 를통하여태양광발전보급을진행하고있으며 15년까지 1.5GW로보급목표를확대하는지원정책을수립 2015년 2월, 한화솔라원과한화큐셀이한화큐셀로통합됨에따라 3.28GW 생산규모의세계 1 위셀생산능력확보하였으며, 최근 2015년 4월미국의전력회사인넥스트에라에너지에 1.5GW에이르는태양광모듈공급계약체결 [ 한화큐셀의태양광발전시설 ] 최근국내태양광기업들은태양광발전소의개발, 시공및운영으로이어지는 EPC (Engineering, Procurement and Construction) 프로젝트수행을통하여세계여러나라에 진출하고있으며중동지역등의신흥시장개척중 * 출처 : 한국태양광산업협회, 2014 [ 태양광발전소관련해외진출사례 ] 25

32 에너지공급 국내태양광산업기술수준은기술선도국과격차가크지않고, 반도체 / 디스플레이제조기술기반을확보하고있으며, 중국과일본사이에서기술과가격경쟁의치킨게임에서이를극복한경험등을보유하고있어현재의위기를충분히극복할수있을것으로전망 에스에너지, LS산전등이발전시스템에서경쟁력을확보하며태양광산업의새로운패러다임제시함으로써, 국내업계에좋은벤치마킹사례가존재 태양광사업은정부지원에크게의존하고있어, 당분간기본적으로정부의신재생에너지보급계획에따라변화할것으로전망되며, 해외국가들도정부주도의통합형태양광 R&D 확대추세전망 [ 국내외태양광 R&D 기술동향 ] 구분결정질 CIGS 유기 국내외태양광 R&D 기술동향 - 국내 : 고효율셀 (HIT, PERL, IBC 등 ) 및 CTM Loss 축소기술개발과함께가격을획기적으로저감하기위한박형웨이퍼 (120 μm수준 ) 개발중 - 국외 : 고효율셀 (HIT, PERL, IBC 등 ) 및 MMA 기술및박형웨이퍼 (100 μm수준 ) 개발중, 이론효율근접 - 국내 : 양산화를위한대면적화기술 ( 셀효율 18% 수준 ), 희토류 (In 등 ) 금속대체기술및 R2R 공정을활용하기위한플렉시블화기술개발중 - 국외 : Cd-free 전지제조기술 ( 셀효율 18% 수준 ), 희토류 (In 등 ) 금속대체기술및 R2R 공정을활용하기위한플렉시블화기술개발추진중, GW 급양산기술확보 - 국내 : DSSC, 유기박막태양전지를상용화하기위한소재및공정기술개발중 - 국외 : DSSC, 유기박막태양전지를상용화 ( 모듈효율 10% 이상 ) 하기위한요소기술개발중, 핵심소재원천특허다수보유 차세대 - 국내 : 양자점및나노선구조태양전지원천기술개발중 - 국외 : 양자점, 플라즈몬및하이브리드태양전지관련원천기술개발중 * 출처 : 한국광산업진흥회, 2015, 태양광산업현황및전망 태양열부분은태양열집열기핵심부품의국산화율제고및기술경쟁력강화를위해기술개발필요강조 현재태양열집열기의핵심소재인흡열판은대부분독일 TiNOX사제품을수입하여사용하고있는실정이며, 국내개발된전해도금방식의흡열판은선진제품에비해성능이다소뒤떨어져현재국내에서 CU기반나노코팅흡열판에대한연구가진행중임 태양에너지를집광시키는태양반사경은 4mm Glass의 93% 반사율수준이상업용으로사용되고있으며국내나노씨엠에스에서반사율 95% 이상의고반사 Reflector 코팅재료및공정기술개발 풍력은신재생에너지의무할당제 (RPS) 도입이후 1년간총 842MW의신규설비가설치되었으며, 이는지난 10년간시행된 FIT 제도에서설치된 1,054MW의약 75% 수준임 26

33 전략분야현황분석 풍력은해외선도업체가기술개발을주도하는것으로파악되며, 부품및시스템기술은 3MW급이하는성숙단계, 5~7MW급시스템은실증을완료하여도입단계에있는것으로파악 풍력은선도업체 Top 6인 Vestas, Goldwind, Enercon, Siemens, GE Wind 및 Gamesa 등이세계시장의 53% 를점유하고, 중국의 Goldwind, United Power 및 Mingyang 3개업체가세계시장의 18.5% 를점유하는것으로확인 영국 Converteam사, 스페인 Tecnalia사, 미국의 GE사, AMSC사, SuperPower사및 AML사가 8~15 MW급해상풍력용초전도발전기개발중임 소형풍력발전시스템개발및제작사는약 10여개가있으며, 금풍에너지에서수직형사보니우스형인 300W, 500W 및 1kW급과수평형 10kW급을개발하였으며, 하이에너지코리아가 500W, 1.5kW 및 3kW급의사보니우스형과다리우스형의복합된형태를개발하였고, 설텍에서 3kW 수평형풍력시스템을개발하여형식인증획득 바이오 폐기물분야는폐기물매립량감소, 재생에너지보급을위하여바이오가스기술에대한지속적인투자가이루어지고있으며특히 Bio-CNG 등의도입을통하여바이오가스를수송용연료로개발하고자하는 R&D 연구에집중하고있는것으로파악 폐기물합성가스기술분야에있어서는일본의 UBE사는폐기물가스화를통한고부가가치화학원료생산플랜트상용화하였고, 미국은 PRME, 벨트란등에서폐기물합성가스의가스엔진이용발전플랜트상용화보급을진행하는것으로파악 폐기물고형연료화기술분야에있어서는스웨덴의 SITA Sverige AB와독일의 Haase가그리고스위스 Thermoselect 및독일 Lurgi이폐기물가스화기술분야에선도기업으로세계적기술력보유 지열에너지분야는세계적으로발전용량이점점증가하고있으며국내또한 2000년대이후본격화되고있는실정임. 지역적제한에서벗어나상업적지열발전이힘든지역에서도개발이가능할뿐만아니라기존의고온열수발전의발전효율도높일수있는 EGS(Enhanced Geothermal System) 발전기술이활발히연구중임 미국에서 AltaRcok Energy는 EGS와관련하여 Geyser project를진행중이며, 호주내 Geodynamics는 Copper Basin에 EGS 지열발전프로젝트를진행중임 국내에서는 2010년 EGS 방식의 MW급파일럿지열발전소건설을위한연구개발및실증프로젝트가시작되어현재시작단계에있음 포항에건설예정인 EGS 방식의국내첫지열발전소는 5 km 심도에서더블릿시스템 (doublet system, 주입공 1개공, 생산공 1개공 ) 을통한 1.5 MWe급파일럿플랜트구축을목표로함 27

34 에너지공급 [ 국내포항지열발전소 ] 연료전지는크게건물용, 수송용, 발전용으로구분되며, 각용도별로 R&D 연구개발진행 건물용연료전지는일반가정및소형건물의전기, 온수공급이가능한연료전지시스템개발및상용화연구가활발히진행중임. 국내 SOFC 1kW급가정용시스템개발은쌍용, 코미코, TOPSOE 등의스택업체와 STX Metal, 경동나비엔, SK E&S 등의시스템업체에서추진하고있으며스택과시스템의장기성능을확인중임 수송용연료전지분야에서일반승용차용뿐만아니라실내물류운반차, 지게차, Folklift, 트럭용보조전원등으로다양한기술개발이진행하고있음. 일본도요타는연료전지자동차미라이를 2014 년 11월양산후, 한달동안 1500대주문신청을받고 2015년 700대, 연간생산량을 2017년까지연간 3000대수준으로증산계획발표. 발전용연료전지개발업체들은스택효율향상, CO2 포집, 회수및전체시스템발전효율향상등의기술개발연구수행중임. 미국의 Siemens사는평관형셀인 Delta 셀을개발하여 100 kw급스택제작및 220kW SOFC/GT 하이브리드발전소를설치하여 55% 효율의달성을통해 MW급대용량시스템개발추진중임 28

35 전략분야현황분석 6. 중소기업시장대응전략 구분촉진요인저해요인 정책 전세계적으로에너지의안정적인공급과기후변화대응을위해신재생에너지기술개발정책추진 신재생에너지의무할당제 (RPS), 공공건물신재생에너지의무화사업, 서울시연료전지보급사업을통한국내시장확보 표준화, 규격등에대한범정부차원의가이드라인미흡 세계경제의침제및환경규제강화등에따른단기적인산업침체의가능성 정부의지속적인정책적지원한계 산업 국가별에너지수급의예상되는불균형을해소하고자국의에너지수급에안정성을확보하기위해대체에너지개발추진 중공업, 플랜트및조선등경쟁력있는관련에너지산업생태계보유 원료의가격및수급불안정성 중국업체의기술 / 시장지배력강화 시장 세계적으로지속가능한친환경에너지에대한선호도증가로인해신재생에너지에대한시장확대전망 동남아바이오매스자원에대한유리한접근성 협소한내수시장및수출중심산업구조로인한 불확실성증대 빈약한바이오매스부존자원 기술 에너지산업간융복합기술개발을통한시너지창출 자원고갈대비및에너지고부가가치화기술강화를위해국내외기업투자및인수합병확대에따라새로운기술창출기대 선진국의기술개발가속화에따른기술격차확대 핵심기술및소재원료의해외의존도가높음 산학연고급인력인프라부족 신재생에너지 온실가스감축효과 고부가가치사업 친환경에너지원수요증대 에너지산업간의융복합화 신규소재개발 중소기업의시장대응전략 신재생에너지관련신규소재개발에따른고부가가치사업육성전략수립 국내에너지시장보호와확대를위한정부의지원제도활성화추진및내수시장성장및해외시장과의균형확립 에너지산업간융복합특화기술개발을위한공동연구및지원사업확대 지속가능한발전을위한 supply chain간균형성장및대기업 중견기업 중소기업의상생 공존생태계확립 29

36 에너지공급 7. 중소기업전략제품 가. 중소기업관심제품 에너지공급분야중소기업이관심있는기술개발과제에대한수요분석결과, 다음과같은제품및기술의개발에대한수요요구 중소기업이기술개발에관심이높은품목은 태양광발전시스템, 소형풍력발전기, 연료전지분리판소재 등의품목과관련된신재생에너지기술개발과제를다수신청 [ 중소기업청 R&D 지원사업신청과제현황 ] 주요품목 과제건수 합계 점유율 (%) 평균증가율 (%) 태양광 태양열 신재생에너지 풍력 수력 바이오연료 폐기물 지열 연료전지 원자력에너지 합계

37 전략분야현황분석 나. 중소기업전략제품 [ 에너지공급분야전략제품 ] 전략제품 개요 태양광발전시스템 태양광으로발전된직류전기에너지를인버터에공급하여사용전력으로변환시켜안정된전원을수요자에게공급하는시스템 태양광공정장비 태양전지공정장비란실리콘계 ( 실리콘박막포함 ) 및박막태양전지등을제조할수있는공정및제조할수있는모든장비 소형풍력발전기 국내신재생에너지설비인증관련법과설비인증기관인한국에너지공단인증기준에의해회전자면적 200m2 이하정격용량 30kW 미만을소형풍력발전기로서정의하며용도상으로독립전원용또는계통연계형으로구분 풍력로터허브 풍력내로터축을연결하는중간구조물로블레이드로부터의공력으로인한하중과회전력을전달받아그회전축을주축, 증속기, 발전기로전달하는주요시스템 에너지공급 폐기물고형연료 가연성폐기물을건조, 파쇄 분쇄, 성형등의다양한방법을이용하여연료로사용할수있도록고체상태로제품화하는프로세스 연료전지셀 연료전지스택은여러개의단위셀이전기적으로는직렬로, 유체의흐름은병렬이될수있도록적층되어있는것을말함. 이각각의하나를 단위셀 혹은 단위전지 임 연료전지분리판소재 연료전지분리판은연료전지전극내에반응가스를공급하고, 생성수를배출시키며, 전기를이동시키는주요역할뿐아니라, 셀스택을지지하고반응열을배출하는부가적인기능을수행하며, 연료전지분리판소재는크게금속, 세라믹, 복합소재등을의미 연료전지용 M-BOP 연료전지 M-BOP 는스택및시스템의내구성향상과운전최적화를위한연료및공기공급시스템, 열관리시스템및물관리시스템등으로구분할수있음 31

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39 전략제품현황분석 태양광발전시스템

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41 전략제품현황분석 태양광발전시스템 정의및범위 태양광으로발전된직류전기에너지를인버터에공급하여사용전력으로변환시켜안정된전원을수요자에게공급하는시스템 태양광발전시스템은복합발전시스템, 태양광발전시스템성능향상, PV 시스템등을포함정부지원정책 2025 년 1 차에너지대비 11% 달성 ( 태양광, 풍력비중 72% 확대 ) 태양광발전시스템보급확대를위한완경, 입지규제완화 글로벌기준에맞는신재생범위, REC 체계개편 중소기업시장대응전략 강점 (Strength) 고품질의태양광생산기술확보 기업의높은기술개발력, 상품기획력 반도체, LCD 등유사산업발달 중전기및전력제어의높은기술력 밸류체인의수직계열화구축 우수한공정및장비기술발전기회 (Opportunity) 약점 (Weakness) 주택용태양광발전미흡 국내시장협소 원천기술, 기반기술등취약 박막태양광의기술개발투자미흡 낮은전기요금으로보급애로 핵심연구기관의리더십부족 국내많은기업들의사업중단위협 (Threat) 저탄소사회구현정책확대시행 신재생에너지관심지속 스마트그리드정책확대 원자력발전의대체에너지관심고조 공급과잉에따른시장가격폭락 세계적발전차액보조금축소경향으로수출시장축소 셰일가스의개발확대로신재생에너지관심축소경향 중국을둘러싼무역마찰심화 중소기업의시장대응전략 태양광분야수급불균형해소및시스템설치단가하락에따른중소규모태양광발전시스템시장확대 태양광분야내가격및기술경쟁력이심화되고있어이를극복하기위한다양한기술개발진행 신재생에너지중태양광발전시스템설치시장확대, 대규모발전시스템 (Utility) 을중심으로확대 지역및환경맞춤형태양광발전시스템의전후방산업육성확대 35

42 에너지공급 태양광발전시스템 핵심기술로드맵 36

43 전략제품현황분석 1. 개요 가. 정의및필요성 태양광발전시스템은태양광으로발전된직류전기에너지를인버터에공급하여사용전력으로 변환시켜안정된전원을수요자에게공급하는시스템을의미 * 출처 : 태양광발전 Field Test 사업에관한 Guide Line, NEDO, 2012 [ 태양광발전시스템구성 ] 태양광발전시스템단위의필수구성요소로써계통연계형 (On-grid) 및태양광보급확대를 위한독립형 (Off-grid) 시스템과관련된필수구성요소를포함 태양광발전 (PV) 분야는신재생에너지중에서가장각광받으면서기업참여가매우활발한산 업부문이며, 태양광발전시스템단가가지속적으로떨어지면서국내외태양광시장이확대되고있는 상황 태양광발전은고유가및지구온난화시대의청정에너지로인식되고있으며, 특히, 후쿠시마원전사고이후화석연료및원전을대체할수있는에너지원으로대두되면서미국, 일본및중국등에서태양광시장이확대되고있음 더욱이태양광발전은다른에너지대비발전단가가매우높아경제성이취약하고, 날씨조건에의존하는바가많아발전량이일정하지않고, 주간의한정된일조량으로발전시간이제한받는등치명적인단점도있어이를극복하기위해정부지원정책과연구개발이반드시필요함 37

44 에너지공급 태양광발전시스템 나. 범위 (1) 제품분류관점 태양광발전시스템은기본적으로태양광모듈, 접속반, 설치대및 BOS(Balance of Systems) 등 으로구성되지만, 설치형태및발전방식등에따라분류 발전시스템은기본적인구성인태양광발전시스템, 건물에적용되는 PVinB(Photovoltaic in Building) 시스템, 수상에적용되는수상태양광발전시스템, 타에너지원 ( 예를들면, 연료전지, 풍력, 디젤발전등 ) 과융 복합하여발전하는융 복합발전시스템기술로구분 [ 제품분류관점기술범위 ] 전략제품제품분류관점세부기술 PV 시스템 태양광모듈을이용하여전력을생산하는시스템을구성하는기술 태양광발전시스템 PVinB 시스템 수상태양광발전시스템 태양광모듈이건물을구성하는부품으로구성되는건물일체형태양광발전 (BIPV, Building Integrated PV) 기술 태양광모듈이건물에부착되어전력을생산하는 BAPV(Building Attached PV) 시스템으로구분 육상이아닌댐, 저수지또는해양에부유물을이용하여발전하는시스템을구성하는기술 융 복합발전시스템 타에너지원 ( 예를들면, 연료전지, 풍력, 디젤발전등 ) 과융 복합하여발전하는시스템을구성하는기술 38

45 전략제품현황분석 (2) 공급망관점 태양광발전시스템분야는태양광으로부터전력을생산하는관점에서크게태양광발전시스템, PVinB(Photovoltaic in Building) 시스템, 수상태양광발전시스템, 융 복합발전시스템구분 태양광발전시스템은태양광모듈을이용하여생산된전력을분산형또는계통연계할수있는시스템을구성하는기술 PVinB(Photovoltaic in Building) 시스템은건물의디자인요소를가미하면서전력을생산할수있는시스템으로 ESS(Energy Storage Systems) 와결합하여시스템을구성하는기술 수상태양광발전시스템은육상이아닌댐, 저수지또는해양에부유물을이용하여발전하는시스템구성기술, 특히, 생산된전력을 DC to DC 배전기술을포함함 융 복합발전시템은에너지융 복합시스템으로태양광과타에너지원 ( 예를들면, 화력, 연료전지, 풍력, 디젤발전등 ) 과연계한시스템구성기술 [ 공급망관점기술범위 ] 전략제품공급망관점세부기술 태양광발전시스템 태양광발전시스템의계측제어및모니터링기술, 태양광발전시스템의최적설계와모델링기술등 태양광발전 시스 PVinB 시스템 건물의디자인요소를가미하면서전력을생산할수있는태양광발전시스템의최적설계, 모니터링기술등 템 수상태양광발전시스템 수상에적용할수있는부유물제조기술, DC to DC 배전기술등 융 복합발전시템 축전지, 열전소자, 태양광융복합발전시스템의고효율화기술, 제어기술등 39

46 에너지공급 태양광발전시스템 2. 산업환경분석 가. 산업특징및구조 (1) 산업의특징 오늘날세계각국은지구온난화의한계를돌파하기위한혁신적인노력을진행하고있으며, 이를위해새로운에너지원을찾아내고, 저탄소기술을개발함으로써새로운산업혁명을일으키고있음 신재생에너지기술을적극개발하여신성장산업으로육성하고, 이를통해경제성장과현안과제를동시에해결하려는노력이바로녹색성장정책이라함 COP21 파리선언이후, 선진국에서는태양경제의실현을위한신재생에너지정책을추진하여에너지위기를극복하고, 동시에지구온난화방지를추구하는방향으로나아가고있음 PV 모듈신뢰성향상을위한모듈설계및부품소재기술을퉁하여고효율화및경량화등이신재생에너지정책의홍보수단및실제적인에너지효율성증대로이어질수있도록, 시장니즈에맞춘제품개발을통한시장확대 태양전지전력변환시스템에사용되는부자재 (DC커넥터, DC스위치 ), 전력변환기기부자재 (EMI 필터 ) 등의국산화를통해, 시스템업체에서는단가절감뿐아니라, 아웃소싱기업다변화를통해수급불안정성해소 양산기술의진보, 전력변환회로설계및전력제어연구개발로높아진전력변환기기효율을바탕으로, 유 / 무선, 블루투스 H/W, S/W 및스마트폰기반의앱개발을통해전력변환제품자체의경쟁력을높여야함 쉽고강력한인터페이스기기출시를통해, 태양전지전력변환기기의제품경쟁력강화 40

47 전략제품현황분석 (2) 산업의구조 전방및후방모두에산업파급효과가큰수준이며, 국내태양광발전시스템기술은벨류체인의제품계열구조부문에서기술경쟁력, 규모의경제등독보적인경쟁력을확보하거나, 아니면전략적제휴를맺거나수직계열화를통해경기변동에대응하고있음 태양광발전시스템을주도하던 Utility 규모에서중소규모로전환되고있는시점에서다양한태양광발전시스템에대한요구가증대되고있음 [ 태양광발전시스템분야산업구조 ] 후방산업태양광발전시스템전방산업 반도체, 수동부품관련산업, Cable 산업, 등 전력생산 ( 가정용, 상업용, 발전용 ), PvinB, 수상등 건축, 토목, 전력산업등 전방산업은태양광발전시스템을구성하는모듈, 전력케이블, 전력케이블, BOS 관련부품등을 제조할수있는산업임 후방산업은태양광발전시스템을설치, 유지관리및전력송배전과관련된산업임 41

48 에너지공급 태양광발전시스템 나. 경쟁환경 태양광의경쟁력은소재의원가절감도중요하지만, 향후는변환효율개선및저가화의중요성이더욱부각될것이다. 변환효율제고및저가화를위해공정기술, 대면적양산기술, 대량생산기술을위한연구개발이중요과제임 미국, 일본및국내시장의태양광수요증가는국내태양광기업들의매출증가에긍정적으로작용 `15년기준국내태양광시장규모는 1,011MW이며, 올해 1,595MW가설치될것으로전망 모듈시장주도권을잡기위한업체간경쟁이치열해지고있으며, `16년 9월기준설비용량이 6GW를넘어서는기업이탄생 `16년 9월기준 1위업체와 10위업체간생산용량차이가 4GW 이상벌어지고있으며, 그간격은향후더욱더확대될전망 국내기업으로한화 Q-Cell사가 5위권에진입해있으며, LG는 1.1GW로 21위권, 현대중공업이 600MW로 30위권에포진해있음 ( 단위 : GW) * 자료 : 분기태양광산업동향, 한국수출입은행, 2016 [ 상위 10 개모듈기업생산용량현황 ] `16년 9월기준다결정태양광모듈가격은 $0.61/W로 `16년고점대비 20% 하락했으며, 공급과잉상황으로인해추가적인가격하락은불가피 상위 27개모듈사생산용량은 70GW에달해이미태양광수요량을육박하고있으며, 후발주자들의생산용량을합칠경우 100GW를넘어서고있음 공급과잉상황대비모듈가격하락은상대적으로낮으며, 선도업체들의매출총이익은 20% 대의높은수익률을기록중 선도업체와후발기업간가동률에큰차이가날것으로예상되며, 생산단가차이역시크게확대되 42

49 전략제품현황분석 고있어수익성에격차가크게벌어지고있음 43

50 에너지공급 태양광발전시스템 선도기업과후발주자간수익성이크게차이가나고있어구조조정시태양광밸류체인중모듈분야가가장많은기업들이퇴출될것으로예상 상위업체인 Trina사의제조모듈단가는 1분기 47cent/W으로추정되며, 4분기 40cent/W 수준으로하락할것으로전망됨 이에반해후발주자들의제조단가는이보다 20% 이상비싼것으로추정돼, 현재가격대에서이익을내기쉽지않은상황임 [ 제품분류별경쟁자 ] 구분 경쟁환경 기술분류태양광발전시스템 PVinB 시스템 수상태양광발전시스템 융 복합발전시스템 주요품목및기술 시제품, 목업, 콘셉트디자인, 항공기용제트엔진부품, 공조부품, 날개, 자동차용엔진부품, 의지장구, 의료보조기구, 생체조직, 공예품, 생활용품, 장난감, 교보재, 기타등 해외기업 Belelectric, China Power Investment, First Solar, Sun Power Belelectric, China Power Investment, First Solar, Sun Powe - - 국내기업 LG CNS, KC 코트렐, KD 파워, SDN, 에스에너지, 신성쏠라에너지, 한화솔라에너지 이건창호, 에스에너지, 쏠라테크 LS 산전, 쏠라테크 - 44

51 전략제품현황분석 다. 전후방산업환경 태양광발전시스템을구성하는모듈, 전력케이블, 전력케이블, BOS 관련부품등을제조할수있는반도체, 수동부품관련산업및 BOS 관련부품산업등의 Value Chain 및 Supply Chain을형성하고있음 태양광발전시스템설치, 유지관리및전력송배전과관련된산업으로유지보수관련산업의수요가확대될것으로예상됨 전방산업은태양광발전시스템을구성하는모듈, 전력케이블, 전력케이블, BOS 관련부품등을제조할수있는반도체, 수동부품관련산업및 BOS 관련부품산업등의산업군임 최근에는 BOS 중하나인 PCS의성능을개선하여발전시스템의발전성능을향상시키기위해서노력하고있는상황임 또한, Utility 시장뿐아니라가정용시장이확대됨에따라소규모 PCS 또는마이크로컨버터시장이확대되고있음 후방산업은태양광발전시스템설치, 유지관리및전력송배전과관련된산업으로, 향후태양광발전시스템유지보수관련산업의수요가확대될것으로예상됨 기설치된태양광발전시스템유지보수등을통해서경제성을확보하기위한다양한클리닝시스템이개발되고있는상황임 다양한태양광발전시스템이보급되면서관련부품 소재또는설치설비를개발하기위해서노력하고있음 45

52 에너지공급 태양광발전시스템 3. 시장환경분석 가. 세계시장 `16년세계태양광설치량은연초예상보다많은 70GW를넘어설것으로전망됨 연초중국태양광시장은 18GW 규모의수요가발생할것으로예상됐으나, `16년 1분기설치량만 22GW에달해연초예상치를초과함 미국태양광시장역시 `16년초 8GW 수요를예상했으나, 2분기가지난시점에서강한태양광수요증가세로인해 50% 가증가한 12GW가설치될것으로전망됨 기후변화이슈및태양광발전단가향상으로 `40년까지 3,600GW이상의태양광수요가발생할것으로전망 온실가스감축문제로석탄발전비중이감소할것으로예상되며, 태양광발전단가가 `20년 80원 /kwh, `25년 60원 /kwh으로큰폭으로하락해경제성이크게향상될것으로전망됨 * 자료 : 분기태양광산업동향, 한국수출입은행, 2016 [ 주요원별단가및태양광제품가격전망 ] 46

53 전략제품현황분석 `15 년기준세계태양광설치량은 256GW 에불과하나 `40 년총설치량은 3,904GW 에달할 것으로예상돼 2040 년전체발전원중 28% 를차지해최대발전원으로부상할것으로전망 * 자료 : 분기태양광산업동향, 한국수출입은행, 2016 [ 세계태양광시장장기수요전망 ] [ 태양광발전시스템세계시장규모및전망 ] 구분 ( 단위 : GW) CAGR ('13~'15) 세계시장 * 자료 : New Energy Finance 태양광수요증가와더불어에너지저장에대한필요성확대로세계에너지저장시장규모가빠르게커질것으로전망 연초중국태양광시장은 18GW 규모의수요가발생할것으로예상됐으나, 2016년 1분기설치량만 22GW에달해연초예상치를초과함 미국태양광시장역시연초 8GW 수요를예상했으나, 2분기가지난시점에서강한태양광수요증가세로인해 50% 가증가한 12GW가설치될것으로전망됨 `10년이후태양광업체간치열한증설경쟁으로태양광시스템가격이빠르게하락하고있으며, 규모의경제확보로추가적으로더하락할전망 장기적인관점에서태양광시스템가격은 2020년 $1.44/W 까지지속적으로떨어질것으로예상되는반면, 가스및석탄등화력발전단가는연료비용증가로꾸준히상승할전망 47

54 에너지공급 태양광발전시스템 출처 : New Energy Finance, 2014 [ 태양광시스템가격현황및전망 ] 48

55 전략제품현황분석 나. 국내시장 `15년기준국내태양광시장규모는 1,011MW이며, `16년에는 1,595MW가설치될것으로전망됨 `12년 RPS 정책효과로국내태양광산업생태계가활성화되고있으며, 올해설치량기준세계 7위태양광시장으로발돋움할것으로전망 태양광발전은국내신재생에너지보급의핵심축을담당하고있으며, `20년까지약 6.4GW의태양광발전소가건설될것으로전망 [ 태양광발전시스템분야의국내시장규모및전망 ] 구분 ( 단위 : MW) CAGR ('13~'15) 국내시장 1,011 1,595 1,645 1,369 1,126 1,066 1% * 자료 : 한국태양광협회, 한국수출입은행, 2016 신재생에너지보급확대를위해 RPS 비율을 `18년 4.5% 에서 5%, `19년 5% 에서 6%, `20 년 6% 에서 7% 로상향될예정임 RPS비율상향으로 16~20년에신재생발전소에 8.5조원추가투자효과가발생할것으로예상되며, `20년까지총 13GW의신재생에너지발전소건설및총 30조원의투자효과가전망됨 `16년국내태양광발전수익률은 SMP 가격하락에도불구하고 REC 가격이높은수준에서결정돼발전수익성은유지되고있음 REC가격은 15년하반기부터상승하였고, 16년부터태양광과비태양광 REC시장이통합되면서태양광발전 REC 수요는더욱증가 `15년하반기 7.3만원이었던태양광 REC 가격은 `16년상반기 8.6만원, `16년 8월 15.4만원까지상승 49

56 에너지공급 태양광발전시스템 다. 무역현황 태양광발전시스템기술분야의무역현황을살펴보았으며, 수입량에비하여수출량이감소하는추세 태양광발전시스템기술의수출현황은 11년 15억달러에서 15년 13억달러수준으로감소하였으며, 수입현황은 11년 19억 2,000만달러에서 15년 19억 4,000만달러수준으로증가하여무역수지흑자폭이감소 최근 5년 ( 11~ 15년) 간연평균성장률을살펴보면수출금액은 -3.2% 로감소하였으며, 수입금액은 0.4% 로증가하여전체무역수지는 -11% 로감소한것으로나타남 무역특화지수는 11년(-0.12) 부터 15년(-0.19) 까지감소한것으로나타나국내기업의수출량에비해수입량이증가하고있는것으로나타남 [ 태양광발전시스템관련무역현황 ] 구분 ( 단위 : 천 $) CAGR ('11~'15) 수출금액 수입금액 무역수지 1,505,006 1,496,751 1,333,328 1,327,483 1,319, % 1,920,057 2,057,425 2,098,230 2,234,350 1,949, % -415, , , , , % 무역특화지수 * * 무역특화지수 = ( 상품의총수출액 - 총수입액 )/( 총수출액 + 총수입액 ) 으로산출되며, 지수가 0 인경우비교우위는중간정도이며, 1 이면완전수출특화상태를말함. 지수가 -1 이면완전수입특화상태로수출물량이전혀없을뿐만아니라수입만한다는뜻 * 자료 : 관세청수출입무역통계 HS-Code(6 자리기준 ) 활용 50

57 전략제품현황분석 4. 기술환경분석 가. 기술개발트렌드 독립계통형태양광모듈어레이최적화설계기술 PV 모듈신뢰성향상을위한모듈설계및부품소재기술을통하여고효율화및경량화등이 신재생에너지정책의홍보수단및실제적인에너지효율성증대로이어질수있도록, 시장니 즈에맞춘제품개발을통한시장확대 고효율화태양전지전력변환제어시스템 태양광발전시스템은태양전지에서출력되는전력을수용자가안전하게양질의전기를사용할수있도록하는전력변환제어시스템이라함 태양전지의출력특성상일사량, 온도등의기수조건에크게영향을받기때문에많은에너지를태양전지에서얻기위해서항상최대출력을추종하도록제어하는시스템개발로상용화증가전망 태양광발전시스템의전력변환기기의국산화 태양전지전력변환기기의경우, 여전히선진부품업체로부터부품을공급받아적용하는경우가대부분이며이로인해생산비용및유지보수비용증가, 기술문제해결지연등의문제존재 특히, 대규모태양광발전시스템의전력변환기기는대부분 SMA, KACO 등외국기업이관련시장을주도하고있음 지역및환경맞춤형태양광발전시스템발굴 기존육상에설치되는태양광발전시스템에서벗어나, 도심이나수상 ( 해상포함 ) 등에적용할수있는신개념태양광발전시스템발굴을통한새로운 BM(Business Model) 창출 도심에적용하기위해서는건물등에적용할수있는 BIPV(Building Integrated PV) 모델발굴 수자원을보호하면서녹조나적조등을억제할수있는수상에적용할수있는수상태양광발전시스템모델발굴 51

58 에너지공급 태양광발전시스템 나. 주요업체별기술개발동향 (1) 해외업체동향 전세계태양광시장의 60% 이상을점유하고있는중국을중심으로시장이형성되고있음 태양광설치시장은기존유럽에서미국, 아시아 ( 중국, 인도, 일본등 ) 로이동하고있으며, Sun Belt 지역 ( 중동, 아프리카, 북미, 남미등 ) 에서도태양광발전시스템보급을확대하기위해노력하고있음 모듈시장주도권을잡기위한업체간경쟁이치열해지고있으며, `16년 9월기준설비용량이 6GW를넘어서는기업이탄생 `16년 9월기준 1위업체와 10위업체간생산용량차이가 4GW 이상벌어지고있으며, 그간격은향후더욱더확대될전망 구분업체명사업영역및주요내용 Jinko( 중국 ) 15 년모듈 4GW 양산용량, 가동률 70% 로 4 년연속적자로재무부담가중 16 년 1 분기흑자전환발표했으나, 여전히파산신청가능성상존 결정질 GCL Trina Solar( 중국 ) 16 년현재 6.0GW 규모양산캐파확보 16 년현재 5.6 GW( 셀 / 모듈 ) 규모양산캐파확보 Canadian Solar( 중국 ) 15 년셀 2.5GW, 모듈 4.3GW 양산용량 ( 16 년셀 3.4GW, 모듈 5.6GW 증설 ) 단결정 PERC 셀로 20% 이상의효율의양산기대, n 형단결정양면제품시생산 CdTe First Solar( 미국 ) 15 년말 2.7GW 규모양산 ( 수직계열화 ) 15 년모듈효율 18.6% 기록 ( 셀효율 21.5% 기록 ) Solar Frontier( 일본 ) 15 년말 1.05GW 생산라인구축 (150MW 신규라인은 16.6 양산 ) 15 년셀효율 22.3% 기록 (0.5cm x 0.5cm) 박막 CIGS CTIE( 중국 ) 14 년독일 Avancis 인수, 1.5GW 양산공장중 1 단계 300MW 건설중 16 년자회사 CTIEC 를통해 CdTe 박막모듈 100MW 양산공장건설추진건자재회사로서 BIPV 시장주도기대 G24i( 영국 ) 5MW 규모 Flexible DSC 태양전지시험양산 (R2R 방식 ) Solar 백팩, Solar 키보드등신규제품개발및판매 염료감응형 Dyesol( 호주 ) DSC 소재분야에서가장오랜기술축적및판매경험기술라이센스및신규염료개발중심사업모델추구 52

59 전략제품현황분석 구분업체명사업영역및주요내용 유기박막 Mitsubishi Chemical( 일본 ) Heliatek( 독일 ) 폴리머소재기반용액공정을통한필름형태제품개발 3M 과협업, 2016 년부터제품출시계획 저분자진공방식에의한 2 층탠덤구조로 12.1% (@1.1cm2) 의세계최고효율발표 2015 년상업생산설비구축완료, 반투명플레시블태양전지제품출시계획일본 Asahi Glass 와협업으로 BIPV 시장진출계획 * 자료 : 신재생에너지백서, 2016 년도 (2) 국내업체동향 모듈업체를중심으로성장하고있으며, 최근에는모듈업체에서태양광발전시스템설치로사업을확장하고있음 결정질실리콘태양전지기업위주로산업이형성되어있으며, 박막태양전지는현재 R&D 위주로다양한개발이진행중임 구분업체명사업영역및주요내용 한화 한화솔라원 / 한화큐셀합병후, 한화큐셀위주로수직계열화완료셀 / 모듈 5.4GW( 중국 2.4GW, 한국 1.5GW, 말레이시아 1.5GW) 양산한화케미칼 15 년연산 13,000 톤폴리실리콘양산 ( 16 년 15,000 톤으로증설 ) 한화큐셀코리아등에서 EPC( 발전사업 ) 추진중 결정질 OCI 현대중공업 LG 전자 15 년연산 52,000 톤규모의양산, 230 억원규모의공정개선투자계획 OCI 솔라파워에서발전사업수행중 ( 미국텍사스샌안토니오에 400MW 규모 ) 600MW 규모셀 / 모듈양산고효율 PERC 태양전지생산중심으로전환 R&D 센터, UL/VDE 자체인증랩, 태양광실증단지운영으로신제품개발, 모듈평가, 제품신뢰성향상등개발 1GW 규모셀 / 모듈양산, 수출에주력중이며, 2018 년 1.8GW 로증설추진 n 형단결정실리콘기반의고효율양면수광형태양전지사업화 LS 산전 150MW 규모모듈양산, 수상태양광발전시스템을일본등해외수출중국내합천댐등에수상태양광실증 ( 수자원공사와협조 ) 및사업화 S-Energy 350MW 규모모듈양산, 400MW 규모로증설진행중일본, 칠레등해외발전사업과자회사에스파워를통한국내발전사업추진중 신성솔라에너지셀 420MW, 모듈 150MW 규모양산, 셀 600MW 규모로증설진행중 베트남등해외발전사업추진중 53

60 에너지공급 태양광발전시스템 구분업체명사업영역및주요내용 실리콘박막 LG 전자 a-si 박막태양전지에서국내최초로 NREL 공인세계최고효율달성 ( 셀효율 13.4%) LG 이노텍 국가 R&D 과제성공완료, 동시증발법을이용한 CIGS 박막태양광모듈상용화기술국내최초개발 CIGS 삼성 SDI 국가 R&D 완료, 스퍼터링방식을이용한 CIGS 박막모듈효율 16% 달성했으나, 사업화중단으로 WonCIGS 에기술이전 박막 염료감응형 동진쎄미켐상보 국가 R&D 수행중, 자동화 Pilot production 라인구축완료 BIPV (Facade 및 Window) 실증목적의국내외프로젝트추진진행중 ( 디자인개발, 시제품제작, 설치 ) 국가 R&D 수행중, SUS 기판을이용한 Flexible DSC 박막태양전지개발중 (R2R 방식적용 ) 유기박막 코오롱인더스트리 LG 화학 국가 R&D 수행중, R2R방식 ( 고분자재료사용 ) 을적용한 Flexible 유기박막태양전지개발중 국가 R&D 수행중, 저분자를이용, 개발중 ( 공인셀효율 8.01%) * 자료 : 신재생에너지백서, 2016 년도 54

61 전략제품현황분석 다. 기술인프라현황 국내신재생에너지테스트베드구축사업이전국에걸쳐활발하게진행되고있음. 태양광, 풍력, 연료전지등신재생기업 ( 특히중소 중견기업 ) 이개발한기술또는제품의사업화, 수출화를촉 진할수있도록, 수요거점지역에시험분석 성능평가 실증장비및공용인프라구축하여운영중 ( 대경권 ) 구미전자정보기술원이주관으로총 299 억원을투입한태양광테스트베드 구축 ( 충청권 ) 302억원을투자해규격시험장비 60여종을구축과기술지원서비스등태양광기업을지원할핵심인프라구축 ( 호남권 ) 77억원을투자해박막태양전지용소재및셀제조광학 전기적성능평가시험등을수행하는국내최대규모태양광산업클러스터조성 구분지역주관기관 대경권 충북테크노파크 태양광 충청권 구미전자정보기술원 풍력 호남권 동남권 호남권 전북대학교산학협력단 ( 대표 ), 한국생산기술연구원호남권지역본부 ( 공동 ) 경남테크노파크 ( 대표 ), 한국생산기술연구원동남권지역본부 ( 공동 ) 전남테크노파크 연료전지대경권포항공과대학교산학협력단 * 자료 : 한국에너지공단신재생에너지센터홈페이지, 2016 태양광관련 KS 규격은산업표준화법에의거하여총 43 종이발간되었는데부합화된규격이 12 종일치되니규격이 27 종고유규격이 4 종이며, 그중최근에는 IEC 규격과일치된 KS 규격 을중심으로활용하고있음 55

62 에너지공급 태양광발전시스템 IECRE 의경우한국에너지기술연구원을중심으로 `14.02 PVOMC 을시작으로회의에참석하고 있음. 특히많은한국전문가들이 PVOMC 산하 WG 에참석하여활동하고있음 IEC TC 82 WG 7 한국대표로활동하고있는한국태양광학회윤세왕고문이 IECRE PVOMC 부의장으로피선되어이후한국의역할이높아질것으로기대됨 태양광시장의급격한성장에따라태양광시스템의 Performance, Safety, Bankability 등의확보필요성이강조되었고이을확보하기위해풍력, 해양분야에함께 IECRE 인증체계가출범함 기존에태양광모듈, 인버터등의국제인증은 IECEE 체계에서진행되었으나향후 IECRE 체계에서시스템인증이진행될예정이며, 전체태양광분야의인증도 IECRE 체계에서진행될가능성이높음 `14년 6월 CAB은 basic rule을승인하였으며, K. McManama (IECEE) 를 IECRE대표로지정하였으며, IECRE는아래그림과같이풍력, 해양에너지, 태양에너지로구분됨 * 자료 : IECRE 홈페이지, 2016 [ IECRE 대상분야 : 풍력, 해양및태양에너지 ] 56

63 전략제품현황분석 라. 특허동향분석 (1) 연도별출원동향 태양광발전시스템기술의지난 7년 ( 10~ 16) 간출원동향 2) 을살펴보면전반적으로감소하는경향을보임 국가별출원비중을살펴보면미국이 41.9% 로최대출원국으로태양광발전시스템기술을리드하고있는것으로나타났으며, 일본 26.5%, 한국 24.9%, 유럽 6.8% 순으로출원비중을차지하는것으로확인됨 [ 태양광발전시스템분야연도별출원동향 ] 2) 특허출원후 1 년 6 개월이경과하여야공개되는특허제도의특성상실제출원이이루어졌으나아직공개되지않은미공개데이터가존재하여 2015, 2016 년데이터가적게나타나는것에대하여유의해야함 57

64 에너지공급 태양광발전시스템 (2) 국가별출원현황 한국과일본의출원현황을살펴보면최근감소하는추세를보이며, 외국인의출원이점차감소 외국인의출원감소현상이두드러지는이유를살펴보면태양광발전시스템기술의국내시장에대한외국인의선호도가감소하고있는것으로추정 미국과유럽의출원현황을살펴보면최근감소하는추세를보이며, 주로외국인에의한출원비중이높은것으로확인됨 주로일본기업인 SANYO ELECTRIC과 FUJIFILM, 국내기업인엘지전자가주요외국인출원인으로도출됨 [ 국가별출원현황 ] 58

65 전략제품현황분석 (3) 투입기술및융합성분석 태양광발전시스템분야의투입기술을확인하기위하여특허분류코드인 IPC Code 3) 를통하여살펴본결과태양광발전시스템분야의가장높은 IPC는 H01L 기술분야가 6507건으로가장많이차지하고있으며, 이어서 H01B가 607건, F24J가 36건으로다수를차지 이외에 B32B 32건, H02N 31건, C08G 23건, C08L 19건, C09K 18건, C09J 16건, C07D 14건순으로기술이투입되어있어태양광발전시스템분야에다양한기술이융합되어존재 더불어해당 IPC의특허인용수명을살펴보면 C09J 기술분야의수명이 9년으로가장긴것으로나타났으며, F24J 기술분야는 5년으로가장짧은것으로분석 [ 태양광발전시스템분야상위투입기술 ] IPC 기술내용특허인용수명 (TCT) 4) H01L 반도체장치 ; 다른곳에속하지않는전기적고체장치 6 년 H01B 케이블 ; 도체 ; 절연체 ; 도전성, 절연성또는유전성특성에대한재료의선택 8 년 F24J 달리분류되지않는열의발생또는사용 5 년 B32B 적층체, 즉평평하거나평평하지않은형상 8 년 H02N 타류에속하지않는전기 5 년 C08G 탄소 - 탄소불포화결합만이관여하는반응이외의반응으로얻는고분자화합물 8 년 C08L 고분자화합물의조성물 8 년 C09K 그밖에분류되지않는응용되는물질 ; 그밖에분류되지않는물질의응용 7 년 C09J 접착제 ; 일반적인접착방법 ( 비기계적요소 ); 달리분류되지않는접착방법 ; 물질의접착제로서의사용 9 년 C07D 이종원자고리화합물 7 년 3) 전세계적으로통용되고있는국제특허분류 (IPC: International Patent Classification) 를통해특허정보기술분야에서공지기술을조사할수있으며, 기술및권리정보에용이하게접근가능 4) 특허인용수명지수는후방인용 (Backward Citation) 에기반한특허인용수명의평균, Q1, Q2( 중앙값 ), Q3 에대한통계값을제시함. 특히이와같이산출된 Q2 는 TCT(Technology Cycle Time, 기술순환주기또는기술수명주기 ) 라고부름 59

66 에너지공급 태양광발전시스템 투입기술이가능많은 H01L 분야와융합이높게이루어진기술은 Y02E 분야로나타났으며, B32B, H02S 분야와도나타융합된기술의건수가높은것으로분석 이외에 H01B 분야와융합된기술은 H01L, C03C, C07C 분야와융합된기술이많은것으로나타났으며, F24J 분야와융합된기술은 Y02E, H01L, Y02B 기술로분석 [ 태양광발전시스템 IPC 기술및융합성 ] (4) 주요출원인분석 세계주요출원인을살펴보면주로일본의출원인이다수의특허를보유하고있는것으로나타났으며, 전자분야의출원인이대부분 최상위출원인을살펴보면, 한국의엘지전자가태양광발전시스템관련기술을다수보유한것으로확인되며, 주로건물일체형태양전지모듈시스템기술에대한특허를보유한것으로분석 일본의주요출원인을살펴보면 SHARP, FUJIFILM, MITSUBISHI ELECTRIC 등전자기업이다수출원을하고있는것으로나타났으며, 이들일본출원인은주로일본본국에출원건수가높은것으로나타남 가장많은특허를보유하고있는한국기업인엘지전자의 3극패밀리수가 167건으로다국적으로시장을확보하며출원을하고있는것으로분석 60

67 전략제품현황분석 미국의반도체장비기업인 APPLIED MATERIALS가확보한특허의피인용지수가 4.1로가장높게나타나기술의파급성이높은원천기술을다수보유하고있는것으로분석 국내기업인현대중공업아보유한특허의피인용지수가 3으로높게나타나파급성이높은원천기술을다수확보하는것으로확인 [ 주요출원인의출원현황 ] 주요 IP 시장국 ( 건수 %) 3 극 주요출원인 국가 한국미국일본유럽 IP 시 장국 종합 패밀리수 ( 건 ) 피인용 지수 주력기술분야 엘지전자 한국 % 34% 5% 14% 한국 건물일체형태양전지모듈시스템 SHARP 일본 % 17% 75% 8% 일본 태양광발전시스템의최적설계 DU PONT 미국 % 79% 14% 4% 미국 MWT 실리콘태양전지의제조기술 FUJIFILM 일본 % 25% 56% 4% 일본 광전변환소자의고효율기술 SUNPOWER 미국 % 60% 38% 2% 미국 고효율화태양전지모듈구조및제조 현대중공업 한국 % 4% 3% 2% 한국 후면전극을사용한태양전지제조기술 MITSUBISHI ELECTRIC 일본 % 0% 98% 0% 일본 고효율화태양전지용반도체기판표면기술 HITACHI CHEMICAL 일본 % 20% 50% 7% 일본 태양전지소자및전극용페이스트조성물개발 SANYO ELECTRIC 일본 % 61% 0% 39% 일본 고효율화태양전지모듈구조및제조 APPLIED MATERIALS 미국 % 77% 7% 4% 미국 태양광발전시스템의최적설계와모델링기술 61

68 에너지공급 태양광발전시스템 (5) 국내출원인동향 국내출원인동향을살펴보면대기업은엘지전자의출원건수가가장높게나타났으며, 중소기업에서는주성엔지니어링 ( 주 ) 의출원건수가높게나타남 대기업의주요출원인은현대중공업, 엘지화학, 삼성SDI 등이있으며, 중소기업의주요출원인은동우화인켐, 상보, 비제이파워등이주요출원인인것으로나타남 기업이외의주요출원인을살펴보면한국생산기술연구원, 한국에너지기술연구원, 한국과학기술연구원등연구소 / 공공기관의출원이다수나타났으며, 대학은한양대학교, 고려대학교, 서울대학교등의출원이높은것으로분석됨 [ 국내주요출원인의출원현황 ] 62

69 전략제품현황분석 5. 중소기업환경 가. 중소기업경쟁력 태양광발전시스템분야의중소기업경쟁력은기술분류별로차이가있으나설치대및 BOS 기술은중소기업이다수참여하는것으로나타났으며, 세부품목에서주요기술로는 MPPT 제어, 설치대부식제어, 모니터링등과같은기술은주로중소기업인다쓰테크, 윌링스, 헥스파워등이기술력을갖고있음 [ 태양광발전시스템분야중소기업현황 ] 기술분류주요기술대기업중소기업중소기업참여영역중소기업참여정도 설치대 설치대부식관련기술설치대방청관련기술설치대 - 가로등구조물기업 ( 용융아연도금관련기업 ) 가로등구조물의부식, 방청관련분야 BOS MPPT 전력변환기술고효율전력변환기술유 / 무효전력제어기술 - 다쓰테크, 윌링스, 헥스파워 DC-AC 전력변환분야 * 중소기업참여정도와점유율은주요제품시장에참여하는중소기업의참여규모와정도 ( 업체수, 비율등 ) 를고려하여 5 단계로구분 ( 낮은단계 :, 중간단계 (,, ) 높은단계 : ) 63

70 에너지공급 태양광발전시스템 나. 중소기업기술수요 태양광발전시스템분야의중소기업의기술수요를파악하기위하여중소기업기술수요조사및중소기업청 R&D신청과제 (2013~2015년) 를분석한결과아래표의내용과같은수요들이다수있는것으로분석 태양광발전시스템분야내중소기업은최근 PV 시스템, 수상태양광발전시스템과관련된기술개발에다수수요가있는것으로나타남 [ 태양광발전시스템분야과제신청현황및수요조사결과 ] 전략제품기술분류관심기술 PV 시스템 태양광발전설비모듈의물을이용한제설및냉각시스템개발태양광모듈신뢰성평가장비시스템개발태양광모듈채널의상호연결을통한계통의안정도를가져오는발전시스템개발 태양광모듈열화도판정에기반한태양광발전모니터링시스템장치 개발 PVinB 시스템 7kg/m^2 이하급, 건물용경량비박막형태양광모듈개발건물에수직장착이가능한, 광량의입사각도둔화형, 7 kg /m^2 이하초경량 BIPV 태양광모듈개발 태양광시스템 발전 수상태양광발전시스템 수상태양광발전시스템용영상센서모듈및활용기술개발수상태양광발전용부유구조체시스템기술개발수상환경에적용가능한텐세그리티태양광발전시스템개발수상태양광발전설비부력일체구조시스템개발 융 복합발전시스템 풍력및태양광발전, IT 를융합한하이브리드발전 LED 가로등시스템 64

71 전략제품현황분석 다. 중소기업핵심기술 (1) 데이터기반요소기술발굴 태양광발전시스템기술의특허및논문데이터검색을통해도출된유효데이터를대상으로데이터마이닝기법 (Scientometrics 기법 ) 을통해클러스터링된키워드의연관성을바탕으로요소기술후보군을도출 태양광발전시스템기술의특허및논문유효데이터를기반으로키워드클러스터링을통하여 12 개의요소기술후보군을도출 제품별 dataset 구축 : 태양광발전시스템기술관련특허 / 논문데이터를추출하여노이즈제거후제품별 dataset 구축 1차클러스터링 : 키워드맵을통한고빈도키워드확인-빈도수 (tf-idf) 5) 가상위 30% 에해당하는키워드를대상으로 1차추출 2차클러스터링 : 1차클러스터링에서추출된고빈도키워드사이에서고연관도키워드를 2차추출 ( 고연관도기준은연관도수치 6) 가 2이상인클러스터로제한 ) 다음그림은키워드간연관네트워크를시각화한것으로, 각키워드를나타내는원과키워드간의연관도를나타내는직선으로구성 각키워드가특허와논문중어느데이터에서도출되었는지원의색으로구분하였으며, 키워드로도출된클러스터는황색음영으로표시 키워드를나타내는원은고빈도의키워드일수록원의크기가크게표현되며, 연관도를나타내는선은키워드사이의연관도수치가높을수록굵게표현 태양광발전시스템기술전략제품의특허 논문유효데이터에대하여키워드클러스터링결과를기반으로요소기술도출 데이터기반의요소기술도출은키워드클러스터링을통해도출된요소기술에대하여전문가의검증및조정을통하여요소기술을도출 5) 빈도수 (tf-idf) : 각키워드가출현되는특허또는논문수를의미 6) 연관도수치 : 두개이상의키워드사이의특허또는논문수를의미 65

72 에너지공급 태양광발전시스템 [ 태양광발전시스템분야키워드클러스터링 ] [ 태양광발전시스템분야주요키워드및관련문헌 ] No 주요키워드연관도수치관련특허 / 논문제목 클러스터 01 Solar power plants 18~27 1. Construction material structure for use with solar power 2. Cloud monitoring for solar plants with support vector machine based fault detection system3 3. Exergetic analysis and performance evaluation of parabolic dish Stirling engine solar power plant 클러스터 02 Solar electric generators Hybridisation optimization of concentrating solar thermal and biomass power generation facilities 2. A new solar thermal power system using triple cycle 3. Performance analysis of the low-temperature solar-boosted power generation system-part I: Comparison between kalina solar system and rankine solar system 클러스터 03 Grid-connected photovoltaic system 16~39 1. GRID DESIGN FOR III-V COMPOUND SEMICONDUCTOR CELL 2. Conductive paste and grid electrode for silicon solar cells 3. A Mitigation Strategy for Temporary Overvoltages Caused by Grid- Connected Photovoltaic Systems 66

73 전략제품현황분석 No 주요키워드연관도수치관련특허 / 논문제목 클러스터 04 Energy conversion 16~18 1. PORTABLE SOLAR ENERGY CURTAIN WITH PHOTOELECTRIC CONVERSION 2. The study and design of 20kW photovoltaic power system 3. Real-time performance analysis of an optimally sized hybrid renewable energy conversion unit 클러스터 05 Energy efficiency Photovoltaic cell having a high conversion efficiency 2. Experimental comparison of two PV direct-coupled solar water heating systems with the traditional system 클러스터 06 Solar energy, solar power system 19~22 1. Multi-objective optimization of a combined cooling, heating and power system driven by solar energy 2. Priority load control algorithm for optimal energy management in stand- alone photovoltaic systems 3. Modeling and simulation of grid-connected photovoltaic energy conversion systems 클러스터 07 Photovoltaic systems, photovoltaic effects 19~22 1. Reactive power compensation and optimization strategy for grid-interactive cascaded photovoltaic systems 2. Optimal sizing of grid-independent hybrid photovoltaic-battery power systems for household sector 3. High-efficiency photovoltaic technology including thermoelectric generation. 클러스터 08 PV system 19~39 1. Methods for enhancing light absorption during PV applications 2. Operational strategies for battery storage systems in low-voltage distribution grids to limit the feed-in power of roof-mounted solar power systems. 3. PV systems modelling and optimal control 클러스터 09 Photovoltaic power 15~18 1. Method of Passivating and Reducing Reflectance of a Photovoltaic Cell 2. Enhanced differential power processor for PV systems: Resonant switched- capacitor gyrator converter with local MPPT 3. Differential power processing for increased energy production and reliability of photovoltaic systems 클러스터 10 Solar energy systems Effectiveness of pavement-solar energy system - An experimental study 2. Control of thermal solar energy plants 3. Space solar energy system for thermal and photosynthetic applications 67

74 에너지공급 태양광발전시스템 No 주요키워드연관도수치관련특허 / 논문제목 클러스터 11 HVDC power transmission 20~29 1. Photovoltaic system with a DC-DC converter fed shunt active filter for power quality improvement using ICosΦ algorithm 2. An application of Z-Source converter to batteries charge with a photovoltaic system 3. A reliable low cost power electronics interface for photovoltaic energy systems 클러스터 12 Photovoltaic generation system 19~26 1. HIGH-CONCENTRATION PHOTOVOLTAIC GENERATING MODULE 2. Principle and strategies of voltage rise regulation for grid-connected photovoltaic generation system at point of common coupling 3. Hybrid photovoltaic generation system with novel islanding detection method 68

75 전략제품현황분석 [ 태양광발전시스템분야데이터기반요소기술 ] No 요소기술명키워드 요소기술 01 태양열발전의열역학적성능모델링기법 Solar power plants 요소기술 02 지열 태양광복합발전시스템의최적조합기술 Energy efficiency 요소기술 03 계통연계형태양광발전시스템의멀티레벨멀티기능내장기술 Grid-connected photovoltaic system 요소기술 04 독립형태양광발전시스템의부하관리제어기술 Solar energy, solar power system 요소기술 05 축전지 열전소자 태양광복합발전시스템의고효율화기술 Photovoltaic systems, photovoltaic effects 요소기술 06 태양광발전시스템의최적설계와모델링기법 PV system 요소기술 07 복합발전시스템의단독운전검출기법의신기술 Photovoltaic generation system 요소기술 08 Z-Source converter 의축전지사용태양광발전시스템에의응용기술 HVDC power transmission 요소기술 09 공진형스위칭인버터를이용한 PV 시스템의최적제어기술 Photovoltaic power 69

76 에너지공급 태양광발전시스템 (2) 요소기술도출 산업 시장분석, 기술 ( 특허 ) 분석, 전문가의견, 타부처로드맵, 중소기업기술수요를바탕으로로드맵기획을위하여요소기술도출 요소기술을대상으로전문가를통해기술의범위, 요소기술간중복성등을조정 검토하여최종요소기술명확정 [ 태양광발전시스템분야요소기술도출 ] 분류요소기술출처 고효율신기술적용 DC-DC 컨버터기술 기술 / 시장분석, 전문가추천 PV 시스템 축전지내장 PV 시스템기술 고효율신기술적용 AC-DC 컨버터기술 기술 / 시장분석, 기술수요, 특허 / 논문클러스터링, 전문가추천 기술 / 시장분석, 전문가추천 계통연계형 PV 시스템의최적사이징기술 태양광발전시스템의접속함및집전함기술 기술 / 시장분석, 기술수요, 전문가추천 특허 / 논문클러스터링, 전문가추천 태양광발전시스템의계측제어및모니터링시스템개발 기술 / 시장분석, 전문가추천 태양광발전시스템성능향상 태양광발전시스템의최적설계와모델링기법 태양열발전의열역학적성능모델링기법 발전량예측ㅈ ! 프로그램 전문가추천, 특허 / 논문클러스터링 특허 / 논문클러스터링, 전문가추천 기술수요, 특허 / 논문, 전문가추천 5kW 태양광 /20kW 에너지저장연계시스템의 원격모니터링기술 지열 태양광복합발전시스템의최적조합기술 기술수요, 전문가추천 기술 / 시장분석, 기술수요, 특허 / 논문클러스터링 복합발전시스템 축전지 열전소자 태양광복합발전시스템의고효율화기술 태양열발전과바이오매스복합발전기술 기술 / 시장분석, 기술수요 기술 / 시장분석, 기술수요 태양광 열전소자복합발전최적화기술 기술 / 시장분석, 기술수요 70

77 전략제품현황분석 (3) 핵심기술선정 확정된요소기술을대상으로산 학 연전문가로구성된핵심기술선정위원회를통하여중소기업 에적합한핵심기술선정 핵심기술선정은기술개발시급성 (10), 기술개발파급성 (10), 단기개발가능성 (10), 중소기업적합 성 (10) 을고려하여평가 [ 태양광발전시스템분야핵심기술 ] 분류핵심기술개요 태양광발전시스템의 계측제어 및 모니터링 시스템개발 - 태양광발전시스템의계측정밀도 ±2% 이내 - 전력계통에대한유효 / 무효전력제어 - 유선및무선을통한기상및발전량모니터링 - 스마트폰을이용한원격모니터링 전력제어술 기 태양광발전시스템의 최적설계와 모델링 기 법 - 태양전지모듈의스트링및어레이설계 - 태양광인버터와스트링설계매칭 - 설치면적및주변환경에대한 3D 공간설계 - 설치지역연중온도에대한시스템모델링 발전량예측프로그램 - 설치지역및누적기후데이터기반의발전량예측 - 태양전지설치설계및열화대한발전량예측 - 태양전지모듈및인버터에의한발전량예측 전력변환장치성능향상 고효율신기술적용 DC-DC 컨버터기술 고효율신기술적용 AC-DC 컨버터기술 - 3kW 이상용량에대한 97% 이상고효율전력변환및전력변환토폴로지 - 전력밀도 : 50W/inch3-10kW 이상용량에대한 98% 이상고효율전력변환및전력변환토폴로지 - 전력밀도 : 30W/inch3 5kW 태양광 /20kW 에너지저장연계시스템의원격모니터링기술 - 계통및부하조건에대한연계운전알고리즘 - SOC 정밀도 ±5% 이내 - 무선및스마트폰을이용한원격모니터링 시스템 성능 개선 태양광발전시스템의접속함및집전함기술 - 외부환경조건에대한 FMEA( 고장모드분석 ) 설계 - 역전류방지기능의고효율화기술 - 스트링모니터링기술 71

78 에너지공급 태양광발전시스템 6. 기술로드맵기획 가. 태양광발전시스템기술로드맵 최종중소 중견기업기술로드맵은기술 / 시장니즈, 연차별개발계획, 최종목표등을제시함으로 써중소기업의기술개발방향성을제시 72

79 전략제품현황분석 나. 연구개발목표설정 로드맵기획절차는산 학 연전문가로구성된로드맵기획위원회를통해선정된핵심기술을대 상으로기술요구사항, 연차별개발목표, 최종목표를도출 [ 태양광발전시스템분야핵심기술연구목표 ] 분류핵심기술기술요구사항 연차별개발목표 1 차년도 2 차년도 3 차년도 최종목표 태양광발전시스템의계측제어및모니터링시스템개발 정밀계측기술유 / 무효전력제어원격모니터링 정밀계측 : ±3% 이내원격모니터링 정밀계측 : ±2% 이내유 / 무효전력추종제어원격모니터링 정밀계측 : ±2% 이내유 / 무효전력원격제어원격모니터링 정밀계측 : ±2% 이내유 / 무효전력추종및원격제어원격모니터링 전력제어기술 태양광발전시스템의최적설계와모델링기법 발전예측기술 3D 모델링 Web 기반설계서비스 PV 모듈, BOS 에너지단위모델링위치기반 3D 모델링 에너지단위모델링 : 10 개예제위치기반 3D 모델링에디터실증단지모델링및실측자료비교 에너지단위모델링 : 50 개예제위치기반 3D 모델링에디터 web 서비스최적설계및모델링 web 서비스 에너지단위모델링 : 50 개예제위치기반 3D 모델링에디터 web 서비스최적설계및모델링 web 서비스 발전량예측프로그램 지역및기후 data 기반예측모듈열화기반예측 지역및기후 data 기반예측 모듈열화기반예측 지역및기후 data 기반예측모듈열화기반예측 지역및기후 data 기반예측모듈열화기반예측 전력젼환장치성능향상 고효율신기술적용 DC-DC 컨버터기술 고효율신기술적용 AC-DC 컨버터기술 고효율컨버터기술고전력밀도기술 고효율컨버터기술고전력밀도기술 전력변활효율 : >95% 전력밀도 : 15W/inch3 전력변활효율 : >95% 전력밀도 : 5W/inch3 전력변활효율 : >96% 전력밀도 : 30W/inch3 전력변활효율 : >96% 전력밀도 : 15W/inch3 전력변활효율 : >97% 전력밀도 : 50W/inch3 전력변활효율 : >98% 전력밀도 : 30W/inch3 전력변활효율 : >97% 전력밀도 : 50W/inch3 전력변활효율 : >98% 전력밀도 : 30W/inch3 73

80 에너지공급 태양광발전시스템 5kW 태양광 /20kW 에너지저장연계시스템의원격모니터링기술 계통및부하에의한연계운전정밀 SOC 계측원격모니터링 계통및부하연계운전시나리오 SOC 정밀도 ±10% 계통및부하연계운전시나리오 SOC 정밀도 ±5% 통및부하연계운전시나리오 SOC 정밀도 ±5% 스마트폰원격모니터링 계통및부하연계운전시나리오 SOC 정밀도 ±5% 스마트폰원격모니터링 시스템성능개선 태양광발전시스템의접속함및집전함기술 FMEA 설계역전류방지기능의고효율화스트링모니터링 FMEA 설계역전류방지기능고효율화 FMEA 설계역전류방지기능고효율화 ( 정격손실 10W 미만 / 스트링 ) 스트링모니터링 FMEA 설계역전류방지기능고효율화 ( 정격손실 5W 미만 / 스트링 ) 원격스트링모니터링 FMEA 설계역전류방지기능고효율화 ( 정격손실 5W 미만 / 스트링 ) 원격스트링모니터링 74

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82 태양광공정장비 전략제품현황분석

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84 에너지공급 태양광공정장비 태양광공정장비 정의및범위 태양광공정장비란실리콘계 ( 실리콘박막포함 ) 및박막태양전지등을제조할수있는공정및제조할수있는모든장비 태양광공정장비분류잉곳 / 웨이퍼, 태양전지 ( 셀 ) 및모듈을생산하기위해서필요한공정및제조기술을포함정부지원정책 2025년 1차에너지대비 11% 달성 ( 태양광, 풍력비중 72% 확대 ) 태양광발전시스템보급확대를위한완경, 입지규제완화 글로벌기준에맞는신재생범위, REC 체계개편 중소기업시장대응전략 강점 (Strength) 반도체기술대국 세계최고의 LCD 기술력 LCD TV 최고생산국 약점 (Weakness) 관련사업기반미약 핵심인력자원부족 산학연협력체계취약 기초연구기반취약 기회 (Opportunity) 위협 (Threat) 세계적원천특허시효만료임박 선진국산업체들의시장선점에의한높은진입장벽 지구온난화방지를위한고효율광원채택의무화 대만과중국의협력에의한추격 녹색성장정책강화로관심집중 특허마찰심화 중소기업의시장대응전략 Grid Parity를조기에달성하기위해서태양광모듈단가저감, 시스템단가저감하기위한기술개발을통해서도심이나가정용태양광발전시스템시장확대 EU 등을중심으로원전폐지를확대하면서태양광시장을확대되면서분산형태양광발전시스템, 도심적합한태양광발전시스템시장이지속적으로확대되고있으며 2016년이후가정용및상업용태양광발전시스템주도 지역및환경맞춤형태양광모듈의부품 소재안정성확보, 신뢰성및성능인증평가등의기술을확보함으로써세계태양광산업을선도할수있는토대마련 78

85 핵심기술로드맵 79

86 에너지공급 태양광공정장비 1. 개요 가. 정의및필요성 태양광공정장비는실리콘계 ( 실리콘박막포함 ) 및박막태양전지를제조할수있는공정및제조에관련된모든장비를의미 결정질계는잉곳 / 웨이퍼에서모듈을생산하는전공정에사용되는장비로서반도체및디스플레이장비와매우유사함 실리콘박막은대부분소량의물질을활용하고불순물함량이적어야하기에진공장비를활용함 태양광공정장비는태양광발전산업의가치사슬 (Value Chain) 측면에서 Up ~ Middle Stream 에속하지만, 상대적으로진입장벽이높은편이기때문에반도체및디스플레이산업에사업을확장하기태양광산업에진입하는경우가많음 [ 테양광산업의 Value Chain ] 소재전지설치 / 서비스 폴리싵리콘잉곳 / 웨이퍼셀모듈시스템 / 발전소 나. 범위 (1) 제품분류관점 태양전지는전지를구성하는소재에따라제조되는공정이다르기때문에제품별로모든제조공정에사용되는장비로구분해야함 태양광공정장비기술은크게결정질계, 화합물계, 유기계로구분가능 결정질계태양전지는결정질실리콘 ( 단결정, 다결정 ) 및실리콘박막태양광모듈의효율향상, CTM Loss 저감등으로구분 화합물계태양전지는화합물반도체와유사한구조를갖고있으며 2개이상의화합물이적층된구조된모듈 (Ⅱ-Ⅵ, Ⅲ-Ⅴ 또는 CIGS계 ) 의효율향상, 성능개선 유기계태양전지는유기물질을이용한태양광모듈의효율향상, 성능개선등으로구분 80

87 전략제품현황분석 [ 제품분류관점기술범위 ] 전략제품제품분류관점세부기술 실리콘계 - 모듈효율향상기술 - CTM 저감기술 태양광공정장비 화합물계 (CIGS, Ⅲ-Ⅴ 등 ) - 모듈효율향상기술 - 모듈성능개선기술 유기계 ( 염료, 유기박막 ) - 모듈효율향상기술 - 모듈성능개선기술 (2) 공급망관점 태양광공정장비는공급망관점에서는장비제조에사용되는부품및가공분야가포함될수있으며타산업즉, 반도체및디스플레이산업과연계할수있음 반도체및디스플레이산업에서축적된기술을바탕으로에너지변환효율향상, CTM Loss 저감등을실현할수있는기술 지역이나환경에적합한모듈을양산할수있는기술 ( 예, 봉지등 ) [ 공급망관점기술범위 ] 전략제품공급망관점세부기술 태양광공정장비 실리콘계 화합물계 (CIGS, Ⅲ-Ⅴ 등 ) 유기계 ( 염료, 유기박막 ) - 모듈효율향상기술 - CTM 저감기술 - 모듈효율향상기술 - 모듈성능개선기술 - 모듈효율향상기술 - 모듈성능개선기술 81

88 에너지공급 태양광공정장비 2. 산업환경분석 가. 산업특징및구조 (1) 산업의특징 태양광장비산업은반도체나 LCD와같이소수의한정된고객을대상으로판매하는제품이아닌전세계를대상으로하는비즈니스가가능 태양광사업은반도체, LCD사업과같이규모투자와첨단기술수준이요구되지않고비교공정이단순하고투자규모가작아사업이용이함 태양전지제조공정은반도체및디스플레이 (PDP, LCD 등 ) 제조공정과유사하여반도체및디스플레이장비업체들이다수시장에진입 결정질실리콘태양전지장비는반도체핵심기술을응용하고있어많은반도체장비업체들의진입하고있음 박막태양전지는대면적이고박막을증착한다는점에서디스플레이제조공정과유사하여 5세대 PDP 또는 LCD 장비활용이가능 태양전지공정장비는크게폴리실리콘장비, 잉곳 및검사장비등으로나눌수있음 웨이퍼장비, 태양전지및모듈제조장비 태양전지공정장비중에서결정질실리콘태양전지장비가 84% 를점유하고, 웨이퍼장비및모듈장비시장은각각 15% 의시장유율형성 태양광공정장비중에서태양전지효율을향상시킬수있는 Sputter 나 CVD 증착공정장비기업이장비산업을선도하고있음 태양전지제조공정은반도체, 디스플레이와달리공정의표준화보다는개별화를통해효율을높이는작업이매우중요 반도체, 디스플레이제조는공정이표준화되어있지만, 태양전지제조는제품마다효율과기술이다르기때문에고객요구에맞는최적화된장비구축이중요함 82

89 전략제품현황분석 (2) 산업의구조 전세계신재생에너지산업을주도하고있는태양광산업의 Supply Cahin의핵심이되는부품 소재및태양광공정장비산업은국내외태양광산업에미치는파급효과가매우큼. 특히산업성숙도가높은반도체및디스플레이장비관련기업에서신산업을창출하기위해서적극적으로진입하고있는상황임 [ 태양광공정장비분야산업구조 ] 후방산업태양광공정장비전방산업 태양광부품 소재기업 잉곳, 유기 / 무기태양전지, 태양전지 / 모듈 태양광제조산업, 태양광발전시스템설치산업, 전력변환기기산업 전방산업은태양광모듈을구성하는부품 소재산업이대부분을점유하고있음 부품 소재산업분야는태양전지용전극 Paste, 모듈을구성하는 EVA, Back Sheet, Ribbon, Junction Bax 등이있음 후방산업은태양광발전시스템, 전력변화기기산업및전력회사등으로전력생산, 전력변환, 이용등으로구성됨 * 출처 : 에너지경제, 2014 년 [ 태양광발전의주요단계 ] 83

90 에너지공급 태양광공정장비 나. 경쟁환경 주요핵심공정장비는해외선진사로부터 Turn ket 방식으로수임 결정질실리콘태양전지의잉곳, 모듈공정장비등은개발되어양산라인에적용하여가격경쟁력확보중 태양광공정장비는기본적으로반도체, 디스플레이중소기업의제품개발현황을조사한결과, 구체적으로다음과같은다양한제품을개발, 판매중 Wire Saw, Inspection Machine, PECVD, RIE, Wet Etching 등 [ 제품분류별경쟁자 ] 구분 경쟁환경 기술분류태양전지잉곳유기태양전지무기태양전지태양전지셀태양전지모듈 주요품목및기술 Wire Saw/ 광흡수층, R2R 단결정태양전지 고효율셀 /PERL, HIT, IBC 등 고효율모듈 / 진공증착기술등 해외기업 - G224i, Corus, Peccell, DNP, Fujikura, Sony, Sharp - JA Solar, Canadian Solar Yingli, Trina, Sunpower, Canadian Solar 국내기업 S-Tech - DMS 주성엔지니어링, SFA, DMS, 원익 IPS SFA, 아론, 원익 IPS, 한화 L&C 84

91 전략제품현황분석 다. 전후방산업환경 태양광공정장비는주로태양광모듈을만들기위한부품 소재산업과 Supply Chain을구성하고있어서관련산업에미치는영향큼 공정장비의성능개선은태양광모듈의효율향상, CTM Loss 저감등을통해서태양광발전시스템의발전량향상에기여 태양광공정장비는태양광모듈을제조시필요한부품 소재산업과매우밀접해서국내관련산업육성에기여 태양광공정소재분야와관련하여태양전지용전극페이스트제조기술 ( 태양전지모듈효율향상 ), 고효율태양전지등에포함되는여러부품 소재산업육성에기여 태양광시장은주도하고있는결정질실리콘태양전지의고효율화를위한공정장비또는 Bifacial 태양전지와같은신개념태양전지용공정장비개발을통해서태양광산업육성에기여 태양광모듈의효율향상에많은영향을받고있기때문에효율을개선할수있는태양전지용공정장비또는모듈공정장비개발이후방산업인태양광발전시스템관련산업육성에도기여 * 출처 : 에너지경제, 2015 년 [ 태양광의웨이퍼 ] 85

92 에너지공급 태양광공정장비 3. 시장환경분석 가. 세계시장 태양광발전은에너지원다변화, 기후변화대응, 분산발전확대등의다양한에너지정책에힘입어지속적으로보급이확대되고있음 2013년기준으로세계태양광신규설치량은 38.3GW로전년대비 28% 성장하였으며누적설치량은 140GW로확인됨. 기존유럽중심의시장이중국, 일본, 미국등으로급속히확대되어나가고있으며, 중국 11.8GW, 일본 6.9GW, 미국 4.8GW, 독일 3.3GW 순으로대한민국은 0.44GW 임 한국수출입은행 (2016년 3분기 ) 자료에의하면 2016년세계태양광설치량은연초예상치 68GW보다증가한 70GW 이상설치될전망 세계태양광수요전망치상향의주요이유는 Big 3 중중국및미국태양광수요증가로확인 * 자료 : IEA 2014 [ 세계태양광신규설치량 ] 태양광수요증가와더불어에너지저장에대한필요성확대로세계에너지저장시장규모가빠르게커질전망 2016년기준세계에너지저장설치량은 2.9GW이며, 2024년까지약 42GW가설치될전망 금액기준으로 2016년 10억달러시장이 2024년 70.8억달러시장으로연평균 27.5% 씩성장할전망 86

93 전략제품현황분석 * 자료 : 태양광산업협회, 블룸버그, 2016, [ 세계태양광용에너지저장시장전망 ] 2016년상반기안정세를유지하던주요제품수급상황이하반기들어서면서공급과잉상황으로전환됨 2016년기준상반기대비하반기설비용량증가량을살펴보면폴리실리콘 7GW, 잉곳 15GW, 웨이퍼 16GW, 태양전지 19GW, 모듈 24GW 증가 공급부족에시달렸던잉곳, 웨이퍼, 및태양전지를중심으로설비증설이크게늘어날것으로예상 상위기업중심의설비확장으로가격경쟁력이떨어지는중국중소기업들의가동률하락할것으로예상 * 자료 : 태양광산업협회,New Energy Finance, 2016, [ 밸류체인별생산용량현황및전망 ] 87

94 에너지공급 태양광공정장비 2014 년폴리실리콘생산용량은약 300,000 톤으로추정되며, 2015 년수요량은 250,000~270,000 톤에달할것으로예상됨 2014년 3월이후폴리실리콘가격은 $21/kg에서안정세를유지하고있음 하반기폴리실리콘가격은상반기보다높은가격에서형성될것으로보이며, 가격밴드는 $21~23/kg 에서움직일전망 ( 단위 : $/kg) * 자료 : PV insight, [ 세계폴리실리콘가격동향 ] 한국수출입은행 (2016년 3분기 ) 자료에의하면태양광모듈가격은 $0.61/W로파악되며, 공급과잉상황으로인해추가적인가격하락은불가피할것으로전망 태양광모듈시장은시장주도권을확보하기위한선도기업간경쟁이한층치열해질전망 2016년기준설비용량이 6GW를넘어서는기업이나타났으며, 모듈시장주도권을잡기위한업체간경쟁이치열해지고있음 국내기업으로한화 Q-Cell사가 5위권에진입해있으며, LG는 1.1GW로 21위권, 현대중공업이 600MW로 30위권에포진하고있음 태양광산업현황은밸류체인 ( 폴리실리콘-잉곳 / 웨이퍼-셀-모듈-시스템 ) 에따라다르게진행되어지고있으며, 대부분전략시장차별화를통한비용경쟁력상승및태양광발전유지 / 보수에중점을두는추세임 88

95 전략제품현황분석 ( 단위 : $/W) * 자료 : New Energy Finance,. 한국수출입은행, 2016 년 [ 세계태양광모듈가격동향 ] ( 단위 : GW) * 자료 : 한국수출입은행, 2016 년 [ 2016 년기준태양광모듈기업생산용량현황 ( 상위 10 개 ) ] 89

96 에너지공급 태양광공정장비 나. 국내시장 국내태양광시장은 RPS(Renewable Portfolio Standard, 신재생에너지공급의무화제도 ) 시행에따른태양광보급이크게늘어나고있으며, 2014년상반기태양광설치량은 375MW로반기설치량기준최고치를경신 2013년태양광설치량은 455MW였으며, 2012년은 177MW로매년설치량이크게증가 2012년 RPS 정책효과로국내태양광산업생태계가활성화되고있으며, 2016년기준설치량기준세계 7위태양광시장으로발돋움할전망 태양광산업현황은밸류체인 ( 폴리실리콘-잉곳 / 웨이퍼-셀-모듈-시스템 ) 에따라다르게진행되어지고있으며, 대부분전략시장차별화를통한비용경쟁력상승및태양광발전유지 / 보수에중점을두는추세임 ( 단위 : MW)) * 자료 : 한국수출입은행, 2016 년 [ 국내태양광시장설치량현황및전망 ] 2014 년기준태양광 장많이분포 제조업체수는총 39 社이며, 지역별로는충남, 경북, 충북지역에가 태양광발전은국내신재생에너지보급의핵심축을담당하고있으며, 2020년까지약 6.4GW의태양광발전소가건설될전망 국내폴리실리콘생산능력은총 70,000톤이며, 모듈생산용량은약 3,500MW 규모임 2013년기준세계폴리실리콘수요의약 28% 의공급이가능하며, 국내모듈생산용량은세계모듈생산용량의 7% 를차지 국내잉곳생산용량은 5개기업에서 3,350MW 이며, 웨이퍼생산용량은 5개기업에서 2,430MW 에달함 90

97 전략제품현황분석 국내태양전지생산용량은 6 개기업에서총 1,820MW 규모로세계태양전지수요량의 4% 수준 [ 국내태양광공정장비관련기업분포현황 ] 지역 폴리실리콘 ( 톤 ) 잉곳 (MW) 웨이퍼 (MW) 셀 (MW) 모듈 (MW) 경기 (1) (1) 인천 (1) (1) 광주 (1) (1) 대전 (4) - 1,000(1) 500(1) - 370(2) 경기 (4) - 250(2) 230(2) - - 충북 (6) - 950(2) 1,090(4) 충남 (7) 3,000(1) 350(1) 350(1) 100(1) 300(3) 전북 (4) 42,000(1) 1,750(1) 1,350(1) - 600(1) 전남 (3) 25,000(2) (1) 경북 (7) (2) 770(5) 경남 (1) (1) - 합계 70,000(4) 3,350(5) 2,430(5) 1,820(6) 3,530(19) * 자료 : 태양광산업협회, 2014,(14.6월기준, () 안은업체수 ) 91

98 에너지공급 태양광공정장비 다. 무역현황 태양광공정장비기술분야의무역현황을살펴보았으며, 수입량에비하여수출량이감소하는추세 태양광공정장비기술의수출현황은 11년 15억 500만달러에서 15년 13억 1,952만달러수준으로감소하였으며, 수입현황은 11년 19억 2,000만달러에서 15년 19억 4,900만달러수준으로증가하였음 최근 5년 ( 11~ 15년) 간연평균성장률을살펴보면수출금액은 -3.2% 로감소하였으며, 수입금액은 0.4% 로증가하여전체무역수지는 -11% 로감소한것으로나타남 무역특화지수는 11년(-0.12) 부터 15년(-0.19) 까지감소한것으로나타나국내기업의수출량에비해수입량이증가하고있는것으로나타남 [ 태양광공정장비관련무역현황 ] 구분 ( 단위 : 천 $) CAGR ('11~'15) 수출금액 1,505,006 1,496,751 1,333,328 1,327,483 1,319, % 수입금액 1,920,057 2,057,425 2,098,230 2,234,350 1,949, % 무역수지 -415, , , , , % 무역특화지수 * * 무역특화지수 = ( 상품의총수출액 - 총수입액 )/( 총수출액 + 총수입액 ) 으로산출되며, 지수가 0 인경우비교우위는중간정도이며, 1 이면완전수출특화상태를말함. 지수가 -1 이면완전수입특화상태로수출물량이전혀없을뿐만아니라수입만한다는뜻 * 자료 : 관세청수출입무역통계 HS-Code(6 자리기준 ) 활용 92

99 전략제품현황분석 4. 기술환경분석 가. 기술개발트렌드 저가격화 (cost down) 태양전지제조장비 현재의태양광발전은발전단가가기존에너지원보다고가임. 차세대태양전지의비전은기술개 발을통해, 고효율 ( 효율 >19%), 초저원가 (0.8$/W) 태양전지상용화를목표로하고있음 목표를달성하기위해서는태양전지장비국산화및차별화된공정장비상용화가절실히요구 태양광공정장비국산화 태양전지생산라인의경우여전히선진엔지니어링업체로부터턴키기반으로일괄도입하는경우가존재하며, 이로인해유지보수비용증가, 기술문제해결지연등의문제가존재함 국내태양전지장비산업은단위장비수준에머무르고있으나제조능력을턴키라인형식으로제공함은물론생산공장을운영할수있는서비스수준까지향상시켜토탈솔루션산업으로성장시켜야함 관련반도체, 디스플레이등우수한기술활용가능 한국은반도체, 디스플레이분야세계 1 등기술을보유하고있는역량을기반으로태양전지기 술우위확보가능 93

100 에너지공급 태양광공정장비 나. 주요업체별기술개발동향 (1) 해외업체동향 태양전지장비는대부분 Turn-key 방식이지만, 태양전지종류에따라비Turn-key 방식으로진행되기도함 Turn-key 방식의생산설비제공으로기술력이없어도자본력을갖춘업체들이태양전지시장에진출하면서그비중도지속적으로증가하고있음 결정질실리콘태양전지장비의 Turn-key 방식비중은 08년 97% 에서 09년 98% 이지만, 최근에서는 100% 임 비 Turn-key 방식생산능력도 CdTe 지업체인 First Solar( 美 ), Abound Solar ( 美 ), CIGS 전지업체인 Solyndra( 美 ) 등은자체장비를개발하고있음 Schott Solar( 독 ), Evergreen Solar( 미 ) 등일부업체는실리콘용액으로부터잉곳을제조하는과정없이곧바로웨이퍼를제조하는장비를개발하여상업화추진중 태양광시장이결정질실리콘태양전지가격하락으로인해박막태양전지시장이축소되면서태양광공정장비도결정질실리콘태양전지의고효율공정장비등을개발하는추세임 * 출처 : Schott Solar 社홈페이지 [ Schott Solar 社의태양광공정장비 ] 94

101 전략제품현황분석 (2) 국내업체동향 국내태양전지장비산업은급성장하고있는태양산업에맞추어주요핵심장비를개발하고있으며, 일부공정장비는국산화에성공함 국내태양광공정장비에진출하는기업은주로반도체, 디스플레이장비업체들로서이는태양전지제조공정이반도체, 디스플레이제조공정과매우흡사하여장비개발노하우와기존인프라등을활용하여시장에진입하고있음 국내태양광공정장비기업으로 DMS, SFA, 세메스, 테스, 원익IPS, 신성홀딩스, 주성엔지니어링등에서결정질실리콘태양전지, CIGS 태양전지등에활용되는공정장비를개발하여사업하고있는상황임 핵심장비는부분수입에의존하고있으며국산은몇몇사례에불과하여, 태양광분야공정상의기술확보가시한상황 결정질실리콘태양지의경우국내일생산체제가구축되어있으나태양전지및모듈제조핵심장비를수입에의존하여국내업체의단가인하및생산성향상에장애요소가되고있음 * 출처 : 주성엔지니어링홈페이지 [ 주성엔지니어링社의태양광공정장비 ] 95

102 에너지공급 태양광공정장비 다. 기술인프라현황 국내신재생에너지테스트베드구축사업이전국에걸쳐활발하게진행되고있음. 태양광, 풍력, 연료전지등신재생기업 ( 특히중소 중견기업 ) 이개발한기술또는제품의사업화, 수출화를촉 진할수있도록, 수요거점지역에시험분석 성능평가 실증장비및공용인프라구축하여운영중 ( 대경권 ) 구미전자정보기술원이주관으로총 299 억원을투입한태양광테스트베드 구축 ( 충청권 ) 302억원을투자해규격시험장비 60여종을구축과기술지원서비스등태양광기업을지원할핵심인프라구축 ( 호남권 ) 77억원을투자해박막태양전지용소재및셀제조광학 전기적성능평가시험등을수행하는국내최대규모태양광산업클러스터조성 구분지역주관기관 대경권 충북테크노파크 태양광 충청권 구미전자정보기술원 풍력 호남권 동남권 호남권 전북대학교산학협력단 ( 대표 ), 한국생산기술연구원호남권지역본부 ( 공동 ) 경남테크노파크 ( 대표 ), 한국생산기술연구원동남권지역본부 ( 공동 ) 전남테크노파크 연료전지대경권포항공과대학교산학협력단 * 자료 : 한국에너지공단신재생에너지센터홈페이지,

103 전략제품현황분석 라. 특허동향분석 (1) 연도별출원동향 태양광공정장비기술의지난 7년 ( 10~ 16) 간출원동향 7) 을살펴보면전반적으로감소하는경향을보임 국가별출원비중을살펴보면미국이 43.2% 로최대출원국으로태양광공정장비기술을리드하고있는것으로나타났으며, 일본 26.0%, 한국 24.2%, 유럽 6.7% 순으로출원비중을차지하는것으로확인됨 [ 태양광공정장비분야연도별출원동향 ] 7) 특허출원후 1 년 6 개월이경과하여야공개되는특허제도의특성상실제출원이이루어졌으나아직공개되지않은미공개데이터가존재하여 2015, 2016 년데이터가적게나타나는것에대하여유의해야함 97

104 에너지공급 태양광공정장비 (2) 국가별출원현황 한국과일본의출원현황을살펴보면최근감소하는추세를보이며, 외국인의출원이점차감소 외국인의출원감소현상이두드러지는이유를살펴보면태양광공정장비기술의국내시장에대한외국인의선호도가감소하고있는것으로추정 미국과유럽의출원현황을살펴보면최근감소하는추세를보이며, 주로외국인에의한출원비중이높은것으로확인됨 주로일본기업인 SHARP와 FUJIFILM과국내기업인엘지전자가주요외국인출원인으로도출됨 [ 국가별출원현황 ] 98

105 전략제품현황분석 (3) 투입기술및융합성분석 태양광공정장비분야의투입기술을확인하기위하여특허분류코드인 IPC Code 8) 를통하여살펴본결과태양광공정장비분야의가장높은 IPC는 H01L 기술분야가 7315건으로가장많이차지하고있으며, 이어서 H01B가 91건, F24J가 33건으로다수를차지 이외에 B32B 26건, H02N 26건, C08G 23건, C08L 19건, C09K 18건, C09J 18건, C23C 14건순으로기술이투입되어있어태양광공정장비분야에다양한기술이융합되어존재 더불어해당 IPC의특허인용수명을살펴보면 C09J 기술분야의수명이 9년으로가장긴것으로나타났으며, F24J 기술분야는 5년으로가장짧은것으로분석 [ 태양광공정장비분야상위투입기술 ] IPC 기술내용특허인용수명 (TCT) 9) H01L 반도체장치 ; 다른곳에속하지않는전기적고체장치 6 년 H01B 케이블 ; 도체 ; 절연체 ; 도전성, 절연성또는유전성특성에대한재료의선택 8 년 F24J 달리분류되지않는열의발생또는사용 5 년 B32B 적층체, 즉평평하거나평평하지않은형상 8 년 H02N 타류에속하지않는전기 5 년 C08G 탄소 - 탄소불포화결합만이관여하는반응이외의반응으로얻는고분자화합물 8 년 C08L 고분자화합물의조성물 8 년 C09K 그밖에분류되지않는응용되는물질 ; 그밖에분류되지않는물질의응용 7 년 C09J C23C 접착제 ; 일반적인접착방법 ( 비기계적요소 ); 달리분류되지않는접착방법 ; 물질의접착제로서의사용 금속재료의피복 ; 금속피복재료 ; 표면확산, 화학적전환또는치환에의한금속재료의표면처리 ; 진공증착, 스퍼터링, 이온주입또는화학증착에의한피복, 일반 9 년 7 년 8) 전세계적으로통용되고있는국제특허분류 (IPC: International Patent Classification) 를통해특허정보기술분야에서공지기술을조사할수있으며, 기술및권리정보에용이하게접근가능 9) 특허인용수명지수는후방인용 (Backward Citation) 에기반한특허인용수명의평균, Q1, Q2( 중앙값 ), Q3 에대한통계값을제시함. 특히이와같이산출된 Q2 는 TCT(Technology Cycle Time, 기술순환주기또는기술수명주기 ) 라고부름 99

106 에너지공급 태양광공정장비 투입기술이가능많은 H01L 분야와융합이높게이루어진기술은 B32B 분야로나타났으며, H01B, C08L 분야와도나타융합된기술의건수가높은것으로분석 이외에 H01B 분야와융합된기술은 H01L, B05D, B32B 분야와융합된기술이많은것으로나타났으며, F24J 분야와융합된기술은 H01L, G02B, B32B 기술로분석 [ 태양광공정장비 IPC 기술및융합성 ] (4) 주요출원인분석 세계주요출원인을살펴보면주로일본의출원인이다수의특허를보유하고있는것으로나타났으며, 전자분야의출원인이대부분 최상위출원인을살펴보면, 한국의엘지전자가태양광공정장비관련기술을다수보유한것으로확인되며, 주로박막실리콘태양전지제조기술에대한특허를보유한것으로분석 일본의주요출원인을살펴보면 SHARP, FUJIFILM, MITSUBISHI ELECTRIC 등전자기업이다수출원을하고있는것으로나타났으며, 이들일본출원인은주로일본본국에출원건수가높은것으로나타남 100

107 전략제품현황분석 가장많은특허를보유하고있는한국기업인엘지전자의 3극패밀리수가 167건으로다국적으로시장을확보하며출원을하고있는것으로분석 일본기업인 SHARP, FUJIFILM, MITSUBISHI ELECTRIC의 3극패밀리수도각 142, 129, 126건으로다국적으로시장을확보하는것으로확인 미국기업인 SUNPOWER가확보한특허의피인용지수가 0.67로가장높게나타나기술의파급성이높은원천기술을다수보유하고있는것으로분석됨 [ 주요출원인의출원현황 ] 주요출원인엘지전자 SUNPOWER SHARP 국가한국미국일본 주요 IP시장국 ( 건수 %) 한국 미국 일본 유럽 % 34% 5% 14% % 60% 25% 1% % 17% 73% 8% IP시장국종합 3극패밀리수 ( 건 ) 피인용지수 한국 미국 일본 주력기술분야박막실리콘태양전지제조이면콘택트형태양전지의제조태양전지웨이퍼및모듈제조 FUJIFILM 일본 % 25% 56% 4% 일본 광전변환소자제조 DU PONT 미국 % 80% 15% 5% 미국 태양전지판백시트제조 MITSUBISHI ELECTRIC 일본 % 9% 88% 1% 일본 박막태양전지모듈제조 SANYO ELECTRIC 일본 % 48% 20% 29% 일본 광기전력장치제조 PANASONIC HITACHI CHEMICAL 일본일본 % 46% 48% 5% % 0% 67% 1% 일본 일본 다결정형태양전지패널제조실리콘기판태양전지셀의제조 엘지화학 한국 % 29% 8% 6% 한국 광흡수층제조 101

108 에너지공급 태양광공정장비 (5) 국내출원인동향 국내출원인동향을살펴보면대기업은엘지전자의출원건수가가장높게나타났으며, 중소기업에서는주성엔지니어링 ( 주 ) 의출원건수가높게나타남 대기업의주요출원인은현대중공업, 엘지화학, 삼성SDI 등이있으며, 중소기업의주요출원인은상보, 엔씨디, 엘티에스등이주요출원인인것으로나타남 기업이외의주요출원인을살펴보면한국에너지기술연구원, 한국생산기술연구원, 대구경북과학기술원등연구소 / 공공기관의출원이다수나타났으며, 대학은고려대학교, 성균관대학교, 영남대학교등의출원이높은것으로분석됨 [ 국내주요출원인의출원현황 ] 102

109 전략제품현황분석 5. 중소기업환경 가. 중소기업경쟁력 결정질실리콘태양전지분야는기업이주도하여개발해왔으며선진국대비 90% 이상의수준으로기술력을보유한것으로평가됨 결정질실리콘태양전지양산용장비관련하여주성엔지니어링은플라즈마증착장비와식각장비를개발하였고, 테스에서턴키장비형태로개발하였으며, 아이피에스는식각장비를일본에수출함 태양광모듈제조장비의경우국내에서는 SFA, 아론, 세메스및신성FA 등에서주도적으로태양전지모듈의제조장비를개발및보급함 [ 태양광공정장비분야중소기업현황 ] 기술분류주요기술대기업중소기업중소기업참여영역중소기업참여정도 잉곳 / 웨이퍼 Growing 공정, 웨이퍼절단공정등 웅진에너지 S-Tech 잉곳성장공정, 웨이퍼가공 셀제조장비 태양전지식각공정태양전지증착공정태양전지 AR 공정등 - 주성 ENG, 테스, 원익 IPS, 등 태양전지제조공정 ( 식각, 코팅, 증착등 ) 모듈제조장비 Tabbing & Layer 공정라미레이팅공정 - SFA, 아론, 세메스및신성 FA 등 모듈제조공정 * 중소기업참여정도와점유율은주요제품시장에참여하는중소기업의참여규모와정도 ( 업체수, 비율등 ) 를고려하여 5 단계로구분 ( 낮은단계 :, 중간단계 (,, ) 높은단계 : ) 103

110 에너지공급 태양광공정장비 나. 중소기업기술수요 태양광공정장비분야의중소기업의기술수요를파악하기위하여중소기업기술수요조사및중소기업청 R&D신청과제 (2013~2015 년 ) 를분석한결과아래표의내용과같은수요들이다수있는것으로분석 태양광공정장비분야내중소기업은최근실리콘계기술에다수수요가잇는것으로나타남 고효율실리콘태양전지용양산형 passivation / annealing 시스템및공정개발, 단결정실리콘잉곳제조용석영도가니의가공설비개발및공정개선같은기술이포함되어있는것으로조사 [ 태양광공정장비분야과제신청현황및수요조사결과 ] 전략제품기술분류관심기술 실리콘계 고효율실리콘태양전지용양산형 passivation / annealing 시스템및공정개발단결정실리콘잉곳제조용석영도가니의가공설비개발및공정개선폴리실리콘원소재제조용 Si Seed 대량생산을위한 8 대응형 Slim Rod Multi Cutting Machine 개발도전성금속산화물을이용한결정형실리콘태양전지의전극형성용금속페이스트개발및특성평가 태양광공정장비 화합물계 (CIGS, Ⅲ-Ⅴ 등 ) CIGS 박막태양전지생산을위한친환경황화공정장치및기술개발건식연속공정을이용한저가형고효율 CIGS 태양전지증착장비및공정기술개발저비용 고효율 CIGS 태양전지모듈제작최고효율 14.5% 의 CIGS 박막태양전지생산을위한배치형 5 세대급대면적셀렌화및황화열처리시스템개발 유기계 ( 염료, 유기박막 ) 유기태양전지모듈제작용잉크젯장비기술개발염료감응형태양전지용고속염료흡착장비및공정기술개발곡면어플리케이션을위한박판염료감응태양전지차세대 TCO-less 염료감응태양전지소재및모듈제작기술개발 104

111 전략제품현황분석 다. 중소기업핵심기술 (1) 데이터기반요소기술발굴 태양광공정장비기술의특허및논문데이터검색을통해도출된유효데이터를대상으로데이터마이닝기법 (Scientometrics 기법 ) 을통해클러스터링된키워드의연관성을바탕으로요소기술후보군을도출 태양광공정장비기술의특허및논문유효데이터를기반으로키워드클러스터링을통하여 12개의요소기술후보군을도출 제품별 dataset 구축 : 태양광공정장비기술관련특허 / 논문데이터를추출하여노이즈제거후제품별 dataset 구축 1차클러스터링 : 키워드맵을통한고빈도키워드확인-빈도수 (tf-idf) 10) 가상위 30% 에해당하는키워드를대상으로 1차추출 2차클러스터링 : 1차클러스터링에서추출된고빈도키워드사이에서고연관도키워드를 2차추출 ( 고연관도기준은연관도수치 11) 가 2이상인클러스터로제한 ) 다음그림은키워드간연관네트워크를시각화한것으로, 각키워드를나타내는원과키워드간의연관도를나타내는직선으로구성 각키워드가특허와논문중어느데이터에서도출되었는지원의색으로구분하였으며, 키워드로도출된클러스터는황색음영으로표시 키워드를나타내는원은고빈도의키워드일수록원의크기가크게표현되며, 연관도를나타내는선은키워드사이의연관도수치가높을수록굵게표현 태양광공정장비기술전략제품의특허 논문유효데이터에대하여키워드클러스터링결과를기반으로요소기술도출 데이터기반의요소기술도출은키워드클러스터링을통해도출된요소기술에대하여전문가의검증및조정을통하여요소기술을도출 10) 빈도수 (tf-idf) : 각키워드가출현되는특허또는논문수를의미 11) 연관도수치 : 두개이상의키워드사이의특허또는논문수를의미 105

112 에너지공급 태양광공정장비 [ 태양광공정장비분야키워드클러스터링 ] [ 태양광공정장비분야주요키워드및관련문헌 ] No 주요키워드연관도수치관련특허 / 논문제목 클러스터 01 slice, wire, saw 22~25 1. SLICING PLATE FOR USE IN WIRE SAW DEVICE 2. Thin Czochralski silicon solar cells based on diamond wire sawing technology 3. Wire Rod for Saw Wire Having Excellent Wire Drawability and Method for Manufacturing the Wire Rod 클러스터 02 laser, scribing, thin film, 14~25 1. Apparatus and Method for Solar Cells with Laser Fired Contacts in Thermally Diffused Doped Regions 2. Laser-scribing system for structuring substrates for thin layer solar modules 3. Laser scribing of CIGS based thin films solar cells 클러스터 03 TCO, deposit, LAYER 16~29 1. TRANSPARENT CONDUCTIVE OXIDE (TCO) LAYER, AND SYSTEMS, APPARATUSES AND METHODS FOR FABRICATING A TRANSPARENT CONDUCTIVE OXIDE (TCO) LAYER 2. Thin film solar fabrication process, deposition method for TCO layer, and solar cell precursor layer stack 106

113 전략제품현황분석 No 주요키워드연관도수치관련특허 / 논문제목 클러스터 04 CVD, film, plasma 12~25 1. CATALYTIC CVD DEVICE, FILM FORMING METHOD AND SOLAR CELL MANUFACTURING METHOD 2. PARALLEL FLAT PLATE TYPE PLASMA CVD APPARATUS 3. METHOD OF FORMING ANTIREFLECTION FILM USING PARALLEL FLAT PLATE TYPE PLASMA CVD APPARATUS 클러스터 05 detect, fault, cell, module 15~26 1. ABNORMALITY DETECTION DEVICE FOR SOLAR CELL PANEL 2. GROUND FAULT DETECTION APPARATUS FOR PHOTOVOLTAIC POWER GENERATION SYSTEM 3. Apparatus and Method for Detecting Faults in a Solar Module 4. SOLAR POWER GENERATION SYSTEM AND FAILURE DETECTION METHOD 클러스터 06 laser, scribing, thin film, 15~26 1. LASER ANNEALING APPLICATIONS IN HIGH-EFFICIENCY SOLAR CELLS 2. Laser annealing for thin film solar cells 3. Impact on thin film silicon properties and solar cell parameters of texture generated by laser annealing and chemical etching of ZnO:Al 클러스터 07 CZ, silicon, ingot Sintered CZTS Nanoparticle Solar Cells 2. Thin Czochralski silicon solar cells based on diamond wire sawing technology 3. FZ and CZ crystal growth: Cost driving factors and new perspectives 클러스터 08 FZ, silicon, ingot Float zone (FZ) silicon: A potential material for advanced commercial solar cells? 2. FZ and CZ crystal growth: Cost driving factors and new perspectives 3. Ingots pulled with electron beam heating from skull - A new feedstock for FZ crystals applicable for solar cellsf 클러스터 09 sputtering, target, thin film, electrode layer 25~45 1. SPUTTERING APPARATUS AND SPUTTERING METHOD 2. SPUTTERING DEVICE AND PRODUCTION METHOD OF SOLAR CELL 3. SPUTTERING TARGET FOR SOLAR CELL 클러스터 10 Tab, String, 22~44 1. STICKING DEVICE OF TAB LINE FOR SOLAR CELL, AND STICKING METHOD OF THE SAME 2. CONNECTING SOLAR CELL TABS TO A SOLAR CELL BUSBAR AND A SOLAR CELL SO PRODUCED 3. SYSTEM FOR SIMULTANEOUS TABBING AND STRINGING OF SOLAR CELLS 클러스터 11 ALD, atomic, layer ALD FOR MANUFACTURING SOLAR-CELL 2. ROTARY SEMI-BATCH ALD APPARATUS AND PROCESS 3. ATOMIC LAYER DEPOSITION REACTOR FOR PROCESSING A BATCH OF SUBSTRATES AND METHOD THEREOF 클러스터 12 clean, wash, 14~30 1. Cleaning device for solar cell module 2. Apparatus for cleaning solar cell module 3. Solar Wafer Steam Cleaning Device 107

114 에너지공급 태양광공정장비 [ 태양광공정장비분야데이터기반요소기술 ] No 요소기술명키워드 요소기술 01 스퍼터링장비 (PVD) sputtering, target, thin film, electrode layer 요소기술 02 쵸크랄스키단결정실리콘잉곳제조장치 CZ, silicon, ingot 요소기술 03 floating zone 실리콘잉곳제조장치 FZ,silicon, ingot 요소기술 04 화학기상증착 (CVD) 장치 CVD, film, plasma 요소기술 05 원자층증착장치 (ALD) ALD, atomic, layer 요소기술 06 Tabbing & Stringer Tab, String, 요소기술 07 셀검사장치 INSPECTION APPARATUS 요소기술 08 세정장치 Solar Wafer Steam, Cleaning 108

115 전략제품현황분석 (2) 요소기술도출 산업 시장분석, 기술 ( 특허 ) 분석, 전문가의견, 타부처로드맵, 중소기업기술수요를바탕으로로드맵기획을위하여요소기술도출 요소기술을대상으로전문가를통해기술의범위, 요소기술간중복성등을조정 검토하여최종요소기술명확정 [ 태양광공정장비분야요소기술도출 ] 분류요소기술출처 Ingot 공정 쵸크랄스키단결정실리콘잉곳제조장치 floating zone 실리콘잉곳제조장치 기술 / 시장분석, 기술수요, 특허 / 논문클러스터링, 전문가추천 기술 / 시장분석, 전문가추천 스퍼터링장비 (PVD) 특허 / 논문클러스터링 화학기상증착 (CVD) 장치 기술수요, 특허 / 논문클러스터링 원자층증착장치 (ALD) 기술 / 시장분석, 전문가추천, 특허 / 논문클러스터링 셀후면 Polishing 장비 (PERC 용 ) 기술 / 시장분석, 전문가추천 태양전지 (Cell) 공정 셀검사장치 특허 / 논문클러스터링, 전문가추천 세정장치 기술수요, 특허 / 논문클러스터링 5kW 태양광 /20kW 에너지저장연계시스템의 원격모니터링기술 기술 / 시장분석, 기술수요, 전문가추천 염료감응형태양전지제조단가절감을위한금속박막제작 및소재기술 기술 / 시장분석, 전문가추천 모듈공정 Tabbing & Stringer 전문가추천, 특허 / 논문클러스터링 109

116 에너지공급 태양광공정장비 (3) 핵심기술선정 확정된요소기술을대상으로산 학 연전문가로구성된핵심기술선정위원회를통하여중소기업에적합한핵심기술선정 핵심기술선정은기술개발시급성 (10), 기술개발파급성 (10), 단기개발가능성 (10), 중소기업적합성 (10) 을고려하여평가 [ 태양광공정장비분야핵심기술 ] 분류핵심기술개요 Ingot 공정 쵸크랄스키단결정실리콘잉곳제조장치 고품질단결정잉곳재료중쵸크랄스키단결정실리콘잉곳을제조하는장비 에칭장비 고효율태양전지의성능개선및셀구조에맞제웨이퍼를 Texturing 할수있는공정장비 스퍼터링장비 (PVD) 광흡수, 변환효율을위한증착장치로, 스퍼터링을이용한증착장치 태양전지 (Cell) 공정 화학기상증착 (CVD) 장치 광흡수, 변환효율을위한증착장치로, 화학기상증착을이용한증착장치 원자층증착장치 (ALD) 광흡수, 변환효율을위한증착장치로, 가장얇은박막층을형성할수있는증착 셀후면 Polishing 장비 (PERC 용 ) 고효율태양전지인 PERC 셀의에칭된후면을평판형태로연마하는공정장비 모듈공정 Tabbing & Stringer 태양전지 Cell 과 cell 을연결하는장치 110

117 전략제품현황분석 6. 기술로드맵기획 가. 태양광공정장비기술로드맵 최종중소 중견기업기술로드맵은기술 / 시장니즈, 연차별개발계획, 최종목표등을제시함으로 써중소기업의기술개발방향성을제시 111

118 에너지공급 태양광공정장비 나. 연구개발목표설정 로드맵기획절차는산 학 연전문가로구성된로드맵기획위원회를통해선정된핵심기술을대 상으로기술요구사항, 연차별개발목표, 최종목표를도출 [ 태양광공정장비분야핵심기술연구목표 ] 분류핵심기술기술요구사항 연차별개발목표 1 차년도 2 차년도 3 차년도 최종목표 Ingot 공정 쵸크랄스키단결정실리콘잉곳제조장치 잉곳용량 (ton/batch) 에칭장비 최선진수준대비기술수준 > 85 > 90 > 95 > 95 스퍼터링장비 (PVD) 최선진수준대비기술수준 > 85 > 90 > 95 > 95 태양전지 (Cell) 공정 화학기상증착 (CVD) 장치 최선진수준대비기술수준 > 85 > 90 > 95 > 95 원자층증착장치 (ALD) 최선진수준대비기술수준 > 85 > 90 > 95 > 95 셀후면 Polishing 장비 (PERC 용 ) 최선진수준대비기술수준 > 80 > 85 > 90 > 90 모듈공정 Tabbing & Stringer Bus Bar 수

119 소형풍력발전기 전략제품현황분석

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121 전략제품현황분석 소형풍력발전기 정의및범위 국내신재생에너지설비인증관련법과설비인증기관인한국에너지공단인증기준에의해회전자면적 200m2 이하정격용량 30kW 미만을소형풍력발전기로서정의하며용도상으로독립전원용또는계통연계형으로구분 소형풍력발전기의핵심부품은블레이드, 발전기, 전력변환장치및연계장치, 지지타워로구성 정부지원정책 융복합지원사업, 에너지자립섬구축등정부의지속적인보급의지 소형풍력발전기술을최적화할수있는소형풍력최적엔지니어링기술지원센터설립 분산형전원개발에대한수요증대및지속가능한청정에너지에대한관심증대 중소기업시장대응전략 강점 (Strength) 오지및낙도전원수요증가 융복합사업등정부보급사업의지속적인확대 에너지자립섬구축등신규시장창출 다양한소재개발기술의발전 기회 (Opportunity) 분산전원시장의수요증가 해외저개발국가에대한시장창출가능 지구온난화및온실가스저감을통한환경보전고취 국내시스템제조업체와핵심부품업체의증가 약점 (Weakness) 높은제품단가로인한경쟁력약화 Supply chain 의미성숙 지속적인연구개발지원체제미흡 중소기업의기술적기반과전문성부족 핵심인력부족 Track-Record 부족으로신뢰성확보의어려움 위협 (Threat) 선진국산업체들의시장선점에의한높은진입장벽 중국의원소재집중과저가제품출시 소형풍력보급촉진을위한규제 ( 설치동의등 ) 종소기업의투자 - 생산 - 회수 - 재투자선순환주기장기화 중소기업의시장대응전략 정부의융복합사업, 에너지자립섬구축등소형풍력터빈신규시장이지속적으로창출 소형풍력최적화엔지니어링사업추진으로최적화된소형풍력터빈의높은신뢰성향상과제품가격하락이기대됨 115

122 에너지공급 - 소형풍력발전기 핵심기술로드맵 116

123 전략제품현황분석 1. 개요 가. 정의및필요성 소형풍력터빈 (Small Wind Turbine) 는바람으로부터동력을얻어전기를생산하는전기기기로서국제규격인 IEC(International Electrotechnical Commission) 기준으로독립형과계통연계형용도로 100Vac 또는 1500Vdc 미만의전압에서로터회전면적 200 m2 이하인풍력발전기에적용하고있음 국내에서는신재생에너지설비인증기관인한국에너지공단의인증기준 KS C 8570으로 2015년 7월 6일부터시행됨에따라회전면적이 200 m2 미만, 정격전압이 AC 100V 또는 DC 1500V 미만인소형풍력터빈과회전면적이 6.5m2인초소형풍력터빈에구분하여적용하고있음 세계적으로소형풍력터빈은용량에따른구분하며미국과중국은 100kW이하, 독일은 75kW 이하캐나다는 0.3kW~1kW를미니풍력터빈, 1~30kW를소형풍력터빈으로분류하며영국은마이크로풍력 (0~1.5kW), 소형풍력 (1.5kW~15kW), 중소형풍력 (15~100kW) 구분하고있고특별히발전차액지원제도정책에따라 50kW이하를소형풍력터빈으로별도지정하고있음 풍력터빈은회전축이바람이불어오는방향에수평인수평축풍력터빈과바람이불어오는방향에수직인수직축풍력터빈으로분류 수평축풍력터빈은공력효율이높고시스템단가가낮은반면소음이크고별도의요요잉 (yawing) 장치가필요 수직축풍력터빈은바람의방향에관계없이발전이가능하며낮은운전회전수로인해소음이수평축풍력터빈에비해낮지만시스템단가가높고대형화에불리한단점이있음 [ 회전축에의한풍력발전기분류 ] 수직축풍력발전기 수평축풍력발전기 수평축풍력터빈은바람이불어오는방향에대해날개가타워전방향에위치하는업윈드풍력터빈과타워후방향에위치하는다운윈드풍력터빈으로구분되고있음 업윈드풍력터빈은타워에의한바람막이현상을피할수있으며요잉기구를통한신속한바람추종이가능하지만로터를유지하는요잉기구에대한안정적인제어가필수적임 117

124 에너지공급 - 소형풍력발전기 다운윈드풍력터빈은꼬리날개등이필요없어구조가간단하며나셀중량을줄일수있지만타워 의바람막이현상으로인해발생하는불규칙적인하중으로피로하중이증가될수있음 [ 로터위치에의한풍력발전기분류 ] 업윈드 (Upwind) 풍력발전기 다운윈드 (Downwind) 풍력발전기 소형풍력터빈의핵심부품과요소기술은지속적인기술개발을통해성과를이루고있으나높은시스템단가와불규칙한국내시장규모에의해성장이정체되어있음 따라서국내시장의규모확대정책을통한기술개발, 보급및재투자의선순환적주기를조성하여경쟁력을확보할필요가있으며향후전력인프라가취약한동남아시아, 중국, 몽골, 북한등제3세계를중심으로수출확대효과를기대할수있음 소형풍력터빈은중대형풍력터빈과달리용량, 운전조건, 용도등에따라다양한형식의제품이시장을형성하고있으며신개념의풍력터빈도기술개발을통해시장진입을시도하고있음 118

125 전략제품현황분석 나. 범위 (1) 제품분류관점 소형풍력발전기은블레이드, 발전기, 지지구조, 전력변환및연계장치, 축전지및안전 제어장치등의주요구성품으로구성 사용용도에따라한전의계통선과연계하여운전하는연계형소형풍력터빈과독립적인전원을구성하는독립형소형풍력터빈으로구분 디젤, 태양광및 ESS등과같은기타타전원기술과복합화하여운영되는복합형소형풍력발전기로구분 [ 제품분류관점기술범위 ] 전략제품제품분류관점세부기술 시스템조합설계 블레이드, 발전기, 전력변환장치, 요제어장치, 강구조물, 안전 제어장치, 모니터링시스템, 시스템조합기술, 운전점최적화설계기술 시스템해석 S/W 블레이드공력해석, 유동해석, 블레이드및강구조물구조해석, 시스템하중해석, 동기발전기전자기장해석, 열적해석등 자원조사및성능시험장치 풍속계, 풍향계, 데이터로거, 전력변환기, DAS, 측정시험기술등 소형풍력발전기 복합발전 EMS, BMS, ESS 연계기술, 복합발전알고리즘, 전력안정화장치, 복합발전시스템제어기술 전력변환및연계장치 계통연계형인버터, 계통안전차단장치, 독립형인버터, 축전지충전기, 고속스위칭인버터 / 컨버터등, 예비부하제어기술 시공및유지관리기술 소형풍력터빈토목시공기술, 상태감시기술, 성능유지관리기술, 안전관리기술, 통합관리기술 119

126 에너지공급 - 소형풍력발전기 (2) 공급망관점 소형풍력터빈의범위는소형풍력발전기와구성요소부품및생산기술영역과공급망기준으로블레이드, 발전기, 전력변환및연계장치, 안전 제어장치등의요소부품과시스템전영역의조합설계및하중 / 구조해석기술과기술적으로는소형풍력설계기술및 S/W, 요소부품제작및요소부품시험장비등의소형풍력기반기술과타전원 ( 예 : 디젤연계 ) 등과의응용기술을포함 [ 공급망관점기술범위 ] 전략제품공급망관점세부기술 소형풍력발전기 블레이드 발전기 전력변환및연계장치 금형설계기술, 엔지니어링플라스틱사출기술, RTM 성형기술, 적층및경량화기술, 공력설계기술, 구조설계기술, 구조시험기술 코어발전기, 코어리스발전기슬롯리스발전기, 소재부품가공기술, 경량소재기술, 코어제작기술, 코깅저감기술, 전자기장해석기술 계통연계형인버터, 축전지충전기, 고속스위칭제어기술, 방열설계기술, MPPT 기술 제어장치 사이드펄링, 피치제어기술, 과풍속제어기술, Surge Protection 기술 기초및타워 타워설계기술, 공진저감기술, 기초설계기술, 시공기술, 타워경량화기술 120

127 전략제품현황분석 2. 산업환경분석 가. 산업특징및구조 (1) 산업의특징 정부의풍력발전관련기술개발및보급을위한투자가지속적으로이루어지고있고향후풍력, 태양광중심의신재생에너지분야에 2035년까지총 154조중정부재원을총 30조원투입계획발표 ( 자료 : 산업통상자원부, 제4차신재생에너지기본계획, ) 정부나지자체를중심으로소형풍력, 태양광, 태양열, 지열, 수소, 연료전지등 2종이상의에너지를융합하는융복합지원사업의확대시행과도서지역의디젤공급방식을신재생에너지원으로대체하는에너지자립섬구축등신규시장이형성되고있어고효율 / 고성능 / 저소음형인소형풍력에대한개발수요가증가할것으로전망 중대형풍력터빈은많은자본과설비가필요하여대기업중심으로개발되고있으나, 소형풍력터빈의경우적은자본과소규모의설비로개발이가능하여국내중소기업의특성에적합한업종이며, 기계, 항공및전력전자등융복합적기술개발로서시너지를얻을수있은기술임 소형풍력터빈분야는기계, 항공, 전기, 전력전자, 토목등과같은다양한기술분야의복합기술의결합체로서영세한중소기업에서복합적인기술을모두보유하기는어려울것으로판단되나, 개별기술및부품에대한전문중소기업간의연합이나협력등을통해기술적복합성극복가능 소형풍력터빈산업은기술집약적인산업에해당되고, 다른발전원 ( 태양광, 태양열, 지열등 ) 과함께융복합발전이가능하며마이크로그리드구성에핵심적인기술임 설계, 제조및설치의전과정에서소형풍력터빈은자동화가불가능한기술집약형산업으로높은고용효과를기대할수있는고부가가치산업 소형풍력터빈은대부분의구성부품을국산화할수있다는장점이있으며기술국산화를통한단가절감과경쟁력확보, supply chain구성을통한유관산업계와의연관성장을기대할수있음 소형풍력터빈을구성하는블레이드, 발전기및전력변환장치등의핵심부품이안정적성능을갖는다고해도핵심부품들의기술적배경과운전조건등이서로달라서다양한외부환경에대한안정적연계성능을유지하는데에한계가있음 안정적연계성능을추구하려면사전해석통한시뮬레이션강화와실증을통한상호연계운전을통해연계성능향상, 성능적효용성과안정성을추구해야함 현재소형풍력제조사들은 supply chain이성숙되지않아개별기업차원에서소형풍력터빈의핵심부품을기술개발하고있는실정이어서부족한자본과기술력으로인해기술적완성도를높이기어려운상황 121

128 에너지공급 - 소형풍력발전기 (2) 산업의구조 전방과후방산업에파급효과가큰편이며단일기술의개발과보급에대규모의인프라나설비가필요하지않은중소기업전략제품 소형풍력터빈은활용용도가중대형보다다양한용도로활용할수있어, 오지, 군시설, 통신및독립전원구성이용이하며관련기술과다른에너지원과결합하여융복합시스템화나연계운전이가능하기때문에타산업과의연계기술개발등도필요한특징 전방산업은이통통신, 해양플랜트, 신재생에너지융복합발전, 마이크로그리드등전원공급이필요한분야임 후방산업은고강도및경량화를위한소재, 가공기술, 고성능전력전자소자분야등으로구성 [ 소형풍력발전기분야산업구조 ] 후방산업소형풍력발전기분야전방산업 FRP, 영구자석, 재료, 소재, 기계가공, 전력전자소자, 전기기기, 철구조물, SW, 장비 블레이드, 동기식발전기, 유도형발전기, 인버터및연계장치, PCS, 타워 토목, 건축, 이통통신, 해양플랜트, 신재생에너지융복합발전, ESS, 마이크로그리드 122

129 전략제품현황분석 나. 경쟁환경 국내소형풍력시장은보급사업이의존하고있으며보급사업에참여하기위해서는에너지공단의신재생에너지설비인증을확보해야하기때문에녹색성장의기조속에 2007년부터지속적으로인증제품이시장에등장하고있음 현재국내인증설비제품은 7개사 13개의제품이며그중 11개제품이국산이고 2개제품이외산임 설비용량은 62W부터 10kW이며수평축, 수직축등다양한형태의소형풍력터빈이인증제품으로등록되어있음 국내소형풍력터빈제조업체는라은테크 ( 주 ), ( 주 ) 설텍, ( 주 ) 하이에너지코리아, 헵시바 ( 주 ), 한국신재생에너지 ( 주 ), 미래테크 ( 주 ), 태일마그네틱스, ( 주 ) 유로코리아등이있음 초기인증제품은 3kW이하의제품에한하여보조금을지급하는정부의그린홈백만호사업의영향으로 3kW 제품이많이출시되었지만최근발전량증대의요구인해풍력터빈용량이증가하고있는추세임 인증제품의증가와신규소형풍력터빈공급업체도다양해지고있지만국내소형풍력시장이활성화되지못하고있으며경쟁환경또한조성되지못하고있음 소형풍력터빈공급업체들은개별프로젝트로관공서를중심으로시범사업을제안하여설치하는수준에머물고있으며높은제품단가와설치사이트개발에어려움을겪고있어사업여건형성이매우어려운상황 미국, 영국등우수한제품이국내초기소형풍력시장에진입하였고일부보급에성과를보이기도하였으나사후관리, 민원발생, 시장의불확실성때문에보급이거의이루어지지않는상태 중국은 Hummer, Aelos 등다양한용량의제품이저렴한가격을통해국내일부보급되었으나안정적성능을확보하지못해신뢰성을확보하지못함 정부의신재생에너지의지가지속되고있고국내소형풍력기술이점차안정화됨에따라향후설치사이트개발을통한시장확대가이루어진다면풍력터빈의다양화와함께가격경쟁력을확보하기위한경쟁체제로진입할것으로예상 123

130 에너지공급 - 소형풍력발전기 [ 소형풍력발전기관련인증업체정보 ] 번호인증일자업체명모델명제조국제조사용량형식 ( 주 ) 대흥기전 HWS-020 한국 ( 주 ) 대흥기전 0.062kW 수평축 ( 업윈드 ) 라은테크 ( 주 ) GWE-200BI 한국라은테크 ( 주 ) 0.2kW 수직축 ( 주 ) 하이에너지코리아 DS-300 한국 ( 주 ) 하이에너지코리아 0.3kW 수직축 ( 주 ) 하이에너지코리아 DS-1500 한국 ( 주 ) 하이에너지코리아 1.5kW 수직축 ( 주 ) 하이에너지코리아 DS-3000 한국 ( 주 ) 하이에너지코리아 3kW 수직축 ( 주 ) 셀텍 삼도리 (SAMDORI E) 한국 ( 주 ) 셀텍 3kW 수평축 ( 업윈드 ) 라은테크 ( 주 ) GWE-3kH 한국라은테크 ( 주 ) 3kW 수직축 헵시바 ( 주 ) WRV-1500 한국헵시바 ( 주 ) 1.5kW 수직축 한국신재생에너지 ( 주 ) WINWIN30 00 한국 한국신재생에너지 ( 주 ) 3kW 수평축 ( 다운윈드 ) ( 주 ) 셀텍 바람도리 (BARAMD ORIE) 한국 ( 주 ) 셀텍 10kW 수평축 ( 업윈드 ) ( 주 ) 케이엠티시 KW3 영국 Kingspan Enviromental Ltd 3kW 수평축 ( 다운윈드 ) ( 주 ) 케이엠티시 KW6 영국 Kingspan Enviromental Ltd 6kW 수평축 ( 다운윈드 ) 라은테크 ( 주 ) GWE-10KU 한국라은테크 ( 주 ) 10kW 수평축 ( 업윈드 ) 124

131 전략제품현황분석 [ 제품분류별경쟁자 ] 구분 경쟁환경 기술분류소형풍력발전기운전제어센서 / 로거류전력요소계측장비 주요품목및기술 소형풍력발전시스템, 운영기술, 설계기술, 블레이드등 거동예측기술, 매립형센서기술, 데이터처리기술 계통연계형전력계기술 해외기업 Kingspan Wind( 영국 ), Evance( 영국 ), Bergey Windpower( 미국 ), Xzeres Wind( 미국 ), Pika Energy( 미국 ), dibu wind( 독일 ), Eocycle( 캐나다 ), GHPREPOWER( 중국 ), Aelos( 중국 ), Hummer( 중국 ) City Windmills( 영국 ), quietrevolution( 영국 ), Windspire( 미국 ), Envergate( 스위스 ), Willgain Power( 중국 ) 국내기업 라은테크, 설텍, 신재생에너지 ( 주 ), 하이에너지코리아, 헵시바, 태일마그네틱스, 마이다스아이티, 웰비안시스템, 아루테크, 지오시스, 렉터슨, 케이웨더 125

132 에너지공급 - 소형풍력발전기 다. 전후방산업환경 소형풍력산업의전방산업은융복합지원사업, 에너지자립섬구축등다양한수요처가형성되었으나사업경제성이불확실하여성장이정체되어있음 후방산업인 FRP, 소재, 철강등기본인프라는잘구축되어있으나소형풍력터빈의 Supply Chain형성은되어있지않아제품원가가높은편 소형풍력발전기의주요기기인발전기에사용되는영구자석은중국이전세계수요의 80% 정도를공급하는독점적으로공급하고있어서, 공급가격이불안정한상황이나그외의소재들은유리섬유와같은 FRP, 일반 steel 및전자소재류로서특별한공급상제한없는편 소형풍력터빈관련아직원천기술의수준이낮지만최근 IT기술의발전과함께소형풍력발전기기술이변화하고있음. 우리나라의 IT 무선센서기술을통한모니터링기술이세계적으로경쟁력이있는분야로판단되고있으며, 다수의후발기업들이시장에진입하면서기술개발에대한수요와경쟁이치열 FRP제조기술은비교적높은편이나신뢰성향상을위한 RTM 생산기술이나구조설계기술은경쟁력이떨어지는편임 영구자석형발전기는 AFPM, RFPM, 코어리스, 슬롯리스등다양한방식의발전기형식이있으며모두설계기술및생산기술, 생산인프라구축이비교적잘되어있음 계통연계형인버터의경우국내태양광시장의높은성장으로관련기술과가격경쟁력을확보하였으나풍력인버터제조업체는일부에불과하며단가도높은상황 ESS산업의성장과함께독립형소형풍력터빈의수요가꾸준히증가하고있음 최근다양한분산전원을이용한융복합발전시스템이주목을받고있으며출력특성이다른에너지원을결합하기위한전력안정화기술, 고속컨버터 / 인버터장치, 에너지관리시스템등통합 EMS(Energy Management System) 기술이발전하고있음 정부의에너지자립섬구축사업을통해도서지역의디젤발전을줄이기위한정책을시행중이나저유가의지속, 발전원가의하락으로경재성확보에어려움을겪고있음 126

133 전략제품현황분석 3. 시장환경분석 가. 세계시장 2014년말까지전세계적으로누적설치대수가최소한 945,000대가설치되었으며 872,000대가설치되어 7.8% 성장률을보인 2013년도에비해 8.3% 증가 전세계적으로가장큰시장인중국과미국의경우신규설치대수가 2013년도에비해각각 10% 와 1% 의성장률을나타내었고가장높은성장률을보인영국은단지 2% 성장률을보인 2013년도에비해무려 19% 성장하였음 중국은지속적으로소형풍력분야를선도하고있으며신규설치대수가 2013년 9,000대에서 2014년에 64,000대를추가하여 2014년말까지누적설치대수가 689,000대에이르며누적설치대수에서전세계시장의 72% 를점유하고있음 미국은신규설치대수에서 2013년 2,700대에서 2014년 1,600대로감소하였고총누적설치대수는 159,300대로중국다음으로두번째로큰소형풍력시장이지만중간용량의소형풍력시장에서는중국에앞서가고있음 영국의소형풍력시장은 2012년 11월도입된신규 FIT가격하락정책의영향으로 2013년에는불과 500대가신규로설치되는데불과하였지만 2014년에 2,237대의신규설치가이루어져회복세를보였고유럽, 중국, 아시아등과같은해외시장에 2,614대를수출하는성과를보임 이탈리아에서 2014년에 1,160대가설치되어 71% 의급속한성장을보여고독일, 캐나다, 일본, 아르헨티나등중간크기의시장에서 8,500대에서 16,000대정도의시장이형성되고있음 소형풍력터빈중수평축풍력터빈이현재까지소형풍력시장의 74% 를차지하고있으며 18% 정도가수직축풍력디자인을채택하고있다. 소형풍력시장은발전차액지원제도 (Feed in Tariff) 의시행여부에따라시장형성이크게영향을받고있음 발전차액지원제도를가장적극적으로추진하던영국의경우 2013년 12월기준단가를대폭축소함에따라시장이크게위축된반면일본은후쿠시마원전사고이후 2015년부터 20kW이하의제품에대한기준단가를크게높이고시장확대를도모하고있음 일본에서발전차액지원사업을추진하려면 ClassNK인증을받아야하며현재까지인증을받은모델은 14개이고대부분 2015~2016년도에집중되었음 127

134 에너지공급 - 소형풍력발전기 * 자료 : 2016 Small Wind World Report", WWEA March 2016 [ 2016 년세계소형풍력터빈발전차액기준금액 ] 2014년동안세계소형풍력시장의감소세가주춤하기시작하여중국과유럽을중심으로용량이큰신규풍력터빈설치가지속됨에따라 2015년에는증가세도돌아섰으며 2016년까지약 11% 의성장이될것으로예상됨 장기적으로 2015년부터 2020년까지소형풍력시장은 20% 성장이기대되며매년약 204MW 의소형풍력터빈이신규설치될것으로예상되어누적설치용량이 2020년에는 1,750GW에도달할것으로전망되고있음 128

135 전략제품현황분석 * 자료 : 2016 Small Wind World Report", WWEA March 2016 [ 세계소형풍력시장예측 ] [ 소형풍력발전기분야의세계시장규모및전망 ] 구분주요품목 ( 단위 : 억달러, %) CAGR ('13~'15) 블레이드 1,740 1,950 2,340 2,714 3,148 3, 발전기 1,160 1,300 1,560 1,797 2,070 2, 구동제어계 ,170 1,357 1,574 1, 세계시장 지지구조타워 2,030 2,275 2,730 3,167 3,674 4, 중형풍력발전시스템 17,800 20,500 23,600 27,140 31,211 35, 소형풍력발전기 합계 ( 상기 6 개품목 ) 23,910 27,350 31,800 36,635 42,204 48, 풍력시장규모 60,000 69,000 79,000 91, , , * 자료 : 2015 Small Wind World Report(WWEA, 2015) / 환율 :1,100 원 /USD BTM Consult ApS( 세계시장규모 ) 을바탕으로전망추정. 세계풍력발전시장규모에대해중소형풍력발전분야가 40% 점유하며, 그중에서 75% 가중소형풍력발전시스템, 24% 가부품, 약 1.0% 내외가소형풍력발전기가점유하는것으로가정하여추정 129

136 에너지공급 - 소형풍력발전기 나. 국내시장 국내업체및제품현황을살펴보면국내소형풍력터빈업체의규모는조금영세하여 10여개의제작사와 20여개의부품업체가생산활동을지속하고있는상황 국내시장규모의협소와지속적인보급프로그램의부재로인해국내소형풍력터빈업체의실적이나발전은매우더딘편임 국내소형풍력터빈제작업체는불안정한국내시장규모로인해안정적인연구개발에치중할수있는여건형성이미진하여, 주로단품형태로개발이진행되고있으며개발용량도주로 10kW 이내임 세계적인추세가발전사업용인용량이큰소형풍력터빈과독립전원구성용소형풍력터빈을요구하기때문에좀더다양한용도와높은효율의수평축풍력기기의개발및용량이큰소형풍력기기의개발이진행되어야할필요가있는실정 정부보급사업중의하나인융복합지원사업이 2013년이후지속적으로추진됨에따라도서지역을중심으로소형풍력터빈이꾸준히설치되고있으나제품신뢰성문제와설치사이트부족으로에너지원별점유율이낮은상황 [ 소형풍력발전기분야의국내시장규모및전망 ] 구분주요품목 ( 단위 : 억원, %) CAGR ('13~'15) 블레이드 발전기 구동제어계 국내시장 지지구조타워 중형풍력발전시스템 ,039 1, 소형풍력발전기 합계 ( 상기6개품목 ) ,188 1,429 1, * 자료 : 신재생에너지 R&DD 전략 2030( 분야별비율추정 ) 중소형풍력발전분야가 40% 점유하며, 그중에서 75% 가중소형풍력발전시스템, 24% 가부품, 약1.0% 내외가소형풍 력발전기가점유하는것으로가정하여추정 130

137 전략제품현황분석 다. 무역현황 소형풍력발전기분야의무역현황을살펴보았으며, 수입량에비하여수출량이감소하는추세 소형풍력발전기기술의수출현황은 11년 15억 500만달러에서 15년 13억 1,952만달러수준으로감소하였으며, 수입현황은 11년 19억 2,000만달러에서 15년 19억 4,900만달러수준으로증가하였음 최근 5년 ( 11~ 15년) 간연평균성장률을살펴보면수출금액은 -3.2% 로감소하였으며, 수입금액은 0.4% 로증가하여전체무역수지는 -11% 감소한것으로나타남 무역특화지수는 11년(-0.12) 부터 15년(-0.19) 까지감소한것으로나타나점차국내기업의수출량이감소하고있는것으로나타남 [ 소형풍력발전기관련무역현황 ] 구분 ( 단위 : 천 $) CAGR ('11~'15) 수출금액 1,505,006 1,496,751 1,333,328 1,327,483 1,319, % 수입금액 1,920,057 2,057,425 2,098,230 2,234,350 1,949, % 무역수지 -415, , , , , % 무역특화지수 * * 무역특화지수 = ( 상품의총수출액 - 총수입액 )/( 총수출액 + 총수입액 ) 으로산출되며, 지수가 0 인경우비교우위는중간정도이며, 1 이면완전수출특화상태를말함. 지수가 -1 이면완전수입특화상태로수출물량이전혀없을뿐만아니라수입만한다는뜻 * 자료 : 관세청수출입무역통계 HS-Code(6 자리기준 ) 활용 131

138 에너지공급 - 소형풍력발전기 4. 기술환경분석 가. 기술개발트렌드 상업발전용소형풍력터빈기술및저가화 세계적으로발전차액지원제도 (Feed in tariff) 의영향으로작은용량의터빈보다발전량이유리한큰용량의터빈수요가폭발적으로증가하고있으며그에따라설치단가도떨어지고있는추세 2014년동안영국과이탈리아에서는 20kW이상의제품설치가크게늘어나고있으며작은용량의터빈시장의성장은상대적으로미비 영국은 2014년에설치된풍력터빈용량이 15~100kW 성장률이 75.6% 였으며이탈리아는 20 ~ 60kW 용량의터빈성장률이 85.4% 로대부분을차지하였음 전세계적으로 2010년평균소형풍력터빈용량은 0.66kW, 2011년에는 0.77kW, 2012년 0.84kW, 2013년 0.85kW, 2015년에는 0.87kW에이르고계속증가하고있는추세 미국의평균소형풍력터빈용량은 1.4kW이며영국은 4.7kW로용량이증가하고있으며중국은 0.5kW로상대적으로작은편임 소형풍력터빈의설치단가는제품용량별로편차가심한편이지만전반적으로하락하고있는추세이며설치단가를줄이기위한기술개발이지속되고있는상황 미국의경우 2.5kW이하는 kw당 $8,200, 2.5~10kW는 kw당 $7,200 이며 11~100kW는 kw 당 $6,000로형성되고있고 2013년평균설치단가는 kw당 $6,940이었으나 2014년에는 kw당 $6,230이로낮아지고있는추세 영국의경우 1.5~15kW 범위의풍력터빈설치단가는 kw당 $6,181, 15~100kW 범위는 kw당 $4,876로 2011년에비해설치단가는 10.6% 하락하였고매년 2.7% 줄어들고있는추세 소형풍력터빈의독립형기술및융복합기술 소형풍력시장의추세는발전사업용으로용량이비교적큰계통연계형풍력터빈이주도하고있지만개발도상국을중심으로주거전원공급, 이동통신중계기전원공급, 해상발전, 디젤과태양광을결합한하이브리드시스템등에적용할수있는독립형시스템구성에도중요한역할을하고있음 국내의경우설악산중청대피소, 오륙도기상정보수집장치전원공급, 부산나무섬이동통신중계기전원공급등다양하고특수한용도로소형풍력터빈이공급되고있음 최근정부의융복합지원사업을통하여인천백아도와지도, 충남홍성군죽도, 전남해남삼마도등기존도서지역에디젤로운영되던방식을탈피하여풍력, 태양광, ESS, 디젤, EMS를결합, 마을에전원을공급하고있고이에따라융복합기술과제어기술및운용기술이계속발전해가고있음 132

139 전략제품현황분석 소형풍력최적화엔지니어링기술개발 한국에너지기술평가원에서는소형풍력업체의인력및인프라부족으로인한기술개발의어려움을해소하고제품의경쟁력을높이기위해 2015년전략과제로소형풍력최적엔지지어링과제공모하여강원대학교컨소시움을선정하였음 강원대학교에서는소형풍력최적엔지니어링기술개발센터를설립하고한국표준과학연구원, 한국기계전기전자연구원등소형풍력제조사와국내풍력전문가그룹을매칭하여기개발된제품의최적화와성능향상을유도하고있음 2016년 1차년도소형풍력최적화엔지니어링에참여하는업체는라은테크 ( 주 ), 설텍, 썬크, DNDE 이며년차별로참여업체는공모하여선정할계획임 적용기술은모든풍력기술을망라하고있으며핵심요소부품뿐만아니라시스템매칭및계통연계기술을포함하고있음 133

140 에너지공급 - 소형풍력발전기 나. 주요업체별기술개발동향 (1) 해외업체동향 미국소형풍력 1위업체인 Southwest사가주력제품 Air-x를 Primums Wind Power에, skystream 3.7은 Xzeres사에매각하고 2013년에사업을철수하였음 미국 Bergey Windpower는 30년의역사를가지고있으며주력제품인 10kW, 7.5kW 제품을지속적으로판매하고있고최근 1kW제품생산을시작하였고일본발전차액지원제도의시행으로 ClassNK 인증을확보하였음 미국의 Pika Energy는 2010년도에설립된신생업체로 1.5kW 수풍축터빈을생산하고있으며 2013년도에는 SWCC(Small Wind Certification Council) 인증을획득하였음 영국의 Kingspan사는독특한 Self-regulatin-delta 로터를가진 6kW, 3kW 다운위드제품을생산하고있으며최근국내협력사를통해신재생에너지설비인증을획득하였음 중국의 Hummer사는 500W~200kW에해당되는다양한제품을생산하고있고블레이드, 발전기, 전력변환장치등모든핵심부품을자체생산하며지속적으로용량을확대해가고있음 * 자료 : 2016 small wind world report [ 영국의 Kingspan 社의소형풍력기 ] 134

141 전략제품현황분석 (2) 국내업체동향 라은테크 ( 주 ) 는 10kW수평축, 3kW 수직축, 200W 수직축풍력터빈을제작판매하고있으며융복합사업을중심으로정부보급사업에적극적으로참여하여보급을확산시키고있고제품성능향상과제품원가를줄이기위한기술개발을지속하고있음 ( 주 ) 설텍은 3kW, 10kW 수평축풍력터빈을생산하고있고발전기, 인버터등핵심부품을꾸준히수출하고있으며최근 100kW 풍력터빈을개발하여태국에수출하는등동남아시아를중심으로해외진출에노력하고있음 ( 주 ) 하이에너지코리아는 300W, 1.5kW, 3kW 수직축풍력터빈을생산하고있으며발전사업을위한제품원가를줄이기위한대량생산체계구축에노력하고있음 한국신재생에너지 ( 주 ) 3kW 수평축다운윈드제품을최근한국에너지공단으로부터설비인증을받았으며블레이드개선, 나셀개선등성능개선을위한노력을하고있음 태창엔이티 ( 주 ) 는 AFPM, RFPM 발전기를개발및생산하고있으며최근에는 100kW급소수력발전기개발을완료하였음 유니슨은 ENTECH 2016 전시회에서 750kW급기어리스형풍력발전시스템과 2MW급을선보임 * 자료 : 유니슨홈페이지 [ 유니슨 750kW 및 2MW 포트폴리오 ] 135

142 에너지공급 - 소형풍력발전기 다. 기술인프라현황 소형풍력터빈성능검사기관은한국에너지기술연구원과강원대학교이고한국에너지공단의위탁을받아신재생에너지설비인증시에도소형풍력터빈의성능검사를수행하고있으며특히한국에너지기술연구원은 KOLAS인증을받은기관이기도함 한국에너지기술연구원과강원대학교의실증사이트는각각제주김녕소형풍력터빈실증단지와대관령실증단지에위치해있음 한국에너지기술연구원은소형풍력터빈실증을위해서풍향 / 풍속 / 온도 / 습도 / 대기압을측정하는기상측정장비를비롯하여전류측정장비, 전력계, 전력분석계, 소음측정장비등을갖추고있음 강원대학교는공력해석, 구조해석, 동역학해석등을수행할수있는인프라를보유하고있으며풍력인력양성을위한프로그램등을진행 한국표준과학원은소형풍력터빈의블레이드의정적, 동적거동을측정할수있는구조시험장비를구축하고있으며구조해석과의비교를통해서블레이드최적화를수행 한국기계전기전자시험연구원은인버터와발전기와같은핵심부품에대한성능측정을할수있는장비를보유하고있으며시험결과를통해시험성적서를발급받을수있음 광운대학교는풍력인버터의최적알고리즘, MPPT제어기술, 출력응답기능개선, 고조파 / 저압불평등 / 주파수변동등에대응할수있는소프트웨어및하드웨어설계기술을보유 한국항공우주연구원은자체연구소에아음속풍동을보유하고있으며블레이드 airfoil에다른공력해석과공력시험을통해블레이드특성에대한노하우를가지고있음 충남대학교는소형풍력터빈의핵심부품인발전기에대한원천기술개발에많은연구를수행하였고코어리스, 슬롯리스, AFTM, RFPM 등다양한종류에발전기에대한설계기술및해석기술을가지고있음 136

143 전략제품현황분석 라. 특허동향분석 (1) 연도별출원동향 소형풍력발전기기술의지난 7년 ( 10~ 16) 간출원동향 12) 을살펴보면 2011년이후로감소하는추세를보임 국가별출원비중을살펴보면미국 37.3% 로최대출원국으로소형풍력발전기기술을리드하고있으며, 일본이 28.2%, 한국 26.7%, 유럽 7.8% 순으로특허점유 [ 소형풍력발전기분야연도별출원동향 ] 12) 특허출원후 1 년 6 개월이경과하여야공개되는특허제도의특성상실제출원이이루어졌으나아직공개되지않은미공개데이터가존재하여 2015, 2016 년데이터가적게나타나는것에대하여유의해야함 137

144 에너지공급 - 소형풍력발전기 (2) 국가별출원현황 한국과일본의출원현황을살펴보면증감을반복하다최근감소하는추세를보이며, 주로내국인이출원활동을진행하는것으로나타남 미국의출원현황은 12년을기점으로감소추세로변화하였으며, 외국인에의한출원비중이높은것으로확인됨 주로일본기업인 MITSUBISHI HEAVY IND와덴마크기업인 VESTAS WIND SYSTEMS A/S가도출됨 유럽의출원현황은전체적으로출원건수가미미하나, 지속적으로유지되고있는추세를보이고있으며, 출원인대부분이외국인으로미국과유럽은자국인의출원이미미 [ 국가별출원현황 ] 138

145 전략제품현황분석 (3) 투입기술및융합성분석 소형풍력발전기분야의투입기술을확인하기위하여특허분류코드인 IPC Code 13) 를통하여살펴본결과소형풍력발전기분야의가장높은 IPC는 F03D 기술분야가 448건으로가장많이차지하고있으며, 이어서 H02M가 74건, H02K가 71건으로다수를차지 이외에 H02P 50건, H02J 39건, G06F 26건, H01F 21건, F03B 20건, B63B 13건, G06K 13 건순으로기술이투입되어있어소형풍력발전기분야에다양한기술이융합되어존재 더불어해당 IPC의특허인용수명을살펴보면 F03B 기술분야의수명이 11년으로가장긴것으로나타났으며, H02M과 G06F 기술분야는 6년으로가장짧은것으로분석 [ 소형풍력발전기분야상위투입기술 ] IPC 기술내용특허인용수명 (TCT) 14) F03D 풍력원동기 7 년 H02M 교류 - 교류, 교류 - 직류또는직류 - 직류변환장치및주요한또는유사한전력공급장치와함께사용하기위한장치 ; 직류또는교류입력의서지출력변환 ; 그것을제어또는조정 6 년 H02K 발전 - 전기기계 8 년 H02P 전동기, 발전기, 회전변환기의제어또는조정 ; 변압기또는리액터또는초크코일의제어 7 년 H02J 전력급전또는전력배전을위한방식 ; 전기에너지축적하기위한방식 7 년 G06F 전기에의한디지털데이터처리 6 년 H01F 자석 ; 인덕턴스 ; 변성기 ; 자기특성을위한재료의선택 8 년 F03B 액체용기계또는기관 11 년 B63B 선박또는그밖의물에뜨는구조물 ; 선적을위한장치 11 년 G06K 데이터의인식 ; 데이터의표시 ; 기록매체 ; 기록매체의취급 7 년 13) 전세계적으로통용되고있는국제특허분류 (IPC: International Patent Classification) 를통해특허정보기술분야에서공지기술을조사할수있으며, 기술및권리정보에용이하게접근가능 14) 특허인용수명지수는후방인용 (Backward Citation) 에기반한특허인용수명의평균, Q1, Q2( 중앙값 ), Q3 에대한통계값을제시함. 특히이와같이산출된 Q2 는 TCT(Technology Cycle Time, 기술순환주기또는기술수명주기 ) 라고부름 139

146 에너지공급 - 소형풍력발전기 투입기술이가능많은 F03D 분야와융합이높게이루어진기술은 F16H 분야로나타났으며, F03B, H02P 분야와도융합된기술의건수가높은것으로분석 이외에 H02M 분야와융합된기술은 H01F, H02J, B60L 분야와융합된기술이많은것으로나타났으며, H02K 분야와융합된기술은 F03D, H01M, B60K 기술로분석 [ 소형풍력발전기분야 IPC 기술및융합성 ] (4) 주요출원인분석 세계주요출원인을살펴보면주로일본국적의출원인이다수의특허를보유하고있는것으로나타났으며, 중공업분야의출원인이대부분 최다출원인은중공업분야인일본기업인 MITSUBISHI HEAVY IND로도출 한국출원인으로는삼성중공업과현대중공업이상위출원인으로나타나소형풍력발전기관련기술을다수보유한것으로확인 가장많은특허를보유하고있는 MITSUBISHI HEAVY IND는 3극패밀리수가 14건으로다국적으로시장을확보한것으로확인되며, 특허의피인용지수가 3.84로가장높게나타나기술의파급성이높은원천기술을다수보유하고있는것으로분석됨 140

147 전략제품현황분석 [ 주요출원인의출원현황 ] 주요출원인 국가 주요 IP시장국 ( 건수 %) 한국미국일본유럽 IP시장국종합 3극패밀리수 ( 건 ) 피인용지수 주력기술분야 MITSUBISHI HEAVY IND LTD 일본 % 38% 38% 24% 일본 풍력발전제어시스템 DENSO CORP 일본 % 35% 65% 0% 일본 11 4 유도형발전기 MITSUBISHI ELECTRIC CORP 일본 % 40% 40% 일본 전력변환장치 SIEMENS AG 독일 % 43% 14% 유럽 블레이드, 풍력터빈 VESTAS WIND SYSTEMS A/S 덴마크 % 77% 0% 미국 13 1 풍력터빈 TOSHIBA CORP 일본 % 8% 83% 일본 풍력발전시스템 삼성중공업 한국 % 0% 0% 한국 13 0 풍력발전기타워 HITACHI LTD 일본 % 8% 77% 일본 12 0 풍력발전시스템 SUMITOMO HEAVY IND LTD 일본 % 0% 100% 일본 12 0 풍력발전설비장치 현대중공업 한국 % 0% 0% 0% 한국 7 0 블레이드장치 141

148 에너지공급 - 소형풍력발전기 (5) 국내출원인동향 국내출원인동향을살펴보면대기업은삼성중공업의출원건수가가장높게나타났으며, 중소기업에서는주식회사헵시바의출원건수가높게나타남 대기업의주요출원인은현대중공업, 두산, 대우조선해양등이있으며, 중소기업의주요출원인은씨원피에스, 준성이엔알, 금풍에너지등이주요출원인인것으로나타남 기업이외의주요출원인을살펴보면전자부품연구원, 한국건설기술연구원, 한국해양과학기술원등연구소 / 공공기관의출원이다수나타났으며, 대학은군산대학교, 전북대학교, 인하대학교의출원이높은것으로분석됨 [ 국내주요출원인의출원현황 ] 142

149 전략제품현황분석 5. 중소기업환경 가. 중소기업경쟁력 국내소형풍력터빈시스템조합기술은라은테크, 설텍등이가지고있으며블레이드, 발전기, 전력변환장치등핵심부품은직접개발을통해사용하거나전문생산업체에의뢰, 조합하여공급하고있으나개발용량이 10kW이내임 국내소형풍력시스템제조및핵심부품생산분야는대부분중소기업이참여하고있으며중소기업참여정도는아래와같음 [ 소형풍력발전기분야중소기업현황 ] 기술분류주요기술대기업중소기업중소기업참여영역중소기업 참여정도 시스템 공력설계기술, 소형풍력터빈운용기술, 구조해석기술, 소형풍력터빈매칭기술, 설치기술, 타워설계기술, - 라은테크, 하이에너지코리아, 한국신재생에너지, 설텍, 헵시바 소형풍력발전시스템생산 블레이드발전기 소재기술, FRP제조기술, 금형설계기술, 금형가공기술, RTM제조기술발전기설계기술, 기계가공기술, 금형설계기술, 전자기장해석기술, 코깅저감기술 - - 해바람에너지, 유니온텍, 태림 서영테크, 설텍, 태창엔이티, 라은테크 블레이드설계및제조 발전기설계및제조 전력변환장치 MPPT 최적제어기술, 고속스위칭기술, 신호처리기술 - DIK, 설텍, 데스틴파워 전력변환장치및연계장치생산 융복합시스템 DC/AC 커플링기술, 모니터링기술, 마이크로그리드운용기술 한화 S&C 옴니시스템즈, 우진산전 PCS, 전력조절기 해석 SW 유동해석기술, 구조해석기술, 동적응답해석기술 - 마이다스아이티 BEM, FEM, CFD * 중소기업참여정도와점유율은주요제품시장에참여하는중소기업의참여규모와정도 ( 업체수, 비율등 ) 를고려하여 5 단계로구분 ( 낮은단계 :, 중간단계 (,, ) 높은단계 : ) 143

150 에너지공급 - 소형풍력발전기 나. 중소기업기술수요 소형풍력발전기분야내중소기업의기술수요를파악하기위하여중소기업기술수요조사및중소기업청 R&D신청과제 (2013~2015 년 ) 를분석한결과아래표의내용과같은수요들이다수있는것으로분석 소형풍력발전기분야내중소기업은최근융복합시스템기술에다수수요가잇는것으로나타남 풍력발전과태양광발전이결합한융 복합발전시스템개발, 무인등대탈부착형소형풍력발전시스템개발과같은기술이포함되어있으며, 이는최근기술트렌드인융복합기술에관심이높아지고있는추세를반영한것으로분석됨 [ 소형풍력발전기분야과제신청현황및수요조사결과 ] 전략제품기술분류관심기술 시스템 제트관와류를이용한 2.5kW 급소형풍력터빈개발유압구동형소형풍력발전기타워개발 블레이드 기계식피치제어소형풍력발전기블레이드개발수직축소형풍력발전기회전성형기술을활용한 20kW 급수직형소형풍력블레이드개발 발전기 30kW 급고효율, 저소음, 경량화소형풍력에너지용발전기개발 소형풍력발전기 전력변환장치 3KW 급소형풍력발전기용가변입력전압에따른전력변환장치개발소형수직축풍차계통연계형전력시스템 (4kW 급 ) 개발 융복합시스템 풍력발전과태양광발전이결합한융 복합발전시스템개발무인등대탈부착형소형풍력발전시스템연구개발이동통신기지국용안테나결합형소형풍력발전시스템개발 해석 SW IoT 기반소형풍력발전기상태감시및모니터링웹시스템개발 144

151 전략제품현황분석 다. 중소기업핵심기술 (1) 데이터기반요소기술발굴 소형풍력발전기기술의특허및논문데이터검색을통해도출된유효데이터를대상으로데이터마이닝기법 (Scientometrics 기법 ) 을통해클러스터링된키워드의연관성을바탕으로요소기술후보군을도출 소형풍력발전기기술의특허및논문유효데이터를기반으로키워드클러스터링을통하여 12개의요소기술후보군을도출 제품별 dataset 구축 : 소형풍력발전기기술관련특허 / 논문데이터를추출하여노이즈제거후제품별 dataset 구축 1차클러스터링 : 키워드맵을통한고빈도키워드확인-빈도수 (tf-idf) 15) 가상위 30% 에해당하는키워드를대상으로 1차추출 2차클러스터링 : 1차클러스터링에서추출된고빈도키워드사이에서고연관도키워드를 2차추출 ( 고연관도기준은연관도수치 16) 가 2이상인클러스터로제한 ) 다음그림은키워드간연관네트워크를시각화한것으로, 각키워드를나타내는원과키워드간의연관도를나타내는직선으로구성 각키워드가특허와논문중어느데이터에서도출되었는지원의색으로구분하였으며, 키워드로도출된클러스터는황색음영으로표시 키워드를나타내는원은고빈도의키워드일수록원의크기가크게표현되며, 연관도를나타내는선은키워드사이의연관도수치가높을수록굵게표현 소형풍력발전기기술전략제품의특허 논문유효데이터에대하여키워드클러스터링결과를기반으로요소기술도출 데이터기반의요소기술도출은키워드클러스터링을통해도출된요소기술에대하여전문가의검증및조정을통하여요소기술을도출 15) 빈도수 (tf-idf) : 각키워드가출현되는특허또는논문수를의미 16) 연관도수치 : 두개이상의키워드사이의특허또는논문수를의미 145

152 에너지공급 - 소형풍력발전기 [ 소형풍력발전기분야키워드클러스터링 ] [ 소형풍력발전기분야주요키워드및관련문헌 ] No 주요키워드 연관도 수치 관련특허 / 논문제목 클러스터 01 aerogenerator 33~45 1. AEROGENERATOR WITH FREE INTERNAL FLOW ROTOR 2. aerogenerator having means for maintaining vane unit horizontal 3. aerogenerator having rotation support unit for facilitating rotation of roational body 4. method of functioning of aerogenerator 클러스터 02 AEROGENERAT OR, ROLLER BEARING Hybrid wind turbine blade bearing 2. rolling bearing, retainer segment and main shaft supporting structure of aerogenerator 3. double-row tapered roller bearing and spindle supporting structure of aerogenerator 클러스터 03 small wind energy, building 12~26 1. PARTIALLY FLOATING MARINE PLATFORM FOR OFFSHORE WIND-POWER, BRIDGES AND MARINE BUILDINGS, AND CONSTRUCTION METHOD 2. Optimization of power generation from small wind energy in buildings through modular wind collector for cornice for capturing and amplification of the vertical wind component 3. Reducing vibration issues at small vertical- Axis wind turbines on buildings 146

153 전략제품현황분석 No 주요키워드 연관도수치 관련특허 / 논문제목 클러스터 04 induction generator, small signal stability 36~50 1. optimal controller design of a doubly-fed induction generator wind research optimal operation of induction generator in off-grid for small-scale wind power 2. turbine system for small signal stability enhancement 3. maximising output power of self-excited induction generators for small wind turbines 클러스터 05 stator, permanent magnet, core, winding 23~25 1. stator-permanent-magnet reluctance generator using ferrite magnet for small-scale renewable energy generation 2. stator of electric motor, manufacturing method of the stator, and electric motor using the stator 3. coil unit and stator 4. group of three stator windings for stator of electrical machine, stator arrangement, power generator and wind turbine 클러스터 06 transformer Transformer including a contactless signal connection 2. switching transformer 3. amorphous metal transformer having roughly rectangular coil 클러스터 07 small wind energy conversion system, synchronous generator 23~25 1. Optimal control in energy conversion of small wind power systems with permanent-magnet-synchronous-generators 2. Energy capture by a small wind-energy conversion system 3. The integrated design of a permanent-magnet generator for small wind energy conversion system 클러스터 08 aerogenerator, blade 32~43 1. aerogenerator blade tip segment and method of assembly 2. aerogenerator blade and manufacturing method thereof 3. reversible system for dividing aerogenerator blades into several parts 4. Method for increasing operating efficiency of the rotor blade of an aerogenerator (variants) 클러스터 09 wind power generator, gird, frequency 26~48 1. development of a frequency-stabilizing scheme for integrating wind power generation into a small island grid 2. multi-cell operation of a high-frequency isolated dc/ac converter for grid-connected wind generation applications 3. wind turbine control device and method for reducing fluctuation of grid frequency when grid disturbance occurs, and wind turbine generator system thereof 147

154 에너지공급 - 소형풍력발전기 No 주요키워드 연관도 수치 관련특허 / 논문제목 클러스터 10 power conversion system, 18~34 1. A modular converter for converting the electric power produced by aerogenerators, and a wind-power plant that uses said converter 2. Multi-cell operation of a high-frequency isolated DC/AC converter for grid-connected wind generation applications 클러스터 11 vibration controller Reducing vibration issues at small vertical- Axis wind turbines on buildings 2. Small wind turbine tower structural vibration 3. Vibration control apparatus, wind turbine generator and vibration control method 클러스터 12 airfoil ROOT AIRFOIL OF WIND TURBINE BLADE 2. Sensitivity analysis of aerodynamic performance of airfoils used in small wind turbines 3. Design of low noise airfoil with high aerodynamic performance for use on small wind turbines 148

155 전략제품현황분석 [ 소형풍력발전기분야데이터기반요소기술 ] No 요소기술명키워드 요소기술 01 소형풍력발전시스템설계기술 aerogenerator 요소기술 02 소형풍력발전기주베어링설계기술 AEROGENERATOR, ROLLER BEARING 요소기술 03 소형풍력터빈블레이드개발기술 aerogenerator, blade 요소기술 04 풍력발전기용변압기설계기술 transformer, switching power supply 요소기술 05 소형풍력발전기용통합전력변환 / 제어장치개발 small wind energy conversion system, synchronous generator 요소기술 06 진동, 소음방지및저감기술 vibration, noise controller 요소기술 07 풍력발전기의유동해석기술 wind energy modeling, Simulation 요소기술 08 발전기 (Generator) 요소부품기술 power conversion system 요소기술 09 소형풍력터빈건물적용기술 small wind energy, building 149

156 에너지공급 - 소형풍력발전기 (2) 요소기술도출 산업 시장분석, 기술 ( 특허 ) 분석, 전문가의견, 타부처로드맵, 중소기업기술수요를바탕으로로드맵기획을위하여요소기술도출 요소기술을대상으로전문가를통해기술의범위, 요소기술간중복성등을조정 검토하여최종요소기술명확정 [ 소형풍력발전기분야요소기술도출 ] 분류요소기술출처 소형풍력터빈부품및시스템설계기술 소형풍력터빈최적화기술소형풍력터빈설계기술고효율저코깅토크영구자석형동기식발전기의개발기술고효율, 저소음익형설계기술진동, 소음방지및저감기술저소음다중블레이드풍력발전기 전문가추천, 특허 / 논문, 전문가추천 전문가추천, 특허 / 논문, 전문가추천 전문가추천, 특허 / 논문클러스터링 전문가추천, 특허 / 논문클러스터링 전문가추천, 특허 / 논문클러스터링 특허 / 논문클러스터링 소형풍력터빈건물적용기술 특허 / 논문클러스터링 소형풍력터빈제어및전력변환기술 성능평가기술 소형풍력터빈 ESS연계배터리충전및제어회로장치분산전원간마이크로그리드전력변환 ( 안정화 ) 기술로터고속회전제어기능포함하는전력변환장치개발전력변환시스템소형풍력터빈성능평가기술 기술수요, 특허 / 논문클러스터링 기술 / 시장분석, 전문가추천, 특허 / 논문클러스터링 전문가추천, 특허 / 논문클러스터링 특허 / 논문클러스터링, 전문가추천 전문가추천, 특허 / 논문, 전문가추천 150

157 전략제품현황분석 (3) 핵심기술선정 확정된요소기술을대상으로산 학 연전문가로구성된핵심기술선정위원회를통하여중소기업에적합한핵심기술선정 핵심기술선정은기술개발시급성 (10), 기술개발파급성 (10), 단기개발가능성 (10), 중소기업적합성 (10) 을고려하여평가 [ 소형풍력발전기분야핵심기술 ] 분류핵심기술개요 소형풍력터빈최적화기술 소형풍력터빈핵심요소부품간의최적화를통한최대성능구현기술 소형풍력터빈부품및시스템설계기술 소형풍력터빈설계기술 고효율저코깅토크영구자석형동기식발전기의개발기술 고효율및고신뢰성을갖는소형풍력터빈핵심부품및시스템설계기술 소형풍력터빈의초기기동을높이기위한발전기코깅토크저감기술과고효율영구자석형동기식발전기설계및개발기술 진동, 소음방지및저감기술 소형풍력터빈출력시발생되는고유진동수회피기술과소음방지및저감기술 소형풍력터빈 ESS 연계배터리충전및제어회로장치 풍력터빈의출력과제어기능이탑재된배터리 Charger 와 DC 입력을받는 ESS 연계기술 소형풍력터빈제어및전력변환기술 로터고속회전제어기능포함하는전력변환장치개발 발전기 demanded torque 의제어를통한로터회전속도제어기능을포함한고효율전력변환장치기술 전력변환시스템 소형풍력발전기의출력을수용가에요구에따라안정적으로공급하기위한전력변환기술 성능평가기술 소형풍력터빈성능평가기술 다양한형태를갖는소형풍력터빈의출력성능, 내구성, 안전설계, 안전기능등에대한성능평가기술 151

158 에너지공급 - 소형풍력발전기 6. 기술로드맵기획 가. 소형풍력발전기기술로드맵 최종중소 중견기업기술로드맵은기술 / 시장니즈, 연차별개발계획, 최종목표등을제시함으로 써중소기업의기술개발방향성을제시 152

159 전략제품현황분석 나. 연구개발목표설정 로드맵기획절차는산 학 연전문가로구성된로드맵기획위원회를통해선정된핵심기술을대 상으로기술요구사항, 연차별개발목표, 최종목표를도출 [ 소형풍력발전기분야핵심기술연구목표 ] 분류핵심기술기술요구사항 소형풍력터빈최적화기술 용량별최적화기술, 극한하중풍속의증가 연차별개발목표 1 차년도 2 차년도 3 차년도 3kW ClassⅣ 10kW ClassⅢ 20kW ClassⅡ 최종목표 20kW 이상 ClassⅡ 이상 소형풍력터빈부품및시스템설계기술 소형풍력터빈설계기술 고효율저코깅토크영구자석형동기식발전기의개발기술 시스템효율향상, 종단풍속증가 발전기효율증가, 코깅토크저감 30% 20m/s 95% 100kgf c m 32% 23m/s 96% 90kgf cm 35% 25m/s 97% 80kgf cm 35% 이상 25m/s 97% 이상 80kgf cm 이하 (10 kw 발전기기준 ) 진동, 소음방지및저감기술 고유주파수회피및저소음 55dB 50dB 45dB 45dB 이하 소형풍력터빈 ESS 연계배터리충전및제어회로장치 배터리충전효율, 과풍속제어 90% 20m/s 93% 23m/s 95% 25m/s 85% 이상 25m/s 이상 소형풍력터빈제어및전력변환기술 로터고속회전제어기능포함하는전력변환장치개발 용량별제어기능, 종합외형률 10kW ±5% 15kW ±4% 20kW ±3% 20kW 이상 ±3% 이내 전력변환시스템 용량별전력변환시스템, 전력변환효율 10kW 95% 15kW 97% 20kW 98% 20kW 이상 98% 이상 성능평가기술 소형풍력터빈성능평가기술 소형풍력타입별성능평가기술 항력식수직형터빈 다리우스형수직형터빈 하이브리드형터빈 소형풍력타입별성능평가기술보유 153

160 풍력로터허브 전략제품현황분석

161

162 에너지공급 풍력로터허브 풍력로터허브 정의및범위 정의 : 풍력내로터축을연결하는중간구조물로블레이드로부터의공력으로인한하중과회전력을 전달받아그회전축을주축, 증속기, 발전기로전달하는주요시스템 범위 : 로터허브는허브, 3 개의블레이드와연결되는피치 (Pitch) 베어링과링부품, 주축베어링을포함 정부지원정책 풍력발전산업의지속적인성장 이산화탄소저감등친환경정책에대한정부의지속적인정책추진 산업부, 환경부등정부부처의규제완화 중소기업시장대응전략 강점 (Strength) 중공업, 플랜트및조선등경쟁력있는관련산업생태계보유 해상풍력연관산업의글로벌사업수행경험 다수의풍력터빈업체보유기회 (Opportunity) 정부 ( 중앙정부및지자체 ) 의풍력발전에대한사업의지 파리협정으로인해풍력산업발전의새로운동력확보 풍력생태계구축을위한정부의전략적인지원의지 약점 (Weakness) 핵심부품의가격 / 품질경쟁력부족 풍력산업의 Supply Chain 취약및산업구조의불균형 내수시장의한계 단조, 주조분야등후방산업의영세성 원천기술및시스템조합기술의열세위협 (Threat) 중국업체의기술 / 시장지배력강화 핵심부품의공급능력과잉에따른경쟁심화 풍력터빈제조사의사업철수, 구조조정으로시장의불확실성증가 선도기업의인수합병등시장지배력강화에따른기술종속증대 중소기업의시장대응전략 원천기술미흡으로산업기반이취약하나신뢰성향상을통해수출산업육성가능 국내풍력터빈제조사의사업철수로인해시장의불확실성이증가하였으나수출을통해사업다각화노력이필요 156

163 전략제품현황분석 핵심기술로드맵 157

164 에너지공급 풍력로터허브 1. 개요 가. 정의및필요성 풍력터빈의기본원리는날개 (Blade) 에작용하는공기역학적힘으로로터 (Rotor) 가돌아가면서발생하는기계적인운동에너지를발전기를통해전기에너지를생산하는기기로정의 로터 (Rotor) 는날개 (Blade), 허브 (Hub) 및스피너 (Spinner) 의집합체이며풍력에너지를회전운동에너지로변환 * 출처 : Ian Baring Gould", The National Renewable Energy Laboratory [ 나셀내부구성도 ] 풍력터빈은정격용량에따라서소형, 중형및대형으로구분하며, 대형풍력터빈은 1MW이상의풍력터빈이며, 중소형풍력터빈은통상정격용량 1MW이하의풍력터빈으로정의 중소형풍력터빈인 IEC관련회전면적 200m2( 대략 30kW) 미만을소형으로규정하고있지만관습적으로 100kW미만을소형, 100kW ~1MW 범위를중형풍력터빈으로구분 풍력터빈의허브어셈블리는로터블레이드에작용되는힘을 ( 모멘트로 ) 으로변환시키는모듈 / 부품으로허브 (hub), 3개의블레이드와결합되는피치 ( 베어링 ), 링부품등의관련단조부품으로구성 로터허브는풍력블레이드로부터의공력을전달받아회전력을주축으로전달하기때문에허브에가해지는굽힘모멘트로인하여용접법이아닌주조법으로제조하게되며허브를비롯한프레임류의소재는구상흑연주철이주로사용 158

165 전략제품현황분석 증속기를갖는기어타입풍력터빈의경우로터허브는증속기의저속축에연결되어풍력에너지를회전에너지로바꿔주며증속기를갖지않는기어리스풍력터빈의경우에는발전기에바로연결 피치제어시스템은풍력터빈의날개각도를제어하여날개에미치는양력의크기를조절함으로써로터의회전속도를제어하는시스템 피치베어링은날개의경사각 (Pitch) 조절로출력을능동적으로제어하며변화하는풍력하중에대응해최적의출력을나타내야하기때문에정밀성형공정, 가공기술및열처리기술이필요 피치베어링소재는 42CrMo4( 대응규격 : SCM440) 등의기계구조용합금강이주로사용 현재주축베어링은스페이컬롤러베어링이주로사용되며주축베어링의건선성은풍력터빈의신뢰성에큰영향미침 나. 범위 (1) 제품분류관점 제품분류관점으로로터허브는허브본체와 3개의블레이드와연결되는피치베어링, 메인샤프트와연결되는주축베어링, 링부품으로구성 로터허브는소형풍력터빈에적용되는사례는거의없으며대부분중형이상풍력터빈과피치제어방식의풍력터빈에적용 [ 제품분류관점기술범위 ] 전략제품제품분류관점세부기술 구동제어계 로터허브 Hub, Nose Cone, Main bearings, Pitch Brake (Disc, Calipers, Pads, Hoses, Seals, Housing), Pitch Bearings, Lubrication System 159

166 에너지공급 풍력로터허브 (2) 공급망관점 공급망관점으로로터허브는원자재및가공자재공급, 핵심부품설계 / 제작및공급망 (Supply chain) 을포함 로터허브제작에기본기술은뿌리산업에기반을두고있으며핵심요소기술은주조기술, 단조기술, 열처리기술, 정밀기계가공기술등이포함됨 [ 공급망관점기술범위 ] 전략제품공급망관점세부기술 허브 주조기술, 성형해석기술, 정밀기계가공기술, 공작기계설계기술, 강구조물구조해석, 최적화기술, 비파괴시험기술 로터허브 피치베어링 단조기술, 베어링설계기술, 열처리기술, 정밀가공기술 주축베어링 단조기술, 열처리기술, 정밀가공기술 160

167 전략제품현황분석 2. 산업환경분석 가. 산업특징및구조 (1) 산업의특징 로터허브는재료, 소재및가공등에서고부가가치산업에속하며, 이와관련된검사, 분석장비등에관련된산업에서부각되고있지만원천기술및주요가공및정밀단조기술등이부족한상황 풍력터빈의가격경쟁이갈수록치열해지고있기때문에핵심부품에대해서도생산성증대생산시설최적화등을통해제조원가를낮출수있는새로운기술개발이요구되고있으며, 부품단위성능의신뢰성을향상시킬수있는기술개발요구 풍력발전시스템에서핵심부품은부품제작기간및비밀유지때문에세계 Top10 풍력발전시스템제조사중절반이상이블레이드, 기어박스, 발전기, 제어장치를자체제작하고있고, 자체제작체계를구축하지못한터빈제조사들은독립된부품제작사로부터핵심부품을공급받고있는상황 풍력발전산업에신규로진입하는시스템제조사들은기술및경험의확보를위해다수의부품공급사와함께하며, 기존의시스템제조사들은기술및경험의유출을방지하기위해특별계약조건으로다른제조사에게부품공급을불허하는계약을유지 특히피치 (Pitch)/ 요 (Yaw) 시스템중베어링관련기술은매우높은노하우를필요로하며신규부품업체진출이어려운상황 로터허브에사용되는구상흑연주철을이용하여주물제품을생산하는국내업체는대기업과중소기업을합쳐서 500여개업체정도이며생산노하우가높고, 경쟁력을갖추고있으나대부분자동차, 산업기계, 공작기계등의용도로생산납품하고있고풍력산업의성장이미미하여풍력부품산업에진출하지못하는실정 풍력발전용베어링주요공급사들은주로시스템제조사및부품공급업체근처에생산시설을구축하며시스템제조사의새로운기술요구사항및특정모델의수요에신속히대응하고있음 161

168 에너지공급 풍력로터허브 (2) 산업의구조 로터허브의후방산업은단조, 주조, 열처리, 정밀기계가공등뿌리산업에기초를두고있고전방산업은풍력발전시스템과핵심부품의성능평가기술임 국내단조, 주조등뿌리산업은자동차와산업기계분야에단순주문형태로형성되어있어정밀가공을통한고신뢰성을요구하는풍력분야진출에소극적임 국내에서단조품에대한생산기술과가공기술은비교적우수한편이나원천기술이부족하여풍력부품산업에적극적으로진출하지못하는상황 풍력터빈의로터허브는국내중소주철주물업체에서생산할수있는인프라가구축되어있으나시장의불확실성으로일부대기업에서생산하는정도 국내대형공작기계업체들은풍력시장의불확실성과조선경기의침체로전반적으로침체를겪고있음 메인베어링과피치베어링은해외제품에비해신뢰성을통한인지도가낮은상황이기때문에시스템제조사와 Track-record 구축이필요 국내일부유수의기업이수MW급중대형베어링을위탁생산하여해외선진사에납품공급하고있으나자체적인설계능력과성능평가를위한사전검증시험에대한경험이전무하여국산화제작에많은어려움이따르는실정 [ 풍력로터허브분야산업구조 ] 후방산업풍력로터허브분야전방산업 금속소재기술, 풍력로터허브기술, 기어가공기술, 기계가공기술, 경량합금기술, 기계정밀가공기술, 열처리기술 허브, 피치베어링, 링부픔 풍력터빈설계및제조, 성능시험기술, 시험평가기술, 내구성시험측정기술, 풍력터빈 matching 기술 162

169 전략제품현황분석 나. 경쟁환경 세계적으로풍력터빈은평균용량은계속늘어나고있는추세이며생산전력을높이기위해날개의길이도증가하고있는상황 따라서로터의무게와공력하중증가로로터허브자체와로터허브에장착되는주축베어링과피치베어링의크기도크게늘고있는추세 2MW이하의풍력터빈핵심부품은기술성숙및신뢰성향상으로부품공급과잉상태이며, 중국의저가화전략으로경쟁이치열하여가격경쟁력확보가쉽지않음 태웅, 신라정밀, 일진글로벌, 삼현엔지니어링등업체가보유하고있는단조및열처리기술을활용하여피치 / 요베어링을생한하고있으나고신뢰성을요구하는주축베어링을생산하는업체는전무한실정 [ 제품분류별경쟁자 ] 구분 경쟁환경 기술분류허브주축베어링피치베어링 주요품목및기술 주조기술, 단조기술, 정밀가공기술, 열처리기술, 해외기업 Vetstas Casting Group A/S, GmbH, Fonderia, CHL, Torgelow, Lagerwey SKF, NSK Global FAG, Rothe, IMO Rollix, Keydon, Lagerwey SKF, FAG, Rothe, IMO Rollix, Keydon 국내기업 S&T 중공업, 캐스코 - 태웅, 일진글로벌, 신라정밀, 더이엔엠, 에이디텍스, 삼현엔지니어링, 신일 163

170 에너지공급 풍력로터허브 다. 전후방산업환경 국내경기침체로인해전력소비성장세가둔화되고있으며, 전력공급예비율이 2015년 4월 50% 를상회 화력발전설비등대형발전원의잇따른상업운전으로전력예비율이상당수준증가할것으로예상되는상황에서전력소비가둔화됨에따라 7차전력수급기본계획 신재생에너지산업의주도권확보측면에서저유가로인해신재생에너지분야에대한투자가위축될경우산업경쟁력상실우려 국내풍력발전시스템은정부지원하에 700kW급으로부터 5MW 풍력터빈까지대형화달성 국내대기업에서정부지원또는자체개발로 3MW급은인증을완료하여판매가능한수준이나, 5MW급이상시스템은제작사의내부사정으로사업화가능시점예측이어려움 국내시장협소로 Track Record확보에어려움이있어풍력발전의수출산업화에제약으로작용 단조는금속을두드리거나압력을가해변형시키는작업으로전방산업에핵심소재와부품을공급하는기반기술로, 단조제품은풍력터빈핵심부품중반복적인피로하중을받거나과도한하중을받는메인샤프트, 타워플랜지, 피치베어링등에사용 풍력, 자동차, 선박, 기계등전방산업의수요가증가하면단조작업에의한부품주문도함께증가하므로관련산업경기에민감 풍력터빈에사용되는단조품은일정한틀에제약을받지않아대형화에적합한자유단조제품이주류 국내자유단조생산업체들은상위 1~2업체를제외하고조선, 해양플랜트, 석유관련산업플랜트등의경기악화로수익률이떨어지고있음 로터허브의생산공정인주조법은목적하는형상의반대형상공간을갖는주형 ( 틀 ) 을만들고그속에고온의액체금속을주입하여응고시켜형상을얻어내는금속성형법 로터허브의형상이 3차원곡면의복잡한형상을갖기때문에제조및가공이어려워정교한형태로금속부품을높은정밀도로제작할수있는특수주조기술이필요 주물기술업체의중소기업비율은 90% 이상이며, 다품종소량생산형이주류를이루는산업으로서각사업체간의기술편차가심하고제품개발주기가짧아자체기술개발력이취약한편 대부분의주물공장이영세한규모로운영되고있으며 300인미만의업체가점하는비율이 90% 이상이고, 100인미만의업체도 80% 이상이차지하고있어자체개발여건의미형성 국내주물산업은품질, 가격등에서는경쟁력을확보하였지만부품소재를수입에의존하여전반적인주조기술은선진국에비해절대열위임 원자재가격상승과수익률저하로어려움을직면한주물산업은자동차및산업기계관련주조품에서고부가가치항공기및생체재료용주조품의수요증가로신규시장개척을시도하고있는상황 164

171 전략제품현황분석 3. 시장환경분석 가. 세계시장 세계적경기불황과셰일가스혁명으로인한저유가영향으로신재생에너지에대한투자위축우려 2015년 12월유엔기후변화협약당사국총회 195개협약당사국이 2020년이후적용할새로운기후협약으로파리협정을채택 파리협정을통해이산화탄소감축에대해서각국이자율적으로목표를정할수있도록했고, 대신 5년마다상향된목표를제출하였기때문에풍력산업의시장확대의새로운동력으로작용 전세계적으로풍력터빈의신규설치용량은 2014년 50GW를넘어섰고 2015년에는 63GW로 22% 증가하였음 2015년전세계풍력터빈누적설치용량은 432GW에이르며 17% 의성장률을보이고있음 특히중국은전년과마찬가지로 30.8GW의신규풍력터빈이설치되었고유럽연합전체설치된풍력터빈용량과비슷한 145GW이상의풍력터빈이설치되었으며신재생에너지에 1년동안 1000억달러를투자한유일한국가 2014년말까지 1GW이상설치된국가는유럽의 17개국과중국, 인도, 일본및호주와캐나다, 멕시코, 미국, 브라질, 남아프리카를포함하여 26개국임 특히 10GW이상설치된국가는중국 (145GW), 미국 (74GW), 독일 (45GW), 인도 (25GW), 스페인 (23GW), 영국 (14GW), 캐나다 (11GW), 프랑스 (10GW) 임 2015년풍력발전량은 186.3TWh에달했으며이것은총전기생산량에 3.3% 를점유하고있고꾸준히증가할것으로예상 * 자료 Global wind Report Annual Market Update, GWEC 2015 [ 세계풍력터빈연간설치용량 ] 165

172 에너지공급 풍력로터허브 * 자료 Global wind Report Annual Market Update, GWEC 2015 [ 세계풍력터빈누적설치용량 ] 유럽과북미모두 2015년강세를보였으며독일과미국이주도하였고과테말라, 요르단, 세르비아는각각최초로상어발전용풍력발전단지를건설하였고특히남아프리카공화국은아프리카대륙최초로 1GW의설비용량을돌파 2020년까지아시아는풍력시장을주도할것으로예상되며최소한 50% 의성장할것으로예상 유럽의경우 2020년까지꾸준히성장세를유지할것으로예상되지만다양한정책증가에도불구하고시장의불확실성이존재함 미국, 멕시코, 캐나다시장 두강력한정책기반에힘입어높은성장률을보일것으로예상 세계풍력시장은 2015년도기준약 832억달러, 환화로는 97조원 (1달러 1,174원기준 ) 에달하며그중로터허브는주축베어링을포함하여약 2조5천억원의비중을차지 중국이 10억달러규모의시장이형성되었으며미국 (2억9천만달러), 독일 (2억달러), 브라질 (9천4백만달러), 인도 (8천9백만달러) 순으로시장이형성 166

173 전략제품현황분석 * 자료 Global wind Report Annual Market Update, GWEC 2015 [ 2015~2020 년세계풍력시장전망 ] 풍력로터허브의세계시장규모는 2015년기준 1,147 백만달러에달하며, 2020년에는 1,439 백만달러에이를것으로전망 풍력메인 / 피치베어링의세계시장규모는 2015년기준 1,814 백만달러이며, 2020년에는 2,288 백만달러로성장할것으로전망 [ 풍력로터허브분야의세계시장규모및전망 ] 구분 ( 단위 : 백만달러, %) CAGR ('13~'15) 허브 1,147 1,159 1,232 1,304 1,367 1, % 세계시장 메인베어링 1,016 1,032 1,096 1,161 1,217 1, % 피치베어링 , % * 자료 : Global wind Report annual market update, GWEC 2015 * 자료 : 1kW 당 1,322 USD * 자료 : The Economics of wind Energy EWEA 풍력터빈부품별원가비중으로추정 * 자료 : "U.S Offshore Wind Manufacturing and Supply Chain Development" Navigant Consulting ( 피치베어링은피치시스템의 36% 를차지한다고가정 ) 167

174 에너지공급 풍력로터허브 나. 국내시장동향및전망 최근국내풍력시장에대한불확실성으로풍력발전시스템분야에투자했던대기업들의사업포기및철수가이어지면서국내풍력산업의고사위기감고조 풍력부품역시정부지원하에다수의국산화제품이개발되었으나시스템적용실증을통한성능검증및신뢰성확보가이루어지지못하여사업화지연 국내주요풍력터빈제작사의사업구조조정과국내개발부품의사업화지연으로산업계의기술개발투자의지감퇴 환경규제및민원등으로인해인허가가지연되었던육상풍력발전단지에대한사업부및환경부등의협의완료에따라일부단지들에대한인허가완료및건설착수 규제완화에따른육상풍력발전단지건설이이루어지고있으나, 민간발전사업자의경우경제성을우선고려하여유럽산위주풍력터빈수입설치 육상용국산풍력터빈은 2MW급이있으나외산대비가격및성능경쟁력에서열위에있으며 2014년이후계약된육상풍력발전단지는모두 3MW급풍력터빈으로구성 국산 3MW풍력터빈은두산중공업이개발한해상용이유일하나, 유럽산 3MW풍력터빈대비가격및성능모두열위 2016년상반기까지국내풍력터빈설치용량은 898MW이며국산제품이 227기 410MW이고외산제품이 256기 487MW로조사됨 국산제품인현대중공업, 유니슨의점유율이각각 11.3% 와 11% 로많았지만전체적으로국산제품간의점유율편차가크지않은반면외산제품의경우 Vestas가 37.9% 로압도적인점유율을보이고있음 하지만최근 5년간국산점유율은 388MW로 74% 에이르며외산은 26% 에그친것으로조사되었으며이것은발전사업자의 RPS사업, 정부및지자체의국산화의지, 터빈제조사의자체발전사업의영향으로분석 로터허브를비롯하여핵심부품제조사들은전방산업인시스템제조사의설계단계부터협력관계를유지하여제품신뢰성을높이고실증을통해성능개선의노력이필요 168

175 전략제품현황분석 국내풍력터빈점유율현황 최근 5 년간풍력터빈점유율현황 * 자료 : 2016 상반기풍력설비현황 ", 한국풍력산업협회 [ 국내풍력터빈기술점유율현황 ] [ 풍력로터허브분야의세계시장규모및전망 ] 구분 ( 단위 : 백만달러, %) CAGR ('13~'15) 허브 % 국내시장 메인베어링 % 피치베어링 % * 자료 : 2016 상반기풍력설비현황 ", 한국풍력산업협회 * 자료 : 1kW 당 1,322 USD * 자료 : 2005~2015 년까지연평균성장률 23% 를기준으로시장전망예측 * 자료 : The Economics of wind Energy EWEA 풍력터빈부품별원가비중으로추정 * 자료 : "U.S Offshore Wind Manufacturing and Supply Chain Development" Navigant Consulting ( 피치베어링은피치시스템의 36% 를차지한다고가정 ) 169

176 에너지공급 풍력로터허브 다. 무역현황 풍력로터허브기술의공정기술로품목단위의무역현황을분석하는데한계가있어수출품목중열처리장비품목의무역현황을살펴보았으며, 수출량에비하여수입량이급격히감소하는추세 풍력로터허브기술의수출현황은 11년 8억 1,485만달러에서 15년 7억 1,203만달러수준으로감소하였으며, 수입현황은 11년 6억 5,894만달러에서 15년 8,163만달러수준으로증가하였음 최근 5년 ( 11~ 15년) 간연평균성장률을살펴보면수출금액은 -3.3% 로감소하였으며, 수입금액은 5.5% 로증가한것으로나타남 무역특화지수는 11년(0.11) 부터 15년(-0.07) 까지감소한것으로점차국내기업의수출량이감소하고있는것으로나타남 [ 풍력로터허브관련무역현황 ] 구분 ( 단위 : 천 $) CAGR ('11~'15) 수출금액 수입금액 무역수지 814, , , , , % 658, , , , , % 155, ,894 50, ,21-104,312 - 무역특화지수 * * 무역특화지수 = ( 상품의총수출액 - 총수입액 )/( 총수출액 + 총수입액 ) 으로산출되며, 지수가 0 인경우비교우위는중간정도이며, 1 이면완전수출특화상태를말함. 지수가 -1 이면완전수입특화상태로수출물량이전혀없을뿐만아니라수입만한다는뜻 * 자료 : 관세청수출입무역통계 HS-Code(6 자리기준 ) 활용 170

177 전략제품현황분석 4. 기술환경분석 가. 기술개발트렌드 제품의고신뢰성의요구 육상풍력은성장기를지나성숙기초반에위치하여 Global Business Management 역량이중요하게되어기존의풍력전문회사보다는 GE, SIEMENS 등의시장지배력이증가할전망이고, 이들회사의 Global Sourcing 전략에따라제조역량이우수한부품신규진입자들에기회가될전망 풍력터빈의수명은 20년을목표로하고있으며로터허브및부속품들은기대수명을충족하기위한고신뢰성제품을요구하고있음 특히피치베어링, 메인베어링은블레이드와의결합, 메인샤프트와결합되기때문에고장발생시수리비용과발전중단으로손실이크기때문에충분한강도와피로수명확보가필요 로터허브와부속베어링은블레이드에작용하는하중을직접받는부품으로기술적난이도와고장률이높기때문에충분한설계검증을위한성능평가기술이필요 정밀가공장비의대형화 풍력터빈의용량이대형화됨에따라가공장비또한대형화되고있는추세이며정밀도를높이기위한노력이계속되고있는추세 로터허브는풍력의물리적부하, 로터의힘, 토크가점형태로허브에집중되기때문에정밀가공을통한정적, 동적안정성확보가중요 풍력터빈의주요부품에대한정밀가공을위해서는 CNC 보링및밀링, 머시닝센터, CNC 밀링머신과연삭기등대형공작기계의설계및제작기술이필요 국내풍력터빈의불확실한시장은대형공작기계도입등설비투자에부정적인요소로작용 경량화및구조설계기술 풍력터빈의대형화에따라주요핵심부품의경량화에대한요구가계속되고있고운송조립및향후 AS에대한기술적요구사항이늘고있는상황이기때문에이에대한대응요구 구동제어계로터허브는과도한동적응력 (dynamically high stress) 를받는풍력터빈부품으로재료의선정과형상에대한세심한주의가필요하기때문에경량화에따른구조설계기술요구 171

178 에너지공급 풍력로터허브 가격경쟁력확보및중형풍력터빈기술요구 풍력터빈의가격경쟁이갈수록치열해지고있기때문에핵심부품에대해서생산성증대생산시설최적화등을통해제조원가를낮출수있는새로운기술개발이요구 풍력터빈은경제성에따라점점대형화추세이나육상풍력발전설치부지의한계와도서지역에너지자립화를위한중형풍력터빈의수요가늘어날것으로예상되며그에따라신뢰성높은관련핵심부품의개발요구 나. 주요업체별기술개발동향 (1) 해외업체동향 세계 10대풍력터빈용주조제품제조업체는덴마크의 Vestas Casting Group A/S, 독일의 Eisengiesserei CHL Torgelow GmbH, Meuselwilz Guss, 이탈리아의 Fonderia Viegevanese, 중국의 Ningbo Yeong-Shang Casting Iron, Ningbo Riyue Foundry Co. Ltd, Hangzhou Sound Foundry Co. Ltd, 인도의 Patel Alloy Pvt. Ltd 포함 스웨덴의 SKF, 독일의 FAG는풍력터빈에적용되는모든베어링을제작할수있는기술및생산능력을가지고있으며독일의 Rothe Erde와 Liebherr, 프랑스의 Rollix, 미국의 Keydon은요 / 피치사용되는 Slewing 베어링생산 일본의 NTN, Koyo, NSK, 미국의 Timken, 독일의 IMO, 슬로바키아의 PSL, 스페인의 Laulagun, 중국의 Luoyang LYC 등은후발주자로서피치베어링생산 중국의피치베어링생산업체는 Wafangdian, Zhejiang gianma, Daliang, Fang Yang 등이며베어링분야로는신생기업이나중국정부의전폭적인지원으로자국내풍력터빈시스템업체에부품을공급하면서지속적인성장 (2) 국내업체동향 삼현엔지니어링은 2007년베어링전문업체인 ( 주 ) 삼공사와단조품생산업체인현진소재 ( 주 ) 가공동으로설립한법인이며 CNC컨트롤기반의장비를구축해공정자동화를이루었고풍력발전용피치베어링과요베어링을생산하고있음 용현BM은금속소재단조전문기업으로피치베어링, 메인샤프트등을미국의 GE, 베스타스등에수출하고있으며 2016년 6월더이앤엠으로상호를변경 태웅은 GE, Vestas, Enercon 등풍력터빈제조업에메인샤프트, 타워플랜지등단조부품을공급하고있으며최대 Φ9,500mm의요베어링과피치베어링을생산하고있음 172

179 전략제품현황분석 다. 기술인프라현황 2016년한국에너지기술연구원제주글로벌연구센터에서는한국에너지공단기반구축산업을통하여기존소형풍력성능평가단지와더불어중형풍력성능평가단지조성및인프라를구축 정부에서는 2011년 ~2013년까지 3년간 480억원을지원하여동안신재생에너지기업이태양광, 풍력등의부품소재및신기술을시장에본격적으로출시하기전제품성능과신뢰성, 성공가능성등을시험실증을통해확인할수있는테스트베드구축사업을추진 전남테크노파크는국제평가규정에적합한풍력시스템테스트베드를영광군백수읍일원에구축하고전용송전선로와기상측정 ( 풍속, 풍향, 온도, 습도, 대기압 ) 장치와 120m 기상탑이설치되어있음 한국기계연구원부설재료연구소는풍력기계류피로시험기, 풍력블레이드및나셀재료인장시험시스템과비파괴검사시스템을갖추고국내외풍력기계류부품공인성능평가가가능해짐 한국생산기술연구원은대형구조물의 3차원정밀측정장비와 5MW 풍력터빈의요 / 피치시스템의시험평가및내구성분석장비를보유함으로써국내외최대용량의베어링시스템공인신뢰성평가가가능하게됨 한국전기연구원은풍력터빈성능시험을위한다이나모메타를구축하였으며 LVRT 시험장치및종 합제어계측장비를보유, 구축장비를활용하여풍력발전기및인버터의성능시험을수행 한국산업기술시험원은중대형항온항습장비, 염수분무시험기, 분진시험기등풍력부품의내환경시험장비를구축하고평가기술역량을강화하고있음 경상대학교는시험평가용풍력부품제작괘속조형기와풍력부품운전성능시험평가용송풍기시스템을구축하고 1~10kW이하소형풍력터빈은직접시험평가를하고 MW풍력터빈은축소시험평가를할수있는시스템을구축 173

180 에너지공급 풍력로터허브 제품명장비구축기관용도사진 대형 3 차원측정기 ( 접촉식 ) 한국생산기술연구원 국내외최대용량의풍력부품공인신뢰성평가국내풍력산업의국제규격에부함하는제품양산지원풍력부품의정밀치수측정을통한신뢰성평가및역설계측정범위 : 6,000(x) 7,000(y) 3000(z)mm 측정오차 : MPE_E = (7.5+L/200) μm 피치 / 요시스템성능및내구성시험 한국생산기술연구원 국내외최대용량의베어링시스템공인신뢰성평가 5MW 급해상용풍력발전피치 / 요시스템성능 / 내구성시험 Maximum Moment : 25MNm Maximum Force : 7MN Maximum Bearing Size : Φ 5m 풍력블레이드 / 나셀비파괴검사시스템 한국기계연구원 블레이드및나셀재료시험저 / 진행중 / 후의내부결함검출블레이드및나셀재료인증관련기초데이터제공초음파센서 (1MHz) 환경시험챔버 한국산업기술시험원 중대형풍력부품환경시험고온저장시험, 저온저장시험, 온습도사이클시험온도범위 : (-65 ~85) 습도범위 : ( 10~95)% R.H. 내부용량 : 14.1m (W H D cm) 174

181 전략제품현황분석 라. 특허동향분석 (1) 연도별출원동향 풍력로터허브기술의지난 7년 ( 10~ 16) 간출원동향 17) 을살펴보면 2012년이후로감소하는추세를보임 국가별출원비중을살펴보면미국이 47.8% 로최대출원국으로풍력로터허브기술을리드하고있는것으로나타났으며, 유럽 25.5%, 한국 16.1%, 일본 10.5% 순으로특허점유 [ 풍력로터허브분야연도별출원동향 ] 17) 특허출원후 1 년 6 개월이경과하여야공개되는특허제도의특성상실제출원이이루어졌으나아직공개되지않은미공개데이터가존재하여 2015, 2016 년데이터가적게나타나는것에대하여유의해야함 175

182 에너지공급 풍력로터허브 (2) 국가별출원현황 풍력로터허브분야에대한해외특허주요출원인의출원현황을살펴보면, 전체적으로미국특 허의비중이높고유럽과미국국적의출원인의활동이두드러지는것으로분석 미국의경우미국, 유럽및일본국적출원인이다양하게나타나고있으며, 미국기업인 GENERAL ELECTRIC 이최상위출원인으로도출 유럽의경우에는 GENERAL ELECTRIC 이최상위출원인으로나타났으며, 그다음으로는독일기업인 SIEMENS 가도출 한국과일본의출원현황을살펴보면, 전체적으로감소추세를보이며주로내국인에의하여출원이주도되는경향을보임 [ 국가별출원현황 ] 176

183 전략제품현황분석 (3) 투입기술및융합성분석 풍력로터허브분야의투입기술을확인하기위하여특허분류코드인 IPC Code 18) 를통하여살펴본결과풍력로터허브분야의가장높은 IPC는 F03D 기술분야가 749건으로가장많이차지하고있으며, 이어서 H02K가 54건, F01D가 32건으로다수를차지 이외에 F16C 22건, F04D 18건, F16H 13건, H02P 12건, B64C 9건, F03B 9건, G01M 7건순으로기술이투입되어있어풍력로터허브분야에다양한기술이융합되어존재 더불어해당 IPC의특허인용수명을살펴보면 F03B 기술분야의수명이 11년으로가장긴것으로나타났으며, F03D과 H02K, H02P 기술분야는 7년으로가장짧은것으로분석 [ 풍력로터허브분야상위투입기술 ] IPC 기술내용특허인용수명 (TCT) 19) F03D 풍력원동기 7 년 H02K 발전 - 전기기계 8 년 F01D 비용적형의기계또는기관 9 년 F16C 축 ; 휨축 ; 신축성있는덮개에서움직임을전동하기위한기계적수단 ; 크랭크축기구의요소 ; 중심축 ; 추축연결 ; 전동장치, 연결장치, 클러치또는제동장치요소이외의회전체요소 ; 베어링 9 년 F04D 비용적형펌프 9 년 F16H 전동장치 7 년 H02P 전동기, 발전기, 회전변환기의제어또는조정 ; 변압기또는리액터또는초크코일의제어 7 년 B64C 비행기 ; 헬리콥터 11 년 F03B 액체용기계또는기관 11 년 G01M 기계또는구조물의정적또는동적평형시험 ; 달리분류되지않는구조물또는장치의시험 8 년 18) 전세계적으로통용되고있는국제특허분류 (IPC: International Patent Classification) 를통해특허정보기술분야에서공지기술을조사할수있으며, 기술및권리정보에용이하게접근가능 19) 특허인용수명지수는후방인용 (Backward Citation) 에기반한특허인용수명의평균, Q1, Q2( 중앙값 ), Q3 에대한통계값을제시함. 특히이와같이산출된 Q2 는 TCT(Technology Cycle Time, 기술순환주기또는기술수명주기 ) 라고부름 177

184 에너지공급 풍력로터허브 투입기술이가능많은 F03D 분야와융합이높게이루어진기술은 B23P 분야로나타났으며, H02P, B66C 분야와도나타융합된기술의건수가높은것으로분석 이외에 H02K 분야와융합된기술은 F03D, F04B, F01C 분야와융합된기술이많은것으로나타났으며, F01D 분야와융합된기술은 F03D, F03B, F16C 기술로분석 [ 풍력로터허브분야 IPC 기술및융합성 ] (4) 주요출원인분석 세계주요출원인을살펴보면주로유럽의출원인이다수의특허를보유하고있는것으로조사 최상위출원인인미국기업의 GENERAL ELECTRIC과차상위출원인인독일기업의 SIEMENS는풍력로터허브기술에대해서다수의출원을잔행하고있는것으로나타났으며, 이들은주로다국적기업으로다양한국가에출원활동을진행하는것으로확인됨 한국출원인으로는삼성중공업이상위출원인으로나타나풍력로터허브관련기술을다수보유 가장많은특허를보유하고있는 GENERAL ELECTRIC의 3극패밀리수가 121건으로다국적으로시장을확보하며출원을하고있는것으로보이며, 덴마크기업인 VESTAS WIND SYS도 67건으로다국적시장을확보 178

185 전략제품현황분석 덴마크기업인 VESTAS WIND SYS 이확보한특허의피인용지수가 2.56 로가장높게나타나 기술의파급성이높은원천기술을다수보유하고있는것으로분석됨 [ 주요출원인의출원현황 ] 주요 IP 시장국 ( 건수 %) 3 극 주요출원인 국가 한국미국일본유럽 IP 시 장국 종합 패밀리수 ( 건 ) 피인용 지수 주력기술분야 GENERAL ELECTRIC 미국 % 73% 0% 27% 미국 풍력터빈설비및모니터링기술 SIEMENS 독일 % 45% 4% 51% 유럽 풍력터빈설비및모니터링기술 VESTAS WIND SYS 덴마크 % 69% 0% 31% 미국 풍력터빈설계및제조 MITSUBISHI HEAVY IND 일본 % 24% 24% 37% 유럽 17 2 풍력터빈용베어링설계기술 ENVISION ENERGY 덴마크 % 36% 11% 47% 유럽 풍력터빈설계및제조 HITACHI 일본 % 16% 64% 20% 일본 구동축설계기술 SSB WIND SYS 독일 % 48% 5% 14% 미국 풍력발전기의내구성측정장치 삼성중공업 한국 % 0% 0% 0% 한국 18 0 풍력발전기의로터제어시스템 TOSHIBA 일본 % 27% 36% 18% 일본 풍력발전장치제어 LM WIND POWER 덴마크 % 27% 0% 73% 유럽 11 2 풍력터빈설계및제조 179

186 에너지공급 풍력로터허브 (5) 국내출원인동향 국내출원인동향을살펴보면대기업은삼성중공업의출원건수가가장높게나타났으며, 중소기업에서는주식회사가온솔루션의출원건수가높게나타남 대기업의주요출원인은삼성전자, 효성, 현대산업개발등이있으며, 중소기업의주요출원인은파워이에프씨, 승화이엔씨, 지에이등이주요출원인인것으로나타남 기업이외의주요출원인을살펴보면한국기계연구원, 한국건설기술연구원, 포항산업과학연구원등연구소 / 공공기관의출원이다수나타났으며, 대학은울산대학교, 전북대학교, 부산대학교의출원이높은것으로분석됨 [ 국내주요출원인의출원현황 ] 180

187 전략제품현황분석 5. 중소기업환경 가. 중소기업경쟁력 주조기술과대형정밀기계기술을기반으로하는로터허브제조업체는대기업이주를이루고있으며중소기업은국내풍력시장의불확실성과원천기술부족으로진입하지못하고있음 국내우수한단조기술을보유하고있는중소기업들이요베어링과피치베어링을주로생산하고있으나부가가치가높은주축베어링은일부 R&D로기술개발을시도하였으나사용화되지못함 [ 풍력로터허브분야중소기업현황 ] 기술분류주요기술대기업중소기업중소기업참여영역중소기업참여정도 로터허브 주조기술, 정밀가공기술 S&T 중공업, 캐스코 로터허브제작및가공 피치베어링 단조기술, 정밀가공기술, 열처리기술 - 일진글로벌, 신라정밀, 더이엔엠, 에이디텍스, 삼현엔지니어링, 신일 피치베어링설계, 제조, 가공 * 중소기업참여정도와점유율은주요제품시장에참여하는중소기업의참여규모와정도 ( 업체수, 비율등 ) 를고려하여 5 단계로구분 ( 낮은단계 :, 중간단계 (,, ) 높은단계 : ) 181

188 에너지공급 풍력로터허브 나. 중소기업기술수요 풍력로터허브분야내중소기업의기술수요를파악하기위하여중소기업기술수요조사및중소기업청 R&D신청과제 (2013~2015 년 ) 를분석한결과아래표의내용과같은수요들이다수있는것으로분석 풍력로터허브분야내중소기업은최근풍력터빈과관련된기술에다수수요가있는것으로조사됨 풍력발전기용고속축연결커플링개발, 저풍속, 저소음, 고효율수직형풍력터빈개발, 기계식피치제어소형풍력발전기블레이드개발, 피치제어형수평축풍력발전시스템개발과같은기술이포함되어있는것으로확인됨 [ 풍력로터허브분야과제신청현황및수요조사결과 ] 전략제품기술분류관심기술 로터허브 풍력발전기로터개발풍력발전기용고속축연결커플링개발저풍속, 저소음, 고효율수직형풍력터빈개발스크류형블레이드를이용한수평축풍력터빈설계및제작제트관와류를이용한 2.5kW 급소형풍력터빈개발 풍력로터허브 피치베어링 기계식피치제어소형풍력발전기블레이드개발낮은 cut-in 풍속과대칭형에어포일블레이드를이용한 3kW 급피치제어형수평축풍력발전시스템개발 182

189 전략제품현황분석 다. 중소기업핵심기술 (1) 데이터기반요소기술발굴 풍력로터허브기술의특허및논문데이터검색을통해도출된유효데이터를대상으로데이터마이닝기법 (Scientometrics 기법 ) 을통해클러스터링된키워드의연관성을바탕으로요소기술후보군을도출 풍력로터허브기술의특허및논문유효데이터를기반으로키워드클러스터링을통하여 12개의요소기술후보군을도출 제품별 dataset 구축 : 풍력로터허브기술관련특허 / 논문데이터를추출하여노이즈제거후제품별 dataset 구축 1차클러스터링 : 키워드맵을통한고빈도키워드확인-빈도수 (tf-idf) 20) 가상위 30% 에해당하는키워드를대상으로 1차추출 2차클러스터링 : 1차클러스터링에서추출된고빈도키워드사이에서고연관도키워드를 2차추출 ( 고연관도기준은연관도수치 21) 가 2이상인클러스터로제한 ) 다음그림은키워드간연관네트워크를시각화한것으로, 각키워드를나타내는원과키워드간의연관도를나타내는직선으로구성 각키워드가특허와논문중어느데이터에서도출되었는지원의색으로구분하였으며, 키워드로도출된클러스터는황색음영으로표시 키워드를나타내는원은고빈도의키워드일수록원의크기가크게표현되며, 연관도를나타내는선은키워드사이의연관도수치가높을수록굵게표현 풍력로터허브기술전략제품의특허 논문유효데이터에대하여키워드클러스터링결과를기반으로요소기술도출 데이터기반의요소기술도출은키워드클러스터링을통해도출된요소기술에대하여전문가의검증및조정을통하여요소기술을도출 20) 빈도수 (tf-idf) : 각키워드가출현되는특허또는논문수를의미 21) 연관도수치 : 두개이상의키워드사이의특허또는논문수를의미 183

190 에너지공급 풍력로터허브 [ 풍력로터허브분야키워드클러스터링 ] 184

191 전략제품현황분석 [ 풍력로터허브분야주요키워드및관련문헌 ] No 주요키워드 연관도 수치 관련특허 / 논문제목 클러스터 01 ASSEMBLY, WIND TURBINE 4~5 1. ASSEMBLY FOR EXTRACTING THE ROTATIONAL ENERGY FROM THE ROTOR HUB OF THE WIND TURBINE OF A WIND TURBINE SYSTEM 2. Assembly Method of Wind Power Generation System 3. PLATFORM ASSEMBLY FOR A WIND TURBINE TOWER 클러스터 02 MONITORING SYSTEM, WIND TURBINE 3 1. MONITORING SYSTEM FOR WIND TURBINE BLADE AND MONITORING METHOD USING THE SAME 2. Health and usage monitoring system for wind turbine 3. SYSTEM AND METHOD FOR MONITORING WIND TURBINE LOADING 클러스터 03 connection, rotor blade, rotor hub 32~35 1. Connection of wind turbine blade to rotor hub 2. ROTARY CONNECTION OF A ROTOR BLADE TO THE ROTOR HUB OF A WIND ENERGY PLANT 3. Device for spacing a hub flange and a blade flange, system comprising a rotor hub, a rotor blade and a device for spacing and method of installing a rotor blade on a rotor hub 클러스터 04 design, shaft, wind turbine 8~13 1. Modeling and optimal design of small HAWT blades for analyzing the starting torque behavior 2. A WIND TURBINE AND A SHAFT FOR A WIND TURBINE 3.Innovative design of electricity power plant using double shaft vertical wind turbine 클러스터 05 Rotating Speed, Control, wind turbine. torque A Rotating Speed Controller Design Method for Power Leveling by Means of Inertia Energy in Wind Power Systems 2. System and Method for Controlling Speed and Torque of a Wind Turbine During Post-Rated Wind Speed Conditions 3. Direct torque control for variable speed constant frequency brushless doubly-fed wind power generator 클러스터 06 tower, vibration, resonance 4~5 1. Vibration monitoring by gaussian process regression for wind turbine towers 2. Control strategy to avoid tower resonance for two-blade variable-speed wind turbine 클러스터 07 control, output, load, wind turbine 7~13 1. LOAD CONTROL SYSTEM AND METHOD FOR WIND TURBINE 2. Variable input synchronous output drivetrain for wind turbine 3. Output power curtailment control of variable-speed variable-pitch wind turbine generators 4. Torque limiting coupling for wind turbine 185

192 에너지공급 풍력로터허브 No 주요키워드 연관도 수치 관련특허 / 논문제목 클러스터 08 BEARING, WIND TURBINE 8 1. BEARING UNIT OF A WIND TURBINE 2. Main bearing for a wind turbine 3. Bearing currents in wind turbine generators 클러스터 09 variable speed, control METHOD OF CONTROLLING A VARIABLE SPEED WIND TURBINE GENERATOR 2. Variable speed direct drive wind controller for a rim driven wind turbine 3. Intelligent control of a large Variable speed Wind turbine Variable speed wind turbine having a constant speed generator 클러스터 10 vibration Method for reducing vibrations in wind turbines and wind turbine implementing said method 2. Wind turbine blade with damping element for edgewise vibrations 3. Hybrid device for vibration control 186

193 전략제품현황분석 [ 풍력로터허브분야데이터기반요소기술 ] No 요소기술명키워드 요소기술 01 구동축회전속도제어기술 Rotating Speed, Control, wind turbine. torque 요소기술 02 블레이드 / 로터허브결합기술 connection, rotor blade, rotor hub 요소기술 03 구동축설계기술 design, shaft, wind turbine 요소기술 04 구동계가변속제어기술 variable speed, control 요소기술 05 타워진동및공진회피기술 tower, vibration, resonance 요소기술 06 블레이드진동계측및제어기술 vibration 요소기술 07 풍력발전시스템조립기술 ASSEMBLY, WIND TURBINE 요소기술 08 구동축계동적해석기술 Dynamic analysis 요소기술 09 운전감시및진단기술 MONITORING SYSTEM, WIND TURBINE 187

194 에너지공급 풍력로터허브 (2) 요소기술도출 산업 시장분석, 기술 ( 특허 ) 분석, 전문가의견, 타부처로드맵, 중소기업기술수요를바탕으로로드맵기획을위하여요소기술도출 요소기술을대상으로전문가를통해기술의범위, 요소기술간중복성등을조정 검토하여최종요소기술명확정 [ 풍력로터허브분야요소기술도출 ] 분류요소기술출처 설계및해석기술 풍력터빈용베어링설계기술구동축설계기술구동축계동적해석기술구동축회전속도제어기술 특허 / 논문클러스터링 기술 / 시장분석, 기술수요, 특허 / 논문클러스터링, 전문가추천 기술 / 시장분석, 전문가추천 기술 / 시장분석, 기술수요, 전문가추천 블레이드 / 로터허브결합기술 특허 / 논문클러스터링 타워진동및공진회피기술 풍력터빈로터허브경량화기술및진동저감기술 기술수요, 특허 / 논문클러스터링 기술수요, 특허 / 논문클러스터링 로터허브제작정밀가공기술 기술 / 시장분석, 전문가추천, 특허 / 논문클러스터링 로터허브제조기술 베어링제작기술 전문가추천, 특허 / 논문클러스터링 대형단조품제조기술 기술 / 시장분석, 전문가추천 블레이드진동계측및제어기술 기술수요, 특허 / 논문클러스터링 모니터링기술 운전감시및진단기술 기술 / 시장분석, 기술수요, 전문가추천 188

195 전략제품현황분석 (3) 핵심기술선정 확정된요소기술을대상으로산 학 연전문가로구성된핵심기술선정위원회를통하여중소기업에적합한핵심기술선정 핵심기술선정은기술개발시급성 (10), 기술개발파급성 (10), 단기개발가능성 (10), 중소기업적합성 (10) 을고려하여평가 [ 풍력로터허브분야핵심기술 ] 분류핵심기술개요 풍력터빈용베어링설계기술 풍력발전기에는크게주베어링, 피치베어링, 요베어링이사용되며이에대한설계기술 설계 및 해석기 술 구동축설계기술 로터허브로부터전달되는회전력을기어박스또는발전기등으로전달하기위한기계구성품설계기술 구동축계동적해석기술 회전장치및기타요소에의해발생하는진동에의한공진발생을피하기위해서필요한동적해석기술 풍력터빈로터허브경량화기술및진동저감기술 풍력터빈로터허브경량화에따른진동발생을저감하는기술 로터허브제조기술 로터허브제작정밀가공기술 베어링제작기술 대형주조품인로터허브및부속품의조립성을높이기위한정밀가공기술 풍력발전기에사용되는베어링은대형베어링이사용되며이에대한가공기술과표면처리기술등제작기술 대형단조품제조기술 대형단조품을제조하가위한금형제작및성형기술 모니터링기술 운전감시및진단기술 정기적인측정과분석을통해진동, 층격등풍력터빈기기들의상태를관찰함으로써보수정비에대한과학적인판단을내리고, 기기의상태를감시할수있는기술 189

196 에너지공급 풍력로터허브 6. 기술로드맵기획 가. 풍력로터허브기술로드맵 최종중소 중견기업기술로드맵은기술 / 시장니즈, 연차별개발계획, 최종목표등을제시함으로 써중소기업의기술개발방향성을제시 190

197 전략제품현황분석 나. 연구개발목표설정 로드맵기획절차는산 학 연전문가로구성된로드맵기획위원회를통해선정된핵심기술을대 상으로기술요구사항, 연차별개발목표, 최종목표를도출 [ 풍력로터허브분야핵심기술연구목표 ] 분류핵심기술기술요구사항 연차별개발목표 1 차년도 2 차년도 3 차년도 최종목표 풍력터빈용베어링설계기술 베어링수명향상 130,000hr 140,000hr 150,000hr 150,000hr 이상 설계및해석기술 구동축설계기술 용량별구동축설계 3MW 5.5MW 6MW 6MW 이상 구동축계동적해석기술 용량별구동축계동적해석 3MW 5.5MW 6MW 6MW 이상 풍력터빈로터허브경량화기술및진동저감기술 기존제품대비경량화비율 5% 7% 10% 10% 이상 로터허브제작정밀가공기술 용량별정밀가공기술 3MW 5.5MW 6MW 6MW 이상 로터허브제조기술 베어링제작기술 용량별주베어링, 피치베어링, 요베어링제기술 3MW 5.5MW 6MW 6MW 이상 대형단조품제조기술 용량별단조품제조기술 3MW 5.5MW 6MW 6MW 이상 모니터링기술 운전감시및진단기술 풍력발전단지모니터링 김시센서및알고리즘개발 다채널상태감시장치및안정화 상태감시및진단예보기술 풍력터빈상태감시및진단예보기술보유 191

198 폐기물고형연료 전략제품현황분석

199

200 폐기물고형연료 정의및범위 가연성폐기물을연료로서활용이가능하도록건조, 압축, 분쇄 / 파쇄등다양한방법을통해품질 / 등급기준에적합한고형연료로제조하는기술을의미 생활폐기물, 폐플라스틱, 폐타이어, 폐목재등다양한폐기물재료의수집기술및전처리기술, 고형연료생산공정및시스템기술, 폐기물에의해제조된고형연료의에너지전환효율향상에관련된기술등의내용을포함정부지원정책 폐자원및바이오매스에너지대책 에의해폐자원의고형연료화등각종에너지화시설확충으로 2020년폐자원에너지화 1,169 만톤 / 년달성 (2009.5) 제4차신재생에너지기본계획 에서 2035년 1차에너지의 11% 를신재생에너지로공급. 이중폐기물에너지 29.2%, 바이오에너지 18% 비중 (2014.9) 2030년온실가스감축목표 37% 달성대책으로탄소중립인바이오매스및폐기물고형연료활용으로화석연료온실가스배출량감축 (2015.6) 중소기업시장대응전략 강점 (Strength) 상대적으로우수한생활폐기물분리수거체계및고열량폐기물발생증가 폐기물에너지화기술중에서완성도와경제성이가장높은기술 발전, 냉 난방, 건조, 열분해, 가스화, 온수 스팀공급등다양한응용범위 정부의신재생에너지장기보급계획을충족시킬수있는가장유력한방안기회 (Opportunity) 화석연료가격의불안정및도입비용증가에의해대체연료로수요증가 RPS 제도및온실가스배출권거래제의도입으로고형연료이용확대 정부의적극적인신재생에너지보급및폐기물에너지자원화확대정책 중국, 동남아, 중동등의새로운시장형성및세계폐기물에너지화시장급격성장 약점 (Weakness) 폐기물특성에의한불균일한규격및품질, 계절별특성변화 폐기물고형연료제조및이용과정에서발생할수있는 2차공해문제 대규모환경친화적이용기술및고부가이용을위한핵심원천기술부족 타산업에비해상대적으로협소한국내시장및폐기물관련업계의영세성위협 (Threat) 가스및액체등고급연료선호경향증가, 분진발생많은고체연료사용기피 한정된국내가연성폐기물을대상으로재활용, 열분해및가스화기술과경쟁 상대적으로미미한대기업기술개발노력및중소기업의핵심기술개발능력부족 국제환경시장의경쟁심화, 선진국의고효율설비우위선점및우수기술출현 중소기업의시장대응전략 기술개발및사업경험에서확보된 know-how 및응용기술을기반으로설비의성능향상및신뢰성구축, 시장경쟁력확보하여해외글로벌시장진출가능 미활용폐기물을이용한고형연료의품질향상, 폐기물에너지의고부가화 고효율전환공정및설비의기술개발을통한산업경쟁력제고및신규시장접근

201 핵심기술로드맵

202 1. 개요 가. 정의및필요성 가연성폐기물을건조, 파쇄 분쇄, 성형등의다양한방법을이용하여연료로사용할수있도록고체상태로제품화하는프로세스 폐기물고형연료 (SRF: Solid Refuse Fuel) 는생활폐기물, 폐합성수지및섬유류, 폐고무류, 폐타이어, 폐목재, 폐지류, 농축산폐기물, 식물성잔재물, 초본류폐기물등의가연성고체폐기물을원료로함. 선별및건조과정에서불연성성분및수분등을제거한후비성형또는압축성형하여생산된고체연료 각종유기성폐기물을건조, 파쇄및분쇄, 분리, 혼합, 압축등다양한방법을통해연료로사용이가능하도록품질 / 등급기준에적합한고형연료를제조하며, 폐기물의수집및전처리과정, 고형연료를생산하기위한다양한공정기술을포함 * 자료 : 한국폐기물협회자료가공 [ 폐기물고형연료제조공정 ] 폐기물고형연료는산업용보일러, 화력발전, 지역냉난방등산업용연료또는건물냉난방및급탕, 농축산시설난방등의생활용연료로다양하게활용 국내의경우 2003년폐플라스틱고형연료 (RPF: Refuse Plastic Fuel) 형태로처음도입되었으며, 2006년원주시에건설된 80 톤 / 일규모의생활폐기물고형연료생산시설을시작으로다양한형태의고형연료가개발되어국내에보급 부산생곡매립장의 900톤의생활폐기물로부터 500톤 / 일의 SRF 생산, 포항시 270톤 / 일, 대구 380톤 / 일등대형 SRF 생산및이용설비가가동또는건설중 정부의폐기물에너지자원화정책에의해시장수요가지속적으로성장 정부는폐자원에너지화대책, 폐금속자원재활용대책, 친환경음식문화조성및음식물쓰레기줄이기종합대책, 제1차자원순환기본계획등자원순환분야 4개대책등을통해폐기물에너지의보급및비전을제시하고있으며, 이에따라폐기물에너지관련사업의다양한지원이이어지고있는추세 폐기물고형연료는초기투자비용이큰폐기물액체또는기체연료화기술에비해상대적으로경제성이우수하며일반적인소각방법에비하여수송성, 저장성, 연소안정성이우수하여기존소각시설의폐열활용시발생하는많은문제점을해소할수있음 폐기물에너지는신재생에너지보급량기여도에있어서 68% 수준으로수위를차지하고있어국 196

203 전략제품현황분석 가신재생에너지보급및온실가스감축정책에서매우중요한위치를차지하고있음. 경제성이더욱우수하고신뢰성높은폐기물고형연료제조기술을확보하여국가정책에기여하고해외수출산업화를도모하기위하여핵심요소기술의지속적인 up-grade 연구개발필요 * 자료 : 한국폐기물협회자료 [ 대표적인성형 SRF 제조설비 ] 나. 범위 (1) 제품분류관점 폐기물고형연료는유기성폐기물을원료로건조, 파쇄 분쇄, 분리 선별등의물리적또는기 계적조작에의해이물질과수분을제거하는분리기술및연료로서가치를높이기위한성형기 술로크게구분 ( 기술분류관점 ) 물리적또는기계적조작에의해수분및유해성분의함량을고형연료규격에제시된기준이하로낮추는건조기및분리 선별설비와적절한발열량및형태를유지하기위한가공설비가포함됨. 또한공정에서발생하는악취및분진등의발생을억제하는설비, 화재및안전설비가포함 파쇄기 Trommel 분리장치 Belt Dryer Rotary Drum 건조기 Screw-dies 성형기 Ring-dies 성형기 * 자료 : 한국폐기물협회자료 [ 폐기물고형연료제조설비 ] 197

204 에너지공급 폐기물고형연료 [ 제품분류관점기술범위 ] 전략제품제품분류관점세부기술 파쇄및분쇄기술 절단날, 스크린, 과부하방지장치등 분리 선별기술 풍력, 자력, 진동력 (Trombel), 적외선분리기등 건조기술 열풍공급기, 로타리드럼건조기, 유동층건조기, 집진기, 소화장치등 폐기물 고형 연료 성형기술 탈취기술 Ring-dies, Flat-dies, Extruder 등 소각, 열분해, 흡착, 세정기, 바이오필터등 탈진기술 원심분리기, 백필터, 세정기 이송기술 컨베이어, 크레인 방화 안전기술 환기장치, 소화장치, 감시장치 고형연료는성형또는비성형상태로제조되어열또는전기를생산하는유틸리티공급설비에서 기존의화석연료를대체하여사용되며, 가스등다른에너지원으로전환하는가스화공정의원료 로사용되기도함 [ 폐기물고형연료의분류관점의범위 ] 대분야중분야세부제품 고형연료제조 SRF ( 일반고형연료제품 ) Bio-SRF ( 바이오고형연료제품 ) 성형, 비성형성형, 비성형 폐기물고형연료 고형연료이용 연소기술전용및혼소시설 스토커연소로, 유동층연소로, 순환유동층연소로, 로타리킬른연소로, 시멘트소성로, 열병합발전시설, 지역난방시설, 화력발전시설, 산업용보일러, 기타이용시설가스화이용시설, 제철소로 * 자료 : 화학경제연구원 2016 년폐기물에너지활용방안 국내고형연료제품의품질기준은 자원의절약과재활용촉진에관한법률시행규칙 [ 별표 7] 고형연료제품의품질기준 에의해일반고형연료제품 SRF와바이오고형연료제품 Bio-SRF로 1차분류되며, 각각비성형또는일정한형태로가공된성형제품으로세분류. 최근해외에서제조된고형연료수입증가로수입제품에대해서는별도저위발열량기준제시 SRF는지정폐기물이아닌생활폐기물, 폐합성수지류, 폐합성고무류, 폐고무류, 폐타이어등일반가 198

205 전략제품현황분석 연성고형폐기물로부터생산되며, Bio-SRF는폐지류, 농업폐기물, 폐목재류, 식물성잔재물및초본류등바이오매스를원료로하여바이오매스함량이 95% 이상 고형연료제품의제조및사용시설에대한대기오염물질배출시설로서정의및대기오염물질배출허용기준은 대기환경보전법시행규칙 [ 별표 3] 대기오염물질배출시설 및 [ 별표 8] 대기오염물질의배출허용기준 에구체적으로제시 [ 폐기물고형연료의제품분류 ] 구분 모양및크기 단위 mm SRF (Solid Refuse Fuel) Bio-SRF (Biomass-Solid Refuse Fuel) 성형 비성형 성형 비성형 직경 50 이하 직경 50 이하 직경 50 이하 직경 120 이하 길이 100 이하 길이 50 이하 길이 100 이하 길이 120 이하 수분 wt.% 10 이하 25 이하 10 이하 25 이하 저위발열량 kcal/kg 수입 3,650 이상수입 3,150 이상 제조 3,500 이상제조 3,000 이상 회분 wt.% 20 이하 15 이하 염소 wt.% 2.0 이하 0.5 이하 황분 wt.% 0.6 이하 ( 타이어 2.0 이하 ) 0.6 이하 수 은 1.0 이하 0.6 이하 금속 성분 카드뮴 5.0 이하 5.0 이하 납 mg/kg 150 이하 100 이하 비 소 13.0 이하 5.0 이하 크롬 이하 * 자료 : 화학경제연구원 2016 년폐기물에너지활용방안 199

206 에너지공급 폐기물고형연료 (2) 공급망관점 ( 공급망관점 ) 폐기물고형연료는사용한원료의기원에따라 SRF 또는 Bio-SRF로분류하는것이일반적이며최종제품이일정한형태로가공되었는가여부에따라연료기준및사용시차별화되므로성형또는비성형제품으로상세분류됨 폐기물고형연료는 에너지법 제2조2항의 연료 란 석유 가스 석탄, 그밖의열을발생하는열원을말한다 라는정의, 폐기물관리법 제2조7항 재활용 이란 폐기물로부터에너지를회수하거나회수할수있는상태로만들거나폐기물을연료로사용하는활동 이라는정의에근거하여만들어진연료 [ 공급망관점기술범위 ] 전략제품공급망관점세부기술 폐기물 고형연료 SRF ( 일반고형연료제품 ) Bio-SRF ( 바이오고형연료제품 ) - 생활폐기물 ( 폐가구류등대형가연성고형폐기물포함, 음식물류폐기물은제외 ) - 폐합성수지류 ( 자동차파쇄잔재물은제외 ) - 폐합성섬유류 - 폐고무류 ( 합성고무포함 ) - 폐타이어 - 에너지사용이가능하다고환경부장관이인정, 고시하는가연성고형폐기물 - 폐지류 - 농업폐기물 ( 왕겨, 옥수수대등의농작물부산물 ) - 폐목재류 ( 원목으로된폐가구류및제재부산물을포함하며, 철도용으로사용된원목과전신주로사용된것은제외 ) - 식물성잔재물 ( 딸꽁 호두 팜 코코넛 귤껍질등을말하며, 음식물류폐기물은제외 ) - 초본류폐기물 - 에너지사용이가능하다고환경부장관이인정, 고시하는가연성고형폐기물 200

207 전략제품현황분석 2. 산업환경분석 가. 산업특징및구조 (1) 산업의특징 생활폐기물의분리수거체계가구축되고정부의지속적인폐기물에너지화정책추진으로폐기물고형연료의제조및이용기술이확립되어시장이확대되고있음 정부의강력한폐기물에너지자원화정책, 온실가스배출권거래제도, 신 재생에너지공급의무화 (RPS; Renewable Portfolio Standard) 제도로고형연료공급및이용산업이크게성장 최근국제원자재가격하락영향으로폐플라스틱가격도 50% 이상크게하락하여재활용산업이위기에봉착함. 정부는폐플라스틱, 폐지를고형연료로적극활용할수있게고형연료사용시설의확대, 온실가스배출권특례적용등다양한인센티브검토중 국내고형연료수요는크게증가하고있으나 RPS 제도의 REC 확보를위한바이오매스자원은부족하여해외에서제조된바이오고형연료의수입량이크게증가함 폐기물고형연료는폐기물을가공하여연료화한것으로지역주민의 NIMBY 현상이심한소각로를대체하여폐열회수가가능한장점이있음 고형연료는수분과이물질제거로부패가능성이낮고밀도가커서장거리이송및장기간저장이가능하며발열량이균일하고에너지생산효율이높아에너지생산업계에서선호 또한고형연료는연소시폐기물소각로에비해대기오염물질배출량이적은장점으로폐기물에너지화산업에매우적합 폐기물에너지화산업의안정적확대를위해서는매립또는단순소각되는미활용폐기물의적극활용, 순환형매립지또는기존매립지로부터가연성폐기물을선별하여고형연료제조에이용할필요성이있음 폐기물에너지자원화산업은전력, 열또는연료와같은에너지생산을목적으로하기때문에그비교대상은석탄, 석유, 천연가스와같은화석연료이며이들의가격이하락하게되면경쟁력이낮아져비활성화되는산업특성이있음 폐기물은불순물및오염물질을함유하고있어이들의제거에많은비용이소요되어건설비및운영비증가를유발시키므로사업성은화석연료의가격변동에의존함. 에너지화대상폐기물은기존의시장체제에서이미활용되고있는경우가많기때문에과열경쟁에따른고형연료원료확보문제로제조원가상승요인이있음. 또한폐기물발생량은경기와도밀접한관계가있어경제가침체되면폐기물발생량자체가감소하는경향이있음 폐기물고형연료제조산업은작업환경이열악하기때문에원료수급에장점이많은중소기업중심이며고형연료를이용하여에너지를생산하는산업은에너지소비량이크고효율성이우수한대기업이주도 고형연료제조공정은다양한배출원으로부터폐기물을수거하여야하며파쇄 분쇄, 분리 선별, 건 201

208 에너지공급 폐기물고형연료 조공정에서분진및악취발생이많아작업환경이열악함 고형연료를연소하여열또는전기를생산하는고형연료이용은설비의규모가클수록고효율설 비도입이용이하기때문에대규모설비를보유한대기업중심으로운영 [ 폐기물고형연료제조시스템의 SWOT 분석 ] 강점 (Strength) 약점 (Weakness) - 우수한생활폐기물의분리수거체계확립 - 폐기물에너지화기술중완성도와경제성이가장높은기술 - 발전, 냉 난방, 건조, 소각, 열분해, 가스화, 온수 / 스팀공급등의다양한응용범위 - 정부에서추진중인신재생에너지장기보급계획을충족시킬수있는가장유력한방안기회요인 (Opportunity) - 폐기물특성에의한불균일한규격및품질 - 고형연료에대한대규모의환경친화적인이용기술부족 - 폐기물고형연료이용과정에서 2차환경오염물질발생 - 다른산업분야에비하여상대적으로협소한국내시장과관련업체간의과도한경쟁 - 연소 / 혼소이외의고부가가치이용분야수요부족위협요인 (Threat) - 지속적인화석연료도입비용증가에의한대체연료로서의폐기물고형연료의가치증가 - RPS 도입으로대형발전설비의고형연료수요확대 - 환경부및산업통상부를중심으로하는정부의적극적인보급확대정책추진 - 개도국의폐기물에너지화설비수요증가 - 폐기물고형연료이용분야의다변화 - 가스중심의고급연료선호경향증가 - 열분해유화, 열분해가스화등의고급폐기물에너지이용기술과의경쟁 - 한정된국내가연성폐기물발생량에따른보급및기술개발한계성 - 상대적으로미비한대기업의기술개발노력과중소기업의핵심기술개발역량부족 202

209 전략제품현황분석 (2) 산업의구조 후방산업은가연성폐기물이대량발생하는산업으로플라스틱제품을다루는일반산업및석유화학산업, 건설폐기물배출산업, 바이오매스가발생하는농업및임업, 유기성폐기물이다량발생하는수산업및축산업, 생활및사업장폐기물을처리하는폐기물처리산업등을포함 최근경기불황에따른원자재가격의하락으로폐플라스틱, 폐지등재활용산업이전반적으로크게침체하고있어재활용산업계로부터일부재활용폐기물이고형연료원료로활용가능함 전방산업은생산된폐기물고형연료를안전하게운반하는수송및보관업, 이를사용하여에너지를생산하는열병합발전, 산업용보일러, 화력발전소등유틸리티생산업, 보조연료로사용하는시멘트산업, 철강산업등다양 전세계적으로화석연료가격의인하로폐기물고형연료를이용한열및전력등유틸리티공급사업의경제성이낮아지고있으나에너지안보및온실가스저감대책으로정부의인센티브정책에의해계속수요가증가하고있음 동남아, 중남미등도심인구증가에따른대량폐기물의안전한처리및부족한전력공급을위해공해물질발생량이적은고형연료플랜트의수출산업화확대예상 [ 폐기물고형연료분야산업구조 ] 후방산업폐기물고형연료분야전방산업 석유화학산업, 기계가공 / 설비산업, 소재산업, 건설산업, 바이오산업, 폐기물처리산업, 의료산업, 농업 / 임업, 수산업 / 축산업 분쇄 / 파쇄설비, 선별설비, 성형 / 압축설비, 저장설비, 이송설비, 연소설비, 보일러설비, 건조설비, 배가스처리설비 폐기물처리산업, 발전산업, 지역난방산업, 재생에너지산업, 시멘트산업, 제지 / 목재산업, 농업 / 축산업 203

210 에너지공급 폐기물고형연료 나. 경쟁환경 고형연료제조산업의경쟁력은외적으로는화석연료의가격변동에크게의존하지만내부적으로는우수한원료폐기물의안정적확보가핵심 폐기물은불순물및오염물질을함유하고있어이들의제거에많은비용이소요되어건설비및운영비증가를유발시키므로사업성은화석연료의가격변동에의존 폐기물고형연료산업의안정적확대를위해서는매립또는단순소각되는미활용폐기물의적극활용, 순환형매립지또는기존매립지로부터가연성폐기물을선별하여고형연료제조에이용할필요성이있음 바이오 SRF는국내수요가크게증가하고있으나바이오매스원료확보가어렵기때문에수입물량이크게증가함. 해외미활용바이오매스자원개발필요 고형연료제조산업에는주로중소 중견기업이참여하고있으며, 고형연료의이용은에너지생산효율성이우수한유틸리티업계가주도하고있음 고형연료제조산업은악취및분진발생이많아작업환경이열악하고다양한곳에서발생하는폐기물원료확보가용이한중소 중견기업의사업경쟁력이우수 고형연료의대량이용산업은열또는전기를생산하는유틸리티업계로대부분대형플랜트업계가주도하고있음. 특히도심지역대량의생활폐기물을이용한고형연료의제조및이용사업이대도시인근에서활발하게수행됨. 특히열과전기를동시에공급이가능한열병합발전소는에너지이용효율이높기때문에고형연료이용시설로선호 [ 제품분류별경쟁자 ] 구분 경쟁환경 SRF Bio-SRF 기술분류 가연성고형폐기물 가연성고형폐기물 폐타이어 폐목재 ( 생활폐기물 ) ( 사업장및건설폐기물 ) ( 사업장및건설폐기물 ) ( 사업장및건설폐기물 ) 주요품목및기술 파쇄기, 분쇄기, 분리선별기, 벨트건조기, 드럼건조기, 유동층건조기, 컨베어벨트, 스큐류다이성형기, 링다이성형기, 냉각기, 싸이클론집진기, 해외기업 가와사끼중공업 ( 주 ), 히타치조선 ( 주 ), 스미토모금속 ( 주 ), Horstmann, GRL, Herhof, Rumen, B&M Waste Services WSA, Andritz, MANN, GreenRock, ZKG, REMONDIS 한화건설 ( 주 ), 태영건설 ( 주 ), 대우건설 ( 주 ), 포스코건설 ( 주 ), GS건설, 대성에너지, 한솔이엠이 ( 주 ), 코오롱글로벌 ( 주 ) Andritz, Torr-Coal, Terra Green Energy, Topell, Rotawave ETIA, CEA/CMI-NESA, 성창보드 ( 주 ), ( 주 ) 그린바이오매스, ( 주 ) 전주에너지, 삼호환경 ( 주 ), 서대구에너지 ( 주 ), 국내기업 ( 주 ) 알이엠, 고려이엔알 ( 주 ), 코리아리사이클시스 ( 주 ) 포레스코, 자연산업, 대성에코텍 ( 주 ), 고려자동화 ( 주 ), 템, 선경에코텍, 강림이엔알 대웅자원, 계룡우드, ( 주 ) 포스벨 한성리싸이클, 미송환경산업, 현대자원, 우드사이로, 남도청정산업 ( 주 ) 경동에너지 204

211 전략제품현황분석 다. 전후방산업환경 폐기물고형연료산업에서원료는폐기물발생량과상관이있으며제품의수요는에너지수요량과밀접하게관련이있으므로경제및산업규모가커질수록시장수요가확대되며정부의정책에크게영향을받는산업 폐기물에너지화산업은가정및사업장에서발생하는폐기물을근간으로사업이이루어지므로발생되는폐기물량에따라전체의산업규모결정됨. 폐기물발생량은경기와도밀접한관계가있어경제가호황이면폐기물발생량이증가, 불황이면발생량이감소하는추세로상관관계가있음 발생된폐기물의처리방법 ( 소각, 재활용, 매립등 ) 및국가폐기물정책의변화에따라활용가능한폐기물량의변화가발생하며에너지가격및정부의인센티브정책에따라폐기물에너지의경제성이달라짐 고형연료의경쟁상품인화석연료의가격에따라고형연료수비량이크게영향을받음. 화석연료가격이낮아지면사용이간편하고대기오염물질배출이적은기체또는액체연료를사용하는경향으로고형연료사용량이감소하기때문에고형연료제조산업의경쟁력이약화 폐기물고형연료관련전체산업은중소기업과대기업이협력및공생할수있는산업적특성을보유하고있음 고형연료제조기술은물리적처리 조작이많은중소기업중심의산업특성이강한반면, 고형연료이용기술은유틸리티공급목적의대형연소보일러를보유하고있거나또는관련분야의엔지니어링산업에기반을두고있는대기업중심의플랜트산업의특성 고형연료의생산량증가와더불어고형연료를사용하는내구성이크고효율이높은보일러산업이확대발전할것으로예상 반면에기존의석탄을사용하는대형에너지생산시설에서고형연료를혼소하는기술도확대보급될것으로분석됨. 특히, 화력발전소, 열병합발전소, 제지회사, 산업용보일러등에서고형연료전소및혼소기술의요구가많아질것으로예상 폐기물고형연료를이용하여더욱청정하고가치가높은에너지원으로전환하는청정기술의연 구개발증가추세에따라관련산업등도점차활성화될것으로예상 205

212 에너지공급 폐기물고형연료 3. 시장환경분석 가. 세계시장 세계폐기물에너지시장규모는 2015년 209억불에서 2023년까지년 6.1% 성장하여 290억불 335억불로성장할것으로예상 유럽은세계폐기물에너지시장의 60% 를차지하며독일, 프랑스, 영국이주요국가임. 아시아에서는중국, 일본이주요시장으로중국은년 7.2% 증가하여 2023년시장규모는 120억불이상확대예상 폐기물소각기술은초기폐기물처리를목적으로유럽과미국을중심으로기술개발이진행되었으나, 최근온실가스감축대책으로폐기물에너지화가주요이슈로등장하면서에너지회수율을높이기위한기술개발이활발히진행되고있음 폐기물고형연료제조시스템의국내외시장규모도다음과같이지속확대예상 [ 폐기물고형연료제조시스템세계시장현황및전망 ] 구분 ( 단위 : 백만달러, %) CAGR ('13~'15) SRF 제조 , Bio-SRF SRF 이용 합계 * 자료 : 신재생에너지 RD&D 전략 2030( 폐기물분야 ), 에너지관리공단, 2007 고형연료의연료기준및운전지침마련연구, 환경부, 2011 * 시계시장규모 : 국내시장의 배적용, 성장률 : 국내시장의 배적용 ) 유럽은유기성생활폐기물의매립금지정책 (EU Landfill Directive) 을시행함에따라 MBT (Mechanical Biological Treatment) 시설이증가하고이러한시설로부터가연물을선별하여고형연료를생산함. 약 450개의 MBT 설비에서 4,600만톤의유기성폐기물을처리하여연료화 네덜란드는 2016년까지유기성폐기물매립량을 1995년의 35% 수준까지감소, 독일은에너지화또는 MBT 처리하지않은유기성폐기물의매립금지, 영국은매립세금 (Landfill tax) 의지속적인인상으로폐기물의에너지화또는고형연료생산증가 EU 시멘트업계는 2012년기준약 956만톤의고형연료를사용하여시멘트공정사용연료를평균 37%, 오스트리아는 2013년에 72% 까지대체한것으로발표 유럽에서는국가간폐기물매립세금의차이및에너지화설비용량의불균형으로영국, 아탈리아등에서독일, 네덜란드, 스웨덴등으로고형연료수출무역이활발 206

213 전략제품현황분석 미국은대형폐기물에너지사업이발달한국가로 2015년기준전체폐기물발생량의 7.6% 인일 9만 6천톤의폐기물로부터 2,769 MWh 전력을생산 세계에서폐기물에너지생산량이가장많은미국은현재전기생산약 2,769 MWh 설비능력을보유하고있으며, 일반적인대량소각열회수와 RDF 발전소운영이중심 84개의대형폐기물에너지설비중 76% 는직접폐기물을소각하여에너지를생산하고 15% 인 13개는 RDF를이용하여에너지생산. 폐기물에서에너지를생산하는설비의 21% 는열병합시설, 5% 는열만생산하는설비인반면전력만생산 판매하는설비가 74% 로압도적 [ 미국의폐기물에너지화시설현황 ] 시설현황 기술별현황 운전중설비 80 개소대량연소 64 개소 휴식설비 4 개소 RDF 13 개소 합계 84 개소기타 7 개소 생산에너지유형 에너지생산용향 전력생산설비 62개소 폐기물처리량 96,249 ton/d 증기생산설비 4개소 전력생산용량 2,554 MW 열병합발전설비 18개소 열병합발전상당용량 (Equivalent CHP Capacity) 2,769 MW * 자료 : The 2014 ERC Directory of Waste to Energy Facilities, Energy Recovery Council, 2014 폐기물에너지자원화시설로고형연료생산및이용은미국, 유럽, 일본등에서활발하게보급되어있는데대부분도심의에너지공급을위한열병합발전소연료로사용 이탈리아밀라노인근 Lomellina 시는생활및사업장폐기물 600톤 / 일을고형연료로전화하여열병합발전소연료로사용함. 생활폐기물을반입하여기계적선별 분리과정을통해가연성물질중심의비성형고형연료 (Fluff RDF) 를분리회수하고, 잔재물은호기성안정화과정을거쳐매립지복토재로활용. 폐기물을저속으로회전하는파쇄기에투입하여조대물질의입도를줄이고, 연결된회전드럼형선별기 (Trommel) 에서가볍고입도가큰 120mm 이상가연성물질 RDF 성분을집중적으로회수한후, 2대의고속분쇄용헴머밀에서최종적인입도의균질화과정을거치면발열량이높고균질한성상의고형연료, RDF fluff가생산되어저장창고로이송. 고형연료는순환유동층열병합보일러에서완전연소되어외부열교환기를사용에너지회수효율을극대화하여 30% 수준도달 207

214 에너지공급 폐기물고형연료 MSW SHREDDER Water 16 % 1 st TROMMEL >12 cm HAMMER MILL <6 cm Magn COMPOSTING <12 cm Magn 2 nd TROMMEL AIR CLASSIFIER > 2 cm Alum Sep Magn < 2 cm Compost Inerts Aluminium Ferrous 15 % 6 % 1 % 2 % * 자료 : 환경부 가연성폐기물에너지화 ( 고형연료화 ) 사업정책방향 (2010년) 자료가공 RDF 60 % [ 이탈리아 Lomelliana 시의고형연료제조공정 ] 독일노이뮌스터 (Neumuenster) 시는 700일 / 톤의생활폐기물을고형연료로생산하여도심의열병합발전소연료로사용함. 반입된폐기물은파쇄와선별과정을거쳐드럼선별기에서 80mm를기준으로가연성중심의입도가큰 RDF와유기물및협잡물을분리함. 전체반입량의 50% 정도가평균발열량 3,341 kcal/kg인비성형고형연료 (Fluff RDF) 로회수되며, 이는진공압축수송용기에수십배이상부피를압축한다음도시중심의열병합발전시설로이송하여이용. 순환유동층보일러는석탄과 RDF 혼소가가능하게설계되었으며, 440 o C, 66bar 증기를생산하여연간 650 만 kwh의전력을생산 미국 CRRA Hartford Trash to Energy Plant는 1988년부터가동중으로 RDF 2,850톤 / 일을이용한 69MW 전력생산설비가동. 1990년가동을시작한 Honolulu Resource Recovery Venture H Power는 2012년증설후 3,000톤 / 일의 RDF를생산하여 90 MW 전력생산설비에서전력을생산하여판매 일본은 2013년기준소각설비 1,172개중 328개는발전설비를구비하여 1,770MWh 전력을생산함. 생활폐기물고형연료화설비가 70여개있으며, 5개의광역형고형연료전용발전소및 20MW급의전용발전소운영중 일본은 1990년대중반중소형소각로의다이옥신배출이사회적으로심각한문제가됨에따라 1997년 1월에 쓰레기처리에관련된다이옥신류발생방지등가이드라인 을정하고, 다이옥신발생량이많은중소형소각로는고형연료시설로대체한후, 발전소와같은대형시설에일괄적으로모아서사용하는광역화처리개념도입 국고보조로고형연료시설이급속히증가하여 2003년 1월까지 57곳의생활폐기물고형연료생산시설과 5곳의고형연료전용발전소가가동중 오무타발전소 ( 후쿠오카현소재 ) 은 28개지자체가참여하는 7개시설에서생산된성형고형연료약 300톤 / 일을수집하여연료로사용. 생산된성형 RDF는직경 10 30mm, 길이 30 50mm로내부순환형유동층연소보일러에서 8bar, 500 o C의증기를생산하여 20.6 MW의발전기를가동하는데발전효율은약 30% 수준 208

215 전략제품현황분석 * 자료 : 환경부 가연성폐기물에너지화 ( 고형연료화 ) 사업정책방향 (2010 년 ) 자료가공 [ Omuta Recycle Power 의폐기물에너지시스템및고형연료연소보일러형태 ] 209

216 에너지공급 폐기물고형연료 나. 국내시장 국내고형연료제조시스템시장은 2015년기준 179.6억원의규모로분석 SRF 제조부분이 36억원이며연평균증가율은 11.2% 로높게나타났고, Bio-SRF 부분은 10.6억원이며연평균증가율은약 10%, SRF 이용은 133억원으로폐기물고형연료제조시스템분야에서점유율이가장높고연평균증가율은 10% 로나타남 [ 폐기물고형연료제조시스템국내시장현황및전망 ] 구분 ( 단위 : 억원, %) CAGR ('13~'15) SRF 제조 , Bio-SRF SRF 이용 합계 * 자료 : 신재생에너지 RD&D 전략 2030( 폐기물분야 ), 에너지관리공단, 2007 고형연료의연료기준및운전지침마련연구, 환경부, 2011 * 국내시장규모 : 연간매출액기준, 성장률 : 년의평균증가율적용 국내고형연료제조시설은 2015 기준 224개소이용시설은 127개소로전년대비각각 2.3% 및 33.7% 증가하였음. 고형연료의제조및이용산업의전체적인특징은 SRF는성형, Bio-SRF 는비성형설비가중심 SRF 제조시설 148개소, Bio-SRF 제조시설 76개소로일반가연성폐기물을이용한 SRF 고형연료제조시설이 65%. 고형연료의형태로, SRF는 61% 인 90개사가성형제품을생산하고 Bio-SRF는대부분인 74개사가비성형제품을생산하고있음 SRF 사용시설은성형이 71% 인 53개소로우세하지만 Bio-SRF는성형 44%, 비성형 56% 으로비성형이다소우세한편임 SRF Bio-SRF 구분 [ 국내고형연료제품생산및사용시설현황 ] 생산시설사용시설합계 2014 년 2015 년 6 월 성형 비성형 소계 성형 비성형 소계 합계 * 자료 : 한국환경공단폐자원에너지센터 (2015 년 ) 210

217 전략제품현황분석 국내고형연료생산량은 2015년기준 SRF 92만톤, Bio-SRF 70만톤으로총생산량은 162만톤 / 년이며 2010년이후 4.5배, 최근 3년간 50% 이상증가. 특히성형공정이없어제조비용이저렴한비성형 SRF의생산량이 2013년대비 3배이상크게증가 SRF의경우성형제품의생산량은계속감소하고있는반면, 성형공정이없어설비투자비및운전관리비용이저렴하고운영관리가단순하여제조단가가저렴한비성형제품의생산량이크게증가하는추세임 Bio-SRF는 2013년제품인증이도입된이후대부분비성형제품이생산되고있음 [ 국내고형연료제품생산현황, 톤 ] 구분 2010년 2011년 2012년 2013년 2014년 2015년 RPF 148, , , RDF 16,044 16,363 21, TDF 53,037 78,983 83, SRF WCF 146, , , 성형 , , ,667 비성형 , , ,584 소계 364, , , , , ,251 성형 Bio-SRF 비성형 , , ,991 소계 , , ,561 계 364, , ,539 1,022,413 1,192,440 1,622,812 * 자료 : 한국환경공단폐자원에너지센터 (2015 년 ) * 자료 : 환경부 가연성폐기물에너지화 ( 고형연료화 ) 사업정책방향 (2010 년 ) 자료가공 [ 국내고형연료제품생산현황 ( ) ] 211

218 에너지공급 폐기물고형연료 정부의폐기물에너지화정책추진으로지자체및산업체의생활폐기물또는사업장폐기물의고형연료화제조시설과화석에너지절약을위한고형연료사용시설의지속적증가 2006년원주시 80톤 / 일, RDF 제조플랜트를시작으로수도권매립지 200톤 / 일, 부천 90톤 / 일, 가평 80톤 / 일, 부안 25톤 /, 부산 500톤 / 일, 대구 380톤 / 일등계속확대 고형연료전용사용시설또한증가추세로대형시설은 ( 주 ) 중부발전에서 10 MWe 고형연료전용순환유동층발전소가 2015년부터가동중이며, 유틸리티공급산업및시멘트제조산업등도고형연료를구입하여석탄과혼소하여사용중 국내고형연료의년간사용량은해외에서수입된고형연료를포함하여약 2백만톤. 발전산업에서전체사용량의 32%, 열병합발전이 23% 로발전과관련된회사에서 50% 이상사용하였으며에너지다소비업종인제지, 섬유산업도상당량을사용함 시설 사용량 ( 톤 ) 발전 645,613 시멘트 21,020 열병합 457,085 제지 454,266 지역난방 70,234 섬유 11,592 기타 370,798 합계 2,030,608 * 자료 : 환경부 가연성폐기물에너지화 ( 고형연료화 ) 사업정책방향 (2010년) 자료가공 [ 폐기물고형연료사용시설별사용량 (2015년) ] 고형연료제조시설의생산비용저감을위해각종단위장치의효율및내구성향상에관한우수기술, 신뢰성확보된고효율이용기술의적용이증가할것으로예상 2006년원주시생활폐기물고형연료 (RDF) 제조설비가가동되면서건조기, 선별기등에대한관심이높아졌고링다이스식성형기및밀폐순환식풍력선별기등개발됨 플라스틱고형연료 (RPF) 제조설비에는건조기가필요없었지만일반폐기물의 RDF 제조설비에는건조기필요. 원주시 RDF설비에는부생유를사용하는열풍회전건조기, 남해시 RDF 파일럿설비는바이오건조기술적용등에너지비용이낮은기술필요 국내에서비성형고형연료인 fluff RDF 제조설비는부산시에서 900톤 / 일의생활폐기물을이용 500톤 / 일의대규모고형연료전용연소설비도입. 향후대도시에 fluff RDF 제조설비가추가로건설될예정으로신뢰성높은고효율 fluff RDF 전용연소기술필요 212

219 전략제품현황분석 다. 무역현황 폐기물고형연료기술분야의무역현황을살펴보았으며, 수입량에비하여수출량이급격히감소하는추세 폐기물고형연료기술의수출현황은 11년 4,000만달러에서 15년 3,500만달러수준으로감소하였으며, 수입현황은 11년 1억 6,800만달러에서 15년 1억 4,000만달러수준으로감소하여무역수지흑자폭이감소 최근 5년 ( 11~ 15년) 간연평균성장률을살펴보면수출금액은 -3.4% 로감소하였으며, 수입금액은 -4.5% 로감소하여전체무역수지는 -4.9% 로감소한것으로나타남 무역특화지수는 11 년 (-0.61) 부터 15 년 (-.0.60) 까지유사한것으로나타나점차국내기업의 수출량이감소하고있는것으로나타났으며, 국내의폐기물고형연료제품의해외시장진출이 상당히저조한것으로분석 [ 폐기물고형연료관련무역현황 ] 구분 ( 단위 : 천 $) CAGR ('11~'15) 수출금액 40,643 34,383 46,188 43,150 35, % 수입금액 168, , , , , % 무역수지 -128, ,326-93, , , % 무역특화지수 * * 무역특화지수 = ( 상품의총수출액 - 총수입액 )/( 총수출액 + 총수입액 ) 으로산출되며, 지수가 0 인경우비교우위는중간정도이며, 1 이면완전수출특화상태를말함. 지수가 -1 이면완전수입특화상태로수출물량이전혀없을뿐만아니라수입만한다는뜻 * 자료 : 관세청수출입무역통계 HS-Code(6 자리기준 ) 활용 213

220 에너지공급 폐기물고형연료 4. 기술환경분석 가. 기술개발트렌드 고형연료제조기술은성숙단계로발열량이낮고이물질함량이높은저급폐기물원료이용및고형연료제조비용을감소시켜산업의경제성을높이는기술들이주목 고형연료원료의안정적확보차원에서다양한폐기물을혼합한복합고형연료생산기술, 수분또는불순물함량이높고발열량이낮아서에너지자원으로이용가치가낮은저급의폐기물을사용한고형연료생산기술개발 일본신일본제철은동경하수도국과함수율이높은하수슬러지를함수율 10% 이하로건조, 3,500 4,000 kcal/kg의고형연료로생산하여야하다발전소에서석탄과혼소하여발전하는기술을개발 폐기물처리및가공과정에서발열량이 1,500 kcal/kg 이하로낮은잔재물이발생하는경우가많음. 이들저급폐기물을고도분리 선별하여고형연료수준의제품을생산하는기술개발 혼합폐기물에함유된토사를효율적으로제거하기위한분쇄입도조절, PVC 등을효과적으로분리하기위한광학선별기도입, 생산제품의열량을조절하기위한최적혼합비율조절등의다양한현장 know-how를기반으로응용기술개발및적용 미생물발효또는수열탄화반응등에의한탈수 건조공정의효율화및마이크로웨이브등혁신적기술도입으로기존의열풍건조기술대비고형연료제조단가인하에의한고형연료사업의경제성제고 바이오매스를원료로하는 SRF는수분함량이 15% 이상이면부패하여악취발생및열량이감소하므로경제적건조기술에의해 10% 이하로유지필요. 특히하수슬러지의경우일반적인고온의배가스또는증기를이용한열풍건조기술이외에미생물발효및수열탄화반응을이용한탈수 건조기술에의한고형연료제조기술들이개발또는실증사업추진중 일반적으로탄소 : 질소비율이 30:1인미세먼지는연소성이매우큰데, Bio-SRF의경우유사범위로 o C에서폭발가능성이높아화재의원인이됨. 고형연료의폭발및화재방지를위한안전한저장및이송설비기술이개발되어적용 고형연료를연소하여에너지생산을극대화하는고효율에너지전환기술및석탄등기존화석연료와혼소하는기술개발로적용처확대 열및전기등에너지생산을위한화석연료비용을절감하고고형연료사용량을크게늘리고위해대형석탄화력또는열병합발전소에서석탄과고형연료를혼소하는기술개발추진 수냉식화격자시스템의개발 적용으로화격자온도가낮아화상부하율증가및고온에서마모방지, 화격자냉각수에의한폐열회수등유지관리가용이하여에너지회수율이향상되는연구수행중. 공냉식화격자는연소로온도상승으로화격자의부분적과열에의한클리커형성및마모등으로유지관리문제발생 염소화합물및황합물에위한고온부식, 파울링및스케일을방지하기위한 2차연소공기공급방식및최적연소모델링, 화학약품주입또는스프레이급냉에의한고온부식물질제거기술개발 214

221 전략제품현황분석 폐기물고형연료의연소시발생하는환경오염물질의배출량을더욱감소시키기위해폐기물고형연료를열분해또는가스화공정의원료로사용하거나탄화시켜사용하는기술의연구개발또는적용 고형연료는원료폐기물에함유된이물질또는환경오염물질이완전히제거되지않은상태로연소과정에서 2차환경오염물질이배출될수있음. 공해문제를철저하게방지하고수송및화학원료등다양한형태로적용이가능한연료로전환하는기술개발이시도되고있음 고형연료로부터부식성이낮은청정연료를생산하여고온 고압증기생산에의한고효율발전기술, 이동성이좋고환경오염물질배출이적어도심지역에서사용이가능한액체또는기체형태의청정연료생산및이용기술개발추진중 나. 주요업체별기술개발동향 (1) 해외업체동향 폐기물고형연료화기술분야에서는스웨덴의 SITA Svergie AB, 독일의 Hasse, 일본의 Kawasaki, Hitachi Zosen 등여러기업들이세계적인기술력을보유하고있음 SITA Svergie AB는폐기물에너지전반에관한기술을보유하고있으며, 특히고형연료제조플랜트설계및시공, 고형연료제조공정단위장치개발, 폐기물선별분리설비개발, 발리스틱방식선별기및건조, 성형기술보유 Hasse는유럽식 MBT(Mechanical Biological Treatment) 플랜트설계및시공, 트롬벨식유기성폐기물분리및퇴비화기술, 대형 MBT 플랜트설계및시공능력을보유하고있으며한국수도권매립지관리공사 MT 설비를설계 Kawasaki 는일본최대펠릿고형연료제조플랜트를시공하였으며, 펠릿형고형연료제조플랜트설계및시공, 열풍건조기술, 플랫다이방식성형기술및밀폐순환풍력선별기술보유 히다찌조센은고함수폐기물의건조연료화에앞장서이미 2000년대초반에하수슬러지의고형연료화기술을확보하여상용화 폐기물고형연료를청정연료로전환하는가스화기술은스위스 Thermoselect 및독일 Lurgi, 일본 JFE Engineering, Ebara, Nippon Steel, Mitsiui 등이선도기업 Thermoselect는열분해 + 가스화 + 용융의가스화용융시스템기술을보유하고있으며전세계적으로 10개의가스화용융플랜트를건설 Lurgi는 SVZ Schwarze Pumpe에 50 MW 가스화플랜트설비를건설하여운영중 JFE Engineering은 2009년 9개도시에서생산된 RDF 314톤 / 일을 Fukuyama 발전소에모아가스화용해로 (Vertical shaft furnace) 기술을이용하여 450 o C, 60bar 고압증기를생산함. 20MW 증기발전설비에서 27% 의고효율발전을달성하고환경오염물질배출농도는규제치대비 SOx 1/20, 분진및 CO 1/10, NOx 75% 이하수준유지 Ebara는유동층 Gasification + 2nd Combustion + Melting의가스화용융시스템기술보유하고있으며, 전세계적으로 12기의가스화용융시설운영중 Nippon Steel은 Gasification/Melting + 2nd Combustion의가스화용융시스템기술보유하고있으며, 전세계적으로 21개의가스화용융시설운영중 215

222 에너지공급 폐기물고형연료 (2) 국내업체동향 일반가연성폐기물의고형연료제조기술은기술개발, 설비의설치및운전경험을통하여성숙단계에도달하여수출산업화가능한수준에도달하였으나, 미활용폐기물원료에대한고품질화고형연료기술은해외선도기업의기술수준에비해부족한상태 국내기업의경우폐기물고형연료제조및설계와시공기술력은대부분일반가연성폐기물을대상으로하고있어해외선도기업의수준에상당히근접한상태. 그러나저급폐기물또는경제성이낮은미활용폐기물의고형연료기술은미흡 폐기물고형연료화분야의경우다산기술, 태영건설, 대우건설등이세계에근접한기술력을보유하고있음. 다산기술은생활폐기물고형연료 (RDF) 제조플랜트설계및시공사로국내최고 RDF 플랜트운영기술, 토사분리기술및건조기, 풍력선별기, 성형기등의기술을보유 태영건설은유럽식 MT 플랜트설계및시공기술을보유하고있으며, 수도권매립지 RDF 제조플랜트시공 대우건설은생활폐기물고형연료 (RDF) 제조플랜트설계및시공기술을보유하고있으며부천 RDF 플랜트시공 폐기물고형연료화기술에대한투자의경우대부분고품질의고형연료보다는기존의고형연료품질기준을만족하는수준에서수율을향상시킬목적이큼. 따라서기존열병합발전의혼소또는고효율열병합발전전용고형연료의개발에는한계가있음 고형연료의고부가물질로의전환을위한열분해및가스화분야의경우해외선도기업과의기술제휴를통하여포스코건설, 효성등이기술경쟁력을갖추고있음 가연성생활폐기물의비성형고형연료화기술및이와연계된가스화엔진발전기술등의실증단계수준에서기술개발추진중 폐기물가스화합성가스생산플랜트의 Pilot 연구는다수수행되었으나실증플랜트및상용규모의기술개발은투자 Risk로인해기술개발실적미흡 폐기물가스화기술의경우국내대부분의기업은해외선도기업과기술제휴를통하여기본설계및시공을진행하고있으며국내독자기술력을보유한기업은매우미비한상태 216

223 전략제품현황분석 다. 기술인프라현황 국내의경우지난 20여간다수의고형연료제조및이용에대한연구개발이수행되었으며또한실제사업수행을통하여기본적인인프라는구축되어있음 한국기계연구원, 한국에너지기술연구원및산업기술시험원은생산된고형연료의품질시험및성능을인증하는기관으로폐기물및바이오매스원료의성상, 고형연료의시험분석이가능한다양한설비를보유하고있음 한국기계연구원은고형연료제조설비, 한국에너지기술연구원은소형열병합발전규모의순환유동층연소보일러및배가스성능시험센타에서고형연료의연소특성및배가스제어설비의성능이가능함. 고등기술연구원은 20bar, 1450 o C에서운전이가능한 2톤 / 일규모의폐기물가스화설비에서고형연료의가스화또는액화공정에의한고부가활용기술의연구지원이가능 고형연료및폐기물에너지관련연구또는사업을수행하는여러기업과대학등도상당한인프라를구축한곳이많으나공용인프라로서의역할은제한적 인프라장비구축현황인력연구성과 차별화및특화분야 한국기계연구원 - 고형연료제조장치 (1,500kg/hr 급 ) - 고형연료품질시험장비 26 명 - 도시폐기물고형연료화기술 - 고형연료 (RDF) 유동층연소, 산업용연료이용기술 - RDF 유동층보일러혼소기술 - 고형연료제조공정및장치기술 - 고형연료관련전반적컨설팅 한국에너지기술연구원 - 순환유동층보일러및배가스성능시험설비 - 고형연료품질시험장비 20 명 - 고형연료연소보일러기술 - 슬러지와 RPF 혼합연소및순환유동층열병합발전기술 - RDF 연소용 HCl 저감기술 - 연소 소각로및연료혼소기술 - 배가스오염물질제어기술지원 한국산업기술시험원 연소설비성능시험장비 - 고형연료품질시험장비 15 명 - 환경성을고려한 RDF의품질표준화연구 - 비성형고형연료제조시스템설계인자도출연구 - 고형연료품질개선컨설팅 - 분석 측정기술및장비컨설팅 고등기술연구원 - 건식, 습식가스화설비 (2 톤 / 일 ) - 합성가스고부가전환반응장치 12 명 - 생활폐기물공기가스화기술바이오매스합성가스정제기술 - 합성가스 SNG, FT 합성유, DME 전환기술 - 고형연료가스화및정제기술 - 합성가스고부가전환및공정기술 * 자료 : 각기관홈페이지 217

224 에너지공급 폐기물고형연료 국내고형연료제조및품질기준, 고부가청정연료생산을위한인프라로활용할수있는시설에는한국기계연구원, 한국에너지기술연구원, 한국산업기술시험원, 고등기술연구원등에다양한분석및측정장치, pilot 규모이상의공정설비및시스템이구축되어있음 정부의적극적인에너지기술연구개발투자로충분한인프라를구축하고있는공공연구기관을통하여국내기업의기술개발을지원하고있으나적극활성화를위한지원프로그램필요 기존노후장비의교체및인증을위한시설보완투자와안정적인운영인력확보를위한대책마련필요 연구개발에필요한석박사급현재의인력은충분한실정이나최근폐기물및고형연료관련기술개발에신규연구인력참여기피로공급이제한적이어서향후신규인력부족이예상됨 폐기물에너지화관련전문석박사급전문인력양성프로그램과기존인프라를연계하여실습교육을병행하는현장의기술인력양성및프로그램의확대필요. 신재생에너지및고형연료관련유관단체와협력하여추진하는프로그램및기술인력의수준에따른프로그램내용의차별화및 up-grade 교육이효과적임 국내주요인프라를보유하고있는주요기관으로는한국기계연구원, 한국에너지기술연구원, 한국산업기술시험원, 고등기술연구원, 서울시립대, 한밭대, 연세대, 건양대, 등으로다수의고형연료또는폐기물에너지연구개발을수행 ( 한국기계연구원 ) 고형연료제조장치개발과시스템구성에대한연구를중점적으로수행하고있음. 일반가연성폐기물을연료로하는고형연료, 자동차잔재물을이용한고형연료제조연구주도 ( 한국에너지기술연구원 ) 고형연료로부터고효율로열또는전기를생산하는유동층연소기술에대한연구개발을중점적으로수행함. 연소로배가스중의오염물질을제거하는대기방지기술에대해서도연구수행 ( 대학 ) 서울시립대, 한밭대, 연세대등에서고형연료제조공정및품질개선, 고부가가치제품으로전환 이용하는기초기술을개발 218

225 전략제품현황분석 [ 한국기계연구원인프라 ] 제품명 / 사진제작사 / 공급사용도 금문기계 ( 주 ) Ÿ Ÿ Ÿ 자동차폐차잔재물을열과압력으로압축하여고형연료제조장치폐기물성형고형연료장치설계용량 : 1,500 kg/hr 고형연료제조장치 ( 주 ) 맥코이교역 Ÿ SRF ( 고형연료제품 ) 품질시험 Ÿ 유기물질을고온산화후배출되는가스를 TCD 검출기로분석 Ÿ 가연성물질의성분분석 (C, H, N, S) Ÿ 주요구성 : 반응관, 산화물질, 시료컨테이너, 컴퓨터 Automatic Elemental Analyser Automatic Elemental CHNS-O Analyser TQISPA Ÿ SRF ( 고형연료제품 ) 품질시험 Ÿ 폐기물설계를위한 C, H, O, N, S 분석 Ÿ 유기물질의기초분석및각종시료의원소분석 Ÿ 주요구성 : 원소분석기본체, 시료자동투입장치, CHNS 칼럼및산소전용칼럼, 데이터처리장치 AC500WC (AC-500 Isoperibol Calorimeter) 리코코리아 ( 주 ) Ÿ Ÿ Ÿ Ÿ SRF ( 고형연료제품 ) 품질시험 유기물질을연소시켜발열량을측정가연물질의발열량측정주요구성 : 고압산소가스, 연소봄베, 데이터처리장치 Ion Chromatography System ( 주 ) 제이엘사이언스 Ÿ Ÿ Ÿ Ÿ SRF ( 고형연료제품 ) 품질시험시료또는기타용매내의양이온및음이온의정량및정성분석용액속의이온전도성을이용하여음이온농도를측정주요구성 : 음이온칼럼, 서프레서, IC 펌프 219

226 에너지공급 폐기물고형연료 [ 한국에너지기술연구원인프라 ] 제품명 / 사진제작사 / 공급사용도 Semi-Automatic Calorimeter LECO (AC600) Ÿ Ÿ Ÿ 반자동발열량기분석방법 : 환경부고시폐기물고형연료시험법 ( 제 호 ) 석탄류, 활성탄류, 고체환경시료 (KS E 3707) 석유류, 폐유류 (KS M 2057) 시료량 : 0.7~1.2g LECO (TGA 701) Ÿ 공업분석기 : 수분, 휘발분, 회분, 고정틴소 Ÿ 분석방법 : 석탄류, 활성탄류, 고체환경시료 (KS E 3705, KS M 1802) Ÿ 분석온도 : 수분 105, 휘발분 925 회분 800 Ÿ 시료량 : 0.7~1.2g Proximate Analyser Total Sulfur Analyzer Mercury Analyzer & LECO (TRSSADDL & AMA254) Ÿ 고체, 액체시료의유황및수은분석기 Ÿ 분석방법 : ASTM-D1522, D6722 및 EPA 7473의분석법에부합 Ÿ 주요구성 : 유황분석기, 수은분석기, 유황분 자동시료주입기 (50시료), 전자저울, 데이터시스템 Elemental Analyzer with Prescreening system LECO (TruSpec CHN) Ÿ 유기원소분석및열적안정도분석기 Ÿ 석탄석유폐유 RDFs 화학시료고무류등시료중탄소, 수소, 질소분석 Ÿ 분석범위 (0.5g기준) : 탄소 0.005% 50%, 수소 0.02% 50%: 질소 0.008% 100% Ÿ 분석시간 : 240초 Ÿ 주요구성 : 반도체형적외선검출기와열전도도검출기 Ÿ 로 (Furnace) : 저항로, 1050C Test Facility for Flue Gas Clean-up Technology 삼성엔지니어링 ( 주 ) Ÿ Ÿ Ÿ Ÿ Ÿ 소형열병합발전설비, 배가스설비성능시험연료다변화를위한 RDF 혼소실험연소배가스일부를실험실로유도, 탈황 / 탈질 / 중금속제거실증실험수행순환유동층보일러설비에서 SNCR 실증시험주요구성 : 순환유동층보일러 ( 유연탄 1.4톤 /h), 터빈발전기 (2MWe), 연소배가스후처리설비, 수처리설비 220

227 전략제품현황분석 라. 특허동향분석 (1) 연도별출원동향 폐기물고형연료기술의지난 7년 ( 10~ 16) 간출원동향 22) 을살펴보면연도별로출원경향이증가, 감소를반복하고있어지속적으로폐기물고형연료관련기술개발활발 각국가별로살펴보면미국출원경향은급격히증가-감소-증가추세, 한국은감소-증가추세, 유럽은유지하는경향을보이고있으며, 일본은유지-감소추세 국가별출원비중을살펴보면한국 42.2% 로최대출원국으로폐기물고형연료기술을리드하고있는것으로나타났으며, 미국 32.2%, 일본이 21.2%, 유럽이 4.4% 로나타났고, 최근미국과한국의출원증가추세가두드러짐 [ 폐기물고형연료분야연도별출원동향 ] 22) 특허출원후 1 년 6 개월이경과하여야공개되는특허제도의특성상실제출원이이루어졌으나아직공개되지않은미 공개데이터가존재하여 2015, 2016 년데이터가적게나타나는것에대하여유의해야함 221

228 에너지공급 폐기물고형연료 (2) 국가별출원현황 한국의출원현황을살펴보면 12년이후출원이소폭감소하는경향을보이고있으며, 외국인의출원이점차증가 외국인의출원증가현상이두드러지는이유를살펴보면폐기물고형연료기술의국내시장에대한외국인의선호도가증가하고있는것으로추정 일본의출원현황은 13년을기점으로증가추세에서감소추세로변화하였으며, 출원인대부분이자국출원이었으나 2014년이후해외출원인의출원이증가추세를보이고있음 미국의출원현황은 2012년감소추세를보이다가 2013년이후다시증가추세를나타내고있으며, 외국인의출원은 2014년이후감소추세를보이고있음. 유럽의출원현황은특허건수가많지않으나, 지속적으로유지되고있는추세를보이고있으며, 출원인대부분이외국인으로유럽인의출원이미미 [ 국가별출원현황 ] 222

229 전략제품현황분석 (3) 투입기술및융합성분석 폐기물고형연료분야의투입기술을확인하기위하여특허분류코드인 IPC Code 23) 를통하여살펴본결과폐기물고형연료분야의가장높은 IPC는 C10L 기술분야가 308건으로가장많이차지하고있으며, 이어서 F23G가 121건, C02F가 102건으로다수를차지 이외에 B09B 94건, C12Q 42건, G21F 39건, C12N 37건, C10J 32건, G01N 29건, C04B 26건순으로기술이투입되어있어폐기물고형연료분야에다양한기술이융합되어존재 더불어해당 IPC의특허인용수명을살펴보면 C10L 기술분야의수명이 10년으로가장긴것으로나타났으며, B09B 기술분야는 5년으로가장짧은것으로분석 [ 폐기물고형연료분야상위투입기술 ] IPC 기술내용특허인용수명 (TCT) 24) C10L 산소또는증기를수반하는부분산화법에의해, 고체탄소질물질로부터일산화탄소와수소를포함하는가스의제조 10 년 F23G 화장로 ; 연소에의해폐기물또는저등급연료를소각하는것 7 년 C02F 물, 폐수, 하수또는오니 ( 슬러지 ) 의처리 8 년 B09B 고체폐기물의처리 5 년 C12Q 효소또는미생물을함유한측정또는시험방법 ; 그것을위한조성물또는시험지 ; 그조성물을조제하는방법 ; 미생물학적또는효소학적방법에있어서의상태응답제어 7 년 G21F X 선, 감마선, 미립자선또는입자충격에대한보호 ; 방사능오염물질의처리 ; 오염제거장치 9 년 C12N 미생물또는효소 ; 그조성물 8 년 C10J 산소또는증기를수반하는부분산화법에의해, 고체탄소질물질로부터일산화탄소와수소를포함하는가스의제조 8 년 G01N 재료의화학적또는물리적성질의검출에의한재료의조사또는분석 9 년 C04B 석회 ; 마그네시아 ; 슬래그 ; 시멘트 ; 그조성물 8 년 23) 전세계적으로통용되고있는국제특허분류 (IPC: International Patent Classification) 를통해특허정보기술분야에서공지기술을조사할수있으며, 기술및권리정보에용이하게접근가능 24) 특허인용수명지수는후방인용 (Backward Citation) 에기반한특허인용수명의평균, Q1, Q2( 중앙값 ), Q3 에대한통계값을제시함. 특히이와같이산출된 Q2 는 TCT(Technology Cycle Time, 기술순환주기또는기술수명주기 ) 라고부름 223

230 에너지공급 폐기물고형연료 투입기술이가능많은 C10L 분야와융합이높게이루어진기술은 B09B 분야로나타났으며, B30B, C02F 분야와도나타융합된기술의건수가높은것으로분석 이외에 F23G 분야와융합된기술은 F22B, B09B, F23K 분야와융합된기술이많은것으로나타났으며, C02F 분야와융합된기술은 C10L, B01D, F26B 기술로분석 [ 폐기물고형연료분야 IPC 기술및융합성 ] (4) 주요출원인분석 세계주요출원인을살펴보면주로일본의출원인이다수의특허를보유하고있는것으로나타났으며, 미국과한국의출원인의출원건수가높게나타남 주요일본출원인을살펴보면 DAINICHISEIKA COLOR CHEM, TAIHEIYO CEMENT, NIPPON STEEL SUMIKIN ENGINEERING 등이다수출원을하고있으며, 이들일본출원인은주로일본본국에출원건수가높은것으로나타남 미국출원인으로는 Evoqua Water Technologies, Fulcrum Bioenergy이다수의특허를보유하고있는것으로나타났으며, 한국출원인은한국에너지기술연구원, 포항산업과학연구원이다수특허를확보하고있음 일본기업인 NIPPON STEEL SUMIKIN ENGINEERING이 3극패밀리수가 4건으로다국적으로시장을확보하며출원을하고있는것으로보이며, 그외기업들은자국내특허출원을주로하고있는것으로나타남 224

231 전략제품현황분석 미국기업인 Fulcrum Bioenergy 이확보한특허의피인용지수가 3.17 로가장높게나타나원천 기술을다수보유하고있는것으로분석되었고, 미국기업인 Evoqua Water Technologies 와 이탈리아기업인 ENI S.p.A. 도원천기술을일부보유하고있는것으로파악 [ 주요출원인의출원현황 ] 주요출원인 국가 주요 IP시장국 ( 건수 %) 한국미국일본유럽 IP 시장국종합 3 극패밀리수 ( 건 ) 피인용지수 주력기술분야 DAINICHISEIKA COLOR CHEM 일본 % 8% 58% 17% 일본 2 0 폐기물파쇄기및분쇄기 TAIHEIYO CEMENT 일본 % 0% 100% 0% 일본 0 0 고형연료성형기 NIPPON STEEL SUMIKIN ENGINEERING 일본 % 7% 79% 7% 일본 4 0 열병합발전운전 TOSHIBA CORP 일본 % 11% 89% 0% 일본 0 0 이물질선별및분리기 한국에너지기술연구원 한국 % 0% 0% 0% 한국 0 0 연소보일러운전 ENI SPA 이탈리아 % 71% 0% 29% 미국 고형연료설비운영 TOKUYAMA CORP 일본 % 14% 71% 14% 일본 1 0 고형연료설비운영 포항산업과학연구원 한국 % 0% 0% 0% 한국 0 0 유동층연소보일러 Evoqua Water Technologies 미국 % 100% 0% 0% 미국 이물질선별및분리기 Fulcrum Bioenergy 미국 % 100% 0% 0% 미국 증기발전기 225

232 에너지공급 폐기물고형연료 (5) 국내출원인동향 국내출원인동향을살펴보면대기업은현대제철과전주페이퍼의출원건수가가장높게나타났으며, 중소기업에서는한라산업개발과한영산업의출원건수가높게나타남 대기업의주요출원인은포스코건설, 현대중공업, 현대자동차, 한솔엔지니어링등이있으며, 중소기업의주요출원인은한라산업개발, 한영산업, 지이큐솔루션, 대웅, 대원지에스아이등이주요출원인인것으로나타남 기업이외의주요출원인을살펴보면한국에너지기술연구원, 포항산업과학연구원, 한국기계연구원, 수도권매립지관리공사등연구소 / 공공기관의출원이다수나타났으며, 대학은서울과학기술대학교, 한림대학교의출원이높은것으로분석 [ 국내주요출원인의출원현황 ] 226

233 전략제품현황분석 5. 중소기업환경 가. 증소기업경쟁력 [ 폐기물고형연료분야중소기업현황 ] 기술분류주요기술대기업중소기업 중소기업참여영역 중소기업참여정도 폐기물파쇄기및분쇄기이물질선별및분리기열풍건조기및집진기고형연료성형기시스템설계, 제작및설치 한화건설 ( 주 ), ( 주 ) 태영건설, 대우건설 ( 주 ), 한라산업 ( 주 ) 등 ( 주 ) 다산기술, ( 주 ) 삼호환경기술, ( 주 ) 슈레텍, 에너원 ( 주 ) 파쇄 분쇄기, 분리 선별기, 건조기, 성형기설계 제작 시공 고형연료생산기술 고형연료설비운영 수도권매립지관리공사, ( 주 ) 그린바이오매스, 대성에코텍 ( 주 ), ( 주 ) 중부에너지, 서대구에너지 ( 주 ) ( 주 ) 코리아리사이클시스템, ( 주 ) 한국환경자원, ( 주 ) 미송환경산업, ( 주 ) 포스벨, ( 주 ) 성림개발등 200 여개업체 폐기물전처리및가공시스템, 성형시스템운영관리 고형연료이용기술 유동층연소보일러순환유동층보일러스토카보일러선회식연소보일러증기발전기대기방지시설 연소보일러운전열병합발전운전 한화건설 ( 주 ), ( 주 ) 태영건설, 대우건설 ( 주 ), 한라산업 ( 주 ) 한솔이엠이 ( 주 ) 등 한국지역난방공사, 한일시멘트 ( 주 ) 한국중부발전 ( 주 ) 등화력발전전문회사 ( 주 ) 전주페이퍼 ( 주 ) 한솔홈데코 에너원 ( 주 ), 지이큐 ( 주 ), 에스지에너지 ( 주 ) 삼양에코너지 ( 주 ) 동원이엔텍 ( 주 ) 한국비엔텍 ( 주 ) 동양환경 ( 주 ), ( 주 ) 정안텍스타일, ( 주 ) 대원제지, ( 주 ) 엔이티, ( 주 ) 썬텍에너지, 유신산업 ( 주 ) 연소로및보일러설계 제작 시공, 발전시스템설계및시공 연소로및보일러운전, 증기발전시스템운영관리 * 중소기업참여정도와점유율은주요제품시장에참여하는중소기업의참여규모와정도 ( 업체수, 비율등 ) 를고려하여 5 단계로구분 ( 낮은단계 :, 중간단계 (,, ) 높은단계 : ) 227

234 에너지공급 폐기물고형연료 나. 증소기업기술수요 폐기물고형연료분야의중소기업의기술수요를파악하기위하여중소기업기술수요조사및중소 기업청 R&D 신청과제 (2013~2015 년 ) 를분석한결과아래표의내용과같은수요들이다수있는 것으로분석 [ 폐기물고형연료분야과제신청현황및수요조사결과 ] 전략제품기술분류관심기술 고형연료생산기술 터빈부품제조를위한금속재료 3D 프린터기반기술개발데스크탑용소형제품출력가능한 3D 프린터단축식스크류를이용한보급형컬러 3D 프린터노즐차세대 3D 프린터를위한비접촉가열방식헤드 3D 프린터용고기능성 PLA 필라멘트 3D 프린터용유연전도성필라멘트금속분말융합기반의 3D 프린터 FDM 용복합폴리머필라멘트이종재료적층을위한 3D 프린터용다축 Head 개발등 폐기물고형연료 고형연료설비운영 고형연료이용기술 전기수력학패터닝및광학소결을이용한초정밀 3 차원프린터개발 3 차원메탈신터링 3D 프린터보급형 SLS 3D 프린터 Engine 기술 CNC 가공기능을갖춘복합형 3D 프린터 FDM 방식 3D 프린터제작및출력재료특성검토기술 Intelligent FDM 방식의 3D 프린터개발 3D 프린터출력물후가공기술 ( 쾌속장치 ) 등 유동층연소보일러, 순환유동층보일러스토카보일러선회식연소보일러증기발전기대기방지시설을포함융복합 3D 프린터및원료개발 3D 프린터용친환경종이소재개발 2 종이상의범용재료복합소재적용및두께제어가가능한 3 차원프린터 UV 광원을이용한 DLP 3D 프린터 3D 프린터용고굴곡강도지르코니아소재기술개발 DLP 3D 프린터용다관능가지형광경화수지개발 연소보일러운전 Wi-Fi 기능을가진보급형 3D 프린터와 3D 뷰어 SW 및 3D 프린터 Driver 기술 3D 프린터를활용한의료용인공보형물제작소프트웨어 3 차원프린터익스트루더펌웨어및다색표현슬라이딩 S/W 오픈소스플랫폼을응용한 3D 프린터상태관리및제어모듈 3D 프린터용모델데이타생성레이저기반 3D 스캐너등 228

235 전략제품현황분석 다. 중소기업핵심기술 (1) 데이터기반요소기술발굴 [ 폐기물고형연료분야키워드클러스터링 ] [ 폐기물고형연료분야주요키워드및관련문헌 ] No 주요키워드연관도수치관련특허 / 논문제목 요소기술 01 wastewater sludge, sewage 12~18 1. PROCEDURE AND EQUIPMENT FOR THE PRODUCTION OF SOLID FUEL FROM WASTEWATER SLUDGE 2. An orthogonal experimental study on solid fuel production from sewage sludge by employing steam explosion 3. Conversion of sewage sludge to clean solid fuel using hydrothermal carbonization: Hydrochar fuel characteristics and combustion behavior 요소기술 02 film-forming, waste, filter 12~15 1. Method for preparing low K material and film thereof 2. Experiences with treating the water-steam cycle in the Nehlsen Stavenhagen RDF heating and power plant with film-forming amines 요소기술 03 solid combustible 10~15 1. PROCESS AND APPARATUS FOR THE PRODUCTION OF A SOLID FUEL FROM COMBUSTIBLE WASTES 2. Innovative method for the combustion of glycerol fraction in solid fuel grate boiler 229

236 에너지공급 폐기물고형연료 No 주요키워드연관도수치관련특허 / 논문제목 요소기술 04 power plant, wave-power electricity 10~15 1. An integrated process for firing of biomass and/or waste in existing solid fuel fired power plants, and a solid fuel power plant for firing of biomass and/or waste materials 2. WAVE-POWER ELECTRICITY GENERATION SYSTEM 요소기술 05 solid recovered fuels, SRF 10~12 1. Apparatus and process for passivating an SRF cavity 2. Quality assurance of solid recovered fuels (SRF) 요소기술 06 요소기술 07 요소기술 08 요소기술 09 요소기술 10 agricultural organic wastes, energy recycled plastics, thermoplasti c resin combustion, burner, kiln efficienct power, power supply 8~12 8~10 7~10 6~8 SRF, waste 6~7 1. Recovery briquetting technologies of waste biomass and pyrolyzed waste char produced from solid industrial and agricultural organic wastes 2. Process for obtaining energy from organic-containing waste materials 1. Processing and properties of a solid energy fuel from municipal solid waste (MSW) and recycled plastics 2. TRANSPARENT THERMOPLASTIC RESIN PELLET MANUFACTURING METHOD 3. Characteristics and the recovery potential of plastic wastes obtained from landfill mining 1. BURNER FOR BOILER USING BIOMASS SOLID FUEL 2. Kiln process impact of alternative solid fuel combustion in the cement kiln main burner - Mathematical modelling and full-scale experiment 1. Efficient power allocation for redundant power supply with system priority 2. Are solid recovered fuels resource-efficient? 3. Efficiency gain of solid oxide fuel cell systems by using anode offgas recycle - Results for a small scale propane driven unit 1. Characterization of SRF from MBT plants: Influence of the input waste and of the processing technologies 2. Present and future of SRF 3. Experimental Investigation of Solid Recovered Fuel (SRF) Gasification 230

237 전략제품현황분석 [ 폐기물고형연료분야요소기술 ] No 요소기술명키워드 요소기술 01 폐. 하수슬러지건조연료화기술 WASTEWATER SLUDGE 요소기술 02 필름류폐기물의고형연료제조기술 film-forming, waste, filter 요소기술 03 가연성폐기물의고형연료제조기술 solid combustible 요소기술 04 폐기물고형연료를이용한열병합발전 power plant, wave-power electricity 요소기술 05 성형및비성형 SRF 와석탄의혼소기술 solid recovered fuels, SRF 요소기술 06 유기성폐기물재활용기술 agricultural organic wastes, energy 요소기술 07 폐기물로부터플라스틱의선별및회수기술 recycled plastics, thermoplastic resin 요소기술 08 연소장치내의고형연료공급기술 combustion, burner, kiln 요소기술 09 고형연료의고효율연소기술 efficienct power, power supply 요소기술 10 폐기물유래저등급 SRF 고효율연소기술 SRF, waste 231

238 에너지공급 폐기물고형연료 (2) 요소기술도출 [ 폐기물고형연료분야요소기술도출 ] 분류요소기술출처 폐. 하수슬러지건조연료화기술 기술수요조사, 키워드클러스터링 고형연료제조기술 필름류폐기물의고형연료제조기술 기술수요조사 가연성폐기물의고형연료제조기술 키워드클러스터링, 전문가추천 고형연료이용발전기술 폐기물고형연료를이용한열병합발전 성형및비성형 SRF 와석탄의혼소기술 기술수요조사, 키워드클러스터링 키워드클러스터링 폐기물재활용 / 회수 유기성폐기물재활용기술 기술수요조사, 키워드클러스터링, 전문가추천 폐기물로부터플라스틱의선별및회수기술 키워드클러스터링 연소장치내의고형연료공급기술 전문가추천 고효율연소장치및기술 고형연료의고효율연소기술 전문가추천, 기술수요조사 폐기물유래저등급 SRF 고효율연소기술 키워드클러스터링 232

239 전략제품현황분석 (3) 핵심기술선정 [ 폐기물고형연료분야핵심기술 ] 분류핵심기술개요 고형연료 제조기술 폐. 하수슬러지건조연료화기술 필름류폐기물의고형연료제조기술 사업장배출시설계로분류되는유기성오니로서하수처리장혹은폐수처리장에서 1일 100kg이상배출되는것을간접혹은직접건조기술에의하여 2차오염없이효율적으로수분을제거하여바이오SRF기준에적합한고형연료를제조하는기술재활용선별장혹은사업장에서배출되는필름류 ( 비닐류 ) 폐기물을선별, 파쇄, 탈수, 건조, 성형등의기술에의하여성형혹은비성형의 SRF를제조하는기술 고형연료이용 발전기술 폐기물고형연료를이용한열병합발전 성형및비성형 SRF 와석탄의혼소기술 폐기물로생산된 SRF 혹은 Bio-SRF를연소 ( 산소의존재하 ) 혹은열분해가스화 ( 무산소혹은저산소 ) 등의기술을이용하여열을생산하고, 전기혹은스팀등을생산하는기술화력발전소혹은열병합발전소에서성형혹은비성형의 SRF와석탄을혼합연소하기위하여이용하는전처리 ( 파쇄, 선별, 탈수, 공급 ) 기술과본처리 ( 연소기술 ) 기술 폐기물 재활용 / 회수 유기성폐기물재활용기술 생활및사업장혹은고형연료제조시설에서배출되어진유기물함량 40% 이상의폐기물 ( 음식물쓰레기, 오니류등 ) 을전처리하여생물학적 ( 호기및혐기 ) 혹은열화학적 ( 연소및열분해 ) 으로처리하여물질및에너지로전환하는기술 고효율 연소장치및 기술 폐기물유래저등급 SRF 고효율연소기술 생활및사업장에서발생되는저발열량폐기물 ( 저 발열량 SRF 혹은기준이하의폐기물 ) 을이용하여 전기혹은스팀을생산하는연소기술 233

240 에너지공급 폐기물고형연료 6. 기술로드맵기획 가. 폐기물고형연료기술로드맵 최종중소 중견기업기술로드맵은기술 / 시장니즈, 연차별개발계획, 최종목표등을제시함으로 써중소기업의기술개발방향성을제시 234

241 전략제품현황분석 나. 연구개발목표설정 로드맵기획절차는산 학 연전문가로구성된로드맵기획위원회를통해선정된핵심기술을대 상으로기술요구사항, 연차별개발목표, 최종목표를도출 [ 폐기물고형연료분야핵심기술연구목표 ] 분류핵심기술기술요구사항 연차별개발목표 1 차년도 2 차년도 3 차년도 최종목표 고형연료제조기술 하 폐수슬러지건조연료화기술 필름류폐기물의고형연료제조기술 폐기물재활용기준적합또는에너지생산이가능한고형연료제조 비닐등폐필름류를이용한고발열량고형연료제조 (7,000 kcal / kg이상 ) 슬러지건조연료화기술의전처리공정개발 폐필름류물성분석, 연료화방안및핵심기술개발 Bench 50kg/hr 이상건조및연료화공정개발 필름류의분리및선별, 탈수시스템성능시험 Pilot 250kg/hr 이상고형연료생산및성능평가 폐필름고형연료제조시스템의성능, 고형연료품질평가 5 톤 / 일이상의고형연료생산기술 5 톤 / 일이상의 SRF 생산기술확보 (7,000 kcal / kg이상 ) 고형연료이용발전기술 폐기물고형연료를이용한열병합발전 고형연료 (SRF) 와석탄의혼소기술 폐기물고형연료를이용한고효율열병합시스템개발 SRF 와석탄의혼소기술현장적용기술개발및평가 고효율열병합발전시스템의최적방안공정모사및시스템설계 실험실규모 SRF/ 석탄혼소특성및열역학적 Data 분석 고형연료보일러및열병합발전설비구축, 연계시운전 SRF/ 석탄혼소로공급시스템개발, 석탄혼소용현장설비구축 열병합시스템발전성능평가및고효율화최적화설계 최적혼합및연소조건도출, 운전신뢰성확보 고형연료이용열병합발전시스템실증기술 ( 발전효율 20% 이상 ) SRF 와석탄의혼소기술개발 (SRF 3% 이상혼소 ) 폐기물재활용 / 회수 고효율연소장치및기술 유기성폐기물재활용기술 폐기물유래저등급 SRF 고효율연소기술 이물질 0.3% 이하선별기술및에너지재활용기술개발 저급연료대상의연소기술개발 ( 에너지회수율 80% 이상 ) 유기성폐기물의전처리및고효율선별기술개발 Bench 규모의연소특성분석, 고효율연소기기초기술개발 유기성폐기물의생물학적 화학적전환및에너지회수기술개발 Pilot 연소시스템에서저등급 SRF 의고효율연소기술개발 선별및전환공정연계연속운전, 대형화최적설계인자도출 연소 / 열회수시스템연계운전성능평가, 상용시스템패키지 유기성폐기물선별및에너지전환기술개발 ( 에너지회수효율 75% 이상 ) 200kg/hr 이상의고효율연소기술개발 ( 에너지회수효율 80% 이상 ) 235

242 연료전지셀 전략제품현황분석

243

244 에너지공급 폐기물고형연료 연료전지셀 정의및범위 연료전지스택은여러개의단위셀이전기적으로는직렬로, 유체의흐름은병렬이될수있도록적층되어있는것이며, 각각의하나를 단위셀 혹은 단위전지 라고함 PEMFC의경우셀은 MEA( 막전극접합체이며, 전극촉매와전해질막그리고가스켓등을포함 ) 분리판그리고밀봉재로구분하며, MCFC의경우, 매트릭스분말, 전극분말, 용융염전해질분말그리고분리판코팅소재등으로나누며, SOFC의경우에는전해질, 전극, 밀봉재, 분리판등을의미함정부지원정책 신재생에너지발전차액지원제도 (FIT) 및신재생에너지의무할당제도 (RPS) 수송용연료전지는에너지안보와온실가스감축 건물용연료전지는열병합발전에비해온실가스감축효과가높고오염물질과분진발생을최소화할수있으며종합효율 80% 이상달성가능중소기업시장대응전략 강점 (Strength) 천연가스, 석탄가스등의다양한연료에대한적용가능 우수한도시가스인프라 전국에걸친부생수소확보가능 부품, 기계, 조선, 전자, 화하등의기존응용산업의높은적용성 산학연고급인력인프라구축기회 (Opportunity) 자원고갈에대비한미래형고효율발전설비인연료전지의기술력확보및시장개척 강한기술독점성 온실가스배출규제에대한대응이가능 유관산업의동반발전및고용창출 해외시장개발효율성제고 시장선점시시장이확대되면국가정책으로세계시장선도가능 초기수출시장인선진국의수소인프라구축계획발표 ( 독일 기, 일본 기, 미캘리포니아 기 ) 약점 (Weakness) 대기업의시장및연구개발에대한초기진입상태 원천기술및소재원료의해외의존성 선진국대비상용화기술열위 표준화, 규격등의연료전지를위한국가차원의가이드라인미흡 산업화의인프라부족위협 (Threat) 선진국의기술패권주의에의한치열한경쟁예상 선진국대비단기간에기술의추적이어려울경우기술표준의주도권상실 신흥경제국의기술추격의가속화 중소기업의공격적인투자가어려움으로인한공급체계미형성 중소기업의시장대응전략 에너지패러다임이전환되는현시점에서국내의현실을고려해볼때가장시급하고중요한현안은독자적인원천기술개발이라고할수있음 소재분야핵심원천기술개발에주안점을두고, 산학연인적네트워크구축, 표준화과제발굴등을통해국제표준화의대응방향을수립 238

245 전략제품현황분석 핵심기술로드맵 239

246 에너지공급 연료전지셀 1. 개요 가. 정의및필요성 연료전지기술은연료처리공정및연료전지모듈, 전력변환등관련기술을활용하여전력, 수송, 산업, 건물에너지분야뿐만아니라풍력, 태양광, 수소등신재생에너지와의기술융합을통해재생에너지의이용률및보급확대와전기, 열, 연료의모든에너지사일로를연결하는신재생에너지융복합을포함하는핵심기술임 연료전지스택은여러개의단위셀이전기적으로는직렬로, 유체의흐름은병렬이될수있도록적층되어있는것이며, 이각각의하나를 단위셀 혹은 단위전지 라고함 막전극접합체 (MEA) 은전극과분리막의접합체이며전기화학반응이일어나는장소로, 구성층의수에따라각각 3, 5, 7 layer MEA라고함 스택 (STACK) 은전극, 전해질및분리판으로구성된셀이적층된구조로서, 수소와산소의전기화학적반응으로전기를생산 분리판 (BP, bipolar plate) 는연료전지스택에서각전지를분리하고있는전도성판으로, 연료가스와공기를차단하며동시에유로확보및전류를전달 [ 연료전지셀기술 ] 막전극접합체 (MEA) 스택 (STACK) 분리판 (BP) 연료전지종류에따라 PEMFC 셀 ( 전극촉매, 전해질막, 분리판 ) 와 MCFC 셀 ( 매트릭스분말, 전극분말, 용융염전해질분말, 분리판코팅소재 ), SOFC 셀 ( 전해질, 전극, 밀봉재, 분리판 ) 등을의미 연료전지셀은연료전지종류에따라휴대용및수송용, 가정용등에적합한 PEMFC 셀과휴대용, 가정용등에적합한 SOFC 셀, 그리고대형발전및복합발전에적합한 MCFC 셀로구분가능 240

247 전략제품현황분석 * 자료 : Lawrence-Berkeley national lab. [ 연료전지단위전지구성도 ] [ 연료전지의전해질방식에따른기술분류 ] 종류 고분자전해질 (PEMFC) 응용탄산염 (MCFC) 고체산화물 (SOFC) 직접메탄올 (DMFC) 인산형 (PAFC) 전해질이온교환막탄산칼륨 + 탄산리튬안정화지르코니아이온교환막 H3PO4 작동온도 60~80 600~ ~1,000 5~ ~200 연료 H2 H2+CO H2+CO CH3OH H2 효율 (%LHV) 35~45% 45~60% 50~60% - 35~45% 용도 가정용, 자동차용, 분산전원 분산전원, 대용량발전 소형 - 대용량발전소형배터리대체용분산전원 실용화및 보급으로의 과제 발전효율의향상, 내구성향상, 백금촉매의담지량저감이필요 부식에강하고열변형이없는부품재료의개발필요 각구성요소의내구성향상, 재료비및제조비용절감이필요 메탄올크로스오버를줄이는이온교환막개발필요, CO 에강한촉매개발이필요 양산화에의한저비용화및보수관리의효율화가필요 241

248 에너지공급 연료전지셀 나. 범위 (1) 제품분류관점 연료전지셀은고온연료전지인 MCFC와 SOFC, 그리고저온연료전지인 PEMFC 셀을모두포함 MCFC 셀의경우에는매트릭스분말소재, 전극분말소재, 용융염전해질분말소재, 분리판코팅소재등으로구분 SOFC 셀은전해질소재, 전극소재, 밀봉재, 분리판소재등으로구분 PEMFC 셀은전극촉매소재, 전해질막소재, 분리판소재등으로구분 MCFC와 SOFC 셀은고온연료전지및개질기의중요소재인개질촉매소재로구분 [ 제품분류관점기술범위 ] 전략제품제품분류관점세부기술 전극 MCFC: Lithiated NiO 공기극, Ni-Al 합금연료극 SOFC: 페로브스카이트소재공기극, Ni 계연료극 PEMFC: 백금 / 카본전극 연료전지셀 전해질 MCFC: Li/K 계탄산염전해질혹은 Li/Na 계탄산염전해질 SOFC: YSZ 혹은세리아계산소이온전도체 PEMFC: 불소계혹은비불소계전해질 분리판 MCFC: 스테인레스스틸계금속 SOFC: 스테인레스스틸계혹은고내열계금속 PEMFC: 스테인레스스틸계금속혹은탄소복합체소재 242

249 전략제품현황분석 (2) 공급망관점 PEMFC 셀은귀금속계전극촉매, 고분자소재전해질막, 그리고카본계및금속계분리판구성요소소재로구성 MCFC 셀의경우에는알파리튬알루미네이트매트릭스분말소재, Ni계및 N-Al계전극분말소재, (Li/K)2CO3 전해질분말소재, Ni계및 Al계분리판코팅소재등으로구성 SOFC 셀은 YSZ 또는세리아전해질분말소재, 페로브스카이트및 Ni-cermet계전극분말소재, 유리계밀봉재, Ni-Cr-Fe계분리판소재로구성 [ 공급망관점기술범위 ] 전략제품공급망관점세부기술 전극 MCFC/SOFC: 금속및비금속계합금분말 PEMFC: 귀금속및비귀금속계전극소재 연료전지셀 전해질 MCFC: 용융탄산염전해질 SOFC: 전자전도성이없는산소이온전도체혹은프로톤전도체 PEMFC: 나피온계혹은인산함침탄화수소계전해질 분리판 MCFC/SOFC: 내부식성및내열성금속 PEMFC: 내부식성스테인레스스틸계금속혹은탄소복합체소재 243

250 에너지공급 연료전지셀 2. 산업환경분석 가. 산업특징및구조 (1) 산업의특징 연료전지산업은시스템생산자를정점으로다수의부품및소재생산자가참여하는융ㆍ복합산업으로, 고용창출효과크게기대되는산업임 연료전지는모듈형태로제작이가능하기때문에발전규모조절이용이하고, 설치장소의제약이적고, 연료전지는규모에따른에너지전환효율의변화가크지않아소형에서도높은에너지전환효율을기대할수있음 연료전지는수 W급휴대용전원에서부터수십 MW급분산발전까지다양한분야에적용이가능 [ 연료전지종류별응용제품 ] 제품종류 용량 연료전지 PAFC MCFC SOFC PEMFC DMFC 정치형 발전용수십 kw - 수십 MW 주택 건물용수 kw - 수십 kw 수송용 차량용수 kw - 수백 kw 선박용수백 kw - 수십 MW 휴대용 수백 W - 수 kw 수 W - 수백 W : 적용, : 일부고려, : 적용가능성희박 * 자료 : D.K. Gaman et. al., Fuel Cell Report to Congress, 신재생에너지백서 (2016 년 ) 선진국의경우 supply chain 구성이잘형성되어있으나, 국내의경우대기업중심의시스템분야를제외하면아직까지산업구조형성은미숙함 연료전지소재중원소재의 90% 이상은국내에서생산되지않는재료들로서대부분해외에서수입하므로연료전지에적합한소재로국산화할필요가있음. 국내에는대형소재업체, 특히비금속, 촉매부분의전문업체가전무한상황으로가공분말소재들조차전량해외에서수입하고있는실정 수송용, 건물용의일부부품은국산화가이루어져있으나, 스택핵심소재ㆍ부품은아직대부분수입에의존하고있는실정 244

251 전략제품현황분석 기술집적도가매우높아초기투자비와연구개발에많은노력과자금이필요하지만이에반해높은기술장벽이존재하여초기시장진입시시장을지배할수있는있음 주택 건물용, 수송용및발전용연료전지시스템은소재, 부품, BOP 등부품에서시스템까지다수기업이 supply chain에참여 시스템은주로대기업이생산하나소재, 부품및 BOP 등은중소 중견기업에서생산하는구조로많은기업들이산업생태계형성 연구개발이증가하는추세로시스템관련산업은수소타운보급, 연료전지버스실증단계에도달 소재분야인탄소복합체분리판, 개스킷, 기체확산층 (GDL) 생산인프라는구축되기시작하였으나촉매, 전극, MEA, 고분자전해질막산업은초기단계 스택은주로시스템업체가생산하며, 기술적으로선진국수준에도달 발전용의경우에는현재까지는수십 kw 이하의 PEMFC용시장의밸류체인이어느정도윤곽을잡아가는단계로평가된다. 하지만보다큰용량대인 MCFC 와 SOFC 의경우에는아직그틀이형성되지않음 SOFC의경우에는전극소재의분말을 MIKO등이생산하고있으나, SOFC의상용화진행단계가높지않은관계로그매출은아직미진한단계임 245

252 에너지공급 연료전지셀 (2) 산업의구조 연료전지소재분야전방산업에속하는스택제조부분은많은연구인력과시간을필요로하는분야로중소기업업종으로는적합지않으나국산화잠재력이큰분야이므로대기업및출연연중심연구역량을강화하여선도업체와의기술경쟁에있어서대외우위를점할수있는산업 후방산업으로는크게금속및비금속합금분말, 고분자소재, 산화물분말, 촉매소재등소재분야의기술이포함되며, 전방산업으로는스택제조산업, 운전및평가산업등의제조및시스템기술이포함 완성품을담당하는대기업과부품을담당하는중고기업모두에산업파급효과가클것이며, 수송용의경우에는국내에기술이상당히성숙되어있으므로수출효과가클것으로기대 [ 연료전지셀분야산업구조 ] 후방산업연료전지셀분야전방산업 금속및비금속합금분말, 고분자소재, 산화물분말, 촉매소재등 분말소재합성산업, MEA 제조산업, 특수코팅산업등 스택제조산업, 운전및평가산업 246

253 전략제품현황분석 나. 경쟁환경 PEMFC 셀 PEMFC 분리판관련산업은금속코팅산업, 박판금속개발산업, 금속성형산업, 가스켓산업, 흑연소재산업, 흑연성형및산업분리판설계산업으로구분되어있으며, 이중분리판유로설계기술은확보되어있는상태이나흑연성형분리판제조분야와금속내부식코팅기술이미흡한것으로파악 수송용 PEMFC를다루는업체로는완성차메이커인현대-기아자동차가있으며그협력업체들인 ( 주 ) 오덱, ( 주 )CNL, ( 주 ) 에이스산업 일도산업등의소수의업체가분리판시장에참여하고있음 ( 주 ) 오덱은자동차용연료전지의백금촉매개발을수행하고있는기업으로서백금촉매기술을자체적으로개발하는데성공한것으로알려져있음 MCFC 셀 테이프캐스팅공정에의한용융탄산염연료전지관련 MEA 제조산업은중소기업이접근하기적합하므로많은국내중소기업이약간의기술개발및기술이전을통하여상용화에적합한기술을확보할수있는산업 용융탄산염연료전지 (MCFC) 발전산업은재료, 전기화학, 화공, 전자, 기계등여러산업의특징을복합적으로갖고있는융복합응용산업으로다양한전문기술과지식의융합이요구 MCFC 셀 SOFC는소재 ( 금속, 산화물 ), 셀, 번들 (bundle), 스택 (stack), BOP 부품, 개질기, 플랜트시스템으로구성되어있고, 부품 (stack) 과제품 (system) 의경우는대기업에서관심을가지고개발하고있으며, 분말소재 (powder) 와단전지 (cell) 의경우는중소기업, 중견기업및대기업에서관심을가지고기술개발진행 국내산업의경우연료전지핵심부품인스택 (stack) 및전체제품 (system) 을개발할대기업의경우충분한자금, 기술및인력을이용하여개발하고있는반면대부분중소기업및중견기업의경우아직까지자금, 기술및인력면에서어려움이존재 247

254 에너지공급 연료전지셀 [ 제품분류별경쟁자 ] 구분 경쟁환경 기술분류 PEMFC 셀 MCFC 셀 SOFC 셀 주요품목및기술 백금계전극촉매, 불소계멤브레인, 비불소계멤브레인, 분리판등 니켈계연료극및공기극, 탄산염전해질, 리튬알루미니이트계매트릭스, 금속분리판 페로브스카이트공기극, 니켈계연료극, YSZ 전해질, 금속분리판, 고온밀봉소재 해외기업 GORE, Johnson Matthey, 듀퐁, 다우케미컬, 아사히카세히 FCE Bloomenergy, GE, TOTO 국내기업 현대 - 기아자동차, 두산, S-fuel cell 포스코, 포스코에너지 포스코에너지, LG 248

255 전략제품현황분석 다. 전후방산업환경 연료전지산업은연료전지설비도입과연료조달을통한연료투입단계와전기및열을생산하는운영단계, 그리고자가소비또는외부로판매하는소비 / 판매단계로크게구성 최근연료전지기반수소원천기술개발에대해서연구지원확대중 향후시스템가격저감, 내구성향상, 제품신뢰성향상연구에주력할계획 2020년 80기, 2025년 210기에달하는정부의수소충전소보급계획달성을위해서는현재의수소충전소초기건설비용저감및수소공급가격인하를위한수소기반기술확보필요 수소압축, 저장, 충전기술확보를통한수소단가저감및안전성확보필요 [ 주요국가별수쇼연료전지 R&D 프로그램 ] 국가프로그램명대상내용 한국 신 재생에너지핵심개발사업 ( 산업부 ) 수소연료전지 수소연료전지핵심기술개발 미국 Hydrogen and Fuel Cell (EERE) 수송용 수소제조, 운송, 공급기술연료전지 (PEFC) 기술기술타당성검증안전표준, 법제화등 Basic Science 수소, 연료전지기초원천 SECA (Fossil Energy) 발전용 SOFC 기술 SOFC 실용화추진기술개발사업 건물용발전용 상업용, 발전용시스템개발 일본 수소이용기술개발사업 수소충전소보급기술개발 수소이용선도기술개발사업 수송용 저가고효율수소제조, 수소액화저장기술 유럽 FCH 2 JU uner Horizon 2020 수송용발전용건물용 기간 : 년 2050 년저탄소경제로전환을목표로수소연료전지실증 * 자료 : 신재생에너지백서 (2016 년 ) * 한국, 미국, 일본 2016 년기준 EERE : Energy Efficiency & Renewable Energy SECA : Solid State Energy Conversion Alliance FCH JU : Fuel Cell & Hydrogen Joint Undertaking 249

256 에너지공급 연료전지셀 3. 시장환경분석 가. 세계시장 2015 년후지경제의세계연료전지시장전망에따르면 2015 년 1.9 조원에서 2020 년 9.2 조원정 도로증가할것으로전망되고있으며, 이중연료전지셀시장은연료전지시장의약 30% 로추정 연료전지셀의세계시장규모는 2015 년에는 5,700 억원이며, 2020 년에는 2.1 조원으로성장할예정 [ 연료전지셀의세계시장규모및전망 ] 구분 ( 단위 : 억원, %) CAGR ('13~'15) 연료전지 19,000 34,000 49,000 63,000 78,000 92, 연료전지셀 5,700 7,410 9,633 12,523 16,280 21, * 자료 : 2015 년후지경제연료전지기술시장장래전망의자료참고하여전망치추정전체연료전지시장의 30% 셀시장으로가정 ( 단위 : 억원, %) * 자료 : 2015 년후지경제연료전지기술시장장래전망의자료참고하여전망치추정전체연료전지시장의 30% 셀시장으로가정 [ 연료전지셀의세계시장규모및전망 ] 세계분산발전용연료전지시장은 2015 년을시점으로폭발적으로성장하여 2019 년까지약 605MW 가 설치될것이며연평균약 31.3% 의성장을전망하고있음 250

257 전략제품현황분석 Bloom Energy 와 Fuel Cell Energy 는미국연료전지발전시장을주도하며 California 주에 2013 년까지 131MW 를보급하였으며 Connecticut 주에는 2013 년 12 월 14.9MW 발전소, 바이오매 스발전소에 5.6MW 연료전지시스템을설치함 ( 단위 : MW Shipment) * 자료 : Technavio Research 2015 년, 재가공 [ 세계연료전지시장규모및전망 ] 연료전지자동차의세계시장은 2015 년 7 조 8 천억원에서 2020 년약 34 조원정도로증가할것으로전망 [ 연료전지자동차의세계시장규모및전망 ] 구분 연료전지자동차 * 자료 : 신재생에너지백서 (2016 년 ) ( 단위 : 억원, %) CAGR ('13~'15) 78,000 68,727 68, , , ,

258 에너지공급 연료전지셀 나. 국내시장 국내연료전지시장규모는 2015 년기준 3,800 억원으로추산되며, 연평균성장률은약 37% 로국내 시장의고성장을유지하여 2020 년에는 1 조 8,400 억원규모의시장으로성장할것으로예상 국내연료전지셀시장규모는 2015 년기준 1,140 억원으로추산되며, 2020 년에는 5,520 억원으로 성장할것으로전망 [ 연료전지셀의국내시장규모및전망 ] 구분 ( 단위 : 억원, %) CAGR ('13~'15) 국내시장 3,800 6,800 9,800 12, , 연료전지셀 1,140 2,040 2,940 3,780 4,680 5, * 자료 : 2015 년후지경제연료전지기술시장장래전망의자료참고하여전망치추정국내연료전지시장은세계연료전지시장의약 20% 를차지한다고가정하여추정전체연료전지시장의 30% 셀시장으로가정 연료전지자동차의국내시장은 2015 년 830 억원에서 2020 년약 8천억원정도로증가할것으로전망 현대자동차는 2012년 9월 ix35 Fuel Cell을공개하였고 2013년부터연료전지자동차연간생산규모 1,000대의준양산라인을세계최초로구축하였고, 향후생산규모를연간 10,000대이상으로계획하고있음 [ 연료전지자동차의국내시장규모및전망 ] 구분 연료전지자동차 * 자료 : 신재생에너지백서 (2016 년 ) ( 단위 : 억원, %) CAGR ('13~'15) 830 3,659 3,659 3,659 5,402 8, 국내연료전지시장은 2014년을기준으로총보급량 199.4천 toe 규모로최근 5년간연료전지보급량은빠르게증가하고있음. 그비중은신 재생에너지전체보급량의 2013년 1.2% 에서 2014년 1.7% 로비중이전년대비 62.9% 증가하였음 국내에서는 2018년까지연료전지발전소건설계획용량은 481MW(19개소 ) 로, 2016년설치된연료전지용량 (171W) 의 2.8배수준으로시장이확대될전망 252

259 전략제품현황분석 정부는 7차전력수급계획 (15년 8월 ) 에서타신 재생에너지와함께발전용연료전지의보급을 2020년까지 641MW, 29년까지약 1,351MW를보급할계획임 국내에서는 RPS 정책의영향으로 2015년기준누적설치용량은 184MW로전체신 재생에너지설비설치용량 12.2GW 대비 1.5% 수준으로파악 포스코에너지가 2013년경기도화성에 58.8MW급세계최대연료전지발전소를건설하였으며두산은 2017년까지부산해운대에 30.8MW급도심형연료전지발전소건설을진행중임 [ 정부예상연료전지보급량 ] ( 단위 : MW) 구분 연료전지보급량 (MW) ,041 1,351 * 자료 : 제 7 차전력수급계획 * 자료 : 신재생에너지백서 (2016 년 ) [ 국내발전용연료전지보급현황 ( 월 ) ] 253

260 에너지공급 연료전지셀 다. 무역현황 연료전지셀분야의무역현황을살펴보았으며, 수입량에비하여수출량이감소하는추세 연료전지셀기술의수출현황은 11년 14억 223만달러에서 15년 11억 218만달러수준으로감소하였으며, 수입현황은 11년 10억 5,643만달러에서 15년 9억 9,430만달러수준으로감소하였음 최근 5년 ( 11~ 15년) 간연평균성장률을살펴보면수출금액은 5.8% 로감소하였으며, 수입금액은 1.5% 로감소하여전체무역수지는 25.3% 감소한것으로나타남 무역특화지수는 11년(0.14) 부터 15년(0.05) 까지감소한것으로나타나점차국내기업의수출량이감소하고있는것으로나타남 [ 연료전지셀관련무역현황 ] 구분 ( 단위 : 천 $) CAGR ('11~'15) 수출금액 1,402,233 1,084,399 1,167,706 1,141,212 1,102, % 수입금액 1,056,432 1,064,192 1,130,075 1,003, , % 무역수지 345,801 20,207 37, , , % 무역특화지수 * * 무역특화지수 = ( 상품의총수출액 - 총수입액 )/( 총수출액 + 총수입액 ) 으로산출되며, 지수가 0 인경우비교우위는중간정도이며, 1 이면완전수출특화상태를말함. 지수가 -1 이면완전수입특화상태로수출물량이전혀없을뿐만아니라수입만한다는뜻 * 자료 : 관세청수출입무역통계 HS-Code(6 자리기준 ) 활용 254

261 전략제품현황분석 4. 기술환경분석 가. 기술개발트렌드 신재생에너지보급확대 정부는 2009년제1,2차녹색성장 5개년계획, 녹색기술R&D종합대책, 2013년 ICT 기반에너지수요관리신시장창출방안, 2014년온실가스감축목표달성로드맵등온실가스감축과신산업육성을위한정책을추진하며연료전지를주요기술로선정 RPS 정책으로국내발전용연료전지초기시장이확보되고있으며,. 수송용연료전지의경우연료전지차및수소충전소장기보급로드맵및해외보급사업참여로초기시장이형성되고있음. 주택건물용연료전지의경우기업들의투자를유도할장기보급및기술개발이필요 연료전지산업생태계활성화필요 수송용 PEMFC 및발전용 MCFC는시스템제조사를중심으로 Supply chain 수직계열화가구축이잘되어있으나부품, 소재중소 중견기업기술력은취약한것으로판단 내수시장을넘어서수출시장개척을위한기술경쟁력확보에정부의지원및중소 중견기업과대기업간의상생협력이필요 각연료전지의성능, 가격및안정성을확보하기위한원소재, 구성부품및이를셀로제조하기위한공정기술을확보하고관련부품소재산업활성화필요 첨단원천소재기술의부족 선진기업과의가격경쟁 / 기술격차가심화되고있으며, 상용화를위한가격및내구성목표를맞추기위하여새로운재료에대한탐색필요 PEMFC 경우, 비백금계전극소재개발및사용되는백금량저감필요, 장기내구성확보요구 MCFC는소재개발을통하여전기발전효율을현 47% 에서 55% 이상으로개선하여야하며, 현재 3만시간에머물러있는스택내구성을최대 9만시간까지확보요구 SOFC의경우, 구성요소소재개선을통하여구성요소대면적화, 초기시동시간단축및 on-off에따른열사이클충격저항성개선요구 255

262 에너지공급 연료전지셀 나. 주요업체별기술개발동향 (1) 해외업체동향 건물용연료전지 가정용 PEFC 분야의선도국인일본은정부지원과지속적인연구개발로파나소닉, 도시바공동브랜드제품인에너팜을출시하여 2014년 9월 10만대판매달성 2013년기준시스템전기효율 39%(LHV), 종합효율 95%(LHV) 까지도달하며시스템가격은 2백만엔수준 일본에서는 2012년상용가정용 SOFC 제품을출시하여 24시간연속운전조건에서시스템전기효율 45%(LHV), 종합효율 87-90%(LHV) 까지도달한상태로내구성향상, 가격저감을위한시스템개선, 소재, 부품등원천분야에대한핵심기술확보를목표로기술개발추진 수송용연료전지 일본도요타에서는연료전지자동차미라이 2014년 11월양산개시후한달동안 1,500대주문신청을받고 2015년 700대, 연간생산량을 2017년까지연간 3,000대수준으로증산계획발표. 3차원 mesh 구조의 cathode 유로적용, 얇은전해질막및기체확산층, Pt/Co 촉매를사용, 3.1kW/L(Max. power : 114kW/ Vol. 37L) 스택개발 (56kg, 370cells, 무가습 ) 혼다 (Honda) 에서는태양전지 연료전지 수전해를융합한재생에너지체계를구현하기위한 350bar 직접충전이가능한수전해개발완료함. 2006년대비부피 33% 감소, 스택출력 1.5배향상을통하여연료전지스택의소형화 (3.0kW/L) 에성공세단형연료전지개발에성공 발전용연료전지 미국의 FCE 사는 CO 2 포집및 H 2 제조등을발전과동시에이룰수있는다목적 MCFC 시스템개발을통해수요확대에주력하고있으며 MCFC-PSA Hybrid 로 PSA에의한 CO 2 포집과 H 2 분리가능성연구를수행한결과, CO 2 증가분을 35% 이내로줄일수있다고제시 FCE사는고효율화를위해가스터빈의통합운전을통한고효율발전시스템 (DFC/T) 을개발하고, 실증을완료하고기존시스템에비해 10% 이상발전효율이높은기술을개발중 256

263 전략제품현황분석 일본은 NEDO라는컨트롤타워를중심으로에너지회사와연료전지제작기업등관련업계가협력하여가장성공적으로연료전지산업을주도하고있음 연료변환기, 연료공급계및열활용 / 냉각기계통을이미모듈화개발하여단가절감을실현 유럽은백업전원용연료전지부품기술개발을위하여 FCH 주도하에 6kW급연료전지부품개발프로젝트인 FluMaBack 수행중 ( ~ ) [ 발전용연료전지의주요업체동향 ] 구분업체명핵심기술특징 FCE 발전용, 수송용등 MCFC '69 년창립후 MCFC 분야에서독보적기술보유 VPS( 캐나다 ) SOFC 연구개발, '12 년말 100% 인수 FCES( 독일 ) MCFC 생산 / 판매법인 ( 獨프라운호퍼지분보유 ) 미국 Bloom Energy 건물용연료전지 SOFC 전세계 SOFC 상용화선도기업 ( 미국내 100MW 판매 ) GE 연료전지 SOFC 최근 SOFC R&D 재개 Soft bank 건물용연료전지 Bloom Energy 와 JV 설립 후쿠오카자사건물실증후적용확대 일본 MHI 발전용 SOFC Hitachi 와 JV 설립 250kW 급 SOFC- 가스터빈복합시스템실증中 유럽 Sunfire 건물용 / 발전용 SOFC '15 년 25kW 시스템을러시아고객사에 2 기납품 '15 년 150kW SOFC 를미국 Boeing 사에서실증완료 포스코에너지 발전용 MCFC 연 100MW MCFC 일관생산체계구축 ('08 년 BOP, '11 년스택, '15 Cell 공장준공 ) 국내 150MW 보급, '16 년이후 SOFC 상용화예정 국내 두산 발전용 PAFC '14 년 7 월, ClearEdge 및퓨얼셀파워인수, PEMFC 및 PAFC 시장진입 '07 년부터 MCFC 독자개발추진, '13 년조직해체및사업철수이후사업재진입, 70MW 급공장증설추진중 LGFCS 발전용 SOFC '12 년그룹신성장동력사업으로선정, Rolls Royce 51% 지분인수 * 자료 : 신재생에너지백서 (2016 년 ) 257

264 에너지공급 연료전지셀 (2) 국내업체동향 포스코에너지 (MCFC) 와두산 (PAFC) 은국내발전용연료전지기술개발과시장을주도 포스코에너지는 2012년세계최대규모인 100MW/ 년생산설비를구축하였고 BOP공장, 스택공장에이어 2015년셀공장을완공하여 MCFC 제조공정의 100% 국산화달성 두산은발전용연료전지시장확대를위하여 2016년말까지익산에 70MW 규모시스템생산공장을구축할예정 가정용연료전지시스템분야에서는두산퓨얼셀 ( 구퓨얼셀파워 ), 현대제철, 에스퓨얼셀 ( 구 GS 퓨얼셀 ) 3사가보급을주도하고있음 두산은 2012년수소타운시범사업에 1kW, 10kW급수소형연료전지시스템설치에따른수소공급, 설치, 안전, 운영에걸쳐기술개발을하였고 2015년주택 건물용연료전지 6000대 / 년생산규모의공장을경기도화성시에완공 에스퓨얼셀은 LNG 및 LPG 용 5kW급건물용연료전지시스템을개발하여현재판매중이며, 고온 PEMFC는고분자막, MEA, 스택원천기술확보후 5kW 건물용시스템실증단계에도달함 경동나비엔, STX 중공업은 SOFC분야에서 0.7-1kW 주택용시스템을개발 2,000시간실증운전에성공함 포스코에너지는 10kW급건물용 SOFC 개발을진행중 수송용연료전지시스템분야내현대자동차의기술수준은완성차수준에서세계정상급임 전세계최초로양산형연료전지차를출시하였으며소비자운전환경에따른연료전지시스템제어기술이가장우수 스택에서전기를생산하기위한운전장치국산화 95% 이상인국내기술보유 2013년투싼ix 차기차종을 2018년에출시하기위한연구를진행중 * 출처 : 2014 신재생에너지백서 [ 현대자동차투싼 ix 연료전지자동차 ] 258

265 전략제품현황분석 다. 기술인프라현황 2014년경상북도는산업부가공모한에너지융 복합지원사업으로포스코에서생산되는부생수소를활용해포항에수소연료빌리지타운을조성 포항수소연료전지타운조성 1단계사업은포스코에서생산되는부생수소를활용해공공기관과복지관, 실내수영장등에수소연료전지 35대를비롯해수소배관, 모니터링시설, 홍보관등을설치해수소연료빌리지타운을조성 서울시에서는신 재생에너지보급을확대하기위해, 한국수력원자력, 동서발전, SK E&S 등 3 개발전사업자와 2018년까지 200MW급연료전지발전시설을확충하여 2020년까지전력자립률 20% 달성을목표로하고있음 2013년고덕차량기지에 20MW 발전소를건설하였고 2016년완공을목표로마포에 20MW 노을연료전지발전소가건설중 * 출처 : 2016 신재생에너지백서 [ 경기 ( 화성 ) 그린에너지의세계최대연료전지발전소 ] 2015년까지국내에는 19기의수소충전소가설치되었으나현재는 10기가운영중 특히잉여수소활용이쉬운울산, 여천지역과인구가밀집된수도권을중심으로수소인프라구축이시작되어, 점차광역시및광역시를연결하는구도로수소인프라구축이진행될예정 259

266 에너지공급 연료전지셀 * 출처 : 산업통상자원부, 2015 년 [ 수소충전소국내보급계획 ] [ 연도별연료전지차및충전소보급계획 ] ( 단위 : 천대, 기 ) 구분 신규 연료전지차 보급목표 충전소 연료전지차 누적 충전소 * 출처 : 산업통상자원부, 2015 년 260

267 전략제품현황분석 라. 특허동향분석 (1) 연도별출원동향 연료전지셀기술의지난 7년 ( 10~ 16) 간출원동향 25) 을살펴보면증감을반복하다최근감소하는추세를보임 국가별출원비중을살펴보면일본 41.5% 로최대출원국으로연료전지용셀기술을리드하고있으며, 미국이 30.7%, 한국 20.9%, 유럽 6.9% 순으로특허점유 [ 연료전지셀분야연도별출원동향 ] 25) 특허출원후 1 년 6 개월이경과하여야공개되는특허제도의특성상실제출원이이루어졌으나아직공개되지않은미공개데이터가존재하여 2015, 2016 년데이터가적게나타나는것에대하여유의해야함 261

268 에너지공급 연료전지셀 (2) 국가별출원현황 한국의출원현황을살펴보면증가-감소추세로변화하였으며, 외국인의출원이점차증가하고있음 외국인의출원증가현상이두드러지는이유를살펴보면연료전지셀기술의국내시장에대한외국인의선호도가증가하는것으로추정 일본의출원현황은감소-증가-감소추세로변화하였으며, 출원인대부분이자국출원으로일본내의기술력이우수한것으로추정 미국과유럽의출원현황은지속적으로유지되고있는추세를보이고있으며, 출원인대부분이외국인으로미국과유럽은자국인의출원이미미 [ 국가별출원현황 ] 262

269 전략제품현황분석 (3) 투입기술및융합성분석 연료전지셀분야의투입기술을확인하기위하여특허분류코드인 IPC Code 26) 를통하여살펴본결과연료전지셀분야의가장높은 IPC는 H01M 기술분야가 6,594건으로가장많이차지하고있으며, 이어서 B01J가 96건, C08G가 66건으로다수를차지 이외에 C25B 60건, G01N 34건, C01B 33건, C08J 23건, C02F 19건, C08L 19건, H01B 17 건순으로기술이투입되어있어연료전지셀분야에다양한기술이융합되어존재 더불어해당 IPC의특허인용수명을살펴보면 G01N 기술분야의수명이 9년으로가장긴것으로나타났으며, C25B, C08J 기술분야는 7년으로가장짧은것으로분석 [ 연료전지셀분야상위투입기술 ] IPC 기술내용특허인용수명 (TCT) 27) H01M 화학적에너지전기적에너지직접변환하기위한방법또는수단 8 년 B01J 화학적또는물리적방법 9 년 C08G C25B 탄소 - 탄소불포화결합만이관여하는반응이외의반응으로얻는고분자화합물 화합물또는비금속의제조를위한전기분해또는전기영동방법 ; 그것을위한장치 8 년 7 년 G01N 재료의화학적또는물리적성질의검출에의한재료의조사또는분석 9 년 C01B 비금속원소 ; 그화합물 8 년 C08J 마무리 ; 일반적혼합방법 ; 서브클래스 C08B, C08C, C08F, C08G 또는 C08H 에포함되지않는후처리 7 년 C02F 물, 폐수, 하수또는오니 ( 슬러지 ) 의처리 8 년 C08L 고분자화합물의조성물 8 년 H01B 케이블 ; 도체 ; 절연체 ; 도전성, 절연성또는유전성특성에대한재료의선택 8 년 26) 전세계적으로통용되고있는국제특허분류 (IPC: International Patent Classification) 를통해특허정보기술분야에서공지기술을조사할수있으며, 기술및권리정보에용이하게접근가능 27) 특허인용수명지수는후방인용 (Backward Citation) 에기반한특허인용수명의평균, Q1, Q2( 중앙값 ), Q3 에대한통계값을제시함. 특히이와같이산출된 Q2 는 TCT(Technology Cycle Time, 기술순환주기또는기술수명주기 ) 라고부름 263

270 에너지공급 연료전지셀 투입기술이가능많은 H01M 분야와융합이높게이루어진기술은 B01J 분야로나타났으며, C08J, C25B 분야와도나타융합된기술의건수가높은것으로분석 이외에 B01J 분야와융합된기술은 H01M, C01B, B82B 분야와융합된기술이많은것으로나타났으며, C08G 분야와융합된기술은 C08J, C08L, H01B 기술로분석 [ 연료전지셀분야 IPC 기술및융합성 ] (4) 주요출원인분석 세계주요출원인을살펴보면주로일본의출원인이다수의특허를보유하고있는것으로나타났으며, 자동차, 전자분야의출원인이대부분 주요일본출원인을살펴보면 TOYOTA MOTOR, HONDA MOTOR, NISSAN MOTOR 등자동차기업이다수출원을하고있는것으로나타났으며, 이들일본출원인은주로일본본국에출원건수가높은것으로나타남 한국출원인으로는현대자동차와엘지화학의 2개기업이상위출원인으로나타나연료전지셀관련기술을다수보유 264

271 전략제품현황분석 가장많은특허를보유하고있는 TOYOTA MOTOR는 3극패밀리수가 297건으로다국적으로시장을확보하며출원활동을진행하고있는것으로나타남 HONDA MOTOR는 3극패밀리수가 332건으로최다건을보유 국내기업인삼성전자는확보한특허의피인용지수가 23.1로가장높게나타나기술의파급성이높은원천기술을다수보유하고있는것으로분석됨 [ 주요출원인의출원현황 ] 주요 IP 시장국 ( 건수 %) 3 극 주요출원인 국가 한국미국일본유럽 IP 시 장국 종합 패밀리수 ( 건 ) 피인용 지수 주력기술분야 TOYOTA MOTOR 일본 % 21% 65% 5% 일본 연료전지전극제조기술 HONDA MOTOR 일본 % 28% 72% 1% 일본 전해질막전극구조체기술 NISSAN MOTOR 일본 % 32% 45% 23% 일본 연료전지스택제조기술 현대자동차 한국 % 42% 6% 1% 한국 고내구성막 / 전극접합체 (MEA) 제조기술 삼성전자 한국 % 45% 7% 5% 한국 고성능전극촉매소재기술 NGK INSULATORS 일본 % 11% 83% 5% 일본 연료전지스택구조기술 PANASONIC 일본 % 28% 60% 11% 일본 고내구성막 / 전극접합체 (MEA) 제조기술 TOTO 일본 % 21% 63% 16% 일본 고체산화물형연료전지시스템기술 NGK SPARK PLUG 일본 % 10% 69% 9% 일본 89 9 고체산화물형연료전지스택제조기술 엘지화학 한국 % 15% 14% 8% 한국 고분자전해질막제조기술 265

272 에너지공급 연료전지셀 (5) 국내출원인동향 국내출원인동향을살펴보면대기업은현대자동차의출원건수가가장높게나타났으며, 중소기업에서는케이세라셀의출원건수가높게나타남 대기업의주요출원인은삼성전자, 엘지화학, 삼성SDI, 포스코등이있으며, 중소기업의주요출원인은엑스에프씨, 지브이퓨얼셀, 에이치투등이주요출원인인것으로나타남 기업이외의주요출원인을살펴보면한국에너지기술연구원, 한국과학기술연구원, 한국화학연구원등연구소 / 공공기관의출원이다수나타났으며, 대학은한양대학교, 서울대학교, 연세대학교등의출원이높은것으로분석됨 [ 국내주요출원인의출원현황 ] 266

273 전략제품현황분석 5. 중소기업환경 가. 중소기업경쟁력 연료전지셀산업은전세계적으로 10개사이내의주요회사들이독점적으로공급하고있어서원료공급자의교섭력이강하나아직상용화단계에이르지못하고있으므로상황임 따라서, 수급불균형상태는아니기때문에원료수급에문제는없으나향후상용화진행시핵심구성요소는제품성능및가격책정에중요한결정요소가될것으로예상됨 [ 연료전지셀분야중소기업현황 ] 기술분류주요기술대기업중소기업중소기업참여영역중소기업참여정도 분리판 금속분리판 ( 대기업 ) 카본컴퍼짓흑연분리판 현대제철 ( 금속분리판 ) 에이스산업 ( 카본컴퍼짓 ) CNL, 일도산업 카본컴퍼짓유로, 성형유로설계 막전극접합체 (MEA) 전극계면특성분석고내구성 MEA LG 화학 오덱 막 / 전극계면접착향상기술 전해질막 고분자전해질막 LG 화학현대자동차 - - 연료전지단위셀 셀표준화기술셀구조최적화전류집전체단전지설계 N/A CNL, - * 중소기업참여정도와점유율은주요제품시장에참여하는중소기업의참여규모와정도 ( 업체수, 비율등 ) 를고려하여 5 단계로구분 ( 낮은단계 :, 중간단계 (,, ) 높은단계 : ) 267

274 에너지공급 연료전지셀 나. 중소기업기술수요 연료전지셀분야의중소기업의기술수요를파악하기위하여중소기업기술수요조사및중소기업청 R&D신청과제 (2013~2015 년 ) 를분석한결과아래표의내용과같은수요들이다수있는것으로분석 연료전지셀분야중소기업은주로촉매, 전해질막과관련된기술이주로포함됨 건식공정을활용한에너지변환용 BPA-DFBP 고분자 / 백금나노촉매복합막개발, 고분자연료전지용나노복합막제조기술, 대용량전력저장을위한전해질및전해질막개발, 고분자전해질형연료전지용신규고분자전해질막제조기술개발, 연료전지내구성향상을위한촉매담지체및표면처리기술개발등에대한수요가있는것으로조사 [ 연료전지셀분야과제신청현황및수요조사결과 ] 전략제품기술분류관심기술 촉매, 전해질막등 건식공정을활용한에너지변환용 BPA-DFBP 고분자 / 백금나노촉매복합막개발고분자연료전지용나노복합막제조기술대용량전력저장을위한전해질및전해질막개발고분자전해질형연료전지용신규고분자전해질막제조기술개발연료전지내구성향상을위한촉매담지체및표면처리기술개발 연료전지셀 분리판 Hydroforming 을이용한연료전지금속분리판성형기술및 Seal 일체화기술개발대면적 (8700 cm2급 ) 용융탄산염연료전지분리판용상용집전체개발에폭시 - 탄성체 - 탄소입자 - 흑연화섬유복합재료를이용한연료전지용분리판개발연료전지용탄성에폭시 / 흑연복합재료분리판개발 268

275 전략제품현황분석 다. 중소기업핵심기술 (1) 데이터기반요소기술발굴 연료전지셀기술의특허및논문데이터검색을통해도출된유효데이터를대상으로데이터마이닝기법 (Scientometrics 기법 ) 을통해클러스터링된키워드의연관성을바탕으로요소기술후보군을도출 연료전지셀기술의특허및논문유효데이터를기반으로키워드클러스터링을통하여 12개의요소기술후보군을도출 제품별 dataset 구축 : 연료전지셀기술관련특허 / 논문데이터를추출하여노이즈제거후제품별 dataset 구축 1차클러스터링 : 키워드맵을통한고빈도키워드확인-빈도수 (tf-idf) 28) 가상위 30% 에해당하는키워드를대상으로 1차추출 2차클러스터링 : 1차클러스터링에서추출된고빈도키워드사이에서고연관도키워드를 2차추출 ( 고연관도기준은연관도수치 29) 가 2이상인클러스터로제한 ) 다음그림은키워드간연관네트워크를시각화한것으로, 각키워드를나타내는원과키워드간의연관도를나타내는직선으로구성 각키워드가특허와논문중어느데이터에서도출되었는지원의색으로구분하였으며, 키워드로도출된클러스터는황색음영으로표시 키워드를나타내는원은고빈도의키워드일수록원의크기가크게표현되며, 연관도를나타내는선은키워드사이의연관도수치가높을수록굵게표현 연료전지셀기술전략제품의특허 논문유효데이터에대하여키워드클러스터링결과를기반으로요소기술도출 데이터기반의요소기술도출은키워드클러스터링을통해도출된요소기술에대하여전문가의검증및조정을통하여요소기술을도출 28) 빈도수 (tf-idf) : 각키워드가출현되는특허또는논문수를의미 29) 연관도수치 : 두개이상의키워드사이의특허또는논문수를의미 269

276 에너지공급 연료전지셀 [ 연료전지셀분야키워드클러스터링 ] [ 연료전지셀분야주요키워드및관련문헌 ] No 주요키워드 연관도 수치 관련특허 / 논문제목 클러스터 01 oxygen reduction, Catalyst activity, durability 15~16 1. METHODS OF PRODUCING POROUS PLATINUM-BASED CATALYSTS FOR OXYGEN REDUCTION 2. Novel catalyst for oxygen reduction reaction in fuel cells 3. OXYGEN REDUCTION CATALYST, METHOD FOR PRODUCING THE SAME, AND POLYMER ELECTROLYTE FUEL CELL 클러스터 02 cathode electrode, alkaline fuel cell, anode electrode 11~13 1. CATHODE FOR SOLID OXIDE FUEL CELL, METHOD OF MANUFACTURING THE SAME, AND SOLID OXIDE FUEL CELL INCLUDING THE SAME 2. Anode Electro-Catalysts for Alkaline Membrane Fuel Cells 3. ANODE ELECTRO-CATALYSTS FOR ALKALINE MEMBRANE FUEL CELLS 클러스터 03 GDL, polymer electrolyte fuel cell, Gas diffusion layer 10~25 1. A numerical investigation of the effects of GDL compression and intrusion in polymer electrolyte fuel cells (PEFCs) 2. Effect of GDL deformation on the pressure drop of polymer electrolyte fuel cell separator channel 3. METHOD FOR BONDING MEA AND GDL OF FUEL CELL STACK 270

277 전략제품현황분석 No 주요키워드 연관도수치 관련특허 / 논문제목 클러스터 04 ionic conductivity, membrane, material Polymer electrolyte membranes with Enhanced Ionic Conductivity comprising Ionic Liquids 2. Ion-conducting composite electrolyte membrane and fuel cell using the same 클러스터 05 클러스터 06 클러스터 07 클러스터 08 direct methanol fuel cell, methanol, cell performance electrolyte membrane, gas diffusion layer PEMFC, power density power generation, SOFC, Thermal 13~ ~ Performance analysis of polymer electrolyte membranes for direct methanol fuel cells 2. Strategy to optimize cathode operating conditions to improve the durability of a Direct Methanol Fuel Cell 3. IMPROVED CATALYST COATED MEMBRANES HAVING COMPOSITE, THIN MEMBRANES AND THIN CATHODES FOR USE IN DIRECT METHANOL FUEL CELLS 1. Optimisation of electrophoretic deposition parameters for gas diffusion electrodes in high temperature polymer electrolyte membrane fuel cells 2. Polymer electrolyte membrane fuel cell performance degradation by coolant leakage and recovery 3. GAS DIFFUSION LAYER FOR FUEL CELL, MANUFACTURING METHOD THEREFOR, MEMBRANE ELECTRODE ASSEMBLY, AND FUEL CELL 1. High performance polymer electrolyte membrane fuel cells (PEMFCs) with gradient Pt nanowire cathodes prepared by decal transfer method 2. High temperature membrane electrode assembly with high power density and corresponding method of making 3. FUEL CELL ELECTRODES USING HIGH DENSITY SUPPORT MATERIAL 1. Mathematical modelling and experimental validation of an anode-supported tubular solid oxide fuel cell for heat and power generation 2. Compact design of Solid Oxide Fuel Cell power generation system 3. Connected body connecting electrically between power generation parts of solid oxide fuel cells 클러스터 09 intermediate temperature, solid oxide fuel cell 5~6 1. Effect of nanostructured anode functional layer thickness on the solid-oxide fuel cell performance in the intermediate temperature 2. DESIGN OF IMPROVED OUTPUT IN INTERMEDIATE TEMPERATURE OF SOLID OXIDE FUEL CELL AND MANUFACTURING METHOD OF THE SOLID OXIDE FUEL CELL 3.TECHNIQUE FOR DESIGNING AND MANUFACTURING SOLID OXIDE FUEL CELL HAVING IMPROVED OUTPUT CAPABILITY IN MID TO LOW TEMPERATURE 클러스터 10 stability performance, catalyst, Cathodes 11~12 1. A PROCESS FOR THE PREPARATION OF PBI BASED MEMBRANE ELECTRODE ASSEMBLY (MEA) WITH IMPROVED FUEL CELL PERFORMANCE AND STABILITY 2. Power generation method using a fuel cell having a stabilized cathode catalyst 3. SOLID OXIDE FUEL CELL COMPRISING NANOSTRUCTURE COMPOSITE CATHODE AND FABRICATION METHOD THEREOF 271

278 에너지공급 연료전지셀 No 주요키워드 연관도 수치 관련특허 / 논문제목 클러스터 11 Ionic conductor, SOFC, oxygen, Cathodes 6~9 1. New insight into highly active cathode of proton conducting solid oxide fuel cells by oxygen ionic conductor modification 2. Electrochemical cell and fuel cell using an ionic conductor 3. Fuel cell electrodes with conduction networks [ 연료전지셀분야데이터기반요소기술 ] No 요소기술명키워드 요소기술 01 연료전지전극제조기술 oxygen reduction, Catalyst activity, durability 요소기술 02 성능개선을위한전극촉매미세구조제어방법개발 GDL, polymer electrolyte fuel cell, Gas diffusion layer 요소기술 03 고내구성막 / 전극접합체 (MEA) 제조기술 direct methanol fuel cell, methanol, cell performance 요소기술 04 고이온전도성고분자전해질막제조기술 ionic conductivity, membrane, material 요소기술 05 고성능전극촉매제조기술 PEMFC, power density 요소기술 06 성능개선을위한새로운단전지및스택디자인개발 power generation, SOFC, Thermal 요소기술 07 저온운전용고내구성연료전지구성요소소재개발 intermediate temperature, solid oxide fuel cell 요소기술 08 고전도성전류집전체소재개발 interconnector, Module, Solid oxide fuel cell 요소기술 09 고성능전극촉매소재개발 oxygen reduction, Catalyst activity, durability 요소기술 10 이온전도성물질을활용한전극제조기술 Ionic conductor, SOFC, oxygen, Cathodes 272

279 전략제품현황분석 (2) 요소기술도출 산업 시장분석, 기술 ( 특허 ) 분석, 전문가의견, 타부처로드맵, 중소기업기술수요를바탕으로로드맵기획을위하여요소기술도출 요소기술을대상으로전문가를통해기술의범위, 요소기술간중복성등을조정 검토하여최종요소기술명확정 [ 연료전지셀분야요소기술도출 ] 분류요소기술출처 MEA 제조기술 셀구조체제조기술 막 / 전극계면접착향상기술전극지지체제조기술개발저가형전해질막제조기술전극고성능화기술고내구성막 / 전극접합체 (MEA) 제조기술성능개선을위한새로운단전지및스택디자인개발고전도성 / 내부식성 / 저가형전류집전체개발연료전지셀구조최적화기술막 / 전극계면접착향상기술 특허 / 논문클러스터링, 전문가추천 특허 / 논문클러스터링, 전문가추천 특허 / 논문클러스터링, 전문가추천 특허 / 논문클러스터링, 전문가추천 기술 / 시장분석, 전문가추천, 특허 / 논문클러스터링 기술수요, 특허 / 논문클러스터링 기술 / 시장분석, 전문가추천, 특허 / 논문클러스터링 전문가추천, 특허 / 논문클러스터링 특허 / 논문클러스터링 연료전지전극표면개질기술 기술 / 시장분석, 기술수요, 특허 / 논문클러스터링 연료전지셀표준화기법 기술수요, 전문가추천 촉매소재개발기술 황피독저항성을갖는개질촉매소재 고성능전극촉매소재개발 기술수요, 타부처로드맵 기술수요, 타부처로드맵 273

280 에너지공급 연료전지셀 (3) 핵심기술선정 확정된요소기술을대상으로산 학 연전문가로구성된핵심기술선정위원회를통하여중소기업 에적합한핵심기술선정 핵심기술선정은기술개발시급성 (10), 기술개발파급성 (10), 단기개발가능성 (10), 중소기업적합 성 (10) 을고려하여평가 [ 연료전지셀분야핵심기술 ] 분류핵심기술개요 막 / 전극계면접착향상기술 전극과전해질과의접촉저항감소를및반응가스의전극으로의도달을원활히하기위한기술로서, 전해질막과전극사이의접촉저항감소를목적으로계면접착향상 저가형전해질막제조기술 수소극에서생성된수소이온의산소극으로의이동경로인전해질막의가격저감을위한기술 MEA 제조기술 전극고성능화기술 수소와산소의전기화학반응이일어나는것으로료극 ( 수소 ) 과공기극 ( 산소 ) 으로구분 연 고내구성막 / 전극접합체 (MEA) 제조기술 수소와산소의전기화학반응을발생시켜주며, 이온전달등전기발생핵심요소 성능개선을위한새로운단전지및스택디자인개발 단위전지와단위전지가여러장을전기적으로는직렬, 유체의흐름은병렬의구조로연결된셀스택의적층및설계 셀구조체제조기술 고전도성 / 내부식성 / 저가형전류집전체개발 셀스택에서생성된전자를셀외부로이동시켜주는금속소재 연료전지셀구조최적화기술 채널및매니폴드의구조를최적화하여셀내부에서의유체의흐름을원활히하며, 수분배출을용이하게해주는기술, 연료전지성능최적화 274

281 전략제품현황분석 6. 기술로드맵기획 가. 연료전지셀기술로드맵 최종중소 중견기업기술로드맵은기술 / 시장니즈, 연차별개발계획, 최종목표등을제시함으로 써중소기업의기술개발방향성을제시 275

282 에너지공급 연료전지셀 나. 연구개발목표설정 로드맵기획절차는산 학 연전문가로구성된로드맵기획위원회를통해선정된핵심기술을대 상으로기술요구사항, 연차별개발목표, 최종목표를도출 [ 연료전지셀분야핵심기술연구목표 ] 분류핵심기술기술요구사항 연차별개발목표 1 차년도 2 차년도 3 차년도 최종목표 막 / 전극계면접착향상기술 접촉저항 < 5mΩ < 2mΩ < 1mΩ < 1mΩ MEA 제조기술 저가형전해질막제조기술 전극고성능화기술 이온전도도 (@500mA/cm 2 ) 전류밀도 (@0.6V) > 0.07S/cm > 0.08S/cm > 0.09S/cm > 0.09S/cm 1000mA/cm mA/cm mA/cm mA/cm 2 고내구성막 / 전극접합체 (MEA) 제조기술 수명 > 5 만시간 > 5.5 만시간 > 6 만시간 6 만시간이상 성능개선을위한새로운단전지및스택디자인개발 국산화율 > 80% > 85% > 90% 국산화율 90% 이상 셀구조체제조기술 고전도성 / 내부식성 / 저가형전류집전체개발 전기전도도 > 40MSm-1 > 45MSm -1 > 50MSm -1 50MSm -1 전기전도도 이상 연료전지셀구조최적화기술 국산화율 > 80% > 85% > 90% 국산화율 90% 이상 276

283

284 전략제품현황분석 연료전지분리판소재

285

286 에너지공급 연료전지셀 연료전지분리판소재 정의및범위 수소연료전지본체 (stack) 를구성하는핵심부품중하나임. 단위전지셀에각각수소및산소를공급하기위해한면은수소극, 반대측면은산소극과직접접촉하고있어수소, 산소가투과되어서로섞이지않게하고단위셀을분리시키는역할을한다. 전극내부로반응가스의균일한공급, 공급된수소와공기 ( 산소 ) 의혼합방지역할과전극반응으로생성된물의외부배출을담당한다. 정부지원정책 신재생에너지발전차액지원제도 (FIT) 및신재생에너지의무할당제도 (RPS) 수송용연료전지는에너지안보와온실가스감축 대기업의배후산업으로서의중소기업의역할을위한기술개발필요 중소기업시장대응전략 강점 (Strength) 우수한도시가스인프라를이용한개질을통한수소생산이가능함 부생수소의생산이많음 산학연을통한고급인력인프라 기존산업과의공조거가능 ( 부품, 기계, 조선, 전자, 화학등 ) 기회 (Opportunity) 환경문제자원고갈을대비하는신재생에너지의기술력확보및시장개척 강한기술독점성 온실가스배출규제에대한대응이가능 유관산업의동반발전및고용창출 해외시장개발효율성제고 시장선점시세계시장선도가능 약점 (Weakness) 대기업의시장및연구개발에대한초기진입상태 원천기술및소재원료의해외의존성 선진국대비상용화기술열위 표준화, 규격등의연료전지를위한국가차원의가이드라인미흡위협 (Threat) 중소기업의공격적인투자가어려움 선진국의기술패권주의에의한치열한경쟁예상 선진국대비단기간에기술의추적이어려울경우기술표준의주도권상실 신흥경제국의기술추격의가속화 중소기업의시장대응전략 연료전지산업의특성을고려해볼때가장시급하고중요한현안은대기업이최종판매자가되는연료전지시장에중소기업이개발하는분리판을안정적으로공급하는업체의육성이라고할수있음 중소기업의지원을통하여분리판의소재및설계분야의핵심원천기술개발하고, 중소기업의산학연인적네트워크구축및국제표준화의대응방향을수립하는것이중요한개발목표임. 280

287 전략제품현황분석 핵심기술로드맵 281

288 에너지공급 연료전지분리판소재 1. 개요 가. 정의및필요성 연료전지분리판은연료전지전극내에반응가스를공급하고, 생성수를배출시키며, 전기를이동시키는주요역할뿐아니라, 셀스택을지지하고반응열을배출하는부가적인기능을수행하며, 연료전지분리판소재는크게금속, 세라믹, 복합소재등을의미 연료전지분리판은고온형연료전지 (MCFC, SOFC 등 ) 용과저온형연료전지 (PEMFC 등 ) 용으로분류 소재는크게 graphite 분리판, 탄소소재분리판및금속분리판, 전도성세라믹분리판등으로구분되며, 탄소소재분리판은탄소복합소재, 팽창흑연, 탄소섬유분리판등으로구분되며, 금속분리판은표면처리분리판및합금분리판등으로구분 [ 연료전지분리판소재기술 ] 연료전지단위전지의구성 연료전지스택및분리판의구성 * 출처 : 메리츠종금리서치센터 연료전지는전기를발생시키는스택 (Stack), 연료공급및조절, 열및물관리등시스템의기계적구성장치인 M-BOP(Mechanical Balance Of Plant) 및시스템제어및전기적신호등을관리하는 E-BOP(Electrical Balance Of Plant) 로구성 연료전지분리판은전기를발생시키는스택 (Stack) 부품의일종으로여러가지스택부품중스택에서무게의 80%, 전체가격과부피에서 30% 를차지하는핵심부품으로구성 연료전지용분리판은연료전지본체인스택모듈에가장많이들어가는핵심부품중하나이므로고가의연료전지시스템을실용화를위해서는분리판의가격을낮출수있는제조공정을채택하는것은중요한기술적사항임 282

289 전략제품현황분석 연료전지분리판은연료전지셀을분리시키고, cathode와 anode를연결하여전도경로를제공하고, 유로를통해각전극에반응가스를공급하고, 열과반응생성물 ( 물등 ) 을제거하는기능을함. 따라서소재중연료전지분리판에응용하기위해서는전기전도도, 가스차단성, 기계적강도, 전기화학적부식저항성등의물성필요 연료전지분리판소재로는일반적으로부식저항성, 화학적안정성이뛰어나고높은열전도도를갖는고밀도 graphite로제조되어왔음. 그러나흑연의분자구조상기계적특성이취약하고가공비용이높아충격과진동에대한내구성및낮은가격이요구되는연료전지스택에는적합하지않는것으로분석 반면금속재료는휼륭한기계적강도, 높은전기전도도, 높은가스차단성, 낮은가격, 제조의용이성등으로인해많은부분에서적용이검토되고있으나, 전기화학적부식저항성에서는취약점을보여표면처리를통해적용이가능하나단가가상승하는요인으로발생 흑연이나금속소재들에비해가격과무게가낮고높은부식저항성을갖는고분자-탄소복합재료분리판도연구되어지고있으며, 복합재료분리판은형단조를위한공정이어려우며, 전기및기계적특성이금속분리판에미치치못하는단점이존재 고온 ( 약 650 이상 ) 에서작동하는용융탄산염연료전지 (Molten Carbonate Fuel Cell, MCFC) 나고체산화물연료전지 (Solid Oxide Fuel Cell, SOFC) 용분리판은소재의열적 / 화학적안정성, 우수한 Creep 특성, 다른인접소재와열팽창계수의접합성이중요한기술적요소로판단 * 출처 : 기계와재료 / 21 권제 2 호 [ 수소연료전지용스택내에서분리판의주요역할 ] 283

290 에너지공급 연료전지분리판소재 나. 범위 (1) 제품분류관점 연료전지분리판소재는고온형연료전지인 MCFC 와 SOFC 등, 그리고저온형연료전지인 PEMFC 등의소재를모두포함 MCFC 분리판소재기술에는 Austenite SS 계소재금속분리판, Ni-based Alloy 금속분리판등포함 SOFC 분리판소재기술에는전도성세라믹 (Perovskite), High-Cr based Alloy, Ni-based Ferritic Fe-Cr alloy 등포함 Superalloy, PEMFC 분리판소재기술에는 Graphite 분리판, 탄소복합소재분리판, 금속계분리판등포함 [ 제품분류관점기술범위 ] 전략제품제품분류관점세부기술 MCFC 분리판소재 Austenite SS 계소재금속분리판, Ni-based Alloy 금속분리판등 연료전지분리판소재 SOFC 분리판소재 전도성세라믹 (Perovskite), High-Cr based Alloy, Ni-based Superalloy, Ferritic Fe-Cr alloy 등 PEMFC 분리판소재 Graphite 분리판, 탄소복합소재분리판, 금속계분리판등 284

291 전략제품현황분석 (2) 공급망관점 공급망관점에서연료전지분리판소재는금속및세라믹소재등으로구성되며, 저온형연료전지분리판소재는금속소재, 카본소재등으로구성 카본소재분리판은 graphite소재, 탄소복합소재, 팽창흑연, 탄소섬유분리판등으로구성 금속소재분리판은표면처리분리판및합금분리판등으로구성 전도성세라믹소재분리판은 Perovskite 소재등으로구성 [ 공급망관점기술범위 ] 전략제품공급망관점세부기술 금속소재 금속 ( 기판소재 ) Stainless Steel, Ni or Ni alloy, Ti or Ti alloy, Al or Al alloy, Cu or Cu alloy, Fe based Amorphous alloy, High-Cr based Alloy, Ni-based Superalloy, Ferritic Fe-Cr alloy 등 금속 ( 코팅소재 ) 귀금속 (Au 등 ), 전도성고분자, 질화물 (Nitrides), 탄화물 (Carbides), 붕화물 (borides), 전도성산화물, Carbon 등 연료전지분리판소재 카본소재 흑연 (Graphite) 함침수지종류에따른분류와팽창흑연등으로구분 복합소재 (Composite) Carbon-Carbon, Carbon-Polymer(Polymer 의경우열가소성수지와열경화성수지로구분됨 ), Metal-Polymer 등으로구분 전도성세라믹소재 HT operating 전도성세라믹전도성세라믹소재 (Perovskite) : doped Lanthanum Chromites(LaCroO3 등, dopant 는 Mg, Sr, Ca, Al 등사용가능 ) 285

292 에너지공급 연료전지분리판소재 2. 산업환경분석 가. 산업특징및구조 (1) 산업의특징 연료전지산업은친환경사업으로내연기관을대체하여폭발적인성장이예상되기때문에중소기업들이기술개발에참여할필요가있으며, 관련산업에대한정부의지원정책은향후연료전지시장에중요한초석이될것으로예상 연료전지산업은상용화를위해서가격경쟁력이요구되며, 표면처리및가공공정가격저감화이필수적임 현재연료전지시스템가격의 40% 정도가스택가격이며, 스택가격비중중분리판은 9% 로전체대비 3.6% 에해당하며, 가격비중이높은부품 연료전지분리판의가격저감을위해서는분리판소재가격뿐만아니라유로를형성하는가공기술, 내식성향상을위한표면처리공정등의추가적인기술개발이필요 연료전지시스템에서단일부품으로가장많은개수의부품이필요하며, 연료전지자동차기준으로한대의차에는 800여장이상의분리판이필요하기때문에분리판가격저감이연료전지전체가격저감을위해가장중요 연료전지분리판소재로가장많이사용되고있는금속분리판의경우소재자체의가스투과로인한반응가스의혼합은무시할수준으로큰문제가되지않지만연료전지운전조건에서전기화학적인부식성환경에의해소재의부식문제로연료전지시스템전체의내구성에큰문제를야기시킬수있기에내구성확보요구 연료전지분리판표면에비전도성산화물이형성되면전기전도통로역할을수행하는기능적인면에서문제가발생함. 또한부식에의해용출된금속이온은연료전지전극및전해질에치명적인문제를발생시켜내구성에문제발생 내식성향상을위해현재는귀금속을표면처리하고있으나가격이고가이기때문에저가의표면처리기술또는내부식용합금소재의개발요구 고온형연료전지의경우고온에서작동하기때문에표면처리시모재와표면처리물질에대한열팽창계수차이가발생할수있으며, 이를개선하기위한중간재소재개발요구 현재분리판소재중 graphite 분리판이나탄소소재분리판의경우원천소재는거의 90% 이상을해외에의존하기때문에가공기술및표면처리기술을통해가격저감기술을개발하더라도원천소재기술확보가없다면한계가존재 탄소소재가격의경우 5년전대비 50% 이상의가격증가가발생하였으며, 추후사용분야가확대될것으로예상되기때문에가격상승률이높을것으로예상 286

293 전략제품현황분석 원천소재기술미확보에따라연료전지분리판의선진기업과의가격경쟁및기술격차가심화되고 있으며, 상용화를위해신소재에대한기술개발필요 * 자료 : 기계와재료 / 21 권제 2 호 [ 연료전지분리판소재선정의기준요소 ] [ 연료전지분리판소재및기능적요구특성비교 ] 구분 흑연판 (Graphite) 탄소 - 폴리머복합소재 금속소재 (Al, Ni, Ti, SS, Alloys) 기계적안정성충격 / 진동에취약 (brittle) 낮은기계적강도 양호한특성 ( 강도, 충격, 진동 ) 열적안정성 양호한열전도성 낮은열적안정성 ( 저온작동 ) 열팽창계수상이 ( 표면처리시주의요함 ) 화학적안정성고내식성고내식성 부식 / 산화표면처리요구 ( 코팅, 개질 ) 표면접촉저항성 낮음 상대적으로높음 ( 폴리머함량에의존 ) 아주높음 ( 표면절연산화물 ) 가스투과성투과성위험투과성위험비투과성 양산친화성 CNC 가공몰드, 몰드 -CNC 가공다양한가공성 287

294 에너지공급 연료전지분리판소재 (2) 산업의구조 후방산업은금속및비금속합금, 고분자소재, 탄소소재등으로구성 연료전지분리판의원천소재에대한국내기술력은미흡하나유로가공및표면처리분야는국내대기업및중소기업에서많은기술력을확보하고있는것으로판단 전방산업으로는연료전지스택제조산업, 자동차 / 발전 / 가정 / 이동용연료전지시스템제조산업, 스택평가장비산업등구성 국내에서높은기술력을보유한나노표면처리기술, 가공기술, 공정기술등다양한전문기술과지식의융합을통한연료전지분리판소재산업활성화및시장선점기대 연료전지분리판원천소재에대한개발은많은연구인력과막대한자본이필요하기때문에대기업을기반으로산업구조가형성되어져있지만, 분리판가공및표면처리기술은국산화잠재력이큰분야이므로산학연중심연구역량을강화함으로써선도업체와의기술경쟁에있어서대외우위를점할수있을것으로예상 [ 연료전지분리판소재분야산업구조 ] 후방산업연료전지분리판소재산업전방산업 금속및비금속합금, 고분자소재, 탄소소재등 금속압연산업, 유로가공산업, 표면처리산업, 유로설계산업등 연료전지스택제조산업, 자동차 / 발전 / 가정 / 이동용연료전지시스템제조산업, 스택평가장비산업등 288

295 전략제품현황분석 나. 경쟁환경 Dana사에서는스테인리스강과 Ti, Ni 등을사용하여 0.1 mm 두께의금속분리판을제조 판매하고있으며, 3,000 시간이상의내구성을확보하고있는것으로파악 TreadStone사에서는금속표면에내식성이우수한비전도성코팅충을형성하고, 전기전도성향상을위해마이크로크기의금을분산하여적은양의금을사용하면서내구성이우수한금속분리판을개발하고있는것으로확인 Dana사에서는 carbon 분말을몰딩하여탄소계분리판을제조 판매하고있으며, 1800 cm2 면적까지제조가능 Graftech사에서는천연흑연을이용한카본계분리판을판매하는것으로파악 Nisshinbo 사에는탄소분말을몰딩하여강도가높고유연성 (flexibility) 이우수한카본계분리판을개발하여, 0.25 mm 두께의얇은분리판개발에성공한것으로확인 Nisshinbo 분리판은부식저항성이우수하고, 전기전도도가높으며, 밀도가금속의 1/3 1/10 정도로가벼워, 매우우수한특성을가지는것으로파악 또한몰딩방법으로제조하기때문에가공성이우수하고, 양면에유로형성이용이한장점이존재 Sumitomo에서는스테인리스강에도전성입자를분산하여전기전도성향상 JFE 및 Hitachi에서는스테인리스강에 Cr 함량을높여내식성을향상시키며, 고내식고전도성스테인리스강을이용 ElringKlinger사에서는금속표면에소수성코팅을하여제조한금속분리판을판매하고있는것으로파악 SGL사에서는탄소분말을몰딩하여개발한분리판을모두개발하여판매하고있으며, flow channel 은기계가공하여형성하는것으로확인 현대하이스코에서는상용스테인리스강의표면에내식성과전기전도도를향상시키기위한코팅을하여금속분리판을생산하고있는것으로확인 현재현대자동차에서생산하는연료전지자동차에현대하이스코의금속분리판적용 포스코에서는금속분리판의가격저감을위해 Ni을첨가하지않고, 표면에코팅을하지않은새로운합금을개발한것으로확인 두께는 0.1 mm 이하이며, 박판의스테인리스강을스탬핑하여유로를성형한것으로확인 한국타이어에서는카본분말을몰딩하여분리판을개발하고있는것으로확인 에이스산업에서는탄소복합소재를이용하여박판의 composite 분리판을몰딩공법으로제작하여일부업체에납품하고있는중 289

296 에너지공급 연료전지분리판소재 [ 제품분류별경쟁자 ] 구분 경쟁환경 기술분류금속소재흑연소재고온금속 / 세라믹소재 주요품목및기술금속분리판흑연분리판고온형연료전지분리판 해외기업 GTI, GenCell Corp., DANA, Sumitomo metal 등 SGL Carbon, ZBT, BMC Inc., Nisshinbo 등 Westinghouse, Plansee, Siemens, Haynes International Inc., Hitachi Metal Ltd 등 국내기업 포스코, 현대제철, 한조, 탈레스텍등 한국타이어, 효성, LS 산전, 에이스산업, 벨셀, 승림카본, LG 하우시스등 포스코, 대양산업, 동아화성, CMTech, 포스코파워등 최근연료전지상용화발표에따라여러업체에서연료전지분리판에대한개발수요가많아지고있으며, 기존내연기관자동차의부품가공기술을가진업체에서도관심을보이고있는상황 하지만연료전지분리판에대한기술적인정보부족으로개발진행이느려지고있고선진국대비개발진척도가낮으며, 연료전지분리판개발의경우소재, 가공기술, 표면처리기술등의복합적인기술로높은개발비용이필요하기때문에정부의기술개발지원이필요하다고판단 290

297 전략제품현황분석 다. 전후방산업환경 연료전지분리판은중소기업의저가화기술개발을통하여대기업에는저가의고성능분리판을공급하여연료전지시스템산업의건전한구조를구축가능 수소 연료전지자동차로대표되는수송용연료전지는에너지안보와온실가스감축의핵심분야로내연기관대비에너지효율향상은물론오염물질과분진이발생하지않는친환경수송수단을제공할수있지만, 수소인프라구축이이루어져야파급효과기대가능 각국의친환경자동차정책에의해시장이형성되는분야로충전인프라를포함할경우시장에미치는파급력이클것으로전망 미국은 2020년 51mpg(21.7km/l) 및 2025년 56mpg(23.8km/l), 중국은 2020년 14.5km/l로차량연비규제를강화하고있고, 유럽은 2015년 130gCO₂/km에서 2025년 95gCO₂/km로온실가스배출량규제를강화하는추세 DOE는 2020년이후상용자동차용연료전지가격목표를 $30/kW 설정 건물용연료전지분야는주택지원사업 ( 그린홈 100만호사업 ) 을중심으로가정용연료전지열병합시스템보급진행 1kW 이하의소형 PEMFC 상용화가촉진되고최소한의 Supply Chain이구축된상태 보조금에의존하는상황으로시장규모가작고시장성장률이낮아산업체의원가저감속도가낮음 발전용연료전지분야는신재생에너지발전차액지원제도 (FIT) 와신재생에너지의무할당제도 (RPS) 를통해비약적으로보급량을확대하고있는분야로 MW급 MCFC와 400kW급 PAFC 제품이시장을주도하고있음 포스코에너지는 BOP 공장, 스택공장에이어 2015년 7월로예정된셀제조공장이완공되면 MCFC 전제조공정에걸친국산화에너지공급이구축될전망 RPS 시장에서연료전지설치가활발한이유는작은소요부지, 짧은시공기간, 높은이용률의장점을가지고있으나, 발전원가의 70% 를차지하는연료비상승으로인해발전사업자의수익성악화 발전용연료전지의선두를달리고있는 MCFC는성능과내구성향상과함께시스템용량대형화를통해원가절감시도 291

298 에너지공급 연료전지분리판소재 3. 시장환경분석 가. 세계시장 2013년후지경제의세계연료전지시장전망에따르면 2013년 23,892억원에서연평균성장율 29.8% 로성장하며, 2025년에는시장규모 661,781억원으로성장할전망되고있으며, 이중연료전지분리판소재시장은연료전지시장의약 3.6% 로추정 연료전지분리판소재의세계시장규모는 2015년에는 1,496억원이며, 2020년에는 5,970억원으로성장할예정 연료전지시스템중스택이차지하는가격비중은 40%(* 자료 : DOE) 스택전체부품중연료전지분리판이차지하는가격비중은 9%(* 자료 : DOE) 전체연료전지시스템중분리판이차지하는가격비중 3.6% 추정 * 자료 : 후지경제 / 퓨얼셀파워, 2013 * 자료 : DOE, 2014 [ 전세계적용처별시장전망 ] [ 연료전지용분리판소재관련제품 ] [ 연료전지분리판소재의세계시장규모및전망 ] ( 단위 : 억원, %) 구분 CAGR ('13~'15) 총연료전지 41,559 54,811 72,289 95, , , 연료전지분리판소재 1,496 1,973 2,602 3,432 4,527 5, * 자료 : 2013 년후지경제연료전지기술시장장래전망의자료참고하여전망치추정연료전지분리판소재시장은연료전지전체시장의 3.6% 로추정 292

299 전략제품현황분석 나. 국내시장 국내신재생에너지보급계획에따르면국내연료전지시장의경우 2014년 1,271백만달러 (1 조 5천억원 ) 에서 2020년 2,927백만달러 (3조 4천억원 ) 로연간성장률 17% 로예측 연료전지분리판소재의경우전체시스템의 3.6% 로 2014년 618.9억원에서 2020년 1,224억원으로성장할전망 환율은 2015년현재시점적용 (1$ = 1,169원 ) [ 연료전지분리판소재의국내시장규모및전망 ] 구분 ( 단위 : 억원, %) CAGR ('13~'15) 국내시장 * 자료 : 신재생에너지보급계획, 2014 * 자료 : 신재생에너지보급계획, 2014 [ 국내연료전지보급전망 ] 293

300 에너지공급 연료전지분리판소재 다. 무역현황 연료전지분리판소재분야의무역현황을살펴보았으며, 수입량에비하여수출량이급격히감소하는추세 연료전지분리판소재기술의수출현황은 11년 13억 7,467만달러에서 15년 12억 6,145만달러수준으로감소하였으며, 수입현황은 11년 13억 3,769만달러에서 15년 12억 920만달러수준으로감소함 최근 5년 ( 11~ 15년) 간연평균성장률을살펴보면수출금액은 2.1% 로감소하였으며, 수입금액은 2.5% 로감소함. 전체무역수지는 9.0% 증가한것으로나타남 무역특화지수는 11년(0.01) 부터 15년(0.02) 까지일부증가한것으로나타남 [ 연료전지분리판소재관련무역현황 ] 구분 ( 단위 : 천 $) CAGR ('11~'15) 수출금액 1,374,671 1,206,195 1,316,544 1,294,097 1,261, % 수입금액 1,337,697 1,343,408 1,458,724 1,252,791 1,209, % 무역수지 36, , ,180 41,306 52, % 무역특화지수 * * 무역특화지수 = ( 상품의총수출액 - 총수입액 )/( 총수출액 + 총수입액 ) 으로산출되며, 지수가 0 인경우비교우위는중간정도이며, 1 이면완전수출특화상태를말함. 지수가 -1 이면완전수입특화상태로수출물량이전혀없을뿐만아니라수입만한다는뜻 * 자료 : 관세청수출입무역통계 HS-Code(6 자리기준 ) 활용 294

301 전략제품현황분석 4. 기술환경분석 가. 기술개발트렌드 흑연소재 (Graphite) Ballard( 캐나다 ) 에서는팽창흑연 (extended graphite) 소재의경우 Roller Embossing 공정으로유로를형성한후후처리로수지를함침하여분리판을제조하는공법을사용 Roller Embossing 공정으로이용한유로형성은 GrafTech- GrafCell( 미국 ) 의팽창흑연분리판에서도이용되고있음 Morgan Fuel Cell( 영국 ) 에서는마킹된소재기판에 air-abrasive 샌드블라스팅공정을도입하여 200μm깊이까지복잡한유로형상이가능한 branched 구조의형상유로를갖는 biomimetic 분리판을제조 CNC 밀링공정에비하여제조공정단가가저렴할뿐만아니라 30배정도빠른가공속도를얻을수있음 복합소재 (Composites) 미국 GTI (Gas Technology Inc.) 에서는카본블랙과열가소성 PVDF (polyvinylidene -fluoride) 복합소재의전기전도성을 2.4S/cm2에서탄소의함량을 93% 까지증가시켜 300S/cm2까지향상된분리판을제조 독일의 Tonica EP (Tonica Enginering Polymer) 와 SGL carbon은점도가낮은열가소성의 LCP(liquid crystal polymer) 를사용하여탄소의함량을 85% 까지증가시킴 LCP는고가이지만점도가낮아높은탄소소재의함량에서도연속사출성형이가능할뿐만아니라강한결합특성을가지고있어단단하고치수및화학적안정성이다른비정질열가소성수지보다우수하여복합소재분리판제조에이용되고있음 ORNL(Oak Ridge National Lab. US) 에서개발된 Carbon-Carbon 복합소재제조공정기술을이용하여 Porvair Fuel Cells Inc ( 미국 ) 에서는시간당 300판이상의복합소재분리판을제조할수있는생산체계를보유함 복합소재는카본섬유및페놀수지혼합슬러리몰딩, 가스유로형성프레스공정및고온 (1350~1500 ) 에서 chemical-vapor infiltration (CVI) 공정을통하여제조 고온의 CVI 공정에서메탄올혼합가스처리를하면혼합슬러리에첨가된탄소섬유표면에탄소성분이형성되고또한페놀수지결합제도 Pyrolytic 탄화에의하여 Carbon-Carbon 복합소재가얻어짐 Carbon-Carbon 복합소재는 Carbon-Polymer 복합소재와달리폴리머수지를함유하고있지않기때문에보다고온에서사용할수있는장점존재하나, 몰딩공정에서부피수축으로수치변화가발생하고, 또한여러단계의공정을거치기때문에시간이많이소요되는고온에서이루어지는공정이므로제조공정단가가고가인편임 295

302 에너지공급 연료전지분리판소재 금속소재 (metal) 대표적인분리판제조사로는미국의 Dana, Graftech, TreadStone, 일본의 Nisshinbo, Sumitomo, JFE, Hitachi, 독일의 ElringKlinger 등이포함되며, 주로일본의 Nisshinbo 社와미국의 Dana 社가시장을주도하고있음 일본의 Nisshinbo사의경우, 탄소분말을몰딩하여고강도, 높은신율을갖으며, 내부식성과전기전도성이우수하며, 매우가벼운 0.25mm 두께의분리판을개발하여판매하고있음 미국의 Dana사의경우, 탄소몰딩법을이용하여대면적화 ( 최대면적 1800 cm2) 한탄소계분리판과스테인리스강에니켈, 티타늄을도입하여 3,000시간이상의내구성을갖는 0.1mm 두께의금속분리판을제조하여현재판매하고있음 높은가공성을보이는금속분리판의경우, 상용스테인리스강표면에내식성및전기전도성을향상시키기위해코팅처리기술을적용한현대하이스코의금속분리판이현대자동차의연료전지자동차에적용되어현재장기운전평가가이루어지고있는상황임 포스코에서는금속분리판가격절감을위해니켈을사용하지않음과동시에, 표면코팅처리하지않는새로운합금을개발하여스탬핑기술을통해유로를성형하고있음 금속분리판의경우, 유입연료의압력차에의해분리판이휘어지게되고, 스택이틀어지는문제점이있어이러한문제점을해결할수있는기술이개발되어야할필요성이있음 * 출처 : 기계와재료 / 21 권제 2 호 [ 연료전지분리판소재에따른제조공정및개발업체현황 ] 296

303 전략제품현황분석 나. 주요업체별기술개발동향 (1) 해외업체동향 건물용연료전지에서가정용 PEFC 분야의선도국인일본은정부지원과지속적인연구개발로파나소닉, 도시바공동브랜드제품인에너팜을출시하여 2014년 9월 10만대판매달성 일본에서는 2012년상용가정용 SOFC 제품을출시하여 24시간연속운전조건에서시스템전기효율 45%(LHV), 종합효율 87-90%(LHV) 까지도달한상태로내구성향상, 가격저감을위한시스템개선, 소재, 부품등원천분야에대한핵심기술확보를목표로기술개발추진 수송용연료전지에서일본도요타에서는연료전지자동차미라이 2014년 11월양산개시후한달동안 1500대주문신청을받고 2015년 700대, 연간생산량을 2017년까지연간 3000대수준으로증산계획발표 일본의혼다 (Honda) 社에서는태양전지 연료전지 수전해를융합한재생에너지체계를구현하기위한 350bar 직접충전이가능한수전해개발완료 발전용연료전지에서미국의 FCE 사는 CO₂ 포집및 H₂ 제조등을발전과동시에이룰수있는다목적 MCFC 시스템개발을통해수요확대주력 미국의 Siemens 社는평관형셀인 Delta 셀을개발하여 100 kw급스택제작및 220kW SOFC/GT 하이브리드발전소를설치하여 55% 효율의달성을통해 MW급대용량시스템개발추진중 [ 일본혼다 (Honda) 社의연료전지차량 ] 297

304 에너지공급 연료전지분리판소재 (2) 국내업체동향 현대자동차는정부공동으로 2019년까지 1775억원규모의공동펀드도조성계획발표하였으며, 2025년까지총 1만대이상의수소연료전지차를국내에보급할계획발표 2020년부터일반소비자들도수소연료전지차를구입할것으로전망 코오롱은연료전지소재개발에꾸준한투자를이어오고있으며, 멤브레인기술을기반으로 BOP 핵심부품중하나인수분제어장치상용화를완료하고스택부품가운데이온전도막개발을진행중 현대하이스코는 2014년 4월미국연료전지업체 플러그파워 와전략적제휴를진행하였으며, 해외수출을위한 1.7kW 백업전원용연료전지를개발하였으며현재 2kW급용량확대추진중 에스퓨얼셀은물 상업용연료전지시장을목표시장으로건설사마케팅을강화하여향후연료전지용량도다양화할계획 프로파워는 2014년인도시장에 DMFC 기반의 2kW급연료전지시스템 1만대 ( 약5,000억원 ) 수출계약체결완료 GS파워는 2015년 1월 GE와연료전지, 에너지저장시스템 (ESS) 등신기술개발, 북미신흥시장의인프라개발등에대한포괄적인협력추진 MOU 체결 포스코에너지는 2014년도일본시장에 300kW와 2.5MW등 2종류의용융탄산염 (MCFC) 타입의연료전지제품을소개하였으며, 중국, 동남아, 중동등으로의사업영역확대예정 2015년포스코에너지와한국서부발전이연료전지발전사업확대를위해 MOU 체결 * 출처 : 이투뉴스 ( 포스코에너지 - 서부발전연료전지발전사업맞손 ), 2015 년 [ 포스코에너지와한국서부발전의 MOU 체결 ] 298

305 전략제품현황분석 두산은 2014년 7월 퓨얼셀파워 과의합병을진행하였고건물용연료전지원천기술보유업체인미국클리어엣지파워를인수해두산퓨얼셀아메리카를출범 2015년평택에 100MW 규모의연료전지공장신설추진 2017년두산중공업의해외자회사인두산밥콕은영국에서 100억원규모연료전지사업수주 * 출처 : 매일경제, 2016 년 [ 두산의연료전지사업계획 ] 299

306 에너지공급 연료전지분리판소재 다. 기술인프라현황 수소연료전지의보급확대를위하여수소충전소를비롯한수소인프라의구축이요구됨 수소충전소보급문제는국내뿐아니라전세계적으로도연료전지기술개발과어느것이선개발되어야하는지의문제로해결방안을모색중 각국이자국실정에맞는수소충전소구축에나서면서기술개발을통한원가절감, 저가형충전소모델개발등경제성확보에노력중 수소충전소가지역내에너지허브역할을할수있도록다양한비즈니스모델을검토중 국내수소차상용화의최대장애요인으로수소충전소인프라부족이문제점지적되고있으므로, 국내실정에적합한시설기준을선진화하여안전확보와산업육성을양립할수있는제도마련이시급 국내환경을보면수소충전소의필수주요부품을대부분수입에의존하고있어건설비용이약 35~50억원소요될것으로전망 이는 LPG 등타충전소보다투자비용이과도 (LPG의최대 5배, CNG의최대 3배 ) 하여사업자투자유도의한계가있으며, 활용할수있는부지부족및충전설비와사업소경계와의안전거리등건설적입지와관련하여여러가지제약이존재함 미국, 일본등은수소산업육성을위하여정부의주도로수송용연료전지보급을위한수소충전소인프라구축을중점적으로추진중 융합스테이션실증사업을통한시설기준완화, 제품기준글로벌화및대국민안전홍보를체계적으로추진진행 한국가스안전공사는선제적인안전관리를목표로 2015년한해동안 그린카발전포럼 ( 산업부 ), 환경친화적자동차기본계획수립용역 ( 환경부 ) 등의정부에서실시한정책수립을위한연구용역에참여하여수소충전소규제선진화및핵심기술개발을위한과제를도출 2020년까지보급초기시장에수소차가효율적으로보급될수있도록충전소시설에대한세부기준마련등관련규제정비중 2013년 7월, 울산인근화학공업단지의부생수소를활용한연료전지수소타운 ( 총설치용량 195kW(1kW 140기, 5kW 9기, 10kW 1기 ) 로 150기설치 ) 을정부 52억원, 울산시 19억원, 민간 17억원등총 88억원이투입되어완공되었으며, 향후 5년간의모니터링을울산테크노파크에서맡아운영중 2013년 7월, 중앙정부와에너지관리공단, 울산시등공공부문과 ( 주 ) 퓨얼셀파워, 지에스 (GS) 칼텍스주식회사, 현대하이스코 ( 주 ),( 주 ) 효성등의연료전지회사, 사택을운영하는 LS니꼬동제련등의기업이총 88억원을들여울산수소타운을조성 300

307 전략제품현황분석 * 출처 :2014 신재생에너지백서 [ 울산수소타운의개략도 ] 301

308 에너지공급 연료전지분리판소재 라. 특허동향분석 (1) 연도별출원동향 연료전지분리판소재기술의지난 7년 ( 10~ 16) 간출원동향 30) 을살펴보면 2013년이후감소하는추세를보임 국가별출원비중을살펴보면일본 37.2% 로최대출원국으로연료전지분리판소재기술을리드하고있으며, 미국이 31.1%, 한국 24.3%, 유럽 7.4% 순으로특허점유 [ 연료전지분리판소재분야연도별출원동향 ] 30) 특허출원후 1 년 6 개월이경과하여야공개되는특허제도의특성상실제출원이이루어졌으나아직공개되지않은미공개데이터가존재하여 2015, 2016 년데이터가적게나타나는것에대하여유의해야함 302

309 전략제품현황분석 (2) 국가별출원현황 한국의출원현황을살펴보면 13년이후출원이감소하는경향을보이고있으며, 외국인의출원이점차증가 외국인의출원증가현상이두드러지는이유를살펴보면연료전지분리판소재기술과관련된 TOYOTA MOTOR의출원활동이증가된것으로확인 일본의출원현황은 13년을기점으로증가에서감소추세로변화하였으며, 출원인대부분이자국출원으로일본내의기술력이우수한것으로추정 미국과유럽은 13년을기점으로증가에서감소추세로변화하였으며, 출원인대부분이외국인으로파악됨 미국과유럽내일본의자동차분야기업인 NISSAN MOTOR, TOYOTA MOTOR의출원활동이활발한것으로나타남 [ 국가별출원현황 ] 303

310 에너지공급 연료전지분리판소재 (3) 투입기술및융합성분석 연료전지분리판소재분야의투입기술을확인하기위하여특허분류코드인 IPC Code 31) 를통하여살펴본결과연료전지분리판소재분야의가장높은 IPC는 H01M 기술분야가 2689건으로가장많이차지하고있으며, 이어서 C23C가 49건, C22C가 38건으로다수를차지 이외에 B29C 21건, C25B 14건, C08G 13건, C08L 13건, C08J 11건, C04B 8건, C25D 8건순으로기술이투입되어있어연료전지분리판소재분야에다양한기술이융합되어존재 더불어해당 IPC의특허인용수명을살펴보면 B29C 기술분야의수명이 9년으로가장긴것으로나타났으며, C23C, C25B, C08J 기술분야는 7년으로가장짧은것으로분석 [ 연료전지분리판소재분야상위투입기술 ] IPC 기술내용특허인용수명 (TCT) 32) H01M 화학적에너지전기적에너지직접변환하기위한방법또는수단 8 년 C23C 금속재료의피복 ; 금속피복재료 ; 표면확산, 화학적전환또는치환에의한금속재료의표면처리 ; 진공증착, 스퍼터링, 이온주입또는화학증착에의한피복, 일반 7 년 C22C 합금 8 년 B29C C25B C08G 플라스틱의성형또는접합 ; 가소상태에있는물질의성형일반 ; 성형품의후처리 화합물또는비금속의제조를위한전기분해또는전기영동방법 ; 그것을위한장치 탄소 - 탄소불포화결합만이관여하는반응이외의반응으로얻는고분자화합물 9 년 7 년 8 년 C08L 고분자화합물의조성물 8 년 C08J 마무리 ; 일반적혼합방법 ; 서브클래스 C08B, C08C, C08F, C08G 또는 C08H 에포함되지않는후처리 7 년 C04B 석회 ; 마그네시아 ; 슬래그 ; 시멘트 ; 그조성물 8 년 C25D 전기분해또는전기영동에의한피복방법 ; 전기주조 8 년 31) 전세계적으로통용되고있는국제특허분류 (IPC: International Patent Classification) 를통해특허정보기술분야에서공지기술을조사할수있으며, 기술및권리정보에용이하게접근가능 32) 특허인용수명지수는후방인용 (Backward Citation) 에기반한특허인용수명의평균, Q1, Q2( 중앙값 ), Q3 에대한통계값을제시함. 특히이와같이산출된 Q2 는 TCT(Technology Cycle Time, 기술순환주기또는기술수명주기 ) 라고부름 304

311 전략제품현황분석 투입기술이가능많은 H01M 분야와융합이높게이루어진기술은 C23C 분야로나타났으며, C22C, C08G 분야와도나타융합된기술의건수가높은것으로분석 이외에 C23C 분야와융합된기술은 H01M, C22C, B32B 분야와융합된기술이많은것으로나타났으며, C22C 분야와융합된기술은 H01M, C23C, C21D 기술로분석 [ 연료전지분리판소재분야 IPC 기술및융합성 ] (4) 주요출원인분석 세계주요출원인을살펴보면주로일본의출원인이다수의특허를보유하고있는것으로나타났으며, 전자, 자동차, 에너지분야의출원인이대부분 주요일본출원인을살펴보면 TOYOTA MOTOR, HONDA MOTOR, NISSAN MOTOR 등자동차기업과 PANASONIC 과같은전자기업이다수출원을하고있는것으로나타났으며, 이들일본출원인은주로일본본국에출원건수가높은것으로나타남 한국출원인으로는현대자동차, 포스코등 2개기업이상위출원인으로나타나연료전지분리판소재관련기술을다수보유 305

312 에너지공급 연료전지분리판소재 가장많은 3극패밀리수를확보한주요출원인은 HONDA MOTOR(231건 ) 로다국적으로시장을확보하며출원활동을진행하고있는것으로분석됨 최상위출원인 TOYOTA MOTOR는 3극패밀리수가 104건이며, 국내주요출원인인현대자동차는 154건으로확인됨 일본기업인 PANASONIC 이확보한특허의피인용지수가 1.33 로가장높게나타나기술의파 급성이높은원천기술을다수보유하고있는것으로분석됨 [ 주요출원인의출원현황 ] 주요 IP 시장국 ( 건수 %) 3 극 주요출원인 국가 한국미국일본유럽 IP 시장국종합 패밀리수 ( 건 ) 피인용지수 주력기술분야 TOYOTA MOTOR 일본 % 26% 56% 5% 일본 분리판기계적물성및내열성향상기술 HONDA MOTOR 일본 % 29% 71% 0% 일본 연료전지금속분리판표면처리기술 현대자동차 한국 % 42% 6% 1% 한국 연료전지자동차용복합체분리판제조기술 NISSAN MOTOR 일본 % 32% 47% 21% 일본 84 0 연료전지금속분리판제조기술 PANASONIC 일본 % 15% 71% 14% 일본 연료전지분리판전기적특성향상기술 포스코 한국 % 5% 3% 2% 한국 54 0 SOFC 용분리판제조및특성향상기술 KOBE STEEL 일본 % 16% 57% 8% 일본 19 1 티타늄제연료전지분리판제조기술 GEN MOTORS GLOBAL TECHNOLOGY 미국 % 100% 0% 0% 미국 복합소재분리판의제조및특성분석기술 DAIHATSU MOTOR 일본 % 0% 100% 0% 일본 43 0 연료전지금속분리판제조최적화기술 NGK SPARK PLUG 일본 % 10% 68% 10% 일본 23 0 탄소복합소재분리판용바인더제조기술 306

313 전략제품현황분석 (5) 국내출원인동향 국내출원인동향을살펴보면대기업은현대자동차의출원건수가가장높게나타났으며, 중소기업에서는주식회사퓨얼셀파워의출원건수가높게나타남 대기업의주요출원인은포스코, 엘지화학, 현대하이스코등이있으며, 중소기업의주요출원인은한중엔시에스, 에이스산업, 노바등이주요출원인인것으로나타남 기업이외의주요출원인을살펴보면한국에너지기술연구원, 한국과학기술원, 한국화학연구원등연구소 / 공공기관의출원이다수나타났으며, 대학은한양대학교, 건국대학교, 고려대학교의출원이높은것으로분석됨 [ 국내주요출원인의출원현황 ] 307

314 에너지공급 연료전지분리판소재 5. 중소기업환경 가. 중소기업경쟁력 연료전지용분리판은연료전지본체인스택모듈에가장많이들어가는핵심부품중하나이므로고가의연료전지시스템을실용화를위해서는분리판의가격을낮출수있는제조공정을채택하는것은중요한기술적사항임 고성능저가격분리판의개발은소재의물성, 소재및제조공정의가격을사전에충분히고려하여대량양산화가가능한공정이채택되어야함 분리판소재는물성적인면에서고내식성및낮은계면접촉저항등이확보되어도가격적인면에서고가의소재는상업적인실용화를위해서는도입되기어려움 소재물성및가격이적합하면서적용가능한제조공정이어야하며기존의생산단가가획기적으로낮출수있는소재가필요함 분리판개발에서핵심기술로는분리판에서요구되는물성을만족할수있는새로운소재개발을위한신소재기술, 유로구조설계및형성기술, 접합기술, 표면처리기술등이포함 현실적으로연료전지시스템은그규모와가격의입장에서자동차뿐아니라발전용도대기업이최종 vender 가되어야함 중소기업에의지원을통하여중소기업이고성능저가형분리판의기술개발을가지게된다면연료전지산업전반에걸쳐대기업과중소기업이상생하는매우모범적인생태계가형성될것으로전망 [ 연료전지분리판소재분야중소기업현황 ] 기술분류주요기술대기업중소기업 중소기업 참여영역 중소기업 참여정도 카본소재 (graphite) 금속분리판 ( 대기업 ) 카본컴퍼짓흑연분리판 - CNL, 일도산업 분리판성형유로설계 복합소재 (composite) 전극계면특성분석고내구성 MEA 한국타이어 에이스크리에이션 분리판성형유로설계소재물성개발 metal - 현대제철 ( 금속분리판 ) - - * 중소기업참여정도와점유율은주요제품시장에참여하는중소기업의참여규모와정도 ( 업체수, 비율등 ) 를고려하여 5 단계로구분 ( 낮은단계 :, 중간단계 (,, ) 높은단계 : ) 308

315 전략제품현황분석 나. 중소기업기술수요 연료전지분리판소재분야의중소기업의기술수요를파악하기위하여중소기업기술수요조사및중소기업청 R&D신청과제 (2013~2015년) 를분석한결과아래표의내용과같은수요들이다수있는것으로분석 연료전지분리판소재분야중소기업은주로복합소재와관련된기술이주로포함됨 에폭시 -탄성체 -탄소입자- 흑연화섬유복합재료를이용한연료전지용분리판개발, 연료전지용탄성에폭시 / 흑연복합재료분리판개발등에대한수요가있는것으로조사 [ 연료전지분리판소재분야과제신청현황및수요조사결과 ] 전략제품기술분류관심기술 카본소재 (graphite) 연료전지용고분자 / 탄소계분리판의발수성개선 연료전지분리판소재 복합소재 (composite) 에폭시 - 탄성체 - 탄소입자 - 흑연화섬유복합재료를이용한연료전지용분리판개발연료전지용탄성에폭시 / 흑연복합재료분리판개발 금속 (metal) Hydroforming 을이용한연료전지금속분리판성형기술및 Seal 일체화기술개발연료전지용금속분리판제조의신뢰성확보및저가격화를위한양산화기술개발 309

316 에너지공급 연료전지분리판소재 다. 중소기업핵심기술 (1) 데이터기반요소기술발굴 연료전지분리판소재기술의특허및논문데이터검색을통해도출된유효데이터를대상으로데이터마이닝기법 (Scientometrics 기법 ) 을통해클러스터링된키워드의연관성을바탕으로요소기술후보군을도출 연료전지분리판소재기술의특허및논문유효데이터를기반으로키워드클러스터링을통하여 12개의요소기술후보군을도출 제품별 dataset 구축 : 연료전지분리판소재기술관련특허 / 논문데이터를추출하여노이즈제거후제품별 dataset 구축 1차클러스터링 : 키워드맵을통한고빈도키워드확인-빈도수 (tf-idf) 33) 가상위 30% 에해당하는키워드를대상으로 1차추출 2차클러스터링 : 1차클러스터링에서추출된고빈도키워드사이에서고연관도키워드를 2차추출 ( 고연관도기준은연관도수치 34) 가 2이상인클러스터로제한 ) 다음그림은키워드간연관네트워크를시각화한것으로, 각키워드를나타내는원과키워드간의연관도를나타내는직선으로구성 각키워드가특허와논문중어느데이터에서도출되었는지원의색으로구분하였으며, 키워드로도출된클러스터는황색음영으로표시 키워드를나타내는원은고빈도의키워드일수록원의크기가크게표현되며, 연관도를나타내는선은키워드사이의연관도수치가높을수록굵게표현 연료전지분리판소재기술전략제품의특허 논문유효데이터에대하여키워드클러스터링결과를기반으로요소기술도출 데이터기반의요소기술도출은키워드클러스터링을통해도출된요소기술에대하여전문가의검증및조정을통하여요소기술을도출 33) 빈도수 (tf-idf) : 각키워드가출현되는특허또는논문수를의미 34) 연관도수치 : 두개이상의키워드사이의특허또는논문수를의미 310

317 전략제품현황분석 [ 연료전지분리판소재분야키워드클러스터링 ] [ 연료전지분리판소재분야주요키워드및관련문헌 ] No 주요키워드 연관도 수치 관련특허 / 논문제목 클러스터 01 SOLID OXIDE FUEL CELL, Metal, stainless steel 4 1. Metal separator for solid oxide regenerative fuel cell coated with conductive spinel oxide film, method for producing the same and solid oxide regenerative fuel cell including the same 2. SEPARATOR FOR SOLID OXIDE FUEL CELL SAME AND SOLID OXIDE FUEL CELL COMPRISING THE SAME 3. SAPERATOR FOR SOLID OXIDE FUEL CELL AND FUEL CELL HAVING THEREOF AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME 클러스터 02 coated layer, corrosion resistance, Bipolar plate, 4~10 1. Metal separator for solid oxide regenerative fuel cell coated with spinel conductive oxide film, preparation method thereof and solid oxide regenerative fuel cell comprising the same 2. Selectively coated bipolar plates for water management and freeze start in PEM fuel cells 3. Bipolar plate coated with titanium oxynitride for fuel cell and method of manufacturing the same 311

318 에너지공급 연료전지분리판소재 No 주요키워드 연관도수치 관련특허 / 논문제목 클러스터 03 PEMFC, electrochemical property, 9 1. Bipolar plate materials for proton exchange membrane fuel cell application 2. METHOD FOR MANUFACTURING PEMFC BIPOLAR PLATE 3. Preparation of corrosion-resistant and conductive trivalent Cr-C coatings on 304 stainless steel for use as bipolar plates in proton exchange membrane fuel cells by electrodeposition 클러스터 04 Bipolar plate, Contact resistance, Gas diffusion layer, Sealing, gasket The contact resistance between gas diffusion layers and bipolar plates as they are assembled in proton exchange membrane fuel cells 2. Effects of anisotropic bending stiffness of gas diffusion layers on the performance of polymer electrolyte membrane fuel cells with bipolar plates employing different channel depths 3. Effect of compressive pressure on the contact behavior between bipolar plate and gas diffusion layer in a proton exchange membrane fuel cell 클러스터 05 separator, surface treatment 4~5 1. Metal separator for fuel cell and method for treatmenting surface of the same 2. SURFACE TREATMENT METHOD AND APPARATUS OF STAINLESS STEEL SEPARATOR FOR FUEL CELL 3. MANUFACTURING METHOD OF SEPARATOR FOR FUEL CELL USING SURFACE TREATMENT AND SEPARATOR FOR FUEL CELL MANUFACTURED BY THE SAME 4. Electromagnetic-carbon surface treatment of composite bipolar plate for high-efficiency polymer electrolyte membrane fuel cells 클러스터 06 Graphite, Fuel Cell Separator 8 1. Method for manufacturing separator in fuel cell using graphite sheets as materials 2. FUEL CELL COMPONENT INCLUDING FLAKE GRAPHITE 3. Bipolar plate materials for proton exchange membrane fuel cell application 클러스터 07 carbon nanotube, polypropylene, reinforce, composite, bipolar plates 4 1. Corrosion and thermal stability of multi-walled carbon nanotube-graphite- acrylonitrile-butadiene-styrene composite bipolar plates for polymer electrolyte membrane fuel cells 2. Fabrication of polymer grafted carbon nanotubes/polypropylene composite bipolar plates for fuel cell 3. Polypropylene-grafted multi-walled carbon nanotube reinforced polypropylene composite bipolar plates in polymer electrolyte membrane fuel cells 클러스터 08 Epoxy, Carbon, PEMFC 7 1. Epoxy-Carbon Composition for Bipolar Plate of PEMFC and Manufacturing Method for Bipolar Plate Using the Same 2. Bipolar plates made of plain weave carbon/epoxy composite for proton exchange membrane fuel cell 3. Preparation and properties of thin epoxy/compressed expanded graphite composite bipolar plates for proton exchange membrane fuel cells 312

319 전략제품현황분석 No 주요키워드 연관도 수치 관련특허 / 논문제목 클러스터 09 TITANIUM, SEPARATOR 7~9 1. Titanium-based material, method of manufacturing titanium-based material, and fuel cell separator 2. TITANIUM MATERIAL FOR SOLID POLYMER FUEL CELL SEPARATOR, AND PROCESS FOR PRODUCTION THEREOF 3. Titanium fuel cell separator 클러스터 10 humidifier 6~7 1. PLATE TYPE HUMIDIFICATION DEVICE FOR FUEL CELL 2. METAL SEPARATOR FOR FUEL CELL STACK IMPROVING REACTION GAS SUPPLY AND HUMIDIFICATION PERFORMANCE AND FUEL CELL STACK HAVING THE SAME 3. separating plate and humidifier for fuel cell 4. SEPARATOR FOR HUMIDIFIER AND STACK UNITED HUMIDIFIER FUEL CELL SYSTEM USING THE SAM 클러스터 11 stainless steel, corrosion resistance METHOD FOR PRODUCING STAINLESS STEEL FOR FUEL CELL SEPARATOR, STAINLESS STEEL FOR FUEL CELL SEPARATOR, FUEL CELL SEPARATOR, AND FUEL CELL 2. Effect of plastic deformation on the corrosion resistance of ferritic stainless steel as a bipolar plate for polymer electrolyte membrane fuel cells 3. Stainless steel for bipolar plate of PEMFC with excellent corrosion resistance and contact resistance and method of manufacturing the bipolar plate 313

320 에너지공급 연료전지분리판소재 [ 연료전지분리판소재분야데이터기반요소기술 ] No 요소기술명키워드 요소기술 01 연료전지금속분리판제조및특성분석기술 stainless steel, Titanium, corrosion resistance, 요소기술 02 연료전지금속분리판표면처리기술 separator, surface treatment 요소기술 03 연료전지용흑연분리판제조기술 Graphite, Fuel Cell Separator 요소기술 04 요소기술 05 복합소재분리판의제조및특성분석기술 SOFC 용분리판제조및특성향상기술 carbon nanotube, polypropylene, reinforce, composite, bipolar plates SOLID OXIDE FUEL CELL, Metal, stainless steel 요소기술 06 연료전지용분리판유로설계기술 flow channel, anode-side separator 요소기술 07 내부개질형 MCFC 분리판제조및특성분석기술 MCFC, separator 요소기술 08 탄소복합소재분리판용바인더제조기술 carbon composite, electrode binder 요소기술 09 연료전지분리판전기적특성향상기술 electrochemical, Separator 314

321 전략제품현황분석 (2) 요소기술도출 산업 시장분석, 기술 ( 특허 ) 분석, 전문가의견, 타부처로드맵, 중소기업기술수요를바탕으로로드맵기획을위하여요소기술도출 요소기술을대상으로전문가를통해기술의범위, 요소기술간중복성등을조정 검토하여최종요소기술명확정 [ 연료전지분리판소재분야요소기술도출 ] 분류요소기술출처 연료전지금속분리판표면처리기술 특허 / 논문클러스터링 내부개질형 MCFC 분리판제조및특성분석기술 기술 / 시장분석, 기술수요, 특허 / 논문클러스터링, 전문가추천 연료전지금속분리판제조및특성분석기술 기술수요, 특허 / 논문클러스터링 금속소재 경제성확보를위한금속분리판표면처리기술 기술 / 시장분석, 기술수요, 전문가추천 내식성재료가도포된금속분리판제조최적화기술 기술수요, 특허 / 논문클러스터링 하이드로포밍공법에의한금속분리판제조기술 기술수요, 특허 / 논문클러스터링 SOFC 용분리판제조및특성향상기술 기술수요, 특허 / 논문클러스터링 흑연소재연료전지용흑연분리판제조기술기술수요, 특허 / 논문클러스터링 복합소재 분리판의물성향상및고성능화 연료전지자동차용복합체분리판제조기술복합소재분리판의제조및특성분석기술연료전지분리판전기적특성향상기술분리판기계적물성및내열성향상기술탄소복합소재분리판의박막화기술탄소복합소재분리판용바인더제조기술유로설계기술 전문가추천, 특허 / 논문클러스터링 특허 / 논문클러스터링, 전문가추천 기술 / 시장분석, 기술수요, 특허 / 논문클러스터링 기술 / 시장분석, 전문가추천, 특허 / 논문클러스터링 기술수요, 타부처로드맵 기술 / 시장분석, 전문가추천, 특허 / 논문클러스터링 기술 / 시장분석, 기술수요 315

322 에너지공급 연료전지분리판소재 (3) 핵심기술선정 확정된요소기술을대상으로산 학 연전문가로구성된핵심기술선정위원회를통하여중소기업에적합한핵심기술선정 핵심기술선정은기술개발시급성 (10), 기술개발파급성 (10), 단기개발가능성 (10), 중소기업적합성 (10) 을고려하여평가 [ 연료전지분리판소재분야핵심기술 ] 분류핵심기술개요 연료전지자동차용복합체분리판제조기술 고가인흑연분리판의가격문제를해결하고, 금속분리판의내식성문제를해결할수있는레진에흑연을함침하여성형하는저가의복합체분리판제조기술 복합소재 탄소복합소재분리판의박막화기술 연료전지자동차용에적용하기위한분리판의박막화를위한소재의물성향상기술 연료전지용카본복합소재분리판성형용분말압축금형설계및제작 복합소재의제작을위한금형설계 금속소재 하이드로포밍공법에의한금속분리판제조기술 수압을이용하여금속분리판을성형하고절단하는제조공정 탄소복합소재분리판용바인더제조기술 탄소복합소재분리판의제작에있어카본을지지해줄레진의물성향상기술 분리판의물성향상및고성능화 분리판기계적물성및내열성향상기술 분리판의기계적강도, 취성및열적특성등의물성을향상시키는기술 복합소재분리판의제조및특성분석기술 분리판의물성을개선하고가격을저감시키기위한특성분석기술 316

323 전략제품현황분석 6. 기술로드맵기획 가. 연료전지분리판소재기술로드맵 최종중소 중견기업기술로드맵은기술 / 시장니즈, 연차별개발계획, 최종목표등을제시함으로 써중소기업의기술개발방향성을제시 317

324 에너지공급 연료전지분리판소재 나. 연구개발목표설정 로드맵기획절차는산 학 연전문가로구성된로드맵기획위원회를통해선정된핵심기술을대 상으로기술요구사항, 연차별개발목표, 최종목표를도출 [ 연료전지분리판소재분야핵심기술연구목표 ] 분류핵심기술기술요구사항 연차별개발목표 1 차년도 2 차년도 3 차년도 최종목표 연료전지자동차용복합체분리판제조기술 정밀도 ( 공차 ) <±5% < ±2.5% < ±2% 공차 ±1% 이내 복합소재 탄소복합소재분리판의박막화기술 두께 < 2.5mm < 2.2mm < 2.0mm < 1.6mm 연료전지용탄소복합소재분리판성형용분말압축금형설계및제작 국산화율 70% 80% 90% 95% 금속소재 하이드로포밍공법에의한금속분리판제조기술 공차 < 150μm < 100μm < 50μm < 50μm 분리판의물성향상및고성능화 카본복합소재분리판용바인더제조기술 분리판기계적물성및내열성향상기술 복합소재분리판의제조및특성분석기술 전기전도도 < 5mΩcm2 < 10mΩcm2 < 15mΩcm2 < 20mΩcm2 기계적강도 < 80MPa < 90MPa < 95MPa < 100MPa 국산화율 85% 90% 92% 95% 318

325 전략제품현황분석 다. 핵심기술심층분석 연료전지자동차용복합체분리판제조기술 기술개발 필요성 연료전지분리판소재는연료전지본체인스택모듈에가장많이들어가는핵심 부품으로고가의연료전지시스템실용화를위해서는분리판소재개발필요 - 고성능저가격분리판의개발필요 신규소재개발 기술개발전략 표면처리기술 유로구조설계및형성기술 접합기술 No 명칭출원인 1 연료전지용분리판및그제조방법현대자동차 2 FUEL CELL SEPARATOR AND METHOD FOR PRODUCING THE SAME HONDA MOTOR 관련특허현황 3 복합재질의연료전지용분리판현대성우오토모티브코리아 4 연료전지용복합분리막및이의제조방법건국대학교 5 연료전지용복합재료분리판의제조방법, 및이에의해제조되는연료전지용복합재료분리판 한국과학기술원 연료전지자동차 적용가능분야 건물용연료전지 발전용연료전지 관련기업 현대자동차, 기아자동차, 포스코, 한국타이어등 HONDA MOTOR, TOYOTA MOTOR, NISSAN MOTOR 등 319

326 에너지공급 연료전지분리판소재 다. 핵심기술심층분석 탄소복합소재분리판의박막화기술 기술개발 필요성 분리판의두께는스택의중량과체적당출력밀도 (power density, W/L, W/kg) 에 미치는영향이매우크기에경량 / 박막형태의기술개발필요 신규소재에대한물성개발 기술개발전략 표면처리기술 기계적인강도개발 접합기술 No 명칭출원인 1 부피가작고, 저중량의박판형연료전지용세퍼레이터및그제조방법 에이스환경 2 분쇄된탄소섬유로강화시킨박판형연료전지용세퍼레이터및그제조방법 에이스환경 관련특허현황 3 연료전지세퍼레이터용내식피막및연료전지세퍼레이터 KOBE STEEL 4 연료전지용철 / 크롬금속분리판및이의제조방법포스코 5 연료전지용분리막과세라믹박판접합방법계명대학교 적용가능분야 휴대용연료전지 연료전지자동차 관련기업 삼성전자, 삼성 SDI, LG 화학, 포스코등 PANASONIC, TOYOTA MOTOR, HONDA MOTOR 등 320

327 전략제품현황분석 다. 핵심기술심층분석 연료전지용탄소복합소재분리판성형용분말압축금형설계및제작 기술개발 필요성 고가의흑연소재분리판을대체하기위하여탄소복합소재분리판제작을위한금 형설계기술개발필요 소재배합기술 기술개발전략 혼합슬러리몰딩기술 프레스공정기술 금형제작기술 No 명칭출원인 1 연료전지분리판성형용소재, 그의제조방법과이로부터제조된연료전지분리판및연료전지 한국타이어 2 시트프레스성형방법및연료전지용세퍼레이터의제조방법 SHOWA DENKO 관련특허현황 3 열경화성수지조성물, 그경화물및성형체의제조방법, 경화물, 성형체, 및연료전지용세퍼레이터 SHOWA DENKO 4 고분자전해질연료전지용복합재료분리판및이의제조방법한국과학기술원 5 그라핀을이용한고강도탄소복합재, 그제조방법및이를이용한연료전지분리 극동씰테크 금속및비금속합금, 고분자소재, 탄소소재관련기업등 적용가능분야 분말소재합성산업, MEA 제조산업, 특수코팅산업등 연료전지전분야적용가능 관련기업 한국타이어, LG 화학, 효성등 NISSHINBO CHEMICAL, SUMITOMO CHEMICAL, BASF 등 321

328 에너지공급 연료전지분리판소재 다. 핵심기술심층분석 하이드로포밍공법에의한금속분리판제조기술 기술개발 필요성 고가의연료전지시스템을실용화를위해서는분리판의가격을낮출수있는제조 공정개발기술필요 - 수압을이용하여금속분리판을성형하고절단하는제조공정 기술개발전략 새로운소재개발을위한신소재기술 분리판제조및가공공정기술 No 명칭출원인 1 연료전지용금속분리판의제조방법현대제철 관련특허현황 2 연료전지용금속세퍼레이터제조장치, 연료전지용금속세퍼레이터제조방법및연료전지용의금속세퍼레이터 NISSAN MOTOR 3 연료전지용금속분리판및그제조방법 GS 칼텍스 4 연료전지용금속분리판제조방법현대하이스코 금속및비금속합금, 고분자소재, 탄소소재관련기업등 적용가능분야 분말소재합성산업, MEA 제조산업, 특수코팅산업등 연료전지전분야적용가능 관련기업 현대자동차, 현대제철, 현대하이스코등 NISSAN MOTOR, TOSHIBA 등 322

329 전략제품현황분석 다. 핵심기술심층분석 카본복합소재분리판용바인더제조기술 기술개발 필요성 고가의흑연소재분리판을대체하기위하여복합소재분리판은탄소소재의결합제 로첨가되는제조공정개발기술필요 - 탄소복합소재분리판의제작에있어카본을지지해줄레진의물성향상기술 기술개발전략 소재배합기술 혼합슬러리몰딩기술 No 명칭출원인 1 연료전지용세퍼레이터의제조방법 TOKAI CARBON 관련특허현황 2 연료전지세퍼레이터 NISSHINBO CHEMICAL 3 바인더수지에카본입자가분산하고있는코팅층을가지는연료전지용금속분리판및그제조방법 현대하이스코 4 결정성에폭시수지를포함하는레진조성물및이를이용한연료전지분리판용복합재료조성물 한국타이어 금속및비금속합금, 고분자소재, 탄소소재관련기업등 적용가능분야 분말소재합성산업, MEA 제조산업, 특수코팅산업등 연료전지전분야적용가능 관련기업 현대하이스코, 한국타이어등 TOKAI CARBON, NISSHINBO CHEMICAL 등 323

330 에너지공급 연료전지분리판소재 다. 핵심기술심층분석 분리판기계적물성및내열성향상기술 기술개발 필요성 연료전지시스템실용화를위해서는분리판소재에대한물성을향상시킬수있는 기술이필요 - 분리판의기계적강도, 취성및열적특성등의물성을향상시키는기술 열제어및전기전도성소재개발 기술개발전략 적절한강도및내식성소재개발 고내식성표면처리소재적용기술 No 명칭출원인 1 내식성, 도전성, 성형성이우수한고체고분자형연료전지용세퍼레이터재료및그제조방법 NAKAYAMA AMORPHOUS 관련특허현황 2 내식성및접촉저항이우수한고분자연료전지분리판용스테인리스강및이를이용한분리판제조방법 포스코 3 연료전지세퍼레이터용내식피막및연료전지세퍼레이터 KOBE STEEL 4 내식성및전기전도성이우수한페라이트계스테인리스강및그제조방법, 및고체고분자형연료전지세퍼레이터및고체고분자형연료전지 JFE STEEL 금속및비금속합금, 고분자소재, 탄소소재관련기업등 적용가능분야 분말소재합성산업, MEA 제조산업, 특수코팅산업등 연료전지전분야적용가능 관련기업 현대자동차, 포스코, LG 화학, 삼성 SDI 등 KOBE STEEL, JFE STEEL 등 324

331 다. 핵심기술심층분석 복합소재분리판의제조및특성분석기술 기술개발 필요성 연료전지용분리판은연료전지본체인스택을구성하는핵심부품으로연료전지스택의성능과관련성이높으므로, 재료의물리적 / 화학적물성에대한특성분석기술개발필요 - 전극반응이일어나는전극 /MEA 자체성능뿐만아니라반응가스의공급 / 분리, 반응생성물의배출, 통전기능등을담당하는분리판의유로구조및소재의밀도 ( 중량 / 부피 ), 두께, 내식성, 열 / 전기전도성, 다양한표면특성과관련성이높음 열제어및전기전도성소재특성분석 기술개발전략 강도및내식성소재특성분석 가공정밀도분석기술 No 명칭출원인 1 복합재질의연료전지용분리판현대성우오토모티브코리아 관련특허현황 2 결정성에폭시수지를포함하는레진조성물및이를이용한연료전지분리판용복합재료조성물 한국타이어 3 높은내식성과낮은표면접촉저항성을나타내는연료전지용분리판, 이의제조방법, 및이를포함하는연료전지 엘파니 4 정밀도가우수한연료전지용금속분리판의자동검수장치및그자동검수방법 현대하이스코 금속및비금속합금, 고분자소재, 탄소소재관련기업등 적용가능분야 분말소재합성산업, MEA 제조산업, 특수코팅산업등 연료전지전분야적용가능 관련기업 현대자동차, 포스코, LG 화학, 삼성 SDI, 한국타이어등 HONDA MOTOR, TOYOTA MOTOR, NISSAN MOTOR 등

332 전략제품현황분석 연료전지용 M-BOP

333

334 에너지공급 연료전지용 M-BOP 연료전지용 M-BOP 정의및범위 연료전지 M-BOP는스택및시스템의내구성향상과운전최적화를위한연료및공기공급시스템, 열관리시스템및물관리시스템등으로구분할수있음 연료전지 M-BOP를구체적으로구분하면연료공급시스템 ( 펌프, 블로워개질기, 수소저장등 ), 공기공급시스템 ( 블로워, 이젝터, 공조기, 필터등 ), 열관리시스템 ( 열교환기, 배열회수펌프등 ), 물관리시스템 ( 펌프, 가습기등 ) 및밸브류, 배관류로구성 정부지원정책 제3차신 재생에너지기술개발및이용 보급기본계획 (2009~2030) 과의부합 제3차환경친화적자동차의개발및보급을위한기본계획 (2016~2020) 과의부합 그린카 R&BD 전략 (2014) 과의부합성 제1,2차녹색성장 5개년계획 ( 09, 14), 녹색기술R&D종합대책 ( 09), ICT기반에너지수요관리新시장창출방안 ( 13), 온실가스감축목표달성로드맵 ( 14) 등부합기업은수요대응형 R&D, 연구기술력대비생산기술력이약한기업은보급형 R&D를추진 중소기업시장대응전략 강점 (Strength) 세계적경쟁력갖춘조선, 기계, 플랜트등산업구축 정부의저탄소녹색성장전략선업및지원사업전개 다양한산업의동반발전및고용창출기회 (Opportunity) 자원고갈및저탄소지향형고에너지효율기술중시 이산화탄소배출규제에대한세계적합의도출 기업의에너지기술투자마인드증대 정부의실증및시범보급사업지원으로초기시장창출 약점 (Weakness) 경제성, 내구성측면에서일부제품기준미달 원천기술및부품 / 소재원료의높은해외의존성 연료전지 MBOP Supply Chain 구축미흡 선진국에비해적은연구예산으로제한적핵심소재부품개발위협 (Threat) 장단기일관성있는기술개발지원정책미비 중소기업의공격적투자의어려움으로 Supply Chain 미형성 원재료가격상승에따른사업자의수익성악화 중소기업의시장대응전략 중소기업이제조하는연료전지 M-BOP 성능및내구성향상에따라가격경쟁력을통한글로벌진출가능 대외의존도가높은핵심기술에대한중소기업참여를통해다양한제품을공급함으로써시장확대가능 328

335 전략제품현황분석 핵심기술로드맵 329

336 에너지공급 연료전지용 M-BOP 1. 개요 가. 정의및필요성 연료전지는전기를발생시키는스택 (Stack), 연료공급및조절, 열관리등시스템의기계적구성장치인 Mechanical Balance of Plant (M-BOP) 및시스템제어및전기적신호등을관리하는 Electrical Balance of Plant (E-BOP) 로구성됨 연료전지 M-BOP는스택및 E-BOP를제외한나머지구성부품또는주변기계장치를지칭하는것으로, 스택과전체시스템을운용하는역할을수행 연료전지뿐만아니라모든에너지시스템에서는가격, 내구성및효율등을고려하여야함. 가격적측면에서 BOP는전체시스템의 40~50% 정도를차지하고있으며, 고장의원인도 BOP가크게차지하고있으며, 효율적측면에서도 BOP의효율이시스템효율에크게영향을미침 [ 연료전지용 M-BOP ] 기계적운전장치인 M-BOP는연료전지스택에연료 ( 수소등 ) 와공기를공급하고스택이전기를발생할수있도록하며, 이때스택에서발생되는열을공기중으로방출하거나재활용하여스택이적정한온도와상대습도조건에서작동할수있도록관리해줌 M-BOP의경우, 전기적인신호를받아기계적구동으로작동하는구조이므로, 연료전지종류에의한분류보다는시스템발전용량및운전온도에따라구분할수있음. 따라서소용량, 대용량발전시스템에적용하는 M-BOP가다르고, 소비전력및효율등을고려하여선정할필요가있음 M-BOP는연료전지부품중가장많은부품과관련업체가필요한부분임. 운전장치에는수소공급시스템, 공기공급시스템, 열및물관리시스템, 공조시스템등각부품마다특화된기술이요구되지만지금까지지원된형태를보면대기업중심으로되어있어실질적인부품을생산하는업체의기술향상은이루어지지않음 330

337 전략제품현황분석 현재연료전지 M-BOP 요소기술의경우, 대기업을중심으로정부과제및자체개발을통해국산화및상용화를진행하고있으나, 가격, 제품효율성및신뢰성확보문제등으로어려움을겪고있음 앞으로는지금까지지원된모듈단위에서벗어나중소기업의기술향상과부품가격저감을위한부품단위의기술개발지원이요구됨 [ 연료전지용 M-BOP 세부부품의예 ] 전략제품분야별세부부품의예 연료공급시스템 공기공급시스템 연료전지용 M-BOP 열관리시스템 물관리시스템 331

338 에너지공급 연료전지용 M-BOP 나. 범위 (1) 제품분류관점 연료전지 M-BOP 기술은연료전지발전용량및적용분야에따라, 휴대용, 건물용, 수송용, 발전용등으로분류되며, 연료전지종류및작동온도에따른연료전지시스템을포함 연료전지종류에따른분류보다는발전용량및적용분야에따라구성되는부품과요소기술이차이가있음 휴대용연료전지 M-BOP는휴대전원용 ( 수십 ~ 수백 W급 ) 부품으로, 크게연료공급시스템과공기공급시스템으로분류 휴대용연료전지연료공급시스템은개질기, 액체펌프, Prox 펌프, 블로워, 냉각수펌프등을포함 휴대용연료전지공기공급시스템은저온소형블로워또는액체펌프, 공조기, 마이크로필터등을포함 건물용연료전지의 M-BOP는 1~5kW급스택에적용되는중소형부품이며, 크게연료공급시스템, 공기공급시스템, 열관리시스템, 물관리시스템으로분류 건물용연료전지연료공급시스템은개질기, 액체펌프, Prox 펌프, 블로워, 냉각수펌프등을포함 건물용연료전지공기공급시스템은저온블로워, 고온블로워, 공조기, 마이크로필터등을포함 건물용연료전지열관리시스템은열교환기, 온도센서, 방열팬, 배열회수펌프등을포함 건물용연료전지물관리시스템은개질기펌프, 가습기, 습도센서등을포함 수송용연료전지 M-BOP는 100~150kW 이내의고분자전해질연료전지시스템으로공기공급계, 수소공급계, 열및물관리 (TMS : Thermal and water management system) 으로크게분류 수송용공기공급계는공기공급용에어블로워, 공급공기상대습도증가를위한가습기, 배압조절을위한압력조절밸브등을포함 수송용수소공급계는연료전지수소극에공급되는수소의유량과압력을조절할수있는수소공급밸브, 스택출구측의수소를입구측으로펌핑시켜주는이젝터, 블로워같은재순환장치, 스택내부액적제거를위한퍼지밸브, 배출수소로부터액적을분리해내는워터트랩등으로구성 수송용열및물관리 (TMS) 는워터펌프, COD 겸용히터, 대용량라디에이터, 전동식 3way V/V, 제거기등으로구성 이온 발전용연료전지 M-BOP는수백 kw에서수 MW 규모의연료전지시스템으로대용량의부품으로, 연료공급시스템과공기공급시스템으로크게분류 발전용연료전지연료공급시스템은개질기, 액체펌프, Prox 펌프, 블로워, 냉각수펌프등을포함 발전용연료전지공기공급시스템은저온블로워, 고온블로워, 공조기, 마이크로필터등을포함 발전용연료전지열관리시스템은열교환기, 온도센서, 방열팬, 배열회수펌프등을포함 발전용연료전지물관리시스템은개질기펌프, 가습기, 습도센서등을포함 332

339 전략제품현황분석 [ 연료전지용 M-BOP 적용분야 ] 전략제품 적용분야 휴대용연료전지 건물용연료전지 연료전지용 M-BOP 수송용연료전지 발전용연료전지 [ 제품분류관점기술범위 ] 전략제품제품분류관점세부기술 연료공급시스템 세부제품 : 개질기, 액체펌프, Prox 펌프, 블로워, 냉각수펌프등 적용분야 : 휴대용, 건물용, 발전용, 수송용 연료전지용 M-BOP 공기공급시스템 열관리시스템 세부제품 : 저온블로워, 고온블로워, 공조기, 마이크로필터등 적용분야 : 휴대용, 건물용, 수송용, 발전용 세부제품 : 열교환기, 온도센서, 방열팬, 배열회수펌프등 적용분야 : 건물용, 발전용, 수송용 물관리시스템 세부제품 : 개질수펌프, 가습기, 습도센서등 세부기술 : 건물용, 수송용, 발전용, 수송용 333

340 에너지공급 연료전지용 M-BOP (2) 공급망관점 연료전지용 M-BOP는연료공급시스템, 공기공급시스템, 열관리시스템및물관리시스템등으로구분할수있음 연료공급시스템은개질기, Prox 펌프, 배열회수펌프, 수소저장부, 액체펌프, 마이크로펌프, 블로워, 냉각수펌프등으로구성 공기공급시스템은저온및고온블로워, 마이크로필터등으로구성 열관리시스템은고온가스열교환을위한열교환기, 시스템단열, 방열을위한팬, 열회수펌프등으로구성 물관리시스템은수증기개질수펌프, 가습기, 습도센서등으로구성 공급망기준으로열교환기, 개질기, 펌프, 블로워, 가습기등시스템최적운전단계에사용되는각종소재와부품을포함하며, 기술적으로는적용분야별분류뿐만아니라, 고효율, 저가격화기술및부품국산화기술등이포함 [ 공급망관점기술범위 ] 전략제품공급망관점세부기술 연료공급시스템 구성요소 : 펌프, 블로워, 이젝터, 개질기, 수소저장등 세부기술 : 고효율, 저소음, 저가격, 내식성, 내마모성기술 연료전지용 M-BOP 공기공급시스템 열관리시스템 구성요소 : 블로워, 공조기, 필터등 세부기술 : 고효율, 저소음, 내부식성, 마이크로필터기술 구성요소 : 열교환기, 배열회수펌프등 세부기술 : 고효율, 내마모성, 내열성부품기술 물관리시스템 구성요소 : 펌프, 가습기등 세부기술 : 내식성, 내열성, 내충격성, 고효율부품기술 334

341 전략제품현황분석 2. 산업환경분석 가. 산업특징및구조 (1) 산업의특징 전세계적으로연료전지시장은발전용을제외하고시장진입상태에있어상용화를위한대량생산체계를구축하지못하여관련시장형성이미흡하고기술개발진척도가낮고, 관련기업의기술경쟁력수준이미흡함 연료전지초기시장은정부지원및투자를통해형성될예정이며, 향후해당기업에서기술개발을통해시장을선점할필요가있음 국내연료전지개발기술과선박건조, 자동차기술을접목하면, 친환경발전시스템인연료전지에대한다양한어플리케이션을개발할수있을뿐만아니라, 가격경쟁력측면에서유리한위치를점할수있음 연료전지시스템산업은연료전지기술을기반으로전력, 수송, 산업, 건물에너지분야에적용하여온실가스를감축하고에너지효율을향상시키는제품과서스비등의고부가가치를생산하는산업임 발전용연료전지는신재생에너지발전차액지원제도 (FIT) 와신재생에너지의무할당제도 (RPS) 를통해비약적으로보급량을확대하고있는분야로 MW급 MCFC와 400kW급 PAFC 제품이시장을주도 수송용연료전지는에너지안보와온실가스감축의핵심분야로내연기관대비에너지효율향상은물론오염물질과분진이발생하지않는친환경수송수단을제공할수있지만, 수소인프라구축이이루어져야파급효과기대가능 건물용연료전지는가정용소형열병합시스템부터대용량분산전원에이르는다양한분야에적용가능하며, 일반적인열병합발전에비해온실가스감축효과가높고오염물질과분진발생을최소화할수있으며종합효율 80% 이상달성가능 연료전지기반융복합분야는연료전지의역반응인수전해기술과결합하여마이크로그리드의유연성을향상시킴으로써풍력, 태양광등재생에너지의보급및이용률을확대시키고, 신재생에너지하이브리드시스템을안정적으로운용할수있도록하며, 친환경수소연료전지자동차의보급을위한수소인프라구축과확충에반드시필요 335

342 에너지공급 연료전지용 M-BOP (2) 산업의구조 연료전지 M-BOP 제품들은주로일본, 독일, 미국등선진국회사들이전세계에공급하고있음. 이러한이유는연료전지상용제품이없고, 따라서, 국내에서는벤치마킹대상이없으므로, 기술수준이선진회사대비다소미흡함 연료전지 M-BOP 관련업체는매우미미하며, 또한, 소규모영세업체들로서, 국제경쟁력및기술경쟁력이취약함 전세계적으로연료전지는아직상용제품이없는바, 관련시장형성이이루어지지않았음. 따라서기술개발진척도가낮고, 관련기업의기술경쟁력수준이미흡함. 연료전지초기시장은정부지원및투자를통해형성될예정이며, 향후해당기업에서기술개발을통해시장을선점할예정임 [ 연료전지용 M-BOP 분야산업구조 ] 후방산업 M-BOP 소재산업전방산업 프라스틱, PTFE, 지르코니아, 코발트, 망간, 나피온, Fe, 스테인리스등소재산업 블레이드소재, 가습기소재, 세라믹소재, 금속소재, 하우징소재, 분석장비, 검사장비 펌프제조공정, 열교환기관련소재, 가습기패키지, 열교환기제어등제조업및전력기반산업 전방산업은펌프제조공정, 열교환기관련소재, 가습기패키지, 열교환기제어분야등이존재 후방산업은프라스틱, PTFE, 지르코니아, 코발트, 망간, 나피온, Fe, 스테인레스등으로대부분 소재분야로구성 336

343 전략제품현황분석 나. 경쟁환경 국내외연료전지 M-BOP 선도기업은대부분자국의중앙정부와지방정부의정책시장에의존하여성장기반을구축한다음글로벌선도기업으로성장하는경향을보이며, 대부분미국, 일본, 한국업체들이이에해당함국에약 3,000여개, 한국에 900여개의회사를포함전세계시장 1,800억달러시장형성 상대적으로자국정책시장이소극적인유럽업체들은강력한정책시장이있는미국, 일본, 한국진출을위한전략적제휴는물론전략적인수합병을통해시장불확실성해소를위한적극적인노력을경주하고있음 정책시장에의존하는연료전지업체들의기술개발은주로정책시장대응력을강화하여수익성향상에초점을맞추고있는반면, 상대적으로소극적인정책시장인유럽의업체들은오히려연료전지기반의융복합기술개발에나서고있어국내업체들의핵심경직성을경계할필요가있음 해외건물용연료전지분야에서는가정용 PEFC 기술의선도국인일본은정부지원과지속적인연구개발로파나소닉, 도시바공동브랜드제품인에너팜을출시하여 2014년 9월 10만대판매달성 2013년기준시스템전기효율 39%(LHV), 종합효율 95%(LHV) 까지도달하며시스템가격은 2 백만엔수준임 가솔린, 디젤, 등유, 바이오가스등을기반으로한연료전지시스템은 General motors, Delphi, Nordic Power System, Eaton, FuelCell Energy 등에서연구개발을진행하고있으며 2008년 Idemitsu는멀티연료처리시스템기술을개발, 현재주택 건물용연료전지시스템개발을통한시범보급에주력 일본에서는 2012년상용가정용 SOFC 제품을출시하여 24시간연속운전조건에서시스템전기효율 45%(LHV), 종합효율 87-90%(LHV) 까지도달한상태로내구성향상, 가격저감을위한시스템개선, 소재, 부품등원천분야에대한핵심기술확보를목표로기술개발추진 호주 Ceramic Fuel Cell사는 2kW급건물용 BlueGENTM SOFC 시스템을개발하였고 GennexTM 스택모듈에서 60%(LHV) 의높은발전효율을달성하고 15,000시간이상실증운전을거친후 2010년 9월 15개국에 52대판매 국내건물용연료전지분야는 2010년누적발전량기준 20,000시간을돌파, 일본의실증수준에도달, 국산화율은가격기준 80% 이상을달성하였으며시스템설계, 제작, 운영기술의경우선진국수준의기술력을확보 2013년울산에세계최대규모의수소타운을건설하였음. 총설치용량 195kW (1kW 140기, 5kW 9기, 10kW 1기 ) 로 150기설치 국내 SOFC 1kW급가정용시스템개발은쌍용, 코미코, TOPSOE 등의스택업체와 STX Metal, 경동나비엔, SK E&S 등의시스템업체에서추진하고있으며스택과시스템의장기성능을확인중 경동나비엔은코미코와함께 2011년부터그린홈연계를위한 700W급주택 건물용 SOFC 시스템개발을진행중 337

344 에너지공급 연료전지용 M-BOP 10kW급이상의주택 건물용 SOFC 시스템은포스코, RIST가스택및시스템을자체개발하고있으며 LG전자와 Rolls royce가자회사인 LG-Fuel Cell System을설립하여자체 SOFC 시스템개발을진행중 포스코에너지는 100kW급건물용 MCFC를개발하여서울시서북병원, 어린이대공원에설치하여실증운전중, 공공건물신재생에너지이용의무화제도에사용추진 국내수송용연료전지분야는 20년대북미, 유럽등강화된환경기준을위해수소연료전지자동차시장의본격전개예상 우리나라는 13년에수소연료전지차세계최초양산체제구축및생산착수 국내대기업과 300여중소부품업체가연료전지시스템생태계구축 수소연료전지차부품국산화 95% 달성 ( 투싼ix Fuel Cell 기준 ) 현대자동차는 13년 2월울산공장에 1,000대 / 년규모의전용라인구축 스택모듈분야에서현대모비스는충주공장에연료전지스택모듈생산라인구축 발전용연료전지분야는원전사고, 정전사태, 송전망건설분쟁, 에너지효율향상등의기존발전의대안마련및전력수급불안정해소를위한에너지패러다임전환이가능 대규모정전사태및밀양송전탑갈등등지역별자립이가능한맞춤형에너지공급-수요방안및지역주민의수용성향상가능 백업전원, 소형열병합발전등세계시장은 15년초기시장형성, 19년수천 MW 신시장창출이예상 14년현재국내발전용연료전지는총 27개소약 160MW 용량의발전소가운영중 포스코를중심으로시스템기술에서세계적으로경쟁우위 국내는대기업과 145개중소부품업체가연료전지시스템생태계구축 09년이후국산화를꾸준히진행하여 11년 BOP ( 보조설비장치 ) 국산화, 12년에는세계최대규모연산 100MW 생산설비구축, 마지막단계로 14년말 Cell 국산화로 100% 달성예정 대기업은주로시스템설계, 스택, 셀, 제조공장운영, 설치시공등을담당 중소기업은소재및단위부품제조및공급, 공동 R&D 참여 338

345 전략제품현황분석 [ 제품분류별경쟁자 ] 구분 경쟁환경 기술분류연료공급시스템공기공급시스템수처리시스템 주요품목및기술펌프, 블로워, MFC 펌프, 블로워, MFC 냉각수펌프, 가습기 해외기업 Matsushita, Iwaki, FuelCells Energy, Hi-Blow, KNF, Thomas, DuPont, Perm Pure, Asahi Glass Matsushita, Iwaki, FuelCells Energy, Hi-Blow, KNF, Thomas, DuPont, Perm Pure, Asahi Glass Matsushita, Iwaki, FuelCells Energy, Hi-Blow, KNF, Thomas, DuPont, Perm Pure, Asahi Glass 국내기업 SK E&S, 경동나비엔, STX 중공업, 한라공조, 코오롱워터앤에너지, 두산퓨얼셀디에이치엠, 귀뚜라미정밀, 명화공조, 거봉한진, 프로파워, 황해전기, 대영오앤이, 트윈에너지 SK E&S, 경동나비엔, STX 중공업, 포스코에너지, 코오롱워터앤에너지, 두산퓨얼셀디에이치엠, 황해전기, 트윈에너지 SK 이노베이션, 효성중공업, LG 퓨얼셀시스템즈, 포스코에너지, 코오롱인더스트리, 코오롱패션머티리얼 K-being 에너지, 에어레인 339

346 에너지공급 연료전지용 M-BOP 다. 전후방산업환경 연료전지 M-BOP의전방산업은주로제조업및전력 / 에너지기반산업으로구성되어져있으며, 후방산업은소재산업으로구성되어져있음 일반적으로제조업및소재산업의환경은많은자료에기술되어져있으므로본보고서에서는전력및에너지산업환경을기반으로기술함 주택 건물용, 수송용및발전용연료전지시스템은소재, 부품, BOP 등부품에서시스템까지다수기업이 supply chain에참여 시스템은주로대기업이생산하나소재, 부품및 BOP 등은중소 중견기업에서생산하는구조로많은기업들이산업생태계를형성 주택 / 건물용 / 수송용 PEMFC 산업환경은아래와같음 연구개발이증가하는추세로시스템관련산업은수소타운보급, 연료전지버스실증단계에도달 소재분야인탄소복합체분리판, 개스킷, 기체확산층 (GDL) 생산인프라는구축되기시작하였으나촉매, 전극, MEA, 고분자전해질막산업은초기단계 스택은시스템업체가생산하며, 기술적으로선진국수준에도달 개질기는일본으로부터 1kW급개질기기술도입후 5, 10kW급국산화에성공하였고, 효율및내구성확보에필요한 R&D 투자와생산인프라확보가필요 BOP 산업도취약한상태로국내기업이기술역량은보유하고있으나초기생산물량이적어투자를주저 전력변환기는선진국수준이나펌프, 모터, 압축기등 M-BOP 투자필요연료전지자동차용 BOP 는현대자동차및협력업체가국산화율을높이고있으나고압수소저장용기의경우 R&D 투자가필요 주택 / 건물용 SOFC 산업환경은아래와같음 SOFC 산업구조는취약한상황으로소재, 스택, BOP, 시스템업체의 R&D 및설비투자가요구됨 스택의경우 10kW급개발단계로일정수준의제조신뢰성을확보하였으며, 내구성평가및향상에대한기술개발필요 E-BOP는주택 건물용 PEFC, M-BOP는발전용 MCFC 기술적용이가능하고, 중소형 SOFC M-BOP 개발필요 시스템관련기술은초기단계로선진업체스택을기반으로핫박스제작과운전제어를통해선진업체수준에근접 발전용 MCFC 산업환경은아래와같음 대기업중심으로시스템기술은선진국수준에도달하였으며 R&D, 실증 / 보급사업을통해스택, BOP 관련산업을선도 340

347 전략제품현황분석 스테인리스분리판外전극, 매트릭스분말, 촉매를수입하고있어소재분야에대한 R&D 강화및산업육성필요 대용량스택및 BOP는국산화에성공하였고구성요소도국산화개발중 대규모시스템보급이진행중이며원격운전, 시스템통합 / 연계운전기술확보필요 타발전기술대비우위확보를위한고효율화, 다용도활용기술, 고부가가치시스템의기술개발및인프라확충필요 341

348 에너지공급 연료전지용 M-BOP 3. 시장환경분석 가. 세계시장 2015년에발표한일본후지경제연구소의전망에따르면세계연료전지시장은 2013년 1조원에서 2030년 64.9조원으로성장할전망 용도별로는 2030년기준, 연료전지자동차시장은약 48조원규모, 산업 / 업무용시장은약 6.8조원규모, 가정용연료전지시장은약 7.9조원규모로성장할전망 연료전지시장은발전용을주축으로, 2020년경주택 건물용에서 2030년이후에는수송용시장이주도할것으로예측 연료전지차는수소인프라의보급과연계하여시장이확대될것으로예측하고있음. 수만대규모의양산은 2020년이후에시작될것이며승용차형차세대모델개발과, 내구성향상, 저가화개발주력 * 자료 : 2015 년연료전지기술시장장래전망, 후지경제 [ 세계연료전지시장규모전망 ] 2015년후지경제의세계연료전지시장전망에따르면 2015년 1.9조원에서 2020년 9.2조원정도로증가할것으로전망되고있으며, 이중연료전지 M-BOP 시장은연료전지시장의약 40% 로추정 연료전지용 M-BOP 의세계시장규모는 2015년에는 7,600억원이며, 2020년에는 3.6조원으로성장할예정 342

349 전략제품현황분석 [ 연료전지용 M-BOP 의세계시장규모및전망 ] 구분 ( 단위 : 억원, %) CAGR ('13~'15) 연료전지 19,000 34,000 49,000 63,000 78,000 92, M-BOP 7,600 13,600 19,600 25,200 31,200 36, * 자료 : 2015 년후지경제연료전지기술시장장래전망의자료참고하여전망치추정 M-BOP 의가격은연료전지전체시장의 40% 로추정 한국, 미국, 일본을중심으로발전용연료전지, 주택건물용연료전지와함께연료전지차가판매되며초기시장이형성되고있음. 연구개발은한창진행되고있으며일정규모이상의사업규모를가진기업의성장은시간이걸릴것으로예측됨 산업 / 발전용연료전지시장은전체매출액의 60%, 출력의 70% 를차지하고있음 지역별로미국, 한국에서의발전용시장은 Bloom Energy의 SOFC, FuelCell Energy와포스코에너지의 MCFC, 두산퓨얼셀의 PAFC에의해주도하고있음 일본의가정용시장은파나소닉, 도시바의공동브랜드 Ene-Farm PEMFC가주도 343

350 에너지공급 연료전지용 M-BOP 나. 국내시장 국내연료전지시장규모는 2015년기준 3,800 억원으로추산되며, 연평균성장률은약 37% 로국내시장의고성장을유지하여 2020년에는 1조 8,400 억원규모의시장으로성장할것으로예상 국내연료전지용 M-BOP 시장규모는 2015년기준 1,520 억원으로추산되며, 2020년에는 7,360 억원으로성장할것으로전망 [ 연료전지용 M-BOP 의국내시장규모및전망 ] 구분 ( 단위 : 억원, %) CAGR ('13~'15) 국내시장 3,800 6,800 9,800 12, , M-BOP 1,520 2,720 3,920 5,040 6,240 7, * 자료 : 2015 년후지경제연료전지기술시장장래전망의자료참고하여전망치추정 M-BOP 의가격은연료전지전체시장의 40% 로추정국내연료전지시장은세계연료전지시장의약 20% 를차지한다고가정하여추정 국내연료전지시장은 2014년을기준으로총보급량 199.4천 toe 규모로최근 5년간연료전지보급량은빠르게증가하고있음. 그비중은신 재생에너지전체보급량의 2013년 1.2% 에서 2014년 1.7% 로비중이전년대비 62.9% 증가하였음 발전량을비교하면 2013년전체신 재생에너지발전량의 2.7% 에서 2014년 3.5% 로증가 RPS 정책에힘입어발전용연료전지누적설치량이 170MW 수준에도달함. 평균이용률은 90% 이상유지하고있어신뢰성이높은신 재생에너지수단임을입증함 주택 건물용연료전지의경우주택지원사업 ( 그린홈 100만호사업 ) 을중심으로가정용연료전지열병합시스템의보급이이루어지면서 1kW 급소형 PEMFC 누적설치량은 3천대수준임 전적으로보조금시장에의존하는상황으로정책시장규모가작고시장성장률이낮아산업체의가격저감속도가낮은편임 연료전지산업은연료전지설비도입과연료조달을통한연료투입단계와전기및열을생산하는운영단계, 그리고자가소비또는외부로판매하는소비 / 판매단계로이뤄짐. 연료전지설비도입은포스코에너지, 두산, 에스퓨얼셀등의시스템제조회사주도로이루어지고있음 연료전지는 LNG, LPG, 메탄올, 에탄올, 등유등화석연료, 부생수소, 신 재생에너지로부터얻는신재생수소, 바이오가스를연료로사용이가능함 현재사용되는연료는대부분 LNG이며, 가스공사, 지역도시가스회사가참여하고있음 344

351 전략제품현황분석 1kW 급가정용연료전지는자체적으로열과전기를생산하여자가소비후잉여전력은역송전을하나판매는불가능함 발전용연료전지의경우발전사, 특수목적법인 (SPC) 주도로 REC를확보하고전력과열을판매하여수익을얻게됨. 2016년가정용연료전지 1kW급시스템의기준단가는 27백만원으로기존내연기관발전기대비수배에달해가격경쟁력이미흡한상태임 주요연료인 LNG 가격은 2014년기준 2011년대비 33% 가상승되었으나시스템가격은 2011 년대비 13% 저감되어양산에의한가격저감효과가없어보급의장애물로작용하고있음 345

352 에너지공급 연료전지용 M-BOP 다. 무역현황 연료전지용 M-BOP 분야의무역현황을살펴보았으며, 수입량에비하여수출량이급격히감소하는추세 연료전지용 M-BOP 기술의수출현황은 11년 3억 4,700만달러에서 15년 1억 8,000만달러수준으로감소하였으며, 수입현황은 11년 4억 4,000만달러에서 15년 3억 5,300만달러수준으로감소하여무역수지흑자폭이대폭감소 최근 5년 ( 11~ 15년) 간연평균성장률을살펴보면수출금액은 15.1% 로감소하였으며, 수입금액은 5.3% 로감소하여전체무역수지는 -16.8% 감소한것으로나타남 무역특화지수는 11년(-0.12) 부터 15년(-0.32) 까지감소한것으로나타나점차국내기업의수출량이감소하고있는것으로나타남 [ 연료전지용 M-BOP 관련무역현황 ] 구분 ( 단위 : 천 $) CAGR ('11~'15) 수출금액 347, , , , , % 수입금액 440, , , , , % 무역수지 -92, , , , , % 무역특화지수 * * 무역특화지수 = ( 상품의총수출액 - 총수입액 )/( 총수출액 + 총수입액 ) 으로산출되며, 지수가 0 인경우비교우위는중간정도이며, 1 이면완전수출특화상태를말함. 지수가 -1 이면완전수입특화상태로수출물량이전혀없을뿐만아니라수입만한다는뜻 * 자료 : 관세청수출입무역통계 HS-Code(6 자리기준 ) 활용 346

353 전략제품현황분석 4. 기술환경분석 가. 기술개발트렌드 연료전지시스템효율향상및상용화를위한고신뢰성 M-BOP 확보 고효율 / 고신뢰성 M-BOP 개발필요 현재, 연료전지시스템에적용하는 M-BOP를살펴보면, 연료및공기공급장치, 열관리장치, 물관리장치등이있음. 그러나, 기술개발부족및연료전지시장의불확실성으로인해연료전지용 M-BOP 산업이발전용연료전지를제외하고아직형성되지않았음 기존내연기관에특화된제품또는개발품에맞춤식형태의주문제작품들을사용하고있는실정임. 따라서, 연료전지에특화된제품이아니기때문에, 연료전지시스템의오작동을유발할수있으며, 전체시스템의신뢰성이낮아지게됨 연료전지용 M-BOP는고효율, 고내구성및낮은소비전력등의요구조건을만족해야함. 연료전지는발전시스템이므로, M-BOP의효율을향상시킬수있는제품의적용이요구됨 따라서, 고효율 / 고신뢰성의 M-BOP 제품을개발, 적용함으로써연료전지시스템의운전최적화및성능안정성향상등을도모할수있음. 즉, 정부자금지원및기업참여를통한기술개발이선행되어야함 연료전지시장진입을위한제품개발 기술개발을통한제품개발및고기능화 M-BOP 제품요구 선진사제품을벤치마킹하여다양한기술개발을통해, 신제품을개발하고, 연료전지시장진입을시도해야함. 기술개발극대화로연료전지시장에서요구하는신뢰성이우수한제품을개발하여, 연료전지시스템의효율을극대화할필요가있음 관련기술로는고효율수소생산개질기기술, 고효율, 고내구성연료펌프, 공기블로워개발, 고효율열교환기개발, 센서및밸브자동화기술, 연료전지시스템제어기술등이있음 건물용및발전용연료전지시스템의경우, 대부분분산전원의형태로계통에연계되는타입이며, 이경우 M-BOP는저가, 고효율의하드웨어기술개발및고기능의계통연계, 보호기술등의소프트웨어측면의기술이동시에개발되어야함 특히, 분산발전의경우, 계통연계측면에서살펴보면, 시스템의안정성을저하시킬수있으므로고기능성의계통연계및보호기술의개발이시급한실정임 347

354 에너지공급 연료전지용 M-BOP 연료전지시장확대를위한지속적인 cost-down 및국산화 M-BOP 가격저감화 (cost-down) 및국산화기술개발요구 연료전지시장확대를위해, 저가격, 고신뢰성및국산화제품에대한수요가지속적으로요구되고있음. 연료전지전체시스템가격에서 M-BOP는약 40% 이상을차지할정도로가격비중이크므로, 다른구성요소들보다가격저감화가필요한요소임 가격저감방법으로는기술개발을통한제품국산화를들수있음. 현재, 연료전지시스템의 M-BOP는일부품목을제외하고는핵심기술에대해대부분해외제품을적용하고있으며, 이러한요인은가격상승의결과를초래하고있음. 따라서부품및제품국산화를통해가격경쟁력을확보할수있으며, 양산등대량생산을통한가격저감 (cost-down) 극대화및기술경쟁력확보를이룰수있음 정부는연료전지시장형성및확대를위한환경조성이필요하며, 관련기업들이기술개발을통한국산화, 상품화를진행할수있는세재혜택등여건마련이필요함 기술개발을통해제품국산화가되면, 연료전지전체시스템가격을낮출수있을뿐만아니라, 기술경쟁력확보를통한국가경쟁력제고를달성할수있음 다양한제품생산판매를위한 BOP 기술확보 소비자의구매욕구를자극할제품다양성확보요구 연료전지시스템은운전온도에따라저온및고온으로구분하며, 각각의시스템운전조건에적합한 M-BOP의적용이필요함. 따라서 BOP 기술경쟁력확보를위해, 발전용량및운전온도조건에부합하는다양한제품군이필요함 수소공급을위한수소제조, 압축및저장시스템개발, 수소정제시스템개발, 전기화학분석기 (Potentiostat) 개발, 전력선통신을이용한제어및감시, 고온 PEMFC용 PCS 개발, 개질기효율향상을위한멤브레인 (Membrane), 촉매, 반응기개발, 연료및공기공급용블로워및펌프, 열교환기개발, 고효율밸브, 센서등의개발이필요함 348

355 전략제품현황분석 [ 연료전지 M-BOP 분야의 NET 분석 ] 구분촉진요인저해요인 수요 - 다양한분야로응용범위가확대 - 고가의해외제품에대한, 연료전지시스템가격상승, 국산화를통한저가제품요구 - 환경규제강화등으로기존내연기관대체움직임활발 - 일부해외선진사의제품독점공급으로가격상승 - 제품상용화지연으로시장형성미비 환경 - 정부의 2020 년그린홈보급사업등국가적차원의보급정책지원 - 일본원전폐쇄, 국제해사기구의환경규제에따른친환경주 / 보조동력요구증가로인한전세계적관심 - M-BOP 소재, 부품등글로벌제조회사의세계시장잠식율여전히높음 - 세계주요국의친환경발전시스템육성정책에따른기업들의과다경쟁 기술 - M-BOP 의국산화및효율은매년꾸준히개선되고있고, 해외선진사대비핵심기술국산화는약 60% 수준임 년국산화율 100% 목표로기술개발진행중 - 기존휴대용, 건물용시장이외, 선박용및군용등의보조동력시스템시장으로점차시장증가하는추세임 - 연료전지 M-BOP 소재, 부품분야는중소기업에대한진입장벽이매우높음 - M-BOP 제품화는완성도높은연료전지시스템제품제작등주변기술의동시발전을전제로함 349

356 에너지공급 연료전지용 M-BOP 나. 주요업체별기술개발동향 (1) 해외업체동향 연료전지용 M-BOP 분야는크게연료공급시스템, 공기공급시스템및물관리시스템으로구분가능 연료공급시스템은개질기, 배열회수펌프, 냉각수펌프, Prox 펌프, 블로워등으로구성 공기공급시스템분야는저온및고온블로워, 마이크로필터등으로구성 열관리시스템은고온가스열교환을위한열교환기, 시스템단열, 방열을위한팬, 열회수펌프등으로구성 물관리시스템은개질수펌프, 가습기, 습도센서등으로구성 연료공급분야는주로일본, 미국, 유럽등해외대기업에서대부분을개발공급하고있는실정임. 펌프의경우, 마쓰시다, 이와키, 마이크로펌프등일본업체들이대부분 공기공급분야는 KNF, 하이블로워등유럽및미국회사들이블로워제품을공급하고있음. 미국의퓨얼셀에너지등은대형블로워를공급하여시스템에설치운영중 물관리분야는퍼머퓨어, 듀폰등미국의다국적회사및아사히글라스등일본회사가가습기등을개발하여공급하고있음 [ 연료전지 M-BOP 관련해외제품 ] 350

357 전략제품현황분석 (2) 국내업체동향 연료전지 M-BOP 국내업체는연료전지시스템적용분야에따라 M-BOP Supply Chain을형성하고있음. 즉, 건물용, 수송용, 발전용등에적용하는 M-BOP 제품군으로분류함이타당함 건물용및수송용경우, SK E&S, 디에이치엠, 한라공조, 귀뚜라미정밀, 경동나비엔, 명화공조, 거봉한진등이연료, 공기, 물관리공급시스템등을개발하고있음 발전용경우는포스코에너지, LG퓨얼셀시스템즈, 효성중공업, 삼성엔지니어링, 삼성중공업, STX메탈, K-being에너지, 경동나비엔등에서제품을개발진행중임 마지막으로대형발전용경우, 두산중공업, 포스코에너지, 효성중공업등에서제품국산화등을진행중임 [ 연료전지 M-BOP 관련국내제품 ] 351

358 에너지공급 연료전지용 M-BOP 다. 기술인프라현황 연료전지 M-BOP의경우국내기술인프라가많이부족한실정임 현재부안군신재생에너지센터및포항수소연료전지테스트베드구축사업, 충남예타기반구축사업등으로기술인프라를구축할예정임 기구축된부안군신재생에너지센터는부안군을신재생에너지수소연료전지산업화의허브로만들기위해한국에너지기술연구원과부안수소연료전지산학연협력센터를구축함 설립목적은수소연료전지분야성능평가, 실증, 인증, 연구개발및산업화허브구축이주된이유이며, 대형연료전지개발및조기상용화, 고급인력양성을목적으로하고있음 부안수소연료전지산학연협력센터는부안군하서면백련리일원신재생에너지테마파크내에 2,488m2 규모로수소연료전지시험동과 299m3( 지상1층 ) 규모의수소스테이션, 20톤규모의 LNG 저장탱크와 5톤규모의질소저장탱크, 1,780루베규모의수소저장탱크와 10종의장비등 250억원 ( 시설비 170억, 장비비 80억 ) 이투입되어구축됨 [ 부안수소연료전지산학연협력센터기술인프라현황 ] 352

359 전략제품현황분석 구분 [ 수소연료전지산학연협력센터장비현황 ] 장비현황 성능평가장비 - 테스트스테이션 6 기 - 그리드연결테스트장비 1 세트 - 배열회수효율측정장치 1 기 환경성평가장비 - 환경 chamber 1 기 - 진동시험기 1 기 지원장비류 - 고해상도마이크로검사시스템 1 기 - 가스종합분석시스템 1 기 - SOFC 테스트스테이션 1 세트 - 가정 / 모사전력시스템 1 세트 전북TP의연료전지핵심기술연구센터는산학연공동연구개발을통한핵심기술구축및기술경쟁력확보를위해 R&D 용기반구축을수행하였음 5년간의정부지원을받아업체수요, 네트워크구축으로기존연구자원의효율성증대, 고가공동활용장비구축, 성능평가기반시설구축, 산학연간협력연구자원이용이라는목표로구축사업이진행되었음 1단계사업으로전북테크노파크내전용공간을확보하고성능평가장비및분석장비등을구축하였으며, 2단계사업으로전북과학산업연구단지내신건축단독건물을건립하였음 ( 대지 2,000평, 건평 500평규모 ) 총 40여종의연료전지성능평가장비, 전기화학분석장비, 기타분석장비등을구축하였으며, 대표적인장비목록은아래와같음 1차년도 : 전기화학분석장치 ( 촉매활성분석 ), 단전지시험장치 ( 전지성능 ), 연료전지성능평가장치 ( 스택성능 ), 열분석장치, 전기전도도측정장치, MEA 제조장치 2차년도 : XRD, FTIR, Gas 투과도 ( 분리판 ), Electric Load 등 3차년도 : 가스크로마토그래피-MS, Calorimeter, Gas 투과도 (GDL), DMA, UV-VIS 4차년도 : 대용량스택평가장비, FE-SEM/EDX, 재료시험기, Rheometer 5차년도 : 전산모사, BET, 입도분석기, Microtome, AFM, 광학현미경, DMFC BOP 성능평가장비 353

360 에너지공급 연료전지용 M-BOP [ 전북 TP 연료전지핵심기술연구센터기술인프라현황 ] 354

361 전략제품현황분석 라. 특허동향분석 (1) 연도별출원동향 연료전지용 M-BOP 기술의지난 7년 ( 10~ 16) 간출원동향 35) 을살펴보면증감을반복하다최근감소하는추세를보임 각국가별로출원경향을살펴보면일본은감소-증가-감소추세, 한국은증가-감소추세를나타내고있으며, 미국과유럽은출원건수를유지 국가별출원비중을살펴보면일본 45.9% 로최대출원국으로연료전지용 M-BOP 기술을리드하고있으며, 미국이 26%, 한국 21.5%, 유럽 6.6% 순으로특허점유 [ 연료전지용 M-BOP 분야연도별출원동향 ] 35) 특허출원후 1 년 6 개월이경과하여야공개되는특허제도의특성상실제출원이이루어졌으나아직공개되지않은미공개데이터가존재하여 2015, 2016 년데이터가적게나타나는것에대하여유의해야함 355

362 에너지공급 연료전지용 M-BOP (2) 국가별출원현황 한국의출원현황을살펴보면 12년이후출원이소폭감소하는경향을보이고있으며, 외국인의출원이점차증가 외국인의출원증가현상이두드러지는이유를살펴보면연료전지용 M-BOP 기술과관련된 TOYOTA MOTOR의출원활동이증가된것으로확인 일본의출원현황은 12년을기점으로감소추세로변화하였으며, 출원인대부분이자국출원으로일본내의기술력이우수한것으로추정 미국과유럽의출원현황은지속적으로유지되고있는추세를보이고있으며, 출원인대부분이외국인으로미국과유럽은자국인의출원미미 [ 국가별출원현황 ] 356

363 전략제품현황분석 (3) 투입기술및융합성분석 연료전지용 M-BOP 분야의투입기술을확인하기위하여특허분류코드인 IPC Code 36) 를통하여살펴본결과연료전지용 M-BOP 분야의가장높은 IPC는 H01M 기술분야가 2830건으로가장많이차지하고있으며, 이어서 C01B가 126건, B60L가 116건으로다수를차지 이외에 G01N 55건, B60H 30건, B01J 29건, F17C 26건, F04D 22건, B63H 22건, F24H 20 건순으로기술이투입되어있어연료전지용 M-BOP 분야에다양한기술이융합되어존재 더불어해당 IPC의특허인용수명을살펴보면 F17C 기술분야의수명이 10년으로가장긴것으로나타났으며, B60L 기술분야는 7년으로가장짧은것으로분석 [ 연료전지용 M-BOP 분야상위투입기술 ] IPC 기술내용특허인용수명 (TCT) 37) H01M 화학적에너지전기적에너지직접변환하기위한방법또는수단 8 년 C01B 비금속원소 ; 그화합물 8 년 B60L 전기적추진차량의전기장치또는추진장치 ; 차량용자기적현가또는부양장치, 차량용전기적제동방식일반 7 년 G01N 재료의화학적또는물리적성질의검출에의한재료의조사또는분석 9 년 B60H 특히차량의객실또는화물실의난방, 냉방, 환기또는다른공기처리수단에관한장치또는개조장치 8 년 B01J 화학적또는물리적방법 9 년 F17C 압축, 액화또는고화 ( 固化 ) 가스의수용또는저장용용기 ; 일정용량의가스탱크 ; 압축, 액화또는고화가스의용기에의충전또는용기로부터의방출 10 년 F04D 비용적형펌프 9 년 B63H 선박의추진또는조타 9 년 F24H 열발생수단이있는유체가열기, 예, 물가열기또는공기가열기일반 8 년 36) 전세계적으로통용되고있는국제특허분류 (IPC: International Patent Classification) 를통해특허정보기술분야에서공지기술을조사할수있으며, 기술및권리정보에용이하게접근가능 37) 특허인용수명지수는후방인용 (Backward Citation) 에기반한특허인용수명의평균, Q1, Q2( 중앙값 ), Q3 에대한통계값을제시함. 특히이와같이산출된 Q2 는 TCT(Technology Cycle Time, 기술순환주기또는기술수명주기 ) 라고부름 357

364 에너지공급 연료전지용 M-BOP 투입기술이가능많은 H01M 분야와융합이높게이루어진기술은 C01B 분야로나타났으며, B60L, F24F 분야와도나타융합된기술의건수가높은것으로분석 이외에 C01B 분야와융합된기술은 H01M, B01J, B01D 분야와융합된기술이많은것으로나타났으며, B60L 분야와융합된기술은 H01M, F04D, B60K 기술로분석 [ 연료전지용 M-BOP 분야 IPC 기술및융합성 ] (4) 주요출원인분석 세계주요출원인을살펴보면주로일본의출원인이다수의특허를보유하고있는것으로나타났으며, 전자, 자동차, 에너지분야의출원인이대부분 주요일본출원인을살펴보면 PANASONIC 과같은전자기업과 HONDA MOTOR, TOYOTA MOTOR, NISSAN MOTOR 등자동차기업이다수출원을하고있는것으로나타났으며, 이들일본출원인은주로일본본국에출원건수가높은것으로나타남 한국출원인으로는현대자동차, 포스코에너지등 2개기업이상위출원인으로나타나연료전지용 M-BOP 관련기술을다수보유 358

365 전략제품현황분석 가장많은특허를보유하고있는 PANASONIC의 3극패밀리수가 188건으로다국적으로시장을확보하며출원활동을진행하고있는것으로분석됨 국내기업인현대자동차도 3극패밀리수가 223건으로다국적시장을확보하고있는것으로분석됨 일본기업인 TOTO가확보한특허의피인용지수가 1.26로가장높게나타나기술의파급성이높은원천기술을다수보유하고있는것으로분석됨 [ 주요출원인의출원현황 ] 주요출원인 국가 주요 IP시장국 ( 건수 %) 한국미국일본유럽 IP시장국종합 3극패밀리수 ( 건 ) 피인용지수 주력기술분야 PANASONIC 일본 % 18% 70% 12% 일본 연료공급시스템 HONDA MOTOR 일본 % 22% 71% 7% 일본 열관리시스템 현대자동차 한국 % 21% 1% 0% 한국 공기공급시스템 TOYOTA MOTOR 일본 % 28% 55% 5% 일본 열관리시스템 TOTO 일본 % 17% 67% 16% 일본 연료공급시스템 JX NIPPON OIL ENERGY 일본 % 15% 70% 10% 일본 공기공급시스템 OSAKA GAS 일본 % 0% 100% 0% 일본 81 0 열공급시스템 NISSAN MOTOR 일본 % 22% 66% 12% 일본 열관리시스템 KYOCERA 일본 % 5% 93% 2% 일본 42 1 물관리시스템 포스코에너지 한국 % 7% 9% 5% 한국 30 0 열관리시스템 359

366 에너지공급 연료전지용 M-BOP (5) 국내출원인동향 국내출원인동향을살펴보면대기업은현대자동차의출원건수가가장높게나타났으며, 중소기업에서는주식회사프로파워의출원건수가높게나타남 대기업의주요출원인은포스코에너지, 삼성SDI, 삼성중공업, 기아자동차등이있으며, 중소기업의주요출원인은한중엔시에스, 우신산업, 피엔티등이주요출원인인것으로나타남 기업이외의주요출원인을살펴보면한국과학기술연구원, 한국기계연구원, 한국에너지기술연구원, 한국화학연구원등연구소 / 공공기관의출원이다수나타났으며, 대학은포항공과대학교, 고려대학교, 충남대학교의출원이높은것으로분석됨 [ 국내주요출원인의출원현황 ] 360

367 전략제품현황분석 5. 중소기업환경 가. 중소기업경쟁력 국내연료전지 M-BOP 시장은공급망기준으로구분해보면, 건물용, 수송용등에서는중소기업등이많은참여와개발의지를보이고있으나, 대형발전용분야에서는거의전무한상태로기술개발참여및정부지원을적극독려할필요가있음 연료전지 M-BOP 분야는조선, 기계, 자동차등의산업관련설비와유사한특성이있어, 연료전지시장이창출된다면, 단시간내에한국이세계적인기술경쟁력을확보할수있는분야임 [ 연료전지용 M-BOP 분야중소기업현황 ] 기술분류주요기술대기업중소기업중소기업참여영역중소기업 참여정도 건물용수송용 펌드, 블로워, 가습기등 SK E&S, 경동나비엔, STX 메탈, 한라공조등 디에이치엠, 귀뚜라미정밀, 명화공조, 거봉한진, 프로파워, 황해전기등 펌드, 블로워, 가습기등 발전용 ( 대형 ) 펌프, 블로워, 열교환기등 SK E&S, STX 메탈, 포스코에너지등 디에이치엠, 황해전기등 펌프, 블로워, 열교환기등 발전용 ( 소형 ) 펌프, 블로워, 가습기등 SK 이노베이션, 삼성중공업, 효성중공업, LG 퓨얼셀시스템즈, 포스코에너지등 K-being 에너지등 펌프, 블로워, 가습기등 * 중소기업참여정도와점유율은주요제품시장에참여하는중소기업의참여규모와정도 ( 업체수, 비율등 ) 를고려하여 5 단계로구분 ( 낮은단계 :, 중간단계 (,, ) 높은단계 : ) 361

368 에너지공급 연료전지용 M-BOP 나. 중소기업기술수요 연료전지용 M-BOP 분야의중소기업의기술수요를파악하기위하여중소기업기술수요조사및중소기업청 R&D신청과제 (2013~2015 년 ) 를분석한결과아래표의내용과같은수요들이다수있는것으로분석 연료전지용 M-BOP 분야중소기업은주로연료공급시스템과관련된기술이주로포함됨 수소연료전지자동차용초고압압력센서개발, 수소연료발전용라인히터개발, 이동형연료전지용고응답특성, 고내구성화학수소화물기반수소발생기개발등에대한수요가있는것으로조사 [ 연료전지용 M-BOP 분야과제신청현황및수요조사결과 ] 전략제품기술분류관심기술 연료공급시스템 수소연료전지자동차용초고압압력센서개발수소연료발전용라인히터개발이동형연료전지용고응답특성, 고내구성화학수소화물기반수소발생기개발 연료전지용 M-BOP 공기공급시스템 고내구성공기극필터제조기술고체산화물연료전지용고내구성공기극복합체소재개발 열및물관리시스템 휴대용 / 이동형소형연료전지냉각용 20w급고효율저소음팬모듈개발스택냉각용워터펌프의냉각수누설방지및고효율화기술 362

369 전략제품현황분석 다. 중소기업핵심기술 (1) 데이터기반요소기술발굴 연료전지용 M-BOP 기술의특허및논문데이터검색을통해도출된유효데이터를대상으로데이터마이닝기법 (Scientometrics 기법 ) 을통해클러스터링된키워드의연관성을바탕으로요소기술후보군을도출 연료전지용 M-BOP 기술의특허및논문유효데이터를기반으로키워드클러스터링을통하여 12 개의요소기술후보군을도출 제품별 dataset 구축 : 연료전지용 M-BOP 기술관련특허 / 논문데이터를추출하여노이즈제거후제품별 dataset 구축 1차클러스터링 : 키워드맵을통한고빈도키워드확인-빈도수 (tf-idf) 38) 가상위 30% 에해당하는키워드를대상으로 1차추출 2차클러스터링 : 1차클러스터링에서추출된고빈도키워드사이에서고연관도키워드를 2차추출 ( 고연관도기준은연관도수치 39) 가 2이상인클러스터로제한 ) 다음그림은키워드간연관네트워크를시각화한것으로, 각키워드를나타내는원과키워드간의연관도를나타내는직선으로구성 각키워드가특허와논문중어느데이터에서도출되었는지원의색으로구분하였으며, 키워드로도출된클러스터는황색음영으로표시 키워드를나타내는원은고빈도의키워드일수록원의크기가크게표현되며, 연관도를나타내는선은키워드사이의연관도수치가높을수록굵게표현 연료전지용 M-BOP 기술전략제품의특허 논문유효데이터에대하여키워드클러스터링결과를기반으로요소기술도출 데이터기반의요소기술도출은키워드클러스터링을통해도출된요소기술에대하여전문가의검증및조정을통하여요소기술을도출 38) 빈도수 (tf-idf) : 각키워드가출현되는특허또는논문수를의미 39) 연관도수치 : 두개이상의키워드사이의특허또는논문수를의미 363

370 에너지공급 연료전지용 M-BOP [ 연료전지용 M-BOP 분야키워드클러스터링 ] [ 연료전지용 M-BOP 분야주요키워드및관련문헌 ] No 주요키워드 연관도 수치 관련특허 / 논문제목 클러스터 01 FILTER, REPLACEMENT, FUEL CELL 14~20 1. Cathode filter replacement algorithm in a fuel cell system 2. FUEL CELL POWER GENERATION APPARATUS AND FILTER 3. REPLACEMENT METHOD OF THE SAME 4. FUEL CELL SYSTEM INCLUDING ION FILTER 클러스터 02 VALVE, STACK, SYSTEM FUEL CELL SYSTEM HAVING VALVE MODULE BETWEEN FUEL CELL STACK AND HUMIDIFIER 2. UNIFIED VALVE DEVICE FOR FUEL CELL STACK 3. Fuel cell system provided with air inlet valve for preventing deterioration of fuel cell and method for preventing deterioration of fuel cell using air inlet valve 4. Integrated valve system for fuel cell stack 클러스터 03 reformer, burner. 21~23 1. SOFC fuel cell with an external steam reformer 2. Controlling Method for reformer burner for fuel cell 3. Fuel Reformer Burner of Fuel Cell System 364

371 전략제품현황분석 No 클러스터 04 클러스터 05 클러스터 06 주요키워드 reformer, fuel cell HOT BOX, SOFC desulfurization, fuel cell, DESULFURIZATI ON SYSTEM 연관도수치 13 10~14 20~24 관련특허 / 논문제목 1. Circular Auto Thermal Reformer for Solid Oxide Fuel Cells 2. Fuel cell device with reformer 3. NATURAL GAS REFORMER FOR FUELCELL WITH HIGH THERMAL EFFICIENCY 4. REFORMER, REFORMING UNIT, AND FUEL CELL SYSTEM 1. HOT BOX APPARATUS OF FUEL CELL'S STACK WITH ABILITY FOR HEAT EXCHANGE 2. SOFC Hot Box Components 3. Hot Box Design with a Multi-Stream Heat Exchanger and Single Air Control 1. LIQUID FUEL DESULFURIZATION APPARATUS AND FUEL CELL POWER SYSTEM 2. DESULFURIZATION APPARATUS AND FUEL CELL SYSTEM 3. DESULFURIZATION APPARATUS, ITS METHOD, APPARATUS FOR PRO DUCING FUEL GAS FOR FUEL CELL, AND FUEL CELL SYSTEM 클러스터 07 MEASURE, SENSOR, PEMFC 18~21 1. In-situ temperature measurement on cathode GDL in a pemfc using an optical fiber temperature sensor 2. Measurements of electrode temperatures, heat andwater fluxes in PEMFCs OXYGEN SENSOR CONTROLLER AND OXYGEN SENSOR CONTROL METHOD 클러스터 08 HEAT EXCHANGER, HEAT EXCHANGER FOR FUEL CELL WITH HIGH EFFICIENT RECOVERY OF WASTE HEAT 2. TUBE STRUCTURE OF HELICAL CROSS SETTING TYPE FOR HEAT EXCHANGER 3. High temperature heat exchanger for fuel cell system and it's Making method 클러스터 09 fuel cell, Humidifier 11~17 1. Humidifier for Fuel Cell 2. Humidifier for Fuel Cell and Method of manufacturing the same 3. Integrated water separator and reactant humidifier for fuel cells 4. Humidification device for fuel cell 클러스터 10 AIR, BLOWER, vehicle, SYSTEM AIR SUPPLY DEVICE FOR FUEL CELL SYSTEM AND METHOD FOR ADJUSTING PRESSURE OF AIR BLOWER 2. Air blower for fuel cell vehicle 3. HYDROGEN RECIRCULATION BLOWER IN FUEL CELL VEHICLE 4. CENTRIFUGAL BLOWER SYSTEM AND FUEL CELL INCORPORA TING SAME 클러스터 11 WATER, TREATMENT WATER TREATMENT APPARATUS FOR FUEL CELL 2. Detection of liquid water in the flow channels of PEM fuel cell using an optical sensor 3. Operating experiences with a molten carbonate fuel cell at Stuttgart -Möhri ngen wastewater treatment plant 4. WATER TREATMENT SYSTEM, AND FUEL CELL ELECTRIC POWER SYSTE USING THE SAME 365

372 에너지공급 연료전지용 M-BOP [ 연료전지용 M-BOP 분야데이터기반요소기술 ] No 요소기술명키워드 요소기술 01 저가, 고신뢰성블로워제조기술 AIR BLOWER, vehicle, SYSTEM 요소기술 02 고효율저가열교환기제조기술 AUXILIARY, HEAT EXCHANGER, Heat treatment 요소기술 03 저가, 고내구성가습기제조기술 (F24F-006) 공기가습 요소기술 04 고내구성저가연료전지용밸브제조기술 VALVE, STACK, SYSTEM 요소기술 05 고내구성공기극필터제조기술 FILTER, REPLACEMENT, FUEL CELL 요소기술 06 저가, 고신뢰성 PEMFC 용센서제조기술 MEASURE, SENSOR, PEMFC 요소기술 07 연료전지물관리제어기술 WATER, TREATMENT 요소기술 08 고효율탈황개질기제조기술 desulfurization, fuel cell, DESULFURIZATION SYSTEM 요소기술 09 고온연료전지 Hot box 제조기술 HOT BOX, SOFC, 요소기술 10 SOFC 용고효율 Pre Reformer 제조기술 PRE-REFORMER, 366

373 전략제품현황분석 (2) 요소기술도출 산업 시장분석, 기술 ( 특허 ) 분석, 전문가의견, 타부처로드맵, 중소기업기술수요를바탕으로로드맵기획을위하여요소기술도출 요소기술을대상으로전문가를통해기술의범위, 요소기술간중복성등을조정 검토하여최종요소기술명확정 [ 연료전지용 M-BOP 분야요소기술도출 ] 분류요소기술출처 고온연료전지 Hot box 제조기술 특허 / 논문클러스터링 연료공급시스템 공기공급시스템 열및물관리시스템 SOFC Hotbox 용연료배가스리싸이클장치제조기술 SOFC용고효율 Pre Reformer 제조기술고효율탈황개질기제조기술고효율컴팩트이동용연료전지연료개질기개발고효율저가열교환기제조기술저가, 고내구성가습기제조기술고효율, 고내구성메탄올센서제조기술저가, 고신뢰성블로워제조기술저가, 고신뢰성 PEMFC 용공기블로워제조기술고내구성공기극필터제조기술고내구성저가연료전지용자동밸브제조기술연료전지물관리제어기술저온적용가능한 PEMFC 용센서제조기술 기술 / 시장분석, 기술수요, 특허 / 논문클러스터링, 전문가추천 기술 / 시장분석, 전문가추천 기술 / 시장분석, 기술수요, 전문가추천 기술수요, 특허 / 논문클러스터링 기술수요, 특허 / 논문클러스터링 기술수요, 특허 / 논문클러스터링 기술수요, 특허 / 논문클러스터링 기술 / 시장분석, 전문가추천, 특허 / 논문클러스터링 전문가추천, 특허 / 논문클러스터링 특허 / 논문클러스터링, 전문가추천 기술 / 시장분석, 기술수요, 특허 / 논문클러스터링 기술수요, 타부처로드맵 기술 / 시장분석, 기술수요 스택냉각용워터펌프의냉각수누설방지및고효율화기술 기술 / 시장분석, 전문가추천 367

374 에너지공급 연료전지용 M-BOP (3) 핵심기술선정 확정된요소기술을대상으로산 학 연전문가로구성된핵심기술선정위원회를통하여중소기업에적합한핵심기술선정 핵심기술선정은기술개발시급성 (10), 기술개발파급성 (10), 단기개발가능성 (10), 중소기업적합성 (10) 을고려하여평가 [ 연료전지용 M-BOP 분야핵심기술 ] 분류핵심기술개요 SOFC Hot box 용연료배가스리싸이클 장치제조기술 SOFC 용 Hot box 버너에서사용하고남은배가스를리싸이클하여다시열원으로사용하기위한기술 연료공급시스템 고효율컴팩트이동용연료전지연료개질기개발저온, 고온적용이가능한수소재순환이젝터기술 연료전지용연료개질기는탄화수소계가스를연료전지에서사용이가능한수소로변환해주는장치로고순도의수소정제기술 수소재순환이젝터는연료전지스택에서수소를스택에공급하고남은잉여의수소를압력차를이용하여다시스택에공급하기위한장치이며, 수소입출구의압력을가변으로제어할수있는기술 고내구성저가연료전지용자동밸브제조기술 연료전지용자동밸브는개폐조절기의위치를정확하게제어하여압력을조절할수있어야하며, 개폐부작동부는외부환경에견딜수있는강건설계기술 저온적용가능한 PEMFC 용센서제조기술 PEMFC 용센서는내부에수분이사용됨으로저온에서수분의결빙에도적용이가능한소재기술 공기공급시스템 저가, 고신뢰성 PEMFC 용공기블로워 제조기술 고내구성공기극필터제조기술 PEMFC 용공기블로워는연료전지에필요한산소유량을공급하기위한장치로전자기설계, 열방출설계, 구조 / 동특성설계등의기술 연료전지스택의불순물에의한성능감소를최소화하기위한장치이며, 화학적또는물리적으로먼지, 꽃가루, 일산화탄소등을제거할수있는기술 열및물관리시스템 스택냉각용워터펌프의냉각수누설방지및 고효율화기술 스택냉각수구동을위한전동식워터펌프의내구성확보및성능향상을위한기술 368

375 전략제품현황분석 6. 기술로드맵기획 가. 연료전지용 M-BOP 기술로드맵 최종중소 중견기업기술로드맵은기술 / 시장니즈, 연차별개발계획, 최종목표등을제시함으로 써중소기업의기술개발방향성을제시 369