<303520BDC5C0E7BBFDBFA1B3CAC1F65BC0FCB1E25D5F28C0CCBFB5C5B9295FC3D6C1BE2E687770>

Transcription

1 2012 산업기술로드맵 신재생에너지( 전기)

2 2012 산업기술로드맵신재생에너지( 전기) 다음의전문가들이참여하였습니다. 분야보고서작성작업에는 < 위원명단 > 구분성명소속직위 산업분석 위원진환준한국에너지기술평가원선임연구원 위원정득영 SNE Research 이사 소위원장박진호한국에너지기술평가원 PD 위원윤재호한국에너지기술연구원선임연구원 태양광 위원이해석 신성홀딩스 상무 위원문상진한국화학연구원책임연구원 위원 김광복 금호전기 팀장 위원 김준동 군산대학교 교수 소위원장 허종철 제주대학교 교수 위원 오시덕 한국에너지기술평가원 PD 풍력 위원윤병동서울대학교교수 위원이강수한국해양과학기술원선임연구원 위원방형준한국에너지기술연구원선임연구원 위원이대용포항산업과학연구원책임연구원 소위원장이영철한국가스공사수석연구원 수소 위원신현길 GS칼텍스 팀장 위원조영환한국과학기술연구원책임연구원 위원남기석전북대학교교수 위원정문선한국에너지기술연구원책임 위원문상봉엘켐텍대표

3 구분 성명 소속 직위 소위원장 이홍기 우석대학교 교수 위원 이원용 한국에너지기술평가원 PD 위원 조은애 한국과학기술연구원 책임연구원 연료전지 IGCC 위원 이증우 포스코에너지 대리 위원 장인갑 두산중공업 팀장 위원 정두환 한국에너지기술연구원 그룹장 위원 심중표 군산대학교 교수 위원 차인수 동신대학교 교수 소위원장 이진욱 고등기술연구원 수석연구원 위원 김대성 한국서부발전 차장 위원 김유석 두산중공업 책임연구원 위원 이재구 한국에너지기술연구원 책임연구원 위원 오명숙 홍익대학교 교수 위원 이찬 수원대학교 교수 소위원장이경배한국수자원공사팀장 소수력 위원김종겸강릉원주대학교교수 위원권창섭한국수력원자력차장 위원 신창식 한국수자원공사 차장 소위원장 정신택 원광대학교 교수 위원 안성모 삼성물산 부장 해양 위원 박우선 한국해양과학기술원 책임연구원 위원 김유택 한국해양대학교 교수 위원 오남선 목포해양대학교 교수 총괄 간사 이영탁 한국산업기술진흥원 연구원

4 차 례 Ⅰ. 개요 1 1. 산업의정의 3 2. 산업의범위 4 (1) 태양광 5 (2) 풍력 5 (3) 수소 6 (4) 연료전지 6 (5) IGCC 6 (6) 소수력 7 (7) 해양 7 Ⅱ. 산업의환경변화 9 1. 태양광 11 (1) 정책/ 제도적환경 21 (2) 경제적환경 41 (3) 사회/ 문화적환경 51 (4) 기술적환경 71 (5) 경쟁국전략 풍력 22 (1) 정책/ 제도적환경 32 (2) 경제적환경 52 (3) 사회/ 문화적환경 72 (4) 기술적환경 82 (5) 경쟁국전략 13 i

5 3. 수소 34 (1) 정책/ 제도적환경 43 (2) 경제적환경 53 (3) 사회/ 문화적환경 63 (4) 기술적환경 63 (5) 경쟁국전략 연료전지 38 (1) 정책/ 제도적환경 93 (2) 경제적환경 04 (3) 사회/ 문화적환경 04 (4) 기술적환경 14 (5) 경쟁국전략 IGCC 43 (1) 정책/ 제도적환경 4 (2) 경제적환경 54 (3) 사회/ 문화적환경 54 (4) 기술적환경 64 (5) 경쟁국전략 소수력 48 (1) 정책/ 제도적환경 94 (2) 경제적환경 05 (3) 사회/ 문화적환경 15 (4) 기술적환경 15 (5) 경쟁국전략 35 ii

6 7. 해양 55 (1) 정책/ 제도적환경 65 (2) 경제적환경 65 (3) 사회/ 문화적환경 85 (4) 기술적환경 85 (5) 경쟁국전략 95 Ⅲ. 산업동향 태양광 63 (1) 시장동향 63 (2) 기술동향 68 (3) 기업동향 75 (4) 특허동향 80 (5) 표준화동향 풍력 83 (1) 시장동향 83 (2) 기술동향 87 (3) 기업동향 90 (4) 특허동향 94 (5) 표준화동향 수소 96 (1) 시장동향 96 (2) 기술동향 9 (3) 기업동향 102 (4) 특허동향 105 (5) 표준화동향 106 iii

7 4. 연료전지 108 (1) 시장동향 108 (2) 기술동향 121 (3) 기업동향 139 (4) 특허동향 148 (5) 표준화동향 IGCC 151 (1) 시장동향 151 (2) 기술동향 158 (3) 기업동향 169 (4) 특허동향 171 (5) 표준화동향 소수력 174 (1) 시장동향 174 (2) 기술동향 181 (3) 기업동향 185 (4) 특허동향 189 (5) 표준화동향 해양 194 (1) 시장동향 194 (2) 기술동향 201 (3) 기업동향 206 (4) 특허동향 209 (5) 표준화동향 210 iv

8 Ⅳ. 산업발전시나리오 SWOT 분석 217 (1) 태양광 217 (2) 풍력 219 (3) 수소 220 (4) 연료전지 21 (5) IGCC 222 (6) 소수력 23 (7) 해양 산업비전및목표 사회의미래상 226 (1) 태양광 26 (2) 풍력 228 (3) 수소 229 (4) 연료전지 230 (5) IGCC 231 (6) 소수력 232 (7) 해양 234 Ⅴ. 유망기술 개요 태양광 241 (1) 개요 241 (2) 유망기술 243 v

9 (3) 개정내용 252 (4) 유망기술체계도 풍력 258 (1) 개요 258 (2) 유망기술 259 (3) 개정내용 265 (4) 유망기술체계도 수소 270 (1) 개요 270 (2) 유망기술 270 (3) 개정내용 275 (4) 유망기술체계도 연료전지 277 (1) 개요 277 (2) 유망기술 278 (3) 개정내용 284 (4) 유망기술체계도 IGCC 287 (1) 개요 287 (2) 유망기술 287 (3) 개정내용 297 (4) 유망기술체계도 소수력 301 (1) 개요 301 (2) 유망기술 302 vi

10 (3) 개정내용 307 (4) 유망기술체계도 해양 310 (1) 개요 310 (2) 유망기술 310 (3) 개정내용 317 (4) 유망기술체계도 318 Ⅵ. 부록 321 vii

11 표차례 < 표 2-1> 태양광산업의거시환경분석요약 1 1 < 표 2-2> 국내결정질실리콘태양광산업기술분포및기술수준비교도8 1 < 표 2-3> 국내실리콘박막태양광산업기술분포및기술수준비교도 9 1 < 표 2-4> 국내 CIGS 박막태양광산업기술분포및기술수준비교도 0 2 < 표 2-5> 풍력산업의거시환경분석요약 2 2 < 표 2-6> 수소산업의거시환경분석요약 4 3 < 표 2-7> 연료전지산업의거시환경분석요약 8 3 < 표 2-8> IGCC 산업의거시환경분석요약 3 4 < 표 2-9> 소수력산업의거시환경분석요약 8 4 < 표 2-10> 해양산업의거시환경분석요약 5 5 < 표 3-1> 상용화된태양전지의효율현황 9 6 < 표 3-2> 태양광산업의가치사슬및가치사슬별국내 외기업현황 5 7 < 표 3-3> 주요국가의풍력보급목표 5 8 < 표 3-4> 풍력보급현황 6 8 < 표 3-5> 풍력보급전망및목표 6 8 < 표 3-6> 구분별명칭및개발규격 5 9 < 표 3-7> 국내수소생산능력및외부공급가능량 8 9 < 표 3-8> ISO/TC197 제정규칙 60 1 < 표 3-9> ISO/TC197 회원국 70 1 < 표 3-10> ISO/TC197 세부규격 70 1 < 표 3-11> 일본기업별 PEMFC 제품사양 321 < 표 3-12> Oorja Protonics社의 DMFC 시스템사양 921 < 표 3-13> 가정용연료전지시스템모니터링사업내역 < 표 3-14> 국제전기표준회의작업반(WG) 및취급내용 < 표 3-15> 가스화시장의증가추세 35 1 viii

12 < 표 3-16> 미국의 Vision 21 프로그램의주요목표 851 < 표 3-17> 미국 DOE 의회계연도별전력분야기술개발예산내역 < 표 3-18> 영국에서계획중인 IGCC+CCS 연계프로젝트 < 표 3-19> PTC 47 의구성 173 < 표 3-20> 대륙별수력발전량과개발가능설비용량 4 71 < 표 3-21> 국가별소수력발전보급현황 671 < 표 3-22> 수력잠재량 178 < 표 3-23> 소수력발전소현황 97 1 < 표 3-24> 소수력발전거래량현황 08 1 < 표 3-25> 표준화수차생산현황 09 1 < 표 3-26> 국내소수력발전성능시험설비시험규격 1 91 < 표 3-27> 국외주요성능시험기관설비규격 291 < 표 3-28> 운영중인조력발전소현황 791 < 표 3-29> 주요조력발전소입지 89 1 < 표 3-30> 국내조력발전개발계획 99 1 < 표 3-31> 국내조류발전개발계획 99 1 < 표 3-32> 해양에너지국내시장에대한장기전망 002 < 표 3-33> 국내해양에너지기술수준 402 < 표 5-1> 소재별태양전지분류및특징 242 < 표 5-2> SI 태양전지의유망기술 442 < 표 5-3> CIGS 박막태양전지의유망기술 542 < 표 5-4> 염료감응태양전지(DSC) 의유망기술 < 표 5-5> 집광형태양전지(CPV) 의유망기술 < 표 5-6> 유기및차세대태양전지(OPV) 의유망기술 < 표 5-7> 부품소재의유망기술 84 2 < 표 5-8> 생산장비의유망기술 94 2 ix

13 < 표 5-9> 건물통합형태양광발전시스템의유망기술 < 표 5-10> 생산장비의유망기술 15 2 < 표 5-11> 풍력발전시스템의유망기술 062 < 표 5-12> 계통연계시스템의유망기술 262 < 표 5-13> 풍력발전단지의유망기술 462 < 표 5-14> 인증, 표준화단지의유망기술 562 < 표 5-15> 유망기술체계도개정사항( 풍력) < 표 5-16> 수소생산설비의유망기술 372 < 표 5-17> 수소저장설비의유망기술 572 < 표 5-18> PEFC 의유망기술 97 2 < 표 5-19> MCFC 의유망기술 08 2 < 표 5-20> SOFC 의유망기술 281 < 표 5-21> DMFC 의유망기술 28 2 < 표 5-22> SOFC 의유망기술 283 < 표 5-23> 산소공급설비의유망기술 982 < 표 5-24> 가스화의유망기술 19 2 < 표 5-25> 합성가스정제및개질의유망기술 392 < 표 5-26> 합성가스이용시스템의유망기술 592 < 표 5-27> System Integration 의유망기술 692 < 표 5-28> 자원조사및활용의유망기술 303 < 표 5-29> 발전설비국산화및표준화의유망기술 403 < 표 5-30> 송전계통및감시지단의유망기술 503 < 표 5-31> 자동화의유망기술 60 3 < 표 5-32> 성능평가및현대화의유망기술 703 < 표 5-33> 파력발전시스템의유망기술 113 < 표 5-34> 조류발전시스템의유망기술 213 x

14 < 표 5-35> 조력발전시스템의유망기술 413 < 표 5-36> 해수온도차이용시스템의유망기술 513 < 표 5-37> 복합발전시스템의유망기술 613 < 표 5-38> 유망기술체계도개정사항( 해양) xi

15 그림차례 < 그림 1-1> 신재생에너지산업의범위 4 < 그림 3-1> 세계태양광시장규모전망 3 6 < 그림 3-2> 지역별세계태양광시장점유율전망 4 6 < 그림 3-3> 박막태양전지종류별모듈생산량전망 5 6 < 그림 3-4> 최근 10 년간태양전지종류별세계최고모듈효율 9 6 < 그림 3-5> 결정질실리콘과박막태양전지의가치사슬비교 6 7 < 그림 3-6> 결정질실리콘태양전지의가치사슬 6 7 < 그림 3-7> 실리콘박막태양전지의가치사슬 7 7 < 그림 3-8> CIGS 박막태양전지의가치사슬 7 7 < 그림 3-9> 전세계풍력발전총설치용량 3 8 < 그림 3-10> 풍력시장규모추이 4 8 < 그림 3-11> 풍력산업의가치사슬 0 9 < 그림 3-12> 풍력발전산업의구조 1 9 < 그림 3-13> 미국의 1 일수소생산량 6 9 < 그림 3-14> 수소인프라구축의가치사슬 201 < 그림 3-15> 연료전지시장규모예측 801 < 그림 3-16> CO 2 감축을위한 Blue Map 90 1 < 그림 3-17> 연료전지자동차세계시장전망3) 01 1 < 그림 3-18> 가정용연료전지세계보급대수및전망 1 11 < 그림 3-19> 일본의가정용연료전지시스템 111 < 그림 3-20> 북미, 일본의건물용연료전지시장전망 < 그림 3-21> 발전용연료전지시장보급 311 < 그림 3-22> 세계누적대형고정형연료전지보급량(2007~ 2012) < 그림 3-23> MCFC: Potential Captive Market for CCS 411 < 그림 3-24> 미국 SECA 프로그램계획 511 xii

16 < 그림 3-25> 제조된휴대용연료전지시스템의누적수 < 그림 3-26> 전세계포크리프트용연료전지시장전망 < 그림 3-27> 국내가정용연료전지시장규모전망 811 < 그림 3-28> 포스코에너지의 MCFC 설치현황 911 < 그림 3-29> GM의 HydroGen 3 연료전지시스템 221 < 그림 3-30> 100 인승연료전지선박사진( 좌), 수소충전소( 우) < 그림 3-31> FCE社 2.8 MW 시스템 52 1 < 그림 3-32> FCE社 300 kw DFC-GT 시스템 521 < 그림 3-33> 320 kw급선박용 MTU 모듈( 좌), 연료전지가탑재된선박( 우5 ) 2 1 < 그림 3-34> Ansaldo社 500 kw 급육상시험설비전경( 좌), 액체연료전처리장치( 우) 126 < 그림 3-35> 선진국의년도별 SOFC 기술개발현황및전망 < 그림 3-36> Methapu 프로젝트의개요 92 1 < 그림 3-37> DMFC 장착지게차및여기에사용된 DMFC 시스템모식도0 3 1 < 그림 3-38> EFOY-Pro series DMFC 전원 031 < 그림 3-39> Yamaha社 DMFC 장착스쿠터 03 1 < 그림 3-40> Tokuyama 社음이온교환막 131 < 그림 3-41> Cellera社 2 kw AMFC stack 131 < 그림 3-42> 국내자동차용연료전지스택출력밀도개발현황및전망 < 그림 3-43> 포스코파워社 MCFC 인프라 431 < 그림 3-44> 삼성군사용휴대전원 73 1 < 그림 3-45> 프로파워-S&T모터스 DMFC 스쿠터 < 그림 3-46> LIG 넥스윈무인항공기( 개발중) < 그림 3-47> KIER 2인승 DMFC/ 밧데리하이브리드자동차( 개발중) < 그림 3-48> KIER 제조 AEM 구조와이를이용한 AMFC 성능곡선 < 그림 3-49> PEMFC 가치사슬 93 1 xiii

17 < 그림 3-50> MCFC 가치사슬 93 1 < 그림 3-51> SOFC 가치사슬 140 < 그림 3-52> DMFC 가치사슬 04 1 < 그림 3-53> 가스화를통한합성가스생산량증가추이 < 그림 3-54> 합성가스생산량중석탄가스화방식의비중현황및전망2 5 1 < 그림 3-55> 합성가스의활용현황및전망 251 < 그림 3-56> 전세계지역별가스화플랜트가동현황및전망 < 그림 3-57> 전세계 IGCC 설치용량예측 451 < 그림 3-58> 미국인디애나州 Edwardsport, 미국 Kemper County社 IGCC 발전플랜트 159 < 그림 3-59> SNG 플랜트조감도( 전남광양) < 그림 3-60> 일본발전기술개발로드맵( 안) < 그림 3-61> 일본 EAGLE 프로젝트의 Pilot Plant < 그림 3-62> 일본 CoolGen 프로젝트일정 26 1 < 그림 3-63> 일본 250MW IGCC Demonstration Plant < 그림 3-64> 중국단계별 GreenGen 프로젝트 361 < 그림 3-65> 중국 250MW GreenGen IGCC 플랜트조감도 461 < 그림 3-66> 독일 Siemens 社의세계시장진출현황 561 < 그림 3-67> 호주 ZeroGen 실증플랜트의참여주체역무범위 < 그림 3-68> 한국의 IGCC 분야세부기술별점유율( 년) < 그림 3-69> IGCC 산업의가치사슬 96 1 < 그림 3-70> 소수력분야의가치사슬 581 < 그림 3-71> 각국의신재생에너지목표중해양에너지비율 < 그림 3-72> 세계해양에너지성장전망( 설치용량기준) < 그림 3-73> 각국별조력에너지누적설치용량 ( Base-case 시나리오 ) < 그림 3-74> 각국별파력에너지누적설치용량 ( Base-case 시나리오 ) xiv

18 < 그림 3-75> 해양에너지기술개발단계별특성 102 < 그림 3-76> 해양에너지기술의상태 202 < 그림 3-77> 해외주요국가의해양에너지분야기술력지수 < 그림 3-78> 미국의해양에너지분야특허등록기술분야추이 < 그림 3-79> 해양에너지산업의가치사슬 602 < 그림 3-80> IEC TC114 작업반구성현황 012 < 그림 3-81> IEC TC114 표준화로드맵 112 < 그림 3-82> 유럽해양에너지테스트사이트( 조류및파력) < 그림 3-83> 유럽해양에너지센터(EMEC) 테스트사이트 < 그림 3-84> EquiMar 프로젝트 Work Package(WP) 구조 < 그림 4-1> 태양광에너지에의한사회의미래상 722 < 그림 4-2> 풍력에너지에의한사회의미래상 822 < 그림 4-3> 수소에너지에의한사회의미래상 922 < 그림 4-4> 연료전지에의한사회의미래상 032 < 그림 4-5> IGCC 에의한사회의미래상 132 < 그림 4-6> 소수력에너지에의한사회의미래상 332 < 그림 4-7> 해양에너지에의한사회의미래상 532 < 그림 5-1> 태양전지의세대및소재별분류 142 < 그림 5-2> 연료전지응용분야 77 2 < 그림 5-3> 수소타운구축개략도 38 2 xv

19

20 2012 산업기술로드맵 신재생에너지 ( 전기) Ⅰ. 개 요

21

22 Ⅰ. 개 요 1 산업의정의 신재생에너지(RE: Renewable Energy, 신에너지및재생에너지) 란기존의화석연료를변환시켜이용하거나, 햇빛 물 지열( 地熱 ) 강수( 降水 ) 생물유기체등을포함하는재생가능한에너지를의미함 구분 재생에너지 신에너지 에너지원 태양에너지, 풍력, 수력, 해양에너지, 지열에너지 바이오에너지, 폐기물에너지 석유석탄원자력 또는천연가스가아닌에너지 연료전지, 수소에너지 석탄액화가스화 에너지 중질잔사유 ( 重質殘渣油 ) 가스화에너지 국제에너지기구(IEA: International Energy Agency) 에서는재생에너지를부단히보충 되는자연의현상에서다양한에너지형태중태양에너지, 풍력, 수력, 해양에너지, 지열에너지, 바이오에너지, 폐기물에너지등에의해전기나열을생산하는에너지 원으로정의함 신에너지는기존화석연료등을활용하여전기를생산할수있는연료전지, 수소에 너지, IGCC 등을의미함 신재생에너지는화석연료나핵분열을이용한에너지가아닌대체에너지의일부로무한한자연에 너지를이용함으로써끊임없이재생이되고, 무엇보다도기존에사용해온석탄, 석유, 천연가스 등의화석에너지와는달리온실효과의주원인이되고있는이산화탄소의발생과같은공해를거의 초래하지않는청정한에너지를의미 우리나라는 70년대에 2차례의석유파동을계기로에너지효율향상기술개발과함께태양에너지와 같은신재생에너지기술의개발에관심을기울이기시작하였고특히 90년대들어환경공해와기후 변화협약등환경문제가사회적관심으로대두되면서신재생에너지원의중요성이부각됨 최근에는신재생에너지를전기에너지와열에너지로세분화하여구분하고있으며, 신재생에너지의 전기분야에는태양광, 풍력, 수소, 연료전지, IGCC, 소수력, 해양에너지등이, 열분야에는지열, 폐기물, 바이오, 태양열등이포함됨 3

23 2012 산업기술로드맵 신재생에너지( 전기) 2 산업의범위 신재생에너지는이용분야에따라크게전기와열로구분됨 ( 전기) 기존화석연료( 석유, 석탄, 원자력, 천연가스) 가아닌에너지원을이용하여 전기를생산하는기술로연료전지, 수소에너지, 석탄액화가스화(IGCC, Integrated Gasification Combined Cycle) 등신에너지기술과태양광, 풍력, 수력( 소수력), 해양에너 지등의재생에너지기술이포함됨 ( 열) 신재생에너지원중에서전기가아닌열에너지를생산하는기술로태양열, 지열, 바이오에너지, 폐기물에너지등의기술이포함됨 < 그림 1-1> 신재생에너지산업의범위 본보고서에서다루는신재생에너지전기분야는태양광, 풍력, 수소, 연료전지, IGCC, 소수력, 해양에너지등으로구성되며, 각분야별세부범위는아래와같음 4

24 Ⅰ. 개 요 (1) 태양광 태양광발전은태양에서발생한빛에너지를반도체등의재료에서흡수한후직접 전기에너지로전환하여전력을생산하는발전분야임 태양광발전은태양광발전시스템을발전단지나주택, 상용건물등에설치함으로써 이루어지며, 각종전자기기의보조전원으로서도활용됨 본로드맵은태양전지/ 모듈및태양광발전시스템에관련하여, 주요부품 소재 장비의국산화, 기술경쟁력강화및태양광발전시스템의설계, 시공, 운영을위한 종합엔지니어링기술확보등에중점을두고수립하였음 (2) 풍력 풍력발전은바람의운동에너지를로터블레이드의공기역학적특성을이용하여기 계적회전에너지로전환하여발전기를구동, 전력을생산공급하는기술임 풍력발전기술은터빈을개발제작하는풍력발전시스템기술과, 전력선연계를위한 계통연계시스템기술, 육해상풍력발전단지의개발및운용을위한풍력발전단지기 술, 풍력발전시스템및발전단지의적합성을평가하는인증-표준화기술로구성됨 풍력발전시스템기술은날개(Blade) 와허브(Hub) 로구성된회전자(Rotor) 와회전을 증속기(Gearbox) 를통해증속또는직접구동하여전기를생산하는발전기 (Generator), 출력및안전을통제하는제어장치(Controller), 해상풍력발전기의수중 기초(Sub-Structure) 및타워(Tower) 를포함한지지구조물등복합적인요소부품을 통합하여구성되는체계조합기술임 계통연계시스템기술은풍력발전단지로부터수요자측에송배전하기위한기술로 변전소, 고압직류(HVDC) 송배전, 전력선기술등중전기및전력전자기술을융합하 는체계기술임. 풍력발전단지기술은육해상풍력발전단지의설계및단지시공, 운 영, 유지보수를포함하는기술로최근해상풍력발전의확대에따라조선및해양플 랜트기술과의융합의가속화되고있는기술분야임 본로드맵에서는 2 10MW 급의육상/ 해상풍력발전시스템개발과실증, 풍력발전 시스템주요부품의국산화및기술경쟁력강화, 풍력발전단지의설계, 시공, 운영, 평가기술등종합엔지니어링기술확보등에중점을두고수립하였음 5

25 2012 산업기술로드맵 신재생에너지( 전기) (3) 수소 수소는물과같이산화된상태에서안정하게존재하므로에너지를투입하여환원시 켜생산하고, 이를저장및활용하는분야임 수소는수소를생산하여바로활용하는시스템과생산및저장설비를설치하여공 급및활용하는수소인프라로구성됨 수소는신재생에너지의에너지매개체로서중요함 본로드맵에서는수소를활용하는데필요한수소인프라설계, 구축및실증과관련 하여수소생산및저장설비의핵심기술에대한국산화및기술력확보등에중 점을두고수립하였음 (4) 연료전지 연료전지는수소가가지고있는화학에너지를열과기계적인에너지변환과정을 거치지않고전기화학반응에의해전기에너지로직접변환시키는발전장치로스 택시스템, 수소생산/ 저장장치와연료개질기및연료전지시스템에필요한연료전지 의부품/ 소재및주변기기(BOP)v 개발기술로구성됨 기존의내연기관보다효율이높아발전효율은 40~50% 를얻을수있고, 생성되는 열을회수, 이용할경우전체에너지효율은 80% 이상도가능함. 광범위한적용성과 다양한연료를사용할수있으며, 친환경성으로소음과유해배기가스배출이거의 없어, 화석연료고갈과환경문제를동시에해결할수있는녹색신성장동력기술 로수소경제사회진입을위한관건이되는기술임 (5) IGCC IGCC 복합발전은석탄을고온 고압하에서가스화시켜일산화탄소(CO) 와수소 (H 2 ) 가주성분인합성가스를제조정제한 후가스터빈및증기터빈을구동하는친 환경고효율발전기술임 IGCC 복합발전은석탄을가스화시키는가스화공정, 생성된합성가스내의공해물 6

26 Ⅰ. 개 요 질을제거하는가스정제공정, 정제된가스를복합발전또는합성액화유나합성천 연가스등생산에활용하는합성가스활용공정으로구성됨 (6) 소수력 소수력은물의유동에너지를변환시켜전기에너지를생산하는설비로청정에너지 이면서순수국산에너지발전분야임 소수력은미활용되고있는청정에너지를조사발굴하여친환경설계를실시하고, 표준화및국산화된고효율수차발전설비를적용하는것으로구성됨 본로드맵에서는기존시설물에대한조사를통해친환경소수력설계, 수차및발 전설비의국산화, 표준화, 간소화로엔지니어링기술을확보하며, 고효율화기술확 보를위한설계및성능평가기술확보에중점을두고수립하였음 (7) 해양 해양에는파도 해류 조석 온도차등자연에너지원이있으며, 이들에너지원을 이용하는방식에는파랑의운동및위치에너지를이용하여터빈을구동하거나기 계장치의운동으로변환하는파력발전, 해수의유동에의한운동에너지를이용하 여수차를구동하거나기계장치의운동으로변환하는조류발전, 해면의상하운동 에따른위치에너지를이용하여수차를돌려전기를생산하는조력발전, 해수온도 의연직방향온도차를이용하는해수온도차발전과해수온도차냉난방이용기술, 그리고이들에너지원을복합활용하는방식이있음 해양분야는파도, 조석, 해류, 온도차등자연에너지원을활용한파력발전, 조력발 전, 조류발전, 온도차발전과이들에너지원을복합적으로활용하는복합발전이포 함됨 이들발전에관한기술은공통적으로에너지변환기술, 구조물설계및시공기술, 운용및유지관리기술, 그리고시스템상용화기술로구성됨 시스템상용화기술에는해양에너지개발세계시장을선도하기위한에너지원별 실해역실증시험을위한테스트베드건설및운영이포함됨 7

27

28 2012 산업기술로드맵 신재생에너지 ( 전기) Ⅱ. 산업의환경변화

29

30 Ⅱ. 산업의환경변화 1 태양광 < 표 2-1> 태양광산업의거시환경분석요약 구분이슈사항주요내용 정책/ 제도적요인 (Political) 경제적요인 (Economical) 사회/ 문화적요인 (Social) 신재생에너지에대한정부지원정책변화 글로벌환경규제와녹색성장정책 원자력축소정책과에너지문제확산 신재생에너지시장성장 시장경쟁심화 해외시장의트렌드변화 지구온난화대비를위한저탄소녹색성장요구 에너지/ 자원고갈우려 원자력발전에내재된위험증가 2012년부터 FIT( 발전차액지원제도 ) 가폐지되고 RPS ( 발전사업자의무할당제 ) 가본격시행됨에따른국내환경변화 최대시장인독일, EU 등의 FIT 보조금축소와미국, 일본등의 FIT, RPS, 세제, 기타 Incentive 의활성화등정책변화에따른세계환경변화 지구온난화에따른탄소세등친환경정책의확대 스마트그리드, 그린홈등녹색기술에기반한시장창출과산업성장 절전형가전기기, 소규모신재생에너지제품에대한시장우대정책 도시광산등리사이클링산업의활성화 후쿠시마원전사고이후일본, 독일등의원전축소및폐기정책확산 이란등의핵확산봉쇄정책에따른고유가파동가능성 에너지자원의비축과무기화 환경에너지 / 문제해결을위한신재생에너지사업및시장성장 일본원전사태이후신재생에너지원에대한관심및수요증가 미국, 중국, 인도등신흥시장의급성장 가격경쟁력을앞세운중국제품의시장독점 우수한기술경쟁력을기반으로한일본, 독일제품의시장선도 화합물박막태양전지를중심으로한미국제품의높은시장경쟁력 공격적인증설및 M&A 등으로대규모생산체제를구축한기업의다수등장 유럽경제위기로인한유럽시장축소 독일, 이탈리아시장주도에서미국과중국의시장주도로변화 Roof-top 시장주도에서 Utility 시장주도로의변화 온실가스저감및환경보호에대한요구의지속증대 지구온난화로인한돌발적인환경재앙에대한대응책마련요구확산 현존에너지원의개발가속화, 산업화팽창, 개발도상국등의산업화심화로인해에너지소비가속화우려 신재생에너지원의융복합화로제로에너지건물등패시브하우스확대본격화 재난과위험이대형화, 다양화, 복합화및돌발화 신기술의역기능과범죄의위험도증가및재난예측의어려움 11

31 2012 산업기술로드맵 신재생에너지( 전기) 구분이슈사항주요내용 기술적요인 (Technological) 경쟁국전략요인 (Option) 에너지안보 대규모미래시장형성 독자기술확보 안전한에너지에대한수요 국내독자기술의필요성인식 국내연간사용에너지의 97% 를수입에의존 ($1200 억이상) 태양전지연구개발은미국, 독일, 일본등태양전지선진국에비해기술수준미흡 태양광시장의급속성장 ( 년까지연평균성장률 77%) 2020년기준으로연간설치량규모는 100 GW로확대될것으로예측 2011 년기준으로 $900 억의시장규모가형성되었으며, 2020 년까지연평균 20% 에가까운성장률예상 기술수준은선진국에비해아직낮은실정 국내독자기술을개발을통한특허권선점필요 재난등의돌발사고에대한안전한에너지수요증대 기존자원의고갈화및자원무기화에따른안정한에너지확보 기존자원에의한지구온난화등자연재해문제및탄소배출경감인식증대 기존고효율태양전지기술의선진국선점심화 중국등저가화공세에따른비교우위기술약화 국내독자기술개발을통한리딩기술확보시급 (1) 정책/ 제도적환경 신재생에너지에대한정부정책변화 청정에너지보급확대를위한정책강화 12 - 세계주요국들은거시적으로화석연료의사용을줄이고청정에너지보급의확대 를위해다양한정책과에너지기술개발계획들을수립하여추진중임 - 미국은 25년까지전체사용전력의 25% 를신재생에너지로공급하며,EU 는 20년 까지재생에너지의비중을 20% 로, 일본은 10% 까지확대하는목표를발표하였음 - 미국의 Sun Shot Initiative, 일본의 Cool Earth Program, EU 의 SET Plan 등청정 에너지기술개발과산업확대를위한세부방안들이속속발표되고있음 태양광의급격한수요확대와단가하락에따른정부보조금제도변화 - 태양광설치량증가에따른재정부담해소를위해독일과이탈리아등주요태양광 시장에서 FIT(Feed-in-Tariff : 발전차액지원제도) 요율이크게삭감되고있음

32 Ⅱ. 산업의환경변화 - 역으로미국, 일본등은FIT와 RPS(Renewable-energy Portfolio Standards: 발전사업 자신재생에너지의무할당제 ) 및인센티브정책을활성화하면서시장을크게확대 하고있음 - 국내에서도2012 년부터FIT 가폐지되고RPS 가본격시행됨에따라(2012 년2% 에 서 2016년까지매년 0.5% 씩, 그이후는매년1% 씩RPS 분율증대) 장차태양광 수요가크게확대될것으로예상됨 - 특히태양광의경우산업육성측면에서 RPS 초기별도의무공급량을지정하고 있으며, 설비용량기준으로 2015년까지 1.2 GW 급의설비가갖추어질예정임( 당 초 2016년까지의목표를 1 년앞당김) - RPS 에서는가중치를적용하고있는데, 이는임야나농지, 목장용지가태양광발 전설치로훼손되는것을막고 광발전의장점인분산발전의취지를살리기위함임 30 kw의소용량과건축물설치를우대하여태양 원자력축소정책과에너지문제확산 후쿠시마원전사고이후일본, 독일등의원전축소및폐기정책확산 - 전세계적으로원자력공포가확산되면서원전확대계획들이전반적으로위축되 고있으며, 국내에서도 2012년의총선부터통합진보당의탈핵강령화등원자력 문제가본격적으로사회문제화되고있음 - 원자력의안전성강화와폐기물처리비용확대로경제성이크게낮아질전망임. 이란등의핵확산봉쇄정책에따른고유가파동가능성 - 전세계적으로화석에너지자원의고갈과비축, 무기화가확산되면서무한에너지 원인태양광에너지의개발이대세의하나가되고있음 년기준우리나라의에너지자급률은 3.53%, 에너지수입액은 1,710억달러로 서, 에너지파동시, 이는높은물가상승률등경제전반에의위기로이어질수 있음 13

33 2012 산업기술로드맵 신재생에너지( 전기) (2) 경제적환경 신재생에너지시장성장 환경/ 에너지문제해결을위한신재생에너지사업및시장성장 일본원전사태이후신재생에너지원에대한관심및수요증가 미국, 중국, 인도등신흥시장의급성장 2011년태양광시장은 23.2 GW 가신규설치된것으로추정되며, 이는전년 17.5 GW 대비 133% 증가한수치임 2012년태양광시장은 28.2 GW 가신규설치된것으로추정되며, 세계누적설치량 은 100 GW 에근접한것으로추정됨(IEA PVPS 자료) 2011년시장규모는총 900 억달러에달하는수준이며, 향후 2020년까지 15~ 20% 에 가까운연평균성장률을보이며, 2020년에는연간설치량규모가 100 GW에이를것 으로예측됨 국내태양광모듈생산능력은 2008년 200 MW에서 2009년에는 920 MW로 4.6배이상 증가하였으며, 2010년에는 1.85 GW에서 2015년 14.0 GW로성장할전망임 2011년국내태양광산업의매출규모는 10조 4,231억원으로전년대비 76% 증가할 전망임 신성장동력으로서의고용창출효과 태양광산업은연평균성장률이 고용창출도가능 15~20% 이상기대되는분야로서, 경기부양을위한 - 태양광셀/ 모듈, 발전시스템사업의경우, 장치산업의성격이강한전통적인에 너지산업에비해노동집약적성격이강함 - 1 MW 의태양광보급당제조, 설치, 서비스, 판매등관련산업을포함하여총 35.5 명의고용창출효과가있는것으로추정됨( 미국의 REPP 社자료) 14

34 Ⅱ. 산업의환경변화 대규모미래시장형성 - 세계적으로태양광설치시장은매년지속적으로증가하고있으며, 이중대부분을 독일, 일본, 미국이선점하고있으며중국, 스페인, 이탈리아등이합세하고있는 형국임 -2007년기준으로 186 억달러의시장규모가형성되었으며, 2011년시장규모는총 900 억달러에달하는수준으로, 향후2020 년까지 15~20% 에가까운연평균성장률 을보일것으로전망됨 -2020년에연간설치량규모가 100GW에이를것으로예측되는산업적파급이매 우큰분야임 - 국내태양광산업은 2030년에는 11 만명고용창출, 수출53 조원, 내수7조원의규 모로성장할것으로기대되며, 에너지수급을안정화하며환경을보전하고경제성 장에기여를하는 3E(Energy, Environment, Economy) 효과를창출할수있을것으 로기대됨 (3) 사회/ 문화적환경 지구온난화대비를위한저탄소녹색성장요구 온실가스저감과환경보호를위한요구가지속적으로증대하고있음 - 온난화로인한돌발적인환경재앙에대한대응책마련이요구되고있음 2100년까지지구의온도가섭씨4~6 도정도상승하면인류와생태계에속한모든 종이생존을위협받게되므로, 지구온도의상승을섭씨 2도이하로억제할필요가 있고, 이산화탄소농도는 450 ppm 이하로유지할필요가있음 새로운환경정책및규제설정 - 지구온난화에따른탄소세등친환경정책이확대되고있으며, 선진국들은적극적 인대내외전략수립을추진중임 -2007년 3 월, 유럽이사회는 EU 의지구온난화방지대책을마련하였으며, 하기항목 에대한행동계획을이행중임 15

35 2012 산업기술로드맵 신재생에너지( 전기) 2020년까지 EU 전체의온실효과가스배출량을 20% 축소하며 (1990 년대비), 재생에 너지의비율을 20% 로확대 2020년까지각국의운송용연료에있어서바이오연료의비율을 10% 이상확보하 며, 신규화석연료발전소의 CO 2 회수지중저장 (CCS) 시스템설치를위한국가간 협력기술개발및법적기반형성등을추진 환경과경제의통합을통하여환경을제약요인이아닌지속가능한발전 (Sustainable Development) 을위한기회요인으로전환해야하며, 탄소배출권거래, 신재생에너지 등환경시장(Green Ocean) 이급속히성장할전망임 - 스마트그리드, 그린홈등녹색기술에기반한시장의창출과산업성장이전망됨 - 절전형가전기기, 소규모신재생에너지제품에대한시장우대정책이전망됨 - 도시광산등리사이클산업의활성화가전망됨 원자력발전에내재된위험증가 재난과위험이대형화, 다양화, 복합화및돌발화되고있음 - 신기술의역기능과범죄의위험도가증가하고있고재난예측도어려움 일본은후쿠시마원전사고를계기로기존원전산업을친환경에너지산업으로 전환하는구조적 고있음 M&A 수요가증가하면서, 이를기업과정부차원에서추진하 모든원전에대한안전성검사를전면실시할계획이며, 태양광등신재생에너지를 확대하는 SUN-RISE Project 를추진 - 태양광시장 : 2030년까지현재규모의 15배로확대추진 - PV 패널설치비용 : 현재수준대비 1/6 수준으로절감시키는계획추진 안전한에너지에대한수요증가 재난등의돌발사고에대한안전한에너지수요증대 16

36 Ⅱ. 산업의환경변화 기존자원의고갈및자원무기화에따른안정한에너지확보 기존자원에의한지구온난화등자연재해문제및탄소배출경감인식증대 (4) 기술적환경 독자기술확보필요성증대 기존고효율태양전지기술에있어선진국기술에대한종속이심화되고있으며, 중국등은저가화공세로국내태양광산업의입지축소 - 국내기술개발정도는선진국에서기개발된보편화된기술을국내산업에적용 하는경우가 66.4% 로기술의존성이아직매우큼 - 신재생에너지설비기업의기술수준은선진국에비해낮은정도에머물고있으므 로국내의독자기술을개발하여특허권을선점할필요가있음 국내독자기술확보를통한선도기술의확보가시급하며, 태양광산업의경쟁력강화필요 이를통한국내 산업간기술협력강화 산업간연계성(Supply Chain) 중태양전지공정장비/ 소재기술은가격경쟁력에서 높은중요수준을가지며, 연관업종간협력필요성이매우높음 세부기술분야에있어획기적인진보보다는점진적인개선이예상되며, 외부수요 요건에따라점진적인가격인하와신기술에대한채용증대가예상됨 기존의효율성중심에서벗어나새로운응용가능성에대한기술력확보로박막태 양전지, BIPV, 특수환경맞춤형시스템등의새로운시장형성이필요함 국내독자기술의필요성인식 기존고효율태양전지선점기술에있어선진국기술에대한종속이심화되고있 으며, 중국등은저가화공세로국내태양광산업의입지축소 17

37 2012 산업기술로드맵 신재생에너지( 전기) 국내독자기술확보를통한선도기술의확보가시급하며, 태양광산업의경쟁력강화필요 이를통한국내 < 표 2-2> 국내결정질실리콘태양광산업기술분포및기술수준비교도 품목폴리실리콘잉곳/ 웨이퍼 결정질실리콘태양전지 태양전지모듈 전력변환장치, BOS 태양광시스템 수입의존도소중중중중소 기술수준 주요업체 R&D 지원필요도 업종간협력필요성 OCI, 한국실리콘, 웅진폴리실리콘, 엘피온, KCC/KAM, 한화케미칼, 삼성정밀화학 글로실, 넥솔론, 렉서, 웅진에너지, LG 실트론, 오성LST, SKC 솔믹스, 한솔테크닉스 삼성SDI, 신성솔라에너지, 한화케미칼현대중공업, LG 전자, STX 솔라, KPE 한화케미칼삼성SDI, 솔라테크, 신성솔라에너지, 심포니에너지, 해성쏠라, 현대중공업, LG 전자, LS 산전, 에스에너지, 비봉E&G, 솔라파크코리아, 에버솔라에너지, 탑선, 티앤솔라, 럭스코, 대유DMC, 경원, 한솔테크닉스, 우리에스텍, SDN 윌링스, 다스테크, 엘스콤, 한양정공, 헥스파워, LS 산전, 현대중공업, 효성, 동양이엔피, 디에스파워, 빅텍 신성솔라에너지, SDN, 이건창호, 에스에너지, LS 산전, 헥스파워, 해성쏠라, LG CNS, 한화솔라에너지, KD 파워, KC 코트렐, 솔라파크코리아, 서브원, OCI 솔라파워 중대대대중대 중중대대소중 품목태양전지공정장비태양전지공정소재모듈화장비모듈화재료 수입의존도중대중대 기술수준 주요업체 R&D 지원필요도 업종간협력필요성 디엠에스, 이오테크닉스, 디엠에스, 우일하이테크, 주성엔지니어링, 이오테크닉스, 고려상사, 엘스콤, 진흥공업, 참엔지니어링, IPS, SFA, 주성엔지니어링, SFA, 쎄메스, 코오롱, 한국쓰리엠, 쎄메스, 세미머티리얼즈, 대주전자재료, 동진쎄미켐, 제우스, 아론, 참엔지니어링, 한글라스, SFC, 삼성코닝, 와이에스썸텍, 엘티에스, 잉크테크, 화승인더스트리, IPS, 세미머티리얼즈, SKC, 화승인더스트리, 인텍플럭스, 제우스, 동우화인켐, 에스폴리텍, 와이에스썸텍, 엘티에스, 동우화인켐, 에스폴리텍, 지티에스, 우일하이테크, 진흥공업, SFC, 오성LST, 인텍플럭스, 지티에스, 톱텍, 진흥공업, SFC, 오성LST, 톱텍, 한미반도체, 롯데알미늄, 에버솔라에너지, 한미반도체, 뉴영엠테크, 롯데알미늄, 에버솔라에너지, 뉴영엠테크, 신성FA, 엠파워, 쿼츠테크, NT Solar Glass, 신성FA, 엠파워, 미르테크, 쿼츠테크, NT Solar Glass, 미르테크, 테스, SNU OCI머티리얼즈테스, SNU Precision, LG 화학, 창성, 율촌화학, Precision, 듀라소닉, 듀라소닉, 에스제이이노테크, 누리코퍼레이션에스제이이노테크, 에버테크노, 씨디에스, 에버테크노, 맥사이언스맥사이언스 대대대대 대대중대 = 가격경쟁력확보, = 기술확보( 민간주도), = R&D 강화 18

38 Ⅱ. 산업의환경변화 < 표 2-3> 국내실리콘박막태양광산업기술분포및기술수준비교도 품목박막태양전지모듈전력변환장치, BOS 수입의존도소중 기술수준 주요업체주성엔지니어링, LG전자금비전자, 세방전지, 엘스콤, 헥스파워, 다쓰테크 R&D 지원필요도중중 업종간협력필요성 대 중 품목기판재료모듈화재료세정, 에칭장비증착장비모듈화장비진공증착재료 수입의존도 1% 100% % 기술수준 주요업체 한글라스, 비아트론, 이건창호, 찬성에너지, SKC, KOLON PI, 한화 L&C, Dupont Korea, 나노켐텍, 대명TMS 맥스컴, 이엔이시스템, 찬성에너지, 한국쓰리엠, 해성솔라, SKC, 코오롱, 한화 L&C, SFC, 한글라스, 참엔지니어링 디엠에스, KC Tech 주성엔지니어링, 테스, SFA, 디엠에스, 비아트론, 아바코, NPP, IPS SFA, EO Technics, 주성엔지니어링, 참엔씨, 해성쏠라, 제우스, 에버테크노, 세믹스, SNU Precision, 우일하이테크 OCI 머티리얼즈, 원익머티리얼즈 R&D 지원필요도중대소대대대 업종간협력필요성 중대소중중대 = 가격경쟁력확보, = 기술확보( 민간주도), = R&D 강화 19

39 2012 산업기술로드맵 신재생에너지( 전기) < 표 2-4> 국내 CIGS 박막태양광산업기술분포및기술수준비교도 품목기판 CIGS 박막태양전지모듈 전력변환장치, BOS 수입의존도대대중 기술수준 주요업체 삼성코닝정밀소재, 르케솔라, 삼성SDI, LG 이노텍, 금호전기, 코오롱, 한국쓰리엠, 한글라스, KCC 현대아반시스, TG 에너지, SK이노베이션 금비전자, 윌링스, 다스테크, 엘스콤, 이엔이시스템, 한양정공, 헥스파워, LS 산전, KCC R&D 지원필요도중대중 업종간협력필요성 중중중 품목태양전지공정장비태양전지공정소재모듈화장비모듈화재료/ 부품 수입의존도중대중대 기술수준 주요업체 SNU Precision, SFA, IPS, SEMES, 디엠에스, EO Technics, TERA, 톱텍 삼성코닝정밀소재, 제일모직, LG금속 톱텍, DMS, 우일하이테크, 삼성코닝정밀소재, 제일 EO Technics, 모직, 고려상사, 진흥공업, 주성엔지니이링, SFA, 코오롱, 한국쓰리엠, 쎄메스, 제우스, 아론, 한글라스, SFC, LG 산전, 아바코동진쎄미켐, 동우화인켐 R&D 지원필요도대대중중 업종간협력필요성 중소대중 = 가격경쟁력확보, = 기술확보( 민간주도), = R&D 강화 20

40 Ⅱ. 산업의환경변화 (5) 경쟁국전략 시장경쟁심화 결정질실리콘태양전지에있어서는가격경쟁력을앞세운중국제품의시장독점 이가속화됨과동시에우수한기술경쟁력을기반으로한일본, 독일제품이시장을 선도하고있음 화합물박막태양전지에있어서는미국제품이높은시장경쟁력을가지고있으며, M&A 등으로대규모생산체제를구축한기업들이다수등장하고있음 - 태양전지업계부동의 1위였던 Sharp( 日 ) 는2007년을기점으로세계1위자리를내 주었고 2009년이후에는원가경쟁력이우수한 CdTe 박막태양전지를생산하는 First Solar( 美 ) 와정부의강력한지원하에성장하고있는중국및대만업체들의 약진이두드러짐 국내태양광시장은내수기반이취약하여매출의 70% 정도를수출에의존하고있 으며, 제품의안정된수급과원가경쟁력확보를위해글로벌경쟁력이있는핵심기 술을바탕으로한규모의경제달성과수직계열화가요구됨 세계적인공급과잉의해소가가장시급한문제이며이를견딜수있는생존기반이 필요함 21

41 2012 산업기술로드맵 신재생에너지( 전기) 2 풍력 < 표 2-5> 풍력산업의거시환경분석요약 구분이슈사항주요내용 정책/ 제도적요인 (Political) 경제적요인 (Economical) 사회/ 문화적요인 (Social) 기술적요인 (Technological) 경쟁국전략요인 (Option) 환경규제강화 대체에너지보급촉진정책확대 전력수급기본계획시행 신재생에너지원공급확대 해상풍력발전성장가시화 전력수요의지속적증가 에너지산업의고용창출효과증대 교토의정서발효 일본원전사고로인한원자력의부정적인식확대 탄소배출권거래제시행예정 우리나라의이산화탄소배출규제적용예정 국가신성장동력으로신재생에너지산업육성 탈화석연료를위한국내외대체에너지보급정책기조유지 전력수요량증가에따른최소전력예비율확보필요 원전발전소의한계수명도래 풍력시장확대 풍력터빈공급과잉상황지속에따른가격저감화 이산화탄소배출규제적용 지속적인고유가로인한발전비용증가 해상풍력발전단지경제성입증에따른대규모단지화노력확대 해상풍력프로젝트파이낸싱시장확대 국내경기성장에따른산업용전기수요증대와값싼산업용전기요금따른전력소비증대 대중소기업의 상생협력 해상풍력발전분야의고용효과증대 비용저감화를통한가격경쟁력확보노력지속 대형직접구동형풍력발전기개발확대신뢰성및경제성확보 해상풍력단 22지시공을위한건설기술확보 심해또는부유식풍력발전을위한기반기술확보 해당분야의고급인력양성필요 에너지수요및자원대응기술개발확산 탄소규제에따른각국정부의녹색기술투자확대 풍력발전기가격경쟁력강화 원거리해상전력망기술, 신재생에너지복합기술, 플랜트융복합 기술개발확산 환경/ 에너지문제해결을위한신환경산업, 환경규제대응기술개발확산 교토의정서및발리로드맵에탄소규제채택 각국정부의녹색기술투자확대 풍력터빈공급과다문제를해결하기위한수익성확보노력강화 중국풍력터빈업체들의해외진출노력가시화 해상풍력발전리스크경감노력강화 22

42 Ⅱ. 산업의환경변화 (1) 정책/ 제도적환경 환경규제강화 교토의정서발효 - 세계는 1992년기후변화협약을채택하여온실가스의증가와이로말미암은지구 온난화를막기위한대비에나섬 -1997년12 월일본교토에서구체적내용을담은교토의정서채택 - 내용 : 선진국들( 미국, 유럽연합(EU), 일본등선진 38 개국) 이 년의기 간에이산화탄소, 프레온가스, 메탄등지구온난화유발하는여섯종류의온실 가스배출량을 90년보다평균 5.2% 줄이기로하고미국 7%, EU 8% 등지키지 못할시국제적경제제재를받아야함. 개발도상국들은의무량을따로정하지않음 - 캐나다2003 년, 러시아 2004년에비준에동의함으로써 2005년부터교토의정서발 효됨 일본원전사고로인한원자력에의부정적인식확대 - 원전총21기에서2011 년1,547.2 억kWh의전기를생산해전체발전량의31.2% 차지 -2011년원전이용률은 90.7% 로11년연속 90% 이상의실적달성 - 세계원전사업자협회 (WANO) 안전성능지수 10 기이상달성( 세계 1 위) - 하지만후쿠시마원전사고이후세계원전보유국중이용률 1위라는위치의국 내원전도국민에게 안전한핵은없다 는부정적인식이확대되고비판적여론이 형성됨 탄소배출권거래제시행예정 - 교토의정서에의해신축적인이행을유도하기위하여온실가스배출의권리를사 고팔수있는배출권거래제를도입함 - 온실가스감축실적을자산으로인정함으로써기업이나정부의온실가스감축노 력을활성화하는데목적 - 우리나라는경우 2012년까지온실가스배출감축의의무가없으나 2013년부터시 행될예정임 23

43 2012 산업기술로드맵 신재생에너지( 전기) - 우리나라 CO 2 배출량은90 년대3억톤에서2008 년6억톤을넘어탄소배출권을 산다하더라도 10조 20 조원의비용이들것으로전망 우리나라의이산화탄소배출규제적용예정 - 교토의정서에따라우리나라의경우 2012년까지온실가스배출감축의의무가없 으나 2013년부터시행될예정임 - 우리나라 CO 2 배출량은 90년대 3억t에서 2008년 6억톤을넘어탄소배출권구매에 막대한자금이필요함 대체에너지보급촉진정책확대 신재생에너지산업을국가신성장동력으로육성 그린에너지전략로드맵에서는풍력산업을제2의조선산업으로육성2030 년 까지세계시장점유율을 20% 로확대하는목표를설정함 -2008년이후대형국내대형조선사들은사업다각화의일환으로기술도입및인수 합병을통해풍력발전설비시장에진입함 년까지 10.2조원의민관합동투자로 2.5 GW 규모의해상풍력단지를개발하 여세계 3대해상풍력강국진입을추진중임 - 정부의적극적인투자계획과신재생에너지공급의무화제도 (RPS) 시행으로국내풍 력발전시장은점진적으로확대될전망임 탈화석연료를위한국내외대체에너지보급정책기조유지 - 최대풍력시장중하나인미국의경우 2013년 1월 PTC(Production Tax Credit) 제도 연장안하원통과(PTC 는풍력발전에kW 당2.2 센트를지원하는세액공제제도). 미국시장대체에너지보급정책기조를유지함 - 중국의경우자국시스템업체경쟁력상승을기반으로 풍력설비자국업체의무 선정정책 을폐지했으나재생에너지법에의한풍력발전비용은지속지원중임 - 해상풍력시장을선도하고있는영국의경우2010 년승인된대규모해상단지를통해 25GW 의설비보급계획을발표하였으며, 이와같은적극적인정부지원은해상풍 력산업의성장 Drive로작용하고있음 - 탈화석연료를위해정부, 금융기관, 기업간협력모델구축이필요한실정임 24

44 Ⅱ. 산업의환경변화 전력수급난심화 전력수요량증가에따른최소전력예비율확보필요 - 지식경제부( 現산업통상자원부) 와전력거래소등을따르면적극적인수요관리정 책추진없이는 2015 년까지설비예비율( 전력공급능력예비율) 이 % 에불 과해, 안정권인 15% 에훨씬못미치는것으로분석됨 -6차전력수급기본계획에서는목표설비예비율을종전 20% 선보다더높은기준으 로설정할것으로예상됨. 원전뿐만아니라 LNG 복합화력발전및민자화력발전 의비중이증가할것으로예상되며, 대체에너지원으로경제성이확인된풍력등의 신재생에너지비중이증가할것으로예상됨 - 따라서태양광, 풍력등에의한대체에너지의개발로인한 토털블랙아웃(Total Black Out : 대정전)' 사태예방이필요함 원전발전소의한계수명도래 - 우리나라의원자로는보통설계수명이 40년으로최초건설된고리 1호기와중수 로인원성 1 4호기는설계수명이 30년으로 10 년더수명을연장하거나, 계획중 에있음 (2) 경제적환경 신재생에너지원공급확대 풍력시장확대 -2012년세계풍력시장규모는 31.5 GW에달함 년신규투자확대및기저효과영향으로중국시장(10.2 GW) 과미국시장(9.2 GW) 이풍력발전최대수요처로부상하며전세계적으로전년대비 14% 의성장률 을기록하고있음 - 미국의경우 2030년까지국가전체전력의 20%(300 GW) 를달성하기위해지속적 인시장확대가기대됨 25

45 2012 산업기술로드맵 신재생에너지( 전기) - 국내시장의경우 2012년부터 FIT가폐지되고 RPS 가본격시행됨에따라 (2012년 2% 에서매년 1% 씩 RPS 분율증대) 향후풍력, 태양광등신재생에너지산업이 확대될것으로예상됨 풍력터빈공급과잉상황지속에따른가격저감화 년 2 분기계약(2013 년납기예정) 된육상풍력터빈가격은 0.91 meur/mw 까 지하락하였으며, 고 AEP형신규모델도예상가격에서 10-15% 할인된 1.0 meur/mw 에거래되고있음 년세계풍력터빈공급능력은연간 81 GW로수요를 30% 이상초과하고있 음. 원자재가격상승에도불구치열한경쟁환경으로부품가격은오히려더하락 추세임 - 메인베어링과주축을제외한대부분의요소부품에대한공급과잉문제는 2014년 까지도해결되기어려울전망이며, 경쟁력이떨어지는부품및터빈업체의경우 시장에서구조조정될것으로예상됨 해상풍력발전성장가시화 지속적인고유가로인한발전비용증가 -1970년대 2차례의석유파동을계기로에너지효율향상기술개발과함께신재생에 너지기술개발에대한관심이증대됨 - 지속적인고유가로천연자원부족국가인우리나라는수입의존도가높아서발전 비용이증가하고있음 - 기존의사용해오던석탄, 석유, 천연가스등의화석에너지의온실효과및에너지 고갈문제가이슈화되고있음 해상풍력발전단지경제성입증에따른대규모단지화노력확대 - 국내총발전량 462,343 GWh 에서풍력발전량이차지하는발전량은신재생에너지원 중가장높은 858 GWh에달하나전체발전량대비비중은약 0.19% 로매우낮은 수준임(2011 년기준) - 국내해상풍력단지는서남해권을중심으로민관합동투자로 2019 년까지 2.5 GW가건 설될전망이며신재생에너지보급목표달성에가장큰비중을차지할것으로예상됨 26

46 Ⅱ. 산업의환경변화 년세계해상풍력시장은전년대비마이너스성장한 415 MW가설치되었으 나, 유럽의재정위기에도불구하고해상풍력단지건설은차질없이진행되어, 2012 년이후본격적으로성장이가시화될것으로예상됨 - 풍부한자원및안정적인발전이가능한해상풍력의장점으로 2015년까지매년 30% 이상의고성장이지속될것으로예상.2015 년까지해상풍력시장의 80% 이상 은유럽시장이주도할것으로예상되며,2014 년이후로아시아시장이본격적으로 형성될전망됨 해상풍력프로젝트파이낸싱시장확대 - 해상풍력의에너지생산비용은 LCOE기준현재 180 EUR/MWh 수준이나단계적으 로완화되어 2020년에는 20% 이상절감될것으로예상됨 - 해상풍력은금융기관에생소한분야로높은리스크요인들로인해금융지원이쉽 지않은분야임 - 현재해상풍력시장은초기단계인관계로민간금융기관보다 EIB등공적금융기관 들의참여가활발하며, 해상풍력프로젝트파이낸싱은 Equity 비중이 30~60% 로아직 은타발전프로젝트대비높은수준이며점진적으로완화되고있음 - 해상풍력발전기술에대한기술검증이점차이루어지면서상업금융기관들의참 여가증가하는추세이며, 프로젝트파이낸싱수요는점차확대될전망임 (3) 사회/ 문화적환경 전력수요의지속적증가 산업친화적인정책에따른낮은전기료(OECD 선진국대비반값수준) 로인해전 기수요량이증가하면서전력난등이유발되고있음 - 현재의전력공급의증가는현실적으로불가능하지만낮은전기요금의유지로현 재1인당전력소비량은우리나라 100을기준일본 89, 영국 65, 프랑스 85, 경제협 력개발기구평균 91로높은수준임 년우리나라의전력소비증가율은 30.6% 로일본(-1.9%), 영국(-5.1%), 미국 (1.7%) 등에비해굉장히높은실정임 27

47 2012 산업기술로드맵 신재생에너지( 전기) 전력소비증가 - 전체전력소비량의 75% 이상을차지하는산업용과일반용전력소비량증가가주 요원인임 - 국내경기성장에따른산업용전기수요증대와더불어값싼산업용전기요금이 전력소비증대를부추기고있음 - 주택용전기의경우소용량전자기기를사용했던과거와는달리크기가대형화되 고소비용량이커짐에따라가정용전기에너지의소비가증가하고있음 - 최근 10년간해마다약 3 10% 정도의에너지소비가증가중임 - 신재생에너지의공급은약 10 25% 정도증가하고있음 -2007년기준우리나라의신재생에너지비중은 2.4%( 선진국 3 10% 수준) 로2030 년까지 11% 로확대계획을수립함 에너지산업의고용창출효과증대 해상풍력발전확대에따른고용효과증대 - 대표적인대 중소기업상생협력분야인조선 플랜트산업등의경쟁력을바탕으 로 10 년풍력산업규모는 07년에대비해제조업체수는 32 개(39% ), 고용인원 수는 2,654 명(86% ),, 매출액은 1조 1,678 억원(88% ),, 수출액은 7.88억달러 (33% ), 민간투자는 7,200 억원(76% ), 수준임 - 산업의규모가커질수록이공계졸업생고용창출이이루어질것으로예상됨 -2010년기준풍력산업투입비용 1백만유로당육상풍력의경우6.06 명, 해상풍력의 경우 7.48명으로신재생에너지원중가장높은수진의고용효과를창출하고있음 (4) 기술적환경 신뢰성및경제성확보 비용저감화를통한가격경쟁력확보노력지속 - 대부분의풍력주요부품의생산용량은수요를초과한과잉공급상태이나, 베어 28

48 Ⅱ. 산업의환경변화 링등일부부품은기술적난이도로인한높은진입장벽으로공급이타이트한 상황임 - 아시아업체들의설비투자확대로 2014년까지도주요부품들의공급과잉문제는 지속될것으로예상되며, 원자재값상승에도불구하고가격경쟁에의한부품가격 하락은지속될전망임 - 터빈가격약세에따라고정비용을줄이기위한수직계열화확대추세. 과다경쟁상 태에서제품의신뢰성하락은손실로이어지기때문에품질관리에집중한신뢰성 기반기술개발이확대되어야함 - 해상풍력시장은수중기초및전력망기반시설에대한높은비용비중으로인해 향후경제성확보를위한기술개발이집중될것으로예상됨 대형직접구동형풍력발전기개발확대 - 풍력발전기대형화및해상풍력발전확대에따라신뢰성문제를해결하기위한직 접구동형발전기개발경쟁이확대되고있으며, 대표적으로기계적구동부가최소 화되어유지보수가용이하게되면서해상풍력발전적용시신뢰성저하문제가해 결되었음 - 92년독일 Enercon 社의 500 kw 급상용화성공이후성숙된기술로발전. 블레이드 가발전기에직결된구조로높은중량의요소부품에대한최적의구조배치및하 중설계가요구됨 - 독일의 Enercon, Siemens, 미국의 GE Energy, 프랑스 Alstom 등선진유럽제조사들 을중심으로 6MW 이상급대형직접구동형발전기개발이확대추세이나, 영구자 석수급안정화및발전기가격문제는해결해야할과제임 해상풍력단지시공을위한건설기술확보 - 육상풍력의성장둔화에따라이용률이 1.6배이상높고발전단지의대형화가용이 한해상풍력발전이유럽선진사를중심으로확대되고있음 - 현재가동중인해상풍력단지의평균수심은 12m로전체의 65% 가단일지주방식 이며 23% 는자중식을채택하고있음. 신규조성중인해상풍력발전단지의평균수 심은21.8m 로점차깊어지고있는추세이며 Tripod 및Jacket형태의수중기초방식 이확산되는추세임 - 건설과조선산업이발달한우리의산업구조때문에산업인력의숙련도가높아산 업기반의단기간구축이가능하지만, 해상에풍력단지에맞는건설기술을확보 하는것이중요함 29

49 2012 산업기술로드맵 신재생에너지( 전기) 심해또는부유식풍력발전을위한기반기술확보 - 풍량이우수하고, 민원발생이적은심해풍력단지를개발하기위해유럽선진사들 을중심으로부유식수중기초기술을개발중에있음 - 심해나부유식풍력발전은염해나바다의바람의세기를견디지못하는경우가 많으므로이에맞는설비나기반기술확보가필요함 해당분야의고급인력양성필요 - 현재기술자립및산업화구축단계에서풍력발전기를구성하는주요설계및해 석기술확보를통해기반기술의경쟁력을높이는중임 - 정부의보급정책및기술개발지원정책이추진되고있으며, 대기업중심으로풍력 설비에대한국산화연구사업이활발하게이루어지고있는상황임 에너지수요및자원대응기술개발확산 원거리해상전력망기술발전 - 심해해상풍력단지개발추진에따라해안선과의이격거리가 40km이상인단지가 증가하고있음 - 고압직류송전(HVDC) 방식에의한전력인프라를통한송전효율개선노력이주요 과제임 신재생에너지복합기술발전 - 해상풍력과태양광을결합한개발계획이추진되는등향후해양발전시스템은풍 력과파력, 풍력과조력, 풍력과조류등복합발전단지가조성되어차세대에너 지를생산( 예. 수소생산) 하는등의기술로발전할전망임 - 해양공간에대한수요증가및전세계적인해양기반신재생에너지개발과관련 하여초대형부유식구조물기술을활용한대규모부유식해샹풍력단지가현실화 될전망임 -Poseidon 프로젝트( 덴) 의사례와같이풍력발전과파력발전등의연계시도도활발 히진행되고있음 플랜트융복합 기술발전 30

50 Ⅱ. 산업의환경변화 - 기존풍력발전시스템에첨단 IT융합통신기술을활용하여기존의기상탑을통한 풍황측정이외에다양한측정장비를통한정확한예측을가능하게하는기술이 개발되고있음 - 풍력발전기단위에서풍력발전단지단위로상태감시시스템의적용범위가확대되 고있으며발전단지의신뢰성향상기술에초점을맞춰연구개발이진행됨 - 풍력발전시스템의생산성향상과유지보수의편의성을위해유비쿼터스등IT 기 술과통신기술의접목을통한시스템관리측면의효율성이향상되고있음 환경에너지문제해결을위한신환경산업육성및환경규제대응기술발전 - 기후협약을대비한 CO 2 배출제한과에너지절감차원의풍력발전이기존의화석 연료발전에비교할만한대안으로쓰일수있도록효율개선이이루어지고있음 - 수심이나설치환경에따라서 Jacket, Tripod, Monopile, Bucket, Floating, Gravity 등 의형태를보이며, 해상풍력단지조성작업은해양플랜트설치와유사한측면이 많아국내대형조선소에서경쟁력있는해양풍력발전시스템이개발될전망임 - 세계주요국들은청정에너지보급확대를위해다양한정책과에너지기술개발계 획들을수립하여추진중임 년대초부터미국, 유럽을중심으로각국정부의적극적인지원으로풍력발전 기의제작기술이급속하게발전함 (5) 경쟁국전략 탄소규제에따른각국정부의녹색기술투자확대 교토의정서및발리로드맵에탄소규제채택 - 발리로드맵은교토의정서를대체할새로운기후변화협약이로, 2007 년12월발리에 서열린제13 차유엔기후변화협약당사국총회에서채택됨 -2013년발효될예정으로개도국에인센티브와선진국의기술이전등의내용을담 고있으며미국, 중국, 인도등과함께한국도 2013년부터온실가스감축대상국에 포함되어있음 31

51 2012 산업기술로드맵 신재생에너지( 전기) 각국정부의녹색기술투자확대 - 녹색기술은국가미래의신성장동력이며, 신성장동력 3대분야 17 개기술/ 산업 분야중하나로신재생에너지산업이선정됨 - 세계주요국들은거시적으로화석연료를줄이고청정에너지보급확대를위해다 양한정책과에너지기술개발계획들을수립하여추진중임 - 미국은 25년까지전체사용전력의 25% 를신재생에너지로공급하며,EU 는 20년 까지재생에너지의비중을 20% 로, 일본은 10% 까지확대하는목표를발표함 년대초부터미국, 유럽을중심으로각국정부의적극적인지원으로풍력발전 기의제작기술이급속하게발전함 - 전세계풍력발전누적설치용량은 2000년 17,400 MW에서 20012년 250,874 MW로 약 14 배증가하였고, 신규설치용량이 2006년 15,245 MW, 2007년 19,865 MW, 2012년 31,584 MW로매뇬급격히증가하는추세 - 유럽을중심으로해상풍력을비롯한시스템의대형화추세가있었으며유럽기업 들의시장점유율이여전히높은가운데자국내내수시장을바탕으로중국업체들 이빠르게성장하고있음 - 해상풍력발전시장은영국및독일이주도하고있으며, 2015년까지전세계신규 설치용량의 국의경우 70% 이상이유럽지역에집중될전망임. 해상풍력시장을주도하는영 2010년승인된대규모해상풍력발전단지조성을위해정부로부터 1,600 억달러지원을받음 풍력발전기가격경쟁력강화 풍력터빈공급과다문제를해결하기위한수익성확보노력 - 일부유럽업체들은생산비문제로아시아지역으로생산거점을이전하는등, 중국 시장성장및저렴한제조단가로중국을포함한아시아지역으로생산시설이전이 확대되고있음 - 터빈가격약세에따라고정비용을줄이기위한인원감축및수직계열화가확대되고 있으며, 이머징마켓으로신규시장을개척하여수익성을확보하기위한노력이지 속되고있음 32

52 Ⅱ. 산업의환경변화 - 제품의신뢰성하락은손실로이어지므로업체간품질관리노력이강화되고있음. 충분한신뢰성을확보하지못한일부중국터빈업체들의경우품질상의문제로영 업이익이크게감소함 - 풍력터빈가격경쟁력강화를위해기존2 차산업( 터빈제작및판매) 구조에서 3차산 업( 운영과유지보수서비스) 를포함하는 2 3차산업구조로수익성을확보하려함 중국풍력터빈업체들의해외진출노력가시화 - 중국산풍력발전기의무설치정책철폐로자국내시장점유율이하락할전망임 - 낮은가격을기반으로한중국풍력발전설비업체들은유럽시장진입을위해15년 유지보수및성능보증기간을포함하여 유럽시장진출을추진중임 0.6m EUR/MW 의낮은가격을제시하며 - 중국업체들의미국, 캐나다, 칠레등미주시장으로의터빈수출은가시화되고있음 해상풍력산업의신성장동력화 - 연간 30% 에가까운지속적인고성장이예상되는해상풍력시장의주도권확보를 위해풍력선진업체들이경쟁이더욱치열해질전망임 - 해상풍력상용화를위한정부지원이확대되고있음. 해상풍력시장을주도하고있 는영국의경우 2020년영국총발전량의 25% 를해상풍력발전을통해공급할계 획을갖고있으며, 적극적인정부지원이성장견인으로작용하고있음 해상풍력발전리스크경감노력 - 해상풍력설치비용에서의가격경쟁력강화를위해해상설치선박공급증가를통 한경제성확보노력이가시화되고있으며, 비용비중이높은전력선인프라및유 지보수기술가격저감화를위한연구개발노력이추진되고있음 -Siemens( 독), Vestas( 덴) 등해상풍력선진업체를중심으로풍력발전기제작, 운송, 설치, 유지보수등해상풍력발전전영역에서토탈솔루션서비스제공을통한가 격경쟁력강화노력이진행되고있음 - 해상풍력단지개발업체가대규모투자나사업리스크부담을경감할수있도록 파이낸싱, 단지설계, 설치시공등서비스를통합해서제공할수있는사업모델을 갖춘제조업체가시장을주도할전망 33

53 2012 산업기술로드맵 신재생에너지( 전기) 3 수소 < 표 2-6> 수소산업의거시환경분석요약 구분이슈사항주요내용 정책 / 제도적요인 (Political) 경제적요인 (Economical) 사회 / 문화적요인 (Social) 기술적요인 (Technological) 경쟁국전략요인 (Option) 대기환경규제강화 에너지문제및신재생에너지비중확대 세계적인대기환경규제강화 친환경차및녹색산업의중요성확대 에너지소비급증에따른에너지위기확산 신재생에너지비중확대필요성증대 에너지, 자원고갈심화 에너지, 자원고갈심화에따른신재생에너지요구증대 신성장산업요구증대 기후변화대응요구증가 자연재해대비한에너지원의분산 녹색기술에대한수요증가 친환경자동차수요증가 각국의녹색성장전략추진 기후변화위기대응전략마련 지속성장을위한신성장산업필요성증대 신재생에너지의매개체로서의수소의중요성증대 지속가능한성장측면에서신재생에너지를기반으로하는에너지사이클요구증대 일본원전사례등에의한다양하고, 분산된에너지원에대한요구증대 지속가능한에너지매체로서수소에대한관심고조 친환경자동차개발경쟁가속화 각국이처한상황에적합한차별화된녹생성장전략추진 신재생에너지산업육성을통한규제강화대처 (1) 정책/ 제도적환경 대기환경규제강화 세계환경규제이슈가확대되면서, 각국정부의대기환경규제가강화되고있음 세계적인대기환경규제는새로운무역규제로활용될전망이며, 이에따라친환 경차및녹색산업의중요성이확대되고있음 수소를활용하여에너지를생산할경우배출되는물질이물뿐이므로수소는완벽 34

54 Ⅱ. 산업의환경변화 에가까운친환경에너지라고할수있으며, 우리나라를비롯하여세계주요국들 은친환경자동차에대한적극적인육성및지원정책추진중임 에너지문제및신재생에너지비중확대 세계적으로에너지문제가이슈로대두되면서신재생에너지시대로진입하고있음 - 이머징마켓의성장과전자제품사용증가에따른에너지소비급증으로에너지 위기가확산되고있음 (2) 경제적환경 에너지, 자원고갈심화 인구증가및중국, 인도등의급격한개발에따라에너지, 자원고갈이심화되고있음 특히석유등전통적인화석연료는향후수십년내에고갈될가능성이높은것으 로예측되고있어서신재생에너지에대한요구가증가하고있음 신성장산업요구 후쿠시마원전사고에의한원자력사용의한계로인해신재생에너지로서의수소 사용은지속적으로증대될것으로예상되면서, 신성장산업으로서의수소산업의 필요성이증대와함께수소산업의지속성장이전망됨 풍력, 태양광등의재생에너지의경우에너지를생산할수있는시기를조절하기 어렵기때문에에너지의저장통해생산및소비의시간차를극복할필요성이있음 - 가장일반적인방법은이차전지등을활용해전기로저장방법이나, 최근에는수 소를에너지매개체로활용하려는시도가늘어나고있음. 따라서수소산업은신 재생에너지의에너지매개체로서의중요성이증대됨 35

55 2012 산업기술로드맵 신재생에너지( 전기) (3) 사회/ 문화적환경 기후변화대응요구증가 산업혁명이후화석연료에바탕을둔산업발전으로인해대기중온실가스가증가 하면서기후가크게변하고있음 - 쿄토의정서등과같이기후변화에대한적극적이고범세계적인대응이필요함 기후변화에대한가장근본적인대책으로서신재생에너지를기반으로하는에너지 사이클에대한요구가증대되고있으며, 이경우에너지저장매체로서수소가중요 한의미를지니게됨 자연재해대비한에너지원의분산 2011년일본에서지진에따른원자력발전소가동중단과이에따른에너지부족으 로사회혼란이일어나면서에너지원분산에대한관심이증대됨 - 신재생에너지는 태양, 풍력등의자연에너지를기반으로하기때문에에너지원 의분산에서가장중요하게다루어야할부분임 - 자연재해등으로계통으로부터의전기공급및화석연료의공급이힘들어지는경 우, 신재생에너지에의존할수밖에없음 풍력, 태양광등의재생에너지의경우에너지를생산할수있는시기를마음대로 조절하기어렵기때문에에너지의저장을통해생산및소비의시간차를극복할필 요성이있으며수소를에너지매개체로활용하려는시도가늘어나고있음 (4) 기술적환경 녹색기술에대한수요증가 지구온난화문제를해결할수있는수단가운데하나인경제적인신재생에너지기술 36

56 Ⅱ. 산업의환경변화 의개발및보급확대에필요한지속가능한에너지매체(Energy Carrier) 인수소의역 할에대한전세계적인기대가지속적으로커지고있음. 특히재생에너지를이용한 수소생산과수소연료전지를이용한발전기술개발수요가 꾸준히증가하고있음 친환경자동차수요증가 대기환경오염을일으키는여러가지요인중에자동차와같은수송기기가차지하 는비중이크기때문에친환경자동차에대한관심이계속증가하고있음 친환경자동차로서기존하이브리드자동차, 플러그인하이브리드자동차, 전기자동 차및수소연료전지자동차개발경쟁이치열해지고있으며, 특히수소연료전지자 동차는신재생에너지를활용한수소생산을전제로할때가장환경친화적인에너 지라고할수있음 (5) 경쟁국전략 각국의전략적저탄소녹색성장추진 상대적으로재생에너지보급률이높은 EU를중심으로온실가스배출량을줄이면 서경제성장을유지하기위한다양한녹색성장전략이활발하게추진되고있음 EU, 미국, 중국, 일본등을중심으로수소를에너지매체로이용하는재생에너지 산업을새로운미래성장동력산업으로발전시키기위해각국이처한상황에적합 한차별화된전략을수립해기술경쟁력을확보하려는전략을채택해가고있음 기후변화위기가속화 일부국가를제외한대부분의선진국들은신재생에너지산업육성을통해기후변 화에따른규제강화에적극적으로대응해가고있음 37

57 2012 산업기술로드맵 신재생에너지( 전기) 4 연료전지 < 표 2-7> 연료전지산업의거시환경분석요약 구분이슈사항주요내용 정책 / 제도적요인 (Political) 경제적요인 (Economical) 사회 / 문화적요인 (Social) 기술적요인 (Technological) 경쟁국전략요인 (Option) 글로벌환경규제와에너지문제확산 에너지및자원확보경쟁심화 글로벌화 국가핵심산업육성 친환경에대한관심고조 원천소재기술강화 보급사업강화 기술집약형고부가가치화 기후변화위기가속화 에너지원의지속적성장요구 친환경에너지정책에따른녹색산업성장 신재생에너지의무할당제 (RPS) 도입및 RHO & RFS 등정책검토 각국의환경규제강화에따른새로운무역장벽예상 석유의존도감소를위한에너지및자원의전략적무기화 신재생에너지와청정에너지를활용한자원의존도감소화노력추진 중국등신흥시장의급성장 FTA 로인한시장글로벌화 높은수출의존도를극복하고국가의핵심경쟁력을높이기위한수출산업육성 신성장동력발굴및국제경쟁력강화를위한신 재생에너지산업육성요구 전력공급안정화및에너지절약요구증대 친환경정책에대한소비자인식변화 성능개선및가격저감을위한신규국가프로그램운영 ( 미국 DOE, 일본 NEDO) 수송용연료전지 2015 년부터본격생산계획( 일본, 미국, 한국 ) 가정용연료전지의공격적보급사업( 일본) 플랜트엔지니어링기술기반의연료전지융합플랜트기술활성화 소형이동용연료전지지의국방전원채택( 미국, DoD) 및물류운반차시판( 미국) 지구온난화속도가속화 각국정부의녹색기술투자확대 국제환경규제및인증제도강화 각국정부의녹색기술투자확대 경제위기에따른민간의녹색부문투자감소 대체에너지개발요구증대 38

58 Ⅱ. 산업의환경변화 (1) 정책/ 제도적환경 글로벌환경규제와에너지문제확산 세계적으로친환경에너지정책에따른녹색산업성장 - 신재생에너지발전차액지원제도(FIT), 신재생에너지의무할당제(RPS), 그린홈 100 만호보급사업, 공공건물신재생에너지설치의무화제도시행계획등으로녹 색산업이성장하고있음 신재생에너지 의무할당제(RPS) 도입등의에너지정책의시행 -2012년부터시행예정으로 2020년까지발전량의 10% 를신재생에너지로보급계획 - 정부가의무대상자(500 MW 이상) 를정하면, 의무대상자는일정기간내에목표 를완수해야함 - 목표는2012년2% 에서 2020년10% 까지점진적으로확대될예정임 세계각국의환경규제강화로새로운무역장벽이예상됨 - 미국은공익산업규제정책법 (Public Utility Regulatory Policies) 의신 재생에너지에 대한의무구매제도(Feed-in-Tariff) 에서재생에너지를사용하는소규모발전소를운 영하는인증시설사업자가의무적으로구입하도록규정하고있음 에너지및자원확보경쟁심화 석유의존도감소를위한노력과에너지및자원의전략적무기화 - 각국정부의신재생에너지보급촉진정책으로석유의존도가감소하고있음 - 최근석유및광물의자원부국의자원무기화에의한자원확보경쟁이심화되고 있음 신재생에너지, 청정에너지활용을통한자원의존도감소를위한노력이추진중 - 세계각국은석유에너지의존도감소를위한신재생에너지보급정책을촉진하고 있음 39

59 2012 산업기술로드맵 신재생에너지( 전기) (2) 경제적환경 글로벌화 중국등신흥시장급성장및 해저가고효율제품이필요한실정임 FTA로인한시장글로벌화로시장경쟁력확보를위 -BRICs 의급성장과함께무역상대국간의FTA 체결이빠르게진행되어글로벌시 장의무역장벽이낮아지고있음 국가핵심산업육성 시장의글로벌화에서대한민국경제는수출의존도가높아국가의핵심경쟁력을높이기위하여미래를대비한수출산업육성이필요함 - 신성장동력발굴및국제경쟁력강화를위한신재생에너지산업의육성이요구되고있음 - 신재생에너지시스템의완제품수출을위한부품소재산업의인프라구축을통한산업경쟁력확보가요구되고있음 (3) 사회/ 문화적환경 저탄소녹색성장기반의에너지확보및에너지자립추진등의친환경에 대한관심이고조 전력공급안정화및에너지절약요구증대 - 전력공급의안정화를위하여분산전원형전력생산을위한신재생에너지수요가증대되고있음 - 석유의존도가높은국내산업구조상고유가지속으로인한에너지문제에대한인식이제고되고있음 40

60 Ⅱ. 산업의환경변화 친환경정책에대한인식의변화및요구증대 - 소비자들의환경보호요구가증대하고있음 - 지구온난화에및이상기온에따른온실가스저감의필요성에따른친환경운동이전개되고있음 (4) 기술적환경 원천소재기술강화 성능개선및가격저감을위한신규국가프로그램운영중( 미국DOE, 일본NEDO) 보급사업강화 수송용연료전지 2015 년부터본격생산계획예정임( 일본, 미국, 한국) 가정용연료전지의공격적보급사업진행중( 일본) 기술집약형고부가가치화 플랜트엔지니어링기술기반의연료전지융합플랜트기술활성화중 소형이동용연료전지의국방전원채택( 미국, DoD) 및물류운반차시판중( 미국) (5) 경쟁국전략 기후변화위기가속화 지구온난화속도가속화에따른각국정부의녹색기술투자확대와국제환경규제 및인증제도를강화하고있는실정임 41

61 2012 산업기술로드맵 신재생에너지( 전기) 에너지원의지속적성장요구 각국정부는녹색기술투자를확대하고있으나최근의경제위기에따른민간의녹색부문투자감소하고있음 일본대지진으로인한원자력발전에대한불안감확대되어친환경대체에너지개발요구가증대되고있음 42

62 Ⅱ. 산업의환경변화 5 IGCC < 표 2-8> IGCC 산업의거시환경분석요약 구분이슈사항주요내용 정책/ 제도적요인 (Political) 기후변화협약등저탄소녹색기술보급 신재생에너지의무할당제 (RPS) 시행 온실가스감축목표를 20 년배출전망치 (BAU) 대비 30% 감축에따른구가온실가스배출저감필요 IGCC는미분탄연소발전대비 CO2 대응에유리 신재생에너지보급목표달성을위한정책추진 2012 년부터발전사업자는총발전량일정비율을신재생에너지로공급의무화 경제적요인 (Economical) 사회/ 문화적요인 (Social) 전력생산의저비용화 고부가가치플랜트산업화추진 국가에너지안보중요성증대 IGCC 에대한인식부족 환경규제에대한능동적대처필요 풍부한가채매장량에따라가격변동성이적은석탄자원 IGCC 플랜트건설비용인하전망 조기국산화를위해기술개발과인력양성병행추진필요 플랜트엔지니어링및 EPC 분야에서수출산업화육성 연료수급, 가격변동성확대에따른전력가격안정성확보필요 청정연료생산으로고유가대비기술로활용가능 기존석탄발전소건설에대한부정적인식확산 환경규제강화, 지자체민원, 신규발전소부지선정난항등국내외환경규제에능동적대처를위한방안마련요구 기술적요인 (Technological) 경쟁국전략요인 (Option) 핵심기술확보중요성증대 특허장벽극복방안필요 주요선진국의산업육성지원강화 실증및상용화가속화 원천기술및핵심부품공급이특정업체에의해독과점시장형성 국내플랜트기본설계능력, 제작경험축적중 핵심기술의선진국기술이전기피 핵심기술특허사항에대한극복방안강구및미개발분야특허출원 기반조성을위한관련법률체계수립, 경제성확보방안마련, 세제지원등활성화방안강구 미국독일일본등은정부지원으로실증플랜트를운전중,, 임 43

63 2012 산업기술로드맵 신재생에너지( 전기) (1) 정책/ 제도적환경 기후변화협약등저탄소녹색기술보급 정부는국가중기온실가스감축목표를 20 년배출전망치(BAU) 대비30% 감축확정함 - 온실가스배출량의 25% 가전력산업에서기인됨에따라고효율발전설비구축을 통한국가온실가스배출저감이요구됨 IGCC는기술특성상기존연소에근간한미분탄연소발전방식에비해서 CO2 대응 이유리함. 친환경성, 고효율,CCS 기술결합에대한장점등으로지속적인시장확 대예상됨 서부발전에서실증플랜트로 300 MW급 1기를건설하고있으며 2015년 11월완공 예정이며플랜트건설종합공정률은 31% 임( 월기준) 제5 차전력수급기본계획(2010 년 12 월) 에300MW 급 2기의 IGCC/CCT(Clean Coal Technology) 플랜트건설계획이반영되어있음 - 사업예정자 : 영남( 남부발전, 17 년준공계획), 군장( 중부발전, 19년준공계획 ) 향후국내폐지발전소차세대친환경화력발전설비구축을위한정책적확대필요 신재생에너지의무할당제 (RPS) 시행 신재생에너지 보급목표(11%, 2030) 달성을위한정책추진필요 2012 년부터발전사업자는총발전량일정비율을신재생에너지로 공급의무화 - 의무비율증대 : 2022년총발전량의 10% IGCC 에대한낮은가중치(REC:0.25) 및인정범위( 총에너지량 10%) 상향조정필요 - 각발전사업자의무할당량을충당을위한 IGCC 건설계획수립중 44

64 Ⅱ. 산업의환경변화 (2) 경제적환경 저가연료사용및기술개발로전력생산단가절감 석탄은가용연한이 200~400 년으로다른화석연료에비해가채매장량이풍부하고 지역적으로편재되지않아가격변동이크지않음 Clean Coal Technology 의기술개발로저급석탄과석유코크스활용및환경 가능함 이슈대응 2020년까지석탄가스화세계시장규모는 IGCC 발전소 20기를포함하여 210억불로 예상되며, 탄소세가현실화되면더욱확대될가능성이있음 중국석탄가스화플랜트의높은성장률이예상됨에따라향후 건설단가인하전망임 5~10년이내상당한 고부가가치플랜트산업화추진 IGCC 실증플랜트건설/ 운영을통한기술확보로플랜트엔지니어링및EPC 업체 해외시장진출을통한수출산업의육성이요구됨 상용기술조기획득을위해서는기술개발과인력양성을병행하여추진하는시장진 입전략수립이필요함 (3) 사회/ 문화적환경 국가에너지안보실현 후쿠시마사고이후석탄발전필요성이증대됨 연료수급, 가격변동성확대에따른전력가격안정성확보를위해청정석탄 이용필요성이증대됨 45

65 2012 산업기술로드맵 신재생에너지( 전기) 청정석탄이용능력향상을통한기후변화협약등환경규제강화에효과적 대응이가능한 CCS기술개발시신규석탄화력발전기술은 IGCC+CCS 가상당부 분담당할것으로예상됨 고유가대비기술로석탄가스화를통한전기, CTL, SNG, DME 플랜트시장까지 확대가가능할것으로전망됨 국민의 IGCC에대한인식부족 환경민원증가및기존석탄발전소건설에부정적인식이확산됨 고청정에너지욕구는증대하나전력요금상승에대해서는부정적임 IGCC가친환경발전기술로신에너지분야에분류되어있지만석탄이용기술이기 때문에환경오염시설이라는잘못된인식이존재함 환경규제에대한능동적대처필요 환경규제강화( 환경관련부담금제도및탄소세도입), 지자체민원, 신규발전소부지선정난항등국내외환경규제에능동적대처를위한청정석탄발전기술도입필요성이대두됨 (4) 기술적환경 IGCC 선점화를위한기술개발가속화 선진업체가공정원천기술및핵심부품을독점하고있어시장진입이어려움 - 가스화기등주요핵심기술의이전및노출에대한경계확대 플랜트기본설계능력과제작경험축적중임 - 국책사업을통해태안 IGCC 1 호기설계/ 제작/ 건설역량확보추진중 - 국산화가능품목( 예시) : 가스화기, 가스냉각기, 각종 Vessel, HCN-COS 반응기, Sour Water Stripper, 열교환기, 소모성기자재( 고온필터, 압력밸브등) 46

66 Ⅱ. 산업의환경변화 IGCC 기술은플랜트이용률이 80~85% 수준이며현재플랜트용량은 300MW 수 준이나, 최근해외에서 600MW급으로건설및운전중임 - 기술성, 안전성, 이용률향상과건설단가절감이요구됨 건설플랜트수증가및가스터빈단위용량증가에따른건설단가저감이예상됨 CCS와의연계성이우수하여 CO 2 의무감축시경제성우위가가능함 기술개발특허장벽극복방안필요 선진국의기술이전기피및노출에대한경계로자체기술개발이요구됨 핵심기술특허사항에대한극복방안강구및미개발분야에대한특허출원이요구됨 관련연구인력교육및배출을위한 R&D 체제활성화가요구됨 (5) 경쟁국전략 미래주요에너지산업으로연구개발추진 최근일본, 중국의급성장과경쟁심화에따라각국에서는미래석탄에너지산업 의중요성을감안하여 IGCC 활성화기반조성을위한관련법률체계수립, 경제성확 보방안(kWh 단가산정), 세제지원등활성화방안을강구중임 국가적사업추진성과극대화를위해건설, 연구개발, 기술보급을연계추진함 대규모자금투입을통한실증및상업용플랜트운전 미국, 독일, 네덜란드, 일본에서는정부지원에힘입어 ( 미국50%, 유럽10%, 일본33 90%) MW 급실증IGCC 플랜트 6 기( 미국2 기, 네덜란드, 스페인, 일본, 중국 각각 1 기) 를운전중임 미국은전략적으로 600MW급상업용플랜트 1기를건설하여운전중임 47

67 2012 산업기술로드맵 신재생에너지( 전기) 6 소수력 < 표 2-9> 소수력산업의거시환경분석요약 구분이슈사항주요내용 정책/ 제도적요인 (Political) 경제적요인 (Economical) 사회/ 문화적요인 (Social) 기술적요인 (Technological) 경쟁국전략요인 (Option) 지구온난화및환경규제강화 자원공급의불안정성증대 기존산업의신성장동력화창출 에너지자원의고효율 친환경화 지역사회발전연계강화 레저및여가활동을위한인프라확대 핵심설비의국산화및글로벌경쟁력향상요구증대 발전설비의효율화요구증대 저탄소녹색성장에적극대응 북한수력발전재건대비기반확보필요 에너지절감을위한고효율설비요구증대 온실가스배출에따른지구온난화가속 RPS 제도에따른수요증가및 REC 거래활성화 CDM 개발사업확대 자원고갈위험에대비한자원외교강화 국내부존자원을활용하는국산에너지개발활성화 에너지시장의불안정성에따른에너지자립화 유가상승에따른수력발전개발요구증대 발전설비국산화를통한산업인프라 ( 인력, 설비) 확대 해외사업진출에따른사업다각화 정부의전주기적지원정책을통한전문업체육성 간소화및고효율수차발전시스템개발 패키지화된일체화시스템확보로시장확대 설계제작기술력의상업화 친환경에너지개발욕구증대 지역사회기반시설제공을통한지역경제기여 도심내소하천을이용한수력에너지활용가능 친환경개발을통한지역관광자원활성화 친수공간확보를통한여가활동인프라조성 수출을위한가격경쟁력확보 기존노후설비의교체수요증대에대비한핵심설비기술의확보로외국기자재대체필요 글로벌시장국제표준및평가기준강화필요 친환경무공해고효율발전설비설계특화기술육성 설비신뢰성과정비편의성제품수요증대 노후설비성능개선및현대화의체계적추진 종합진단분석이 가능한토탈솔루션개발필요 친환경녹색에너지기술개발및투자확대 탄소배출최소화, 지속가능에너지사업확대 저개발국가의기술력향상 남북관계변화에대비한대북전력지원필요성제기 북한수력발전재건을위한국내기술력확보필요 48

68 Ⅱ. 산업의환경변화 (1) 정책/ 제도적환경 지구온난화및환경규제강화 온실가스배출에따른지구온난화등전지구적환경이슈로부각됨 무분별한개발을방지하고온실가스방출을제한하여지구온난화를막기위해제 정된국제환경관련규제는새로운무역규제로활용될전망이며, 이에따라친환 경녹색산업의중요성이확대되고있음 우리나라를비롯하여세계주요국들은녹색산업에대한적극적인육성및지원정책 을추진중임 - 국내신재생에너지확보를위해일정규모이상의발전사업자에게총발전량중일정 량이상을신재생에너지전력으로공급토록의무화한 RPS 제도를 2012 년부터도입함 - 의무공급량확보를위해다양한형태의신재생에너지설비확대와기업간 REC 거래가활성화되면서국내기업의국내외 CDM 개발사업이확대되고있음 자원공급의불안정성증대 국내필요한에너지의대부분을수입에의존하는자원빈국으로서산업발전에필요 한자원의안정적공급과장래자원고갈의위험에대비한자원외교강화 국내부존자원을적극활용할수있는다양한국산에너지원의개발활성화 - 국내부존자원을활용하는수력발전은 5분이내의짧은시간에전력생산이가능 하여전력수요변화에가장신속하게대응할수있는기동특성과부하응동력으로 첨두(Peak) 부하와주파수조절을담당하여전력계통안정화에중요한역할을담당 하므로동일기능의유류발전소대체로이산화탄소배출량감소가가능하며이를 통해원유수입저감에기여 유가상승에따른수력발전개발요구증대 - 수력발전의원가구성은자본비가대부분으로인플레이션이나연료비가격변동이 거의없으므로국제에너지시장의불안정성에따른에너지자립화및지속적인유 가상승에따라국내부존자원으로서의수력발전개발요구가증대되고있음 49

69 2012 산업기술로드맵 신재생에너지( 전기) (2) 경제적환경 기존산업의신성장동력화창출 발전설비국산화를통한산업인프라확대 - 수입의존도가높은발전설비의국산화를통해관련산업활성화및기존인력과 설비인프라의활용도제고와새로운고용창출 수력에너지플랜트사업진출에따른사업포트폴리오다각화 - 국내전력생산위주의발전산업에서탈피하여에너지플랜트로서의해외수력사 업에진출하고, 개도국의자원개발과연계한관련사업다각화및시장활성화를 모색중임 정부의전주기적지원정책( 기획-개발- 수출) 으로전문업체육성 - 핵심기술개발및설비국산화를통하여경쟁력있는국내우수중소기업을육성하 고대기업과해외에너지플랜트사업에동반진출함으로써새로운성장동력창출 을모색함 에너지자원의고효율친환경화 친환경에너지개발욕구증대 - 국제적인환경요인에부응한기술적, 사회적, 환경적효과의높은기대치로인하 여가장안정적인기반기술과첨단정보통신기술이확보되어있는수력에너지개 발에대한욕구가증대되고있음 설계제작기술력의상업화 - 국내외 친환경소수력발전건설활성화를위해서는민간부문에서쉽게접근가 능하고, 다양한고객의니즈를충족시킬수있는상업화된설계제작기술력이필 요함 설치, 운전, 정비가용이한간소화되고패키지화된일체화시스템과동일수량으로 최대의에너지확보가가능한고효율수차발전시스템개발이요구됨 50

70 Ⅱ. 산업의환경변화 (3) 사회/ 문화적환경 지역사회발전연계강화 소수력건설에따른댐, 보및저수지의조성으로확보된수자원은지역사회핵심 기반시설로서지역경제에기여가가능함 환경유해논란및민원등의가능성이적은도심내에위치한소하천을이용한수 력에너지활용이가능함 과거공공부문의전유물이었던물산업에민간부문참여가확대되면서용수의개 발및공급등물산업에대한기업의관심이고조되고있음 레저및여가활동을위한인프라확대 친환경개발로지역관광자원활성화 - 댐및발전시설은개발에따른민원등으로주로산간오지에건설되므로낙후된지역관광자원으로서의역할과관광객유치에따른지역경제활성화에기여가능함 친수공간확보를통한여가활동기여 - 소수력건설시조성된저수지가조성됨에따라친수공간확보를통한지역사회의기반시설로지역주민에게고품격문화관광장소를제공하고문화적행사등각종행사장소를제공할수있어다양한형태의여가활동에기여가능함 (4) 기술적환경 핵심설비의국산화및글로벌경쟁력향상요구증대 노후설비교체시외국기자재대체효과 - 국내운영중인발전설비의노후화에따라지속적인설비교체가필요하나, 핵심설 비는외산기자재에의존함으로써국부유출및원가인상요인이발생됨 51

71 2012 산업기술로드맵 신재생에너지( 전기) - 국내노후설비교체시국산기자재를적극활용하여기술개발수요를창출함으로써국내수력시장의협소화방지및경쟁력확보기반제공이가능함 국내수력개발시장확대에기여 - 저가의고품질기자재를제공함으로써국내미활용수자원을이용한수력개발활성화에기여함으로써국내수력시장확대가가능함 해외사업수주경쟁력제고 - 국내관련기업들의해외시장진출시수차발전기등핵심기자재를국내기업을통해저렴하게조달할경우사업수주경쟁력확보및수익성제고가가능함 수력시장규모가확대되고글로벌시장형성에따른국제표준및평가기준강화에따른국제수준의수력발전성능평가인증기술확보가필요함 발전설비의효율화요구증대 친환경무공해고효율발전설비설계특화기술육성 -Fish-friendly 수차등수생태계에영향을최소화한친환경적발전설비설계 적용이요구됨 - 하천유류유출방지및작업환경개선을위한수윤활방식채택과오일분산 방지, 소음진동 저감등등환경위해유발요인을최소화하는특화기술이개발 중임 - 수차효율향상을위한유사침식방지, 조도개선을위한러너코팅기술이개발 중임 효율향상을통한발전량증대요구증가 - 발전수익증대, 원가절감, 수자원이용률향상을위한효율향상요구및필 요성이증가됨 설비신뢰성과정비편의성제품수요증대 - 저낙차, 소형수력개발이증가함에따라설비운영고도의기술인력이필요없는 고장이없고점검정비가 용이한제품에대한시장수요가 노후설비성능개선및현대화의체계적추진 증대됨 52

72 Ⅱ. 산업의환경변화 - 합리적인수명관리기준에입각하여체계화된프로세스에따라노후발전설비의 상태진단및평가를통해최적의개선방안을도출하고향상된설계와부품 소재를적용하여설비를교체중임 종합진단분석이 가능한토털솔루션개발 - 가동중인발전설비의진단 분석을통해운전상태와성능 열화정보를종합적 으로제공하는토털솔루션개발요구가증대됨 - 준공또는가동중인수차및발전기의국제수준의현장효율측정기술개발을 통한측정기술국산화개발및고효율수차발전기술개발기반마련 (5) 경쟁국전략 저탄소녹색성장에적극대응 친환경녹색에너지기술개발및투자확대 - 세계주요국은새로운무역규제로작동하고있는국제환경기준준수와관련시장 선점을위해친환경녹색에너지기술을개발하고투자규모를확대하고있음 수력은탄소배출을최소화하는친환경에너지원 - 비OECD 국가를중심으로지속적인개발이진행되고있으며, 대규모개발이완료 된OECD 국가의경우친환경설계기술을적용한환경친화적설비로교체중임 - 수력은이산화탄소 (CO 2 ) 배출량이가장적어범세계적인환경규제에대비하는 친환경청정에너지로지구온난화방지에공헌하고있음 지속가능에너지사업 - 수력은바이오매스에이어재생에너지중두번째의규모를차지하며, 전세계 재생에너지발전증가의 저개발국가의기술력향상 27% 를차지하는등미래에빠른증가가예상됨 - 저개발국가의경우에도자국의풍부한수자원활용을위하여건설과운영이용이 한소수력에대한집중육성으로기술력이점차향상되고있음 53

73 2012 산업기술로드맵 신재생에너지( 전기) 북한수력발전재건대비기반확보필요 장래남북관계변화시대북전력지원필요성제기 - 북핵문제해결등장래남북관계개선시북한경제재건을위한에너지지원방 안의하나로대북전력지원가능성제기 북한수력발전재건을위한국내기술력확보필요 - 북한경제재건에필요한안정적전력확보를위해서는기존노후수력발전소개 보수방안이단기적으로는현실성이높음 - 장래북한의노후수력개보수시장에진출하기위해서는대용량수차발전설비를 공급할수있는국내제작업체육성이필요하고특히수차발전기등핵심기술에 대한국산화개발이시급함 - 중대형및소형등다양한형식과용량의수차발전설비공급이가능하고, 가격및 품질경쟁력을확보한국내우수전문제작업체양성이필요함 - 소수력개대체 및개발을통한북한주민삶의질향상과에너지의군사적이용 우려해소를위한농촌지역전력공급등에대한접근이필요함 54

74 Ⅱ. 산업의환경변화 7 해양 < 표 2-10> 해양산업의거시환경분석요약 구분이슈사항주요내용 정책 / 제도적요인 (Political) 경제적요인 (Economical) 사회 / 문화적요인 (Social) 기술적요인 (Technological) 경쟁국전략요인 (Option) 신재생에너지비중확대정책추진 해양공간관리의체계화필요성증대 세계경제침체와국제유가불안정에따른대체에너지원부각 녹색산업의성장 친환경저탄소녹색성장요구증대 기후변화위기가속화 해양에너지상용화요구확대 해양구조물설계및시공기술의발달 환경규제강화 원천기술확보노력가속화 2030년까지 1차에너지중신재생에너지비율 11.5% 까지확대 2012 년부터신재생에너지의무할당제 (RPS) 도입 발전사등신재생에너지개발확대 해양공간을이용하는타산업이해관계자와의갈등및이해조정 해양에너지시설설치허가, 승인절차의간소화 세계적인경제침체장기화와유럽의금융불안심화 산유국들의정세불안및개도국의수요급증 자원민족주의등의에너지자원의정치적무기화 대체에너지원으로셰일가스대두/ 출현 자원, 환경및에너지문제해결을위한그린비즈니스사업성장 조선산업, 중공업, 해양토목업등을중심으로해양에너지개발과연관된산업기반발달 소비자들의온실가스저감및환경보호요구가증대 친환경에너지생산설비에따른지역주민과의갈등심화 해양에너지발전구역지정및생태계보호규정제정 지구온난화속도가속화 기후변화에따른자연재해발생가능성증대 발전단가를낮추기위한발전설비대형화 다양한에너지개발기술육성필요 해양에너지개발경험및기술인력부족 신뢰성확보를위한실증시험장건설필요 자원량이풍부한외해, 심해역의관심도증대 고정식해상플랫폼, 해저터널건설등의경험을통한해양에너지개발기반기술확보 선진국의환경규제강화에다른무역규제우려 일본원전사고에의한환경재앙논란가중 중장기적인투자와기술경험축적을통한원천기술확보노력 55

75 2012 산업기술로드맵 신재생에너지( 전기) (1) 정책/ 제도적환경 국가에너지기본계획에서신재생에너지 비중확대 세계환경규제이슈가확대되면서, 각국정부의신재생에너지공급확대 년부터신재생에너지의무할당제 (Renewable Portfolio Standards, RPS) 가도입되 면서 2012년부터지정된전기공급의무자는총공급량의 2% 를신재생에너지에 서전력으로충당해야하며, 2022년에는 10% 까지늘리도록의무화됨 에너지정책변화 - 과거의안정적에너지공급또는에너지이용합리화를위한노력에서저탄소녹색 성장을에너지부문에서뒷받침하고, 석유이후의시대에대한전략적대응을위한 장기에너지정책으로전환함 정부의신성장동력육성정책 - 신성장동력3 대분야즉, 녹색기술산업, 첨단융합사업, 고부가가치서비스산업중 녹색기술산업에신재생에너지산업이포함되면서미래성장동력으로서해양에너 지활용이요구됨 해양공간관리의체계화 - 시설최적지선정을위한해양공간활용을위해정부주도하에해양공간을이 용하는타산업이해관계자와의갈등및이해를조정하고, 해양에너지시설설치 허가및승인절차간소화가요구됨 (2) 경제적환경 해외경제환경트렌드변화 선진국경기회복불투명 - 미국과일본의경제침체장기화와유럽국가들의금융불안요소가상존하고있음 56

76 Ⅱ. 산업의환경변화 국제유가불안정 - 산유국들의정세불안, 개도국의수요급증, 에너지수송로의한정, 정치군사적 위협상존, 최근에는서방제재로이란원유생산 10년내최저수준까지떨어짐 에너지자원 유한성 - 한정된자원매장량으로석유46 년, 가스64 년, 석탄122년등자원고갈위험성이 존재하며, 자원민족주의같은에너지의정치적무기화가도모되고있음 대체에너지원으로셰일가스대두/ 출현 - 셰일층(Shale) 에천연가스가존재한다는사실은이미오래전에알려졌지만경제 성이낮아오랫동안주목받지못하다가, 새롭게등장한수평시추와수압파쇄기 술로경제성이확보되면서미국의산업지형도를근본적으로바꾸고있음. 미국은 물론호주, 러시아, 중국등도셰일가스개발에참여하고있음 - 셰일가스개발에사용되는수압파쇄기술이심각한환경오염을유발할수있다는 논란은있으나, 수압파쇄에따른지하수오염가능성에대한전문가들의회의적 인반응에따라전세계천연가스시장이전환기에들어섬 녹색산업의성장 그린비지니스의성장 - 자원, 환경및에너지문제해결을위한관련사업및시장이성장중이며, 탈화석 원료화를위한대체에너지개발필요성이대두되면서그린비즈니스가성장중임 해양에너지개발시대의도래 - 전세계적으로단위기기대형화, 단지대규모화등에따라해상풍력개발이본격화 되고있으며, 해상풍력이후에는파력, 조류등해양에너지개발로이어질전망임 해양산업수요증가 - 강력한규제를통해녹색시장을창출하고, 국제표준화논의에주도적으로참여하 여공공-민간협력체제를구축함으로써해양에너지발전사업에따른연관시장 을확대시키고, 조선산업, 중공업, 해양토목업등을중심으로해양에너지개발과 연관된산업기반을구축함으로써연구개발의결과가부가가치창출로직접연결 되도록추구 57

77 2012 산업기술로드맵 신재생에너지( 전기) (3) 사회/ 문화적환경 친환경저탄소녹색성장요구증대 소비자들의온실가스저감및환경보호요구증대 - 생태적으로민감한지역( 어업및해운등산업활동이빈번하게이뤄지는곳) 에서 의해양에너지설치에따른갈등이심화로사회적반발에직면함 - 해외에는 R&D 지원과함께해양에너지발전구역을미리지정하고, 해양생물보 호를위한규정을제정함 기후변화위기가속화 지구온난화속도가속화 - 지구온난화속도가속화및해수면상승에따라저탄소녹색성장을추구함은물 론, 선진국의환경규제가강화되고, 교토의정서및발리로드맵에탄소규제를 채택함으로써각국정부의녹색기술투자가확대되고있음 탄소가스배출이자연재해대형화의주원인이라는인식팽배 - 기후변화의주원인탄소가스배출로슈퍼태풍등대형자연재해발생가능성이높 다는인식이팽배해지면서, 대안으로신재생에너지원에대한개발요구가증대됨 (4) 기술적환경 해양에너지상용화요구확대 발전단가저감을위한발전설비를대형화와단일발전에서복수에너지를동시에 이용하는복합발전개발등발전방법과규모의번화가요구됨 심해및가혹한환경대응기술, 플랜트융복합기술, 신재생에너지복합기술등에 너지수요및자원대응기술육성이요구됨 58

78 Ⅱ. 산업의환경변화 해양에너지개발사업은경험및기술인력이부족하고, 해양에너지를주력으로하 고있는기업의역량이부족한관계로기술경험축적이중요함 실해역실증시험장건설필요성 - 해상시스템의유지/ 보수작업이육상시설에비해상대적으로어려운만큼시스템 신뢰성을확보하기위하여실제운용환경과동일한조건에서충분한기간동안 검증을수행할수있는실해역실증시험장건설이필요함 해양구조물설계및시공기술의발달 외해및심해지역설치필요 - 자원량이풍부하나연안의경제활동구역에서떨어진외해와심해역에서사용할 수있는부유식, 자켓식등의설치방식개발이요구됨 해저시공기술의발달 - 고정식해상플랫폼, 해저터널건설등의경험으로해양에너지개발에필수적인 기반기술확보가요구됨 (5) 경쟁국전략 환경규제강화 무분별한개발을방지하고온실가스방출을제한하여지구온난화를막기위해제정된국제환경관련규제는새로운무역규제로활용될전망임 일본대지진으로인한원전폭파사고로인해원자력발전소안정성및방사능유출에따른환경재앙에대한논란이가중되고있음 원천기술확보를통한기술우위및경쟁력확보 산발적인지원과개발자의분산으로는기술경험축적이불가능하므로, 중장기적인 투자와기술경험축적을담보할주체마련이시급함 59

79

80 2012 산업기술로드맵 신재생에너지 ( 전기) Ⅲ. 산업동향

81

82 Ⅲ. 산업동향 1 태양광 (1) 시장동향 가. 해외시장동향 세계태양광시장의현황및전망 세계태양광시장은 2006년부터 2010년까지연평균성장률 77% 로급성장하였 음. 그러나 2010년을정점으로성장률이감소하면서 2011년에는전년대비 33% 성 장하는데그침 2011년부터 2015년까지연평균성장률 15~20% 대로꾸준히설장할것으로예상됨 * 자료 : SNE 리서치 < 그림 3-1> 세계태양광시장규모전망 년이후, 태양광보급관련정책지원축소(FIT 축소및폐지, 기지원제도종 료등), 폴리실리콘가격급락및공급과잉등에의한전반적인태양광산업침체 에도불구하고 15~20% 대의연평균성장률이예상됨 - 11 년후쿠시마사태이후일본의태양광산업육성, 중국과인도의분산전원확대, 선 63

83 2012 산업기술로드맵 신재생에너지( 전기) 벨트지역국가의태양광산업확대에따라 15~20% 대의연평균성장률이예상됨 - 어려운주변상황( 유럽발재정위기, 공급과잉등) 에도불구하고 2012년 28GW 이 상의시장이형성된것으로예상되며, 2013년에는 36~38 GW 규모까지성장할것 으로전망됨 지금까지세계태양광시장을주도해왔던유럽( 독일및이탈리아) 국가들에더하여 미국, 중국및일본이함께향후태양광산업을이끌것으로예상됨(5 개국점유율 : 74% 수준) * 자료 : SNE 리서치 < 그림 3-2> 지역별세계태양광시장점유율전망 결정질실리콘태양전지 11 년이후폴리실리콘가격의하락, 대량생산체제를구축한중국기업들중심의 공급과잉등의직접적인요인과유럽發 재정위기, 후쿠시마사태등의간접적인 요인이복합적으로작용하여, 결정질실리콘태양광산업은체질개선을위한구조 조정이급속도로진행되고있는상황임 ( 폴리실리콘) 폴리실리콘공급과잉및가격급락으로주요기업들간의구조조정이 활발히진행되고있음. 독일의 Wacker, 노르웨이의 REC 등은반도체용콜리실리콘 생산에주력하고있으며, 한국의 OCI, 중국의 GCL 등도가격경쟁력을확보하기위 해노력하고있음 64

84 Ⅲ. 산업동향 ( 잉곳/ 웨이퍼, 셀, 모듈) 중국기업들의규모의경제(GW 급생산캐파) 달성, 수직계 열화확보를통한가격저감및생산량증대로전세계시장이침체상태이며, 현재 는공급과잉을해소하기위해실질생산량을조절하고있음 ( 시스템) 설치시장은 `11년이후15~20% 대의안정적인성장세를유지하고있으며, 독일, 미국, 아시아( 중국, 인도, 일본등) 및선벨트(SunBelt) 지역에서대규모발전 사업또는분산전원시장이확대되고있음 박막태양전지 박막태양전지는광흡수층소재에따라비정질실리콘(a-Si), CIGS, 염료감응형 (DSC), 유기박막(OPV) 등으로구분되며, 기판재료에따라기존타입( 결정질실리 콘태양전지타입) 과 Flexible 타입으로도분류됨 다양한소재를사용하고있는박막태양전지는 First Solar( 美 ) 에서생산하고있는 CdTe 태양전지가최근 10 여년간시장을주도하고있지만, 16% 의모듈효율한계 를극복하지못하고있는상황임. 따라서다른박막태양전지의개발을통해이를 극복하기위한연구가활발하게진행되고있으며, 그중에서 CIGS 박막태양전지 가가까운미래에가장유력한후보로자리매김할것으로전망됨 < 그림 3-3> 박막태양전지종류별모듈생산량전망 65

85 2012 산업기술로드맵 신재생에너지( 전기) ( 실리콘박막) 결정질실리콘태양전지가갖고있는가격대비효율문제및생산성 문제를극복하고태양전지의제조단가를획기적으로줄일수있는대안으로실리 콘박막태양전지가주목받았지만, 최근결정질실리콘태양전지의가격급락으로 어려움을겪고있음. 현재효율증대및Application( 예:BIPV, 휴대용등) 확대등에 대한연구개발이진행중에있음 (CIGS 박막) 일본의 Solar Frontier( 舊, Showa Shell), Honda Soltec, 독일의 Wurth Solar, Solibro, Solarion, 미국의 Global Solar, Nano Solar, Miasole, Stion, Solopower 등 에서Manz, Centrothem 의Turn-key 장비를활용하여양산성을확보하여`13 년이후 시장에참여하기위해서노력하고있음 (DSC, 염료감응) 해외주요연구기관에서현재모듈이갖고있는문제( 신뢰성, 전 해질누액및고체화등) 를해결하기위한연구개발이진행중이며, BIPV 등다양 한응용처에적용할수있는모듈의개발을위해노력하고있는상황임 (OPV, 유기박막) 시장진입단계라기보다는연구개발단계에있으며, 미국의 Solarmer Energy, 일본의 Mitsubishi Chemical, 독일의 Heliatec 등에서효율향상, 양 산화등을위한연구개발이진행중임 나. 국내시장동향 우리나라태양광시장의현황및전망 현재우리나라태양광시장은정부지원사업에의존하고있으며, 기본적으로는정 부의신재생에너지 보급계획을따르고있음 2012년국내태양광시장규모는 252 MW 규모로세계시장의성장세를감안할때 그규모는매우작다고볼수있음 우리나라신 재생에너지보급계획은 1997 년 1 월수립한 제1 차신 재생에너지 기술개발및이용 보급기본계획 을시작으로현재는 2008 년에수립된 제3 차 신재생에너지 기술개발및이용보급 기본계획 에따라추진되고있음 - 이계획에따르면 2030년까지전체에너지의 11% 를신재생에너지로 공급할계 66

86 Ⅲ. 산업동향 획임 년에는 제4 차신 재생에너지기술개발및이용 보급기본계획 을새 로이작성할예정이며, 이에는보급목표의확대와함께기존계획에추가하여산 업활성화를위한계획도수립할계획임 태양광지원정책에의해 2011 년까지발전차액지원제도를운영하였으며, 2012년부 터는공급의무화제도를시작함 - 이기본계획에따라 2012년 200 MW 할당을시작으로 2016년까지매년 20 MW씩 증가시킬예정이었으나최근태양광산업내수진작을위해RPS 태양광보급계획 을 2015년까지조기달성하는것으로목표를변경함 국내태양광산업은짧은업력에비해크게성장하면서 Value Chain 상에있는많은 기업들이창업하여투자를하였지만, `11년이후태양광산업전분야의가격하락 으로인해국내많은기업들이현재구조조정되고있는상황임 국내기술수준은기술선도국과격차가크지않고, 반도체/ 디스플레이의제조기술 기반확보, 중국과일본사이에서기술과가격경쟁의치킨게임에서이를극복한 경험등을통해현재의위기를충분히극복할수있을것으로전망됨 - S-에너지, LS산전등이발전시스템에서경쟁력을확보하며태양광산업의새로운 패러다임을제시하면서국내업계에좋은벤치마킹사례가되고있음 67

87 2012 산업기술로드맵 신재생에너지( 전기) (2) 기술동향 가. 해외기술동향 결정질실리콘태양전지 단결정실리콘을사용한태양전지의최고변환효율은호주의 UNSW(Universityof NewSouthWales) 대학이발표한 의 25.0%(4cm 2 ) 이며, 다결정실리콘태양전지는독일 Fraunhofer ISE에서발표한 20.4%(1cm 2, Thickness 99 μm) 가최고효율임 미국의 Sunpower 社는전면에위치한전극을모두후면에두는후면전극형 IBC(Interdigitated Back Contact) 셀을개발하여현재 20% 대의양산용셀(125mm x 125mm) 을생산하고있으며, 24.2% 까지효율을달성함 일본의 Sanyo社는결정질실리콘기판위에 Intrinsic 비정질실리콘을 PECVD 방식으로성막하여만든 HIT(Hetero-junction with Intrinsic Thin layer) 셀을개발하 여상용화하였으며, 23.7%(100mm x 100mm) 까지효율을끌어올림 현재전세계결정질실리콘태양전지생산량의 90% 이상을점유하고있는셀은 p-type Screen Printed 셀로서, 생산되고있는단결정셀(156mm x 156mm) 의평균효 율은 18~19% 이며, 다결정셀의평균효율은 16%~17% 임 - 최근고효율양산용셀을제조하기위한기술로선택적에미터, 전후면패시베이 션, 후면국부전극, Back Surface Field 기술등이주목을받고있으며, 이를위한 도핑기술, 증착기술, 프린팅기술등이개발됨으로써태양전지의효율향상에 크게기여하고있음 결정질실리콘태양전지는이론적효율에가까워져 R&D를통해성능을획기적으 로개선할수있는여지는비교적작은상황으로, 효율증대보다는소재개발및 생산기술개선을통한원가절감에초점이맞춰져있음 - 다결정태양전지의성능을단결정태양전지수준으로높일수있는유사다결정웨 이퍼개발이시도되고있으며, 전지수명향상을위한보호소재연구도진행중임 - 웨이퍼두께를줄여폴리실리콘의소모량을줄이는연구와, 모듈제작시효율이 저하되는문제(CTM Loss) 를해결하기위한연구도활발히진행중임 68

88 Ⅲ. 산업동향 상업용 p-type Screen Printed 셀은약 200μm두께의웨이퍼를이용하여제조하고있 으며, 최근원가절감을위해박형화셀과관련한연구개발이많이진행되고있음 - 기존의셀제조공정중일부공정의변화가불가피하며, 특히기존의상업용셀제 조에서전후면전극을형성하기위해사용되는고온열처리공정을대체할수있 는기술도필요함 - 최근 160 μm두께를갖는웨이퍼를이용하여양산을시도하고있으며, 실험실기준 에서는 120 μm초박형셀기술개발을위한연구가진행되고있어, 100 μm이하의웨이퍼가양산에사용될것으로전망됨 2020년들어서는 * 자료 : Data - Photon, Graph - Willeke Fraunhofer ISE 2012 < 그림 3-4> 최근 10년간태양전지종류별세계최고모듈효율 < 표 3-1> 상용화된태양전지의효율현황 기술종류 박막전지(2,3 세대) 결정형실리콘(1 세대) a-si CdTe CIGS DSSC 단결정다결정 전지효율 (%) Module Efficiency (%) 필요면적 ( m2/kw) * 자료: EPIA,

89 2012 산업기술로드맵 신재생에너지( 전기) 박막태양전지 박막태양전지는저렴한생산단가와넓은응용분야를가지고있어결정질실리콘 태양전지를이을차세대기술로주목받고있음 - 박막태양전지는단순한제조공정및실리콘기판대신유리와같은저렴한기판의사용이가능하여제조단가를저감할수있으며, 가벼운무게와 Flexible 한특징은건물외장재등다양한제품군에의적용에유리함 실리콘박막태양전지는기판형태를기준으로유리기판및플렉시블기판이용 전지로나눠지며, 태양전지의고효율화를위해다중접합기술, 광포획기술및생 산성향상을위한 mc-si 고속증착과대면적양산화장비기술등이광범위하게개 발되고있음 - 유리기판을중심으로기술개발을진행하고있는대표적인기업으로는 TELSolar AG( 일본), Mitsubishi Heavy Industry( 일본), Sharp( 일본), KANEKA( 일본), ULVAC ( 일본) 등이있음 - 플렉시블기판을중심으로기술개발을진행하고있는대표적인기업으로는 Fuji Electric( 일본), Flexcell( 스위스), Nuon( 네덜란드), Power Film( 미국) 등이있음 실리콘박막태양전지가현재갖고있는효율문제 (7~9%) 및생산성문제를극복 하고태양전지제조단가를획기적으로줄일수있는차세대박막태양전지제조기 술에대한연구가진행되고있으며, 나노기술을기반으로하는실리콘박막태양전 지기술들이원천기술형태로개발되고있음 CIGS 박막태양전지는 2010년독일ZSW에서소면적기준 20.3% 의최고효율을달 성함으로써실험실수준에서는다결정실리콘태양전지수준에도달할정도로높 은효율상승여력을보여주고있으며, 기존의 CdS 버퍼층을 ZnS로대체하여중금 속인 Cd의유해성이슈에서도벗어나려는노력을보여주고있음 CIGS 박막태양전지의경우일본 Solar Frontier 의 1GW급투자및 Turn-key 장비업 체출현으로그동안의약점이었던양산성이슈가해결될것으로보이며, 향후본격 적으로시장점유율을높여갈것으로예상됨 상업용대면적 CIGS 박막태양전지의효율또한독일의 Wruth Solar, 일본의 Solar 70

90 Ⅲ. 산업동향 Frontier 등에서패널기준으로 14% 를넘는등다결정실리콘태양전지에근접한 수준에도달함 90 년대초반, 소면적실험실 Cell 기준10% 대의효율로혜성같이등장한염료감응 태양전지는그후수많은노력에도불구하고아직 12% 대의최고효율에머물러 있지만, 그동안의노력에힘입어소자의특성규명과장기안정성, 대면적화측면 에서괄목한만한발전을이룩함 - 일본의Sony, Toyota, Sharp, 호주의 Dyesol 등세계의많은업체들이DIPV 나BIPV 용으로의활용을위해실용화연구를추진하고있으며, 서브모듈기준 10% 에근 접하는결과들이발표되고있음 전통적인액상염료감응태양전지분야에서는선구자인스위스의 Gratzel 교수그 룹이포피린계염료와코발트계 Redox쌍을이용하여 2011년말에발표한 12.3% 가 아직세계최고효율이며, 2012년말에유무기 Perovskite 계염료와 OMeTAD 고상 전도물질을이용한고상염료감응태양전지( 효율 10.9%) 가영국옥스퍼드大 Snaith 교수팀에의해발표되면서큰주목을받고있음 2000년대들어 10년만에효율 10% 대로진입한유기박막태양전지(OPV) 의경우, 그동안실용화개발의선두주자였던미국의 Konarka 社가2012년에도산하면서다 소발전속도에제동이걸림 - 그럼에도 OPV 의차별적인특성과용도, 성능향상에고무된많은기업들이여전 히물밑연구개발에박차를가하고있음 - 독일의 Heliatek 이2013년 1월저분자진공소자에서 12.0%( 면적 1.1 cm 2 ), 일본의 Mitsubishi Chemical 이저분자습식소자에서 12% 에육박하는최고성능을발표하 고있음 OPV의주종인습식고분자소자에서는미국의 UCLA와일본의 Sumitomo 협동팀 이2층탠덤소자에서 10.6%, 단층소자에서는 2010년미국의 Solarmer 社가셀효율 8.13%, 소자수명 3 년이라는성능을발표한바있으며, 유럽의 IMEC/Polyera 협동팀 도 2012년에 9.1% 를발표하였음 71

91 2012 산업기술로드맵 신재생에너지( 전기) 나. 국내기술동향 국내태양광산업은짧은업력에비해크게성장하였음 -2004년국내태양광산업매출은330 억원이었으나2010 년59,097 억원으로빠르게 성장하였으며, 세계시장점유율도 2004년0.4% 에서7.0% 로비약적으로성장하였음 - 최근태양광산업은 2010 년기준우리나라신 재생에너지산업전체투자액의 80% 를차지할정도로집중적인투자를진행하였으며, 그결과우리나라신재생 에너지매출의 하였음 70% 를차지할정도로신재생에너지 산업의중심산업으로성장 년한국태양광산업의수출액은37 억8,750만달러로태양광총매출의75% 를차지하였고원자력산업의수출규모를뛰어넘었음 하지만국내태양광산업의기술수준은태양광기술선도국과비교해보면아직도 분야별로격차가분명히존재하며, 독자기술이나핵심원천기술이부족하여기술적 으로산업을리드하지못하고있는상황임. 또한소재, 부품및장비분야에있어서큰 잠재력은가지고있으나, 실제태양광산업과연계하여성공한사례는아직작은편임 결정질실리콘태양전지 결정질실리콘태양전지분야의조사결과에따르면, 관련업체들이최근태양전지 용폴리실리콘사업으로의성공적인진출과단결정기판및태양전지사업의순조 로운진행등으로인해실리콘소재, 단결정기판과태양광모듈, 시스템및시공 관련분야에서설계및생산기술의국산화율과해외선진기업대비기술수준등 에서모두높은것으로분석됨 최근들어서는시스템설치와운전, 운영및관리를패키지로한대형EPC 프로젝트 도활발히추진되고있음 대부분수입에의존하고있는다결정기판과기술개발기간이상대적으로짧은태 양전지셀분야에서는설계및생산기술의국산화율이상대적으로저조함 2008 년이후지속된선진국의기술을따라하던방식에서벗어나고효율셀/ 모듈기 술에서선진국을추월하기위한연구개발이매우활발히진행중이며일부에서성 공사례를발표하고있음 72

92 Ⅲ. 산업동향 - 결정질태양전지의제조단가를줄이기위한박형태양전지기술개발완료( 웨이 퍼두께 150 μm급) - 고효율후면전극형실리콘태양전지및모듈제조기술개발및제조공정, 검사장 비및진공장비등의국산화개발( 현대중공업) 완료 - 비정질/ 결정질실리콘이종접합 4 인치급이상의대면적고효율셀기술개발( 삼성 SDI) 을통해서셀효율 19% 이상달성 - EWT(Emitter Wrap Through) 를적용한초저가고효율셀및모듈개발진행중( 한 화케미칼, 셀효율 21% 이상달성목표) - PERL(Passivated Emitter, Rear Locally-Diffused Cell) 를적용한고효율셀/ 모듈기술 개발진행중( 신성솔라에너지, 셀효율 22% 달성목표) - 초고효율소자구조및저가공정기술을결합한융합형태양전지개발중(STX 솔 - 라, 셀효율 23% 달성목표) 반도체및디스플레이부문의장비산업을통해축적된기술을태양전지제조기 술에적용하기위한기술개발완료및고효율장비( 디엠에스) 개발중 박막태양전지 생산하는업체와연구기관의수가작은비정질실리콘박막및CIGS 박막태양전 지의생산기술국산화율과기술수준은상대적으로낮게나타남 2008 년이후, 정부의태양광 R&D 지원이본격적으로확대되면서결정질실리콘 태양전지가극복해야할문제인 온도상승에따른효율저감및가격저감 을위하 여다양한박막태양전지연구가진행되어왔음 - ( 실리콘박막) 실리콘의사용량을줄이면가격을저감하기위한필요성이대두됨 에따라대면적실리콘박막태양전지기술개발과제(LG 전자) 들이진행됨. 또한 Flexible 실리콘박막태양광모듈양산을위한핵심부품소재를개발하기위한연 구( 한국철강) 도진행중임 -(CIGS 박막) 실리콘이아닌화합물반도체를이용하여태양전지를제조하는연구 가진행되고있으며, 유리기판CIGS 계박막태양전지모듈의제조기술개발이완 73

93 2012 산업기술로드맵 신재생에너지( 전기) 료되어(LG 이노텍) 향후(2013 년예정) 양산라인이구축될예정임. 또한기존에개 발된진공방식이아닌비진공프린팅법을적용한 CIGS 박막태양광서브모듈개 발과제( 금호전기) 도진행중임 - ( 염료감응형) 스위스의 Gratzel 교수가보유한특허에기반을두고있는염료감응 태양전지분야는소재및부품등을개발하기위한연구가국내에서활발히진행 되고있으며, 고신뢰성염료감응태양전지모듈제조및상용화기술도개발( 동진 세미켐) 중임. 염료감응태양전지를양산하는업체는아직없으나, 염료감응태양 전지를개발하는기관및업체가속속시장에진입하면서상대적으로설계기술의 국산화율및기술수준은높은것으로분석됨. 한국에서는동진세미켐, 이건창호, 상보등의기업들이상용화개발을추진하고있음 -( 유기박막)3세대태양전지의대표주자로서원천기술을확보하기위한기술개발 이진행중이고, 국가전략사업으로고안정성폴리머태양전지모듈제조기술개 발과제 ( 코오롱인더스트리 ) 와유기단분자태양전지서브모듈제조기술개발과 제 ( LG 화학) 가진행중임. 한편한국화학연구원도 2011년7.35% 의신규광활성소 재개발을발표한바있음 74

94 Ⅲ. 산업동향 (3) 기업동향 가. 가치사슬현황 태양광산업은셀을중심으로분류되며, 셀제조전단계산업을 Upstream, 셀이후 산업을 Downstream 이라함. Upstream 은주로소재산업, Downstream 은주로모듈, 시스템및시공/ 설계산업임. 또한가치사슬의수직계열에는포함시키기어려우나 장비관련산업도있음 < 표 3-2> 태양광산업의가치사슬및가치사슬별국내외 기업현황 폴리실리콘 잉곳/ 웨이퍼태양전지모듈시스템 가치사슬 기술특징 기술집약형장치산업 시장진입장벽이높으며고부가가치 노동집약형산업 시장진입장벽이낮음 영업이익률 14~36% 16~26% 10~20% 5~13% 7% 생산용량 ('10 년) 세계 한국 중국 기술경쟁력 ( 선진국=100) 주요기업 해외 국내 312,000 톤 47,500MW 43,510MW 45,100MW 27,000MW 63,000 톤(20.2%) 2,840MW(5.9%) 1,730MW(3.9%) 2,857MW(6.3%) - 121,758 톤(39.0%) 34,675MW(76.0%) 25,453MW(58.5%) GCL( 中 ) 65,000 톤 Wacker( 獨 ) 52,000 톤 Hemlock( 美 ) 50,000 톤 OCI 42,000 톤한국실리콘 15,000 톤 ( 웅진폴리실리콘은대상에서제외함 ) 93.6 ( 단결정) 86.2 ( 다결정) GCL( 中 ) 8.9GW Renesolar( 中 ) 2.2GW Yingli( 中 ) 1.9GW 넥솔론 1,500MW 웅진에너지 500MW 오성 LST 300MW 87.7 ( 단결정) 89.3 ( 다결정) JA Solar( 中 ) 3GW First Solar( 美 ) 2.8GW Suntech( 中 ) 2.7GW 신성솔라 350MW Suntech( 中 ) 2.4GW First Solar( 美 ) 2.3GW Yingli( 中 ) 2GW 에스에너지 350MW 현대중공업 600MW LG전자 330MW 나노신소재, 대주전자재료 (Paste) 한화L&C(B/S) SKC, 롯데알미늄 (EVA) - LG CNS KC 코트렐 KD 파워에스에너지솔라파크서브원 수출비중 80% 65% 90% 70% - 75

95 2012 산업기술로드맵 신재생에너지( 전기) ( 제조) 결정질실리콘태양전지가고순도원료(Poly Si) 로부터모듈제조까지복잡 한 Value Chain을갖고있는것과는달리박막태양전지는셀과모듈을한공정으 로제작할수있는비교적간단한구조임. 따라서저가화를위한핵심기술로서결 정질실리콘태양전지는높은생산성의저가공정개발을추구하는반면, 박막은장 비개발및양산화기술이매우높은비중을점유함 < 그림 3-5> 결정질실리콘과박막태양전지의가치사슬비교 ( 산업, 결정질) 결정질실리콘태양전지는고순도폴리실리콘생산, 잉곳성장및웨 이퍼생산, 셀/ 모듈생산,BOS(PCS, 모니터링시스템등), 시공/ 설계까지다양한산 업군을포함하고있음. 따라서태양전지산업이란셀뿐만아니라셀을중심으로한 Upstream 및 Downstream 산업을포함한포괄적인분야임 < 그림 3-6> 결정질실리콘태양전지의가치사슬 76

96 Ⅲ. 산업동향 ( 산업, 박막) 박막태양전지는광흡수층에따라태양전지가다양하게구분됨. 흡수 된광을이용하여전기를발생시키는원리는대부분비슷하나사용되는재료에따 라공정이크게달라지기때문에관련산업에도큰차이가있음. 박막태양전지종 류에따라기술적성숙도가다르며해결해야할기술이나요구되는기술이달라태 양전지종류에따른올바른육성전략(R&D 및산업화방안) 수립및적절한기술개 발을수행하는것이매우중요함 < 그림 3-7> 실리콘박막태양전지의가치사슬 < 그림 3-8> CIGS 박막태양전지의가치사슬 77

97 2012 산업기술로드맵 신재생에너지( 전기) 나. 국내외 주요기업현황 국내업체현황 모듈업체를중심으로성장하고있으며, 최근에는모듈업체에서태양광발전시스템 설치로사업을확장하고있음. 현재, 국내는결정질실리콘태양전지기업위주로 산업이형성되어있으며, 박막태양전지는현재 R&D 위주로다양한개발이진행 중에있음 년기준, 유일하게현대-아반시스에서 100MW급CIGS 박막태양전 지양산라인을완성한후생산준비중에있음 구분업체명사업영역및주요내용 결정질 한화 OCI 현대중공업 한화솔라원및한화큐셀위주로수직계열화완료 한화케미칼에서폴리실리콘사업추진중 한화케미칼에서 EWT-PERL 구조의고효율셀개발중 한화솔라에너지에서 EPC( 발전사업) 추진중 `12년말 42,000톤규모의양산캐파구축 OCI 솔라파워에서 CPS Energy Project 수행중( 텍사스샌안토니오에 400MW 규모) 600MW 규모양산캐파구축 LG전자 330MW 규모양산캐파구축, 일본수출에주력중 LS 산전 100MW 규모양산캐파구축 수상태양광발전시스템을중심으로해외수출중 국내합천댐에수상태양광실증( 수자원공사와협조) S-Energy 신성솔라에너지 350MW 규모양산캐파구축, Utility( 발전사업) 산업육성중 실리콘박막 LG 전자 a-si 박막태양전지에서세계최고효율달성( 셀에서 13.4%) NREL 공인( 국내최초) LG 이노텍 국가 R&D 과제성공완료, 동시증발법을이용한 CIGS 박막태양광모듈상용화기술국내최초개발 박막 CIGS 삼성 SDI 국가 R&D 수행중, 스퍼터링방식을이용한 CIGS 박막태양전지개발중, 30*30 cm 2 크기 Sub-module 에서 Cd-free 전지효율 17.6% 의비공인세계최고기록경신 금호전기 국가 R&D 수행중, 비진공방식을적용한 Flexible CIGS 박막태양전지개발중 78

98 Ⅲ. 산업동향 구분업체명사업영역및주요내용 박막 염료감응형 유기박막 동진쎄미켐 국가 R&D 수행중, DSSC 박막태양전지개발완료후, 상용화를목표로국가 R&D 수행중(2 단계사업) 상보 국가 R&D 수행중, SUS 기판을이용한 Flexible DSSC 박막태양전지개발중(R2R 방식적용) 코오롱인더스트리 국가 R&D 수행중, R2R 방식( 고분자재료사용) 을적용한 Flexible 유기박막태양전지개발중 LG화학 국가 R&D 수행중, 저분자를이용한유기박막태양전지개발중 해외업체현황 전세계태양광시장의 60% 이상을점유하고있는중국을중심으로시장이형성되 고있음. 태양광설치시장은기존유럽에서미국, 아시아( 중국, 인도, 일본등) 로이 동하고있으며, Sun Belt 지역( 중동, 아프리카, 북미, 남미등) 에서도태양광발전시 스템보급을확대하기위해노력하고있음 구분업체명사업영역및주요내용 Yingli Solar ( 중국) `12년말 2.45 GW 규모양산캐파확보 수직계열화를통한규모의경제확보 박막 결정질 실리콘박막 CdTe Trina Solar( 중국) `12년에 2.4 GW( 셀/ 모듈) 규모양산캐파확보 웨이퍼 1.7 GW 규모양산캐파확보 Canadian Solar( 중국) `11년하반기에 2.05 GW 규모양산캐파확보 `12년 5월에 p-type 단결정셀에서 21.1% 효율달성 Sunpower( 미국) `12년말 1.2 GW 규모양산캐파확보 `12 년말까지모듈단가 $1.10/W를달성하기위해개발중 Mitsubishi Heavy Industry ( 일본) First Solar ( 미국) Cluster 형태의 PECVD를이용하여 5세대유리기판에단일접합 a-si:h 모듈상용화(a-Si/ μc-si 하이브리드모듈) 기술개발중 VHF PECVD 기술개발을통한 µc-si 고속증착기술을개발하고있으며, 5세대급의대면적양산공정개발진행중 2007년부터 40 MW급탠덤양산라인을구축하고총생산량을 120 MW까지증설할계획을최근발표 년의에서독일공장규모폐쇄로년말 ` GW (528 MW ) ` GW 규모양산캐파확보 79

99 2012 산업기술로드맵 신재생에너지( 전기) 박막 구분업체명사업영역및주요내용 CIGS 염료감응형 유기박막 Solar Frontier( 일본 ) 20 MW 급의양산성공, 2009년까지 60 W급의추가양산라인을구축하고있으며최근 2011 년에 GW급의생산라인구축계획발표 Wurth Solar( 독일) 진공증발법을이용하여 CIGSe 박막을증착하며, 하향식선형증발원을사용하는것이특징 연간 15 MW 생산이가능한라인을보유, 2009년 100 MW 생산라인을추가건설예정 Solibro( 독일) 동시진공증발법을이용하여 CIGSe 미니모듈 16.6%, 모듈효율 11.4% 달성 Q-cells 의지분투자로 30 MW 라인증설중, 향후 100 MW라인구축예정 Global Solar( 미국 ) SUS 기판을적용한 CIGS 박막태양전지개발(R2R 공정적용) 주요 Application : BIPV나 Roof-top 및휴대용등 G24i( 영국) 5 MW 규모 Flexible DSC 태양전지시험양산진행중(R2R 방식) 모토롤라휴대폰보조전원채택및판매중( 효율 2 3%) Dyesol( 호주) Mitsubishi Chemical( 일본) Heliatek( 독일) DSC소재분야에서가장오랜기술축적및판매경험 2012년 1.2x0.6m 2 시제품모듈생산으로 BIPV 시장에진출시도중이며, 영국, 미국의철강/ 유리회사들과합작사업모색중 2015년부터본격적양산계획수립 기존유기태양전지모듈대비활성면적을대폭향상시킨고집적유기태양전지모듈개발( 레이저기술적용) 저분자진공방식에의한유기태양전지시제품생산중, 2013년들어 2층탠덤구조에서 12.1% (@1.1cm 2 ) 의세계최고효율발표 2012 년 R2R 방식의 Pilot 라인설치및운용(1400 만유로투자), 2015 년상업생산목표 (4) 특허동향 태양광분야의특허동향( 요약) - 신재생에너지전체특허건수중태양광분야는 37.9% (16,495 건/43,542 건) 를차지 하고있으며타분야대비한국내에서의특허활동도가가장높음 - 기술별로보면화합물박막태양전지의비중이 21.5% 로가장크며, 태양발전시스 템과PCS 는출원건수가많지않으면서부상하는기술로나타남. 한국은 PCS와집 광형태양전지에서특허활동도가높음 자세한내용은부록참조 80

100 Ⅲ. 산업동향 (5) 표준화동향 국제표준화동향 IEC TC 82 활동 -1981년도에설립된태양광분야규격제정을위한 Technical Committee - 한국은 2002년부터가입하였으며 2005년상해에서개최된 IEC TC 82 총회부터참 석함 - WG 2 ( 태양전지및비집광형모듈), WG 3( 시스템), WG 6( 인버터등주변기기), - WG 7 ( 집광형모듈) 분야에서활동중임 국내에서는분야별전문가위원회를구성하여각규격에해당하는국내의견을 취합하여 IEC TC 82 WG에전달함 - 다음과같은내용을포함하는 66개의 IEC 규격이제정되어있음 ㅇ 태양광모듈, 소자, 부품및시스템의선정, 평가, 성능비교 ㅇ신뢰성있는가속환경시험및실시간평가를통하여태양광시스템과그부품의장 ㅇ 기성능예측과평가 시스템설치, 시험, 운전및보수, 관리자, 장소, 계통연계시스템의안전보장 ㅇ태양광제품의수명기간자연환경에미치는악영향최소화보장 ㅇ모듈, BOS(Balance-Of-System : 주변장치 ) 부품및시스템의전방위적품질관리 방법론제공 국제상호인정제도 (IECEE/CB Scheme) - 전기제품성능과안전에관한국제적인상호인증제도로,IEC 규격을따르는회원 국간에는중복시험이없이시험결과를상호인정함 - 태양광은태양광시스템, 모듈, 셀, 어레이, 부품등5개분야총26개품목이상호 인증대상품목임 - 우리나라는 08 년에에너지관리공단이국가인증기관(NCB) 로지정되었고, 에너지 기술연구원과 KTL 은 결정질태양전지모듈(IEC 61215) 등3개규격에대해공 인시험기관(CBTL) 으로지정될예정임( 현재심사중, 2013년 2 월지정예정) 81

101 2012 산업기술로드맵 신재생에너지( 전기) 국내표준화전략 국내표준화네트워크활성화 - 전문위원회, 국내간사기관, COSD 기관간의연계성확보 - 표준화 R&D와의연계성확보 - IEC 규격에부합하는 KS 규격과기술기준간의연계성확보 국제표준활동강화 - 태양광분야중장기표준개발과제선정을통한표준로드맵제시 CIGS 및 DSC 태양전지성능평가기준표준화 RF기반계통연계형 Micro PCS 통합운영방식표준화 소규모 PV 시스템용융합형태양전지모듈기술표준화 태양광집광채광기성능평가표준화 수상태양광, BIPV, BOS 통합형 PV 모듈기술표준화 - 국제표준제안확대 - IEC 등국제표준화기구활동강화 - 동북아태양광분야국제표준화협력강화 인증기반확대및국제상호인증대상품목확대 82

102 Ⅲ. 산업동향 2 풍력 (1) 시장동향 가. 해외시장동향 세계보급현황및전망 전세계풍력발전누적설치용량은 2000년 17,400 MW에서 2008년 120,798 MW 로약7 배규모로증가하였으며, 최근 3년간매년신규설치용량은2008 년27,051 MW, 2010년 38,865 MW로급격히증가하는추세에있음 - 해상풍력은 2008년한해에만 350 MW 가신규설치되었고, 2008년까지누적용량 1,473 MW 가운영중이며, 99% 이상이유럽에설치되어있음 - 유럽풍력협회(EWWA, European Wind Energy Association) 에따르면 2020년까지 전세계전력소비량의 12% 를풍력에너지로대체할예정이며약70 GW까지해상 풍력발전을늘릴계획진행중임 전세계풍력발전누적설치용량은 2014년까지총 332 GW에달할것으로예측됨 -2014년한해56.3GW 가신규설치됨(2008 년규모의 2 배) * 자료 : GWEC, Global Wind Energy Outlook, 2012 < 그림 3-9> 전세계풍력발전총설치용량 83

103 2012 산업기술로드맵 신재생에너지( 전기) 세계풍력시장은보수적상황속에서도지속적고성장을통해 2020년 352 GW에달할것으로보임 2015년 233 GW, -2011년풍력시장은신규투자확대및기저효과영향으로전년대비 23% 증가한 44.8 GW 이나, 2012년이후성장세는 10% 대로둔화될수도있는상황임 -2030년까지최소 497 GW에서최대 2,375 GW까지전망하고있음 유럽연합(EU) 은안정적인에너지확보와환경문제의해결이지속적인성장을위한 필수요건이라보고신재생에너지의 보급을 EU차원에서추진하고있음 -EU는 2001 년 재생가능에너지원에서의전기생산촉진 을위한지침서를제정하 였는데이지침의핵심은 의전기생산비율을달성하는것임 2010년까지국가별로할당된재생가능에너지원으로부터 * 자료 : Global Wind 2008 Report, GWEC < 그림 3-10> 풍력시장규모추이 84

104 Ⅲ. 산업동향 < 표 3-3> 주요국가의풍력보급목표 국가 유럽연합 (EU) 중국 미국 영국 독일 일본 주요내용 2001~2010 년풍력 40 GW 보급되었으며 EU 2020 달성을위해 15% 의에너지를풍력으로공급해야하며 33 GW 의추가설치가요구됨 ( 현재 - 4.5%) 2020년까지전체에너지중신재생에너지 20% 보급 풍력 2.4%, 수소 2.1%, 태양광 0.2%, 바이오매스 13%, 지열 0.8%, 태양열 24% 2020년까지 1990년대비 20% 온실가스감축, 재생에너지비중을 20%(2007 년 7%) 로확대 (2009.4) 2020년까지수소 300 GW, 바이오매스 30 GW, 풍력 30 GW( 누적 200 GW), 태양열 1.8 GW, 에탄올매년 1 천만톤, 바이오디젤 2백만톤보급 2020년까지신재생에너지비중 15%(2007년 8%) 목표 누적설치총량은 62,412 MW로세계 2위시장인미국에비해 30% 이상높은수치임 2010년까지 300만 kw 태양광보급 2022년까지매년 360만갤런의바이오연료생산 2025년전력의 25%(2009 년 10.4%) 를신재생에너지로공급(2009.4) 2030년까지전력의 20% 를풍력으로공급 누적설치총량은 47,084 MW 설치로써 17% 증가함 재생에너지를 2020년까지 15%( 최종에너지대비) 2020년까지해상풍력 32 GW 보급 누적설치총량은 7,155 MW 설치, 영국은세계최대의해상풍력시장임 재생에너지를 2020년까지 18%( 최종에너지대비) 재생에너지이용전력비율을총전력대비 38.6%(2020 년까지)( 육상풍력 45 GW, 해상풍력 10 GW 예상) 누적설치총량은 29,248 MW로써세계 3위시장을기록함 2011년기준으로독일전력수요의 10.6% 를풍력발전으로부터공급 2020년까지 14 GW, 2030년까지 53 GW규모의태양광에너지수용능력확보 2020년까지신재생에너지로 20% 의전력수요를공급할것을선언함 2020년까지온실가스총배출량을 1990년대비 25% 삭감 후쿠시마원전사태이후새로운풍력활성화정책수립계획에도불구하고 11년설치율은저조함 (166 MW) 나. 국내시장동향 우리나라보급환경및전망 국내신재생에너지중풍력비중은2006 년2.42% 에서 2010년2.56% 로증대, 신재 생에너지발전량중풍력발전량비중은 2010년 0.17% 수준임( 표 3-4) 85

105 2012 산업기술로드맵 신재생에너지( 전기) 우리나라의풍력산업에대한투자액은 2009년의 4,381억원에서 2011년에는 5,256 억에이를것으로전망되며, 풍력산업의수출액은 2009년의 762억원에서 2014년에 는 2,132억원으로크게증가할것으로전망되고있음 국내풍력발전설치용량은 2,857 MW로예상되며시장규모는약 848억원에이를 것으로전망됨 < 표 3-4> 풍력보급현황 구분 차에너지( 백만 TOE) 신재생에너지 ( 천 TOE) 5,225 5,609 5,858 6,086 6,856 1 차대비신재생비중 (%) 풍력 (TOE) 59,728 80,763 93, , ,644 신재생 중풍력비중 (%) 신 재생전력공급량 (GWh) 381, , , , ,660 풍력설비누적보급량 (kw) 177, , , , ,319 풍력전력공급량 (GWh) 신재생 전력중풍력비중 (%) 발전량대비신재생에너지발전량비중은2008 년2.43% 에서 2020년4.7%, 2030년 7.7% 에이를전망임. 이중풍력발전량은신재생전력량대비 2010년5.56%, 2020년 37%, 2030년42.1% 를차지할전망임 < 표 3-5> 풍력보급전망및목표 구분 차에너지( 백만 TOE) 신재생에너지 ( 천 TOE) 7,856 11,731 17,520 33,027 1 차대비신재생비중 (%) 풍력( 천 TOE) 220 1,084 2,035 4,155 신재생 중풍력비중 (%) 신 재생전력공급목표 (GWh) 6,345 13,016 21,977 39,517 풍력설비보급목표 (kw) 풍력전력공급목표 (GWh) 881 4,336 8,138 16,620 신재생 전력중풍력비중 (%)

106 Ⅲ. 산업동향 (2) 기술동향 가. 해외기술동향 1980년대초부터풍력발전의제작기술이급속히발전하여 IEC TC88(Wind Turbine) 의풍력발전국제규정을기본으로독일의 Germanischer Lloyd, 덴마크의 DNV 및 RISO 등이주도적으로설계인증검증, 성능평가를수행하고있음 해상풍력발전기는효율증대및인프라시설비용절감을위해빠른속도로대형화 되고있음 유럽을중심으로해상풍력발전기를기반으로한대형화추세 - 제작사별로 3MW 급(Vestas, Enercon, GE Wind 등) 이기술개발완료되어생산, 5MW급도실증운전진행중이며 10 MW급이상도개념설계단계에있음 - 독일은풍력발전선두국가로 7MW 를개발시험중에있으며 06년세계설치용량 의 28%( 약 20,652 MW, 1.8 만기, 독일전력수요 5%) 를보급중이며, 미국에이어세 계 2 위의설비시장을점유(14.9%) 하여세계시장을리드하고있음 - 독일등7개국가에서해상풍력용량의증가율이 20% 이상을기록하였으며,2006 년 912 MW 급, 2007년 1,122 MW의해상풍력발전단지가조성됨 유럽은 여제조사들이 4 세대터빈상용화에성공하여시장에진출하였고, 아시아( 한, 중, 일) 는10 5~7 MW 급을개발중임 - 일본의경우에는풍황조건이좋은해역의경우대부분대수심(50m 이상) 의부유식 에적합한조건으로현재후쿠시마인근에실증단지건설중임 - 중국의해상풍력발전단지건설이후자국의제조사가미국등으로의수출이활발 히이루어져향후해상풍력발전산업을주도할수있는지배력이강화됨 - 유럽의풍력시장침체장기화와육상풍력시장의정체에따른신규사업자의시장 진입장벽이높음 87

107 2012 산업기술로드맵 신재생에너지( 전기) 나. 국내기술동향 88년부터 2007년까지 98과제에 1,015억원을투자하였으며그중701억원을정부 에서지원함 '90년대초에대학과연구원중심으로기초연구및소형풍력시스템연구시작하여 90 년대중반부터본격적으로기술개발을수행함 -1 단계( 88 ~ 91 년) 사업으로전국 64 개기상청산하기상관측소, 일부지역의도서 및내륙일부지역에서관측된풍속과풍향자료를이용한풍력자원특성분석이루 어짐 -1단계사업기간에한국과학기술원이 20kW 소형수평축풍력발전기국산화를위 한연구개발을시도하였고,2 단계( 92 ~ 96 년) 사업기간에는복합재료분야의전문 업체인한국화이바가한국형중형급수직축 300 kw 풍력발전기를개발하였음 - 93 년부터한국에너지기술연구소가제주원령에풍력, 태양광및태양열시설을 포함한신 재생에너지시범단지를조성하고, 100 kw 풍력발전기 1기와 30 kw 풍력발전기 2기를설치하여계통선에연계실증운전함 한국화이바는 2001 년중대형급 (750 kw 급) Gearless Type(Direct Drive Generation) 수평축풍력발전기( 블레이드) 를개발완료함 현재 3 대중점기술개발과제로 ( 주) 유니슨(Gearless Type) 은750 kw급풍력발전기 기술개발및실증연구를통해상용화완료하였으며, ( 주) 효성(Geared Type) 은 08 년완료하여상용화되었음 2 MW 급중대형풍력발전시스템개발및실증연구가수행중임(2004 년~) 해상풍력실증연구단지조성연구수행중임 - 실증기간 : (4 년) 두산중공업은 3 MW 급해상용풍력발전시스템을개발함( ~2009.7) 국내풍력발전시스템기술개발은 대체에너지개발촉진법 에따라체계적으로진 행중임 88

108 Ⅲ. 산업동향 국내에는 10년기준으로 10여시스템제작사를포함하여총 50여곳의풍력터빈 관련업체가존재함 국내의글로벌기업을중심으로풍력발전기개발을위한집중적인투자활성화가 진행중이며상용화단계진입하고있음 중견기업중심의정부프로젝트수행을통한개발체제로부터탈피해자체투자를 통한고유모델개발이활성화되고있음 지식경제부( 現산업자원통상부) 해상풍력추진단과한국전력주도로 2019년까지호 남지역서해안에 2.5 GW 규모의해상풍력발전단지개발프로젝트를진행중임 풍력발전은풍황에의해경제성이결정되므로풍황이가장중요한선정기준이되 며, 부유식해상풍력의경우기기설치에용이한수심및항구이격거리등이경제성 확보및유지관리측면에서추가적인핵심요소로작용함 향후미래기술선점대상인초전도풍력발전관련분야의핵심기술및시장선점필 요성이대두되고있음 89

109 2012 산업기술로드맵 신재생에너지( 전기) (3) 기업동향 가. 가치사슬현황 < 그림 3-11> 풍력산업의가치사슬 풍력산업의가치사슬은크게자원평가및단지설계, 요소부품, 풍력발전시스템, 육/ 해상단지시공, 단지운영및유지보수로분류할수있음 - 풍력발전시스템요소부품은블레이드, 증속기, 발전기, 전력변환기, 제어기, 타워, 지지구조물, 낫셀, 허브등의부품을포함함 - 단지개발기술에는풍력자원평가기술과육/ 해상단지설계/ 시공기술이있음 - 운영연계기술은풍력발전단지운영및유지보수기술로구분할수있음 재생에너지원중에서가장경제성이높은에너지원인풍력산업분야는큰고용효 과를가짐 90

110 Ⅲ. 산업동향 또한기계, 항공, 전기전자, 기상, 재료, 토목, 해양등에광범위하게연관있음. 또한풍력단지건설및운영부분이많은자금과인력투입이소요되는분야임 < 그림 3-12> 는풍력발전산업의구조를보여줌 < 그림 3-12> 풍력발전산업의구조 나. 국내외 주요기업현황 해외업체현황 메이저풍력터빈기업들은성장전략으로수직적통합과해상풍력터빈개발및해 외시장진출확대를선택함 -Gamesa, Goldwind, Suzlon 등은풍력발전사업개발부터발전소유지보수까지수직 적통합을이룸 - 해상풍력의경우대형터빈개발및선제적시장진입전략을추진함 - 해외시장점유율확대를위해풍력단지개발부터금융주선에이르는 Total Solution 제공을통해신규수요를창출하고있음 Mitsubishi, Vestas 는풍력터빈공급중심이며, Gamesa 는터빈부터서비스까지일괄 공급, GE, Enercon, Siemens 등은그중간전략을채용하는업체임. Vestas, GE Wind 등은로터블레이드, 발전기등핵심부품에집중하고있음 풍력발전의경우에도비용감축이요구되고있어 가주목받을것으로예상됨 Gamesa 와같은수직통합과점화 91

111 2012 산업기술로드맵 신재생에너지( 전기) 2000년대들어풍력발전의대형화및기술집약에따른재정압박으로글로벌대기 업 GE Wind, Siemens, Alstom 등도 M&A를통한기업성장및수직계열화의주요 도구로활용하고있음 -Vestas( 덴마크), Enercon( 독일), Gamesa( 스페인), GE Wind( 미국), Siemens( 덴마크) 등상위 5개업체가세계풍력발전설치용량의 76.3% 를차지하는과점현상을보 이고있음 상위 3 위기업(Vestas, GE, Gamesa) 의시장점유율은하락하였고 Sinovel, Goldwind 등중국기업들이 TOP 5권으로도약하였음 - 풍력산업의매출액은연평균 63.8% 성장하여 ( 04)1,010 억원 ( 07)6,190 억원 ( 09)1조 1,840 억원으로, 04년대비 11.7 배, 07년대비 1.9배로증가함 - 내수시장을기반으로한중국업체의급성장, 세계풍력시장의위축( GW GW), 시스템수출의어려움등으로 10년매출액은 1조 1,168억원으로 09 년에비해다소하락함 업체명 Vestas( 덴마크) Siemens( 독일) 사업영역및주요내용 2.0MW와 3.0MW를주력으로 2011년도풍력시장전체의 12.9% 를점유하여시장점유율 1위 8MW 해상풍력발전기개발중 2.3MW와 3.6MW 를주력공급, 6MW 해상풍력발전기상용화 2011년세계해상풍력프로젝트에서 Siemens 가 6 건, 1.4GW를수주하여전체물량의 44% 를차지, 육해상풍력전체시장점유율은 6.3% ENERCON( 독일) 7.6MW 직접구동형풍력발전기상용화 2011년 3,188MW 공급세계시장점유율 8.2% 로 3위 REpower( 독일) 5.0MW 모델을보유 6.15MW 급 scale-up 모델을개발 Innogy Nordsee 1 wind farm에 54기공급계약 Goldwind( 중국) SINOVEL( 중국) GE Energy ( 미국) 2.5MW 및 1.5MW 급풍력발전기를주력공급 2011년도 3,789 MW를공급하여세계시장점유율 9.4% 6MW급해상용풍력발전기 2014년대량생산을목표로개발중 3.0MW 모델을보유하고있으며 2011년도 2,345MW 를공급하여세계시장점유율 7.3% 로 7위부상 6MW급해상용풍력발전기개발중 1.5MW와 3.6MW 모델로 2009년도 35.7MW를공급하였음 4.1MW 로터직경 113m 해상풍력발전기상용화 92

112 Ⅲ. 산업동향 국내업체현황 국내기업은자체기술개발과해외컨설팅을통한독자모델을개발하고있으며특 히삼성중공업의경우 7 MW급초대형해상풍력발전기개발중임 - 해외시장개척이시급하나해외사업개발경험부재, 금융조달의어려움, 높은 Country Risk 부담은 3중고로작용하고있음 - 해외시장개척을위해정부, 금융기관, 기업간협력모델구축이필요함 - 서남해 2.5 GW 해상풍력프로젝트를기반으로 Track-Record 를확보하는것이시급 하며이를기반으로해외수출화에발판을마련할수있을것으로기대됨 업체명 현대중공업 두산중공업 삼성중공업 현대로템 사업영역및주요내용 5.5 MW 급발전기개발중 2013 년실증계획. 서남해해상풍력단지에 5.5 MW급발전기 2대공급예정 1.65 MW(Geared, DFIG) 와 2.0 MW 급개발, Flexible Coupling/Integrated Drive Train 적용 2.5 MW(Gearless, PMSG) 개발, PMG적용을통한고신뢰성확보 3 MW(Geared, PMSG) 개발, 메인샤프트가없는일체형드라이브트레인적용. 제주월정해상환경적용성시험중 포스코에너지와제주도서북해상의 30 MW 규모의해상풍력단지조성중 2.5 MW(Geared, PMG) 개발완료, 7 MW급개발중 2014년부터스코틀랜드해상에서실증계획 스코틀랜드파이프주해안지역의풍력발전기설치및 2014년생산전력판매를위한전력망설치에관한 MOU체결 2 MW(Gearless, PMSG) 개발, 직접구동방식영구자석형동기식발전기를채용 효성 2 MW(Geared, DFIG) 와 750 kw 발전기개발, 5 MW 발전기개발중 2012년말까지미국텍사스州에 2 MW급발전기 160대공급 유니슨 대우조선해양 STX 한진산업 2 MW, 750 kw 발전기개발, 수냉식완전기밀형영구자석동기발전기적용 3.6 MW급풍력발전기개발중 미국현지계열사인윈앤피와약 267억원규모의풍력발전용타워공급계약체결 2 MW(Geared/Gearless, DFIG/PMSG) 개발, GE 특허로부터자유로운 WinDrive 기술적용. 자회사인 Dewind를중심으로 7MW 풍력발전기개발중 남동발전과 300 MW 풍력단지건설계약. 북미지역에 2 MW급풍력발전기 55기를공급계약(1억3000 만달러) 등 65기공급실적 2 MW(Gearless, PMSG) 개발, 밀폐형발전시스템구조특허보유( 염수분 / 침투방지기술 ) 제주월정해상풍력실증단지내설치가동중 100 KW(Geared, DFIG) 와 1.5 MW 개발, 국내유일의마찰식패드요잉장치와전력변환장치에서파생되는고주파발현차단함 2 MW급육상풍력발전기상용화 93

113 2012 산업기술로드맵 신재생에너지( 전기) (4) 특허동향 풍력분야의특허동향( 요약) - 신재생에너지전체특허건수중풍력분야는16.2%(7,069 건/43,542 건) 를차지하고 있으며, 특허장벽이낮아시장진입이상대적으로유리함 - 풍력발전시스템관련특허비중이 69.7% 로가장크며, 최근한국에서풍력발전단 지분야에서도특허활동도가증가하고있으나아직은미미한편임 자세한내용은부록참조 (5) 표준화동향 표준에대한시대적요구 - 신 재생에너지분야는국가의전략적인지원 보급계획에따라, 기술개발, 성능 평가및실증등의수행으로평가기술확보를위한표준에대한관심이고조되고 있음 - 신재생에너지분야는현재대부분유럽주도로이루어지고있어풍력분야인증에 관한장벽이높음 - 국내외 표준화활동에관한적극적인정부지원과기술적인뒷받침이필요함 수출산업화를위해국제적인증시스템도입필수 - 신 재생에너지인증기관, 성능검사기관및실증연구단지의실효성있는평가체 계구축을위하여체계적인국가표준및국제인증제도도입을위한지원이필요함 - 국제수준의인증평가체제도입으로소비자의신뢰성확보 - 선진기술, 기술기준, 표준화등의동향조사및국제협력을통한공조시스템구축 필요 - 표준화를통한제품호환성제고와국제표준화의대응을통한수출산업화촉진하 여야함 국제표준화현황 94

114 Ⅲ. 산업동향 - 일반분야( 출력, 소음, 설계등), 부품분야( 날개, 기어박스, 타워등), 안정성평가등 에대한표준제정 - 풍력발전전력품질, 제어및검사를위한통신등에대한규격을개발중 - 고정식및부유식해상풍력발전기규격을개발중 국내대응현황및향후추진계획 - 우리나라는 2002년부터 TC88 정회원으로가입하여총회및작업반회의에참석 - 에너지기술연구원, 한국선급, 학계등을중심으로전문가를구성하여대응하고있 으며, 국제표준제안등활발히활동이이루어짐 년우리나라에서 'Standard for Floating Offshore Wind Turbine' 에관한주제로 한제안서가받아들여져현재부유식해상풍력발전기규격개발과관련한논의가 활발히이루어지고있음 IEC 풍력발전(IEC/TC88) -IEC/TC88 은1988년에설립되어32 개의회원국으로구성( 정회원: 18 개국, 준회원 42 개국) 되고우리나라는 02년에정회원가입함 구분 WG 3 PT 3-2 < 표 3-6> 구분별명칭및개발규격 명칭/ 개발규격 해상풍력발전설계요건 IEC 부유식해상풍력발전설계요건 IEC JWG1 기어박스 ISO/IEC PT 5 블레이드시험조건 PT 14 PT 24 PT 25 MT 1 MT 2 MT 11 MT 12 MT 21 MT 22 MT 23 Ad, Hoc 음압및음조값설정 IEC 낙뢰보호 IEC 제어및감시용통신표준 IEC 풍력발전의안전성 IEC 소형풍력발전의안정성 IEC 소음측정기술 IEC 풍력발전출력성능시험 IEC 전력품질측정및평가 IEC 인증제도 IEC WT01 회전자실측구조시험 IEC 이용율 95

115 2012 산업기술로드맵 신재생에너지( 전기) 3 수소 (1) 시장동향 가. 해외시장동향 세계수소시장의현황및전망 세계적으로연간생산되는수소는 2006년약4,800만톤H 2 이며, 이중 50% 는암모 니아생산에사용되고, 약30% 는석유정제에그리고그외금속및식품처리등과 관련된산업용도로사용됨 - 미국은 2008년에약900 만톤이상을생산한것으로추산되며, 95% 정도는천연가 스로생산하고, 대부분산업용으로소비됨 - 독일의수소생산량은약364만톤정도로전망되며이중50% 는정유회사의부산 물로수소화를위해주로사용되고, 나머지는천연가스와나프타로생산됨 -< 그림 3-13> 에서와같이미국 1 일생산량및산업용비산업용 수소소비량의비 중을도식화하였으며, 중간( 붉은색) 부분은자료출처별로상이한산업용수소생 산량추정치를나타냄 * 자료 : NHA, Hydrogen and fuel cells: The U.S. Market Report, < 그림 3-13> 미국의 1 일수소생산량 (2005~ 2008) 96

116 Ⅲ. 산업동향 - 수소에너지의소비용도는크게산업용과비산업용( 에너지용등) 으로분류할수있 으며, 특히최근에는비산업용중연료전지자동차에사용되는수소가증가되고있음 - 현재수소산업이차지하는비중은매우낮지만해당산업의향후전망은매우밝 으며, 다수수소관련기술의상업화바로직전단계까지진전되어있음 나. 국내시장동향 우리나라수소시장현황및전망 우리나라수소생산은주로납사로약 70% 가량되고, 대부분석유화학업체로부터부 산물로생산되며, 각업체의수소생산능력은실제공급가능량과많은차이를보임 -< 표 3-7> 과같이우리나라의수소생산능력은총 275만톤이나외부공급량은약 21 만톤에불과함. 특히국내기업중수소생산능력이가장큰포스코는코크스 (Cokes) 에의해생산되나실제로외부공급량은매우미미함 - 실제업체의수소생산능력보다는실제공급가능량이중요하며, 국내최대의산 업용수소공급업체인덕양에너젠은납사분해방식으로제조된수소원료를 로부터공급받아정제하여수소를공급하고있음 5개사 - 생산된수소의대부분은자체소비되며, 외부공급량중대부분은암모니아, 염산, 및메탄올등의합성에사용됨. 최근에는 LED, 광섬유, 폴리실리콘제 조등산업용으로대부분사용되고있음 년도이후수소수요가철강, 정유, 태양광소재등산업용으로증대하여수소 생산업체는생산용량을증대시키고있으며,2013 년들어신규업체인창신화학에 서는 2013년 3월경에완공을목표로대산에수소생산설비를건설중에있음 우리나라수소유통량중88% 인월6,796 만 는울산, 여수, 대산등석유화학단지 내파이프라인으로판매되며, 튜브트레일러로공급 판매되는물량은월925만 임 수송부문에서의수소수요량은연료전지자동차에의해많은수요가있을것으로 전망됨. 2040년에 1,100만대이상의연료전지차가운행될것으로전망되면서수소 소비량은약 350 만톤에달할것으로예측됨. 이에수송부분수소공급인프라구축 을위한준비가필요할것임 97

117 2012 산업기술로드맵 신재생에너지( 전기) 울산 온산 대산 여수 기타 < 표 3-7> 국내수소생산능력및외부공급가능량 제조업체생산 capa 제조방식외부공급량판매업체 ( 단위 : Nm3/hr) ( 주)SK 484,300 나프타분해 2,400 덕양에너젠 이수화학( 주) 12,300 n-파라핀탈수소 400 SPG 대한유화( 주) 18,200 나프타분해 2,500 SDG 코오롱( 주) 900 중유분해 - ( 주) 한화석유화학 5,400 소금물분해 - ( 주) 효성 5,100 LPG 크랙킹 3,000 대한유화, SDG 삼성정밀화학 ( 주) 28,400 나프타분해 21,000 덕양에너젠 태광산업( 주) 15,200 LPG 크랙킹 10,000 덕양에너젠 S-Oil( 주) 598,900 원유정제 - 삼성BP 화학( 주) 22,000 나프타분해 22,000 덕양에너젠, SPG 카프로락탐 ( 주) 40,000 나프타분해 - 롯데케미칼 ( 주) 8,000 NCC/SM 공정 300 덕양에너젠, SPG GS Caltex( 주) 8,500 NCC공정 800 LDK 삼성토탈( 주) 한화석유화학 ( 주) ALK 3,000 SM공정 3,000 덕양에너젠, SPG 20,000 NCC공정 20,000 현대오일뱅크 18,200 소금물분해 2,500 덕양에너젠 30,000 소금물분해 30,000 덕양에너젠 7,500 나프타분해 7,500 자체 40,000 나프타분해 40,000 자체 YNCC 59,400 나프타분해 700 SPG, 덕양에너젠 GS Caltex( 주) 123,300 원유정제 - BASF( 여수) 3,000 나프타분해 - LG 화학( 주) 56,000 나프타분해 - 33,000 LPG 크랙킹 5,000 SPG 금호미쓰이화학 2,100 나프타분해 - 합 호남석유화학 28,400 나프타분해 5,000 SPG H플러스 120,000 나프타분해 120,000 자체 포스코( 포항) 2,100,000 코크스 (Cokes) 300 LDK 동진쎄미켐 400 소금물분해 300 SPG 백광산업 1,500 소금물분해 400 SPG 한솔케미언스 2,500 나프타분해 - 계 3,895,500 (275 만톤) 297,100 (21 만톤) * 자료 : 교육과학기술부( 現미래창조과학부), 고효율수소에너지제조저장이용기술개발사업단,

118 Ⅲ. 산업동향 (2) 기술동향 가. 해외기술동향 수소생산기술 현재수소를제조하는가장경제적인방식은천연가스및석유수증기개질방식 임. 개질방식중반응과분리가동시에일어나는막반응방식에대하여저가막재 료및촉매등의기술개발이이루어지고있음 수소를제조하는여러방법중생물학적방법은녹조류, 미생물, 또는박테리아를 이용한직접광합성방식, 간접광합성방식, 혐기성및발효성방식등다양한방 식이있으며, 이중발효성박테리아에의한수소생산방식은생물학적방법중가 장수소생산방식이높음 일본의원자력연구소에서는열효율이 70% 에이르는 30 MW급고온가스로를보유 하고있으며, 이시스템에서얻은고온열을이용하여열화학적수소제조사이클을 운전하고있음 물분해수소제조의경우, 미국 DOE에서는고분자전해질수전해장치에대하여고 효율, 고내구성및저비용전해장치를개발하는연구를진행중임. 일본은 WE-NET 프로젝트를통해고분자전해질수전해장치에대하여단위셀면적 2,500cm 2, 운전 조건 1 기압, 80, 1A/cm 2 에서운전가능한 5셀적층스택을개발완료하였음 태양광을이용한물분해수소생산은미국, 일본및유럽을중심으로고온폐열을 활용하는고효율수증기전해장치를개발하고있음 태양광을이용한물분해수소생산은광촉매를이용하여수소와산소를직접생산 하는기술과광전기화학적으로수소와산소를분리하면서수소를생산기술로나 뉘며, 두기술모두기초연구단계로서전세계적으로기초기술개발이활발히이루 어지고있음 수소저장기술 미국은 DOE 를중심으로저온액화저장, 고압압축저장, 고체수소저장, 비가역화학수 99

119 2012 산업기술로드맵 신재생에너지( 전기) 조저장기술연구개발이추진되고있으며, 최근에는다공체물질을이용한물리흡착 과착수소화물을이용한가역수소저장등고체수소저장기술개발에집중하고있음 일본은 NEDO 프로그램을통해기초연구와응용연구모두균형있게지원하고있 으며,Toyota,AIST, 동북대, 히로시마대학등에서상온수소저장합금과고압탱크를 이용한하이브리드저장기술, 새로운금속착수소화물을이용한고용량고체수소 저장기술개발을중점적으로추진하고있음 EU는FP-6 및FP-7 프로그램을중심으로다자간연구개발프로그램을운영해오고 있으며 HYTRAIN, FLYHY, NANOHY 프로젝트를통해새로운고용량고체수소저 장기술개발을추진해왔음 연료전지자동차의수소저장방식은고압기체저장방식을선호하고있으나, 보다 고용량수소저장이가능한화학적수소저장방법에대해미국 중개발이진행되고있음 DOE를중심으로집 나. 국내기술동향 수소생산기술 수증기개질방법에의한수소제조장치기술개발은활발히이루어져선진국수준에 근접하게진행되고있으나, 경제성확보를위한컴팩트하고고효율화등에대한많 은기술개발이이루어져야함 프런티어사업으로지난 9 년간화석연료개질, 광화학적수소생산, 생물학적수소생 산, 고압수전해를통한수소생산기술개발연구를수행하고있음 태양광이용생물학적물분해생산기술에대해서는에너지기술연구원에서 발효공정에의한생물학적수소생산실증연구가진행되고있음 2단 물분해수소제조연구는 ( 주) 엘켐텍, 명지대학교, 서강대학교에서고분자전해질수 전해방식으로 314cm2, 150 기압, 80, 1A/cm2에서 20 셀스택을개발완료하였으나, 아직재생에너지와의연계및대형화등경제성확보를위해서는많은기술개발이 이루어져야함 100

120 Ⅲ. 산업동향 광화학적물분해수소제조기술개발은포항공과대학교, 한국화학연구원, 한국전기 연구원및 KIST 를중심으로고효율의광촉매, 신규광전극, 대면적광전극및수소 제조시스템개발이수행되고있음 열화학적물분해기술은원자력- 수소프로그램의일환으로에너지기술연구원과 KIST를중심으로요오드- 황사이클에대한공정개발을진행하고있음 수소저장기술 프런티어사업으로지난 9 년간지속적으로수행해오고있음. 주로상온수소저장합 금, 고온금속착수소화물, 비가역화학수소저장기술, 나노다공체를이용한저온 물리흡착물질개발연구등을수행해왔음 고압기체저장은수소연료전지사업단에서연료전지차량용수소저장용기를개발하 였으며, type 4로서산업화초기단계임 화학적수소저장은그동안삼성엔지니어링과 KIST를중심으로보론계화합물에 대한수소방출및재생연구와연료전지적용시험이이루어졌으며, 최근암모니아 보란을사용하는수소저장시스템개발과연료전지무인비행기의실증을위해 KIST, 고려대, 한국항공우주연구원, 항공대등에서연구개발을추진하고있음 101

121 2012 산업기술로드맵 신재생에너지( 전기) (3) 기업동향 가. 가치사슬현황 < 그림 3-14> 수소인프라구축의가치사슬 수소인프라구축은현재국내외에서실증을실시하고있음. 2015년수소연료전지 차조기보급을위해일정량의수소인프라가구축되어야하는상황에서일본은 2015년까지 100 개소의수소스테이션을구축계획을수립하였음. 국내에서도총43 개소의수소스테이션이구축될예정임 해외에서는수증기개질에의한수소제조장치의상용화급개발이완료되었고, 국내 에서는 30Nm 3 /h 급의수소제조장치개발이완료되었으나, 향후상용화급수소제조 장치에대한기술개발이이루어져야함 국내외에서수소저장에대한상용화기술로는고압저장이가장일반적이나고압 에따른안전성문제가대두됨으로앞으로더욱안전하고효율적인방법이이루어 져야할것임 102

122 Ⅲ. 산업동향 나. 국내외 주요기업현황 해외업체현황 업체명 사업영역및주요내용 Air Liquid( 프랑스) H2Gen 사통합으로세계최대의상용화급수소제조장치제작판매업체 국내에서는 Air Liquid Korea가수소를제조하여판매중 APCI( 미국) Harvest 사통합으로세계굴지의상용화급수소제조장치제작판매업체 장치및가스판매전문회사로서수소공급및수소제조장치판매 MKK( 미국) 세계굴지의상용화급수소제조장치제작판매업체 한국에수소제조장치를판매설치함 Shell( 영국) 세계적인에너지업체로서수소제조판매 미국에서수소연료전지차실증시수소스테이션건설및운영 Xebek( 캐나다) 세계적인수소분리장치 (PSA) 제작판매업체 국내다수의수소스테이션및수소판매업체에납품 U.S. Borax( 미국) Rhom & Hass( 미국) Dow Chemical ( 미국) 세계적화학회사 보론계수소저장화합물의생산과재생공정확립 DOE( 미국) Panasonic Corp.( 일본) Ishihara Sangyo Kaisha( 일본) Sakai Chemical ( 일본) 차세대원자로 (NGNP) 사업 : 초고온가스로를이용한고효율전기및수소생산실증원형시스템개발 원자력수소이티셔티브 (NHI) 사업 : 원자력을이용한수소생산기술개발 Membrane 타입의이산화티타늄광촉매를가시광선영역에서반응하는광촉매제조 WO3 광촉매에 Pt를첨가하여광촉매특성향상 이산화티타늄표면에 Fe산화물을코팅 이산화티타늄광촉매입자에 V, Fe, Co, Ni, Cu 등을첨가하고불소계수지와실리콘을바인더로사용하여광촉매성능향상 가시광선을이용할수있는광촉매원료개발, 광촉매기능의고활성화연구 프라이머기술과의융합, 접착성기재에의적용 Tayca Corp( 일본) 초미립자이산화티타늄개발 고활성광촉매개발 Toshiba Lighting & Technology Corp( 일본) 고강도를갖는이산화티타늄광촉매필름코팅 가시광영역에서유해물질을분해하는이산화티타늄광촉매제조 광투과율이양호하고광촉매표면의활성을향상 103

123 2012 산업기술로드맵 신재생에너지( 전기) 기타 업체명 Air product, BP, Shell GM, 도요타, 닛산, 혼다, 다임러등 Hydrogenics Proton Energy Systems 미츠비시중공업히타치조선 AIST, NREL NIES, AIST Ruhr Univ., Bochum 링컨컴포짓, 토레이카본파이버아메리카 JMC, 다인텍 사업영역및주요내용 세계각지역의수소충전소건설또는수소공급 다국적회사로수소에너지생산을포함한다양한기술개발연구및국제공동협력연구에참여 수소연료전지자동차개발및리스중 수소자동차기술의독자적확보를통해차세대자동차시장선점노력 2015 년부터시장출시계획 수전해업체( 저온) 로서고압형수전해장치개발, 재생에너지연계형수전해시스템등실증 장기적으로재생에너지연계형수전해시스템개발 생물학적수소생산용미생물개선 발효기술최적화/ 광효율개선/ 수소효소정제 고압수소저장용카본파이버복합소재개산및저가화 고압수소저장용기개발및설계제작 독일, 미국, 일본 수소가압용컴프레서, 디스펜서개발중인업체다수있음 국내업체현황 업체명 사업영역및주요내용 SK 에너지 30Nm3/hr 급수소제조장치및 PSA 기술개발 30Nm3/hr 급수소스테이션실증 한국가스공사 1~20Nm3/hr 급수소제조장치기술개발및 30Nm3/hr 급수소스테이션실증 GS 칼텍스 30Nm3/hr 급수소스테이션실증 대성산업가스 PSA 기술개발 제이오 PSA 기술개발, 3,000Nm3/hr 급 제작납품( 덕양에너젠 ) 덕양에너젠 100Nm3/hr 급수소제조장치의핵심부분을일본 MKK에서도입하여설치함 온시스 1~20 Nm3/hr 급 개질방식의수소제조장치납품 엔케이 type 1 수소스테이션용수소저장탱크제작납품 104

124 Ⅲ. 산업동향 업체명일진컴포지트광신기계공업원익머트리얼즈 사업영역및주요내용 35MPa type 4 자동차용수소저장용기제작납품 EC79/2009 기준에따른 70MPa type 4 자동차용수소저장용기기술개발 수소용컴프레서개발 45MPa 압축기개발및판매 최근 70MPa 압축기개발완료 반도체산업용고순도가스생산업체 최근화학적수소저장소재인암모니아보란의대량생산공정개발착수 엘켐텍 이엠코리아 한국에너지기술연구원 PEM형고압상온수전해시스템개발 1~5 Nm3/hr 급고분자전해질수전해방식의수소제조장치납품 알칼리수전해및하이브리드그린홈시스템연구 ( 태양광/ 수전해/ 연료전지연계 ) 1~20 Nm3/hr 급알카라인수전해방식의수소제조장치납품 소형부터다양한크기의수소제조장치기술개발 20Nm3/hr 급수소제조장치에대한수소스테이션건설 이노컴 고압수소저장용기 (350기압은 DOT 인증) 코스모화학 이산화티타늄분말제조기술개발 기타 한국에너지재료 금속수소화물분말제조기술개발 석경화학, 에스큐테크, 산올, 나노세라믹스, 이산화티타늄코팅제개발대한화인세라믹, 세라텍, 엔피온등 (4) 특허동향 수소분야의특허동향( 요약) - 신재생에너지전체특허건수중수소분야는 8.1%(3,525 건/43,542 건) 를차지하고 있으며, 최근증가세가높아부상하고있음 - 한국은수소생산설비, 수소저장설비분야모두특허활동도가증가하는양상임 자세한내용은부록참조 105

125 2012 산업기술로드맵 신재생에너지( 전기) (5) 표준화동향 월현재수소와관련하여 ISO/TC197 에서제정되거나제정중인규격은다음 < 표 3-8> 과같음 < 표 3-8> ISO/TC197 제정규칙 번호규격규격명 1 ISO 13984/1999 액체수소-육상자동차연료시스템인터페이스 2 ISO 13985/2006 액체수소-육상자동차연료탱크 3 ISO /1999 수소연료-생산규정 -파트 1 4 ISO/TS /2008 수소연료-생산규정 -파트 2 5 ISO/PAS 15594/2004 공항수소연료주입설비 6 ISO/TS 15869/2009 가스수소와수소브렌드-육상자동차연료탱크 7 ISO/TR 15916/2004 수소시스템안전을위한기본검토사항 8 ISO /2007 연료공정기술을이용하는수소발생기 -안전 9 ISO :2010 수소제네레이터사용파트 2 10 ISO 16111/2008 수송용가스저장장치 -금속수소화물에흡착된수소 11 ISO 17268:2006 압축된수소표면자동차연료연결장치 12 ISO/TS 20100:2008 가스수소-충전소 13 ISO /2008 물전기분해를이용한수소발생기 -설치 14 ISO /2011 물전기분해를이용한수소발생기 -주거용 15 ISO 26142/2010 수소감지상태 그리고 ISO/TC197 에대한개요는다음과같음 - 간사국은캐나다이고현재의장은 Mr. Randy Dey( 캐나다) 이며, 간사는 Mr. S. Gingras( 캐나다) 임. 주요활동국은캐나다, 독일, 미국, 일본, 네덜란드등임 -ISO/TC197 표준화전략으로 ISO/TC197 은수소기술이시장에쉽게접근하는데중 점을두고표준화도입을요구하는모든규격에최우선순위를두고추진할계획이 며, 또한다른 ISO/TC와의연계는물론IEC/TC105, 국립수소협회(NHA), 유럽수소 협회등과연계를추진중임 -ISO/TC197 표준화계획으로는수소시스템구성요소즉예를들면밸브, 압력조절 기, 필터등에대해국제표준개발여부논의중에있다. 또한액체수소- 충전소( 서 비스충전소), 수소분배기, 안전, 충전소와자동차간의인터페이스, 수소저장용기부 품, 탑재장치용금속수소화물저장시스템및대형주요장치용금속수소화물저 106

126 Ⅲ. 산업동향 장시스템등을제정할예정임 - 회원현황은총 34 개국(P- 멤버: 20, O- 멤버: 14) 으로다음 < 표 3-9> 와같음 < 표 3-9> ISO/TC197 회원국 P-멤버 O-멤버 아르헨티나, 브라질, 중국, 덴마크, 이집트, 프랑스, 독일, 인도, 이탈리아, 일본, 한국, 네덜란드, 노르웨이, 러시아, 스페인, 스웨덴, 스위스, 미국, 영국, 캐나다 호주, 오스트리아, 벨기에, 체코, 핀란드, 홍콩, 헝가리, 자메이카, 리비아, 폴란드, 루마니아, 세르비아, 태국, 터키 - 다음은 ISO/TC197내에진행되고있는작업반과제정중인규격에대한현황임 < 표 3-10> ISO/TC197 세부규격 WG 규격번호규격명 WG5 ISO/DIS 가스수소-도로차량연료주입연결장치 WG6 ISO/DIS 가스수소및수소혼합물 -육상차량용저장용기 WG8 ISO 물전기분해공정을이용하는수소발생기 WG11 ISO/DIS 가스수소-주유소 WG12 ISO/DIS 수소연료-생산규정 -파트2-PEMFC 용육상자동차를위한수소연료 WG13 ISO/DIS 수소감지기 WG14 ISO/CD 수소연료-생산규정 -고정용기에대한 PEMFC WG15 ISO/NP 가스수소-저장용기에대한실린더및관 WG16 ISO/NP 수소시스템의안전에대한기본적인개념 107

127 2012 산업기술로드맵 신재생에너지( 전기) 4 연료전지 (1) 시장동향 가. 해외시장동향 연료전지는응용분야에따라현재시장진입초기단계이거나, 2015년을전후로 시장진입이본격화될것으로예상됨 연료전지시장예측보고서(J-economic Center, 솔라앤에너지, 후지경제) 에따르면, 2020 년이후연료전지가격경쟁력이가능해지면서비약적으로성장할것으로예측 함. 후지경제는 2025년경연료전지세계시장규모는 66 조원(52,000 억엔) 으로예측 하고있으며, J-economic Center 는 21 조원(14,500 억엔) 으로예상하고있음. 이중 수송용이가장큰비중을차지하고있는것으로예측하였으며, 건물용발전이가장 적은비중을차지함 * 자료 : 연료전지발전전략보고서, KETEP, 2011 * 자료 : 시장예측분석보고서 < 그림 3-15> 연료전지시장규모예측 전세계주요자동차회사들은 2015년각사별로연간5천대규모로연료전지자동 차양산을시작할계획임 108

128 Ⅲ. 산업동향 건물용연료전지의경우 2009년일본에서 1 kw급가정용연료전지시스템상 용판매가시작되어, 2011년8 천대, 2012년1.8 만대가판매되었으며(200 만엔/unit), 2013년에는 3만대판매를목표로하고있음 발전용연료전지는 2010년현재전세계적으로 60개사이트에 50 MW가보급되었 으며, 2012년부터 RPS 제도가시행되어시장이성장할것으로예상됨 휴대용/ 특수목적용연료전지는군사용파워팩과지게차용연료전지시스템을실증 하는단계임 수송용연료전지 연료전지자동차시장은2015 년양산을시작하여2020 년67만대규모일것으로예 상되며, 2050 년에는전기자동차, 플러그인하이브리드차와함께시장을삼분할것 으로전망됨 * 자료 : FCEV 세계판매시장전망(Green Car Congress), Pike Research, 2010 * 자료 : BLUE Map 시나리오, IEA, 2010 * 자료: IEA, Energy Technology Perspective, 2010 < 그림 3-16> CO 2 감축을위한 Blue Map 109

129 2012 산업기술로드맵 신재생에너지( 전기) 양산시점인 15년부터연평균25.9% 로증가하여 30년123 조원에이를것으로전망 되나, 부품시장은 07년기준 4천억원시장이형성되어지속적인증가추세에있음 * 30년 FCEV 시장: 전세계자동차시장 2.6% 인 411 만대(3 천만원/ 대가정), I&Company * 자료 : Worldwide Fuel Cell Industry Survey, US Fuel Cell Council, 2007 주 ) CAGR : Compounded Annual Growth Rate * 자료 : I & Company < 그림 3-17> 연료전지자동차세계시장전망 IMO( 국제해사기구) 는해상의온실가스및해양오염물(NOx, SOx 및분진) 배출 저감을위해 2013년과 2016 년부터관련국제규제를시행예정이며, 이에따라연 료전지선박의시장진입이촉진될것으로예상됨 - 독일선급은 2010년현재수준에서선박해양용연료전지보조전원의시장규모를 160 GW 로전망하고있으며, 핵심기술확보시연간100조원규모의미래선박엔 진시장선점이가능할것으로전망함 건물용연료전지 건물용연료전지시장은 2009년 1 kw급 PEMFC 가정용시스템상용판매를시작 한일본이세계시장의 80% 정도를차지하고있으며, 미국이 15% 정도를점유하고 있음. 2010년말누적 2 만대를달성했으며, 2011년 8 천대, 2012년 1.8 만대설치를 돌파하여, UPS와CHP 수요증가로2015 년누적260,000 대에도달할것으로예측됨 * 자료 : 연료전지기술 시장전망, 후지경제,

130 Ⅲ. 산업동향 * 자료 : 후지경제보고서 < 그림 3-18> 가정용연료전지세계보급대수및전망 < 그림 3-19> 일본의가정용연료전지시스템 일본은 2009년 Tokyo Gas, Osaka Gas, Toho Gas, Saibu Gas, Nippon Oil, Astomos Energy가공동으로 ENE FARM 이라는제품명으로가정용 PEMFC 시스템상용판 매를시작하여, 2030년까지 250만대판매를목표로하고있음 5kW급이하가정용과 10kW급이하상업용연료전지의북미와일본의시장규모는 2015년 1GW, 2020년 3GW로성장할것으로예상됨 * 자료 : American Council for an Energy-Efficient Economy, NEDO 111

131 2012 산업기술로드맵 신재생에너지( 전기) * 자료 : American Council for an Energy-Efficient Economy, NEDO < 그림 3-20> 북미, 일본의건물용연료전지시장전망 세계의가정용보일러시장(18 백만대/ 년) 을가정용연료전지시스템이대체할 경우2015년 3 백만대/ 년시장을형성할것으로예상됨. 유럽은가정용보일러를 대체할목적으로 2015년에연간 20만대시장판매를목표로산업화를준비중에 있음 현재건물용연료전지시장은 99% 이상을 PEMFC 시스템이점유하고있으나, 일본 에서는 700 W급 SOFC 시스템이 2013 년이후상용판매를시작할계획임. 현재일 본의건물용 SOFC 열병합발전시스템시장은 2007년 29 대(1,800 만엔/unit) 에서 2010년 101 대(600 만엔/unit) 으로확대되고있음 영국의 CeresPower 는 British Gas와실증단계가완료되고사용표준조건을만족한 다는조건하에 4년이넘는기간동안최소 37,500대의 SOFC 시스템제품주문을 포함한계약을체결함 전세계무정전연료전지시스템시장은 2008년기준2억 6천만달러규모로 35% 의 성장률을보였으며 IT 산업의발전및단전비용증대, 고품질전력요구에따라 UPS시장이지속적인성장을하고있어단기기술개발을통한시장진입시 30% 의저가형 UPS 시장을제외한상당부분의신규시장진출이가능할것으로예상됨 112

132 Ⅲ. 산업동향 발전용연료전지 분산발전용MW 급MCFC 시스템은2008 년60여기에서2009 년약130여기가설치 되어보급이확대되고있음 - FCE사 MCFC는 2010년까지전세계적으로 50 MW 설치되었으며, 미국내에서만 52개사이트에평균 1 MW급이설치되어 562백만 kwh 발전하고있음 - 향후유럽및북아메리카시장과한국 RPS로인한성장이전망됨 * 자료 : FCE 社, 2010년 < 그림 3-21> 발전용연료전지시장보급 단기적으로는현재상용화된내부개질형 MCFC 시스템이도심형, 분산형, 백업용 등시장을주도하고, 중장기적으로는 CO 2 회수형, GT 연계형및IGFC 등대형플 랜트와결합된시장이확대될것으로예측됨 발전용연료전지의평균용량증대와여러수 MW급프로젝트추진발표로 이상의연료전지는조만간세계시장을압도할것으로예상됨 1MW 급 전세계에걸친수요성장으로연평균성장률이약50% 로증가하여 2012년에는누적 출하량 3,500대에도달할것으로전망됨 113

133 2012 산업기술로드맵 신재생에너지( 전기) * 자료 : Fuel Cell Today, RNCOS * 참고 : e/f = RNCOS Estimation/Forecast < 그림 3-22> 세계누적대형고정형연료전지보급량 Ansaldo Fuelcells( 이태리) 는 MW당 1ton/hr CO 2 를포집하는 MCFC 를설치시, 1년 8, 000시간운전하고 CCS 중5% 를MCFC 가처리하는가정하에MCFC-CO 2 포집설비 연계형시장을약 9 GW/yr( 약 27 조원) 로예상함 * 자료 : Niche Market Application, Korea-Italy workshop, < 그림 3-23> MCFC: Potential Captive Market for CCS 114

134 Ⅲ. 산업동향 미국 DOE의 Solid Sate Energy Conversion Alliance(SECA, 900 억원/ 년) 프로그램 에따르면, 2012년발전용 SOFC 시장규모와매출은각각650 억원, 18억원이예상 되며, 2014년에는시장규모와매출이각각 5조 4 천억원, 3천9백억원이예상되 어, 연평균 23% 이상의성장세가기대됨 * 자료 : Global Industry Analysts, 2008 보고서 < 그림 3-24> 미국 SECA 프로그램계획 휴대용/ 특수목적용연료전지 2006년에휴대용연료전지신규유닛의수는 3 천대, 누적 11,000대를넘어이후지 속적으로증가하고있음 < 그림 3-25> 제조된휴대용연료전지시스템의누적수 115

135 2012 산업기술로드맵 신재생에너지( 전기) 휴대용전원시장분석에서민수용과군용및보안분야로구분이가능하며, 이 들분야에서초기시장가능한민수분야로는방송국 보조전원(APU), 이동용교통신호전원, 광고/ 게시판전원등임 TV 용비디오카메라, 레저용 2008 년말부터미국정부는연료전지차량당$3,000/kW 나30% 의세제지원을실시 하고있으며2009 년DOE에서5 개기업에총1,080만달러를지원하여연료전지지 게차 314대실증프로젝트를진행하고있음 DMFC 전원의소형화및가격저감이이루어지는경우배터리시장을대체해나갈 수있을것으로예상됨 * 자료 : Pike Research, Fuel Cells for Portable Power Applications, 2009 < 그림 3-26> 전세계포크리프트용연료전지시장전망 수백W~수kW 급DMFC 시스템은무정전전원(UPS), 백업전원및수송용으로응 용할수있으며, 현재이를소형차량( 우편배달차등) 에응용하는미에너지성 (DOE) 실증사업을준비하고있음. 소형차량용(1 ~10 kw) 으로는약130억달러의 시장을예측하고있음 116

136 Ⅲ. 산업동향 나. 국내시장동향 수송용연료전지 2006년수소연료전지차모니터링사업에착수하여 2010년까지승용연료전지차 30 대와연료전지버스4 대의운행이실시되었으며, 이를확대하여 2012년12월까지총 200 대의연료전지차를운영하는실증사업이실시되었음 경쟁국과동일하게 11~14 년까지는수천대규모의실증을통해FCEV 성능을개 선하여 13 년세계최초로양산차를생산하여일반인에게보급할계획이며, 15년 5 천대로규모를확대할계획임 -2015년국내시장규모는약5 천억원으로세계시장(78,000 억원) 의약6.4% 에해당 할것으로예측되며 2020년에는세계시장의 5.2% 인1.7조원으로전망하고있음 2016년선박해양환경오염규제로인해선박해양용연료전지시장이활성화되고 선박해양용연료전지기술이상용화될경우, 20조원규모의국내연료전지엔진 시장의형성이가능할것으로전망됨. 국내조선산업은그간세계시장점유율 1위 를지켜왔으며, 우리나라 5대수출업종으로고용및부가가치창출이높음 2020년전세계선박엔진시장규모는20 조( 연료전지의경우 50 조) 규모이며, 이 중국내에서건조되는선박의물량은 료전지시스템의개발은연간 공할것으로기대됨 40% 수준으로예상됨. 또한선박해상용연 50조원규모의선박기자재시장의진출기회를제 유럽에서는잠수함등군용선박의보조전원으로 PEMFC 시스템이개발되어국내 에도도입되어운행중이며, 현재국산화를위한연구개발이진행되고있음 건물용연료전지 공공건물이용의무확대및신재생건축물인증제도도입에따라신재생에너지 중효율및이용률이가장높고, 설치면적이작은연료전지발전시스템의도입이 확대될것으로전망됨( 시장규모 60 MW/ 년). 또한, 연료전지설치시산업체및건 물의비상발전기를대체하는관련규정개정이검토중임( 시장규모 75 MW/ 년) 117

137 2012 산업기술로드맵 신재생에너지( 전기) 가정용연료전지는그린홈 100 만호보급사업, 그린빌리지사업등정부지원사 업시행으로연료전지분야에서는처음으로사업화에진입하여, 일반가정, 건물, 시 설물등에2012 년누적500 여대가설치완료됨. 국내건물용연료전지시장은정부의 지원아래기술개발을통한초기경쟁력을확보후자체시장형성될것으로전망됨 2020년까지그린홈10만호까지보급확대되고 2012년이후연간 35% 의성장률로 시장규모가증가될것으로예상됨 * 자료 : GS 퓨어셀 < 그림 3-27> 국내가정용연료전지시장규모전망 발전용연료전지 국가녹색성장및온실가스감축정책에따라정부는 2012년부터 RPS(Renewable Portfolio Standard) 제도를시행할예정임. 연료전지는태양광, 풍력에비해소요부 지면적이작고( 연료전지 179, 태양광 19,800, 풍력 39,600m 2 /MW), 이용률이높으며 ( 연료전지 90, 태양광 15, 풍력 25%) 전력과함께열생산도가능하고, 단기간내 설치가가능하여 RPS제도의최적의대안으로각광받을것으로예상됨 정부는2010 년12월제5차전력수급기본계획에서 2024년까지연료전지발전설비 를 660 MW 도입을반영하여공고하였음. 서울시는 2009 년 저탄소 녹색성장마 스터플랜 을수립 발표함 년까지서울시신 재생에너지의 47.6% (700 MW 규모) 를수소연료전지로보급하고, 이중 600 MW를도심형및분산발전용연료전 지로설치할계획임 118

138 Ⅲ. 산업동향 분산발전용 MCFC 시장은발전차액지원제도를통하여 2006년남동발전을시작으 로미국 FCE 제품을보급하여 2012년현재전국적으로총17 개소, 약50MW가보 급되어안정적으로가동중이며, 향후급속한시장성장이예상됨 < 그림 3-28> 포스코에너지의 MCFC 설치현황 휴대용/ 특수목적용연료전지 휴대 이동용전원은리튬이온대체형( 수~수십 W), 디젤발전대체형( 수십~수 백 W) 및납축전지대체형( 수백 W~수 kw) 으로시장이형성될것이며, 삼성 SDI Li-ion 대체형은미국방부납품계약을준비중에있으며, 아울러감시용로봇 의상용화준비를하고있음. 또한LIG넥스윈은무인항공기및다양한휴대전원 용으로연구개발을수행중에있음. 납축전지대체형은 ( 주) 프로파워 50cc급스쿠 터및지게차의 10% 를연료전지로대체하기위하여 11년도실증운전중임 현재국내지게차시장은내수가약10,000 대, 수출이 25,000대수준으로주로두 산인프라코어( 구대우종합기계), 현대중공업, 클라크, 수성등 5~6개의업체가 경쟁을하고있음 실내용지게차는납산축전지를사용하고있으나, 충전시간등의제약으로인해여 러가지문제가제기되고있는상태임 119

139 2012 산업기술로드맵 신재생에너지( 전기) 연료전지를탑재한지게차는기존전동지게차의단점을해결할수있을것으로판 단되나, 국내에서는아직개발되어있지않으며,( 주) 수성에서 ( 주) 프로파워와함께 연료전지지게차를개발중에있음 국내청소장비시장은약 2,000 억원이상으로추산되며, 이중진공청소기시장이 1,000 억원대, 도로청소장비가 300 억원이상, 스팀및기타장비가 200억원정도이 며, 수입청소장비는약500억원정도로추산됨 국내오토바이시장은연간10만대로 1996년의 30만대보다 3분의 1 수준으로축소 되었으며, 이중스쿠터의비중은 70% 이상임 국내에서도 S&T 모터스를중심으로하여전기이륜차의모델이개발되고있으며, 리튬이온배터리를장착하고, 최고69km/h 의속도로, 일회충전시70~110km 를주 행할수있음 120

140 Ⅲ. 산업동향 (2) 기술동향 가. 해외기술동향 고분자전해질연료전지 (PEFMC) DOE 프로그램에서는자동차용연료전지가격을2015 년$30/kW를목표로하고있 으며 2010 년현재기술수준으로는 $51/kW(BOP $26, 스택$25) 로2008년에비해 30% 저감되었으나 2 단계(2010 년) 목표인 $45/kW 에도달하지는못하였음. 그러나 추후생산규모에따른큰폭의가격저감이예상됨 2009년이후GM, 도요타등의선도기업들은가격저감및내구성개선을위한원 천소재/ 부품기술개발과함께상용화에필수적인소형화, 시스템출력밀도 650W/L, 시스템효율60% 달성을위해각국정부의 R&D 지원하에서고압운전의 문제점을극복할수있을것으로기대되는중온, 중압수준의가변압력운전이가 능한시스템및핵심부품기술개발을적극적으로추진하여초기시장선점을도모 하고있음 수송용연료전지시스템에서는초기개발사인 Ballard 社를시작으로 GM, 다임러벤 츠, 도요타, 혼다등에서고압운전시스템을개발하였음 -GM의고압형연료전지시스템은고압공기공급을위한공기압축기를장착하고 있음( 그림 3-29) - 고압운전방식은전운전구간에걸쳐물배출에는유리하지만, 부품들의내구성 저하문제뿐만아니라운전과정에서과다한기생전력이발생하며또소음이매우 크다는단점이있음 - 최근이러한고압시스템의단점을보완하기위해도요타등에서는대부분의운전 구간이속해있는저부하영역에서압력을낮추고자하는연구를수행중에있음 121

141 2012 산업기술로드맵 신재생에너지( 전기) * 자료 : GM 社 < 그림 3-29> GM의 HydroGen 3 연료전지시스템 동절기운전특성에있어서도 GM, 다임러벤츠, 도요타, 혼다등해외개발사모두 -20 냉시동목표를달성한상태이며, 극악조건인 -40 에서연료전지의시동을 가능하게하는연구를진행중에있음 또한, 시동시연료전지스택의전압상승을조절하여스택의내구성을향상시켰으 며, 운전초기스택의운전온도를신속히정상상태에도달하도록하는기술을개 발함으로써기존에수백시간에이르던스택의내구성을현재는 지달성하였으며, 지속적으로내구성이향상되는추세임 3,000시간이상까 이에더하여운전이끝난후, 촉매층의내구성을확보하기위해스택내로의공기 의유입을막는기술을도요타및다임러벤츠를시작으로개발되어스택의내구성 이지속적으로향상되고있는추세임 연료전지선박의경우독일은 EU에서 520 만유로( 약100 억원) 를지원받아Zero Emission Ship 개발을위한 ZEMShip 프로젝트를진행중임 - PEMFC 기술에기반한 100kW(50 kw 2) 급시스템을적용하여수소를연료로전체 에너지효율 40~50% 달성을목표로하고있으며, 2008년부터실증선을운행중임 122

142 Ⅲ. 산업동향 < 그림 3-30> 100 인승연료전지선박사진( 좌), 수소충전소 ( 우) 가정용 PEMFC 분야의선진국가인일본은정부지원과지속적인연구개발로 2011 년기준시스템전기효율 35 45%(LHV), 종합효율 77 87%(LHV) 까지도달함. 시 스템가격은약2 백만엔수준임. 보급활성화를통해2015 년까지대량생산공정을 구축하여시스템가격을 500, ,000 엔까지저감하는것을목표로함. 또한 년까지약400,000 엔을목표로자립시장형성을위한장기적인연구개 발을진행중에있음 < 표 3-11> 일본기업별 PEMFC 제품사양 구분 ENEOS GASTAR /Rinnai KYOCERA TOTO TOYOTA /AISIN 시스템 출력 700W 700W 700W 700W 700W 정격발전효율 45%(LHV) 42%(LHV) 45%(LHV) 45%(LHV) 45%(LHV) 정격종합효율 85%(LHV) 77%(LHV) 85%(LHV) 85%(LHV) 85%(LHV) 발전부크기 580*930* *1040* *960* *939* *960*350 연료 LPG 도시가스 도시가스 도시가스 (13A) 도시가스 온수용량 70L 80L 70L 70L 70L 온수탱크크기 700*1700* *1620* *1700* *1400* *1700*300 온수온도 70도 75도 80도 75도 80도 123

143 2012 산업기술로드맵 신재생에너지( 전기) 독일의경우효율및내구성등의기술적인측면에서다른경쟁국가에비해우위에 있지못함, 2020 년까지의중장기로드맵과정부주도의프로젝트(Callux Lighthouse Project) 통하여 2012년까지 2,250대의실증평가를목표로건물용연료전지보급과 기술개발을적극적으로추진하고있음 유럽은 2012년건물용연료전지시스템양산을계획중이며 2015년에는연간20만 대의시장판매로보일러대체를목표로하고있음 용융탄산염연료전지 (MCFC) 미국의 FCE 사는 CO 2 포집을위한화력발전소연계형과가스터빈연계형등의 MCFC 를활용한다양한 Hybrid 시스템을통해수요확대에주력하고있음. MCFC-PSA Hybrid로 PSA에의한CO 2 포집과 H 2 분리가능성연구를수행한결과,CO 2 증가분 을 35% 이탈리아의 이내로줄일수있다고제시함 Ansaldo Fuel Cells에서는 CO 2 포집을위한화력발전소및 NGCC (Natural Gas Combinded Cycle) 연계형공정을개발중이며, NGCC에 MCFC-Oxy Hybrid 시스템을적용한결과, 발전량은 20~30% 증가되며, CO2 포집률은 68% 였다 고발표함 일본의전력중앙연구소(CRIEPI) 는MCFC/Oxy-burner/GT Hybrid 로 GT의고효율및 발전량증가로 CO 2 회수시스템제시함 FCE 사는가스터빈의통합운전을통한고효율발전시스템(DFC/T, 미국 FCE 社 ) 을 개발하고, 실증을완료하고기존시스템에비해 10% 이상발전효율이높은기술을 개발중임 MCFC 시스템내에서발생하는가스로부터순수한수소를분리하여산업용및차량용으로공급하기위한 DFC/H 발전시스템을확장하여개발중이며, 발전을통 한전기효율과생산된수소를통한효율을합하여 70% 이상의효율이목표임 가솔린, 디젤, 등유, 바이오가스등을기반으로한연료전지시스템은 General motors, Delphi, Nordic Power System, Eaton, FuelCell Energy 등에서연구개발을진 행하고있음. 2008년Idemitsu 社는멀티연료처리시스템기술을개발, 현재건물용 연료전지시스템개발을통한시범보급에주력하고있음 124

144 Ⅲ. 산업동향 < 그림 3-31> FCE社 2.8 MW 시스템 < 그림 3-32> FCE社 300 kw DFC-GT 시스템 독일의 MTU社는 FCE社의 EU 파트너기업으로 Fellowship(Fuel Cells for Low Emission Ships) 프로젝트에참여하여선박용 MCFC 를제공함. 연료전지는 MTU Hot-Module 을적용하였으며육상용에비해모듈화, 소형화형태로공급함 < 그림 3-33> 320 kw급선박용 MTU 모듈( 좌), 연료전지가탑재된선박( 우) Fellowship 프로젝트(2003 ~2010) 는LNG 연료기반의 320 kw급 MCFC 연료전지 선박시스템기술개발을목표로노르웨이, 독일, 스웨덴, 핀란드, 스페인등의국가가 참여하였으며, 2009년320kW급의LNG기반의시스템이해변에서테스트되었고 이후 OSV Viking Lady 에탑재되어 North Sea Condition에서운전함 미국 FCE社는 Office of Naval Research 주관으로군수용선박에연료전지적용 을위한 SSFC(Carbonate Ship Service Fuel Cell System) 프로그램을진행중임 이태리 Ansaldo Fuel Cells 社는 MCFC Naval Generator 개발사업을 2002년부터 2007 년까지수행함. 또한, 후속프로그램으로 MC-WAP(Molten-Carbonate fuel cells for Waterborne Application) 을2005년부터 2010년까지수행하였음 125

145 2012 산업기술로드맵 신재생에너지( 전기) < 그림 3-34> Ansaldo 社 500 kw 급육상시험설비전경( 좌), 액체연료전처리장치( 우) 고체산화물연료전지 (SOFC) 현재미국, 일본, EU, 호주등많은나라에서는 DOE, EPRI, GRI, NEDO, HFP 등 별도기구를구성하여 SOFC 개발을추진하고있는데대부분의경우상용화를위 한시스템개발뿐만아니라소재, 부품등원천분야에대한핵심기술확보를위한 기술개발프로그램이병행추진하여조기상용화를대비하고있음 < 그림 3-35> 선진국의년도별 SOFC 기술개발현황및전망 126

146 Ⅲ. 산업동향 SOFC의성능을향상시키기위해서작동온도범위에따른전극에서의분극저항을 감소시키기위한연구가미국의 SECA, 유럽의 REAL SOFC, 일본의 NEDO를중심 으로연구되고있고, 특히 SOFC 상용화에있어최대걸림돌이되고있는스택의 신뢰성확보를위해단전지를포함한스택구성소재및부품들의열화현상규명, 장기안정성확보를위한연구개발투자가활발히이루어지고있음 미국은 SECA 프로그램을통하여 2010년 15~30 kw급시스템개발을완료하였으며 2018 년까지 275 MW 급의석탄가스/SOFC/ 가스터빈혼합발전소개발을목표로하고있음 Siemens( 美 ) 는평관형셀인 Delta 셀을개발하여 100 kw급스택제작및 220 kw SOFC/GT 하이브리드발전소를설치하여 55% 효율을달성하여 MW급대용량시 스템개발을목표로하고있음 VPS( 美 ) 는33x33cm2평판형셀을개발하여스택의대형화를추진하고있으며 FCE 의시스템기술을접목하여수MW급SOFC 시스템개발을목표로하고있음 Acumentrics( 美 ) 는튜브형단전지를중심으로셀성능의향상및시스템개발을주도 해오고있으며이탈리아의 Ariston 社와함께컨덴싱보일러기술을접목하여전기 용량 1 kw, 열용량 20 kw급의가정용 micro-chp 시스템을제조하였음 Acumentrics/Ariston 컨소시엄은현재이탈리아의 EFESO(Environmentally Friendly EnergyfromSolidOxideFuelCell) 프로그램에참여중이며최종목표는 1~2.5kW 급 의프로토타입시스템을개발하는것이며 것임 5년정도의수명으로경제성을확보하는 일본은가정용 SOFC 시스템개발실증에가장활발한활동을하고있으며,2007 년 부터신에너지재단(NEF) 에서는신에너지산업기술종합개발기구 (NEDO) 의지원하 에 SOFC 시스템실증연구를수행해오고있음 일본의경우세라믹업체(Kyocera, TOTO, NTK 등) 가 SOFC 스택을개발공급하고 유틸리티업체(OsakaGas,TokyoGas,TohoGas 등) 와공동협력으로시스템을개발 하고실증을진행해나가고있으며, 타국가도비슷한형태의개발이진행되고있음 Kyocera( 日 ) 는세라믹기판상에다수의음극지지형셀을제조하고이를직렬로접 속한구조를가지는 700 W급스택을개발하여신일본석유의가정용연료전지시 스템에적용하여실증운전을진행하고있음 127

147 2012 산업기술로드맵 신재생에너지( 전기) TOTO( 日 ) 의경우 2007년에실시된 2 kw 시스템의필드테스트에서 45%(LHV) 의 발전효율과 5,000시간이상의연속운전및부하변동에따른내구성테스트를실시 한바있으며, 2008년도에 8 kw급 1 대, 2010년도상반기에 0.7 kw급 2대를테스 트를실시함 NTK( 日 ) 는평판형 SOFC로 2012년단위면적당 1 W/cm 2 의셀과 18 19cm 2, 19셀로 구성되는 1kW급스택을개발하였으며시스템의경우NEDO 지원하에 1kW급가 정용시스템 2기를제작하여실증운전을진행하고있음 NGK( 日 ) 는평관형 SOFC를개발중이며다양한방식의세라믹스성형기술을적용 하여 3 kw급고출력스택개발 Ceramic Fuel Cells Limited( 濠 ) 는상용제품으로개발된 GennexTM 스택모듈에서 60%(LHV) 의높은효율을확보하여열병합발전시스템에적합한이상적인모듈을 개발하였음 상기의 Gennex 를채택하여제조된 BlueGENTM 시스템은최대 2 kw까지의출력이가 능하며최대열출력 1kW의종합효율 85%( 전기효율최대 60%, 15,000 이상실증) 의 시스템을상용제품으로출시하였으며 2010년 9월15개국에 52대의판매실적을보임 호주의 Ceramic Fuel Cell사는 2 kw급건물용 SOFC 시스템을개발하였으며전기 효율 60% 의고효율달성으로유럽시장진입노력을기울이고있음 Ceres Power( 英 ) 는CGO(Gd doped Ceria) 를바탕으로한금속지지형단전지제조, 스 택기술을바탕으로기존의보일러와결합된벽걸이형 SOFC 시스템을개발하고 British Gas( 英 ) 과함께 the residential CHP programme 하에실제가정에서필드테 스트를진행한바있음 SOFC Power( 伊 ) 는가정용열병합시스템이나산업용의용도를목적으로 0.5 kw의 스택, 열교환기, 개질기(CPOx) 를구비하는 HoTboxTM을개발해공급하고있음 최근 Staxera( 獨 ) 는 H.C. Stark의전해질지지형단전지를이용하여 1.4 kw급의스택 모듈을출시하였으며, 5,000시간 20번의열사이클을보장하고있음 핀란드는 Fellowship 프로젝트를기반으로선박보조전원용시스템개발을수행함 (Methapu 프로젝트). SOFC 기술에기반한근거리여객선, 자동차운반선, 크루즈선 등보조전원용 250 kw 급연료전지시스템개발을목표로하고있으며, 08년 20 kw 급보조전원시스템실증운전함 128

148 Ⅲ. 산업동향 < 그림 3-36> Methapu 프로젝트의개요 직접메탄올연료전지 (DMFC) 미국 Oorja Protonics 社는지게차(Class III) 에DMFC 를적용하였으며, 여기에사용한 DMFC 시스템(1.5 kw) 의발전량은 20 kwh/day 이고, 12리터의연료로 12~16시간 정도운전할수있으며, 시스템총중량은 79kg 임. 기존에사용하던납축전지에 비해전력의안정적인공급과배터리교체에따른불편해소, 가격경쟁력우수, 기 존배터리사용대비 30~66% 의이산화탄소배출저감효과도있는것으로평가 됨. OorjaRig 라는제품명으로메탄올저장및공급장치도판매중임 < 표 3-12> Oorja Protonics 社의 DMFC 시스템사양 출력규격경제성배출물 에너지출력 20 kwh/day 출력전압 24V/36V/48V 최고출력소요시간 10분이하 연료주입시간 1분이하 연료통용량 12L로약 12 16시간 크기 cm 중량 170 lbs (79kg) 작동온도 작동내부압력 2 psi 이하 사용편리성 버턴작동, 자동 취급 표준작동에는리프팅없음 연료충전 자체실링퀵커넥터연결 CO2 메탄올내연기관대비 30 66% 적은배출량 NOX, SOX 및미립자 없음 증기상황산 없음 <Oorja의 DMFC 장착지게차> 129

149 2012 산업기술로드맵 신재생에너지( 전기) 독일의 Juelich 연구소(Research Centre Juelich) 에서개발한 DMFC * 자료 : 독일 Juelich 연구소 < 그림 3-37> DMFC 장착지게차및여기에사용된 DMFC 시스템모식도 독일의 Smart Fuel Cell(SFC) 社에서는 50W급의소형전원을개발하여시판중에있 으며, 2008년10월현재누적10,000 대의제품을판매하였으며, 새로운응용분야에 적용하기위한다양한제품을개발중에있음 일본의 Yamaha 社에서는 1.0 kw급의 DMFC 로구동되는스쿠터 (FC-Dii) 를개발하 여시연하였음 * 자료 : 독일 Smart Fuel Cell 社, 일본 Yamaha 社 < 그림 3-38> EFOY-Pro series DMFC 전원 < 그림 3-39> Yamaha 社 DMFC 장착스쿠터 130

150 Ⅲ. 산업동향 융복합/ 차세대시스템 음이온(OH-) 전도성교환막은일본 Tokuyama 社에서시험생산을하고있으며, 2011년이스라엘의 Cellera 社는 2kW AMFC 스택을시험중에있음 * 자료 : Anion Exchange Membrane, AEM < 그림 3-40> Tokuyama 社음이온교환막 < 그림 3-41> Cellera 社 2 kw AMFC stack 나. 국내기술동향 고분자전해질연료전지 (PEMFC) 국내에서는2000 년대초기술검토를시작하여2004 년 자동차구동용 80kW급발 전모듈개발 과제를시작으로본격적인수송용연료전지개발을시작하였음. 이후 100 kw 급운전장치개발, 버스용 200 kw급연료전지시스템개발등을통해 2011년 까지기반기술의확보를추진하고있음. 또한, 이러한기반기술의적용성검증을 위해 2006년수소연료전지차모니터링사업을통해 2010년까지과제가진행되었음 연료전지핵심기술이대량양산을통한상용화단계에이르기위해서는수송용내 연기관과동등수준이상의내구성, 출력, 저온시동성과같은기술적인문제에대 한추가기술개발및현재 1억원이상인연료전지시스템의가격절감기술및모 듈화기술개발이필요함. 이러한필요성에의해2009 년저가형고출력연료전지실 용화과제가진행되어연료전지양산에필요한모듈화기술및양산공법관련기 술개발이진행되고있음 131

151 2012 산업기술로드맵 신재생에너지( 전기) 상용화를앞당기기위해서는수송용연료전지의상품성을확보하여야하며, 이를 위해스택출력밀도 2kW/L 달성이필수적임. 국내에서는 2009년금속분리판개발 에성공하여스택출력밀도를 2012년현재 1.6 kw/l 까지향상시켰으나, 이를 2 kw/l 까지끌어올리기위해서는제2 의돌파기술개발이요구되고있으며, 이를 위해가변압력스택개발을진행중임 * 자료 : 현대자동차 < 그림 3-42> 국내자동차용연료전지스택출력밀도개발현황및전망 스택출력밀도향상및가격저감을위한기술개발과함께 한생산기술개발이진행되고있음 2015년양산을목표로 건물용 PEMFC 는2001년부터진행된 1 3kW급가정용연료전지시스템개발과제 및2006 년부터시행된 가정용연료전지모니터링사업 으로 2012년까지누적 500 여대의연료전지시스템실증연구가진행됨. 모니터링사업을통하여시스템안정 성및내구성확보를통한상용화기반이조성됨 PEMFC 건물용연료전지제조사인GS 퓨얼셀은2010 년10월국내최초누적발전량 기준 20,000 시간을돌파, 가정용연료전지분야의선진주자인일본의실증수준에 도달함으로써신뢰성, 내구성, 안정성등을검증하였음. 3년간의모니터링사업결 과가정용 PEMFC 의국산화율은 80% 이상( 가격기준) 을달성함, 시스템설계, 제작, 운영기술의경우선진국수준의기술력을확보하고있음 132

152 Ⅲ. 산업동향 < 표 3-13> 가정용연료전지시스템모니터링사업내역 총사업비 ( 억원) 기간 1차년도 2차년도 3차년도계 구분 정부 민간 ( 현금) 58(18) (22.86) 84.1 (26.1) 계 보급규모( 기) 기준가격( 억원) 국산화비율 (%) 의무국산화부품 스택, 열공급모듈 연료개질기, 센서및펌프 전력변환기, 필터 - 참여기관도시가스사지자체에너지사및일반가정 - 효율 전기효율 30% 이상총효율 70% 이상 전기효율 32% 이상총효율 75% 이상 전기효율 33% 이상총효율 78% 이상 운전목표 (kwh) 설치장소실내설치실외설치 2차년도와동일 - 운전방식 1kWh 정격운전 500W, 750W, 1000W 부분부하운전 2차년도와동일 kw 이상의건물용 PEMFC 의경우퓨얼셀파워가국책과제를통해 10 kw급연료 전지시스템개발연구를진행하였음. GS 퓨얼셀의경우핵심부품인연료변환장치, 스택, 인버터의국산화를통해5kW 건물용연료전지시스템을개발하였으며주간 에너지소비형과야간에너지소비형사이트를선정하여실증연구를진행하고있음 2010년 GS퓨얼셀은스마트그리드사업에참여하여 1kW급 LPG 시스템을개발하여 제주도에설치하였으며 2011년 1kW 급/5kW급 LPG 시스템을제주실증단지에설치 하여태양전지, 풍력발전과같은기타신재생에너지와연계하여운영할예정임 퓨얼셀파워는군사용 APU 시스템개발사업의일환으로가솔린/ 디젤연료가사용 가능하고이동이가능한소형발전용연료전지개발을 2010년부터진행하고있음 용융탄산염연료전지 (MCFC) MCFC 구성요소에관한연구는한국전력과 KIST, Twin Energy를중심으로외부개 질형에대해진행되었으며, 07년부터 12년까지두산중공업과 KIST를중심으로 133

153 2012 산업기술로드맵 신재생에너지( 전기) 300kW급내부개질형스택및시스템설계기술과플랜트연계형 MW 시스템기술 개발과제를수행하였음. 두산중공업은스택생산라인(5MW/ 년) 을구축하여국산화 제품을생산하고있음. 그러나성능및수명에대한지속적인기술개발과원가절감 을위한생산기술개발이필요함 포스코파워는 2004년부터 2007년까지미국 FCE社 250 kw 제품에대한 250 kw 내 부개질형 MCFC 실증사업을수행하였음. 2007년미국 FCE 社와계약을맺고 BOP 에대한기술인수및연간 150 MW 규모의 BOP 공장준공하였음. 설치, 유지보 수및서비스기술들을단계적으로확보하고,BOP 국산화를완료함.2011 년4월스 택생산공장준공하고, 제조기술과함께스택의국산화추진중임.2011 년10MW급 을시작으로 2014년까지 100 MW급개발이예정되어있음 < 그림 3-43> 포스코파워社 MCFC 인프라 한국전력연구원은 2005년부터 250 kw급열병합 MCFC 시스템개발연구및 MCFC 스택양산화연구를수행하였으며, 장기적으로 IGFC와같이화력발전소를 대체할규모의중앙집중발전용 MCFC급시스템개발을추진중임 두산중공업은 2006년 25 kw급내부개질형 MCFC 스택을자체기술로제작및운 영하였으며, 정부과제로 300 kw급내부개질형 MCFC 시스템개발및플랜트연 계형 MW급내부개질형 MCFC 시스템국산화개발과제를수행하였음. 2009년부 터는플랜트연계형연료전지응용기술개발의일환으로 MCFC/PCC(Post Carbon Capture) 에대한Feasibility Study를수행하여기존화력발전을MCFC/PCC 로Retrofit 할경우전체플랜트의효율감소를 2% 이내로줄일수있다는결과를얻었음 134

154 Ⅲ. 산업동향 고체산화물연료전지 (SOFC) 2006 년한전전력연구원(KEPRI) 에서는연료극지지형단전지를기반으로한 1 kw 급중온형 SOFC 발전시스템을개발완료하여가정용시스템에대한BOP, 운전기술 을확보한바있음 1kW급시스템기술을바탕으로 5 kw 발전시스템도 KEPRI 에서개발중임 (15 15cm 2 이상의단전지, 시스템발전효율 35% 이상, 총효율 75% 이상의발전시스템을 목표로함 ) 한국에너지기술연구원 (KIER) 은원통형단전지기술을기반으로 APU 응용을위한 급속기동형스택개발, 디젤개질시스템및소형BOP 를개발한바있으며,5kW 급 SOFC 스택본체는독일율리히연구소에서도입하여 8.1 kw의출력을발생시키는 발전시스템을개발하였으며평관형 SOFC 스택용원천기술개발도추진중에있음 KIST는90 년초부터평판형SOFC 개발연구를해왔으며현재kW급단전지및스 택제조기술을확보하고있음. 고온전해질지지형 SOFC 개발, 중저온용음극지지 체 SOFC 개발, 밀봉재, 집전체등의요소부품기술을개발한바있음 2009년부터대경광역경제권선도사업과제로한국광유와상용머티리얼에서평 관형타입의단위전지에대한연구와스택(1 kw, 3 kw) 에대한개발을진행중 세라믹기술원 1 kw급 SOFC용밀봉재및단전지구성요소를개발하였으며 스택에적용하여실제운전조건에서 90% 이상의우수한밀봉효율및안정된특성 을개발하였으며, 현재 5 kw급 SOFC에적합한밀봉재를개발중임 국내 SOFC1kW 급가정용시스템개발은쌍용, 코미코, TOPSOE 등의스택개발업 체와 STXMetal, 경동나비엔, SKE&S 등의시스템개발업체에서추진하고있으며 스택및시스템의장기성능을확인중에있음 STXMetal 은내장형개질기, 열교환기, 배기가스연소및열회수시스템, Hot Box 설계및제작에대한연구를진행이며, 누리기술에서는열관리공정및시스 템설계, 운전제어로직및제어기개발, 계통연계 E-BOP 시스템개발을진행중임 10kW 급이상의건물용시스템에서는포스코, RIST가스택및시스템을자체개발 하고있으며 LG전자와 Rolls royce가자회사인 LG-Fuel Cell System을설립하여자 체 SOFC 시스템개발을진행중임 135

155 2012 산업기술로드맵 신재생에너지( 전기) 포스코, RIST는 2014년까지 10 kw급건물용 SOFC 개발을목표로단전지, 스택부 품및스택, 일부 BOP를포함하는발전시스템을개발중에있으며상용화를위한 1000cm 2 면적의독자셀제조기술확보하였음또한 700cm 2 면적의단전지 60장으로 구성된스택의경우720도작동온도에서약3.6%/1000hr 의전압강하의성능을보여 주었음 LG-Fuel Cell System은세그먼트형평관형셀을개발하여 20~25 kw급스택기술을 보유하고있으며2016 년1MW급SOFC 시스템을상용화를목표로개발을진행중임 5 kw급열병합 SOFC 시스템개발을위해 KIST에서는 2 kw급 LPG(NG) 개질기를 개발하였고, KAIST 에서는 5kW급액상연료개질기개발중 직접메탄올연료전지 (DMFC) 연구소와대학을중심으로하여십년이상기본적인연구가진행되어많은기술을 축적하고인력을배출하여왔음. 촉매, 전해질막,MEA, 및DMFC 시스템에관련된 기본기술은상당한수준에도달된것으로평가를받고있음 구성핵심부품개발을활발히진행중이며, ( 주) 썬텔, 동진세미켐, 삼성전자( 종기 원), 협진등이대표적인기업임. 소재연구에서는촉매의저감을통한성능향상연 구와더불어내구성을향상시키기위한연구가진행중이며, 멤브레인에서는나피 온의메탄올크로스오버를줄이고, 기계적, 화학적강도를높이기위한탄화수소계 멤브레인에대한연구도활발히진행중. MEA 연구는상업화와더불어비용을저 감하는양산기반기술연구도진행중에있음 분리판분야는유림, 일도, 가람등에서흑연판을가공하여제작하고있으나한국 타이어, 자화전자등에서는성형분리판을개발하여실증평가중임. 흑연분리판 이외에도주로자동차나전기이동체용으로금속분리판도 POSCO, 현대하이스코 등에서개발하고있음 시스템연구는사용자편의성과고온/ 저온신뢰성, 기계적신뢰성, 전자기적신뢰 성, 다양한환경에서의신뢰성확보및내구성을향상시키는연구가주를이루고 있음. 최근에는휴대용전원으로활용하기위해수백 W급의시스템연구가진행 중임. 이는DMFC 가기존배터리의본질적문제인긴충전시간을해결하고사용시 간( 출력시간) 등을대폭향상시킬수있는유일한기술이기때문임 136

156 Ⅲ. 산업동향 휴대용연료전지시스템의양산상용화를위해서는 DMFC에서는저소비전력의소 형BOP( 펌프, 콤프레서, 밸브, 센서등), 연료전지와적용기기의인터페이스( 시스템 제어기술, 회로설계기술) 기술이개발되어야함. 그리고 DMFC 분야에서는고농도 메탄올사용가능한고분자막개발, 촉매량감소,CO 저항성고효율촉매를비롯하 여 MEA의출력과내구성향상이이루어져야함 시스템회사로는국내에서삼성SDI, 삼성전자( 종합기술원) 가10년내외동안꾸준히 연구를진행하고있으며, ( 주) 프로파워에서도 DMFC 스쿠터실증사업을비롯하여 휴대용전원개발을수행중임 < 그림 3-44> 삼성군사용휴대전원 < 그림 3-45> 프로파워 -S&T모터스 DMFC 스쿠터 최근에는 LIG 넥스윈이무인항공기및특수목적용으로 DMFC를개발중이며조 만간시작품을선보일예정임 < 그림 3-46> LIG 넥스윈무인항공기( 개발중) 137

157 2012 산업기술로드맵 신재생에너지( 전기) 한국에너지기술연구원에서는 2kW급 DMFC/ 배터리하이브리드차량을개발중임 < 그림 3-47> KIER 2인승 DMFC/ 배터리하이브리드자동차( 개발중) 융복합/ 차세대시스템 한국에너지기술연구원 (KIER) 에서고분자막개발에관한기초연구를수행하고있으며이를이용하여연료전지성능을시험함 < 그림 3-48> KIER 제조 AEM 구조와이를이용한 AMFC 성능곡선 138

158 Ⅲ. 산업동향 (3) 기업동향 가. 가치사슬현황 < 그림 3-49> PEMFC 가치사슬 < 그림 3-50> MCFC 가치사슬 139

159 2012 산업기술로드맵 신재생에너지( 전기) < 그림 3-51> SOFC 가치사슬 < 그림 3-52> DMFC 가치사슬 140

160 Ⅲ. 산업동향 나. 국내외 주요기업현황 해외업체현황 고분자전해질연료전지 (PEMFC) 업체명 GM( 미국) Ford( 미국) Toyota( 일본) 사업영역및주요내용 SAIC 와 FCV 개발협력 ( ) - SAIC 브랜드로 FCV 개발, 10대를 2010년상해 EXPO에 VIP용셔틀로투입 Project Driveway Testing Program (2007 ~ ) - 약 100대이상의 Chevolet Equinox FCV 시험중 ( 미국, 일본, 한국, 중국, 독일) 수소연료전지차도입시기를 2020년 ~2030년으로제시 - 단기적으로 HEV와 EV 에주력 ( ) - FCEV 는현 Fleet 프로그램에만주력하고연료전지기초연구에집중 08년 FCHV Adv. 리스판매 (Green Car Congress, ) - 환경성대상 30개월간월 84만엔의비용으로리스판매 15 년한정판매계획발표 (FuelCellToday, ) - 연간 5 만대생산시, 가격목표 $5만으로예상 Honda( 일본) 08년 FCX Clarity 생산개시 (Green Car Congress, ) - 3 년간월 $600의비용으로 200대리스판매 15 년양산계획발표(FuelcellToday, ) Nissan( 일본) ENE FARM ( 일본) 10년까지 130 kw 급새로운연료전지기술개발추진 (Finchannel.com, ) - Nissan Green Program 2010 계획수립 ( 10 년까지가격저감및보급계획) 판매사는 Tokyo Gas, Osaka Gas, Toho Gas, Saibu Gas, Nippon Oil, Astomos Energy 임 시스템제작사는 Panasonic, Toshiba 임 전기출력은 W, 열출력은 W 임 전기효율 35% 이상, 종합효율 80% 이상임 (LHV 기준). Wärtsilä( 핀란드 ) Wallenius car carrier M/S Undine 에 WFC20 연료전지탑재 - 출력 20 kw, 연료는메탄올, SOx, NOx의배출은 0 141

161 2012 산업기술로드맵 신재생에너지( 전기) 용융탄산염연료전지 (MCFC) 업체명 Fuelcell Energy ( 미국) Ansaldo Fuel Cells ( 이탈리아) MTU 사업영역및주요내용 FCE사 MCFC는 2010년까지전세계적으로 50 MW 설치되었으며, 미국내에서만 52 개사이트에평균 1 MW급이설치되어 562백만 kwh 발전하고있음 미국의 FCE社는 CO2 포집을위한화력발전소연계형과가스터빈연계형등의 MCFC를활용한다양한 Hybrid 시스템을통해수요확대에주력하고있음 MCFC-PSA Hybrid로 PSA에의한 CO2 포집과 H 2 분리가능성연구를수행한결과, CO 2 증가분을 35% 이내로줄일수있다고제시함 군수용선박에연료전지적용을위한 SSFC 프로그램진행 - 연료는 NATO F-76 (1% sulfur), JP-5, 수소화탈황방식, 단열반응기형태예비개질기적용, 출력 125 kw 년기준으로연료전처리설비를 1,000시간이상운전하여잔류황성분 0.1ppm 이하로유지 독일 Fraunhofer IKTS와 JV 설립(FuelCell Energy Solutions, GmbH) - FCE社가지분 75% 을확보하였고, EU내발전용연료전지제품가술공동개발 hr적임 MW당 1ton/hr CO2를포집하는 MCFC 를설치시, 1년 8,000시간운전하고 CCS 중 5% 를 MCFC 가처리하는가정하에 MCFC-CO 2 포집설비연계형시장을약 9 GW/yr ( 약 27 조원) 로예상하여준비중임 이탈리아의 Ansaldo Fuel Cells 에서는 CO2 포집을위한화력발전소및 NGCC (Natural Gas Combinded Cycle) 연계형공정을개발중이며, NGCC에 MCFC-Oxy Hybrid 시스템을적용한결과, 발전량은 20~30% 증가되며, CO2 포집률은 68% 였다고발표함 MC-WAP 을 2005년부터 2010년까지수행 - 연료는 NATO F-76 (0.2% max sulfur), 흡착탈황, 자열개질방식개질기적용, Micro-Gas 터빈연계운전 Fellowship(Fuel Cells for Low Emission Ships) 프로젝트에참여하여연료전지를제공 - 연료는 LNG, 육상용연료전처리기술적용 - 연료전지는 MTU Hot-module 을적용하였으며육상용에비해모듈화, 소형화형태로공급 Rolls-Royce 社와 Daimler 社가공동으로 MTU社 M&A시 MTU社의연료전지부문의인수를포기하였고, 독일 Fraunhofer IKTS로 MCFC 지적재산권을이전하였음 142

162 Ⅲ. 산업동향 고체산화물연료전지 (SOFC) 업체명 Osaka Gas ( 일본) TOTO( 일본) Nippon Metal Industry( 일본) Bloom Energy ( 미국) Topsoe Fuel Cell ( 덴마크) Versa Power Systems( 미국 ) Ceramic Fuel Cells Limited ( 호주) Ceres Power ( 영국) Acumentrics ( 미국) 사업영역및주요내용 2007년부터 2009년까지 80대의 SOFC 시스템설치장기운전기록하고있으며, 0.7 kw 급, 발전효율 45%(LHV), 배열회수효율 40%(LHV), 저장탱크용량 90l 시스템제작 Kyocera, Toyota, Aisin社와공동으로 2010년형가정용열병합시스템 41대개발설치하여실증실험중 2007년에실시된 2 kw 시스템의필드테스트를통하여 45%(LHV) 의발전효율과 5,000hr 이상의연속운전및부하변동에따른내구성테스트실시 2008년도에 8 kw급 1 대, 2010년에 0.7 kw급 2대테스트실시 2011년도부터본격적인가정용연료전지사업화에착수하여양산설비구축을위하여 150억원투자 2012년에단위면적당 1 W/ cm2의셀을개발 18x19 cm2, 19셀로구성된 1 kw급스택개발 1 kw급가정용시스템 2기를제작하여실증운전을진행 08년 100 kw급 Bloom Box 개발 - 전해질지지형셀 (10x10 cm2, 작동온도: 900 ) - 1 kw 단위스택을모듈화하여 25kW 스택모듈구성 - 10년이후총 51 기설치및판매 ( 단가: $8,000/kW) - 전기효율: 50% 20 kw 급프로토타입시스템개발 (Wartsila) - 연료극지지형셀 (12x12 cm2, 작동온도: 700 ) - 1 kw 단위스택을모듈화하여 24 kw 스택모듈구성 - 선박에설치하여보조전원으로실증 (3,000 시간) - 전기효율: 41% ( 메탄올연료 ) 10 kw 16 kw 25 kw급으로스택용량확대 - 연료극지지형셀 (33x33 cm2, 작동온도 700 ) - 10 kw 단위스택으로 1,500 시간실증완료 ( 핀, VTT 시스템) - 16 kw 단위스택을모듈화하여 60 kw 스택모듈개발추진중 - 전기효율: 61% ( 스택) 열병합발전시스템에적합한효율 60%(LHV) 인 GennexTM 스택모듈개발 GennexTM 스택모듈을채택한 BlueGENTM 시스템개발출시 (2 kw, 종합효율 85%, 15,000hr 실증) 하여 2010년 9월시점 15개국에 52대판매 CGO를바탕으로한금속지지형단전지제조및스택개발을통하여기존보일러와결합된벽걸이형 SOFC 시스템개발 개발된 SOFC 시스템은유럽 CE 인증을받았으며, 2011년부터시범보급을위하여실제가정에설치 전기용량 1 kw, 열용량 28 kw, 종합효율 80~90% 인최종상용시스템을목표로개발중 튜브형단전지를중심으로성능향상및시스템개발을주도 Ariston( 이) 社와함께컨뎅싱보일러기술을접목하여전기용량 1 kw, 열용량 20 kw급의가정용 micro-chp 시스템제조하였으며, 1~2.5 kw급프로토타입시스템개발을목표 143

163 2012 산업기술로드맵 신재생에너지( 전기) 직접메탄올연료전지 (DMFC) 업체명 Jadoo Power Systems( 미국) Oorja Protonics ( 미국) 사업영역및주요내용 DMFC 시스템을비디오카메라, 군용감시장치를비롯하여사무용기기, 경찰무전기, 소방용등의열센서, 아마추어무전기등에응용하는것을목표로개발진행하였으며, 2004 년에방송카메라용연료전지시스템(NABII) 개발 연료전지/ 배터리 Hybrid 지게차를도입 OorjaGen 을무정전전원, 백업전원및수송용으로응용할계획 Baltic Fuel Cells( 덴마크) 50 W~250 W급 DMFC 스택을판매 SFC Energy ( 독일) Research Centre Juelich ( 독일) 레저및산업용으로 100 W 미만의 DMFC 상용제품판매 군용연료전지를생산및판매 250 W 및 90 W급충전시스템상용제품판매 1 kw DMFC 시스템을적용한전기차를개발진행 무전/ 통신기기, 무기시스템, 전자광학시스템등의충전시스템개발 수 kw 급의대용량 DMFC를개발 1.3 kw 출력의 DMFC 스택을장착한스쿠터를개발 1.3 kw 급전기지게차(Fork-loft) 에적용하는연구를진행 IRD( 덴마크) 500 W 및 850 W급 DMFC 시스템을개발하여디젤발전기대체, 또는배터리의충전용도로상업화, 오지의텔레콤타워비상전원, 레저용으로응용 Toshiba( 일본) 핸드폰전원충전용 2 W급 Passive DMFC 시스템인 Dynario 개발및상용화하여판매 Panasonic ( 일본) Hitachi( 일본) MGC( 일본) 노트북에탑재한모바일연료전지시스템개발 10W 급멀티충전기로사용하는연료전지시스템개발 DMFC 휴대용전원을일본방송국의뉴스방송에사용 방송분야용전웜및리튬이온배터리충전기, 그리고의료분야용전원으로검토진행 개량된 DMFC 시스템을비상전원, 캠핑용, 요트용및원격전원으로개발 신형배출가스제어시스템을적용한기액분리기술, 나노레벨촉매기술, 반응효율및전극신뢰성향상을통하여출력 300 W급 DMFC 시스템을개발 Suzuki Motor와공동으로 DMFC 시스템을적용한전동휠체어를개발 Fujikura( 일본) 2 W와 5 W급소형 DMFC 시스템개발 1 kw급 DMFC 시스템을보조전원용도로개발 Yamaha( 일본) 500 W 출력의 DMFC 시스템을사용하여스쿠터개발 DMFC 시스템은 Li-ion 배터리와 hybrid 로구성하여개발 NanYa PCB( 대만) INER( 대만) 정격 85 W의 DMFC 스택개발 85 W의 DMFC 스택을적용하여 65 W급 DMFC 전원팩개발 DMFC 시스템을레저용요트와캠핑, 교통신호전원, 기후관측소백업전원용으로개발 20 W DMFC 전원팩을개발 144

164 Ⅲ. 산업동향 국내업체현황 고분자전해질연료전지 (PEMFC) 업체명 현대자동차 Fuel Cell Power GS 칼텍스 삼성전자 현대하이스코 효성중공업 한국가스공사 사업영역및주요내용 1 단계모니터링사업(2006 ~2009) 에서승용차 30 대, 버스 4 대, 2 단계모니터링사업(2010 ~2012) 에서승용차 200대실증 국산연료전지스택을개발하여, 100 kw 급투싼 ix 와 115 kw 급모하비에탑재 가격저감과출력밀도향상, 내구성향상, 부품국산화를위한연구개발진행중 2013 년양산을시작하여, 15 년 5 천대규모로확대예정 노르웨이, 덴마크등유럽시장에판매 2006년 1 kw 급 PEMFC 시스템보급시작 현재 1 kw 급가정용시스템과 20 kw 상용시스템개발중 2013년울산수소타운에총약 100 kw를설치예정 시스템개발과동시에 MEA 국산화기술개발중 2006년 1 kw 급 PEMFC 시스템보급시작 현재는 10 kw 상용시스템과개질기국산화기술개발중 잠수함용 PEMFC 시스템개발중 고온 PEMFC 용소재및 MEA 제조기술개발중 5 kw 급고온 PEMFC 시스템개발중 MEA 양산기술보유 1 10 kw 급건물용시스템개발중 2012년중국에 1만여대의 PEMFC 시스템수출계약 고유의분리판기술개발성공, 현대자동차의연료전지차량에탑재 10 kw 급 PEMFC 시스템기술개발중 1 단계모니터링사업('06 ~ '09) 에서 200 여대의 1 kw 가정용연료전지시스템시험운전 1 10 kw 급건물용개질기국산화기술개발중 개질기시스템개발과개질촉매개발병행 용융탄산염연료전지 (MCFC) 업체명 한국전력 사업영역및주요내용 한국전력과 KIST, Twin Energy를중심으로외부개질형에대해진행하였음 한국전력연구원은 2005년부터 250 kw급열병합 MCFC 시스템개발연구및 MCFC 스택양산화연구를수행하였음 장기적으로 IGFC와같이화력발전소를대체할수있는대규모의중앙집중발전용 MCFC급시스템개발을추진중임 145

165 2012 산업기술로드맵 신재생에너지( 전기) 업체명 두산중공업 포스코에너지 사업영역및주요내용 내부개질형 MCFC 구성요소에관한연구를진행하고있음 스택생산라인 (5MW/ 년) 을구축하여국산화제품을생산하고있음 300 kw급내부개질형 MCFC 시스템개발및플랜트연계형 MW급내부개질형 MCFC 시스템국산화개발수행하였음 현재 300kW 상용화기술과시장맞춤형 MCFC 융복합공정기술을개발중임 - 건물용열병합/CHCP 공정설계 - 고효율, 대형융복합, 분산형융복합공정개발 2004년부터 2007년까지미국 FCE社내부개질형 250 kw 제품에대한실증사업을수행하였으며, 2007년 BOP에대한기술인수및연간 150 MW 규모의 BOP 공장준공하였음 2011년 4 월스택생산공장준공하고, 제조기술과함께스택의국산화추진중임 2011년 10 MW급을시작으로 2014년까지 100 MW급개발이예정되어있음 선박보조전원용연료전지개발 - 스택구성요소및스택패키지설계 - 연료개질기 (LNG 및액체연료) 및개질평가장치 - 선박종류별연료전지 BOP 개발 - 연료전지와선박인터페이스설계및제작 / 인증및실증운전 고체산화물연료전지 (SOFC) 업체명 포스코에너지 /RIST 사업영역및주요내용 2012년까지 10 kw급건물용 SOFC 개발을목표로단전지, 스택, BOP를포함하는발전시스템개발중 상용화를위한 1000cm 2 면적의독자셀제조기술확보 700cm2면적의단전지 60장으로구성된스택의경우 720 작동온도에서 3.6%/1,000hr 의전압강하성능확보 LG퓨얼셀시스템즈 세그먼트형평관형셀을개발하여 20 25kW 급스택기술보유 2016년 1 MW급 SOFC 시스템상용화목표 SK 코미코 STX 메탈 Topsoe 스택기술도입후국내에서시스템제작추진 , SK, 덴마크연료전지업체인 Topsoe FuelCell 과 SOFC 개발 상용화위한 MOU 체결발표 - 셀및스택을 Topsoe 가공급, SK가시스템 Integration SK 그룹사중 SK이노베이션과 SK E&S가 SOFC 개발담당 - 13 년상용시장진입추진 (1 kw 급, 50~100kW 급병행개발) 400cm2대면적평판형단전지및마이크로튜브형단전지제조기술확보 양산성및신뢰성확보를위한연구진행중 내장형개질기, 열교환기, 배기가스연소및열회수시스템, Hot Box 설계및제작에관한연구진행중 누리기술과함께열관리공정및시스템설계, 운전제어로직및제어기개발, 계통연계 E-BOP 시스템개발진행중 146

166 Ⅲ. 산업동향 직접메탄올연료전지 (DMFC) 업체명 한국에너지기술연구원 한국과학기술연구원 LG 화학 LG이노텍 삼성 SDI 삼정종합기술원 사업영역및주요내용 핵심부품과시스템개발 200 W급진공청소기및 500 W급 DMFC/ 배터리 hybrid (DM-Mini V501) 개발 1 kw 급스택및시스템, 2 kw급 2인승 DMFC/ 밧데리하이브리드차량개발 핵심부품과시스템개발 400 W급 DMFC 스택개발 700 W급 DMFC/ 배터리하이브리드시스템을적용한인간형로봇개발및시연 촉매, 전해질막, MEA 개발 50 W급및 100 W급 DMFC 시스템개발 노트북용 25 W급 DMFC 시스템개발 분리판관련연구 MEA 및 DMFC 시스템개발 휴대폰및노트북용전원과군용휴대전원으로적용할 DMFC시스템개발 군사용전원으로 25 W급 DMFC시스템을개발및상용화 촉매, 전해질막, MEA, 소형 DMFC 시스템개발 100 W급휴대용 DMFC 시스템개발 군사용전원으로 25 W급 DMFC시스템을개발및상용화 삼성전기 소형 DMFC팩개발 프로파워 LIG 넥스원 썬텔 스택및스쿠터용시스템개발 DMFC/ 이차전지 hybrid 시스템을적용한스쿠터개발및실증사업을진행 KW급지게차개발및모니터랑 스택및휴대용시스템개발 국방용 DMFC 시스템개발 촉매관련연구 MEA 상용화와양산기반기술연구 동진쎄미켐 촉매, MEA 연구 탄화수소계멤브레인에대한연구진행 MEA 상용화와양산기반기술연구 JNTC 유림 ENG 일도 SGL 카본가람 시스템기술개발및상용화를위한연구진행 DMFC/ 배터리하이브리드시스템을적용한휠체어프로토타입제작 분리판가공및제작 분리판가공및제작 분리판가공및제작 한국타이어 자화전자 POSCO 성형분리판개발및실증평가 성형분리판개발및실증평가 금속분리판개발 147

167 2012 산업기술로드맵 신재생에너지( 전기) (4) 특허동향 연료전지분야의특허동향( 요약) - 신재생에너지전체특허건수중연료전지분야는 10.6%(4,608 건/43,542 건) 를차지 하고있으며, 최근증가세가높아연구서장세가높은분야임 - 기술별로보면휴대용/ 특수목적용연료전지의비중이 29.7% 로가장크며, 발전용 연료전지는출원건수가많지않으면서부상하는기술로나타남. 한국은연료전지 전분야에서특허활동도가상승하고있음 자세한내용은부록참조 (5) 표준화동향 국제전기표준회의(IEC) 의연료전지부문은 TC 105 의[ 연료전지기술] 에서진행하고 있으며 12 개의작업반(WG) 으로구성되어있으며각작업반이취급하는내용은다 음과같음 < 표 3-14> 국제전기표준회의작업반(WG) 및취급내용 구분컨비너명칭 WG 1 미국 (Mr. Kelvin Hecht) 용어 WG 2 독일 (Mr. Gerhard Huppmann) 연료전지모듈 WG 3 미국 (Mr. Kelvin Hecht) 고정형연료전지발전시스템- 안전 WG 4 일본 (Mr. Noboru Hashimoto) 고정형연료전지발전시스템- 성능 WG 5 독일 (Mr. Gerhard Huppmann) 고정형연료전지발전시스템- 설치 WG 6 네덜란드 (Mr Georgios Tsotridis) 일본 (Mr. Kazuo Shibata) 연료전지보조전원지시스템 WG 7 프랑스 (Mr. Robert Wichert) 휴대용연료전지시스템-안전 WG 8 미국 (Mr. Harry P. Jones) 마이크로연료전지시스템- 안전 WG 9 일본 (Mr. Hiroshi Yokoyama) 마이크로연료전지시스템-성능 WG 10 일본 (Mr. Moriga Toshinori) 한국 (Mrs. Hyejung Cho) 마이크로연료전지시스템- 호환성 WG 11 일본 (Mr. Kazuo Koseki) PEMFC 단위셀시험방법 148

168 Ⅲ. 산업동향 회원은 30개국으로 P-멤버 16 개국과( 캐나다, 중국, 체코, 덴마크, 이집트, 필랜드, 프 랑스, 독일, 이스라엘, 이탈리아, 일본, 한국, 네덜란드, 스페인, 영국, 미국) O-멤버 14 개국( 오스트리아, 호주, 벨기에, 브라질, 이란, 노르웨이, 터키, 폴란드, 포르투칼, 루마니아, 세르비아, 스웨덴, 스위스, 태국) 임 미국과일본및유럽은현재자국의기술과표준을국제표준화하기위해표준전략 을파악하고이를활용하여국내표준화활동을강화하고있으며특히일본은신규 국제표준제안을협회를중심으로조직적으로대응하고있으며 METI-NEDO 프로 젝트로 R&D와 Code & Standard개발이같이이루어지는상황이며 R&D 결과를바 탕으로표준개발도활발히이뤄지고있으며, 자국의표준을국제표준으로반영하기 위해가장적극적으로모든 WG 에서활동하고있으며, 코멘트율이나참여도가큼 우리나라는 00년이후꾸준히회의에참여하여WG4, WG10 및WG12 에적극적으로 대응하고있으며회의결과를국내전문가에게전파하고, 표준화에대한국내대응 가능여부파악및조사를수행중임. WG1은초기에참여하였으나이후참여를하지 않고있고총회에참석하여지행사항을점검하고개정된새로운국제표준제정시국 내표준으로도입하고있음. 우리나라는기술적인부분과표준을위한평가, 시험등 에있어아직미흡한부분이많은실정이며, 향후국내전문가들이국제표준활동의 폭을넓히기위해서는표준연구지원과이를관리하기위한전문기관육성이필요함. 수소연료전지사업의 R&D 결과와표준과의연계에관한구체적인방안을마련하 고표준화및인증이필요한분야의수요조사및과제발굴이필요하며향후우리나 라가국제표준을제안하기위해국내연료전지기술및특허에대해표준화로드맵 을작성하여우리나라기술및특허를국제표준화할수있을것으로기대됨 우리나라가위원장을맡고있는 WG10(Micro Fuel Cell Power Systems- Interchangeability) 의전력및데이터부문은 2009년6월 NWIP 제안서를발표한 이후, 제안배경과목적및목록에대한의견을승인받은뒤2010년 2월NWIP를 정식으로제출하여 2010년 5 월투표를통해확정하였으며, 2010년 10월시애틀 회의의요점정리및초안에대한승인을받았고각국에서제출한코멘트문서 검토와우리나라의의견( 국내특허내용 : 전력호환관련) 반영중임 향후 IEC/TC105 에서논의를거쳐향후 Flow Battery 부분국제표준이진행될것으로 예상되고 WG 4에서 Energy Saving performance 를제안하였고자동차연비실험과 동일하게운전모드에따른에너지소비에대한표준을설정할예정임.WG8 의경 149

169 2012 산업기술로드맵 신재생에너지( 전기) 우 Expert 가모자라각국에전문가를요청하였음. 향후 WG 8에서연료별로새로운 규격이만들어질것으로예상되므로향후WG8 공동컨비너나프로젝트리더로서 활동할수있도록우리나라전문가발굴과지원이필요함. 최근구성된 WG12(Fuel cell technologies Small stationary fuel cell power systems with combined heat and power output) 의경우연료전지폐열을이용하는보일러에대한작업반회의로현재 일본과유럽이치열하게자국의기술을표준화에도입하기위해노력중임 휴대용/ 특수목적용연료전지 소형연료전지국제표준은국제전기표준회의(IEC) 연료전지부문 105의WG7 (portable FC), WG8(Micro-FC, 안전성), WG9(Micro-FC, 성능), WG10(Micro-FC, 호환 성) 의4개 Working Group 에서진행되고있으며, 일본은Working Group 의장직수행 과평균 15명에이르는다수의전문위원을활동하게하면서적극적으로참여하고 있는것이현실임 특히, 일본이주도적으로참여하여표준화를진행하고있는마이크로연료전지안 전(WG8), 성능(WG9) 및호환성(WG10) 기술규격분야는향후소형연료전지제품 상용화시자국의기술경쟁력을제고하면서국제적으로유효한 중요한역할을할것임 IP Pool의구축에 호환성분야중연료커넥터(Fuel Connector) 에대한규격은향후연료전지시장의 Value chain 에서중요한위치를차지하는연료카트리지사업에필수적인기술규격 이라할수있음 현재, 국내에서는삼성에서 2명의표준화전문위원이 WG8,9,10 에참가하여활동 하고있으며, 08년 WG10 의연료커넥터(Fuel Connector) 분야에자사의고유구조 를반영하여국제표준규격을확보한상태임 소형연료전지시장은고성장률로확대가능한분야로예측되고있으므로, 조기 시장진입을통한기술선점및제품다양화를통한기술경쟁력제고를위해서는 기술/ 인증규격및표준평가법의개발과함께국내관련업체의시스템개발및소 재, 부품의국산화를가속화할수있는정부차원의중장기적개발지원사업과이 를통한관련업체의연계성이있는지속적연구개발이필수적이라고판단됨 150

170 Ⅲ. 산업동향 5 IGCC (1) 시장동향 가. 해외시장동향 세계시장규모 2010년 10월기준전세계에서가동중인가스화플랜트는총144 개( 가스화기:412 개) 이며총용량은 70,817 MWth 임. 세계적으로가스화를통한합성가스생산량이 급증하고있는추세이며, 전체합성가스생산량중석탄과중질유의가스화에의한 생산량이대부분을차지함 * 자료 : 2010 Worldwide Gasification Database, 미국 NETL, < 그림 3-53> 가스화를통한합성가스생산량증가추이 - 이들플랜트에서사용중인연료는석탄 51%, 중질유 25%, 천연가스 22%, 그외 석유코크스(Petcoke) 및바이오매스가 2% 임 - 최종생산물은화학원료 45%, F-T(Fisher-Tropsch) 연료 38%, 전기 11%, 그외연료 가스 6% 의비율로생산되고있음 151

171 2012 산업기술로드맵 신재생에너지( 전기) - 전력의경우 2012년말기준약 4,700 MW( 석탄 IGCC 약 2,200 MW, 중질잔사유 IGCC 약 2,500 MW) 의전력이생산되고있음 * 자료 : 2010 Worldwide Gasification Database, 미국 NETL, < 그림 3-54> 합성가스생산량중석탄가스화방식의비중현황및전망 * 자료 : 2010 Worldwide Gasification Database, 미국 NETL, < 그림 3-55> 합성가스의활용현황및전망 세계지역별로살펴보면 2004년이후아프리카와중동지역에서석탄가스화플랜트 건설이급격히증가하고있으며, 아시아지역에서는중국의석탄가스화플랜트건 설이 2010년이후급격히증가하고있음 152

172 Ⅲ. 산업동향 * 자료 : 2010 Worldwide Gasification Database, 미국 NETL, < 그림 3-56> 전세계지역별가스화플랜트가동현황및전망 자료에따라약간의차이는있으나, 가스화시장은가동플랜트수측면에서 2012 년기준 으로 2007년대비약12%, 총용량측면에서약9% 증가하는추세를보이고있음 Feed Stocks Products < 표 3-15> 가스화시장의증가추세 구분 증가율 (%) Operating Plants % Gasifiers % Capacity(MWth) 56,000 61, % Coal 55% 61% - Pet. Resid. 32% 29% - Chemicals 44% 52% - Liquid Fuels 30% 28% - Power 18% 13% - * 자료 : Brief Overview of Gasification Industry, GTC Kingsport Workshop, 2012 향후시장전망 세계적으로전력생산에서석탄이차지하는비율은약 42% 이며, 향후에도여전히 중요한에너지원으로사용될것으로예측됨. 또한, 기후변화협약등환경규제강화 로인해석탄의장점인가격경쟁력이훼손되지않으면서석탄발전의대안으로 IGCC 에대한관심이재부각됨 * 자료 : International Energy Outlook 2010, EIA, U.S. Energy Information Administration 153

173 2012 산업기술로드맵 신재생에너지( 전기) 보수적인예측으로 2020년세계시장규모는석탄 IGCC 발전소 20 기, 석탄가스화 SNG(Substitute Natural Gas) 플랜트 5 기, 석탄가스화화학원료생산플랜트 20기정도 로추산되며, 각1기평균건설비용이 1조원에달하므로총22 조원(210 억달러) 시장규모로성장할것으로전망됨 2020년이후탄소세가현실화된다면그이후에는시장이기하급수적으로확대될 가능성이높으며, 이경우 2020년이후연간 50~200 억달러의시장이예상됨 * 자료 : Emerging Energy Research, 2007 < 그림 3-57> 전세계 IGCC 설치용량예측 중국과인도는최대의석탄보유국으로에너지안보및친환경정책기조하에석 탄을이용한화학플랜트와발전 IGCC가지속적으로성장할전망임 - 중국의경우 2012년말 GreenGen 250 MW급 IGCC 플랜트가동을시작하였으며 GE와 800 MW급타당성검토를완료하는등 IGCC 시장을확대하고있음 - 인도의경우20,000 톤/ 일의정유공장 Petcoke 를원료로하는Poly-Generation(85% 합성가스로전력과스팀생산, 나머지는수소생산) 프로젝트를 2012년에시작하 였으며, 2012~2017 년사이에 76,000 MW 규모의신규발전소건설이예상되는등 IGCC 신규시장진입이전망됨 유럽과미국등선진국은저탄소정책이 IGCC 시장에영향을미칠것으로전망됨 - 발전설비에 CCS(Carbon Capture & Storage) 설비가의무화되면 IGCC가현시점에 서가장경쟁력있는기술로부각될전망임 - 각국은 2020년이후를대비한미래석탄발전기술로고려하고있음 154

174 Ⅲ. 산업동향 나. 국내시장동향 중소규모화공플랜트적용가스화시장형성 1960년대말석탄가스화기술을이용한국내첫사업사례는전남나주비료공장 에설치된국산무연탄을이용한석탄가스화암모니아제조플랜트임 GS 칼텍스( 여천) 와LG 화학( 나주) 은Shell 공정, 삼성BP( 울산) 는GE 공정으로 1990년 대중반이후부터중유가스화기를운전중임 * 자료 : World Gasification Database, Gasification Council, 2013 이후석탄가스화에관한연구는학계및연구소주도하의기초 원천기술위주 로기술개발이진행되고있음 전력수급기본계획에 IGCC/CCT 플랜트건설계획반영 제5 차전력수급기본계획(2010 년 12 월) 에3기의 300 MW급 IGCC/CCT(Clean Coal Technology) 플랜트건설계획이반영됨 - 사업예정자 : 태안( 서부발전, 15 년준공), 영남( 남부발전, 17 년준공계획), 군장 ( 중부발전, 19 년준공계획) 한국형 IGCC 기술확보를위한실증플랜트건설프로젝트착수 2006 년정부,20 여개산학연기관, 민간기업(7 개) 으로구성된 IGCC 사업단이발족됨 2008년10월Shell 을가스화공정사로선정하고2011 년11월태안화력발전소부지 내에 300 MW급실증플랜트를건설착공함 2011년 2월부터 2 단계국책사업이착수되었으며, 2015년 11월실증플랜트건설을 완료하고실증운전을목표로함 155

175 2012 산업기술로드맵 신재생에너지( 전기) IGCC가 RPS에포함됨에따라 IGCC 국내시장이확대예상 국내의경우 2012 년부터신재생에너지의무할당제도(RPS : Renewable Portfolio Standard) 가시행됨에따라, 각발전사업자마다의무할당량을충당하기위해 IGCC 건설계획수립중임 IGCC 는비거래공급인증서가중치 0.25 인정 정부는 시장선점 10 대핵심원천기술개발 대상으로 IGCC를선정 * 자료 : 신재생에너지산업발전전략, 지식경제부( 現산업통상자원부), 현단계의 IGCC 플랜트는경제성이다소낮으나 IGCC 실증플랜트건설경험을토 대로한설계제작기술 자립및설비개선을통하여후속호기건설시경제성개선 의토대구축이가능함 세계적으로 IGCC는시장진입단계의기술로기술개발을통한경쟁력확보시플랜 트수출을통한부가가치창출이가능할것임 향후다수호기건설에따른건설단가의저감및기후변화협약과연계된온실가스 저감기술도입시기존석탄화력대비경제성이높아질것으로예상됨 실증설비기술개발을통해경제성을확보할경우국내노후발전설비대체건설또 는 Repowering 시 IGCC로상당부분대체가가능할것으로추정됨 LNG 가격대비원가경쟁력이우수한 SNG의시장확대전망 POSCO를시작으로석탄가스화를이용한 SNG사업에대기업의관심집중되고 있음 셰일가스(Shale Gas) 개발로 LNG 가격이하향안정화되고있으나국내도입가격은 석탄 SNG 가격보다높을것으로예상됨 하동, 삼척에서석탄가스화를포함한 SNG, CTL(Coal to Liquid) 발표됨 등의사업계획이 156

176 Ⅲ. 산업동향 민간부문에서의석탄가스화기술개발및관련실적보유 SK이노베이션은저급탄에특화된석탄가스화시장진입을위해2010년6월에 고속순환유동층석탄가스화공정을보유한미국 KBR 社의기술을기반으로하여 통합건조공정등핵심기술을추가한고유기술확보를목표로연구개발을진 행중임 POSCO 는미국 Phillips 66社의석탄가스화공정기술을도입하여 2014년말준공을 목표로연산50 만톤규모의합성천연가스(SNG) 생산플랜트를광양제철소석탄부 두인근에건설중임 한전과독일Uhde 社는2011년7월조인트벤처를설립하고Uhde 社의가스화원천 기술을기반으로 IGCC, CCS 및SNG 분야의엔지니어링, 라이선스, R&D 등에대 한글로벌사업을추진중임 두산중공업은최근미국의 600 MW급 Edwardsport IGCC 플랜트에 HRSG 2기공급 을완료하였고, 국내건설중인태안IGCC 플랜트의가스화기등핵심기자재를국 내에서제작중임 157

177 2012 산업기술로드맵 신재생에너지( 전기) (2) 기술동향 가. 해외기술동향 미국 미국에너지부는 IGCC 기술개발을적극지원하기위해 Vision 21 프로그램을통해 핵심기술의하나로인식하고중점개발하고있음 구분 목표 열병합효율 발전효율달성목표를상회하면서전체열효율 75-80% 달성 연료생산효율 환경성 비용 기간 < 표 3-16> 미국의 Vision 21 프로그램의주요목표 H2 또는액화수송연료생산시, 연료이용효율 75% 달성(HHV1) SOx, NOx, 미세입자, 화학물질에대한 Near Zero Emission 달성 효율향상을통해 CO2배출량 40~50% 저감 CO2 처리시설추가시 100% 저감 설비비, 운영비, RAM2) 관련비용에대한적극적인목표달성 Vision 21을통해건설된발전소는상업적으로배치되었을때에도시장의전력단가경쟁성을확보 가스화기, 연소기, 가스분리멤브레인개발을통한주요성과는 2006년혹은그이전에달성 보조시스템및모듈의활용성을 2012년까지확보 Vision 21의상용급발전소에대한설계기술을 2015년까지확보 1) 고위발열량 (Higher Heating Value) 2) 신뢰도, 이용률, 관리비용(Reliability, Availability, Maintenance) * 자료 : 미국의 Duke Energy 社는인디애나州 Edwardsport 에 GE社의가스화기 2대를이용하 여 618 MW를발전하는세계최대의 IGCC 플랜트를건설하여 2012년 10월에시운 전을시작하였음 - 발전효율은습식공급기술을채택하여발전효율이약38.5%(HHV 기준) 로낮은편임 - 내화벽가스화기를채택하였음에도예비가스화기를설치하지않았으며, 85% 수 준의이용률이예상됨 158

178 Ⅲ. 산업동향 * 자료 : Duke Energy 社가 EPRI 경유하여직접제공, 2012; Gasification Technology Conference, 2012 < 그림 3-58> 미국인디애나州 Edwardsport, 미국 Kemper County 社 IGCC 발전플랜트 미국전력회사인 Southern Company 社는 KBR社와공동개발한가스화기술을적용 하여미시시피州 KemperCounty 에갈탄을원료로하여 582MW( 합성가스로는 524 MW) 의전력을생산하는플랜트를건설중이며 2014년에가동을목표로하고있음 - 저급탄활용을주요목표로하고있으며분류층대비운전온도가낮은고속순환유동 층가스화기술을채택하여이용률을획기적으로향상시키는것을목표로하고있음 - 유동층가스화기술로는최대의대용량화를이루어단위가스화기로4,600 톤/ 일 처리가능한가스화기를채택함 -CCS 기술을채택하였으며 300 만톤/ 년에해당하는 65% 의 CO 2 를포집하여 EOR(Enhanced Oil Recovery) 에활용하고자함 -CO 2 포집기술채택및저급탄이원료인관계로발전효율은비교적낮은 28.1%(HHV 기준) 로예상하고있음 미국의 Phillips 66( 前 ConocoPhillips) 社는냉가스효율이낮은습식공급기술의약 점을보완할수있는 2단공급기술을보유하고있으며국내의 POSCO 광양 SNG 플랜트에적용하였음 - 현재의 2단가스화기술인 E-Gas 기술에비해 2단에서산소없이공급하는석탄 슬러리양을증가시켜냉가스효율을향상시키고가스화기출구온도를더욱낮추 어합성가스냉각기를제거할수있는 E-STR 기술을개발하고있음 -POSCO 광양플랜트에서는5,500 톤/ 일석탄을 3 기의가스화기(1 기는대기) 로처리 하여 50 만톤/ 년의 SNG를생산하고자계획하여 2015년초에가동을시작할예정 으로건설이진행되고있음 159

179 2012 산업기술로드맵 신재생에너지( 전기) * 자료 : 2012 Gasification Technology Conference, POSCO 社 자료 < 그림 3-59> SNG 플랜트조감도( 전남광양) 미국은 Vision21 등의일련의대형프로젝트추진을통해미래의세계석탄발전시 장에서도주도적인지위를확고히하려는의지를보이고있으며, 석탄분야기술에 막대한예산을할당하고있음 Fuel & Power Systems < 표 3-17> 미국 DOE의회계연도별전력분야기술개발예산내역 ( 단위 : US$1,000) 구분 Clean Coal Power Initiative 50,000 58,758 69,363 FutureGen 18,000 52,504 74,317 - Innovations for Existing Plants 25,400 15,626 36,081 - Advanced Gasification Combined Cycle 56,450 55,468 53,509 - Advanced Turbines 18,000 19,475 23,782 - Sequestration R&D 67,000 97, ,908 - Fuels 29,000 21,513 24,773 - Fuel Cells 62,000 61,653 55,490 - Advanced Research 30,500 32,213 37,159 - Combustion System Total, Coal Technology 357, , ,382 Total, Oil Technologies 32,000 2,625 4,954 Total, Natural Gas Technologies 33,000 11,709 19,818 etc 175, , ,684 Total, Research & Development 597, , ,838 * 자료 : 지식경제부( 現산업통상자원부) 그린에너지전략로드맵, IGCC,

180 Ⅲ. 산업동향 일본 1970 년대부터일본에서는대량의석탄직접액화에대한연구를시작하였으며, NEDO의 New Sunshine 프로젝트착수를계기로본격화됨 - 일본 NEDO는 Clean Coal Technology R&D를지원하여 고효율 CO 2 포집기술을개발하고있음 CO 2 배출을최소화하는 - 또한석탄발전효율향상활동을통해현재발전효율약 41%(HHV, net) 를기록 하고있는 USC(Ultra Super Critical) 기술과병행하여, IGCC와 IGFC (Integrated Gasification Fuel Cell) 의기술개발을촉진하고있음 * 자료 : Overview of NEDO's High-efficiency Clean Coal Technology Development, 2012 < 그림 3-60> 일본발전기술개발로드맵( 안) 이외에도 EAGLE(Coal Energy Application for Gas, Liquid & Electricity) 프로젝트를 통해 150 톤/ 일규모의산소공급분류층가스화기및주변기술을개발하였고, 13 년까지 CO 2 포집기술개발완료를목표로진행중임 161

181 2012 산업기술로드맵 신재생에너지( 전기) * 자료: Overview of NEDO's High-efficiency Clean Coal Technology Development, 2012 < 그림 3-61> 일본 EAGLE 프로젝트 Pilot Plant Osaki CooGen Corporation 社 (Chugoku Electric Power 50% + Electric Power Development50%) 는IGCC+CO 2 Capture 와IGFC 실증을위해히로시마Osaki 근처 에 167 MW 플랜트를건설할예정임 * 자료 : Osaki CoolGen Project, Osaki CoolGen Corporation, 2011 < 그림 3-62> 일본 CoolGen 프로젝트일정 MHI 는2단가스화기술및촤재순환을특징으로하는250MW 급IGCC 실증플랜트 (Nakoso 소재) 건설을완료하고, 시운전이후누적운전 17,000 시간이상을달성함 162

182 Ⅲ. 산업동향 * 자료: Power-Gen International, 2012 < 그림 3-63> 일본 250 MW IGCC Demonstration Plant 중국 중국의 GreenGen 프로젝트는 2006년부터 2015년까지 3 단계로나누어져있으며, 1 단계(2006 ~2009) 에서는 250 MW IGCC 플랜트를건설을목표로하고있고, 2단계 (2010~2012) 에서는 IGCC와 Poly-Generation R&D 기술을증가시키는것을목표로 하며, 3 단계(2013 ~2015) 에서는 GreenGen 실증사업을시작하는것을목표로하고 있음 * 자료 : 지식경제부( 現산업통상자원부) 그린에너지전략로드맵, IGCC, ; GreenGen 社홈페이지 < 그림 3-64> 중국단계별 GreenGen 프로젝트 163

183 2012 산업기술로드맵 신재생에너지( 전기) 1단계에서의250MWIGCC 건설시효율은 42%(LHV) 이상,SOx 제거는 98% 이상, NOx는 80 mg/nm 3 이하를목표로함 250 MWIGCC 에자국의기술을이용한 2 단가스화기를탑재하기위하여, 1996년 부터 2000년까지 700 kg/ 일급가스화기를개발하였고, 이기술을이용하여 2004년 에는 36 톤/ 일급파일롯플랜트를건설하여, 최종적으로 2012년말부터시운전을 시작한톈진 250 MW IGCC에적용하였음 * 자료 : 지식경제부( 現산업통상자원부) 그린에너지전략로드맵, IGCC, ; < 그림 3-65> 중국 250MW GreenGen IGCC 플랜트조감도 유럽 유럽은 2020년까지 CO 2 배출이없는청정화력발전소를개발하기위한 HypoGen 프로젝트를추진함 화석연료의탈탄화 (Decarbonization),CO 2 의지질학적저장, 전기와수소생산이적용 되는최초의대규모실증설비건설을목표로설정함 또한유럽은 2007년부터 2013년까지의 7 년간, 연구및기술개발을위해500억유로 규모의 FP7(7th Framework programme) 을출범하였는데, 이체제아래수행되고있 는 ZEP(Zero Emissions Platform) 개발프로그램에서는한기당 2.5 억유로를투입, 10 개내외의실증플랜트건설을계획하고있음 164

184 Ⅲ. 산업동향 ( 독일) 2006년독일의세계적기업인 Siemens 社는퓨쳐에너지社로부터GSP가스 화기술을인수하여 함으로써향후 IGCC IGCC의핵심기술인가스화기술과복합발전기술모두를보유 시장에투자를강화할것으로전망됨 * 자료 : PowerGEN International, 2008 < 그림 3-66> 독일 Siemens 社의세계시장진출현황 ( 영국) 현재까지건설된 IGCC는없으나 2009년이후 CCS와연계된 3건의프로젝 트를구상중에있음. 영국의 IGCC+CCS 는 CO 2 회수후북해유전에서 EOR(EnhancedOilRecovery) 을목적으로하고있음.2012 년3월2CoEnergy 社와삼 성물산은 Hatfield에건설할 Don Valley Power Project(DVPP) 계약을체결하였으나, 영국정부의예산지원지연으로연기되고있는상태임 < 표 3-18> 영국에서계획중인 IGCC+CCS 연계프로젝트 프로젝트연료유형설비규모 CO 2 포집방법 Progressive Energy/ Centrica,Teesside Powerfuel/Kuzbassrazrezugol Hatfield Colliery EON, KillingHolme, Lincolnshire Coast 석탄 ( 석유코크스 ) 800 MW 수성가스전환후연소전처리 석탄 900 MW 석탄 ( 석유코크스 ) * 자료 : 신 재생에너지 RD&D 전략 2030, MW 165

185 2012 산업기술로드맵 신재생에너지( 전기) ( 스페인)IGC C 관련사업으로 Puertollano 에 300 MW급 IGCC 플랜트를운전하고있 으며, 2006년 Piemsa 주관으로 935 MW급 IGCC를 Basque지역에건설할계획을 세운바있음. 주연료로 Petcoke 를사용하며공사비는 11억유로규모로추정되고있음 ( 네덜란드) 과거 Demkolec, Pernis프로젝트를수행하여다음의운영경험보유함 - Demkolec 프로젝트를통해 250 MW급규모의 Buggenum 석탄 IGCC 플랜트를건 설하였음 - Pernis 프로젝트를통해 127 MW규모의 Shell Pernis 석유 IGCC 플랜트를건설 하였음 호주 석탄자원이주요수출품목일정도로석탄매장량이풍부한호주는향후온실가스 감축에따른석탄수출량감소에대한위기감을인지하고, 정부및석탄산업계가 IGCC+CCS 실증플랜트건설을목표로하는 ZeroGen 프로젝트를출범하였음 ZeroGen 프로젝트는 2 단계로계획되고있으며, 다음과같은단계로추진됨 -1 단계 : 120 MW(Gross) CCS연계 IGCC 실증플랜트건설 (CO 2 포집율 75%) -2 단계 : 530 MW(Gross) 상용급 CCS연계 IGCC 플랜트건설 (CO 2 포집율 90%) * 자료 : ZeroGen Project Low-Emission Power, 2009 < 그림 3-67> 호주 ZeroGen 실증플랜트의참여주체역무범위 166

186 Ⅲ. 산업동향 ZeroGenIGCC+CCS 실증플랜트는 530MW 의설비규모로, 우선65% 의CO 2 포집목 표를달성하고최종적으로 90% 포집을목표로제시하고있음 2010년 6 월까지사전타당성조사를마치고,2011 년타당성조사를끝낸후,2015 년부터 가동하는것을목표로추진하고있으며, 건설에소요되는비용은 32억달러로추정됨 나. 국내기술동향 국내 IGCC 발전설비에대한기술개발은주로정부주도의요소기술개발과한전주도의상용설비건설과관련된연구로구분됨 정부주도의요소기술개발은주로 G7사업및대체에너지기술개발사업등을통해 1988년부터 2002년까지총 282 억원을지원함(37 개과제, 정부 171 억원) 상용설비규모의국내 IGCC 발전설비에대한연구는한전전력연구원을 하여한국전력기술의참여하에 1994년부터연구가진행된바있음 중심으로 제4차전력수급기본계획에반영된 300 MW급 IGCC 실증플랜트는서부발전에서 건설하고있으며 2015년에완공예정임 가스화기술분야의특허출원률가장높은비중차지 가스화기술분야의특허출원률은 51%(58 건) 로전체의절반이상을차지하고있으 며, 그외정제기술분야와 IGCC 시스템분야가각각23%(27 건) 로대등한분포를 보임 세부기술별출원점유율을살펴보면, 가스화기술분야중에서는가스화기분야가 25.9%(30 건), 정제기술분야중에서는탈진장치와탈황장치분야가높은점유율을 보이고있으며, IGCC시스템분야중에서는 System Integration 과 System Control 분 야가서로거의대등한분포를보이고있음 167

187 2012 산업기술로드맵 신재생에너지( 전기) IGCC 시스템 27 복합발전기술 4 < 그림 3-68> 한국의 IGCC 분야세부기술별점유율( 년) 선진국대비가스화기술분야에대한활발한기술개발이요구됨 우리나라의출원건수는58건으로미국289 건, 일본 809건에비해상대적으로 미흡한실정으로, 가스화기술분야에대한기술개발이요구됨 고등기술연구원은가스화기, Syngas Cooler, 연료공급장치, 계측장치, System Integration, System Control 분야등에출원이집중되어있음 한국전력공사, 한국에너지전력연구원, 두산중공업등도세부기술분야별특허를출원 중임 168

188 Ⅲ. 산업동향 (3) 기업동향 가. 가치사슬현황 < 그림 3-69> IGCC 산업의가치사슬 석탄가스화기술은저급탄을이용할수있는수준까지자원이용범위를확대해나 가는기술개발이필요하며, 이를위해저급탄고품위화, Fuel-Flexible 가스화기등 이개발되고있는추세임 합성가스이용은전력생산위주였으나점차합성석유나 SNG 생산분야등으로 확대되고있으며, 다양한제품군을생산할수있는 Poly-Generation 으로진행중임 실증 IGCC 플랜트는미국, 스페인, 네덜란드, 일본, 중국등에서 2510~300 MW급 6기가운전중이며, 미국에서 600 MW급상업용플랜트가시운전을시작함 최근일본, 중국기술의급성장으로경쟁이심화될것이며, 신규시장진입은어 려운상태인반면기술확보시고위험, 고수익이가능하여고부가가치플랜트 기술로사업전망이매우밝음. 다른산업분야와다르게에너지안보및온실가스 배출저감의방안으로 IGCC 산업분야의활성화기반조성을위한관련 체계수립과세제지원등활성화방안이강구되어야함 법률 169

189 2012 산업기술로드맵 신재생에너지( 전기) 나. 국내외 주요기업현황 해외업체현황 업체명 GE( 미국) Shell( 네덜란드) Phillips 66( 미국) (ConocoPhillips) ThyssenKrupp Uhde( 독일) 사업영역및주요내용 Texaco 공정개발. 다수의가스화기상업화실적보유 비료생산공정등화학플랜트용과중질유가스화설비보유 플로리다 TECO Polk IGCC 발전소운전중 인디애나주 Edwardsport 에 618 MW 가스화기건설완료및시운전중 SCGP 공정개발, 다수의가스화기실적보유 건식가스화로다양한탄종사용 네덜란드 Buggenum에 Nuon Power社 IGCC 발전소운전중 태안에건설중인 IGCC 플랜트가스화기공급 E-Gas 공정을개발하였으며, GE 공정과슬러리공급방식은같으나, 2단으로공급한다는점에서다름 인디아나폴리스 Wabash에 Duke Energy 社 IGCC 발전소운전중 광양에건설중인 SNG 플랜트가스화기공급 가스냉각수냉각유동층 가스화등다양한기술을개발한회사 100기이상가스화기건설및화공플랜트전분야운영경험보유 스페인 Puertollano 에 ELCOGAS 社 IGCC 발전소운전중 MHI( 일본) CCP 가스화기개발하여 Nakoso IGCC 플랜트운전중 순수일본고유모델로개발된것으로호주등해외플랜트수출추진중 Siemens( 독일) TPRI ( 중국) ECUST ( 중국) GSP 공정을인수하여개발중이며, 가스터빈기술을보유하고있음 상업화실적이아직은많지않으나최근급성장하고있음 체코 Vresová 에서타르및액상폐기물가스화기운전중임 건식가스화방식으로중국 GreenGen 프로젝트로가스화기를천진에건설중 미국 Future Power사등에플랜트수출추진 습식가스화방식인 OMB 가스화기개발 화학공장에서수소생산등의목적으로운전중임 170

190 Ⅲ. 산업동향 국내업체현황 업체명 사업영역및주요내용 한국서부발전 국내최초의 300 MW급 IGCC 발전소건설중 IGCC 발전소운영을통한 RPS 대응및온실가스저감을목적으로함 두산중공업 SK 이노베이션 포스코 300 MW 한국형 IGCC 실증플랜트건설추진 실증플랜트건설과실증운전을통해설계기술및실증플랜트운영기술자립을목표 미국 KBR 社로부터유동층가스화기술을도입하여, 연간 10~30 만톤의메탄올을생산할수있는석탄가스화실증플랜트건설을계획중임 요소기술및운전기술국산화를위해무공해석탄가스화기술개발및저급탄가스화기술연구를추진중임 미국 Phillips 66 社기술을도입하여석탄가스화를통한연간 50만톤규모의 SNG 제조플랜트건설을추진중임 SNG 1호기운전경험과정부 R&D를통해도출된연구결과를바탕으로 SNG 제조플랜트 2호기는국산기술을이용하여건설할계획임 현대중공업 IGCC 플랜트관련사업에관심을갖고 IGCC 실증플랜트기술개발사업에참여 석탄가스화및플랜트엔지니어링기술을개발중임 KEPCO-Uhde ( 한전) 상용급청정석탄가스화원천기술을통한석탄가스화사업개발 국내하동 SNG 생산사업및인도네시아바이얀리소스탄광을활용하는 SNG 생산사업추진중임 연소전 CO 2 포집및 IGCC/SNG 최적화 R&D 수행중임 (4) 특허동향 IGCC 분야의특허동향( 요약) - 신재생에너지전체특허건수중IGCC 분야는 42.3%(18,438 건/43,542 건) 를차지하 고있으며, 누적특허출원이가장적으며특허장벽이가장낮은산업임 -IGCC 관련특허출원은매년증가하고있으며, 기술별로보면합성가스정제및개 질의비중이 29.6% 로가장큼. 합성가스이용시스템은특허파급도가높으면서특 허장벽이낮은기술로나타남. 한국은 System Integration 에서활동도가높음 자세한내용은부록참조 171

191 2012 산업기술로드맵 신재생에너지( 전기) (5) 표준화동향 Multi-Train 개념을도입한대용량 IGCC 플랜트설계및건설 IGCC 기술이상용화수준에도달함에따라선진기업에서는 Multi-Train 플랜트개 념을도입하여 600 MW급이상의대용량 IGCC 플랜트를설계건설하고 있음 일반적으로 2 개의가스화기,2 개의가스터빈및1개의스팀터빈으로구성하여대용 량 IGCC 표준화모델을구축진행중임 미국 Duke Energy 社는 GE-Energy 가스화공정기술을적용한 600 MW급의 Edwardsport IGCC 플랜트를건설중으로 2012년하반기시운전을시작함 IGCC용가스터빈기술 IGCC 플랜트는가스화플랜트에서생산된합성가스를이용하여가스터빈의연료로사용하므로, 상용가스터빈의용량구성에따라 IGCC 플랜트의전체출력이결정됨 IGCC용으로개조된 Syngas 연소가스터빈의경우일반적으로 100~300 MW의출 력범위를나타냄 IGCC용가스터빈공급업체는 GE-Energy, Siemens, Mitsubishi 중공업등으로가스터 빈모델이제한적임 IGCC용증기터빈사이클은가스터빈의폐열을이용하기위해주로삼압폐열회수 설비(Triple-pressure HRSG) 를사용하며, 증기터빈의출력은가스터빈출력의약40 50% 수준임 한국형 IGCC 표준모델개발필요 실증플랜트건설을통해 IGCC 기술의조기습득과한국형 IGCC 플랜트의종합설 계및기자재기술규격이확정됨 운전, 유지보수절차표준화를통해 IGCC 플랜트의운전신뢰도향상을추진중임 172

192 Ⅲ. 산업동향 미국 ASME 협회 PTC 47 미국 ASME(The American Society of Mechanical Engineers) 는PTC 47(Performance Test Codes 47) 발간을통해 IGCC 플랜트와특정구조 Subsystem 에대한 Overall Thermal Performance 의측정및평가방법을제시함 가스화시스템을비롯한초저온 ASU(Air Separation Unit), 합성가스정제시스템, IGCC Power Block에대한세부 PTC 코드의국제표준화작업이미국 ASME 협회를 중심으로진행중임 < 표 3-19> PTC 47의구성 구분 설명 현황 PTC 47 PTC 47.1 PTC 47.2 PTC 47.3 PTC 47.4 Integrated Gasification Combined Cycle Plants, for testing the overall plant performance of an IGCC plant Cryogenic Air Separation Unit, for testing the performance of the air separation unit (ASU) Gasification System, for testing the thermal performance of the combined gasifier and fuel gas cleaning equipments Fuel Gas Cleaning, for testing the contaminant content of gas delivered to the power block IGCC Power Block, for testing the thermal performance of the gas turbine combined cycle power block Published Publish 예정 Publish 예정 Publish 예정 Publish 예정 173

193 2012 산업기술로드맵 신재생에너지( 전기) 6 소수력 (1) 시장동향 가. 해외시장동향 소수력개발가능용량 소수력개발잠재량을계산하는것은정량화하는방식과소수력자원을분류하는 방식에따라달라지지만, 일반적으로이론적잠재량, 기술적가능잠재량, 경제적 잠재량과기술경제성을 종합적으로고려하여소수력잠재량을산정하고있음 기술적으로개발가능한전세계수력설비잠재용량은약 3,721 GW 로 09년기준 4 배정도의규모이며, 이중소수력분야의개발가능설비용량은 GW로예상 됨( 전체수력의 10% 점유) * 자료 : 2010 World Atlas & Industry Guide Visiongain, 2011 < 표 3-20> 대륙별수력발전량과개발가능설비용량 구분 기술적잠재발전량 (TWH/year) 기술적잠재용량 (GW) 2009 년발전량 (TWH/year) 2009 년설비용량 (GW) 미개발잠재량 (%) 북아메리카 1, 라틴아메리카 1, 유럽 1, 아프리카 1, 아시아 7,681 2,037 1, 오세아니아 합계 14,576 3,721 3, * 자료 : Data from IPCC s Special Report on Renewable Energy Sources, SSREN, 2011 수력의잠재량은대륙별로크게다르며아프리카에서는 92% 정도가미개발된상태임. 기존의수로구조물을이용하여수력을개발할수있는다른기술적발전을고려하면, 수력개발잠재량은 400~600 GW로예측되므로 75~85% 정도가아직개발되지않은것을의미함 174

194 Ⅲ. 산업동향 소수력시장현황 전세계적으로수력발전은 1990년이후 50% 가증가하였고증가율이가장큰국가 는중국임 - 신규프로젝트는대부분개발도상국가에집중되고있어현재건설중인프로젝트 들이계획대로진행되면 10년후에는총설치용량이약 180 GW에달할것으로예 상됨 - 이와같은증가량은현재설치된설비용량의약1/4에해당하고증가량 1/3은중국 이차지하고있음. 터키는 OECD 국가중가장큰증가율을나타내고있으며브라 질및인도는대형프로젝트가현재건설중임 세계각국은수력개발에역량을집중하면서지난 10년간수력설비용량은지속적 으로성장하여 2001년도에 50 GW에서 2011년도에 99.7 GW로약 2배로성장하고 있으며, 2011년기준전세계적으로 3,400 TWh의전력을생산하고있음 - 수력발전에앞장서고있는국가는중국, 브라질, 캐나다, 미국, 러시아등이며브라 질과캐나다는수력발전이각각 80% 와60% 의전력생산을담당하고있음 세계에너지협의회(World Energy Council) 는2008년도 160개국에서운영되는수력의 총설비용량이 874 GW, 소수력은전체수력의 10% 정도라고추정하고향후소수 력을비롯한신재생에너지사업은증가할것으로예상함 소수력설비용량은 2011년도에 97.7 GW( 전체수력의 10% 점유) 에서 2021년까 지 GW( 전체수력의 14% 점유) 로증가할것으로예상됨 소수력발전보급현황 선진국에서는소수력개발의사회 경제적중요성을인식하고수문학적자료 등기초통계자료의확보와기술개발및보급에힘을기울여소수력발전을에 너지원으로서뿐만아니라주요에너지산업으로자리를잡아가고있음 소수력개발을위한자원의타당성평가기법, 발전소의최적설계기법, 발전 설비의간소화및표준화, 통합운영자동화및최적운용기법개발등국가차 원에서기술을개발 보급하여전세계적으로광범위하게가동운영중임 175

195 2012 산업기술로드맵 신재생에너지( 전기) - 아시아권에서는중국이38,500 MW, 일본이 1,700 MW규모를, - 유럽의경우독일1,600 MW, 프랑스 1,956 MW, 이탈리아 2,325 MW, 스웨덴 1,615 MW, 스페인1,700 MW, 노르웨이 1,081 MW규모로많은소수력발전소가건설, 운영되 고있음 소수력발전소의발전용량이증가할수록경제성이향상되므로선진국의경우저낙 차소용량이면서대용량에비해경제성이뒤떨어지지않는저낙차용수차를개 발보급하여 경제성을향상시키고있음 - 선진국의소수력발전소 1개소당평균발전설비용량이약 1,000 kw이나독일의경 우소수력발전소 1개소당평균발전설비용량은 58 kw로, 이용가능한소수력자원 을적극적으로개발하여운용하고있음 < 표 3-21> 국가별소수력발전보급현황 국명용량 (MW) 국명용량 (MW) 국명용량 (MW) 아르헨티나오스트리아브라질캐나다중국체코핀란드프랑스독일인도인도네시아 ,056 38, ,956 1,600 1, 이태리일본한국노르웨이파키스탄페루루마니아스페인스웨덴터키미국 2,325 1, , ,700 1, ,420 벨기에룩셈부르크포르투갈영국그리스아일랜드말레이시아볼리비아베트남콩고스리랑카 * 자료 : 신재생에너지 R&D 전략 2030, 2007 해외소수력발전의전망 OECD 국가의경기침체, 특히유럽과미국의침체가있었으나 2011년도소수력 성장률은상대적으로높은 3.8% 이며, 비OECD 국가의강한성장, 주로중국, 인도, 브라질은예상기간( 11 년~ 21 년) 중전반기시장을받치는역할을할것으로전망됨 2014년부터북미와유럽의경기회복에힘입어 2011년 ~2015 년연평균성장률은 6.2% 가예상되며, 2016 년~2021 년연평균성장률은앞선기간보다낮은 5.6% 로예상됨 176

196 Ⅲ. 산업동향 정책및제도현황 세계각국은소수력보급확대정책을공급측면과수요측면, 발전설비용량과발전 량을고려한다양한제도를도입시행하고, 탄소배출에무관한전력생산요구증가 로온실가스감축과환경문제가큰이슈가되고있음 환경보호와신재생에너지정책들이현재는대부분 OECD 만점차전세계적으로도입시행되고있음 국가에서추진되고있지 - 최초의보조금제도는 1978년미국에서도입되었고약57개국에서다른형식으로 지원되었음 - 지금의대부분 OECD 국가에서도입되고있으며 2011년도에는전세계 18개국에 서소수력발전프로젝트에보조금제도를도입하고있음 가장보편적으로시행되고있는시장확대정책의수단으로많은국가에서시행중 인기준가격의무구매제도(FIT) 를시행하고있음 - 기준가격의무구매제도(FIT) 는소수력의기술개발을촉진하고, 투자자의관심을 유도하여지난수년간독일, 스페인, 덴마크에서소수력보급확대에크게기여하 였음 신재생에너지의무할당제(RPS) 는미국과캐나다, 인도를중심으로확산되고있음 유럽연합(EU) 은재생에너지개발보급활성화정책의일환으로소수력발전개발 장려책을실시하고있지만, 실제소수력개발에는규제나환경측면의장애요인들 이남아있음 - 유럽연합의수질보존에관한기본법령과재생에너지이용확대에관한법령의상 충으로인해개발에어려움을겪고있어소수력발전설비용량의증가는미미함 중국은소수력보급률이세계최고수준이며, 풍부한수자원과개발여건을갖춘 하천을이용한소수력발전소를지속적으로개발하고있음 - 중국은자국의풍부한자원량을이용하되, 소용량의발전소라도설치가능한곳 이라면어디든지설치할수있도록법적, 제도적장치를마련하고있음 일본은 2003년부터 1,000 kw이하소수력설비용량에의무할당제도(rps) 를도입하고 있으며,2011 년후쿠시마원자력발전소사고이후 2030년까지원전의존도를줄이기 177

197 2012 산업기술로드맵 신재생에너지( 전기) 위해 2003년 4월에시행한의무할당제도를폐지하고 2012년 7월1일부터전력회사 가재생에너지고정가격구매제도 (FIT) 를도입하고있음. 이를위해서소수력발전소 의허가절차단순화및신속화를위하여 103항목의규제완화를시행하고있음 나. 국내시장동향 수력잠재량 우리나라는연평균강수량이 1,277 mm로써강수량이비교적풍부하고전국토의 2/3 가산지로되어있어지형적및수문학적으로수력자원부존량이많은편임 소수력의잠재량은부존잠재량, 가용잠재량, 기술적잠재량으로구분 - 부존잠재량 : 남한지역의전국수계에내린강수의 100% 유출과지형적특성을 고려한잠재량 - 가용잠재량 : 부존잠재량에서수계별유출특성과지형적특성을고려한잠재량 - 기술적잠재량 : 가용잠재량에서시스템효율과연평균가동률을고려한잠재량 < 표 3-22> 수력잠재량 구분 부존잠재량 가용잠재량 기술적잠재량 잠재량( 천toe/ 년) 126,273 65,210 20,867 설비용량 (MW) 57,659 29,777 23,821 연간발전가능량 (GWh/ 년) 505, ,843 83,470 * 자료 : 2012 신재생에너지백서, 소수력시장현황 소수력은강우량의계절별편중에따라경제성이부족하여부존잠재량에비하여 개발량은부진하였으나, 산과계곡이많은특성을이용하여소하천을이용한소수 력발전방식이주종을이루었음 178

198 Ⅲ. 산업동향 2000년도까지소수력은초기투자비의과다와개발주변지역민의민원문제로경제 성이확보되지않아계획된지점은물론미활용잠재소수력개발에어려움이많았음 그러나유가급등으로인한부존자원의최대활용필요성증대, 전력시장가격의상 승, 소수력관련기술의정립및시스템국산화, 정부의지원정책등으로소수력개 발에유리한여건이조성되고있음 - 공공기관에서민원발생우려가없는기존시설물인조정지댐이나, 양수발전의하 부댐, 농업용저수지, 하수종말처리장, 수도용관로, 화력발전소온배수및양어장의 방류수등을이용한소수력개발이진행됨 - 최근에는 4 대강살리기사업에친환경다기능보를활용, 상하류 관리수위의낙 차를이용한청정에너지를생산하기위해16개소에설비용량51 MW, 설치대수 41 기의소수력을설치하여가동중에있음 소수력발전보급현황 소수력발전소는 2012년말기준 97개소에총설비용량은 156,854 kw임 - 한국수자원공사 35 개소, 민간발전사업자 20 개소, 한국전력공사및발전회사 17개 소, 한국농어촌공사 14 개소, 지자체 11 개소( 하수종말처리장 6 개소, 정수장 2 개소, 하천 3 개소) 가운영중임 소수력발전소의평균설비용량은 1,617 kw 로 1,648 kw 와비교하면주로소용량소수력을개발하고있음 1990년이전의평균설비용량인 < 표 3-23> 소수력발전소현황 구분 설비용량 (kw) 점유율 (%) 한국수자원공사 (35 개소) 69, 한전및발전회사(17 개소) 39, 민간발전사업자 (20 개소) 35, 한국농어촌공사 (14 개소) 10, 지자체(11 개소) 3, 합계(97 개소) 156,

199 2012 산업기술로드맵 신재생에너지( 전기) 2000년도이전에건설된소수력발전소는민간발전사업자가다수를차지하였으 나,2001 년도이후개발된소수력은지역에너지보급사업과발전차액지원제도가시 행되면서지자체및정부투자기관등공공기관에서대부분개발하였음 전체신재생에너지발전량중에서소수력발전량이차지하는비중은 07년 11.8% 에서 12년 5.7% 로점진적으로감소하고있음 - 소수력발전량점유율이감소한이유는매립발생가스재이용시설(LFG), 풍력, 태 양광등타신재생에너지원의보급확대에따른것으로분석됨 - 소수력발전량은 12 년도기준전체신재생에너지발전량의 5.7% 를점유하고있으나, 발전차액지원금은 0.95%( 약281 억원) 에불과하였음 신재생에너지 소수력 구분계 '06 년 < 표 3-24> 소수력발전거래량현황 ( 발전량 : MWh, 금액 : 백만원) '07년 '08년 '09년 '10년 '11년 '12년 발전량 31,750,904 3,579,600 1,655,836 1,926,486 2,641,215 4,889,903 8,114,317 8,943,547 거래대금 3,298, , , , , , ,783 1,067,472 기반기금 (a) 1,368,677 30,696 26, , , , , ,509 발전량 2,438, , , , , , , ,408 거래대금 257,279 36,345 15,728 22,434 20,060 39,084 44,480 79,148 기반기금 (b) 발전차액지원비율 (b/a) 28, ,063 2,105 2,213 3,816 3,907 2, % 38.01% 7.75% 1.76% 0.84% 1.20% 1.06% 0.95% * 소수력기반기금은설비용량 5천kW이하지원 정책및제도현황 소수력발전에서생산된전력은전기사업법제31조제4항에의거전력시장에서우선 구매하고있어전력판매가확실하게보장되어있으며, 2010년 9월17일전까지준공 된설비용량 5천kW이하의소수력발전소는발전차액지원금을지원받고있음 2010년 9년 18일이후부터준공된설비용량 5천kW이하소수력은신재생에너지공 급의무화제도(RPS) 에의한신재생에너지공급인증서 (REC) 가거래시장에서운영중 에있으며, 2012년소수력평균 REC 가격은 65 원/ kwh로거래되고있음 180

200 Ⅲ. 산업동향 (2) 기술동향 가. 해외기술동향 기술개발현황 선진국의경우 중적으로투자하여왔음 1970년대에두차례의석유파동이후정부가소수력기술개발에집 년초, 낙차와유량에따라표준범위에적합한수차를형식별로표준화하고 대량생산에의한수차제작비용을절감하여경제성을향상시켰으며가능한자원 개발을강력하게지원함 2000년대부터기후변화협약에따른환경문제와신재생에너지이용의중요성이강 조되면서청정에너지인소수력을개발하는국가들이증가하였으며, 국가별활성화 정책을통해수차발전기의간소화표준화 기술과시스템운용자동화기술개발로 경제성이확보되면서보급이확대되어가는추세임 소수력발전은다른신재생에너지에비해개발역사가오래되었으며, 가동실적도 많고축적된기술력도높은편임. 소수력발전은신재생에너지원중에서에너지변 환효율이가장높으나, 지속적인기술개발을통해발전효율은 3% 정도높아질것 으로전망되고있음 선진국의경우원천설계기술은물론오랜운전경험과풍부한제작, 건설경험을 보유하고있으며최근에는환경적인허가 규제강화등으로다양한분야의기술 개발이검토되고있음 - 유럽 : 발전설비, 시스템감시및성능평가우세 - 일본 : 수차설계, 제작, 시스템감시및성능평가우세 - 미국 : 다양한수차개발 선진국은전세계소수력발전소시장을분할선점하고있어관련산업이번창하고 지속적인기술개발과인력양성이가능한선순환구조를가지고있음 일본은 NEDO를중심으로에너지안전측면과환경측면에서우수한특징을가지고 있는소수력개발을활발하게추진하면서친환경적인개발에중점을두고있음 181

201 2012 산업기술로드맵 신재생에너지( 전기) - 개발지점의경제성확보와개발가능지점을확대해가기위해비용요인을고려한 전략적기술개발을진행중임 - 소규모수력개발을위한경제성확보를위해발전설비의간소화, 표준화, 유지보 수간소화등을위한기술개발을진행중임 - 개량형러너와가변속수차발전기를개발하여발전효율향상을통해kW당경제성 을확보하고미활용된자원을지속적으로개발하여발전설비용량에구애받지않 고청정에너지개발이가능한범위에서마이크로급(100 kw이하) 및피코급(5 kw이 하) 소수력을개발하고있음 소수력발전의미래기술 지난 100년동안기본적인수력발전기술은큰변화가없었지만소수력효율을 높이는설계제작기술의진전은있었음. 향후에는저낙차(6m 이하) 와조력수류에 너지기술개발이활성화될것으로예상됨 나. 국내기술동향 기술개발현황 소수력발전기술개발은정부주도로관련연구가지원되고있으며주로자원조사, 수차개발, 운용기술등의설계기술확보와실증연구가추진중임 수차개발은처음부터실물수차로개발하기어렵기때문에작은규모의모형수차 를설계제작하고 주로유체학적인성능실험을통하여설계특성을분석함 한국에너지기술연구원을주축으로카프란수차, 튜브라수차, 프란시스수차국산 화및수차실증연구를완료하여 1986년부터가동된임기소수력에국산수차가도 입되었으며, 최근에건설되고있는소수력은국내에서제작한수차를일부선정하 고있음 수차의일부형식은중소업체에서설계기술과제작기술의국산화및실증이완료 되어보급하고있으며, 자본력과기술력이축적되어있는대기업에서발전설비를 국산화하기위하여기술개발에착수함 182

202 Ⅲ. 산업동향 - 수차및관련요소부품을국산개발하기위해대양수력, 일진전기, 금성 E&C, 신 한정공등국내업체들은외국업체와의기술제휴를통해기술개발에참여함 4대강살리기사업과관련한 16개보의소수력발전소는저낙차, 대유량수차로설계 및제작기술의한계로선진국에서제작한수차가도입되었으나, 대양수력, 금성 E&C 등이설치업체로선정되어국내기술발전의전환계기를마련함 -4 대강사업을계기로수차발전기공급업체인대양수력, 금성E&C에서는선진국 업체와의기술제휴를통하여수차발전기를설치하였으며, 향후수차제작사의기 술경쟁력향상으로해외시장진출을모색하고있음 - 이들업체들은지자체등공공기관의하수처리장, 소규모댐등적지조사, 설계및 제작운영기술개발을통한다양한소수력을개발하고있음 주요핵심기술개발전략 소수력발전소는사용가능연한이 30년정도인반영구적인설비로써개발입지선 정, 발전가능량평가, 주변입지, 환경조사및전력계통연계성등의사전조사가필 요함 - 이를위해각지역의수계에산재되어있는부존자원을효율적으로이용하고관련 산업을육성하기위하여개발지점을세밀히조사하여경제성있는입지가선정되 도록국가주도의사전조사와기술지원정책이필요함 소수력개발지점의특성에적합한발전설비및발전소건물의간소화표준화 기 술을개발하여건설비용을절감시키고경제성이향상될경우소수력보급량목표 달성은희망적임 소수력분야의기술개발은국내부존자원의최대활용과소수력발전기술확보, 수 차발전기국산화및표준화로보급활성화, 소수력발전원천기술확보를기본방향 으로설정함 다양한자원조건에적용할수있는친환경적인자원조사및활용기술, 발전설비의 국산화및표준화기술, 송전계통및감시진단기술, 자동화기술, 수차발전설비의성 능평가및현대화기술등핵심5 개분야에대해단기, 중기, 장기3단계로나누어추진 - 단계별기술개발전략을수립하여핵심기술확보를위한기술개발을우선적으로 추진하고, 실증연구를통해상용화보급을확대하여시장안정화를추구 183

203 2012 산업기술로드맵 신재생에너지( 전기) 국내부존자원의최대활용및소수력발전기술확보가요구됨 - 산학연협력네트워크구축을통한선진국수준의핵심기술확보 - 발전설비핵심및기반기술육성으로국제적인경쟁력확보 - 사업밀착형기술개발을통한기술의효용성및실용화위주의소수력발전원천 기술확보 -ICT 기반의원격통합운영및관리능력의고도화 수차발전기의국산화및표준화를통한보급활성화 - 산학연네트워크를통한신기술개발및상품화촉진으로기술개발활성화및실 용성제고 - 국내외연구기관, 기업과의전략적제휴를통한핵심기술개발 - 수요지향적인맞춤형기술개발로제작기술국산화조기달성 - 소규모( 미니/ 마이크로/ 피코급) 수차발전설비패키지제작기술확보 - 표준화된수차발전설비설계및제작기술국산화 - 수차및발전설비성능인증센터구축( 효율및성능국제공인평가) - 소수력발전설비전문교육기관구축 표준화, 고효율화제품개발과실증을통해납품실적및운영노하우확보로세계시장 진입 - 세계수준의기술력제고를위해기존수차발전시스템의고효율화및표준화가가 능하도록전략적인기술개발 184

204 Ⅲ. 산업동향 (3) 기업동향 가. 가치사슬현황 < 그림 3-70> 소수력분야의가치사슬 수차 소수력은시장은협소하여발주처의시방조건인개발지점의유량및낙차에따 라수차( 허브, 날개) 의설계및주문제작이이루어지기때문에표준화가어려움 수차설계및제작기술은수차형식별로일부국산화가완료되어상용화를시도하 였으나, 프로젝트별맞춤작업이요구되는협소한시장규모로인해전산유체해석 도구를이용한모델테스트와수차설계( 개도조절장치, 수밀장치, 냉각설비, 제어설 비등) 및해석기술이부족하여수차효율이선진국에비해약 84% 수준에그침 수차효율을향상하기위해서는선진해외업체와의기술제휴를통한설계와제작 기술향상이필요하고자본과기술력이있는대기업에서수차의국산화를통한국 제경쟁력제고와해외시장진출모색이필요함 185

205 2012 산업기술로드맵 신재생에너지( 전기) 확보된설계기술및국내유동해석기술향상에따른표준러너설계기술확보로 국내소수력건설분야의국제경쟁력확보및해외시장진출모색 발전기 발전기의효율향상, 표준화, 소형화화에대한기술개발은거의이루어지지않았으나, 선박용발전기, 디젤발전기등산업용발전설비가국산화되면서상당한기술적 성과를확보하고있음 소수력발전소에주로사용되고있는유도발전기제작기술은선진국과비슷한수 준이거나높은수준에도달했으나, 개발지점에의한주문생산에의존하고있는 중소형 발전기는기술력이낮은편임 - 소수력은주문에의한설계제작으로보급이활성화되지않은상황에서효율을향 상하기위한기술개발은상대적으로낮은수준임 국내에서는소수력개발에따른인허가의 어려움, 정부의기준가격지원제도, 한 전의송배전선로연계제한등으로설비용량이 3,000 kw이하로개발되고있어소 수력은주로유도발전기를채용하고있음 - 유도발전기제작기술은베어링을제외하고는 90% 이상이국산화되었으나, 국산 발전기는선진국제품에비해고정자권선절연과효율등이다소미흡함 186

206 Ⅲ. 산업동향 나. 국내외 주요기업현황 해외업체현황 업체명 Gugler Water Turbine GmBH ( 오스트리아 ) Andritz Hydro ( 오스트리아 ) MAVEL( 체코) GEA( 이탈리아) Dependable Turbines Ltd. ( 캐나다) OSSBERGER GmbH( 독일) Ningbo Tianking Water Turbines Co.,Ltd( 중국) 사업영역및주요내용 소수력발전설비전문공급업체 ( ~10 MW) 설계제작업체로서국내외 600 개소수차공급실적 ( 약 100 년역사) 카프란, 프란시스및펠턴수차( ~ kw) 자체설계및벤더를통한협력제작공급및설치시공 마이크로 (5~200 kw), 피코 500 W~5 kw수차직접설계및생산하고시공까지전공정수행 국내외 공급실적많음 수력발전설비전문공급업체 ( ~600 MW) 설계및제작, 시공업체로서중대형부분제작위주 공급범위는카프란, 프란시스, 펠턴수차 수차설비세계적다국적기업으로최근중국에서제작공급 국내외 공급실적많음 수력발전설비전문공급업체 ( ~20 MW) 설계및제작, 시공업체로서중소형부분의제작이우수 공급범위는카프란, 프란시스, 펠턴수차 금성 E&C와조건부 TCA 체결, 대양수력, APEC와 Agent Ship 운영 국내외 공급실적많음 소수력발전설비전문공급업체 ( ~300 MW) 설계, 외주제작업체로소수력부터대형수력까지공급 공급범위는카프란, 프란시스, 펠턴및 Crossflow 등 국내공급실적없음 소수력발전설비설계, 제작업체( ~10,000 kw) 공급범위는 Pelton, Turgo, Francis, Kaplan, Propeller and Fixed Flow Pump Turbines 등임 1978년도에설립한수차설비세계적인기업 국내외 공급실적많음 ( 광천450 kw, 보령145 kw, 부안193 kw, 고산560 kw) 소수력발전설비설계, 제작업체( ~10,000 kw) 공급범위는 Kaplan Turbine, Pelton Turbine 등임 1873년에설립한수차설비세계적기업 국내외 공급실적많음( 산청 950 kw, 삼천포 4,740 kw) 공급범위는 Kaplan Turbine, Francis Turbine, Pelton Turbine, Turgo Turbine, 등임 Inclined Water Turbines, Hydroelectric Power 설립년도 :

207 2012 산업기술로드맵 신재생에너지( 전기) 업체명 Hunan Zhaoyang Generating Equipment Co., Ltd ( 중국) 사업영역및주요내용 소수력발전설비설계, 제작업체(100 kw~50,000 kw) 공급범위는 Pelton, Turgo, Francis, Kaplan and Tubular Turbine, 100 kw to 50,000 kw Horizontal and Vertical Type of Generator, Excitation Equipment, High and Low Voltage Distribution Cabinet, Manual Operated/Automatic Speed Governor, Power Plant Valve, Power Transformer, High Capacity Pump and Electric Motor 등임 설립년도 : 1978 국내업체현황 업체명대양수력금성E&C 신한정공일진전기공업레네텍 HLSEco APEC 사업영역및주요내용 수차설비의직접설계, 제작, 시공업체 소수력수차설비공급업체( ~3 MW 이하) 국내실적이가장많음( 카프란, 프란시스. 수차) 국내최초의수력설비제작업체 체코 Mavel 사와 TCA(Agreement of Technical Cooperation) 협약체결로기술제휴 수차설비의직접설계, 제작, 시공업체 카프란수차및프란시스수차 ( ~ kw) 펠턴수차( ~6.000 kw), 마이크로 (5W~200 kw) 및피코(500 W~5 kw) 수차 : 설계, 제작및시공까지전공정자력수행 오스트리아구글러(Gugler Water Turbine GmBH) 사와 TCA(Agreement of Technical Cooperation) 협약체결로기술제휴 소형터빈제작, 공급업체( ~100 kw 이하) 국내실적보유 소형프로펠러수차형식의공급 수차제휴공급업체( 캐나다 Dependable 社 ) 국내실적보유( 탑정 320 kw) 수력설비공급업체( 독일 Ossberger 社 ) 수력설비공급업체( 오스트레일리아 Andritz 社 ) 수차제휴공급업체 설계및제작, 시공실적없음( 자체공장없음) 외국사와 Agent Ship에의한공급대행 188

208 Ⅲ. 산업동향 (4) 특허동향 소수력분야의특허동향( 요약) - 신재생에너지전체특허건수중소수력분야는 10.4%(4,508 건/43,542 건) 를차지하 고있으며, 기술적영향력이높은것으로나타나다른특허권과경쟁에서유리한 기술분야임 - 특허출원은연도별로증가하고있으며국적별로보면미국외에독일, 캐나다가 강세이며한국은 0.8% 를차지함 - 기술별로보면발전설비국산화및표준화의비중이 55.4% 로가장크고부상하는 기술임. 자동화는특허파급도가높으면서특허장벽은낮음. 한국은성능평가및 현대화분야에서특허활동도가높음 자세한내용은부록참조 (5) 표준화동향 국내소수력표준화동향 최근국내에서수행된수차개발은설계기술확보및실용화를위한실증연구가진 행되고있으나, 소수력발전설비의표준화및간소화까지이어지지못하고있음 - 국내의소수력부존잠재량을경제적으로개발하기위해서는소수력자원의특성 에적합한고효율수차발전기의국산화개발을통한제품의설치가요구됨 - 또한초기투자비중이높은수차발전기제작비용을저감하기위해서는산학연협 동의표준화, 간소화된기술개발이필요함 2010 년소수력설비시공및설치확인기준이제개정되었지만, IEC 및 JEC 국제 기준에맞는수차발전기기술규격표준화를위한국내 KS 규격의제정및개정이 필요한실정임 189

209 2012 산업기술로드맵 신재생에너지( 전기) 해외소수력표준화동향 선진국은수차발전기의형식, 발전방식, 규모, 설비용량별로전분야에대해표준화 된기술개발이완료되어상용화보급을확대해가는추세임. 수차개발은외국에서 는잘확립된기술이며, 효율도높은수차의개발이진행되고있음 - 선진국에서는주문제작이아닌낙차와유량에따라일률적으로설계제작된소수 력수차를종류별로표준화하여경제성향상을기하고있음 -( 미국) 90년대에수차의표준화를완료함 -( 일본)70 년대에전국규모의수력조사를수행하였으며,80 년대에 Sunshine 계획의 일환으로수차의국산화개발과소수력발전시스템자동화연구를수행함. 90년대 에는 New Sunshine 계획으로수차의표준화개발을완료하였음 -( 중국) 소수력수차의형식별국산화개발및표준화를이루고 1990년이후매년 소수력발전소를건설하여 100,000 개지점에 30,000 MW의시설용량으로세계에 서가장많은소수력발전소를보유하고있음 < 표 3-25> 표준화수차생산현황 수차제작회사국명수차형식표준화내용 Allis-Chalmer 미국 Tube D : 750 3,000mm, 10단계 Fuji 일본 Tube Bulb D : 800 2,500mm, 11단계 D : 1,250 2,000mm, 5단계 CMEC 중국 Francis D : 300 1,000mm, 13단계 Flygt 스웨덴 Tube D : 200 2,400mm, 10단계 Bofors-Nohab 스웨덴 Bulb D : 500 3,000mm, 6단계 Neyrpic 프랑스 Bulb D : 800 1,800mm, 5단계 *D : 수차직경 소수력수차제작업체는중국을비롯하여여러나라에산재되어있는데생산업체수가 많은나라에서는수차발전기와부속설비를표준화하여해외시장에수출하고있음 - 미국의수차제조업체인 Allis Chalmers 社의경우각종수차에대하여표준화하였 으며, Voith 社는저낙차(4 5m) 에적합한수차를표준화하고수차의설치형식도 낙차와유량에적합하게표준화하여공사비의절감에주력하고있음 190

210 Ⅲ. 산업동향 - 일본은신에너지재단, 전원개발과수차발전기제조업체 7개사가공동연구하여수 차발전기표준화간소화를 이룸 - 우리나라소수력개발초기에많은수차를제조공급한스웨덴의 Flygt 社도저낙 차소수력개발지점에적합한수중형발전기의표준화된수차를개발하여세계각 국에판매하고있음 수차성능시험인증표준화동향 수차제작사들은개발한수차의효율과성능을객관적으로인증받기위하여제작 사와독립된기관에서성능인증을받고있음 국가별로성능시험에대한표준을갖고있으나, 국제적으로국제전기기술위원회 (IEC) 의기준에맞추어다양한수차에대한효율시험, 캐비테이션시험, 압력맥동 관찰, 수류관찰, 추력측정, 무구속시험, 수차의치수검사등을수행하여종합적인 평가를실시하고있음 국내에는유일하게한국수자원공사에소수력발전성능시험설비가구축되어있으 나( 표3-26), 프란시스수차의효율, 무구속속도시험에국한되어있어다양한수차 에대한넓은영역의유량및낙차에대한종합성능시험수행은어려움이있음 < 표 3-26> 국내소수력발전성능시험설비시험규격 기관시험규격장비전경 K-water (Korea) 최대낙차 (m) 최대유량 ( m3/s) 시험동력 ( kw) 국내외 발주기관에서요구하는보증사항( 효율, 출력, 진동, 캐비테이션등) 을국 제수준으로끌어올리기위해서는 IEC 기준에적합한시험결과를취득할수있도 록불확도를고려한단위시험설비들의보완이필요함 해외의경우제작수차의공신력확보를위하여자체성능시험외에도제3의독립 된기관에성능평가를의뢰, 검증절차를거쳐세계시장을공략하고있음 191

211 2012 산업기술로드맵 신재생에너지( 전기) - 대표적인성능시험기관으로스위스로잔연방공과대학(EPFL) 내의유체기계연구 실(LMH, Laboratory for Hydraulic Machines) 이있으며, 이외에도슬로베니아의 TURBOINŠTITUT, 중국의수리수전과학연구원 (IWHR, Institute of Water Resources and Hydropower Research) 등이있음 해외주요성능시험기관은 < 표3-27> 과같이다양한유량및낙차에대한수차성 능시험을수행할수있도록설비를구성하여소수력부터대수력까지넓은영역의 수차뿐만아니라프란시스, 카플란, 벌브, 사류, 펠톤수차등다양한수차의국제적 으로공신력있는모델성능시험이가능토록함 < 표 3-27> 국외주요성능시험기관설비규격 기관장비규격장비전경 ( 모식도) 구분 PF1 PF2 PF3 LMH, EPFL (Switzerland) TURBOIN ŠTITUT (Slovenia) 최대낙차 (m) 최대유량 ( m3/s) 발전기동력 ( kw) 펌프동력 ( kw) 900 1, (2 대) 최대회전수 (rpm) 1,500 2,500 2,500 불확도 구분 프란시스 카플란벌브펠톤 최대낙차 (m) 최대유량 ( m3/s) 최대토크 (Nm) 최대출력 ( kw) 최대회전수 (rpm) 구분 TP1 TP2 TP3 최대낙차 (m) IWHR (China) 최대유량 ( m3/s) 발전기동력 ( kw) 펌프동력 ( kw) 724(2 대) 최대회전수 (rpm) 2,600 3,000 3,000 불확도

212 Ⅲ. 산업동향 또한IEC 및각국가표준에부합하는성능시험을수행할수있도록다양한시험에 대한시험절차를갖추고, 고정밀측정장비들과측정데이터의고속처리를통해 정확한결과를얻을수있는시스템을구축하고있음 국내수차발전기제작업체의육성및수차개발에대한원천기술확보를위해국내 에도대표적인국제표준인 며, 이에대한표준화인증이선행되어야할것임 IEC code에부합하는수차성능시험설비구축이필요하 193

213 2012 산업기술로드맵 신재생에너지( 전기) 7 해양 (1) 시장동향 가. 해외시장동향 세계해양에너지시장현황및전망 현재초기발전단계에있는해양에너지는개발초기의높은투자비와기술개발에 장시간이소요되는등의특성이있기때문에차후해양에너지상용화를위해서는 정부지원및정책이가장중요함 현재까지해양에너지는태양광, 풍력등다른신재생에너지원에비해낮은지원에 따라기술발전이늦은상태이나, 해양에너지부존량이풍부한영국, 아일랜드, 한 국, 호주등은해양에너지개발에박차를가하고있음. 각국의신재생에너지중해 양에너지목표는다음 < 그림 3-71> 과같음 * 자료 : IHS emerging energy research, 2010 < 그림 3-71> 각국의신재생에너지목표중해양에너지비율 194

214 Ⅲ. 산업동향 유럽과북미를중심으로조력, 파력등을이용한해양에너지연구개발이활발하게 수행되고있으며, 성장속도도신재생에너지중가장높은수준을보이고있음 IHS(2010) 는다음과같은세가지예측시나리오(Base-Case, High-Growth, Low- Growth) 를제시하였으며, 하기내용은다음 < 그림 3-72> 에도시됨 - Base-Case 시나리오 : 2030년누적설치용량은 9.4 GW 로예상됨. 2015년매년 50 MW 씩증설하여, 2026년이후에는매년 1 GW 규모로증가할것으로예측됨. 이 경우대부분의성장은유럽( 영국, 아일랜드) 에서, 나머지는호주, 한국, 중국(2020 년대후반기) 에서발생할것으로예측됨 - High-Growth 시나리오 : 해양에너지시장은 2030년에 17 GW 규모(Base-Case 시나 리오의 1.8 배) 에이르고성장의대부분은 2025년이후에대규모로발생할것으로 예측됨. 해양에너지기술의발전과정부지원증가로인하여미국, 캐나다, 스칸디 나비아, 그리고일본에서대규모시장이형성될것으로예측됨 - Low-Growth 시나리오 : 2030년에 3.6 GW 규모(Base-Case 시나리오의 60 %) 에이 를것으로예측됨 ( 단위 : MW) * 자료 : IHS emerging energy research, 2010 < 그림 3-72> 세계해양에너지성장전망( 설치용량기준) 195

215 2012 산업기술로드맵 신재생에너지( 전기) IHS의Base-Case 시나리오에따르면각나라별누적설치용량은주로조력과파력 에너지가주도할것으로예측됨. 특히향후 20년동안영국이주도적역할을수행 할것으로예측되며, Base-Case 시나리오에따른각나라별조력및파력에너지누 적설치용량은각각 < 그림 3-73>, < 그림 3-74> 와같음 ( 단위 : MW) * 자료 : IHS emerging energy research, 2010 < 그림 3-73> Base-case 시나리오에의한각국별조력에너지누적설치용량 ( 단위 : MW) * 자료 : IHS emerging energy research, 2010 < 그림 3-74> Base-case 시나리오에의한각국별파력에너지누적설치용량 196

216 Ⅲ. 산업동향 전세계적으로향후5 년간( 11~'15 년) 파력과조류에너지발전시설이시설용량기준 150 MW 추가건설될예정임 - 영국은추가발전시설150MW 중73% 인110MW 규모의발전시설을설치할계 획으로주도적인위치를차지하고, 캐나다미국등이그다음으로큰시장그룹을 형성할것으로예상됨 - 같은기간동안전세계적으로예상되는투자금액은 12억달러로이전5 년( 06~ 10 년) 동안투자된금액의 6배이상급증한액수임 * 자료 : 파력조류에너지 시장전망보고서, The World Wave and Tidal Market Report , Douglas-Westwood, 2011 세계조력발전시장의현황및전망 조력발전은상용발전이이루어지고있는유일한해양에너지로현재운용중인조력 발전소는우리나라의시화, 프랑스의 Rance, 캐나다의 Annapolis, 러시아의 Kislaya Guba 그리고중국의 Jiangxia 를들수있음( 표3-28) 이들외에도아르헨티나, 호주, 캐나다, 인도, 영국, 미국, 러시아등에서조력발전 건설계획을추진하고있어향후시장규모가확대될것으로전망됨( 표 3-29) < 표 3-28> 운영중인조력발전소현황 발전소명국가최대조차 (m) 시설용량 (MW) 준공년도 연간발전량 (GWh) La Rance 프랑스 발전방식 복류식, 양수기능 Annapolis 캐나다 단류식 Kislaya Guba 러시아 복류식 Jiangxia 중국 복류식 Sihwa 한국 단류식 197

217 2012 산업기술로드맵 신재생에너지( 전기) < 표 3-29> 주요조력발전소입지 발전소명 국가 평균조차 (m) 조지면적 (km²) 가능용량 (MW) 예상생산량 (TWh/year) San Jose 아르헨티나 , Golfo Nuevo 아르헨티나 , Santa Cruz 아르헨티나 , Rio Gallegos 아르헨티나 , Walcott Inlet 호주 , Cobequd 캐나다 , Shepody 캐나다 , Gulf of Khambat 인도 7 1,970 7, Severn 영국 , Knik Arm 미국 7.5-2, Turnagain Arm 미국 7.5-6, Mezen 러시아 6.7 2,640 15, Penzhinsk 러시아 ,530 87, Tugar 러시아 6.8 1,080 7, 나. 국내시장동향 우리나라해양에너지시장현황및전망 우리나라의경우해양에너지를이용해전력을생산하고자하는노력은오래전부터 있었으나, 상업용발전시설은시화조력발전소외에사례가없음 현재민간과공공부문에서추진중인해양에너지개발계획은조력과조류발전분야임 - 조력발전은 2011 년완공된시화조력발전소를포함하여가로림, 강화, 인천, 천수만 등의지역을검토중이며, 조류발전은인천, 진도, 장죽수도등을대상으로발전단 지건설검토중임 198

218 Ⅲ. 산업동향 < 표 3-30> 국내조력발전개발계획 구분 평균대조차 (m) 조지면적 (km²) 시설용량 (MW) 연간발전량 (GWh/year) 추진현황 시화호 MW x 완공 가로림만 MW x 환경영향평가중 강화( 석모도) MW x 타당성검토진행중 인천만( 소) 타당성검토진행중 인천만( 대) MW x 계획수립중 새만금( 소) 계획수립중 새만금( 대) ,067 계획수립중 천수만 MW x 계획수립중 해주만( 소) ,000 2,632 계획수립중 해주만( 대) ,300 2,999 계획수립중 옹진만 MW x 계획수립중 아산만 MW x 계획수립중 < 표 3-31> 국내조류발전개발계획 구분시설용량 (MW) 참여기관개발계획 강화( 덕적도) 200 한국남동발전, 포스코건설, 인천광역시 2015년착공예정 전남( 신안군) 260 한국남동발전, 포스코건설타당성검토진행중 전남( 장죽수도) 150 한국동서발전, 포스코건설, Voith Hydro 타당성검토진행중 전남( 맹골수도) 250 한국동서발전, 포스코건설, Voith Hydro 타당성검토진행중 해양에너지개발은대규모건설공사를필요로하므로이로인한산업적파급효과가큼 - 시화조력, 가로림조력의경우각각약3,600 억원, 약1조원의건설비가소요될것 으로전망됨 - 강화도와전남지역에서계획중인조류발전단지들의경우에도각각덕적도 8,000 억원, 신안군 1 조원, 장죽수도및맹골수도 1조 5천억원의건설비가예상됨 - 일반적으로해양에너지개발시건설비용은토목건설부분이약 50%, 기계전기부 분이약50% 를차지하므로향후 5년간약 4조 6,600억원규모의토목건설과기 계전기설비 시장이새롭게형성될수있음 199

219 2012 산업기술로드맵 신재생에너지( 전기) 파력발전은기술적인어려움의극복과발전단가저감을통한경제성의제고가관건 이나, 타에너지원에비해빠르게발전단가가하락하고있어경제성이점차개선중임 - 파력에너지는우리나라연안해역에도광범위하게분포하여부존량이풍부하므 로, 발전효율이개선되고단지화및복합발전등을통해경제성이제고될것으로 예상되는 2015년이후에는민간중심의상업적이용이가시화될것으로예상됨 - 파력과해상풍력을이용하는복합발전의경우파력발전과해상풍력관련기술이 실용화단계에이른뒤대규모단지개발을목표로하는상용화가추진될전망임 해수온도차발전은대학과연구원등에서핵심기술을확보하고있으며, 지역냉난 방등열에너지이용을중심으로기술개발과상용화가추진될것으로예측됨 - 해수온도차냉난방시스템은에너지절감효과에따른경제성이매우높은것으로 보고된바있으며, 핵심이되는히트펌프시장은향후큰성장이기대됨 * 자료 : 해수온도차냉난방설치를위한타당성조사, 에너지관리공단, 2006 해양에너지분야의국내전문가 에대한장기전망은아래와같이조사됨 100명에대한설문조사결과해양에너지국내시장 < 표 3-32> 해양에너지국내시장에대한장기전망 항목 단위 2006년말 ( 추정) 2012년 2020년 2030년 업체수( 누적) 개 관련인력 ( 누적) 연구인력인 생산인력인 국내보급( 누적) TOE 0 120, , ,000 연간매출액 연간수출액 억원/ 년 ,514 3,806 억원/ 년 ,907 * 자료 : 신 재생에너지 RD&D 전략 2030 시리즈해양, 기술개발이가장시급한분야로는인력양성및고용효과가우수하고우리나라실 정에서파급효과가큰조류및파력에너지변환기술로조사됨 - 해양에너지중장기(2030) 계획수립후이를추진하는데있어가장큰장애요인으 로는정부의정책적, 경제적지원확대의필요성이제기됨 200

220 Ⅲ. 산업동향 (2) 기술동향 가. 해외기술동향 기술개발현황 해양에너지시스템은기술적으로매우다양한방식들이제안되어왔으나, 해양의 불리한접근성과거친환경조건으로인해실증실험에상대적으로오랜기간과많은 비용이소요되기때문에현재까지실해역에서검증된기술은매우제한적임( 그림 3-75) * 자료 : Frost & Sullivan, 2010 < 그림 3-75> 해양에너지기술개발단계별특성 해양에너지관련기술중실용화되어상용발전이행해지고있는분야는조력발전뿐임 - 조류및파력발전은상용화전단계이며, 해수온도차이용은기초연구단계를거쳐 Full Scale 실해역실증단계에있으며, 염도차발전은 Part Scale 실험단계임( 그림 3-76) 201

221 2012 산업기술로드맵 신재생에너지( 전기) * 자료 : NRG Expert, 2011 < 그림 3-76> 해양에너지기술의상태 해양에너지기술의특허등록건수, 영향력지수(PII), 경쟁력지수(TS) 의지표를비교한 결과, 미국은양적인측면은물론, 질적인측면에서도타국가에비하여압도적인 우위에있고, 미국을제외한국가중에서는영국이가장경쟁력이있는것으로나 타남( 그림 3-77) * 자료 : 에너지관리공단신 재생에너지센터, 2008 < 그림 3-77> 해외주요국가의해양에너지분야기술력지수 조력발전에서는한국과일본, 조류발전에서는미국, 독일과노르웨이, 파력발전에 서는영국과스웨덴, 해양온도차발전에서는미국과일본의특허활동이상대적으로 활발한것으로파악됨 202

222 Ⅲ. 산업동향 파력발전은모든국가에서공통적으로점유율이가장높고, 한국, 미국, 유럽에서는 특허증가율도높아지속적인성장가능성이매우큰분야임 기술분야별로는한국, 미국, 일본, 유럽모두전체적으로는파력발전분야에활발 한출원이이루어지고있으며, 최근조류발전분야도출원이증가하는추세로나타 남. 미국의경우특허점유율은파력발전 61.2%, 조류발전 15.6%, 해양온도차발전 12.8%, 조력발전 10.4% 로나타남( 그림 3-78) 2, 4 % 2 2, 4 1 % 3 0, 5 5 해양온도차발전방식해양온도차발전설비및시공해양온도차발전활용기술 * 자료 : 에너지관리공단신 재생에너지센터, 2008 < 그림 3-78> 미국의해양에너지분야특허등록기술분야추이 나. 국내기술동향 기술개발현황 우리나라에서는초기국토해양부, 산업자원통상부등의지원으로대학, 한국해 양연구원( 現한국해양과학기술원) 이주도적으로해양에너지연구개발을수행 하였으나, 현재는기업도적극적으로많은연구개발을진행중임 203

223 2012 산업기술로드맵 신재생에너지( 전기) 국내기술수준은 2010년기준으로세계최고기술을보유한 EU 대비 52.4 % 수 준이며, 기술격차는 8.5년임( 표 3-33) - 해양에너지개발기술은융합적인기술분야로근래몇년간해양, 환경, 토목, 기계, 전기, 전자, 조선중공업등기반기술의발전으로 EU 대비국내기술수준이 2010년의경우 2008년보다더벌어졌음에도불구하고기술격차는도리어 1.6년 감소함 이들발전에관한기술은공통적으로에너지변환기술, 구조물설계및시공기술, 운용및유지관리기술, 그리고시스템상용화기술로구성됨 - 시스템상용화기술에는해양에너지개발세계시장을선도하기위한에너지원별 실해역실증시험을위한테스트베드건설및운영이포함됨 < 표 3-33> 국내해양에너지기술수준 국가명 세계최고기술수준대비기술수준 (%) 세계최고기술보유국대비기술격차( 년) 한국 미국 일본 중국 EU * 자료 : 한국과학기술기획평가원, 2011 분야별주요핵심기술개발동향 파력발전은 1990 년대들어본격적인기술개발이시작되어, 2000년대중반까지 핵심설계기술의고도화가진행되었음.2000년대중반이후개발기술의실해역 실증을위한실증플랜트설계가진행되고있으며, 2010년대초에는실해역실증 플랜트의설치및운용이기대되어향후 5년이내에실용화가이루어질전망임 국내에서현재개발이진행중인파력발전기술은천해연안역적용에유리한착저 식파력발전장치가주를이루고있으며, 케이슨을이용한진동수주형및수류식파 력발전방식과단일공또는자켓형의지지구조물을이용한월파형파력발전방식이 204

224 Ⅲ. 산업동향 개발되고있음. 그러나 60 kw급부유식진동수주형파력발전기와 BBDB (BackwardBentDuctBuoy) 형부유식등부표파력발전장치의경우처럼계류계를사 용하는부유식파력발전장치에대한연구개발도수행된바있음 파력발전의경제성제고하기위해서는파랑에너지밀도가높은해역이절대적으로 유리하며, 이에따라파랑에너지밀도가상대적으로높은외해역에적용할수있는 파력발전장치에대한기술개발노력이증가하고있음. 또한경제성제고에유리한 복합이용기술및대규모단지화기술도파력발전기술의실용화가진행됨에따라 기술개발이이루어질전망임 현재국내에서개발중인조류발전기술은해양수산부지원으로 2003년에수직축 수차인헬리컬방식으로프로토타입이설치되었으며 2008년 1 MW급시험조류발 전소가건설되었음 조류발전은조수간만의차가커서조류속도가높은지역이나지형적인영향으로 해류의속도가높은지역에적용이가능한예측가능하고친환경적인에너지원이 며, 우리나라는서해안과남해안이조류발전을적용할수있는세계적으로매우환 경이좋은여건을갖고있음 - 선진국에서도조류발전연구는비교적최근에시작되었으므로정부의지원하에 관련산업은물론요소기술을빠른시일안에확보하고, 지역별중대규모 단지 화를통해신뢰성있는에너지공급이가능할것임 1980년대에가로림만을중심으로서해안의조력발전에대한개략타당성조사를수 행하였음 2004년시화호수질개선대책의일환으로시화호운영방법을담수호에서해수호로 전환함에따라청정에너지생산과수질개선목적으로 254천 kw급시화조력발전 소건설착수하여 2011년에완공하였음 해수온도차이용의경우대학및연구원등에서친환경작동유체, 고효율터빈, 고 효율발전사이클해석, 열교환기, 해수냉난방플랜트조기상용화를위한연구등 이진행되고있음 205

225 2012 산업기술로드맵 신재생에너지( 전기) (3) 기업동향 가. 가치사슬현황 < 그림 3-79> 해양에너지산업의가치사슬 해양에너지산업구조는해양에광범위하게분포하는청정재생에너지자원인파 랑, 조류, 조석, 수온등의물리적에너지를전기에너지로변환하는장치와관련해 양구조물의설계및성능평가엔지니어링기술, 실해역설치, 유지보수및운용의실 용화기술로정의되며, 해양에너지자원의조사및이용적지평가, 이용에따른해 양환경영향평가, 복합이용및대규모단지화에의한경제성제고기술등을포함함 206

226 Ⅲ. 산업동향 또한에너지원에따라변환기술및해양구조물의특성이달라짐. 해양에너지기술 은파력발전기술, 조류발전기술, 조력발전기술및해수온도차이용기술로대별됨. 해양에너지원중에서해상풍력, 해양바이오매스, 해양수소에너지생산, 해양태양 광및태양열등의신재생에너지이용기술은해양에너지복합이용기술에해당됨 나. 국내외 주요기업현황 해외업체현황( 기업) 업체명 Ocean Power Technologies(OPT) ( 미국) Voith Hydro (Wavegen) ( 영국) Energetech Australia Pty Ltd( 호주) 사업영역및주요내용 개발된 PowerBuoy 는해수면 1m이하에잠수된외해파력에너지변환장치로서수면아래에수직으로고정되어있어너울이지나가면내부의피스톤과같은구조가상하로움직이게되고이운동이발전기를구동시켜전기를생산 PowerBuoy 는부이와같은모듈시스템으로서 array 배치를기본으로한단지화를통해수십 MW의전력을생산할수있으며단위실물모형은 1998 년뉴저지해안에서시험 미국파력에너지기술을선도하는파력발전장치로서미해군을중심으로호주, 스페인으로의사업확장을시도 파력에너지의현재그리고잠재적인적용뿐만아니라파력에너지기술, 사업의개발과관리에있어전문가임. 세계파력발전기술의선두자로서몇가지의혁신적인해양발전시스템의연구, 개발그리고제조를개척 개발하고운용중인 LIMPET 은파력에너지를전력그리드에연결한세계최초의상용파력발전장치 천해역 OWV 기술과방파제터빈을개발중 해안선/ 연안장치로서항만의방파제와암석으로된갑( 岬 ) 또는절벽과같이해안의깊은바다에적합 Blue Energy ( 캐나다) MCT( 영국) WaveStar Energy ( 덴마크) 자체적인 Davis 터빈을개발하여필리핀, 멕시코등지에기술을수출하여시설물을설치 Seagens 는두개의로터를가진터빈형태로약 1 MW 급으로 Seafow 와같이로터와파워트래인 (Power Train) 을해수면위로이동, 약 3미터의지름을갖는파일을사용하고해저에서약 10에서 20 rpm으로회전하는두개의로터와외부해양환경에안정하도록설계 조류발전기술을북미와동남아시아에파급하려노력중이고, 현재시스템보다효율이높은제 2세대조류발전연구 덴마크의 Hellerup 에 2003 년설립된회사로, Multi-point absorber 를가진파력발전장치를개발하여, 실해역에서 Small-scale 시험중 207

227 2012 산업기술로드맵 신재생에너지( 전기) 해외업체현황( 대학, 연구소) 업체명 Muroran Institute of Technology ( 무로란공업대학) ( 일본) OPRF ( 해양정책연구재단 ) ( 일본) 사업영역및주요내용 무로란항외곽방파제에실시한진자식파력발전장치 (1983~2000) 오키나와니시우라섬에서실시한부유식파랑발전장치카이요우 (1984~1986) 개발 JAMSTEC ( 해양과학기술센터 ) ( 일본) Northeastern Univ. ( 미국) 미에현고카쇼만에서실시한외해부체식파력발전장지 Mighty Whale (1998 ~ 2002) 1973년부터대규모파랑발전가능성에관한기초연구로서시작되어 1976년부터 해양에너지이용기술의연구개발이라는 JAMSTEC 연구사업의형태를띠고정부로부터의출자금에부유식파력발전장치 카이메이 의연구개발실시 1995년 Gorlov 박사에의해개발된헬리컬터빈(helical turbine) 이개발되었고, Northeastern 대학의 Helical Turbine, M.I.T의 Schneider Turbine등이개발되어실해역시험발전을실시 국내업체현황 분야파력발전조류발전조력발전 사업영역및주요내용 아직상용화단계에이르지못한실정이기때문에전문기업이거의전무하나, 파력발전기술개발및실용화가추진되면서전문기업육성의필요성증대 최근파력발전연구개발투자가확대되면서, 기술개발에참여하는관련산업체가증가하고있으며, 참여기업의전문기업으로의발전이기대 아직까지조류발전전문기업으로지정되거나육성된기업은파악되지않음 유사업종의기업이조류발전관련과제나필요시장치를제작하는정도에머무르고있는실정 대기업으로조류발전관련사업을시작했거나, 시작하려는회사는포스코, 삼성, GS, SK, 삼호중공업, 현대중공업등 중소기업으로는오션스페이스, 이노앤파워, 오션에너지텍크, 에코션, 대양전기등이있으며, 특히대양전기는수차설비의직접설계, 제작, 시공업체 초기상용화단계에이르고있는실정이나, 아직까지는전문기업이거의전무하나, 조력발전및관련분야의기술개발이추진되면서전문기업육성의필요성이증대 최근조력발전소의건립에투자가확대되면서, 기술개발에관심을가지는관련산업체가증가하고있으며, 참여기업의전문기업으로의발전이기대 208

228 Ⅲ. 산업동향 분야 해수온도차냉난방설비 해수온도차발전설비 사업영역및주요내용 국내에는설치한전례가없기때문에해수온도차냉난방설비를위한전용설비의개발실적은전무한상태 하천, 온천수, 지열등을이용한히트펌프는국내에서개발하여설치를행하고있으며, 그중일부의핵심부품은수입에의존. 따라서현재사용되는기술에해수용히트펌프기술을적용하고, 일부의핵심기술을개발하면국산화가능성이큼 국내에서는아직개발을시행하지않은기술 해수온도차발전설비에이용되는저압터빈이나열사이클등의개발이필요한실정이며, 개발시에남태평양지역을중심으로많은수출증대효과가기대 (4) 특허동향 해양분야의특허동향( 요약) - 신재생에너지전체특허건수중해양분야는 9.4%(4,101 건/43,542 건) 를차지하고 있으며, 특허장벽이낮고한국국적출원인의특허출원건수가상대적으로집중된 분야임 - 세부기술로는공유형해양에너지시험장의비중이 34.4% 로가장큼 - 조력발전시스템및조류발전시스템은출원건수가많지않으면서부상하는기술로 나타남 - 한국은조력발전시스템에서특허활동도가높음 자세한내용은부록참조 209

229 2012 산업기술로드맵 신재생에너지( 전기) (5) 표준화동향 IEC TC 114 해양에너지에대한국제표준화는 IECTC88( 풍력발전) 회의에서최초논의되었으 나2007년별도의전문위원회를구성하여논의하기로합의되어 IEC TC114 가구성됨 IEC TC114 에서는파력, 조류및기타해양에너지발전기의국제표준을개발하고 있으며조력발전및댐건설에의한발전은논의대상에서제외됨 TC 114에서진행중인해양에너지표준화항목은다음과같음 - 시스템정의 - 파랑, 조류및기타해양에너지발전설비의성능측정 - 자원특성및평가 - 설계및안전요건 - 전력품질 - 제조및공장시험 - 환경영향검증및완화 표준화진행중 개시예정 < 그림 3-80> IEC TC114 작업반구성현황 210

230 Ⅲ. 산업동향 < 그림 3-81> IEC TC114표준화로드맵 해양에너지는전반적으로개발초기단계에있으나, 국외의경우표준화에적극 참여하고기술홍보, 표준화반영등을통하여산업화에대비하고있으며특히유럽, 미국이리드하고있는상황임 조류발전 - 조류발전설비표준화논의는 PT 에서성능평가표준화가논의되고있으 며 PT 에서자원평가표준화논의가진행되고있음 - 자원평가와관련해서는초기에파력발전분야와통합하여추진되었으나, 조류발 전자원평가를위한특화된표준이필요하다는인식에의해분리되어표준화가진 행중임 파력발전 - 파력발전설비표준화논의는 PT 에서성능평가표준화가논의되고있으 며 PT 에서자원평가논의가진행되고있음 - 자원평가와관련해서는초기에조류발전분야와통합하여추진되었으나, 파력발 전자원평가를위한특화된표준이필요하다는인식에의해분리되어표준화가진 행중임 211

231 2012 산업기술로드맵 신재생에너지( 전기) 해양온도차이용기술 - 해양온도차이용기술에대한표준화논의는현재는전력을생산하는해양온도차 발전에제한되어있음 - 해양온도차발전설비의설계평가를위한표준화작업이 2011년우리나라에의해 제안되어승인되었으며 2012년부터표준화논의가이루어질예정임 주요국가별표준화현황 유럽은 EMEC, NBPB, METC 등테스트사이트를구축하고각연구개발프로젝트를통해개발된설비의실증서비스를제공하며획득한데이터를기반으로표준화작업에적극참여하고있으며대부분의표준화를리드하고있음 < 그림 3-82> 유럽해양에너지테스트사이트 ( 조류및파력) 영국 - 영국은 EMEC(the European Marine Energy Centre) 에서스코틀랜드에실증센터를 구축하고기술지원, 계통연계, 실증등의서비스제공을통해획득한데이터를기 반으로기술기준을개발하여국제표준화를리드하고있음 -EMEC의테스트사이트는분리된각각의조류및파력사이트로구성되어그리드 와연결된유럽유일의테스트사이트로써성능시험및인증을수행하고있으며 각프로젝트수행시획득한데이터를기반으로기술기준을개발하여 IECTC114 에 5개의표준안을제출하였으며현재논의가진행중임 212

232 Ⅲ. 산업동향 a) 조류발전 b) 파력발전 * 자료 : 유럽해양에너지센터홈페이지( 덴마크 < 그림 3-83> 유럽해양에너지센터 (EMEC) 테스트사이트 - 덴마크는 2000년에 Nissum Bredning(NBPB, The Danish Nissum Bredning Test Station for Wave Energy) 및 Hanstholm에 Dan WEC test site 등을구축하고 Wave Dragon, Wave Star 등파력발전설비의성능테스트를수행하면서획득한데이터를 기반으로표준화에참여하고있음 노르웨이 - 노르웨이는 METC가구축되어두가지타입의파력발전성능테스트가진행중에 있으며, 비록현재는소규모이나향후확장을계획하고있음 EquiMar 프로젝트 - European Commission 의자금지원에의해 EquiMar 프로젝트(2008 년 4월 ~ 2011년 4 월) 가가동됨 -EquiMar 프로젝트는 23개단체의전문가들로구성되어해양에너지설비의사이트 선정, 장치설계, 설계확장, 설비배치, 환경평가및경제성등의검증을위한프 로토콜을개발하고각종해양에너지설비기준들을개발하였으며이는 IEC TC 114 표준화의기반이되고있음 213

233 2012 산업기술로드맵 신재생에너지( 전기) < 그림 3-84> EquiMar 프로젝트 Work Package(WP) 구조 국내표준화동향 국내에서는각기술분야의산학연전문가들로구성된해양에너지(IEC TC114) 전 문위원회가결성되었으며 ( 사) 한국선급을중심으로국제표준화에대응하고있음 2010년해양에너지계류설비표준화작업에관한 NP를제안하였으며승인되어 2011년첫작업반회의를2011 년10월제주에서개최하였음 2011년해양온도차발전설비설계평가표준화작업을위한 NP를제안하여승인되 었으며 예정임 2012년중해양온도차발전설비설계평가를위한국제표준화작업이개시될 해양에너지계류설비및해양온도차발전을위한기술기준이개발중에있으나보 다완성도높은기준을개발하고표준화를리드하기위해서는실증을통한데이터 확보가요구됨 214

234 2012 산업기술로드맵 신재생에너지 ( 전기) Ⅳ. 산업발전시나리오

235

236 Ⅵ. 산업발전시나리오 1 SWOT 분석 (1) 태양광 Strength( 강점) Weakness( 약점) 외부요인 (Biz 환경) 내부요인 ( 내부역량) 주된에너지수입국가로서태양광등대체에너지기술에대한국가의연구개발투자확대 정부의신재생에너지보급확대정책에따른태양광관련산업육성에대한정책적지원과투자확대 태양광산업의수직계열화확립을통한대외경쟁력강화및 대중소기업의 사업참여확대 세계최고수준의국내반도체 디스플레이기술및연관기반산업인프라확보 우수연구개발및산업인력보유 후발주자로서기술경쟁력및규모의경제달성미흡 협소한내수시장규모에의한국내기업의경쟁력약화및수출의존도증대 수출의존형산업구조에따른불안정한시장과과당경쟁 일부기업을제외하곤수직계열화구축미흡 세계선도성원천및핵심기술취약 부품, 소재, 장비에대한수입의존도과다및기반취약 Opportunity( 기회) SO 전략 WO 전략 환경오염과고유가시대의고착화에따른저가청정에너지시대의급속한도래 원자력의안전성이사회이슈화되면서태양광이가장유망한대안에너지로부각 각국정부의태양광보급확대정책에따른시장규모의폭발적성장 태양광발전단가의급속한저하 로인해 Grid Parity" 의조속한도래와대규모시장확대예상 저탄소녹색성장이라는사회적요구에가장걸맞은에너지원으로부각 대규모발전용을비롯하여 BIPV, 휴대용전원등태양광제품의다양성및신시장규모증대 박막및차세대태양전지분야에서주도기술이없고상대적으로작은기술격차 국내태양광산업의 Supply Chain 강화를통한견고한산업구조확립 대기업및중소 중견기업이상생공존할 수있는산업생태계형성 친환경, 고유가시대를대처할가장유망한산업으로확대될전망인바, 반도체기반의박막태양전지와중화학기반의태양전지소재분야에대한국가차원의집중적육성및신성장동력화 차세대태양전지기술에대한선제적 R&D투자와산업화추진 모바일, 융합이라는사회적트렌드에적합한산업화전략수립및추진 정부지원및기업참여유도, 대국민홍보확대를통한내수시장강화와수출주도형산업으로육성 주문형반도체처럼소량다품 종, 고부가가치, 융합기술기반의 BIPV, BAPV 기술등의중점적개발 신흥시장등지역별차별화전략강화로수출시장지배력확대 소재, 부품, 전지( 모듈), 장비분야의대중소중견기업 육성을통한산업기반구축 단위공정장비수준에머무르고있는국내태양광장비산업의제조능력을태양전지업체와의공동 개발을통해 Turn-key" 일괄라인제조수준까지제고하고검사/ 평가장비등전략적으로특화가가능한분야의집중육성 217

237 2012 산업기술로드맵 신재생에너지( 전기) Threat( 위협) ST 전략 WT 전략 다수의중국태양전지생산업체의규모우위를바탕으로한시장선점전략에따른가격경쟁력확보난항 일본, 독일, 미국등의선진기업 대비글로벌기술경쟁력취약 경제성악화로인한국내기업들의도산등산업생태계악화 국내의태양광산업육성정책을크게능가하는중국등타정부의태양광지원정책 산업생태계의선순환구조구축을촉진할정부의의지및정책시행 핵심기술을기반으로 GW급생산용량의조기달성을통한가격경쟁력확보 독자적인핵심원천기술및소 재부품장비 기술개발을통한선진국과의기술격차해소 발전사등관련에너지기업의규모확대와신재생에너지분야투자확대유도 국내시장을획기적으로확대할수있는정책및전략의지속적발굴과도입, 그리고일관성있는추진 생산규모나기술면에서기존태양전지산업주도국의기업을능가할수있는투자확대및기술개발에주력 신재생에너지분야에대한지원정책제고및보급확대추진 기술개발과산업화를크게앞당길수있는산학연의체계적역할분담과공동협력을위한정책의발굴및시행 기업의글로벌네트워크구축및전략적동반성제고 218

238 Ⅵ. 산업발전시나리오 (2) 풍력 외부요인 (Biz 환경) 내부요인 ( 내부역량) Strength( 강점) Weakness( 약점) 중공업, 플랜트및조선등경쟁력있는관련산업생태계보유 해상풍력연관산업의글로벌사업수행경험 다수의풍력발전기업체보유 시스템가격/ 품질경쟁력부족 풍력사업의 Supply Chain 취약및산업구조의불균형 해상풍력단지프로젝트수행경험부족 내수시장의한계 Opportunity( 기회) SO 전략 WO 전략 정부( 중앙정부및지자체) 의해상풍력발전에대한사업의지 공금과잉으로인한선도기업의구조조정에따른핵심역량유출 풍력생태계구축을위한정부의전략적인지원의지 거시경제의위축/ 유럽재정위 기확산에따른선도시장진입장벽이낮아짐 초전도풍력발전등신기술분야의기술/ 시장성숙도낮음 신속한해상풍력경험축적 해외역량 Sourcing & 전략적활용 - 전략적인협력을통한외국의시장에서의학습결과를국내에이전시킴 필요한경우컨설팅, 용역등을정부지원금의지출허용 해외시장창출형비즈니스모델및수행체계구축 신속한해상풍력경험축적 Supply Chain 강화를위한통합적접근 - 포트폴리오를지지구조물, 계통연계, 설치시공, Predictive Maintenance 등 COE를저감하는방향으로늘려나감 해외시장창출형비즈니스모델및수행체계구축 초전도풍력발전분야기술의 선점 국내시장의 R&D 거점화 Threat( 위협) ST 전략 중국업체의기술/ 시장지배력강화 공급능력과잉에따른경쟁심화 육상풍력시장의정체에따른신규자진입장벽높음 선도기업의인수합병등시장지배력강화에따른기술종속증대 선도기업( 국가) 의부유식풍력발전분야기술/ 시장선점노력 해외에서수행중인 Project M&A, 지분참여를통한해외시장진입교두보확보 WT 전략 Supply Chain 강화를통한지속가능역량제고 - 시장지배력을가지는 SI업체의육성을지원하고, 최악의경우부품자체의경쟁력이라도확보될수있도록지원 해상풍력의 Time to Market 집중 부유식풍력발전기분야기술의 Catch Up(MW 급의실증) 219

239 2012 산업기술로드맵 신재생에너지( 전기) (3) 수소 Strength( 강점) Weakness( 약점) 외부요인 (Biz 환경) 내부요인 ( 내부역량) 고압저장에의한상용화가능성증대 제조, 저장및응용분야기반기술확보 촉매및소재관련분야기술경쟁력확보 정부의지속적인연구개발지원정책추진 상대적으로앞선응용기술개발수준 새로운고용량상온흡착물질제시 자동차대량생산에기반을둔우수한제조업기반기술 그린카분야선진기술동등수준 전국에걸친부생수소확보가능 원천기술확보및국산화미비 소재및부품제조독자기술부족 연구개발전문인력부족 산업화를위한기반인프라취약 신기술에대한부품업체들의중장기투자어려움 수소인프라에대한표준화및부품시험규격미흡 고가의수소제조비용 수소생산기술개발의높은난이도 재생에너지를이용한수소생산기술등에대한연구개발관심미흡 수소제조, 저장및이용에대한연계기술전략부재 Opportunity( 기회) SO 전략 WO 전략 전세계적으로초기연구개발단계 화석연료고갈과고유가시대지속 지구온난화에따른환경규제 강화( 연비, 온실가스규제등) IEA, IPHE 등국제기구를통한연구개발협력증가 선진국의수소인프라구축계획발표에따른수출시장활로 국내와동등수준으로예상되는해외업체의수소연료전지차양산가격 틈새시장의확대가능성 저장기술의넓은응용분야 선보급에따른가격경쟁력확보를통한해외시장진출 부생수소인프라활용성극대화를위한지역선택과집중 수소인프라경쟁력제고에집중 연료전지무인비행기등의틈새시장진출을위한수소저장기술실용화추진 수소연료전지차량중심의초기시장진입후부품소재산업시장진출 부품소재산업중심의신기술육성및양산화전단계까지의지원강화 수소인프라는초기에부생수소를활용하고단계적으로개 질시스템, 재생에너지에의한수소스테이션구축 Threat( 위협) ST 전략 WT 전략 국가간독자기술개발경쟁심화 연구개발및인프라구축에막대한투자비용소요 고압저장에의한위험성존재 신재생에너지보급속도지연 수소에너지에대한일반인의 부정적인식( 님비등) 초기시장진입실패시가격경쟁력격차발생 부생수소활용인프라기술의국산화 실증사업을통한국제표준화강화 수소타운및수소연료전지차실증지원 재생에너지에의한통합수소인프라구축 장기적인선진기술협력지원 산학연관역할분담및제휴를통해신기술및원천기술획득 과기술개발시스템개선/ 구축 산학연관의컨트롤타워설치 국제표준화참여강화( 국내기술보호, 선진기술습득) 수소연료전지버스보급을통한지역시민인식제고 220

240 Ⅵ. 산업발전시나리오 (4) 연료전지 Strength( 강점) Weakness( 약점) 외부요인 (Biz 환경) 내부요인 ( 내부역량) 천연가스, 석탄가스, ADG 등다양한연료에대한적용가능 우수한도시가스 ( 천연가스 ) 인프라및도시가스사의보급의지 높은안전성및저소음에따른도심진입가능 산학연고급인력인프라구축 전국에걸친지역별부생수소확보가능 국내대기업들의시장및연구개발에대한초기진입상태 원천기술및소재원료의높은해외의존성 선진국대비상용화기술열위 선진국대비높은연료비 연료전지 Supply Chain 구축미흡 표준화, 규격등연료전지를위한국가차원의가이드라인미흡 산업화인프라부족 Opportunity( 기회) SO 전략 WO 전략 정부의 저탄소녹색성장 전략선언및지원사업전개 선진국의 CO 2 배출규제제도에대한발빠른대응 유관산업의동반발전및고용창출 시장선점, 확대에따른정제된국가정책으로세계적정책표준선도 초기수출시장인선진국의수소인프라구축계획발표 부품, 기계, 조선, 전자, 화학등기존응용산업의높은적용성 정부및기업의적극적투자를통한독보적상용기술확보및시장선점 공공기관및산업기관에대한연료전지유치장려및단계적의무화 UN, WEO 등국제기구에환경문제에대한적극적정책제안 에너지분야에대한정책적고용확대및미래사회대비교육강화 국내부생수소생산거점중심의선보급에따른가격경쟁력우위를이용한해외시장조기진출 소재및부품산업인프라구축을위한우수중소기업발굴및지원 상용화를대비한제품화기술개발참여적극유도및국내 Supply Chain 구축지원 대기업의적극적인기술개발을통한선진국과의격차해소 국가간전략적경제협력강화를통한소재원료의안정적수급 연료전지기술력확보및시장개척 Threat( 위협) ST 전략 WT 전략 선진국의기술패권주의및향후치열한경쟁예상 기술경쟁력부족에따른기술표준의주도권상실우려 중국등신흥경제국의기술개발및보급지원강화 정부의지속적인정책적지원한계 LNG 비용향상에따른사업자의수익성악화 소재및부품분야의원천핵심기술확보를위한연구개발투자유도 상용지표산출에근거한집중적투자및신속한기술개발 사업초기실증사업중심의지원확대와경제성검토 산업화와국내 Supply Chain 구축을병행추진함으로써산업자생력확보 상용제품기술에대한기술제휴및기술이전장려 연료전지용연료(LNG 등) 가격책정을통한수익성악화완화 선진기술그룹과의기술교류확대 국제표준화및규격화에대한주도적인참여노력으로향후해외시장진출대비및중복투자억제 소재산업의기술독립을위한해외자원확보노력 221

241 2012 산업기술로드맵 신재생에너지( 전기) (5) IGCC Strength( 강점) Weakness( 약점) 외부요인 (Biz 환경) 내부요인 ( 내부역량) 국책과제를통해태안 IGCC 실증사업진행중 합성가스의다양한활용( 전기, 수소, 액화유, 화학원료등) 가능 국내중공업사제작기술과엔지니어링기반확보 국내엔지니어링사의플랜트설계능력및경험확보 기존석탄발전소대비높은건설비용(1.5 배이상) 국내 IGCC 분야플랜트엔지니어링기술인력과경험부족 국내 IGCC 발전상용설비건설경험부족 공정이용률 85% 수준 미국, 일본, 중국대비국내 IGCC기술투자비용열세 국내신석탄발전기술에대한세제지원책부족 Opportunity( 기회) SO 전략 WO 전략 풍부한석탄을활용한청정에너지자원화가능 중국의대량가스화플랜트건설에따른건설비저감가능성 우수한 CO2 저감능력으로 CO 2 규제강화, 탄소세강제화시시장규모급격확대예상 1기당 0.8~2조원의대형플랜트산업으로고부가가치플랜트수출산업 전력수급계획에따른국내시장성장예상(2020 년 3~7 조원) 시장조기진입을위해 R&D와중간진입전략을병행한상용기술의조기획득 우리나라의강점인플랜트기술을활용한적극적인수출산업화추진 국내중공업사의강점인모듈 화설계/ 제작능력과 IT 기술을접목한설비와공정기술개발 IGCC 상용화 R&D 전략추진을통한핵심요소기술과상용설비기술의동시확보 국내실증사업을통한 IGCC 분야경험축적, 핵심기자재국산화, 건설비절감, 경제성확보 국내 300MW 실증사업, IGCC 2, 3호기사업및 SNG 사업을통한연속조업기술확보및이에따른공정이용율향상 국내사업을통해확보된기술 / 인력기반과경제성을바탕으 로향후중국및국제 IGCC 플랜트시장에적극참여 Threat( 위협) ST 전략 WT 전략 석탄에대한부정적인인식 해외선진사( 미국, 네덜란드, 독일등) 의독과점체제시장 중국의석탄가스화독자기술상용화단계진입 사업을중단기업들 (Lurgi, Uhde 등) 의시장재진입에따른경쟁가열 초초임계압발전 (USC) 기술과의경쟁심화 300MW 급실증플랜트건설을통한사업수행실적확보로본격적시장개방에대비 선진기술사독과점체제시장에진입시대규모해외사업참여가능 시장재진입기술사와협력체제구축가능 CCS 연계로저탄소발전기술로서의우위확보 시장의위협과약점을최소화할수있는혁신기술개발추진 중국의개발사례와기술을응용한경쟁력있는한국형가스화설비개발 시장재진입해외기술사를활용한국내필요기술확보 222

242 Ⅵ. 산업발전시나리오 (6) 소수력 Strength( 강점) Weakness( 약점) 외부요인 (Biz 환경) 내부요인 ( 내부역량) ( 비교적풍부한부존잠재량, 발전운영기술및경험확보 ) 부존잠재량활용으로신속한사업추진가능 전체신재생에너지발전량대비높은점유율 (31.4%) ( 내수시장의침체와관련산업인프라취약 ) 수력개발에따른입지선정문제로개발지점이제약되어시장창출에애로 협소한시장에따른기술개발인프라부족 화력발전소냉각수로, 농업용보, 정수장, 하수처리장및양식장의방류수이용등관련실용화기술확보 수차등핵심기술의설계, 제작 정보통신(IT), 자동화기기, 부품기술등수력산업기반의취약관련기술의급속한발달과국 발전사업수익모델의부재로가차원인프라확보인한경제성부족 무인자동화시스템개발및발전운영경험보유 Opportunity( 기회) SO 전략 WO 전략 ( 환경규제강화, 자원공급의불안 국내의미활용수자원 ( 발전소방 정성, 에너지자립요구) 류수, 농업용보등을 ) 활용한소 조선, 해양, 풍력등국내보유 정책변화( 기후변화협약 ), 고유 수력발전시장의확대 기계분야강점, 원천기술을활 가, 에너지자립등에따른친환경에너지개발기회확대 수입에의존하는국내에너지의현실에비해세계평균대비국내수력개발부진 RPS, CDM 등정부지원제도활성화를통한소수력발전사업투자유인 북한, 동남아시아, 남미등신흥시장에대한선점 용할수있는체제구축 환경파괴를최소화할수있는미활용수자원을활용한소규모수력발전사업의활성화를위한정부지원제도정비 북한과동남아시아시장의확 발전기, 전력변환장치, 제어및 성능평가, 표준화등관련산업 대가능성점증 CDM 사업, RPS 등의수익창출을위한수력개발필요성증대 자동화기기등우리의강점기술을활용한가격및기술경쟁력확보 인프라의확충 해외선진국과의기술협력강화 Threat( 위협) ST 전략 WT 전략 ( 해외선진국의기술이전회피, 후발국들의기술개발박차 ) 국가간에너지기술경쟁심화 해외원천기술에대한높은의존도및높은장벽 기술의급변화에따른표준화, 개방화미흡 법적, 제도적사업추진여건미성숙 ( 인 허가추진등 ) 타신재생에너지원대비정부지원미흡 수력개발에대한환경단체와지역민의인식부족 핵심기술을보유한국내의전문중소업체의육성강화및지원 지자체를중심으로한보급사업의확대 수자원의중요성과활용성홍보를통한인식의전환및비즈니스기회의창출 국내보유강점기술을적용한소수력발전시스템의개발과보급확대 표준화, 성능평가등분야에서국제표준확보및글로벌협력체계구축 해외시장의원활한진출을위한마케팅지원, 정보의제공 내수시장의활성화를통한국내기업의실적강화 설계, 제작, 시험등부분별전문인력양성및공급체계강화 223

243 2012 산업기술로드맵 신재생에너지( 전기) (7) 해양 Strength( 강점) Weakness( 약점) 외부요인 (Biz 환경) 내부요인 ( 내부역량) 풍부한조력, 파력, 해양온도차 에너지원보유 대체에너지자원에 대한 정부 정책변화 국가주도의연구지원사업수행 해양구조물및해양토목산업체 의생산시공기술 선진화진행 고급 IT 인력및발전기, 전력변환장치관련연구인력풍부 기술개발, 적용사례, 관련경험 부족 고효율 에너지( 전력) 변환 기 술수준낙후 최적지선정및환경영향평가. 저감기술수준낙후 유동적인 B/C 비율, 고비용초기투자, 단기간회수불가 첨단분야에비해상대적으로열악한국가지원 Opportunity( 기회) SO 전략 WO 전략 화석에너지고갈에따른해양에너지의경제성증가와관련시장확대 관련설계/ 시공사례가많지않아단기간에선도국가로의진입가능 대체에너지개발에대한요구급증 후쿠시마원전사고에따른원전축소움직임대두 조력, 파력, 해양온도차에너지원등풍부한미활용자원을활용한해양에너지시장확대 RPS, CDM 등의활성화를통한해양에너지발전사업투자유인 중국, 아시아, 남미등신흥시장등에대한시장확대및선점 발전기, 전력변환장치, 수차등강점기술을활용한가격및기술경쟁력확보 조선, 건설, 해양, 풍력등국내기업의보유한강점, 원천기술을활용할수있는체제구축 미활용연안역활용과정부지원제도정비를통한해양에너지발전사업의활성화 성능평가, 표준화등인프라확충을통환주도권확보 해외선진국과의기술협력강화 고위험 R&D 비용을해양에너지기술개발로투자유도 Threat( 위협) ST 전략 WT 전략 자체기술개발필요성에대한낮은인식 건설경기침체에따른낮은투자여력 국내상황에불리한규제나표준에따른추가비용발생가능 시공기술개발과활용에많은재원소요 기후변화협약대응시간부족 상용운전발전소모델미흡 핵심기술을보유한국내의전문중소업체의육성강화및지원 지자체를중심으로한보급사업확대 해양에너지의중요성과활용성홍보를통한인식의전환및비즈니스기회창출 국내보유강점기술을적용한해양에너지발전시스템의개발과보급확대 표준화, 성능평가등분야에서국제표준확보및글로벌협력체계구축 해외시장의원활한진출을위한마케팅지원, 정보제공 내수시장의활성화를통한국내기업의실적강화 설계, 제작, 시험등부분별전문인력양성및공급체계강화 해양에너지상용화를위한 R&D 확대 224

244 Ⅵ. 산업발전시나리오 2 산업비전및목표 225

245 2012 산업기술로드맵 신재생에너지( 전기) 3 사회의미래상 (1) 태양광 1989년베를린장벽의붕괴때서독으로넘어온아마데우스씨는3년전인86 년, 체르 노빌로부터날아온방사능낙진때문에많은동독사람들이두려워하던기억을지금도 있지못하고있음. 그동안늘찜찜하게따라다니던체르노빌의돌연변이망상때문에 결혼도포기하고살아온시간이엊그제같은데벌써올해가 2022년으로 30년이넘는 시간이후딱지나버린것임 2011년 3월 11일일본후쿠시마에서원자력발전소가터졌을때세계는다시한번 핵의파괴력을직접경험할수있었고, 이때반핵운동에앞장섰고, 세계에서가장먼저 태양광산업을일으키고큰시장을만들어온독일국민의한사람인아마데우스씨는 독일정부의 Energiewende 정책최종해인 2022년올해드디어독일내원전이모두 멈춰섰고해만나면반짝반짝빛나는 클린제국 이된독일을직접목격하고있음 햇볕을받은아마데우스씨의집지붕은짙은청색으로, 유리창은반투명의붉은색 을은은하게연출하고있고, 벽과차의선루프는감청색의수려한빛깔로에너지를모 으고있음. 농촌이지만이젠흰연기와그을음이나지않고온수도전기도펑펑나오니 이렇게신날수가없고, 멀리평야저편의산허리로는아스라이펼쳐진태양광발전소가 연신전기를뿜어내고있음. 송전선을타고지역공단으로보내지는전기는그많던통 독비용을지불한일등공신이되었음 아! 지구촌가족이라더니, 이젠프랑스파리의노틀담성당까지태양광자동차를타 고가서다시프랑스반핵운동피켓을들어야될지도모르겠음. 아마데우스씨는10여 년전핵폐기데모때손을잡아주던메르켈여장부가불현듯보고싶어짐 지구온난화억제와안정적인에너지확보의필요성그리고경제성장과일자리창출 의새로운동력으로서세계각국은태양광산업을정책적으로육성하였고, 대한민국역 시태양광산업을국가의신성장동력산업으로추진한결과, 태양광산업은세계경제를 이끄는핵심성장동력원으로확실히자리매김함 씨 2011년당시와같은추세로에너지의사용이계속되면 2100년까지지구의온도가섭 4~6도정도상승하여인류와생태계에속한모든종이생존을위협받게될것이라는 226

246 Ⅵ. 산업발전시나리오 경고는이제관리가가능한우려로바뀌고있음. 태양광을비롯한신재생에너지의보급 확대로지구대기중의이산화탄소농도는 450 ppm 이하로유지될것으로전망되고있 으며, 온도상승도섭씨 2도이하로억제될것으로전망되고있음 기후대처차원뿐만아니라에너지의안정적인확보와건강그리고경제성장의측면 에서기존에너지부문의전략적변환과녹색성장을꾸준히추진해온대한민국에서는 신 재생에너지가전체에너지에서차지하는비중이2007 년2.4% 에서 2030 년에는11% 이상으로확대될것으로전망되며, 태양전지는발전용량측면에서약44배이상의성장 이예상되고있음. 또한한국의태양광산업은이미국내에서가치사슬의수직계열화가 이루어졌고국가의주요수출산업으로확고히자리매김을한상태임 2022년오늘태어난대한민국의아이가독일의아마데우스씨의삶을살수있는날도 얼마남지않았음 < 그림 4-1> 태양광에너지에의한사회의미래상 227

247 2012 산업기술로드맵 신재생에너지( 전기) (2) 풍력 2023 년우리나라는철강, 조선및자동차산업의생산량증가와기후변화로인한냉난 방용전력수요의꾸준한증가에도불구하고온실가스배출량은매년줄어드는추세에 있는데, 이는정부의적극적인신재생에너지보급사업추진과금융및세제등의정책 적지원노력의결과임 온실가스배출권거래제가본격시행된 2015년부터추진된제로에너지타운구축사업 을통해풍력과태양광발전만으로에너지자급율 70% 이상을달성한중소신도시가전 국적으로 5 개소에이르며, 특히제주도의경우는도전체에서사용되는에너지의 50% 가신재생에너지로대체됨으로써이로인한온실가스는약 일자리는약 2만개가창출되었음 1,400만톤이감축되었으며 유럽풍력발전협회(EWEA) 의보고서에의하면 2020년유럽에설치된풍력발전기 의총용량은 100GW로전체유럽국가전력수요의 10% 에해당하며, 풍력발전기설 치용량의증가율은년 40% 로타에너지원보다성장률이높은것으로보고되고있 음. 서남해 2.5GW 해상풍력프로젝트의성공적수행으로인해우리나라는세계 5 대풍력에너지수급국가가되었으며, 현재활발하게진행중인전라남도 5GW 프 로젝트를통해군산항과목포신항이세계적경쟁력을갖춘풍력전용항구로성장 해나가고있음 이렇듯풍력발전은전세계 CO 2 배출량감소에따른지구온난화예방및각국산 업의신성장동력으로써미래경제성장에도크게이바지하고있음 < 그림 4-2> 풍력에너지에의한사회의미래상 228

248 Ⅵ. 산업발전시나리오 (3) 수소 2020 년태양열및태양광발전과육상및해상풍력발전등신재생에너지로부터생산 된잉여전기를사용해고온수증기전해로수소를생산하고바이오매스로부터고순도수 소를생산하는기술이실용화될것이며이렇게생산된수소를기존가스공급망을통해 공급하며각종산업용및가정용수소연료전지의연료로공급될것임 아울러기존압축냉각방식보다효율이 2배이상높은자기냉각방식으로수소를액화 시키는기술이상용화되고, 고용량, 고밀도수소저장탱크가탑재된수소연료전지자동 차가일반소비자를대상으로상용화될것임 또한고체수소저장기술이적용된연료전지를보조동력으로채택한선박과대형트럭 이상용시장에진입할것임. 한편고용량수소저장기술이적용된연료전지무인기가보 급되어군에서는정찰용으로, 민수용으로는산불감시및교통정보수집에활용될것임 < 그림 4-3> 수소에너지에의한사회의미래상 229

249 2012 산업기술로드맵 신재생에너지( 전기) (4) 연료전지 퇴직후전원주택에살고있는김씨는가정용보일러대신건물용연료전지를설치함 으로써자체생산되는전기와온수를이용하여주택의자가발전과냉난방문제를해결 할수있게되었음. 퇴직전서울시내아파트에거주할때는중앙집중식연료전지발전 으로전기와냉난방을공급받았던터라, 전원주택을지으면서고민없이연료전지시스 템을설치하기로했음 교통이불편한전원주택이라가끔서울까지자가용으로장거리주행을해야하지만, 연료전지자동차를이용하기때문에가솔린가격이 L 당만원을돌파했음에도연료비 걱정은없음. 곧결혼 30 주년을맞아아내와크루즈여행을떠날계획인데, 요즘이런 대형배들도디젤엔진대신연료전지로구동한다고함 오늘은병원정기검진일이라오랜만에서울에감. 서울에살고있는손주들과스마트 폰으로매일화상통화를함. 예전같으면배터리사용시간때문에화상통화를길게못 했을텐데, 연료전지스마트폰을구입한후로는마음껏화상통화를할수있어좋음. 그 것도네명이나되는손자손녀들과돌아가면서. 그래도가는길에잠깐씩들러보고내 려와야겠음 < 그림 4-4> 연료전지에의한사회의미래상 230

250 Ⅵ. 산업발전시나리오 (5) IGCC 2022 년여름많은양의북극빙하가녹으면서전세계적으로홍수와자연재해가더욱 빈번하게발생하게되었음. 이에각국정상들은서울에서기후변화대책회의를갖고, 기후변화의주요원인인 CO 2 배출을더욱줄이자는데합의하였음. 석탄을많이사용하 는대부분의발전회사에서는석탄화력발전소에서발생하는 CO 2 처리문제로전전긍긍 하고있으나, A발전사만은그동안이문제에꾸준히대비해왔기때문에느긋한표정 임. 이회사는석탄에서합성가스를만들어발전하는 IGCC 기술을이미 10년전부터 운영해오고있기때문임. 이기술을사용하면다른화력발전소와똑같은석탄을사용하 더라도더많은전기를생산할수있고, 손쉽게 CO 2 를제거할수도있음 A발전사에서는전기를적게사용하게되는때에는 IGCC 발전소에서생산된합성가 스를천연가스로전환하여도시가스회사에판매하기도함. 이발전소에서는향후값이 싼석탄가스를사용하여디젤이나휘발유를만드는생산공장을건설하고판매할계획 으로있음 < 그림 4-5> IGCC에의한사회의미래상 231

251 2012 산업기술로드맵 신재생에너지( 전기) (6) 소수력 어부 A씨는바닷물을끌어들여물고기를양식하고있는데사용하고난후다시바다 로흘려보내는순환수로에소형수차발전기를설치하여전력을생산함으로서바닷물을 끌어오는데드는전력사용량의 30% 이상을절감할수있어다른어부들보다운영비를 절감할수있어매우만족하고있음 농부 B씨는농사용수로에마이크로급수차발전기를설치하여생산된전력을자가소 비전력으로사용하고남는전력을계통에연결하여판매함으로서농가소득에추가적 인도움을받게되어매우만족하고있음 전원생활을꿈꾸어온 C씨는작은계곡에마이크로또는피코급수차발전기를곳곳 에설치하여얻은깨끗한전기에너지를본인뿐만아니라마을주민에게도공급할수있 어좋은평가를얻고있음 도심지에살고있는주민대표 D씨는아파트주변지역에흐르는하천에작은보에고 무보를설치하여확보된물을놀이시설로서이용하는동시에피코급수차발전기로에 너지를생산할수있어주민복지와에너지저감에기여할수있어좋은평가를얻고 있음 이처럼 2020년경우리주변에서는소규모의마이크로및피코급소수력발전소를흔 하게볼수있을것임. 공원처럼꾸며진하수처리장의방류구, 물고기를양식하는양식 장의순환수로, 논길사이의농수로, 강변산책로에서보이는보, 정수장, 작은계곡, 일 반하천및소하천, 심지어는온천의폐수방류구에서도작은규모의소수력발전기가 소리없이청정에너지를생산하고있는것을볼수있음 인류의생존에있어가장소중한물은이제사용하기위해서저장하거나정수하는 곳에서부터사용하고난폐수에이르기까지, 또발전소나공장의냉각수나폐수, 일반 가정에서나오는생활하수, 온천의버리는물에이르기까지모두가전기에너지로변환 되며우리가살고있는주변에서아무른공해나소음을일으키지않으면서도안정적인 전기를공급하는수단이됨 232

252 Ⅵ. 산업발전시나리오 < 그림 4-6> 소수력에너지에의한사회의미래상 233

253 2012 산업기술로드맵 신재생에너지( 전기) (7) 해양 충분한양으로그것도적정한가격으로에너지서비스를공급한다는것은안정적경 제발전과쾌적한삶을영위하기위한필요조건임. 현대에너지서비스는주로액체와가 스형태의연료와전기로제공되는데기업활동과일자리창출에필요불가결하고, 간편 하고적정한에너지또한건강과교육의증진에필요하고취사와조명, 냉난방, 수송등 인간이가지는기본욕구의충족에필요한노동을줄이는기본요소임. 이와같은기본적 인에너지수요를비용효과적으로충족시키는데는각국의처한경제적, 사회적, 자원 부존조건에알맞은에너지포트폴리오접근이필요함 인류의번영과안전은모두가여러가지형태의에너지공급과사용을통해이루어져 왔음. 이러한에너지의대부분이석유와석탄, 천연가스와같은화석에너지로부터공급 되고있음. 화석에너지는인류가언제까지나쓸수있도록무한정존재하지는않고부 존량이한정되어있음. 가채매장량을연간생산량으로나눈가채년수(Reserve/Production Ratio: RP Ratio) 로따지면석유가 42 년, 천역가스가 60 년, 석탄이 133 년에이름. 석탄을 제외하면 234 2세대를버티지못하는양임 오늘날과같이인류의문명이주종에너지원인화석에너지에지속적으로의존하게 되면이는인류의복지에중대한위기를초래함. 이는화석연료의생산과소비는본질 적으로대기오염과수질오염을초래하게되고, 또한방대한경제적투자를필요로하 기때문임. 또한화석연료와핵연료에대한안정적장기공급을확보하기위한국가간의 노력은자주국제적긴장과분쟁을야기하기도함. 이와함께온실가스의대기방출은 인류에게돌이킬수없는재앙을초래할것이라는과학자들의경고가설득력을높이고 있음. 이제국제사회가이에적절히대응하지않는다면, 우리인류는환경재해, 에너지안 보, 경제개발의 3 대위기에직면하게될것이며, 따라서지금당장대응할필요가있음 해양에너지의대부분은태양에서방사되는태양에너지에기인. 태양방사에너지 가대기권측에도달하면약 30% 는대기중에서의산란이나구름에의한반사또는 해면이나지표면에서의반사에의하여우주공간으로되돌아가고나머지 70% 는대 기권내에서흡수되어여러가지형태의에너지로변환됨. 최종에너지형태로는크 게바람, 파랑, 해류, 항류같은유체흐름형태의운동에너지와대기나육지혹은 해양의표면수에저장된열에너지로구분됨. 전자는전체의약 23% 를차지하고해 류, 파력, 해상풍력발전으로이용되며, 후자는 47% 를차지하지만온도가낮아효 율적인이용은곤란함. 그러나이는축적된에너지이기때문에자연에너지중에서 비교적안정된에너지라는이점이있어해양온도차발전등을통해에너지추출이

254 Ⅵ. 산업발전시나리오 가능함. 이와함께달과태양의작용에의해발생하는조석에너지도주요해양에너 지의하나임. 조석에너지를이용하여대규모의조력발전이가능하며지형적인특 성에따라강한조류가발생하는곳에서는조류발전도가능함 해양에너지자원은고갈될염려가전혀없고, 일단개발이되면태양계가존속하 는한이용이가능하고오염문제가없는무공해청정에너지임. 그러나해양에너지 로부터전력을추출할경우출력변동과육상으로의송전문제가존재함. 따라서해 양에너지를실용화함에있어서경제면에서개발비용의저렴화와이용면에서안정 성과신뢰성의확보가우리가앞으로계속풀어나가야할숙제임 해양에너지와같은청정에너지산업의활성화를통하여에너지원을다양화하고, 에 너지의안정적인공급, 에너지구조의환경친화적전환및온실가스배출의감소를추 진함으로써환경의보전, 국가경제의건전하고지속적인발전및국민복지의증진에이 바지할수있음. 또한해양에너지실용화기술의확보는화석연료이용시대에서청정 비고갈연료이용시대로진입하기위한한계를극복하고, 자연자원의수급안정및효 율적인국토활용에크게기여할수있는미래과학기술임 < 그림 4-7> 해양에너지에의한사회의미래상 235

255

256 2012 산업기술로드맵 신재생에너지 ( 전기) Ⅴ. 유망기술

257

258 Ⅴ. 유망기술 1 개요 신재생에너지는 기존의화석연료를변환시켜새로운에너지원으로이용하거나, 햇 빛 물 지열( 地熱 ) 강수( 降水 ) 생물유기체등을포함하는재생가능한에너지를의 미함 신재생에너지원의 가장큰특징은무한한자연에너지를이용함으로써끊임없이재 생이되고, 무엇보다도기존에우리가사용해온석탄, 석유, 천연가스등의화석에너지 와는달리온실효과의주원인이되고있는이산화탄소의발생과같은공해가거의없는 청정한에너지라는것임 우리나라는 70년대에 2차례의석유파동을계기로에너지효율향상기술개발과함께 태양에너지와같은신재생에너지 기술의개발에관심을기울이기시작하였고, 특히 90년대들어환경공해와기후변화협약의환경문제가사회적관심으로대두되면서 1997 년 대체에너지기술개발촉진법 을제정, 기술개발에박차를가하게되었음. 21세기에 접어든현재, 신재생에너지기술에 대한연구개발은신성장동력확보및시장주도형 산업으로의전환을위해한층강화될것으로전망되고있음 우리나라는신 재생에너지원의중요성을인식하기시작한 70년대부터지금까지의 신 재생에너지기술연구개발의결과로태양광, 풍력, 연료전지, 수소, 태양열, 지열, 태 양열, 바이오에너지등의분야에서상당한기술이축적되었고, 최근약10년간우리나 라의총에너지소비는해마다약 3~10% 정도씩늘어났으나, 신재생에너지의공급은 약10~ 25% 정도씩늘었기때문에, 2010년에는신재생에너지의 공급비중이약2.61% 수준( 폐기물에너지및수력발전포함) 에달하고있음. 그러나신재생에너지 비중이 3~10% 에이르는선진여러나라에비하면아직도우리의현실은걸음마단계이기때 문에우리나라정부는 2030 년까지신 재생에너지공급비중을 11% 까지확대하려는 계획을수립하고, 신재생에너지 관련산업의획기적발전방안을모색하고있음 이와같이신재생에너지를 개발하게되는이유는첫째, 지속적인고유가상황, 둘 째, 차츰심화되는온실가스규제에대응하는신재생에너지의보급과셋째, 지속적인 경제성장을담보할수있는에너지산업등의성장동력확보임 신재생에너지 보급확대를위한정책수단으로서는첫째, 태양광, 풍력, 연료전지, 바이오/ 폐기물분야의집중적기반기술개발과지열, 태양열, 바이오에너지분야에서의 239

259 2012 산업기술로드맵 신재생에너지( 전기) 실용화보급연구의획기적강화를추진하고둘째, 신재생에너지 기기의규격화와표 준화를통한보급촉진과품질보증을위하여성능평가및실증시험을능력을배가하며 셋째, 세제, 보조금지급, 사용의무화, 금융지원등신재생에너지 제품의보급촉진 을위하여직접적인시장보조및경제성보완조치들이실시되고있음 한편세계각국은우리나라와유사한이유로각국의특성에맞는신재생에너지의 개발에박차를가하고있음. 미국은태양광, 수소연료전지와 바이오연료의개발보 급에중점을두고있으며, 일본은태양광, 독일은태양광및풍력, 바이오디젤등에중 점을두고각종신재생에너지의 경제성개선을통한산업화와보급증진에박차를가 하고있음 신재생에너지 기술의산업환경은상기한각국의노력이최근에이르러태양광, 풍 력, 태양열, 지열, 각종바이오연료등에서산업화성공을이루며이에따라보급이급 속히늘어나고있고본격적인성장기에접어들고있음. 이러한환경변화를감안하면 신재생에너지 산업은각국의기술적비교우위를토대로특정분야의산업화, 시장화 가가속화되고세계시장에서의경쟁이한층격화될것으로예상되고있음 본신재생에너지( 전기) 분야는상기한신재생에너지 기술과관련된환경변화를감 안하여향후 2021년까지의신에너지및재생에너지의양대분야의기술로드맵을작성 하였음. 신에너지기술에는수소, 연료전지와석탄가스화및액화기술분야가포함되었 으며, 재생에너지에는태양광, 풍력, 소수력, 해양에너지기술이포함되었음 신재생에너지 분야의발전목표는크게 3 가지로볼수있는데, 첫째신재생에너지 기술자립및선진국수준의기술달성둘째, 세계시장을겨냥한신재생에너지수출산업의 육성, 마지막으로국내신재생에너지 보급인프라의구축과보급률의획기적제고임 240

260 Ⅴ. 유망기술 2 태양광 (1) 개요 청정하고안전하며무한한일차에너지원인태양에너지를직접전기에너지로변환시 켜주는태양광발전은과거 60년의기술개발역사를기반으로 10년전부터급속히산업 화로들어서고있음 태양광기술은 1 세대( 결정질실리콘), 2 세대( 실리콘박막, CIGS 및CdTe 박막), 3세대 ( 염료감응, 유기박막) 및차세대( 양자점, 플라즈몬등) 등상용화순서로분류하거나( 그 림 5-1),Si 계, 화합물반도체계, 유기계등사용되는소재의종류로분류하며, 현재다양 한형태의기술이개발되고있음( 표 5-1) * 자료 : EPIA, 2011 < 그림 5-1> 태양전지의세대및소재별분류 241

261 2012 산업기술로드맵 신재생에너지( 전기) 태양광모듈과주변장치(BOS, Balance of System) 가결합한태양광발전시스템은가정 용(3 kw 급), 공공건물용( 학교, 관공서등), 일반건물용( 다세대, 아파트등) 및전력계통 에연계하여전기를판매하는중대형발전소(250 kw 급, 500 kw 급, 1 MW 급이상) 용으 로제작되어활용되며, 이러한태양광발전시스템에사용되는주변장치로는핵심부품 인 PCS(Power Conditioning System) 와인버터등이있고, 운영시스템으로서정기적으로 태양광발전량을점검( 전력량, 전압, 전류, 설치지역의일사량, 발전시간등) 하고고장을 진단하기위한모니터링시스템이포함됨 < 표 5-1> 소재별태양전지분류및특징 실리콘계 화합물계 유기계 종류 결정계 단결정 다결정 박막계 CIGS 계 CdTe 계 집광계 염료감응 유기박막 특징 200 μm정도의얇은단결정 Si 기판이용 장점 : 성능, 신뢰성 과제 : 저가격화 작은결정이집합된다결정기판이용 장점 : 단결정보다저렴 과제 : 단결정보다효율낮음 a-si 이나미세결정박막을기판위에형성 장점 : 대면적으로양산가능 과제 : 효율낮음 Cu, In, Se 등을원료로하는박막형 장점 : 자원절약, 양산가능, 고성능가능 과제 : In의자원량 Cd, Te을원료로하는박막형 장점 : 자원절약, 양산가능, 저가격 과제 : Cd의독성 변환효율 20% 16% 9% ( 비정질 ) 13% 11% Ⅲ족과 Ⅴ족원소로된화합물다접합, 집광기술적용 ( 43%) 장점 : 초고성능 ( 집광시 ) 과제 : 저가격화 TiO2 에흡착된염료가광을흡수하여발전하는새로운타입 장점 : 저가격화가능성 과제 : 고효율화, 내구성 유기반도체를이용하는박막형 장점 : 저가격화가능성 과제 : 고효율화, 내구성 (~12%) (~10%) 단계국내외주요업체 ( 한국) 현대중공업, LG 전자, 신성솔라에너지, STX 솔라등실용화 ( 해외) Sharp, Sunpower, Suntech, Yingli 등 ( 한국) LG 전자, STX솔라실용화신성솔라에너지, 등 ( 해외) Sharp, Kyocera 등 ( 한국) LG전자등실용화 ( 해외) Sharp, Kaneka, Oerlikon 등 ( 한국) LG 이노텍, 삼성SDI, 현대아반시스등실용화 ( 해외) Solar-Frontier, Solibro, TSMC, Wurth Solar 등 실용화 ( 한국) ( 해외) First Solar 등 연구단계 연구단계 연구단계 ( 한국) 비제이파워, 애니캐스팀, 파루등 ( 해외) Sharp, Amonix, SolFocus, Concentrix 등 ( 한국) 동진쎄미켐, 이건창호티모테크놀로지등 ( 해외) Dyesol, AISIN Seiki, Fujikura 등 ( 한국) 코오롱, LG화학등 ( 해외) Mitsubishi, Plextronics Konarka, Solarmer Energy 등 * 변환효율 : 모듈변환효율, 단괄호내는연구단계로셀변환효율을나타냄 242

262 Ⅴ. 유망기술 현재산업의 85% 이상을차지하고있는결정질실리콘태양전지와향후시장점유의 확대가예상되는박막태양전지와관련하여, 각각소재에서부터소자, 모듈, 발전시스 템에이르기까지다양한기술스펙트럼이융합되어전체태양광기술과산업을구성하 고있음. 따라서확대일로에있는태양광산업의세계적인메가트렌드에부합하면서도 태양광기술의국제경쟁력을확보할수있도록세부적이고전략적인국내기술의개 발이무엇보다도시급함 이를위해서는전년대비새롭게보완하여야할세부기술아이템을도출하여반영하 고또한진행중혹은개발예정인기술들에대해서도세부기술지표의재검토가필요 함. 따라서본작업에서는국내산학연전문가의다양한의견과해외의주요자료, 그리 고현재진행중인태양광관련국가연구개발사업들을검토하면서수차례의토론과 검토과정을거쳐기술체계도를수정보완하였음 특히, 중분류를태양광개발현황을감안하여새롭게변경하였으며, 세부기술명의 부분적인변경을통해기술개발의범위와내용을조정할필요가있는경우에대해서는 의견을모아기술명과지표도부분적으로수정하였음. 양적으로는중국에밀리고질적 으로는미국, 일본, 독일등의선진국에밀리고있는국내태양광산업의현실을직시하 면서, 특별히국내태양광산업의경쟁력을확실히제고할수있도록유도하는것에큰 관점을두었음 (2) 유망기술 Si 태양전지 실리콘(Si) 태양전지는크게결정질 Si 태양전지와 Si 박막태양전지로구분함. 또한, 결정질 Si 태양전지는실리콘원료, 잉곳/ 기판과전지, 모듈등으로유망기술을구성하 였으며, Si 박막태양전지는고효율화기술, 대면적화기술, 유연기판을이용한 Flexible 태양전지제조기술등으로유망기술을구성함 1 결정질 Si 태양전지 결정질실리콘태양전지에관한것으로, Solar-grade 의고순도폴리실리콘원료제조 기술및원가절감기술, 대용량잉곳및저가격기판제조기술, 태양전지효율을극대 화하기위한기술 ( Light Trapping 기술, Passivation 기술, 이종접합기술, 나노기술등), 박 243

263 2012 산업기술로드맵 신재생에너지( 전기) 형전지제조기술 ( 양산공정기술, 장비기술포함), 태양전지셀을모듈화할때발생하는 CTM(Cell to Module) 손실을최소화하는기술, 박형전지를사용한모듈제조기술( 양산 공정기술, 장비기술포함) 등이포함됨 2 Si 박막태양전지 박막형태의실리콘태양전지에관한것으로, 다중접합기술을이용한유리기판Si 전 지고효율화기술, 신형소재및원료기술, 저가고성능전극/ 기판기술, 신개념소자구 조, LightTrapping 기술등을활용한전지고효율화기술, 증착기술, Patterning 기술등을 이용한고효율대면적 모듈제조 기술, 유연기판( 플라스틱, 금속등) 을적용한 Flexible & Light-weight 태양전지제조기술, 기타차세대실리콘박막태양전지기술등이포함됨 < 표 5-2> SI 태양전지의유망기술 중분류 소분류 유망기술 Si 태양전지 결정질 Si 태양전지 고순도 SOG-Si 제조기술잉곳및기판제조기술전지고효율화기술 CTM loss 저감기술박형전지제조기술박형전지용모듈제조기술 Si 박막태양전지 전지고효율화기술 (Si) 모듈대면적화기술유연기판태양전지제조기술 CIGS 박막태양전지 구리, 인듐, 갈륨, 셀레늄, 황, 아연, 주석등원소의화합물을이용하여기존실리콘 태양전지대비효율을크게높인박막태양전지에관한것으로, 소자, 독립발전용 CIGS 박막태양전지, 플렉시블 CIGS 박막태양전지등으로구성됨 1 CIGS 소자 단일접합전지고효율화기술, 다중접합고효율화합물전지기술, 신형박막소재및 원료제조기술, Cd 중금속회피기술, 고가의 In, Ga 소재를대체하는흡수층개발등 희귀금속대체화기술, 텐덤전지와투과형전지를위한 TCO 개발등이포함됨 244

264 Ⅴ. 유망기술 2 독립발전용 CIGS 태양전지 대면적광흡수층제조기술, 인라인제조공정기술, 대면적모듈제조기술, 고생산 성과저공정비용의개발등이포함됨 3 플렉시블 CIGS 태양전지 및 비진공저가화합물박막제조기술, 저가고효율모듈제조기술, Roll-to-Plate(R2P) Roll-to-Roll(R2R) 공정기술, 플렉시블기판전처리및후처리기술등이포함됨 < 표 5-3> CIGS 박막태양전지의유망기술 중분류소분류유망기술 CIGS 박막태양전지 CIGS 소자 독립발전용 CIGS 태양전지 플렉서블 CIGS 태양전지 전지고효율화기술 (CIGS) Cd-free 소자기술 희귀금속대체화/ 회수화기술 대면적광흡수층제조기술 인라인제조공정기술 대면적모듈제조기술 저가고효율모듈제조기술 R2P/R2R 공정기술 기판처리기술 염료감응태양전지 (DSC) 무기및유기염료를이용한태양전지에관한것으로, 소재, 소자, 모듈구성이포함됨 1 소재 (DSC) 유기염료및유무기광활성소재기술, 전해질및전극소재기술, 모듈화소재기술, 투명전극및기판소재기술, 소재정제및소재양산화기술등이포함됨 2 소자 (DSC) 고신뢰성액체형소자화기술, 고성능준고체/ 고체형소자화기술, 유연기판형소자화 기술, 전지고효율화및장수명화기술등이포함됨 3 모듈 (DSC) 모듈설계및제품화기술, 모듈생산장비및시스템기술등이포함됨 245

265 2012 산업기술로드맵 신재생에너지( 전기) < 표 5-4> 염료감응태양전지 (DSC) 의유망기술 중분류소분류유망기술 염료감응태양전지 (DSC) 소자 (DSC) 모듈 (DSC) 유기염료/ 유무기광활성소재기술 전해질/ 전극/ 모듈화소재기술 유연성투명전극/ 기판소재기술 DSC 소재정제및양산화공정기술 고신뢰성액체/ 준고체형소자화기술 고성능고체형소자화기술 전지고효율화및장수명화기술 DSC 모듈설계및제품화기술 모듈생산장비/ 시스템기술 집광형(CPV) 태양전지 자연태양광을광학적으로집광하여발전하는태양광발전시스템에관한것으로, 중- 저집광형태양전지, 고집광형태양전지, 태양광추적장치등으로구성됨 1 중-저집광형태양전지 중- 저집광형태양전지양산기술, 중-저집광형태양광발전시스템용소재- 부품기술, 광학시스템기술등이포함됨 2 고집광형태양전지 III-V 족화합물소재및원료기술, Ge, GaAs 등기판제조및관련장비/ 설비기술, III-V 족다중접합태양전지고효율화기술, 고배율태양광집광기저가화기술, 집광형 태양광모듈신뢰성향상기술등이포함됨 3 추적장치 고성능 포함됨 Tracking 및추적장치저가화기술, 태양광추적장치신뢰성향상기술등이 246

266 Ⅴ. 유망기술 < 표 5-5> 집광형태양전지 (CPV) 의유망기술 중분류소분류유망기술 집광형태양전지 (CPV) 중-저집광형태양전지 (CPV) 고집광형태양전지 (CPV) 추적장치 (CPV) 집광형태양전지양산기술 소재부품기술 광학시스템기술 III-V 족소재및원료기술 III-V 족다중접합태양전지고효율화기술 고배율태양광집광기저가화기술 집광형태양광모듈신뢰성향상기술 태양광추적장치저가화기술 태양광추적장치신뢰성향상기술 유기및차세대태양전지 (OPV) 유기분자및플라스틱을이용한태양전지에관한것으로, 소재및기판, 소자, 모듈 구성이포함됨 1 소재및기판 (OPV) 유기반도체형광활성소재기술, 양자점및무기반도체형광활성소재기술, 투명전 극및 Barrier 필름소재기술, 소재정제및소재양산화공정기술등이포함됨 2 소자 (OPV) 저가용액/ 인쇄공정형소자화기술, 고효율진공공정형소자화기술, 탠덤태양전지 등고효율화기술및장수명화기술등이포함됨 3 모듈 (OPV) 유기박막모듈설계및제품화기술, R2P 및 R2R 생산시스템기술등이포함됨 < 표 5-6> 유기및차세대태양전지 (OPV) 의유망기술 중분류소분류유망기술 유기및차세대태양전지 (OPV) 소재및기판 (OPV) 유기반도체형광활성소재기술 QD 및무기반도체형광활성소재기술 유무기버퍼층/ 전극소재기술 투명전극/Barrier 필름소재기술 소재정제및양산화공정기술 247

267 2012 산업기술로드맵 신재생에너지( 전기) 중분류소분류유망기술 유기및차세대태양전지 (OPV) 소자 (OPV) 모듈 (OPV) 저가용액/ 인쇄공정형소자화기술 고효율진공공정형소자화기술 탠덤태양전지고효율장수명화기술 모듈설계및제품화기술 R2P/R2R 생산시스템기술 부품소재현재상업화되어있는실리콘태양전지와 CIGS 박막태양전지의제조에필요한부품소재에관한것으로, 기판소재, 주로셀제조공정에관련한 Front-end 부품소재, 주로모듈제조공정에관련한 Back-end 부품소재등이포함됨 1 기판부품소재 태양전지용유리기판제조기술, 여러형태의플렉시블기판제조기술, 기판전처리 및후처리기술등이포함됨 2 Front-end 부품소재 결정질실리콘태양전지제조용소재기술, 실리콘박막및CIGS 박막태양전지제조용소재기술등이포함됨 3 Back-end 부품소재 결정질실리콘및박막태양광모듈제조용부품소재 기술, 모듈리사이클링및재 활용기술등이포함됨 < 표 5-7> 부품소재의유망기술 중분류 소분류 유망기술 기판부품소재 전지용유리기판제조기술플렉서블기판제조기술 부품소재 Front-End 부품소재(Cell) 결정질실리콘전지소재기술박막전지소재기술 Back-End 부품소재(Module) 모듈부품및소재기술모듈리사이클링및재활용기술 248

268 Ⅴ. 유망기술 생산장비 현재상업화되어있는실리콘태양전지와 CIGS 박막태양전지의대량생산을위한 생산장비에관한것으로, 결정형실리콘태양전지용장비, 박막형태양전지생산장비, 기타태양광셀및모듈제조기반장비등으로구성됨 1 결정형실리콘전지장비 Si 원료및기판제조장비/ 설비기술,Cell 제조장비/ 설비기술, 모듈제조장비/ 설비기술등이포함됨 2 박막형전지장비 고수율박막태양전지양산장비기술, BIPV 모듈제조장비기술, R2R 생산장비/ 설 비기술, 대면적/ 고성능증착및마감처리장비/ 설비기술등이포함됨 3 제조기반장비 이송및물류장비/ 설비기술, 성능평가및분석장비/ 설비기술, 생산장비개발에소 요되는전산모사기술등이포함됨 < 표 5-8> 생산장비의유망기술 중분류소분류유망기술 생산장비 결정형 Si 전지장비 박막형전지장비 제조기반장비 Si 원료및기판제조장비/ 설비기술 Cell 제조장비/ 설비기술 모듈제조장비/ 설비기술 고수율양산장비및시스템화기술 BIPV 모듈제조장비기술 R2R 생산장비/ 설비기술 대면적/ 고성능증착및마감처리장비/ 설비기술 이송및물류장비/ 설비기술 성능평가및분석장비/ 설비기술 전산모사기술 건물통합형태양광발전시스템 (BIPV) 건자재일체형태양광모듈및시스템등건물통합형(Building Integrated) 태양광발전 (Photovoltaic) 시스템에관한것으로,BIPV 모듈화기술, 건물일체화기술,BIPV 시스템 기술, BIPV 유지관리기술등으로구성됨 249

269 2012 산업기술로드맵 신재생에너지( 전기) 1 BIPV 모듈 단열및방수성능을겸비한모듈제조기술, 지붕재등형상일체화모듈제조기술, 단열/ 기밀/ 가시광선투과성능확보모듈제조기술,BIPV 전용전력변환기술등이포함됨 2 건물일체화기술외피부착형연결부재제조기술, BIPV 설치형태에따른배기기술, 환기시스템연계하이브리드시스템설계및제조기술등이포함됨 3 BIPV 시스템 제로에너지빌딩구현하이브리드시스템설계기술, 비상상황대비에너지자족형 시스템설계기술, 저탄소커뮤니티통합설계기술등이포함됨 4 BIPV 시스템유지관리기술 출력이상자가진단시스템설계및운용기술, 원격검침및설비진단시스템운용 기술등이포함됨 < 표 5-9> 건물통합형태양광발전시스템의유망기술 중분류소분류유망기술 단열및방수성능겸비모듈제조기술 건물통합형태양광발전시스템 (BIPV) BIPV 모듈 건물일체화 BIPV 시스템 BIPV 시스템유지관리 지붕재등형상일체화모듈제조기술가시광선투과성능확보모듈제조기술 BIPV 전용전력변환기술외피부착형연결부재제조기술 BIPV 설치형태에따른배기기술환기시스템연계하이브리드시스템설계및제조기술로우카본빌딩및커뮤니티복합시스템설계기술비상상황대비에너지자족형시스템설계기술출력이상자가진단시스템설계및운용기술원격검침및설비진단시스템운용기술 250

270 Ⅴ. 유망기술 태양광발전시스템 태양광모듈에서발생된전력을변환, 저장, 송전, 배전및관리하기위한시스템과관 련한것으로, 발전소(Utility) 용시스템, 주거(Residential) 및상용(Commercial) 시스템, 특 수목적용시스템, 시스템유지관리및보수기술등으로구성됨 1 Utility 용시스템 발전소용태양광발전시스템유지관리기술, 전력계통연계관련기술, 분산발전망 구축및운용기술, 가입자망기반분산발전망장비기술등이포함됨 2 Residential/Commercial 용시스템 대규모발전시스템및전력저장기술, 계측및발전성능평가기술, 시스템구성요소 저가화기술등이포함됨 3 특수목적용시스템 환경맞춤형( 사막, 수상등) 부품 소재기술, 환경맞춤형전력변환기술, 항공우주태 양광발전기술등이포함됨 4 유지관리 전력변환장치효율개선기술, 고성능내구성및시스템안정화기술, 전력손실최 소화및전력품질유지기술, 지능형전력관리기술, 태양광제반기술관련표준화및 인증기술등이포함됨 < 표 5-10> 생산장비의유망기술 중분류소분류유망기술 태양광발전시스템 Utility 용시스템 Residental/Commercial 시스템 특수목적용시스템 Electrical Grid 연계관련기술 분산발전망구축및운용기술 가입자망기반분산발전망장비기술 대규모시스템및전력저장기술 계측및성능평가기술 구성요소저가화기술 환경맞춤형부품소재기술 환경맞춤형전력변환기술 항공우주발전기술 251

271 2012 산업기술로드맵 신재생에너지( 전기) 중분류소분류유망기술 태양광발전시스템 유지관리 전력변환장치효율개선기술 고성능내구성및안정화기술 전력손실/ 품질유지기술 지능형전력관리기술 표준화및인증기술 (3) 개정내용 세계태양광시장현황및국내태양광기술개발역량등을고려하여, 중분류체계 를전년도의 8개에서 9 개로확대개편하였음. 특히, 최근의실리콘박막태양광산업 의후퇴와국내개발주체의축소를감안하여, 결정질실리콘과실리콘박막을중분 류인 실리콘태양전지 로통합하였음. 이에따라중분류로 CIGS 박막태양전지 를신설하였고, GaAs 등의여타화합물반도체태양전지는 집광형태양전지시스 템 분야로이동하였음. 한편 염료감응태양전지 도최근성능과경제성이양호해 지면서머지않아본격적인실용화가예상되는점을감안하여 유기및차세대태양 전지 로부터분리신설하였고, 국내에너지안보측면및피크관리에있어분산전원 의중요도와향후시장확대및기술요소의차별성등을고려하여 BIPV 분야를 중분류에신설하였음. 또한대기업- 중소기업상생 R&D와기구축된태양광 Supply Chain 강화측면에서중소- 중견기업형 태양광부품소재 도중분류에신설하였음 소분류체계도새롭게정비하였는데, 기본적인분류의원칙으로, 상용화가많이진 행된중분류기술의경우제품이나서비스( 즉, 기술수요자) 의관점에서구분하였 으며, 산업화가진행되지않은차세대기술의경우는현재와마찬가지로기술개발 자의관점( 소재, 소자, 모듈등) 에서분류하였음. 또한전년도작업에서전문성확보 가어려웠던 태양광발전시스템 분야는전문성을가미하여기술개발및산업현 장과보다연계된형태로구분하였음 각중분류별소분류의핵심내용은아래와같음 ( 실리콘태양전지분야) - 결정질실리콘태양전지와실리콘박막태양전지로소분류를변경하였고, 이에따 라유망기술을재배치하였음. 단, 장비기술및공정소재및부품과생산장비기술 252

272 Ⅴ. 유망기술 은각각 부품소재 와 생산장비 부분으로이동하였고, 연도별목표치는최근개 발동향에맞춰수정함 - 결정질실리콘분야에서는기존의기술분야로부터향후원가절감기술의중요성 을감안하여 박형전지및모듈제조기술 을포함하여저가 고효율전지/ 모듈 제조기술, 양산공정기술등의개발을통해셀/ 모듈경쟁력및차별화전략을통한 기술적우위성을확보하고자함 - 실리콘박막태양전지에있어서는 차세대실리콘박막태양전지기술 을 전지 고효율화기술 로수정하여범위를확장함 - 또한 유연기판태양전지제조기술 을신규로추가하여, 기존유리기판을이용한 태양전지에비교하여휘어질수있는경량태양전지개발을통하여새로운시장 창출을유도하고자함 (CIGS 박막태양전지분야) - 최근상용화속도를감안하여소분류를기술수요자중심인 독립발전용 과 플렉 시블 전지로구분하여 소자 기술과독립적으로구성함 -Cd-free 기술, 희귀금속대체기술등미래원천기술분야는 소자 분야에소속시 켰으며, 플렉시블 분야에는 R2P 및 R2R 공정기술을신규로추가함 ( 염료감응태양전지분야) - 상용화추진이매우빠른속도로진행되고있어새로운중분류로신설하였으며, 이에따라유망기술들을보다상세하게설정함 - 소분류에있어서는아직국내 Supply Chain이구축중에있으므로기술개발자의 관점에서 소재, 소자, 모듈 로구분함 ( 집광형태양전지분야) - 기술수요자의관점에서 중- 저집광형, 고집광형 및 추적장치 로중분류를변 경하였고, 이에따라유망기술을재배치하고신규유망기술도추가함 - 기존에산재되었던유형별추적장치관련유망기술들은 추적장치 구분아래로 통합배치함 ( 유기및차세대태양전지분야) 253

273 2012 산업기술로드맵 신재생에너지( 전기) - 염료감응태양전지를유기및차세대태양전지분야로부터구분하여독립시킴에 따라, 고분자및저분자유기박막태양전지와 QD를이용한차세대태양전지를 중심으로유망기술을재배치함 - 모듈설계및제품화기술과생산시스템기술도기술개발속도를감안하여새롭게 추가하였고개발기술별로목표지표들을새롭게설정함 ( 부품소재분야) - 결정질실리콘태양전지, 실리콘박막태양전지및CIGS 박막태양전지의산업활성 화및 Supply Chain 구축현황등을고려하여이들의양산공정에사용되는다양한 종류의부품소재기술들의국산화개발중요성이대두되어새롭게중분류로신설함 - 소분류는크게기판부품소재와주로셀제조와관련한 Front-end 부품소재그리고 주로모듈제조와관련한 ( 생산장비분야) Back-end 부품소재로구분함 - 생산장비분야도최근상용화된태양전지들이결정질실리콘태양전지, 실리콘 박막태양전지, 그리고 CIGS 박막태양전지의양산에필요한장비및설비기술로 소분류를하였고, 제조기반장비분야를소분류로신설하여이에장비개발에필 요한요소기술들을포함함 (BIPV 분야) - 향후급성장이예상되는 BIPV 분야의발전전망과특히, 한국적보급현실및에너 지안보측면을고려하여 BIPV 분야의중요성이크게증가한것을고려하여 BIPV 분야를새로운중분류로신설함 -BIPV 분야의소분류는모듈제조기술, 건물일체화기술, 시스템기술그리고시 스템유지및관리기술측면에서구분하였고, 이에따라핵심기술들을각각에배 치하였고목표지표들을새롭게설정함 ( 태양광발전시스템분야) - 시스템분야도기술수요자의관점에서제품및서비스로구분하여, 발전소용과주 거/ 상용건물용, 사막/ 수상/ 우주등특수목적용, 그리고유지관리및보수기술분야 로새롭게구분함 - 기존의 PCS 분야는협의의분류이므로시스템분야에통합시켜유망기술을재배치함 254

274 Ⅴ. 유망기술 (4) 유망기술체계도 대분류중분류소분류유망기술 태양광 Si 태양전지 CIGS 박막태양전지 염료감응태양전지 (DSC) 집광형태양전지 (CPV) 결정질 Si 태양전지 Si 박막태양전지 소자 (CIGS) 독립발전용 (CIGS) 플렉서블 (CIGS) 소자 (DSC) 모듈 (DSC) 중-저집광형태양전지 (CPV) 고집광형태양전지 (CPV) 고순도 SOG-Si 제조기술 잉곳및기판제조기술 성능지표및목표 성능지표 Si 가격($/ kg) - <20 <18 잉곳용량 (ton/batch) >1.8 >1.8 >2.0 기판두께 ( μm ) <130 <100 <80 전지고효율화기술전지효율 (%) >21 >23 >25 CTM loss 저감기술 박형전지제조기술 박형전지용모듈제조기술 CTM loss(%) 수명( 년) 전지두께 ( μm) 생산수율 (%) >95 전지두께 ( μm) 생산수율 (%) >88 >92 >95 전지고효율화기술 (Si) 전지효율 (%) >13 >17 >20 모듈대면적화기술 전지효율 (%) >11 >15 >18 면적 ( m2) 1.5 >3.0 >4.0 유연기판태양전지제조기술전지효율 (%) >9 >13 >16 전지고효율화기술 (CIGS) 셀변환효율 (%), <1 cm Cd-free 소자기술셀변환효율 (%), <1cm 희귀금속대체화회수화 / 기술 CZTS 변환효율 (%), <1cm 대면적광흡수층제조기술 Tact time(min) 수율 (%) 인라인제조공정기술생산용량 (MW) 대면적모듈제조기술모듈효율 (%) 11, >2.0, , >3.0, 0.9 저가고효율모듈제조기술모듈효율 (%) R2P/R2R 공정기술 13, >4.0, <0.8 폭 (mm) >300 >600 >900 길이 (m) >500 >1,000 >2,000 기판처리기술최선진수준대비기술수준 (%) >80 > 유기염료 / 유무기광활성소재기술표준형단층 Lab 소자적용효율(%) >12.5 >14.5 >15 전해질전극모듈화 / / 소재기술기존요오드계대비효율 (%) >115 >145 >160 유연성투명전극 / 기판소재기술 유연성기판면저항 (Ohm/ ㅁ ) <40 <10 <10 Lab 소자효율(%) >6 >8 >11 DSC 소재정제및양산화공정기술광활성소재비용 ($/Wp) <15 <0.1 <0.03 고신뢰성액체/ 준고체형소자화기술 고성능고체형소자화기술 전지고효율화및장수명화기술 모듈효율 (%) >6 >8.5 >9.5 수명( 년) >7 >11 >15 Lab 소자효율(%) >7.0 > 10.5 >13.0 Lab 소자효율(%) >12.5 >14.5 >17 수명( 년) >8 >12 >15 DSC 모듈설계및제품화기술선진국대비효율혹은비용성능 (%) >95 >130 >150 모듈생산장비/ 시스템기술선진국대비효율혹은비용성능 (%) >80 >120 >150 집광형태양전지양산기술 소재부품기술 광학시스템기술 전지효율 (%) >19 >24 >26 모듈효율 (%) >15 >21 >22 시스템단가 ($/Wp) N/A <1.85 <1.7 광학패턴의정확도 ( 편차 + nm ) <45 <25 <20 집광율 ( 배) >25 49 >200 내구성 ( 년) >20 >25 >25 III-V족소재및원료기술순도 (%) >99.99 > > III-V 족다중접합태양전지고효율화기술 전지효율 (%) >34 >45 >54 모듈효율 (%) >28 >38 >44 최고출력집광비 ( 배) >100 >1000 >1500 고배율태양광집광기저가화기술집광기제조단가 ($/ m2 ) <110 <60 <60 255

275 2012 산업기술로드맵 신재생에너지( 전기) 대분류중분류소분류유망기술 유기및차세대태양전지 (OPV) 부품소재 생산장비 건물통합형태양광발 추적장치 (CPV) 소재및기판 (OPV) 소자 (OPV) 모듈 (OPV) 집광형태양광모듈신뢰성향상기술 성능지표및목표 성능지표 시스템단가 ($/Wp) N/A <1.85 <1.8 집광기광투과효율 (%) >75 >85 >85 태양전지모듈발전성능저하 (%/ 년) <4 <0.8 <0.5 태양전지모듈사용수명 ( 년) >13 >23 >30 태양광추적장치저가화기술추적장치제조단가 ($/W) <1 <0.5 <0.5 태양광추적장치신뢰성향상기술 중-저집광추적정밀도 (Low Wind 4m/s 이하) 중-저집광추적정밀도 (High Wind 4m/s 이상) 0.5~ ~ ~ ~ ~ ~0. 8 고집광추적장치사용수명 ( 년) >13 >23 >30 고집광추적장치유지보수비용 ( 총시스템 Cost 의 %/ 년) <5 <1 <1 유기반도체형광활성소재기술표준형단층 Lab 소자적용효율(%) >8.5 >10.5 >13.0 QD 및무기반도체형광활성소재기술신소재적용 Lab 소자효율 (%) >7.5 >9.5 >13 유무기버퍼층 / 전극소재기술 투명전극 /Barrier 필름소재기술 표준소자대비 ETL/HTL 소재적용시효율증가 (%) >15 >35 >50 Barrier 필름수분투과도 (g/m2/day) <10-2 < 10-4 <10-5 소재정제및양산화공정기술광활성소재비용 ($/Wp) <0.8 <0.05 <0.03 저가용액/ 인쇄공정형소자화기술 고효율진공공정형소자화기술 탠덤태양전지고효율장수명화기술 완전용액공정 sub 모듈효율(%) >4.5 >6.5 >9.0 수명( 년) >2.5 >5.5 >8 반도체공정적용 Lab 소자효율 (%) >12.0 >14.5 >16.0 수명( 년) >3 >7 >10 완전용액공정탠덤 Lab 소자효율 (%) >9.0 >11.5 >15.0 수명( 년) >2.5 >6 >9 모듈설계및제품화기술선진국대비효율혹은비용성능 (%) >85 >120 >150 R2P/R2R 생산시스템기술선진국대비효율혹은비용성능 (%) >85 >120 >150 기판부품소재전지용유리기판제조기술최선진수준( 가격, 왜점등) 대비기술수준 (%) Front-End 부품소재 (Cell) Back-End 부품소재 (Module) 결정형 Si 전지장비 박막형전지장비 제조기반장비 BIPV 모듈 >85 > 플렉서블기판제조기술기판가격 ($/ m2 ) <8 <6 <5 결정질실리콘전지소재기술 박막전지소재기술 모듈부품및소재기술 모듈리사이클링및재활용기술 금속전극전도도접촉저항 (, mwcm2) <2 <1 <0.1 금속전극선폭 (um) <70 <50 <30 내구성능 ( 년) >15 >25 >30 투과율 (%) >90% >92% >94% 수명( 년) Si 재활용율 (%) Si 원료및기판제조장비/ 설비기술최선진수준대비기술수준 (%) >80 > Cell 제조장비/ 설비기술최선진수준대비기술수준 (%) >85 > 모듈제조장비/ 설비기술 생산단가감축율 (%) > 30 >50 >50 일괄라인규모 ( MW ) > 250 >400 >400 기술수준 (%) >80 > 고수율양산장비및시스템화기술일괄라인규모 ( MW ) >50 >100 >100 BIPV 모듈제조장비기술최선진수준대비기술수준 (%) >80 > R2R 생산장비/ 설비기술기술수준 (%) >60 >85 >98 대면적 / 고성능증착및마감처리장비/ 설비기술 최선진수준대비기술수준 (%) >80 > 이송및물류장비/ 설비기술최선진수준대비기술수준 (%) >90 >100 >100 성능평가및분석장비/ 설비기술 전산모사기술 단열및방수성능겸비모듈제조기술 기술수준 (%) >75 > 국제표준구축율 ( 최선진대비%) > 80 > 기개발된최고수준모사프로그램대비오차율 (%) <7 <3 <3 모듈단열 (W/ m2 K) <1.5 <1.0 <0.7 프레임단열 (W/ m2 K) <1.6 <1.0 <0.6 국제표준구축률 ( 최선진대비%) >60 >80 >90 256

276 Ⅴ. 유망기술 대분류중분류소분류유망기술 전시스템 (BIPV) 태양광발전시스템 성능지표및목표 성능지표 지붕재등형상일체화모듈제조기술최선진수준대비기술수준 (%) >60 >75 >80 가시광선투과성능확보모듈제조기술최선진수준대비기술수준 (%) > BIPV 전용전력변환기술최선진수준대비기술수준 (%) >70 >80 >85 건물일체화외피부착형연결부재제조기술내구성능 ( 년) >15 >20 >20 BIPV 시스템 BIPV 시스템유지관리 Utility 용시스템 Residental/ Commercial 시스템 특수목적용시스템 BIPV 설치형태에따른배기기술외기대비발전효율 (%) >70 >80 >90 환기시스템연계하이브리드시스템설계및제조기술 로우카본빌딩및커뮤니티복합시스템설계기술 비상상황대비에너지자족형시스템설계기술 출력이상자가진단시스템설계및운용기술 최선진수준대비기술수준 (%) >50 >60 >65 최선진수준대비기술수준 (%) >60 >80 >90 지역에너지자급율 (%) >30 >50 >60 비상에너지공급시간 (h) >10 >36 >60 태양광설비이용율 (%) >60 >90 >90 원격검침및설비진단시스템운용기술최선진수준대비기술수준 (%) >60 >90 >90 Electrical Grid 연계관련기술 고조파율 (%) <2.5 <2 <2 전압상승방지율 (%) <7 <5 <5 분산발전망구축및운용기술최선진수준대비기술수준 (%) >70 >90 >90 가입자망기반분산발전망장비기술최선진수준대비기술수준 (%) >70 >90 >90 대규모시스템및전력저장기술분산전원네트워크시스템신뢰도 (%) >95 >99 >99 계측및성능평가기술최선진수준대비기술수준 (%) >50 >70 >90 구성요소저가화기술 환경맞춤형부품소재기술 환경맞춤형전력변환기술 항공우주발전기술 시스템단가 ($/W) <3 <1.5 <1.5 발전단가 ($/W) <0.15 <0.09 <0.09 최선진기술수준대비 (%) >90 >95 >95 기술수준 (%) >75 > 국제표준구축률 ( 최선진대비%) >80 > 기술수준 (%) >75 > 국제표준구축률 ( 최선진대비%) >80 > 기술수준 (%) - >50 >50 국제표준구축률 ( 최선진대비%) - >30 >50 유지관리전력변환장치효율개선기술효율 (%) <97 <97 <97 고성능내구성및안정화기술 전력손실/ 품질유지기술전압변동 (%), 주파수변동 (%) 지능형전력관리기술 표준화및인증기술 단가 ($/W) <0.27 <0.27 <0.27 가동률 (%) >93 >96 >96 내구수명 ( 년) >25 >30 >30 < 5, < 0.2, < 2 < 3, < 0.1, < 1 < 3, < 0.1, < 1 유효전력지수 (%) >83 >90 >95 전력품질지수 (%) >80 >90 >95 최선진수준대비기술수준 (%) (IEC 규격인증품목지정, KS 규격의부합화, 신규규격제안등) >60 >

277 2012 산업기술로드맵 신재생에너지( 전기) 3 풍력 (1) 개요 풍력발전이란공기의유동이가진운동에너지를블레이드의공기력학적특성을이용 하여회전자(rotor) 를회전시켜기계적에너지로변환시키고이기계적에너지로발생되 는유도전기를전력계통이나수요자에게공급하는기술임. 상업용풍력발전로는 2~3 MW이주를이루고있으나최근해상풍력발전의확대에힘입어 5~7 MW급의대형풍 력발전기로용량이확대되고있음 전세계풍력발전누적설치용량은 2000년 17,400 MW에서 20012년 250,874 MW로약 14 배규모로증가하였고, 매년신규설치용량이 2006년 15,245 MW, 2007년 19,865 MW, 2012년 31,584 MW 로급격히증가하는추세에있음. 최근보급이확대되고있는해상풍 력발전시장은 2011년유럽을중심으로 3.55 GW 에불과하였지만, 승인된계획을보면 유럽이약 13.8 GW, 중국이 2.4 GW, 그리고미국이 0.77 GW로총 GW 이며, 2030 년까지세계각국에서계획하고있는규모는총 240 GW를초과할전망임 본로드맵에서는풍력발전기술을단위풍력발전기및요소부품개발에해당하는풍 력발전시스템기술과, 송배전을포함하여다수의풍력발전기를연계하는계통연계시스 템기술, 단지개발및운영기술을담당하는풍력발전단지기술, 풍력발전시스템및단지 의적합성을평가하는인증표준화 기술로구분하였음 풍력발전시스템기술은다시세분화하여용량별로소형, 중대형, 초대형풍력시스템 과기능별요소부품으로세분화하였고, 계통연계시스템기술은변전소, HVDC, 케이블 관련기술로소분류를나누었음. 풍력발전단지기술은실증및성능평가기술과자원평 가, 영향평가, 단지설계, 운송/ 설치, 단지운영및유지보수기술로나누었으며, 인증및 표준화기술은각각시스템과요소부품, 계통연계, 단지에대한인증및표준화기술로 중분류기술을세분화하였음. 258

278 Ⅴ. 유망기술 (2) 유망기술 신재생에너지기술중풍력분야는크게풍력발전시스템기술과계통연계시스템기 술, 풍력발전단지기술, 인증및표준화기술로구성됨 풍력발전시스템 풍력발전시스템은풍력을이용하여발전하는발전기와이를구성하는요소부품의 개발, 제작, 평가등을위한기술, 풍력발전기제어및운용기술, 풍력발전기시스템의 실증및성능평가기술등을포함함 1 소형(~100 kw 미만) 시스템 100 kw 미만의소규모풍력발전시스템및관련요소부품의설계및제작에대한 기술을포함함 2 중대형(100 kw~5 MW) 시스템 100 kw 이상 5 MW 미만의중. 대형규모풍력발전시스템의설계및제작, 평가, 운용등의개발및실증에대한기술을포함함 3 초대형(5 MW~) 시스템 5 MW 이상의초대형풍력발전시스템의설계및제작, 평가, 운용등의개발및 실증에대한기술을포함함 4 융복합시스템 풍력과다른발전시스템을조합하여발전효율향상과부하에따른발전량조절 이가능하도록하는복합발전기술뿐만아니라, 풍력발전과연계하여새로운가치 창출이가능한융복합발전단지의개발및실증에관한기술을포함함 5 요소부품( 전기, 제어) 시스템 풍력발전시스템을구성하는전기및제어계통주요구성품인발전기, 제어기, 전력변환장치등의설계, 제작, 시험평가기술을포함함 259

279 2012 산업기술로드맵 신재생에너지( 전기) 6 요소부품( 기계) 시스템 풍력발전시스템을구성하는기계계통주요구성품인베어링, 주축, 허브, 낫셀, 증속기, 감속기, 요피치시스템, 제동장치, 커플링등의설계, 제작, 시험평가기술을 포함함 7 요소부품( 블레이드) 시스템 풍력발전블레이드를구성하는요소기술인익형및블레이드의형상설계, 제작 공정, 시험평가기술및강화섬유, 수지, 코어등블레이드제작소재의개발및평 가기술을포함함 8 요소부품( 지지구조물) 시스템 육/ 해상풍력발전기를지지하는타워및고정식, 부유식수중기초구조물의설계, 제 작, 운송, 시공기술및관련소재개발, 시험평가기술을포함함 < 표 5-11> 풍력발전시스템의유망기술 중분류소분류유망기술 풍력발전시스템 소형( 100 kw 미만) 시스템 중대형 (100 kw 5 MW) 시스템 초대형 (5 MW ) 시스템 융복합시스템 요소부품( 전기, 제어) 고RPM 저소음소형풍력시스템기술 도시형소형풍력발전시스템기술 고효율저풍속풍력발전시스템개발/ 실증기술 해상풍력시스템개발/ 실증기술 S 클래스풍력발전시스템개발/ 실증기술 5 8 MW 미만해상풍력시스템개발/ 실증기술 8 MW 이상풍력발전시스템개발/ 실증기술 디젤- 풍력하이브리드발전시스템개발및실증기술 풍력기반신재생에너지복합발전시스템기술 해상풍력기반어업연계복합시스템개발기술 풍력수소융합발전시스템개발기술 고신뢰성 PMSG 기술 고효율제어시스템기술 대용량전력변환장치신뢰성향상기술 슬림형해상풍력발전기용변압기개발기술 초대형초전도발전기설계및제작기술 부유식발전시스템용제어기술 260

280 Ⅴ. 유망기술 중분류소분류유망기술 풍력발전시스템 요소부품( 기계) 요소부품( 블레이드) 요소부품 ( 지지구조물 ) 허브/ 프레임경량화기술 대형주축베어링개발기술 초대형주축경량화기술 2-3 MW급증속기신뢰성확보기술 초대형증속기경량화및신뢰성향상기술 요/ 피치베어링개발기술 요/ 피치감속기및시스템개발기술 대용량커프링제작및신뢰성확보기술 해상용제동장치개발기술 풍력발전기용 Tower 승강기개발기술 윤할제개발기술 블레이드익형개발기술 대형고효율블레이드개발기술 블레이드생산성향상기술 접이식블레이드설계/ 제작기술 스마트센서일체형블레이드개발기술 능동하중저감블레이드개발기술 카본화이버적용블레이드개발기술 블레이드용소재국산화기술 Hybrid Tower 설계, 제작및시공기술 자주식타워설계, 제작및시공기술 5MW~8MW 미만급해상풍력수중기초기술 8MW 이상급해상풍력수중기초기술 부유식해상기초설계, 제작및시공기술 부유식계류시스템설계, 제작및시공기술 내식성소재해상풍력이용기술 부유식수조모형시험기술 계통연계시스템 계통연계시스템기술은풍력발전단지로부터수요자측에송배전하기위한기술 로변전소, 직류및교류송배전, 전력선기술등을포함함 1 변전소 육해상풍력발전단지의변전소를구성하는전력변환플렛폼,TR( 변압기),GIS( 가스절 연개폐장치), 기초구조물등의설계, 제작, 시험평가기술을포함함 261

281 2012 산업기술로드맵 신재생에너지( 전기) 2 HVDC 해상변전소를목적으로한전류형및전압형 HVDC 시스템및이를구성하는전 력전자소자등의설계, 제작, 시험평가기술및풍력발전단지와의연계기술을포 함함 3 Cable 육해상풍력발전용고전압케이블을구성하는도체, 지지체, 절연체등소재개발기 술과이를조합한전력케이블의설계, 제작, 평가기술을포함하며, 해저케이블보호기 술및케이블손상감지기술등케이블운용기술을포함함 < 표 5-12> 계통연계시스템의유망기술 중분류소분류유망기술 계통연계시스템 변전소 HVDC Cable 해상변전소개발기술 해상변전소용 TR 개발기술 해상변전소용 GIS 개발기술 HVDC 연계기술 HVDC 장치개발기술 HVDC 용전력전자소자개발기술 고전압케이블용소재개발기술 해저케이블개발기술 해저케이블보호공법개발및실증기술 해저케이블손상모니터링기술 풍력발전단지 풍력발전단지는단위풍력발전기를대규모로설치하고대규모발전단지를설계, 설치, 유지보수하는데필요한기술을의미함. 여기에는풍력자원의조사및평가, 복합단지설계, 풍력단지구축에따른육상, 해상환경영향평가, 발전단지의유지 보수등이포함됨 1 실증및성능평가 육/ 해상용풍력발전기의성능평가를포함한단지의개발, 운영을위한기술을포 함함 262

282 Ⅴ. 유망기술 2 자원평가 풍력자원의예측과해석, 풍력의예보등을위한자원지도와소프트웨어개발기술 을포함함 3 영향평가 풍력발전시스템이환경과경관, 생태계에미치는영향을평가하는기술을포함함하 며, 육상및해상풍력단지내의풍력발전기의후류영향이타풍력발전기발전량에미치 는영향을분석하는기술을포함함 4 단지설계 육/ 해상풍력발전단지의발전량을극대화하기위한최적배치기술, 지형및풍황에 따른단지설계기술, 전력망설계기술을포함함 5 운송, 설치 육/ 해상풍력발전기및지지구조물, 변전소, 해저케이블등풍력발전단지시공에소 요되는운송, 설치기술을포함함 6 운영육/ 해상풍력발전단지의운영을위한 SCADA 기반단지통합모니터링기술, 계측풍황기반단지운영효율화기술을포함함 7 유지보수 풍력발전시스템및요소부품, 지지구조물, 해저케이블, 해상변전소등육/ 해상풍력발 전단지를구성하는각요소의건전성진단기술, 수명예측기술, 손상보수기술기술및 유지보수장비개발을포함하며, 각요소부및시스템평가결과에기반을둔풍력발전 단지의건전성진단기술및유지보수주기최적화기술을포함함 263

283 2012 산업기술로드맵 신재생에너지( 전기) < 표 5-13> 풍력발전단지의유망기술 중분류소분류유망기술 풍력발전단지 실증및성능평가 자원평가 영향평가 단지설계 운송, 설치 운영 유지보수 육/ 해상실증및시범단지개발, 운영기술 육/ 해상자원 DB 구축및분석기술 단기풍력발전량예측/ 예보기술 육상환경영향평가기술 해상환경영향평가기술 단지내후류영향분석기술 해상풍력발전기최적배치기술 복잡지형복합기상단지설계기술 해상풍력단지 Grid 설계기술 초대형풍력발전시스템운송및설치기술 Substructure 운송및설치기술 해상풍력발전용설치장비및시스템개발기술 해상변전소운송및설치기술 해저케이블설치기술 운송, 설치시뮬레이션기술 단지통합제어기술 풍력단지감시및원격운영기술 선박충돌예방및최소화기술 풍력발전시스템 Predictive Maintenance 기술 풍력발전단지 Predictive Maintenance 기술 Substructure 안전진단및보수보강엔지니어링기술 요소부품( 블레이드, 증속기, 발전기등) 손상예방보전기술 해저케이블긴급복구기술 해상변전소용주요기기의예방보전기술 해상풍력발전용유지보수장치및시스템개발기술 인증, 표준화 풍력발전기의주요부품을포함하여시스템의성능과안전성확보를위해제3자가 적합성여/ 부평가를수행하는데필요한모든기술을의미함. 여기에는시스템의성 능평가및설계평가, 해상풍력단지의사이트및하부지지구조물평가등이포함됨 1 인증, 표준화( 시스템) 육/ 해상풍력발전시스템및풍력- 복합발전시스템의인증, 표준화기술을포함하며, 이 를위한형식인증시험기술및인증사이트확장기술을포함함 264

284 Ⅴ. 유망기술 2 인증, 표준화( 요소부품) 로터블레이드, 기어박스, 메인샤프트등풍력발전기의주요부품성능과신뢰성 평가를통한부품인증시스템구축을위한관련된기술을포함함 3 인증, 표준화( 계통연계) 해상풍력발전단지건설시계통연계시스템및변전소의성능및안전성평가에 관한인증기술을포함함 4 인증, 표준화( 단지) 형식인증을기확보한풍력발전기의해상풍력발전단지설치시사이트평가, 하 부지지구조물등의평가, 검증하기위한단지인증관련기술을포함함 < 표 5-14> 인증, 표준화단지의유망기술 중분류소분류유망기술 인증, 표준화 인증표준화 ( 시스템) 인증표준화 ( 요소부품) 인증표준화 ( 계통연계) 인증표준화 ( 단지) 육상풍력성능평가/ 인증, 시스템기술 해상풍력성능평가/ 인증, 시스템기술 풍력발전기반복합시스템성능평가/ 인증, 시스템기술 육/ 해상용풍력발전기 Type Testing Site 확대기술 중요부품성능/ 신뢰성평가및부품인증시스템구축기술 계통연계시스템및변전소인증기술 프로젝트( 단지) 인증기술 (3) 개정내용 2012 년로드맵에서는계통연계시스템과인증표준화 기술을중분류기술로신규 편입시켰으며, 기존소분류기술이었던해상풍력발전기술을삭제하고별도의육/ 해 상풍력발전구분없이소분류기술내부에유망기술단위로통합시켰음 2011년소분류로구분된풍력시스템기술은각각정량적인용량기준에따라 100 kw 미만의소형시스템과, 중형(100 kw이상 5 MW 미만), 초대형(5 MW 이상) 으로 세분화하여분류하였으며, 요소부품은각각기능별로전기제어, 기계, 블레이드, 지 지구조물로세분화하여구분하였음 기존복합발전으로분류된소분류기술은하이브리드발전체계뿐아니라풍력과타 산업간연계기술을포함할수있도록융복합시스템으로소분류명칭을변경하였음 265

285 2012 산업기술로드맵 신재생에너지( 전기) 기존풍력발전시스템중분류내에소분류로구분했던실증및성능평가기술은 2012 년기술분류체계에서는풍력발전단지기술로분류를변경하였음 해상풍력발전단지확대에따른기술수요를반영하기위해계통연계시스템을중분류 기술에신규편입하였으며육/ 해상계통연계에관련된소분류기술을신규편입하였음 풍력발전단지에해당하는소분류기술은해상풍력발전에서의경제성확보기술수 요를감안하여단지설계및운송 설치기술을신규편입하였으며, 최근유지보수 비용저감및시스템신뢰성확보를위한연구추세를감안하여운영및유지보수기 술을분리하여각각소분류로편성하였음 인증및표준화분야는국내풍력산업의수출경쟁력과신뢰도향상을위한기술수 요를기반으로새롭게중분류기술로편입하였으며각각시스템과, 요소부품, 계통 연계, 단지기술로분류하여소분류기술을정의하였음 < 표 5-15> 유망기술체계도개정사항 ( 풍력) 중분류 풍력발전시스템 풍력발전단지 2011년소분류풍력시스템요소부품소형풍력발전복합발전실증및성능평가자원평가영향평가단지운영및유지보수해상풍력발전 중분류 풍력발전시스템 계통연계시스템 풍력발전단지 인증표준화 2012년소분류소형( 100 kw 미만) 시스템중대형 (100 kw 5 MW) 시스템초대형(5 MW ) 시스템융복합시스템요소부품( 전기, 제어) 요소부품( 기계) 요소부품( 블레이드) 요소부품( 지지구조물 ) 변전소 HVDC Cable 실증및성능평가자원평가영향평가단지설계운송, 설치운영유지보수인증표준화 ( 시스템) 인증표준화 ( 요소부품) 인증표준화 ( 계통연계) 인증표준화 ( 단지) 266

286 Ⅴ. 유망기술 (4) 유망기술체계도 대분류중분류소분류유망기술 풍력 풍력발전시스템 소형 (~100kW 미만) 시스템 중대형 (100kW~5MW) 시스템 초대형 (5MW~) 시스템 융복합시스템 요소부품 ( 전기, 제어) 요소부품 ( 기계) 요소부품 ( 블레이드) 요소부품 ( 지지구조물 ) 성능지표및목표 성능지표 고RPM 저소음소형풍력시스템기술최선진수준대비기술수준 (%) 도시형소형풍력발전시스템기술최선진수준대비기술수준 (%) 고효율저풍속풍력발전시스템개발실증 / 기술최선진수준대비기술수준 (%) 해상풍력시스템개발/ 실증기술최선진수준대비기술수준 (%) S 클래스풍력발전시스템개발/ 실증기술최선진수준대비기술수준 (%) MW-8MW 미만해상풍력시스템개발실증 / 기술최선진수준대비기술수준 (%) MW 이상풍력발전시스템개발/ 실증기술최선진수준대비기술수준 (%) >90 디젤-풍력하이브리드발전시스템개발및실증기술 최선진수준대비기술수준 (%) 풍력기반신재생에너지복합발전시스템기술풍력분담율 (%) 해상풍력기반어업연계복합시스템개발기술최선진수준대비기술수준 (%) 풍력수소융합발전시스템개발기술최선진수준대비기술수준 (%) 고신뢰성 PMSG 기술최선진수준대비기술수준 (%) 고효율제어시스템기술최선진수준대비기술수준 (%) 대용량전력변환장치신뢰성향상기술최선진수준대비기술수준 (%) 슬림형해상풍력발전기용변압기개발기술최선진수준대비기술수준 (%) 초대형초전도발전기설계및제작기술최선진수준대비기술수준 (%) - >90 >95 부유식발전시스템용제어기술최선진수준대비기술수준 (%) - 70 >90 허브/ 프레임경량화기술용량( MW급) 3 >3 - 대형주축베어링개발기술용량( MW급) 초대형주축경량화기술용량( MW급) MW급증속기신뢰성확보기술최선진수준대비기술수준 (%) 초대형증속기경량화및신뢰성향상기술최선진수준대비기술수준 (%) - 70 >95 요/ 피치베어링개발기술최선진수준대비기술수준 (%) 요/ 피치감속기및시스템개발기술최선진수준대비기술수준 (%) 대용량커프링제작및신뢰성확보기술최선진수준대비기술수준 (%) 해상용제동장치개발기술최선진수준대비기술수준 (%) 풍력발전기용 Tower 승강기개발기술최선진수준대비기술수준 (%) 윤할제개발기술최선진수준대비기술수준 (%) 블레이드익형개발기술최선진수준대비기술수준 (%) 85 >95 - 대형고효율블레이드개발기술용량( MW급) 3 >7.5 >9 블레이드생산성향상기술용량( MW급) 접이식블레이드설계/ 제작기술최선진수준대비기술수준 (%) 스마트센서일체형블레이드개발기술최선진수준대비기술수준 (%) - 80 >95 능동하중저감블레이드개발기술최선진수준대비기술수준 (%) - 80 >90 카본화이버적용블레이드개발기술최선진수준대비기술수준 (%) 블레이드용소재국산화기술최선진수준대비기술수준 (%) - 85 >95 Hybrid Tower 설계, 제작및시공기술최선진수준대비기술수준 (%) 자주식타워설계, 제작및시공기술최선진수준대비기술수준 (%) MW~8MW 미만급해상풍력수중기초기술최선진수준대비기술수준 (%)

287 2012 산업기술로드맵 신재생에너지( 전기) 대분류중분류소분류유망기술 계통연계시스템 풍력발전단지 성능지표및목표 성능지표 MW이상급해상풍력수중기초기술최선진수준대비기술수준 (%) 부유식해상기초설계, 제작및시공기술최선진수준대비기술수준 (%) 부유식계류시스템설계, 제작및시공기술최선진수준대비기술수준 (%) 내식성소재해상풍력이용기술최선진수준대비기술수준 (%) >95 부유식수조모형시험기술최선진수준대비기술수준 (%) 변전소해상변전소개발기술최선진수준대비기술수준 (%) HVDC 해상변전소용 해상변전소용 TR 개발기술최선진수준대비기술수준 (%) GIS 개발기술최선진수준대비기술수준 (%) HVDC 연계기술최선진수준대비기술수준 (%) HVDC 장치개발기술최선진수준대비기술수준 (%) HVDC용전력전자소자개발기술최선진수준대비기술수준 (%) Cable 고전압케이블용소재개발기술최선진수준대비기술수준 (%) 실증및성능평가 해저케이블개발기술최선진수준대비기술수준 (%) 해저케이블보호공법개발및실증기술최선진수준대비기술수준 (%) 해저케이블손상모니터링기술최선진수준대비기술수준 (%) - >95 - 육/ 해상실증및시범단지개발, 운영기술최선진수준대비기술수준 (%) 자원평가육/ 해상자원 DB 구축및분석기술최선진수준대비기술수준 (%) 단기풍력발전량예측/ 예보기술최선진수준대비기술수준 (%) - >95 - 영향평가육상환경영향평가기술최선진수준대비기술수준 (%) 해상환경영향평가기술최선진수준대비기술수준 (%) 단지내후류영향분석기술최선진수준대비기술수준 (%) 단지설계해상풍력발전기최적배치기술최선진수준대비기술수준 (%) 운송, 설치 복잡지형복합기상단지설계기술최선진수준대비기술수준 (%) 해상풍력단지 Grid 설계기술최선진수준대비기술수준 (%) 초대형풍력발전시스템운송및설치기술최선진수준대비기술수준 (%) Substructure 운송및설치기술최선진수준대비기술수준 (%) 해상풍력발전용설치장비및시스템개발기술최선진수준대비기술수준 (%) 해상변전소운송및설치기술최선진수준대비기술수준 (%) 해저케이블설치기술최선진수준대비기술수준 (%) 운송, 설치시뮬레이션기술최선진수준대비기술수준 (%) 운영단지통합제어기술최선진수준대비기술수준 (%) 풍력단지감시및원격운영기술최선진수준대비기술수준 (%) 85 >95 - 선박충돌예방및최소화기술최선진수준대비기술수준 (%) 유지보수풍력발전시스템 Predictive Maintenance 기술최선진수준대비기술수준 (%) 풍력발전단지 Predictive Maintenance 기술최선진수준대비기술수준 (%) Substructure 안전진단및보수보강엔지니어링기술 최선진수준대비기술수준 (%) 요소부품 ( 블레이드, 증속기, 발전기등) 손상최선진수준대비기술수준 (%) 예방보전기술 해저케이블긴급복구기술최선진수준대비기술수준 (%) 해상변전소용주요기기의예방보전기술최선진수준대비기술수준 (%) 해상풍력발전용유지보수장치및개발기술 시스템최선진수준대비기술수준 (%)

288 Ⅴ. 유망기술 대분류중분류소분류유망기술 인증, 표준화 인증표준화 ( 시스템) 인증표준화 ( 요소부품) 인증 표준화 ( 계통연계) 인증표준화 ( 단지) 성능지표및목표 성능지표 육상풍력성능평가/ 인증, 시스템기술최선진수준대비기술수준 (%) 해상풍력성능평가/ 인증, 시스템기술최선진수준대비기술수준 (%) 풍력발전기반복합시스템성능평가/ 인증, 시스템기술 최선진수준대비기술수준 (%) 육해상용 / 풍력발전기 Type Testing Site 확대기술최선진수준대비기술수준 (%) 중요부품성능/ 신뢰성평가및부품인증시스템구축기술 최선진수준대비기술수준 (%) 계통연계시스템및변전소인증기술최선진수준대비기술수준 (%) 프로젝트( 단지) 인증기술최선진수준대비기술수준 (%)

289 2012 산업기술로드맵 신재생에너지( 전기) 4 수소 (1) 개요 수소원자 (H + ) 는원자번호 1번의원소로서우주를구성하는기본원소로지구상에 가장풍부히존재하는원자임. 수소(H 2 ) 는이원자 2개가결합된분자로서태양에 많이존재하는것으로밝혀지고있으며지구상에도산화된형태로서물분자 (H 2 O) 에많이포함되고있음. 수소는폭발성이있으며점화원과산소가존재하면폭발적 으로연소하며물분자로만들어지며공기보다가벼운연료가스로볼수있음. 수 소는그자체가무독성이며연소하여도무해한물분자로만들어지므로매우우수 한연료이며에너지전달체계로사용될수있음. 따라서화석연료의고갈과이의 연소에따른이산화탄소의온실효과가입증된지금청정하고편리한에너지전달 체계용연료로서주목되고있음 수소에너지기술은대기중에는거의존재하지않고다른에너지를써야만만들수 있음( 수소는산화된상태가매우안정하여대부분이물로되어있고이를환원하기 위해서는에너지의투입이필요함). 따라서수소의제조기술, 이를저장하는기술 그리고이를활용하는기술로대분류할수있음. 수소의제조기술은다시화석연 료개질(Reforming), 물의전기분해(Electrolysis), 열화학적방법, 생물학적방법그리 고광화학적분해기술등이있음. 수소에너지의저장방법은고압기체, 액체수소, 흡착저장, 흡장저장및화학적수소저장방법등이있음 (2) 유망기술 수소 - 수소생산설비 수소생산을위한다양한방식에관한것으로화석연료에서수소를생산하는천연가 스/ 석유, 물을전기분해하여수소를생산하는전기분해그리고열화학분해, 생물학적 분해, 광화학적분해등이있음 270

290 Ⅴ. 유망기술 1 천연가스/ 석유개질 천연가스/ 석유를이용하여수소를제조하는방법에대해서는수증기개질을비롯해 많은연구가진행되어왔으며, 현재에는천연가스에대한수증기개질방법을통해상용 화에근접한수소생산가격을확보할수있음. 이외에도부분산화, 자열반응, 열분해, 플라즈마개질등과같은방법으로천연가스/ 석유로부터직접수소를생산할수있음. 천연가스의직접분해는지구온난화문제를해결하고수소의대량제조가가능하며동시 에부산물로얻어지는고순도의 어많은주목의대상이되고있음 Carbon 을활용할수있는일석삼조의기술로서최근들 관련기술로는수소를제조할때발생되는여러물질들을분리장치를이용하지않고 반응과분리가한반응기에서일어나도록하는고온분리막및막반응기에대한기술개 발이이루어지고있음. 또한수소인프라구축을위해천연가스를이용한컴팩트한수소 제조장치를사용하여필요한수소를현장에서직접제조하는현지설치형의수소스테이 션용개질기술개발이활발히이루어지고있음 또한가정용및건물용연료전지개질기술은연료전지에필요한수소를공급하기위 한수소제조장치로수소스테이션용의수소제조장치와달리개질기후단에저온전환반 응기와 PROX 반응기등이있으며, 고순도수소를제조하는수소분리장치(PSA) 가없다 는것이특징임 그리고발전용연료전지 Prereformer 개질기술은다양한연료를사용하여외부개질 형발전용연료전지에수소연료를공급하는수소제조장치로서내부개질형보다다양 한연료사용의장점으로인해기술개발이진행중에있음 2 전기분해 전기분해에의한수소제조방법은직접전기를사용하여물을전기분해하여수소와 산소를생산하는방법으로전해질의종류, 운전온도에따라알칼리수전해기술, 고분 자전해질수전해기술, 고온수증기전해기술로구분된다. 알칼리수전해기술과고분 자전해질수전해기술은발전소발전기냉각, 반도체제조, 금속환원용등의특수분야 에상용화된기술이며,700C 이상고온에서운전되는고온수증기전해기술은상용화 시기가 2030년으로예상되는미래기술임 물전기분해에의한수소제조는제조비용중전기비가 50% 이상을차지하지하는에 너지다소비공정으로전기비를줄이기위해전기분해장치의고효율화, 고전류밀도운 271

291 2012 산업기술로드맵 신재생에너지( 전기) 전, 고압운전에대하여고분자전해질수전해기술을중심으로연구가활발히진행되고 있음 미래기술인고온수증기전해기술은 700C 이상에서운전되므로소재의활성및내 구성중심의연구가진행되고있음 불연속적인전력생산특성을가지는재생전원과물분해수소제조의연계기술에대 한경제성은 2020 년대초확보될것으로전망되며, 현재는이에대비한실증연구가활 발히진행되고있으며부하변동에대한응답특성이우수한고분자전해질수전해기술 이연구중심에있음 수소스테이션의경제성확보를위하여압축기가필요없이고압수소가스가발생가 능한고압고분자전해질수전해기술이개발진행중에있음. 현재는개질장치또는물 분해장치로부터생산되는저압의수소를다단압축기를이용하여압축하는과정에서 에너지비용및보수유지에많은비용이투입되고있음 3 열화학분해 열화학분해방법으로고온의폐열을이용하여물을여러단계의화학반응및분리 공정을거처수소와산소로분해하는시스템기술임 4 생물학적분해 생물학적분해방법으로태양광과같은자연에너지를에너지원으로활용하고박테리 아또는조류등의미생물을이용하여물을분해함으로써수소를얻는기술이며, 박테 리아또는조류와같은균주개발이핵심임. 또한태양에너지, 물, 대기중이산화탄소 이용으로효율적인생물학적수소제조기술및생물학적고정에의한환경기술의확보 가능함 5 광화학적분해 광화학적분해로서고효율가시광감응물분해광촉매소재기술을이용수소를제조 하는친환경적인청정기술이며, 태양광의에너지의대부분을차지하고있는가시광 (450nm~700nm) 및장파장자외선(350nm~450nm) 영역만을고려할때 1.5 ev 2.5 ev 및2.5 ev 3.5 ev 의에너지대(Band Gap) 를갖는광촉매재료를개발해야하고, 또한 물과같은극성용매속에서장기간분산되어있는경우에도구조가안정해야하므로많 은경우산화물계통의재료들이주로연구되고있음 272

292 Ⅴ. 유망기술 < 표 5-16> 수소생산설비의유망기술 중분류소분류유망기술 수소생산설비 천연가스 / 석유개질 전기분해 열화학분해 생물학적생산 광화학적분해 고온분리막및박반응기사용수소분리및정제기술 수소스테이션용개질기술 가정용및건물용연료전지개질기술 발전용연료전지 Prereformer 개질기술 알칼리수전해기술 고체고분자수전해시스템기술 고효율수증기전해기술 고효율열화학분해공정기술 광합성미생물에의한수소생산기술 통합형바이오매스가스화상용화기술 광전기화학적수소생산기술 광촉매를이용한수소생산기술 수소저장설비 수소저장기술은생산된수소를안정적으로저장하기위한설비에관한것으로, 수소 를기체상태로저장하거나, 액체상태로저장또는흡착, 흡장및화학적수소저장등 이있음 1 고압기체 고압기체로저장하는방법으로수소를기체상태로저장하는가장일반적인방법이 며고압에안정하도록설계된강철이나경량복합재료탱크 (Lightweight Composite Tank) 에 bar 의압력으로수소를저장하는방법임. 현재기술수준에서수소저 장탱크가포함된시스템을기준으로약 20kg/m 3 및 4 6wt% 의수소저장용량을나타 내고, 고압에서안정한복합재료탱크제작기술과제작단가저감기술및고압기체고속 충전기술이상용화기술의핵심이라할수있음. 또한재료의파손관련연구, 강하면서 도저가의구조재료, 특히탄소섬유의개발과고효율청정압축기(1,000 bar) 개발등이 기술개발범위에포함됨 2 액체수소 액체수소에의한저장방법으로수소를액화온도(-253 ) 까지냉각하여액체로수소 를저장하는기술로, 액체수소는 -253 에서 70.8 kg/m3 의밀도를나타내고, 현재기술 273

293 2012 산업기술로드맵 신재생에너지( 전기) 수준에서극저온저장탱크가포함된시스템을기준으로약 35 kg/m 3 및 5 6 wt% 의 수소저장용량을나타내어, 고압기체저장에비해부피기준으로에너지밀도가다소 높으나수소를액화시킬때많은에너지가소모되며, 지속적으로수소가기화되므로, 고효율액화기술과함께단열용기개량, 비등으로손실된수소의자동회수및이용기 술이필요함 3 흡착저장 흡착저장에의한방법으로고표면적수소저장재료에수소를물리적또는화학적으 로흡착하여수소를저장하고방출하는방법으로, 수소흡착재료자체의변화는없음. 흡착저장기술의핵심은상온에서분자상태의수소를흡착할수있는비표면적이크고 흡착엔탈피가충분히큰다공체물질제조기술인상온흡착기술과저장밀도를향상 시키는고용량수소저장이가능한고표면적수소저장재료합성기술, 수소저장/ 방출 에따른효율적인열관리기술등임 4 흡장저장 흡장저장에의한방법으로수소저장재료의결정격자내부에수소가침입함으로써 수소를저장하는방법으로금속수소화물( 수소흡장합금) 을이용하는방법이잘알려져 있으며, 수소의저장과방출이가역적으로일어나는것이특징임. 유망기술로는수소 방출에따른온도를저감하기위한수소저장/ 방출용량및속도향상을위한재료처 리기술, 수소저장/ 방출에따른효율적인열관리기술및전체저장시스템구성기술 등임 5 화학적수소저장 화학적수소저장에의한방법으로화학수소화물은화학반응을이용하여수소를저장 하는재료로서, 수소저장/ 방출반응이비가역적으로일어나수소방출에의해생성된 물질을다시원상태의화학수소화물로재생시키는반응공정이필요한것이특징임. 화 학수소화물에의한수소저장의유망기술은일반적으로급격히일어나는수소방출반 응의제어및열관리기술, 저장용량을향상시키기위한자열반응기제작및대형화 기술, 화학수소화물의효율적인재생기술및경제적인화학수소화물합성기술등이있 음. 화학수소화물로는 NaBH4와같은붕소수소화물의가수분해반응을이용하는방법 이잘알려져있으며, 현재기술수준에서시스템기준으로 DOE의2007 년도목표에근 접한약 30kg/m 3 및 wt% 를나타냄. 그러나그이상으로수소저장용량을향 상시키는것은현재기술수준에서는매우힘들것으로여겨지고있음 274

294 Ⅴ. 유망기술 < 표 5-17> 수소저장설비의유망기술 중분류소분류유망기술 수소저장설비 고압기체 액체수소 흡착저장 화학적수소저장 저가고강도경량용기제조기술 고효율/ 고순도고압압축기술 수소누설감지및안전관리기술 고효율액화기술 저가단열기술 상온흡착기술 부피저장밀도향상기술 수소방출온도저감기술 저장탱크열관리기술 저장용량향상기술 고효율재생기술 (3) 개정내용 수소분야의기술체계도는수소생산을위한 소를저장하기위한 수소저장설비( 중분류) 로구성됨 수소생산설비( 중분류) 와생산된수 - 수소생산설비( 중분류)- 천연가스/ 석유개질( 소분류) 에 가정용및건물용연료전지 개질기술( 유망기술) 과 발전용연료전지 Prereformer 개질기술( 유망기술) 을 추가하였음 - 수소생산설비( 중분류)- 전기분해( 소분류) 의 고효율알칼리수전해기술( 유망기 술 ) 을 알칼리수전해기술( 유망기술) 로, PEM 연계수전해시스템기술( 유망 기술 ) 을 고체고분자수전해시스템기술( 유망기술) 로, 고효율수증기전해기 술( 유망기술) 을 고온수증기전해기술( 유망기술) 로각각개정하였음 275

295 2012 산업기술로드맵 신재생에너지( 전기) (4) 유망기술체계도 대분류중분류소분류유망기술 수소 수소생산설비 수소저장설비 천연가스 / 석유개질 고온분리막및박반응기사용수소분리및정제기술 성능지표및목표 성능지표 수소투과도 (CCM/ cm2) 수소스테이션용개질기술개질효율 (%) 가정용및건물용연료전지개질기술개질효율 (%) 발전용연료전지 Prereformer 개질기술개질효율 (%) 전기분해알칼리수전해기술변환효율 % ( 셀면적m2) 66(0.1) 77(1) 83(2) 고체고분자수전해시스템기술 변환효율 (%) 수소발생압력 (bar) 고온수증기전해기술변환효율 (%) 열화학분해고효율열화학분해공정기술변환효율 (%) 생물학적생산 광화학적분해 광합성미생물에의한수소생산기술광효율 (%) 통합형바이오매스가스화상용화기술 광전기화학적수소생산기술 광촉매를이용한수소생산기술 mol H2/mol육탄당 태양광- 수소변환효율 (%) 태양광- 수소변환효율 (%) 고압기체저가고강도경량용기제조기술저장중량비율 (%) 고효율/ 고순도고압압축기술압력 (bar) 수소누설감지및안전관리기술 response time(sec) <3 <2 <1 액체수소고효율액화기술용량 (L/hr) 저가단열기술열전도율 (10-3/m/k) 흡착저장상온흡착기술저장용( 시스템기준 wt%) 화학적수소저장 부피저장밀도향상기술부피저장밀도 ( kg/ m3) 수소방출온도저감기술온도 ( ) 저장탱크열관리기술작동온도편차 ( ) 저장용량향상기술 저장용( 시스템기준 wt%) 고효율재생기술재생효율 (%)

296 Ⅴ. 유망기술 5 연료전지 (1) 개요 연료전지란연료( 수소, 메탄올, 석탄, 천연가스, 석유, 바이오매스가스, 매립가스등) 의화학에너지를전기화학반응에의해전기에너지로직접변환하는발전장치로서, 기 존의발전기술보다높은발전효율그리고공해물질을줄이면서전기와열을동시에생 산하는기술 연료전지는적용대상에따라수십kW MW 급의수송용( 자동차용 PEMFC 및선박 용 MCFC), 1 10 kw 급의건물용(PEMFC, SOFC), 수백 kw 10 MW급의발전용 (MCFC, SOFC), 수 W~수 kw 급의휴대용(DMFC) 등으로구분됨 기술별로는고분자전해질연료전지 (PEMFC, Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell), 용융탄산염연료전지(MCFC, Molten Carbonate Fuel Cell), 고체산화물연료전지(SOFC, Solid Oxide Fuel Cell), 직접메탄올연료전지(DMFC, Direct Methanol Fuel Cell) 가있음 연료전지시스템은전극, 전해질, 분리판등을제작하는소재및제조공정기술, 스 택설계및제작기술, 연료변환장치,BOP 및제어기술, 시스템설계및운전기술등을 포함함 < 그림 5-2> 연료전지응용분야 277

297 2012 산업기술로드맵 신재생에너지( 전기) (2) 유망기술 PEFC 고분자막을전해질로사용하는연료전지로서, 작동온도가낮아시동시간이짧고, 부하추종성이우수하며, 출력밀도가높아자동차용으로개발되고있음. 가격저감, 내 구성향상, 출력밀도향상, 냉시동성향상등의기술적과제가있음. 건물용 PEMFC 의 경우수송용 PEMFC 와기술적으로매우유사하지만운전모드가달라가격저감, 내구 성향상의기술적과제가있으며, 특히개질기와연계운전으로인한시스템신뢰성향 상이중요함 1 PEFC 시스템 자동차용 PEMFC 시스템설계및제조기술, 건물용시스템설계및제조기술, 소형 선박, MHV, 백업전원등의용도에최적화된 PEMFC 시스템설계및제조기술, 연료전 지수명과시스템안정성을향상시키고, 시스템효율을극대화할수있는운전및제어 기술, 연료전지시스템에필요한각종부품(M-BOP,E-BOP) 을모듈화하는기술, 연료전 지시스템운전을위한기계부품 ( 연료재순환펌프, 공기블로우어, 공용분배기, 인클 로져, 가습기등) 을설계하고제조하는기술, 연료전지시스템운전을위한전기부품 ( 인버터, 컨버터등) 을설계하고제조하는기술등을포함함 2 PEFC 스택 고활성고내구성 PEFC 촉매개발및대량생산기술,PEFC 용저가전해질막개발및 대량생산기술, 탄소섬유및PEFC 용기체확산층제조기술, 전극과전해질을일체형 으로제조한핵심부품인막- 전극접합체 (MEA) 제조기술, 분리판소재개발, 유로설 계및가공기술,MEA 와분리판을적층하여구성되는스택의출력과효율을극대화할 수있도록설계하고제조하는기술등을포함함 278

298 Ⅴ. 유망기술 < 표 5-18> PEFC의유망기술 중분류 소분류 유망기술 자동차용시스템설계및제조기술 건물용시스템설계및제조기술 소형선박, MHV, 백업전원용시스템설계및제조기술 PEFC 시스템 운전제어기술 부품모듈화기술 PEFC용 M-BOP 설계및제조기술 PEFC PEFC용 E-BOP 설계및제조기술 촉매제조기술 전해질제조기술 PEFC 스택 GDL 제조기술막- 전극접합체(MEA) 제조기술 분리판및가스켓설계및제조기술 스택설계및제조기술 MCFC 용융탄산염을전해질로사용하는연료전지로서, 주로발전용시스템으로개발되어 왔음. 발전용은수백 kw MW 급의연료전지시스템으로, 단위모듈의대형화장수명 화를위한제작기술개발이추진되고있으며소형열병합발전용연료전지는스택의성 능및신뢰성확보와대량보급을위한경제성개선에중점적으로개발하고있으며, 최 근선박용전원으로적용을시도하고있어해상환경에서의운행특성을만족하기위한 기술개발이필요함 1 MCFC 시스템 MCFC 를구동시키기위해연료/ 공기/ 물을공급하기위해개질기, 탈황기, 촉매연소기, 순수공급장치등 Mechanical BOP(Balance of Plant) 와전력변환기를비롯한 Electrical BOP 를설계하고양산화하는기술, 분산발전용중대형시스템을설계, 제어, 최적화 및양산화하는기술과발전용연료전지와타플랜트등과연계한융복합시스템의최 적화기술, 발전용연료전지시스템을선박용및해상구조물에효율적으로설치하고, 선박등에효율적으로연계하기위한배관및내부구조를최적화하는기술, MCFC 단 독또는연계된시스템과의통합할수있는제어로직개발및전력계통과의연계에관 련된기술과현장또는원격운전하며, 유지/ 보수하는기술등을포함함 279

299 2012 산업기술로드맵 신재생에너지( 전기) 2 MCFC 스택 스택은단위모듈의화학에너지를전기에너지로변환하는부분으로단전지( 전해질, 전 극등) 를구성하는연료극, 공기극, 전해질등의물성을제어하여고성능, 장수명, 저비 용의구성요소를제조하는기술, 전류집전판,BipolarPlate, 내부개질촉매및반응기설 계와양산화하는기술, 스택의유로, 면압, 밀봉, 절연구성품을설계/ 제작하고조립/ 양 산공정개발과관련된기술, 발전용중대형연료전지스택을성능및내구성의관점에 서최적설계하는기술, 선박환경에적합한( 무게, 부피의최소화및진동, 충격에최적 환등) 스택모듈설계및제작기술등을포함함 < 표 5-19> MCFC의유망기술 중분류소분류유망기술 MCFC MCFC 시스템 MCFC 스택 발전용시스템설계및제조기술 융복합시스템및인터페이스기술 선박용시스템및인터페이스기술 MCFC 용운전제어기술 MCFC용 M-BOP 설계및제작기술 MCFC용 E-BOP 설계및제작기술 MCFC 용전극및전해질제조기술 MCFC 용분리판및내부개질기설계및제작기술 MCFC 용스택구조물설계및제작기술 발전용스택모듈설계기술 선박용스택모듈설계기술 SOFC SOFC 는세라믹소재의분말원료를사용하는연료전지로서, 고온에서운전되므로 비싼귀금속촉매가필요없으며다양한연료( 천연가스, 석탄, 석유, 매립지가스, 수 소등) 의사용이가능하여효율적이고경쟁력있는연료전지시스템개발이가능함. 특 히, 분산전원으로활용에유리하여열병함발전시스템, 터빈복합발전시스템, 무정전 back-up 발전시스템, 건물용발전시스템등의고부가가치제품군의개발이필요함 1 SOFC 시스템 발전시스템으로서 SOFC 의특성에상응하는연료개질기, 블로워등의 Mechanical BOP(Balance of Plant) 와전력변환기등의 Electrical BOP를설계하고양산화기술이필요 함. 다양한제품군을개발하기위하여스택및BOP 의패키징기술, 내부효율적인열관 280

300 Ⅴ. 유망기술 리를위한전산모사를통한시스템최적화기술, 안전적인장기운전을위하여시스템 평가및운전기술, 원가절감및고부가가치제품개발을위한시스템및BOP 대량생산 기술등을포함함 2 SOFC 스택 SOFC 스택은양극, 전해질, 음극으로이루어진단전지와이를연결하는분리판, 그리 고가스밀봉은위한밀봉재, 집전을위한 Interconnector 등으로이루어져있음. SOFC는 양극, 음극, 전해질등이세라믹으로이루어져있으며재료특성에따른제조및국산화 기술이진행되고있음. 작동온도가높아분리판, 밀봉재, Interconnector 의소재선정어 려우며분리판유로설계및제작에기술이필요함. 또한,SOFC 스택은제조형태에따 라평판형, 원통형, 평관형으로나눠지며이에따라분리판, 밀봉재, Interconnector 등의 설계및스택제작의기술등을포함함 < 표 5-20> SOFC의유망기술 중분류소분류유망기술 SOFC SOFC 시스템 SOFC 스택 건물용시스템설계및제조기술 발전용시스템설계및제조기술 SOFC 시스템운전및제어기술 SOFC용 M-BOP 설계및제조기술 SOFC용 E-BOP 설계및제조기술 고성능, 고신뢰성셀( 전극, 전해질) 기술 고성능, 고신뢰성 Interconnector 기술 SOFC 고온밀봉재기술 평판형스택설계및제조기술 평관형스택설계및제조기술 원통형스택설계및제조기술 DMFC DMFC 는메탄올을연료로직접사용하는연료전지의형태로소형IT 기기, 군사용파워팩, 방송용카메라, 지게차, 소형이동체등수W kw 급의휴대및이동용전원으로의개발이유망함 1 DMFC 시스템 DMFC 크게연료전지스택부분과시스템부분으로크게나눌수있으며, 시스템은 281

301 2012 산업기술로드맵 신재생에너지( 전기) 휴대용시스템의설계및제조, 이동형시스템설계및제조, E-BOP, M-BOP 개발, 시 스템보호장치, 이차전지와의하이브리드운전기술개발등이필요기술임 2 DMFC 스택 DMFC 의스택은시스템의성능, 수명등의특성을결정짓는가장중요한부분중의 하나로전극, 전해질, 분리판등으로구성됨. 유망기술로는고성능촉매제조, 메탄올 Crossover 전해질막제조, MEA 제조기술, 경량고강도분리판및개스킷제조기술, 스택열화특성규명, 장기운전기술확보등임 < 표 5-21> DMFC의유망기술 중분류 소분류 유망기술 DMFC 시스템 휴대용시스템설계및제조기술이동형(Vehicle) 시스템설계및제조기술 DMFC용 M-BOP 설계및제조기술 DMFC용 E-BOP 설계및제조기술연료전지- 이차전지하이브리드기술/ 운전제어기술 DMFC DMFC 스택 DMFC 촉매제조기술메탄올 Crossover 저감전해질막제조기술 DMFC용 GDL 제조기술 DMFC 막- 전극접합체(MEA) 제조기술 DMFC용분리판및가스켓제조기술액체형및 DMFC 스택설계및제조기술 융복합/ 차세대시스템 연료전지를기반으로 IGCC, 가스터빈, CO 2 회수설비, 신재생에너지등다양한시스 템과연계하여종합에너지효율을향상시키고, 실제환경에서대규모실증을통해검 증하는체계구축이중요함 1 미래형융합시스템 연료로석탄합성가스를사용하는연료전지_IGCC 복합플랜트(IGFC), 연료전지의배 가스를가스터빈에공급하거나, 열/ 냉동사이클에공급하여전체열효율을증대시키는 복합플랜트,CO2를직접농축하거나 CO2 회수설비와연계한연료전지, 태양광/ 풍력/ 바 이오등신재생에너지원과의연계연료전지, 미생물및바이오응용, 음이온막알칼리 용연료전지등이포함되며, 이들을종합적으로연계하고원격상계처리(Net Metering) 하 여종합에너지효율을향상시킬수있는버츄얼 Power Plant 기술도포함함 282

302 Ⅴ. 유망기술 2 대규모실증 실제환경에서의연료전지기술검증/ 인증을위해부생수소활용가능지역에서의 Hy-Village 구축, 신도시에서의연료전지 Hy-Town 구축등을위한수소타운기반기술 과세종시정부청사내연료전지자동차운행및연료전지발전설비구축, 정부청사간 연료전지셔틀버스운행, 공항내연계연료전지버스운행, 평창올림픽연료전지차량 운행및발전설비구축등을위한수소하이웨이기반기술을포함함 < 그림 5-3> 수소타운구축개략도 < 표 5-22> SOFC의유망기술 중분류소분류유망기술 융복합 / 차세대시스템 미래형융합시스템 대규모실증 IGFC 기술 가스터빈연료전지하이브리드기술 연료전지냉온열열병합발전기술 버츄얼 Power Plant 기술 신재생- 연료전지연계시스템( 풍력, 태양광, 바이오연계) 기술 미생물/ 바이오연료전지기술 이산화탄소회수형연료전지기술 음이온막알칼리연료전지기술 수소타운기반기술 수소하이웨이기반기술 283

303 2012 산업기술로드맵 신재생에너지( 전기) (3) 개정내용 MCFC 2011년의중소분류인수송용 MCFC와발전용 MCFC를통합하여 MCFC로중분류를 통합했으며, 이에따라 2012년의소분류 MCFC 시스템은 2011년의수송용및발전용 MCFC 시스템의유망기술들을통합하여 M-BOP 설계및제작기술, E-BOP 설계및제 작기술, 운전제어기술로구분하고, 적용분야에따라발전용/ 융복합/ 선박용시스템및 인터페이스기술로구분함. 또한 2012년의소분류 MCFC 스택역시 2011년의수송용 및발전용 MCFC 스택의유망기술들을통합하여 MCFC 용전극및전해질제조기술, 분 리판및내부개질기설계및제작기술, 스택구조물설계및제작기술로구분하고, 적용 분야에따라발전용스택모듈및선박용스택모듈로구분하였음. 설계는기술체계도와 비교하여추가/ 삭제/ 개정된대표유망기술을중심으로작성 SOFC 2011년의중분류인건물용 SOFC와발전용 SOFC를통합하여 2012년의중분류를 SOFC 로통합했으며, 이에따라소분류를 SOFC 시스템및, SOFC 스택으로구분하고 2011년의건물용및발전용 SOFC 시스템의유망기술을통합하여 M-BOP/E-BOP/ 시스 템설계및제조, 시스템운전및제어기술을 SOFC 시스템유망기술로분류함. 또한 SOFC 스택의유망기술은 2011 년의유망기술인고성능/ 고신뢰성셀, Interconnector, 밀 봉재등의소재기술에구조에따른평판형/ 평관형/ 원통형스택의설계및제작기술추 가하여분류함 DMFC 2011년도중분류인휴대용연료전지를 2012년도에는 DMFC 로명명하였으며, 이에따 라소분류를 DMFC 시스템및DMFC 스택으로구분함. 유망기술로는시스템에는휴대 용시스템의설계및제조, 이동형시스템설계및제조, E-BOP, M-BOP 개발, 시스템 보호장치, 이차전지와의하이브리드운전기술로선정하고, 스택기술에는고성능촉매 제조, 메탄올 Cross-Over 전해질막제조, MEA 제조기술, 경량고강도분리판및개스 킷제조기술, 스택열화특성규명, 장기운전기술확보로작성함 284

304 Ⅴ. 유망기술 (4) 유망기술체계도 대분류중분류소분류유망기술 연료전지 PEFC MCFC SOFC DMFC PEFC 시스템 PEFC 스택 MCFC 시스템 MCFC 스택 SOFC 시스템 SOFC 스택 DMFC 시스템 성능지표및목표 성능지표 자동차용시스템설계및제조기술시스템출력밀도 (kw/l) 건물용시스템설계및제조기술종합효율 (%) 소형선박, MHV, 백업전원용시스템설계및제조기술전기효율 (%) 운전제어기술수명 (hr, 자동차용기준) 부품모듈화기술국산화율 (%) PEFC용 M-BOP 설계및제조기술국산화율 (%) PEFC용 E-BOP 설계및제조기술국산화율 (%) 촉매제조기술 Mass Activity (A/mg Pt) 전해질제조기술이온전도도 (S/cm) GDL 제조기술국산화율 (%) 막- 전극접합체 (MEA) 제조기술출력밀도 (W/cm2) 분리판및가스켓설계및제조기술 분리판성능저하율 (%/1,000hr, 건물용기준) 스택설계및제조기술스택출력밀도 (kw/l) 발전용시스템설계및제조기술발전효율 (%) 융복합시스템및인터페이스기술용량 (MW) 선박용시스템및인터페이스기술효율 (%) MCFC용운전제어기술최선진수준대비기술수준 (%) MCFC용 M-BOP 설계및제작기술최선진수준대비기술수준 (%) MCFC용 E-BOP 설계및제작기술최선진수준대비기술수준 (%) MCFC용전극및전해질제조기술단위전지성능 (V@150 ma/ cm2) MCFC용분리판및내부개질기설계및제작기술최선진수준대비기술수준 (%) MCFC용스택구조물설계및제작기술최선진수준대비기술수준 (%) 발전용스택모듈설계기술장기수명 (1000 hr) 선박용스택모듈설계기술 장기수명 (1000 hr) 용량 ( kw) 건물용시스템설계및제조기술시스템효율 (%, LHV) 발전용시스템설계및제조기술시스템효율 (%, LHV) SOFC 시스템운전및제어기술내구성 (1,000hr) SOFC용 M-BOP 설계및제조기술국산화율 (%) SOFC용 E-BOP 설계및제조기술국산화율 (%) 고성능, 고신뢰성셀( 전극, 전해질) 기술단위전지성능 (W/ cm2, 0.7V) 고성능, 고신뢰성 Interconnector 기술내구성 (1,000hr) SOFC 고온밀봉재기술최선진수준대비기술수준 (%) 평판형스택설계및제조기술내구성 (1,000hr) 평관형스택설계및제조기술내구성 (1,000hr) 원통형스택설계및제조기술내구성 (1,000hr) 휴대용시스템설계및제조기술최선진수준대비기술수준 (%) 이동형(Vehicle) 시스템설계및제조기술최선진수준대비기술수준 (%) DMFC용 M-BOP 설계및제조기술최선진수준대비기술수준 (%) DMFC용 E-BOP 설계및제조기술최선진수준대비기술수준 (%)

305 2012 산업기술로드맵 신재생에너지( 전기) 대분류중분류소분류유망기술 융복합 / 차세대시스템 DMFC 스택 미래형융합시스템 성능지표및목표 성능지표 연료전지 - 이차전지하이브리드기술/ 운전제어기술최선진수준대비기술수준 (%) DMFC 촉매제조기술국산화율 (%) 메탄올 Crossover 저감전해질막제조기술국산화율 (%) DMFC용 GDL 제조기술국산화율 (%) DMFC 막- 전극접합체(MEA) 제조기술전류밀도 ( ma/ cm2, 0.4V) DMFC용분리판및가스켓제조기술국산화율 (%) 액체형및 DMFC 스택설계및제조기술국산화율 (%) IGFC 기술용량 ( MW) 가스터빈연료전지하이브리드기술용량 ( MW) 연료전지냉온열열병합발전기술용량 ( MW) 버츄얼 Power Plant 기술총합에너지효율 (%) 신재생- 연료전지연계시스템( 풍력, 태양광, 바이오 효율(% 연료전지기준) 연계) 기술 용량( MW연료전지기준) 미생물/ 바이오연료전지기술최선진수준대비기술수준 (%) 이산화탄소회수형연료전지기술용량 (MW) 음이온막알칼리연료전지기술 대규모실증수소타운기반기술수소에너지이용률 (%, 전체에너지대비) 수소하이웨이기반기술 단위전지성능 (W/ cm2, 0.6V) 수소에너지이용률 (%, 전체에너지대비)

306 Ⅴ. 유망기술 6 IGCC (1) 개요 IGCC 기술분야에서현재추진되고있는고효율발전기술뿐만아니라기후변화에 대응하고에너지안보차원에서 Polygeneration 의개념을반영함으로서, 차세대청정석탄 발전기술경쟁력확보를위해필요한기술을도출하고효율적인연구개발을수행하기 위한기술지표를보다명확히할필요가있음 아울러국내외산ㆍ학ㆍ연관 관계자의의견과주요자료그리고중공업, 엔지니어 링및에너지업체등관련분야사업자의장기비전을중심으로수차례토론및검토 과정을통하여도출된제품및기술중에서유사기술영역과제를통합, 조정하고, 향후 조기실용화및국산화전략에파급효과가큰분야를우선선정하였음. 이를통해IGCC 산업에대한향후비전을도출하고달성하기위한기술적대안의단계별기술개발이정 표를제시하여필요기술과제품을도출함으로써개별분야의미래기술및성능지표를 제시하였음 이와같은관점에서기술의분류를체계화하여중분류, 소분류, 유망기술로구분하여 기술하였음. 중분류로는산소공급설비, 가스화, 합성가스정제및개질, 합성가스이용 시스템, 시스템 Integration 기술등 5개의중분류로기술및제품을도출하였음 (2) 유망기술 석탄가스화복합발전(IGCC) 기술은기존미분탄연소혹은유동층연소석탄발전소 의대안으로서, 석탄, 중질잔사유, 바이오매스등의다양한저급연료를고온고압 하 에서산소를사용하여연료를가스화시켜일산화탄소(CO) 와수소(H2) 가주성분인합성 가스로만들어정제한후가스터빈을구동하고배기가스열회수과정에서생산된스팀 으로증기터빈을구동하는새로운발전기술임. 90 년대중반부터미국, 유럽에서 300 MW 급실증플랜트가개발되어현재까지운전되고있으며최근미국, 유럽및일본, 중 국등에서활발한개발및상용화가진행중임.IGCC 기술은발전효율이 40% 이상으로 향후 60% 까지높아질수있고, SOx의 90% 이상, NOx 75% 이상, 이산화탄소는 25% 까 지저감가능하여석탄발전의고효율화및청정환경성을동시에이룰수있는기술임 287

307 2012 산업기술로드맵 신재생에너지( 전기) 또한 IGCC 시스템에서유망기술은가스화기술로서, 가스화공정에서생산한합성가 스를추가로개질하여석탄액화, 합성천연가스, 각종화학원료및수소등의제조에사 용될수있으므로석유고갈및고유가상황에서수소경제시대가올때까지석유, 천연 가스계연료를대체할수있는중기적대안으로서기술개발상용화가추진되고있음. 현재 IGCC는미국에서 600 MW 급이건설되어운전이시작되었으며, 석유생산관련하 여남아공에서 SASOL 공정이오래전부터운영되고있고, 중국에서도액체연료생산 플랜트기술을개발하고있음. 향후온실가스감축이계속요구되고고유가가지속되며 석유자원의고갈이가시화될경우급속한플랜트건설이예상됨에따라상기에나타낸 기술소분류를중심으로기술개발및상용화를조속히추진하여야할것임 IGCC 분야는산소공급설비, 가스화, 합성가스정제및개질, 합성가스이용, System Integration 기술등의중분류기술을중심으로구성되는데, 중분류기술의개요및각 중분류기술에포함되는각각의소분류기술들은다음과같음 산소공급설비 IGCC 기술의경우대부분의공정에서산화제로서공기대신에산소를사용함. 산소 를사용함으로써효율적으로가스화반응을완료시킬수있고생산된합성가스의체적 유량이적어서합성가스정제/ 개질/ 이용등의하류공정에서다양한이점이있는반면 에산소생산에상당한에너지가소모되어시스템의효율감소를가져오므로저에너지 형산소생산기술이필요함. 산소공급설비는심냉법산소제조기술, Advanced 산소 제조기술등의소분류기술로구분할수있음 1 심냉법산소제조기술 모든기체는고압및초저온상태에서액화되는데, 각기체마다액화되는온도가다르 다는원리를이용하여공기속에존재하는산소와질소를분리하는기술임. 대량의공기 를압축하여야하고많은장치가초저온조건에서운전되는특성을지니고있으므로대 용량공기압축기기술및대용량 Cold Box 설계기술등과같은유망기술을포함함 2 Advanced 산소제조기술 현재의심냉법산소제조기술은산소를생산하는과정에서많은에너지를필요로하기때문에중장기적으로는이를극복할수있는보다진보된저에너지소비형산소제조기술이필요함. 산소를이온화하여이동시키는 ITM(Ion Transport Membrane) 기술, 288

308 Ⅴ. 유망기술 산소에대한흡착선택성이강한흡착제를활용하는흡착분리기술등이유망한기술로 언급되고있음 < 표 5-23> 산소공급설비의유망기술 중분류소분류유망기술대용량공기압축기기술심냉법산소제조기술대용량 Cold Box 기술산소공급설비 Ion Transport Membrane 기술 Advanced 산소제조기술흡착분리기술 가스화 석탄, 중질잔사유, 바이오매스등의다양한저급연료를고온 고압하에서산소를 사용하여가스화시켜일산화탄소(CO) 와수소(H 2 ) 가주성분인합성가스로전환시키는 기술로서 IGCC 기술의가장핵심적인기술임. 석탄가스화시스템, 중질잔사유가스화 시스템, 연료공급설비, 열회수시스템, 가스화시스템운영기술등의소분류기술을중 심으로구성됨 1 석탄가스화시스템 IGCC 기술에서다양한저급연료중에서도매장량으로볼때에향후가장효용성이 큰석탄을가스화시키는시스템으로서가스화기술에서도가장핵심적인기술이며, 석 탄을분쇄시키는정도및이에따른부속적인장치에따라결정되는반응기기술로서 고정층, 유동층, 분류층및냉가스효율을획기적으로상승시킬수있는차세대가스화 기술등의유망기술을포함하고있음. 또한연료를공급하는버너기술, 가스화시스템 이고온에서운전되는특성으로인하여온도로부터반응기를보호하는내화재기술, 회재가용융된상태인슬랙을처리하는기술등과이를종합적으로설계하는기술등이 유망기술에포함됨. 또한동특성에기반한시스템의운전제어기술을포함함 2 중질잔사유가스화시스템 중질잔사유는정유공정에서발생하는저급연료로서현재는고급화( 경질화) 하여사 용하거나아스팔트의원료등으로활용되고있으나입지나경제상황등에따라서는대 량발생할수있는저급연료임. 중질잔사유가스화시스템은이러한중질잔사유를보 다효율적으로처리할수있는기술로서중질잔사유주입기술, 액상으로볼수있는 연료를취급할수있는가스화기본체설계기술등이유망기술로분류됨 289

309 2012 산업기술로드맵 신재생에너지( 전기) 3 연료공급설비 고체상태인석탄을가스화시키는경우에연료인석탄을가스화기내로정량으로그 리고안전하고안정적으로공급하는기술이필요함. 질소또는이산화탄소와같은불활 성기체로미분탄을공급하는건식공급기술에서는가스화공정에는불필요한불활성 기체의양을최소화하면서공급하는고밀도(Dense Phase) 공급기술이핵심적인유망 기술이며, 물과석탄을섞어서슬러리상태로공급하는기술에서는물의농도를적게 할수있는고농도슬러리제조기술이유망기술로포함됨. 유량조절설계기술과유량조절용밸브제작기술이유망기술에포함됨 또한정량공급을위한 4 열회수시스템 가스화기술은고체액체 연료를기체상태의고급연료인합성가스로변환시키는 기술이지만고온에서운전되어야하는특성으로인하여필연적으로합성가스는고온 상태로생산되므로여기에서효과적으로열을회수하는시스템이필요함. 가스화기반 응기자체에서열을회수하는가스화기멤브레인설계기술, 냉각기에서열을회수하는 기술및내산성고온재료기술등이유망기술에포함됨 5 가스화시스템운영 가스화시스템은매우복잡한단위공정및단위장치로이루어지는공정이므로이룰 적절하게제어하고운영할필요성이아주강함. 합성가스를급랭시키는급랭형(Quench Type) 가스화기술에서의급랭운전제어기술, 가스화시스템의최적설계기술, 동특성 해석및운전제어기술등이유망기술로분류되고있음 290

310 Ⅴ. 유망기술 < 표 5-24> 가스화의유망기술 중분류 소분류 유망기술 석탄가스화시스템 고정층석탄가스화기술유동층석탄가스화기술분류층석탄가스화기술차세대고효율석탄가스화기술석탄가스화기버너설계기술가스화시스템설계기술슬래깅기술고온용내화물제조기술가스화기동특성해석및운전제어기술 가스화 중질잔사유가스화시스템 중질잔사유주입기술가스화기본체설계기술 연료공급설비 고압고밀도건식석탄공급기술석탄농도측정및유량조절설계기술석탄유량조절용밸브제작기술고농도석탄슬러리제조공급기술 열회수시스템 가스화기수냉벽설계기술합성가스냉각기열회수기술내산성고온용소재기술 가스화시스템운영 가스화기급랭운전제어기술가스화시스템최적화기술 합성가스정제및개질 가스화시스템에서생산된합성가스에는저급연료를사용한결과로서유황또는회 재(ash) 등의불순물을많이포함하고있으므로이들을적절하고경제적으로제거하는 기술이합성가스정제기술임. 합성가스개질기술은발전또는화학원료생산등과같 이다양한하류공정에필요한상태로변환시켜주는기술임 1 입자제거시스템 가스화기술에활용될수있는다양한저급연료의종류에따라약간의차이가있지만 모든대상연료에는회재(ash) 라고불리는고형물을포함하고있는데이를효율적으로 제거하는기술의채택이필수적임. 고온에서고형물을제거하는것이시스템효율에이 득이되므로세라믹, 금속또는세라믹금속복합소재를사용하며, 이들소재를사용한 필터를적용한필터시스템의설계기술이유망기술로포함됨 291

311 2012 산업기술로드맵 신재생에너지( 전기) 2 산성가스제거시스템 저급연료내에포함된유황은가스화과정에서주성분이황화수소 (H 2 S) 인산성가스 로전환되어합성가스내에존재하므로이를제거하여야함. 산성가스에대한선택성이 높고재생시에에너지소비가적은습식매체제조기술및이를활용한습식공정설 계기술, 발생한 COS를제거가용이한물질인 H 2 S 로변환시키는기술, 고온과건식조 건에서산성가스를제거할수있는탈황공정등이짧은미래에개발되어야하는유망기 술로볼수있음 3 수성가스전환 합성가스의주성분은일산화탄소(CO) 와수소(H 2 ) 임. 일반적인 IGCC 시스템에서는이 를바로연료로사용하면되지만향후 CCS(Carbon Capture& Storage) 기술과연계하여 발전하기위해서는수성가스전환반응을이용하여일산화탄소를수소로최대한많이 전환시켜야함. 하류공정에서액체연료, 합성천연가스생산이주목적인경우에는일 반적으로일산화탄소대비수소가부족하므로일부의일산화탄소를수소로전환시킴. 고온및저온에서의수성가스전환반응, 전환반응에서발생하는이산화탄소를동시에 제거하는기술, 내유황촉매제조기술등을유망기술로볼수있음 4 CO 2 분리기술 합성가스의주성분은일산화탄소와수소이지만일부의이산화탄소 (CO 2 ) 를포함하고 있으며, 수성가스전환공정을거친경우에는다량의이산화탄소를포함하고있음. 향 후온실가스저감을위하여 CCS 기술을채택할경우에는합성가스로부터CO 2 를분리 하는기술이필수적이며, 적절한흡수제제조기술및이를이용하는습식공정기술, 건식흡수제/ 흡착제제조기술및이를활용하는건식공정기술등이유망기술로포함 됨. 시스템의투자비를획기적으로낮출수있다고알려진막분리소재제조기술및 막분리시스템기술이장기적인유망기술로포함됨 5 Hg( 수은) 제거 수은은그자체로서대기로방출되어서는안되는독성물질이며시스템의어느장치 에부착될경우에는장치의원활한운전에문제를일으키는물질이므로소량으로존재 하지만이를제거할필요성이강함. Hg 흡수제제조기술및이를활용한시스템설계 기술이유망기술임 292

312 Ⅴ. 유망기술 < 표 5-25> 합성가스정제및개질의유망기술 중분류소분류유망기술 합성가스정제및개질 입자제거시스템 산성가스제거시스템 수성가스전환 CO₂ 분리기술 Hg 제거 세라믹필터기술 금속필터기술 세라믹금속복합소재기술 필터시스템설계기술 습식정제공정설계기술 습식흡수제제조기술 COS 가수분해공정설계기술 COS 가수분해촉매제조기술 고온건식탈황공정설계기술 고온건식탈황제제조기술 유황및황산회수기술 고온및저온수성가스전환기술 반응분리동시공정기술 내유황수성가스전환촉매제조기술 습식분리공정설계기술 습식분리용흡수제제조기술 건식분리공정설계기술 건식분리용흡수제제조기술 흡착분리공정설계기술 흡착분리용소재제조기술 막분리시스템설계기술 분리막소재제조기술 Hg 제거시스템설계기술 Hg 제거용흡수제제조기술 합성가스이용시스템 IGCC 시스템에서는생산된합성가스를가스터빈의연료로사용하며이경우에는복 합발전시스템을구성할수있음. 이외에도아래와같은소분류기술을활용하여수소 제조, 합성천연가스, 합성석유등의다양한원료를생산할수있는시스템으로구성할 수있음 1 복합발전 가스화로생산된합성가스를가스터빈에서연소시켜 1 차로전력을생산하고, 가스터 빈의고온배가스로부터열을회수하여증기를생산하고이를이용하여증기터빈을구 293

313 2012 산업기술로드맵 신재생에너지( 전기) 동하여 2 차로전력을생산하는시스템기술이복합발전기술임. 수백 MWe 급의대용 량합성가스용가스터빈기술, 천연가스사용이아닌합성가스를사용하는연소기설계 기술, 고온연소의특성상필연적으로발생되는질소산화물(NOx) 저감기술등이유망 기술로포함됨 2 고순도수소제조 IGCC 기술이 CCS 기술과연계될경우, 그리고수소는그자체로서초청정연료이므 로중장기적인미래에는합성가스로부터수소를고순도로제조하는기술의확보가필 수적임. 수소분리공정기술과분리체기술이핵심적인유망기술임 3 SNG 합성가스로부터수성가스전환과정을거친후에합성천연가스인 SNG (Substitute Natural Gas) 를생산하는기술임. 별도로천연가스를확보할수있고, 현재천연가스를 사용하는곳에서는구비되어있는배관망을바로활용할수있으므로천연가스가격상 승시를대비할수있는유망한기술임. SNG 제조공정기술과합성용촉매기술등이 중요한유망기술로분류됨 4 합성석유 미래의석유자원이고갈되거나우리나라와같이석유자원이없는나라에서부족한 석유를대체할수있는기술로서, 합성가스로부터액화공정을거쳐서합성석유를생산 하는기술을지칭함. 수성가스전환반응에서 CO와 H 2 비율을 1:2로하여파라핀계열 및올레핀계열의합성석유를생산하는 F-T(Fisher-Tropsch) 합성공정및이에필요한 촉매기술, 생성된합성석유를정제하여가솔린이나디젤등의고가의생성물로고품위 화하는기술등이유망기술로포함됨. 또한합성가스로부터메탄올을생산하고이를 이용하여가솔린을생산하는 MTG(Methanol to Gasoline) 등의 non F-T 촉매및공정기 술등이유망기술임 294

314 Ⅴ. 유망기술 < 표 5-26> 합성가스이용시스템의유망기술 중분류소분류유망기술 합성가스이용시스템 복합발전 고순도수소제조 SNG 합성석유 대용량합성가스용가스터빈발전기술 합성가스용가스터빈연소기설계기술 가스터빈연소조정기술 NOx 저감기술 고효율복합발전시스템설계기술 수소분리공정기술 분리체기술 SNG 제조공정기술 SNG 합성용촉매기술 F-T 합성공정기술 F-T 합성촉매기술 Non F-T 합성공정기술 Non F-T 합성촉매기술 생성물정제및분리기술 System Integration 상기에서기술한바와같이IGCC 시스템또는각종합성석유나합성천연가스와같은 연료/ 원료생산기술은산조제조공정으로부터가스화공정및후단의합성가스이용 공정에이르기까지매우다양하고복잡한공정으로구성되어있음. System Integration 기술은이와같은다양하고복잡한공정을적절하게연계하여시스템을최적화하는기 술을지칭함. 여기에포함되는소분류기술의분류및각각에포함되는유망기술은다 음과같음 1 가스화, 산소공급및복합발전연계기술 가스화시스템에서는필연적으로열에너지를발생하며복합발전시스템에서는증기 터빈시스템에서열을필요로하므로이를적절히연계시킴으로써시스템의효율을극 대화할수있음. 산소공급시스템에서는공기를압축시켜야하는데복합발전시스템의 가스터빈시스템에서는압축된공기를보유하고있으므로이를적절히연계하는것은 시스템의효율향상에더욱중요한설계인자로작용하므로가스터빈과산소설비연계 최적화기술이아주핵심적인유망기술임 295

315 2012 산업기술로드맵 신재생에너지( 전기) 2 운전제어기술상기와같이IGCC 시스템은매우다양하고복잡한공정으로구성되어있으므로이를적절하게제어하고운전하는것이매우중요하며따라서 IGCC 발전시스템운전최적화기술을가장핵심적인유망기술이라고할수있음 3 차세대발전기술 IGCC 기술의경우국내에는이제기술도입에의한 1호기가건설되고있으나기술선 진국에서는상당수준이상으로입증된기술임. 따라서단기적으로는일반적인 IGCC 기술을선진국수준으로확보하는것이필요하지만미래에는보다고효율화및고정정 화를이룰수있는차세대발전기술이필요함. 따라서온실가스저감을위한 IGCC+CCS 연계기술, 여기에초청정연료인수소회수와의연계기술, 회수된수소를 활용하여연료전지발전과연계하는기술등이미래에아주핵심적인유망기술이라고 할수있음 < 표 5-27> System Integration 의유망기술 중분류소분류유망기술 System Integration 기술 가스화, 산소공급및복합발전연계기술 운전제어기술 차세대발전기술 가스터빈과산소설비연계최적화기술 IGCC 시스템동특성해석및운전최적화기술 IGCC+CCS 연계기술 IGCC+CCS+H₂ 회수연계기술 IGFC 기술 296

316 Ⅴ. 유망기술 (3) 개정내용 중분류체계는작년과동일하게유지하였으며, 소분류에서는기술의내용을보다 구체화하기위하여일부명칭을수정하는수준으로개정을최소화하였음 유망기술에서는내용의구체화를위한명칭변경및일부기술을추가하였음 - 석탄가스화시스템( 소분류) 의장기적인관점에서효율이높은새로운석탄가스화 시스템의필요성이대두되므로 가하였음 차세대고효율석탄가스화기술( 유망기술) 을추 - 연료공급설비( 소분류) 의 고밀도건식석탄공급기술( 유망기술) 을 고압고밀도 건식석탄공급기술( 유망기술) 로변경하였음. 실질적으로는현재기술수준에서 보다고밀도로미분탄의수송을가능하게하자는내용에서미래에상당히높은운 전압력을지니는가스화기에공급할수있도록하는내용으로변경하였으므로새 로운유망기술로대체한것과동일한결과임 - 수성가스전환( 소분류) 에서 H 2 S와COS가존재하는조건에서도전환반응이가능하 도록하는 내유황수성가스전환촉매제조기술( 유망기술) 을추가하였음 기술체계도의유망기술에대한성능지표에대해일부추가및변경이있었으며, 기 획위원및관련분야전문가의견을충분히반영하여현재의기술수준을직시하되 단기, 중기및장기적으로나아갈목표치를최대한분명하게제시하였음 297

317 2012 산업기술로드맵 신재생에너지( 전기) (4) 유망기술체계도 대분류중분류소분류유망기술 성능지표및목표 성능지표 IGCC 산소공급설비 심냉법산소제조기술 대용량공기압축기기술소모동력저감율 (%) 대용량 Cold Box 기술액체산소생산량 (ton/day) Advanced 산소제조기술 Ion Transport Membrane 기술 흡착분리기술 생산량 (ton/day) 기존심냉법대비에너지저감율 (%) 기존심냉법대비에너지저감율 (%) 생산량 (ton/day) 가스화 석탄가스화시스템 고정층석탄가스화기술 냉가스효율 (%) 처리용량 (ton/day) 유동층석탄가스화기술 냉가스효율 (%) 처리용량 (ton/day) 분류층석탄가스화기술 냉가스효율 (%) 처리용량 (ton/day) 차세대고효율석탄가스화기술냉가스효율 (%) 석탄가스화기버너설계기술 공급유량의허용오차 (%) 신뢰도 (%) 가스화시스템설계기술기존발전설비대비효율 (%) 슬래깅기술 Availability(%) 고온용내화물제조기술고온(1500oC 이상) 내구성( 개월) 가스화기동특성해석및운전제어기술기존발전설비대비효율 (%) 중질잔사유가스화시스템 중질잔사유주입기술 가스화기본체설계기술 공급유량의허용오차 (%) 신뢰도 (%) 연속가동일 (day) 신뢰도 (%) 연료공급설비 고압고밀도건식석탄공급기술 미분탄/ 질소무게비율 석탄농도측정및유량조절설계기술허용오차 (%) 석탄유량조절용밸브제작기술허용오차 (%) 고농도석탄슬러리제조공급기술석탄농도 (wt%) 열회수시스템 가스화기수냉벽설계기술기존발전설비대비기술자립도 (%) 합성가스냉각기열회수기술 증기발생효율 (%) 신뢰도 (%) 내산성고온용소재기술 내구성( 개월) 가스화시스템운영기술 가스화기급랭운전제어기술냉가스효율 (%) 가스화시스템최적화기술기존발전설비대비기술자립도 (%) 합성가스정제및개질 입자제거시스템 세라믹필터기술 집진효율 (%) 신뢰도 (%) 집진효율 (%) 금속필터기술 신뢰도 (%)

318 Ⅴ. 유망기술 대분류중분류소분류유망기술 성능지표및목표 성능지표 세라믹금속복합소재기술신뢰도 (%) 필터시스템설계기술집진효율 (%) 합성가스이용시스템 산성가스 탈황성능 (ppm) 제거시스템습식정제공정설계기술 신뢰도 (%) 수성가스전환 CO₂ 분리기술 Hg 제거 습식흡수제제조기술산성가스(H2S) 제거율(%) COS 가수분해공정설계기술신뢰도 (%) COS 가수분해촉매제조기술 고온건식탈황공정설계기술 COS 전환효율(%) 탈황성능 (ppm) 신뢰도 (%) 고온건식탈황제제조기술탈황성능 (PPM) 유황및황산회수기술황회수효율 (%) 고온및저온수성가스전환기술 반응분리동시공정기술 내유황수성가스전환촉매제조기술 습식분리공정설계기술 습식분리용흡수제제조기술 건식분리공정설계기술 건식분리용흡수제제조기술 흡착분리공정설계기술 흡착분리용소재제조기술 막분리시스템설계기술 분리막소재제조기술 Hg 제거시스템설계기술 Hg 제거용흡수제제조기술 CO 전환효율(%) CO 전환효율(%) CO ₂회수율(%) CO 전환효율(%) CO ₂회수비용 ($/ton) CO ₂회수비용 ($/ton) CO ₂분리효율 (%) CO ₂분리효율 (%) CO ₂분리효율 (%) CO ₂분리효율 (%) CO ₂분리효율 (%) CO ₂분리효율 (%) Hg 제거효율(%) Hg 제거효율(%) 복합발전대용량합성가스용가스터빈발전기술발전효율 (%) 고순도수소제조 SNG 합성석유 합성가스용가스터빈연소기설계기술 가스터빈연소조정기술 NOx 저감기술 기존발전설비대비기술자립도 (%) 신뢰도 (%) 기존발전설비대비기술자립도 (%) 신뢰도 (%) NOx 배출농도(ppm) 고효율복합발전시스템설계기술발전효율 (net, %, HHV) 수소분리공정기술수소순도 (%) 분리체기술수소분리효율 (%) SNG 제조공정기술 SNG 합성용촉매기술 H ₂전환효율(%) CH ₄선택도(%) F-T 합성공정기술액상탄화수소생산성 (gc5+/gcat-h) F-T 합성촉매기술 C3+ 선택(wt%) CO 전환효율(10-5 mol(co)/gcat-s) Non F-T 합성공정기술 H ₂전환효율 (%)

319 2012 산업기술로드맵 신재생에너지( 전기) 대분류중분류소분류유망기술 성능지표및목표 성능지표 Non F-T 합성촉매기술선택도 (%) 생성물정제및분리기술정제효율 (%) System Integration 가스화, 산소공급및복합발전연계기술 운전제어기술 차세대발전기술 가스터빈과산소설비연계최적화기술에너지소비저감율 (%) IGCC 시스템동특성해석및운전 Availability 최적화기술 IGCC+CCS 연계기술 IGCC+CCS+H₂ 회수연계기술 CO ₂포집율(%) 플랜트효율손실율 (%) - <3 <7 CO ₂포집율(%) H ₂회수율(%) 플랜트효율손실율 (%) - <4 <8 IGFC 기술발전효율 (%)

320 Ⅴ. 유망기술 7 소수력 (1) 개요 수력발전(Hydropower Generator) 은 물의유동( 流動 ) 에너지를변환시켜전기를생산하 는설비 로낙차(H) 와유량(Q) 에의해발전설비용량이결정됨. 낙차(H) 는상부에서하 부이용가능한최대수직거리이며, 손실로인하여감속한낙차를정격낙차(NetHead) 라 하고, 유량(Q) 은초당지나가는물의양( m3/sec) 임. 수차를회전시키는물의유량이많 고, 낙차가클수록발전설비용량이커지고전력량도많아짐 신 재생에너지의한분야인수력은 1987 년이전에는 소수력발전개발방안 업무 처리지침에따라설비용량 3 천kW를기준으로일반수력(Hydropower) 과소수력(Small Hydropower) 으로구분하였음 년에대체에너지개발및이용보급촉진법에 설비용 량 3 천kW이하를소수력으로구분하였고, 2003년에동법이개정되어설비용량 1만 이하를소수력으로변경하였으며, 2005 년에신에너지및재생에너지개발 이용 보급 촉진법이개정되어수력설비용량기준을삭제하여양수를제외한모든수력설비로일 원화되었음d. 현재수력분야의연구개발및보급대상은주로발전설비용량 1만kW이하 를대상으로하고있으며, 신재생에너지공급의무화제도 (RPS) 에의한신재생에너지공 급인증서(REC) 는설비용량 5천kW이하만거래되고있음 우리나라는연평균강수량이 1,277mm로써비교적강수량이풍부하고지형도표고차 가있어수력부존잠재량이많은편(457 MW) 이지만, 현재까지개발되어있는것은 157 MW로약34% 정도에불과함. 이는소수력발전소건설에따른환경생태계영향, 지역 주민의민원, 수자원이용문제등과연계되어하천에서의소수력발전소건설은차츰 어려워지고있음. 그래서최근의소수력개발은하천이나댐을활용한방식에서기존 시설물( 저수지, 농업용보, 하수종말처리장, 화력발전소냉각수등) 을활용하거나가동 보( 稼動堡 ) 등용수이용이유연한방식으로그개발방식의변화되고있음. 그러나잠 재된수력자원을보다효율적이고친환경적으로개발하기위해서는주위환경과관련 된새로운기술개발도입과국가적차원에서기술개발강화와주변지역민의이해와 협력이필요함. 또한국내는물론이고해외에서도 CDM 사업과의연계를위해서라도 수력자원조사기법이나개발툴의연구도필요함 소수력은다른에너지원에비해에너지변환효율이높아발전출력이높일수있는 kw 301

321 2012 산업기술로드맵 신재생에너지( 전기) 청정에너지원으로소수력의개발과보급을활성화하기위해서는작은출력의발전소 라도설치가가능하며, 운영할수있는설비용량의다변화와유량변동에도적합한수 차발전시스템의표준화된고효율기술개발로의전환이필요함. 그래서소수력발전은 자원의조사활용, 수차및발전기의고효율와표준화를목표로하고있으며, 이들시스 템의신뢰도를높이기위한진단감시및자동화, 통합운영시스템의도입등운영기술 의개선과기존수력발전설비의성능평가및효율개선으로발전용량을증가시킬수있 는기술위주로성능지표를제시하였음 이와같은관점에서기술의분류를체계화하여대분류, 중분류, 소분류로구분하였 음. 대분류는신재생에너지인소수력이고, 중분류로는자원조사및활용, 발전설비국 산화및표준화, 송전계통및감시진단, 자동화, 성능평가및현대화이며, 이들중분류 에서각각연구개발이우선시되는소분류에그아래중요유망기술을도출하였음 (2) 유망기술 소수력발전기술은청정에너지인수력에너지의보급확대및기술개발을위하여자원 조사및활용기술, 발전설비국산화및표준화, 계통보호및자동화, 성능평가및현대 화기술개발로대별할수있음. 자원조사및활용기술개발은일반하천및기존시설물 의자원조사기법및조사기술, 친환경설계기법등의기술개발과자원의확보를목표 로하고있으며, 발전설비국산화및표준화기술개발은수차발전기의표준화간소화 기술개발과시장선점을위한고효율수차발전기기술개발이중요하고, 자동화기술개 발은운영의무인화및효율화를목표로하고있고, 성능평가및현대화기술개발은수 차발전기성능시험인증기술과성능향상을위한현대화기술개발을목표로하고있음 소수력기술개발은자원조사및활용, 소수력발전설비국산화및표준화, 송전계통 및자동화, 성능평가및현대화기술로나눌수있음 자원조사및활용 자원조사및활용은소수력자원을친환경적으로개발보급하기위해일반하천, 보, 기존시설물등의자원을조사하는항목으로구성됨 1 일반하천 일반하천등을포함한수자원의활용성을높이기위해신규소수력개발자원조사 302

322 Ⅴ. 유망기술 기술, 권역별기존소수력개발지점재평가기술, 보를이용한소수력개발지점조사기 술, 북한의수력자원조사기술및해외소수력개발기법등이포함됨 2 기존시설물 기존시설물에이용되지못하고있는잠재수자원의활용성을높이기위해산업시설 의공업용수및폐광용출수를이용한소수력개발지점조사기술, 양어장및화력원 자력발전시설을이용한소수력개발지점조사기술, 수도시설( 취수 정수 하수) 을이 용한소수력개발지점조사기술, 배수( 갑) 문을이용한소수력개발지점조사기술, 건 물내의미활용소수력자원조사기술, 북한의기존시설물수력개발지점및자원조사 기술등이포함됨 3 친환경설계잠재수자원을보다친환경적으로개발하기위한방안으로서소수력자원조사 Package Tool 기술, 신재생에너지 Fish-Friendly 설계기술, 친환경설계기법표준화기술등이포함됨 < 표 5-28> 자원조사및활용의유망기술 중분류소분류유망기술 자원조사및활용 일반하천 기존시설물 친환경설계 신규소수력개발자원조사기술 권역별기존소수력개발지점재평가기술 보를이용한소수력개발지점조사기술 북한소수력자원조사기술 해외소수력개발기법 산업시설의공업용수및폐광용출수를이용한소수력개발지점조사기술 양어장및화력원자력 발전시설을이용한소수력개발지점조사기술 수도시설( 취수정수하수 ) 을이용한소수력개발지점조사기술 배수( 갑) 문을이용한소수력개발지점조사기술 건물내의미활용소수력자원조사기술 북한의기존시설물소수력지점개발조사기술 소수력자원조사 Package Tool 기술 Fish-Friendly 소수력설계기술 친환경소수력설계기법표준화기술 303

323 2012 산업기술로드맵 신재생에너지( 전기) 발전설비국산화및표준화 소수력발전설비및부품등에대한기술개발로효율향상및해외시장수출을위 해수차, 발전기및전력변환장치, 부속설비, 표준화및간소화기술등으로구성됨 1 수차 새로운수차의개발과기존수차의효율향상을위해저낙차러너가변형카프란수차 설계/ 제작기술, 마이크로/ 피코/ 나노급신형수차설계/ 제작기술, 저낙차용프로펠러수 차설계/ 제작기술, 기존수차의효율성향상기술, 마이크로/ 피코/ 나노급수차설계및 제작기술, 흡출관을활용한횡류수차설계및제작기술 등이포함됨 2 발전기및전력변환장치 발전기는고효율과가변속운전이가능하도록가변속소수력발전용인버터설계/ 제 작기술, 가변속중대용량유도발전기고효율화설계/ 제작기술, 마이크로/ 피코/ 나노급 영구자석동기발전기설계/ 제작기술, 소수력발전기절연시스템설계/ 제작기술, 기술 등이포함됨 3 부속설비 수차발전기에부속되는중요설비로서소수력용각종부속설비개발( 가바너, 액추에 이터등) 기술, 유입수로스크린부유물자동제거기술등이포함됨 4 표준화및간소화 수차발전기의표준화및간소화를위해국제표준화연계및수차발전기표준화간 소화기술, 통합운영시스템표준화및간소화기술, 수배전반표준화및간소화기술 등이포함됨 < 표 5-29> 발전설비국산화및표준화의유망기술 중분류소분류유망기술 발전설비국산화및표준화 수차 저낙차러너가변형카플란수차설계/ 제작기술 마이크로/ 피코/ 나노급신형수차설계/ 제작기술 저낙차용프로펠러수차설계/ 제작기술 기존수차효율향상설계및제작기술 마이크로/ 피코/ 나노급수차설계및제작기술 흡출관을부착한 500kW급횡류수차설계제작기술 304

324 Ⅴ. 유망기술 중분류소분류유망기술 발전설비국산화및표준화 발전기및전력변환장치 부속설비 표준화및간소화 가변속소수력발전용인버터설계/ 제작기술 가변속중대용량유도발전기고효율화설계/ 제작기술 마이크로/ 피코/ 나노급영구자석동기발전기설계/ 제작기술 소수력발전기절연시스템설계/ 제작기술 소수력용각종부속설비개발( 가바너, 액추에이터등) 기술 유입수로스크린부유물자동제거기술 국제표준화연계및수차발전기표준화, 간소화기술 통합운영시스템표준화및간소화기술 수배전반표준화및간소화기술 송전계통및감시진단 송전계통및감시진단은발전을통해생산된전력의송전계통을효율적으로관리하기 위한감시보호시스템으로서송전계통기기, 감시진단등으로구성됨 1 송전계통기기송전의안정성을확보하기위해지능형보호계전기(IED) 설계및제작기술, 콤팩트형전력계통연계장치개발(0.5 MW급이하) 기술등이포함됨 2 감시진단 전력계통의이상을감시하기위해발전기진단감시시스템기술, 수차및부속설비 감시진단시스템기술, 콤팩트형진단프로그램개발기술등이포함됨 < 표 5-30> 송전계통및감시지단의유망기술 중분류소분류유망기술 송전계통및감시진단 송전계통기기 감시진단 지능형보호계전기 (IED) 설계및제작기술 콤팩트형전력계통연계장치개발(0.5 MW 급이하) 기술 발전기진단감시시스템기술 수차및부속설비감시진단시스템기술 콤팩트형진단프로그램개발기술 자동화 소수력발전설비를원격통합운영하며사이버테러등으로부터보호하기위해통합 운영과정보보안등으로구성됨 305

325 2012 산업기술로드맵 신재생에너지( 전기) 1 통합운영여러곳의발전소를한곳에서종합적으로운영하기위해지능형무인화및원격감시운전기술, 운영 Data 종합관리시스템기술, 분산형전원계통연계시전력품질신뢰도향상기술등이포함됨 2 정보보안발전시설은국가의중요시설물로서보호되어야하기때문에사이버테러방지심층방어시스템기술이포함됨 < 표 5-31> 자동화의유망기술 중분류소분류유망기술 자동화 통합운영 정보보안 지능형무인화및원격감시, 운전기술 운영 Data 종합관리시스템기술 분산형전원계통연계시전력품질신뢰도향상기술 사이버테러방지심층방어시스템기술 성능평가및현대화 소수력발전설비등에대한성능평가및기존노후설비에대한현대화를위한것 으로성능평가, 현대화로구성됨 1 성능평가수차및발전기의효율향상은청정에너지의전력생산량을확대할수있는기술이므로기존및신규시스템에대해소수력발전설비성능평가기술, 수차발전기성능시험및인증센터구축기술, 수차발전기상태평가및잔존수명평가기술,CFD 및수차모형을적용한수차효율향상기술, 마이크로급테스트베드시범실증기술,3차원모델링을활용한수력발전설비유지관리기술, 국제수준의성능평가인증기술등이포함됨 2 현대화 수명이다한설비를효율향상을통해국내기술로현대화하기위해국내수차발전설 비개보수및현대화, 북한수차발전설비개보수및현대화, 해외수차발전설비개보수 및현대화기술등이포함됨 306

326 Ⅴ. 유망기술 < 표 5-32> 성능평가및현대화의유망기술 중분류소분류유망기술 성능평가및현대화 성능평가 현대화 소수력발전설비성능평가기술 수차, 발전기의성능시험및인증센터구축기술 수차발전기상태평가및잔존수명평가기술 CFD 및수차모형을적용한수차효율향상기술 마이크로급테스트베드시범실증기술 3 차원모델링을활용한수력발전설비유지관리기술 국제수준의성능평가인증기술 국내수차발전설비개보수및현대화 북한수력발전설비개보수및현대화 해외수차발전설비개보수및현대화 (3) 개정내용 기존분류항목에대해서는변경이없으며, 소수력유망기술중상용화가능성이 높고파급기대효과가큰유망기술을추가하였음 - 소수력중가장넓은사용수량범위, 단순한설비구조를갖는흡출관을활용한고 효율의횡류수차개발필요성이높아짐에따라발전설비국산화및표준화( 중분 류)- 수차( 소분류) 에 흡출관을부착한 500 kw 급횡류수차설계제작기술( 유망기 술) 을추가하였음 - 또한, 소수력수차의성능시험센터에서의실증성능및대수력모델수차성능시험 의국제수준으로의업그레이드를위해성능평가및현대화( 중분류)- 성능평가( 소 분류) 에 국제수준의성능평가인증기술( 유망기술) 을추가하였음 307

327 2012 산업기술로드맵 신재생에너지( 전기) (4) 유망기술체계도 대분류중분류소분류유망기술 소수력 자원조사및활용 발전설비국산화및표준화 송전계통및감시진단 성능지표및목표 성능지표 일반하천신규소수력개발자원조사기술자원조사추진율 (%) 기존시설물 권역별기존소수력개발지점재평가기술재평가추진율 (%) 보를이용한소수력개발지점조사기술지점조사추진율 (%) 북한소수력자원조사기술자원조사추진율 (%) 해외소수력개발기법개발기법달성율 (%) 산업시설의공업용수및폐광용출수를이용한소수력개발지점조사기술 양어장및화력원자력 발전시설을한소수력개발지점조사기술 이용 자원조사추진율 (%) 자원조사추진율 (%) 수도시설( 취수정수하수 ) 을이용한소자원조사추진율 (%) 수력개발지점조사기술 배수( 갑) 문을이용한소수력개발지점조자원조사추진율 (%) 사기술 건물내의미활용소수력자원조사기술자원조사추진율 (%) 북한의기존시설물소수력지점개발조사기술 친환경설계소수력자원조사 Package Tool 기술 수차 발전기및전력변환장치 자원조사추진율 (%) TOOL 개발율 (%) Fish-Friendly 소수력설계기술기술개발율 (%) 친환경소수력설계기법표준화기술설계기법표준화달성율 (%) 저낙차러너가변형카플란수차설계/ 제작기술 마이크로/ 피코/ 나노급 신형수차 설계/ 제 작기술 기술개발율 (%) 기술개발율 (%) 저낙차용프로펠러수차설계/ 제작기술기술개발율 (%) 기존수차효율향상설계및제작기술수차효율향상율 (%) 마이크로/ 피코/ 나노급수차설계및제작기술 기술개발율 (%) 흡출관을부착한 500kW급횡류수차설계기술개발율 (%) 제작기술 가변속소수력발전용인버터설계제작 / 기술기술개발율 (%) 가변속중대용량유도발전기고효율화설계/ 제작기술 마이크로/ 피코/ 나노급영구자석동기전기설계/ 제작기술 발 기술개발율 (%) 기술개발율 (%) 소수력발전기절연시스템설계제작 / 기술기술개발율 (%) 부속설비소수력용각종부속설비개발( 가바너, 액국산화율 (%) 추에이터등) 기술 표준화및간소화 유입수로스크린부유물자동제거기술기술개발율 (%) 국제표준화연계및수차발전기표준화, 간소화기술 표준화및간소화율 (%) 통합운영시스템표준화및간소화기술표준화및간소화율 (%) 수배전반표준화및간소화기술표준화및간소화율 (%) 송전계통기기지능형보호계전기 (IED) 설계및제작기술 허용오차 (%), 신뢰도 (%) 신뢰도 (%)

328 Ⅴ. 유망기술 대분류 중분류 소분류 유망기술 콤팩트형전력계통연계장치개발(0.5 MW급 이하) 기술 성능지표및목표 성능지표 기술개발추진율 (%) 감시진단발전기진단감시시스템기술기술개발율 (%) 수차및부속설비감시진단시스템기술기술개발율 (%) 콤팩트형진단프로그램개발기술국산화율 (%) 자동화통합운영지능형무인화및원격감시, 운전기술기술개발추진율 (%) 성능평가및현대화 운영 Data 종합관리시스템기술국산화율 (%) 분산형전원계통연계시전력품질신뢰도향상기술 신뢰도향상율 (%) 정보보안사이버테러방지심층방어시스템기술기술개발율 (%) 성능평가소수력발전설비성능평가기술평가기술확보율 (%) 수차, 발전기의성능시험및인증센터구축센터구축율 (%) 수차발전기상태평가및잔존수명평가기술평가기술확보율 (%) CFD 및수차모형을적용한수차효율향상기술 기술개발추진율 (%) 마이크로급테스트베드시범실증기술실증추진율 (%) 차원모델링을활용한수력발전설비유지관리기술 기술개발달성율 (%) 국제수준의성능평가인증기술인증기술확보율 (%) 현대화국내수차발전설비개보수및현대화달성율 (%) 북한수력발전설비개보수및현대화달성율 (%) 해외수차발전설비개보수및현대화달성율 (%)

329 2012 산업기술로드맵 신재생에너지( 전기) 8 해양 (1) 개요 해양에는파도 해류 조석 온도차 염도차 바람등이용가능한많은자연에너 지원이있으며, 이들에너지원을이용하는방식에는파랑의운동및위치에너지를이용 하여터빈을구동하거나기계장치의운동으로변환하는파력발전, 해수의유동에너지 를이용하여수차를구동하거나기계장치의운동으로변환하는조류발전, 해면의상하 운동에따른위치에너지를이용하여수차를돌려전기를생산하는조력발전, 해수온도 의연직방향온도차를이용하는해수온도차발전과해수온도차냉난방이용기술, 염도 차를이용하여전기를생산하는염도차발전, 해상의바람을이용하는해상풍력발전, 그 리고이들에너지원을복합활용하는발전방식이있음 해양분야에서는이용가능한자연에너지원중실용화가능성이높은파도, 조석, 해 류, 온도차등자연에너지원을활용한파력발전, 조력발전, 조류발전, 온도차발전과이 들에너지원을복합적으로활용하는복합발전을 5 개의중분류구성하고, 이들발전에 관한기술은공통적으로에너지변환기술, 구조물설계및시공기술, 운용및유지관리 기술, 그리고시스템상용화기술을 4 개의소분류로하여기술체계도를구성하였음. 각 소분류아래에는중요유망기술을도출하였는데, 특기할사항은시스템상용화기술에 해양에너지개발세계시장을선도하기위한에너지원별실해역실증시험을위한테스 트베드건설및운영이포함되었다는것과상용화에가장근접한해상풍력발전을풍력 분야에서다루고있어본분야에서는포함시키지않았다는것임 (2) 유망기술 해양분야기술맵은에너지원별로구분한 5개중분류와통일된 4 개소분류로, 그리고 각소분류별로도출된 파력발전시스템 61개의유망기술로구분됨 바람에의해발생되는해양의파랑에너지를이용하여전력을생산하는발전시스템 으로, 유망기술은에너지변환기술, 구조물설계및시공기술, 운영및유지관리기술, 그리고시스템상용화기술로구분하여구성하였음 310

330 Ⅴ. 유망기술 1 에너지변환 파랑에너지를통해전력을생산하기위한방식에관한것으로월파형에너지변환기 술, 가동물체형에너지변환기술, 진동수주형에너지변환기술, 그리고새로이추가된 수직진자운동형에너지변환기술이포함됨 2 구조물설계및시공 해상에파력발전을위한구조물의설계와시공에관한것으로해저면에설치되는착 저식과수면또는수중에부유되어계류되는부유식구조물설계및시공기술이포함됨 3 운영및유지관리 파력발전시스템의운영및유지관리를위한것으로, 시스템효율을극대화하기위한 최적운영기술, 파력발전구조물의상태를파악하여유지관리에활용하기위한건전성 모니터링기술, 구조물손상시강도및내구성을회복하기위한보수보강기술이포함됨 4 시스템상용화 파력발전시스템의상용화를위한발전단지설계및파력발전시스템적용에따른환 경영향평가를위한기술, 생산된전기를송전하기위한전력통합기술, 그리고개발된 시스템을실증하고인증을위한테스트베드구축이포함됨 < 표 5-33> 파력발전시스템의유망기술 중분류 소분류 유망기술 에너지변환 월파형파력에너지변환기술가동물체형파력에너지변환기술진동수주형파력에너지변환기술수직진자운동형파력에너지변환기술발전터빈시스템기술유압펌프시스템기술 파력발전시스템 구조물설계및시공 착저식파력발전구조물설계및시공기술부유식파력발전구조물설계및시공기술 운영및유지관리 파력발전시스템최적운영기술파력발전구조물건전성모니터링기술파력발전구조물보수보강기술 시스템상용화 파력발전시스템단지설계및환경영향평가기술파력발전시스템전력통합기술파력발전시스템성능평가및인증용테스트베드구축기술 311

331 2012 산업기술로드맵 신재생에너지( 전기) 조류발전시스템 해양의흐름에너지를이용하여전력을생산하는시스템으로, 유망기술은에너지변환 기술, 구조물설계및시공기술, 운영및유지관리기술, 그리고시스템상용화기술로 구분하여구성하였음 1 에너지변환 조류의흐름을터빈의회전력으로변환하기위한것으로수평측터빈기술, 수직측 터빈기술, 그리고, 유속을균일하게만드는조류속정속화기술이포함됨 2 구조물설계및시공해상에조류발전을위한구조물의설계와시공에관한것으로해저면에고정설치되는착저식과수면또는수중에부유되어계류되는부유식구조물설계및시공기술이포함됨 3 운영및유지관리 조류발전시스템의운영및유지관리를위한것으로, 시스템효율을극대화하기위한 최적운영기술, 조류발전구조물의상태를파악하여유지관리에활용하기위한건전성 모니터링기술, 그리고구조물손상시강도및내구성을회복하기위한보수보강기술 이포함됨 4 시스템상용화 조류발전시스템의상용화를위한발전단지설계및조류발전시스템적용에따른환 경영향평가를위한기술, 생산된전기를송전하기위한전력통합기술, 그리고개발된 시스템을실증하고인증을위한테스트베드구축이포함됨 < 표 5-34> 조류발전시스템의유망기술 중분류 소분류 유망기술 조류발전시스템 에너지변환 수평축조류터빈기술수직축조류터빈기술조류속정속화기술 구조물설계및시공 착저식조류발전구조물설계및시공기술부유식조류발전구조물설계및시공기술 312

332 Ⅴ. 유망기술 중분류 소분류 유망기술 조류발전시스템 운영및유지관리 조류발전시스템최적운영기술조류발전구조물건전성모니터링기술조류발전구조물보수보강기술조류발전시스템단지설계및환경영향평가기술 시스템상용화 조류발전시스템전력통합기술조류발전시스템성능평가및인증용테스트베드구축기술 조력발전시스템 해양의조석현상에의한조수간만의차이를이용하여전력을생산하는시스템으로, 유망기술은에너지변환기술, 구조물설계및시공기술, 운영및유지관리기술, 그리 고시스템상용화기술로구분하여구성하였음 1 에너지변환 조력발전입지의타당성, 경제성등을분석평가하기위한조력에너지부존량특성 시뮬레이션기술등이포함됨 2 구조물설계및시공조력발전을위한구조물의설계와시공에관한것으로발전기가설치되는발전구조물설계및시공기술과조지내외로의통수를위한수문구조물설계및시공기술이포함됨 3 운영및유지관리 조력발전시스템의운영및유지관리를위한것으로, 시스템효율을극대화하기위한 최적운영기술, 조력발전구조물의상태를파악하여유지관리에활용하기위한건전성 모니터링기술, 그리고구조물손상시강도및내구성을회복하기위한보수보강기술 이포함됨 4 시스템상용화 조력발전시스템의상용화를위한발전단지설계및조류발전시스템적용에따른환 경영향평가를위한기술, 생산된전기를송전하기위한전력통합기술, 그리고개발된 시스템을실증하고인증을위한테스트베드구축이포함됨 313

333 2012 산업기술로드맵 신재생에너지( 전기) < 표 5-35> 조력발전시스템의유망기술 중분류 소분류 유망기술 에너지변환 조력발전터빈기술양수식발전시스템기술 구조물설계및시공 조력발전구조물설계및시공기술조력발전용수문구조설계및시공기술 조력발전시스템 조력발전시스템최적운영기술운영및유지관리조력발전구조물건전성모니터링기술 조력발전구조물보수보강기술 조력발전단지설계및환경영향평가기술 시스템상용화 조력발전시스템전력통합기술 조력발전시스템성능평가및인증용테스트베드구축기술 해수온도차이용시스템 해수의표면과심층부의온도차를이용하는시스템으로, 유망기술은에너지변환기 술, 구조물설계및시공기술, 운영및유지관리기술, 그리고시스템상용화기술로 구분하여구성하였음 1 에너지변환 해수온도차에너지를전기또는열에너지로변화시키기위한것으로, 해수용대용량 열펌프기술, 고효율열교환기기술, 냉매및사이클기술, 그리고터빈기술이포함됨 2 구조물설계및시공 해수온도차를이용하는시스템의구조물을경제적이고안전하게건설하기위한것 으로, 온도차시스템용플랜트설계및시공기술, 대구경취수관설계및시공기술, 그리고, 부유식온도차플랜트설계및시공기술이포함됨 3 운영및유지관리 온도차이용시스템의운영및유지관리를위한것으로, 시스템효율을극대화하기위 한최적운영기술, 온도차이용구조물의상태를파악하여유지관리에활용하기위한 건전성모니터링기술, 그리고구조물손상시강도및내구성을회복하기위한보수보 강기술이포함됨 314

334 Ⅴ. 유망기술 4 시스템상용화 온도차이용시스템의상용화를위한단지설계및온도차이용시스템적용에따른환 경영향평가를위한기술, 생산된전기를송전하기위한전력통합기술, 그리고개발된 시스템을실증하고인증을위한테스트베드구축이포함됨 < 표 5-36> 해수온도차이용시스템의유망기술 중분류소분류유망기술 해수온도차이용시스템 에너지변환 구조물설계및시공 운영및유지관리 시스템상용화 해수전용대용량열펌프기술 고효율열교환기기술 해수온도차발전용냉매및사이클기술 온도차발전터빈기술 해양온도차플랜트설계및시공기술 대구경취수관설계및시공기술 부유식온도차플랜트설계및시공기술 온도차이용시스템최적운영기술 온도차이용구조물건전성모니터링기술 온도차이용구조물보수보강기술 온도차이용단지설계및환경영향평가기술 온도차이용시스템전력통합기술 온도차이용시스템성능평가및인증용테스트베드구축기술 복합발전시스템 파랑, 조류, 조력, 온도차, 해상풍등다양한형태의해양에너지원을복합적으로활용 하여에너지이용효율을높혀경제성을제고하기위한시스템으로, 유망기술은에너지 변환기술, 구조물설계및시공기술, 운영및유지관리기술, 그리고시스템상용화 기술로구분하여구성하였음 1 에너지변환 두개이상의해양에너지를동시에변화시키기위한것으로, 파력- 해상풍력, 조류-해 상풍력, 조력- 해상풍력, 파력-조류- 온도차복합시스템기술이포함됨 2 구조물설계및시공 해상에복합발전을위한구조물의설계와시공에관한것으로해저면에고정설치되 315

335 2012 산업기술로드맵 신재생에너지( 전기) 는착저식과수면또는수중에부유되어계류되는부유식구조물설계및시공기술이 포함됨 3 운영및유지관리 복합발전시스템의운영및유지관리를위한것으로, 시스템효율을극대화하기위한 최적운영기술, 복합발전구조물의상태를파악하여유지관리에활용하기위한건전성 모니터링기술, 그리고구조물손상시강도및내구성을회복하기위한보수보강기술 이포함됨 4 시스템상용화 복합발전시스템의상용화를위한단지설계및온도차이용시스템적용에따른환경 영향평가를위한기술, 생산된전기를송전하기위한전력통합기술, 그리고개발된시 스템을실증하고인증을위한테스트베드구축이포함됨 < 표 5-37> 복합발전시스템의유망기술 중분류소분류유망기술 복합발전시스템 에너지변환 구조물설계및시공 운영및유지관리 시스템상용화 파력및해상풍력복합발전시스템기술 조류및해상풍력복합발전시스템기술 조력및해상풍력복합발전시스템기술 조력및조류복합발전시스템기술 파력, 조류, 온도차등에너지복합발전시스템기술 착저식복합발전구조물설계및시공기술 부유식복합발전구조물설계및시공기술 복합발전시스템최적운영기술 복합발전구조물건전성모니터링기술 복합발전구조물보수보강기술 복합발전단지설계및환경영향평가기술 복합발전시스템전력통합기술 복합발전시스템성능평가및인증용테스트베드구축기술 316

336 Ⅴ. 유망기술 (3) 개정내용 에너지원과해양에너지종합시험장을구분하여 에너지원별로구분하여 6개의중분류로구성하였던것을 5 개의중분류로재구성하고, 소분류는대폭개편하여에너 지변화, 구조물설계및시공, 운영및유지관리, 그리고시스템상용화의 4개로에 너지원별로통일하였음 중분류로구분되었던실증용테스트베드관련사항은소분류의시스템상용화에 포함시켰음. 각소분류의유망기술은새로운소분류로재분류하여구성하였으며, 신규유망기술을추가하였음 2011년중분류소분류 1차변환장치 2차변환장치파력발전지반지지및계류시스템시스템유지보수및성능평가시스템실증및단지화시스템조류터빈장치지지구조물조류발전자원환경평가시스템시스템요소부품조류발전단지조성입지자원평가시스템환경영향평가시스템조력발전최적운전및제어시스템발전시스템조력구조물해수온도차이용냉난방이용시스템시스템발전시스템공유형파력발전 Test bed 해양에너지조류발전 Test bed 시험장해수온도차발전 Test bed 해양에너지연안형복합해양에너지활용기술복합발전시스템심해형복합해양에너지활용기술 < 표 5-38> 유망기술체계도개정사항 ( 해양) 중분류 파력발전시스템 조류발전시스템 조력발전시스템 해수온도차이용시스템 복합발전시스템 2012년소분류에너지변환구조물설계및시공운영및유지관리시스템상용화에너지변환구조물설계및시공운영및유지관리시스템상용화에너지변환구조물설계및시공운영및유지관리시스템상용화에너지변환구조물설계및시공운영및유지관리시스템상용화에너지변환구조물설계및시공운영및유지관리시스템상용화 317

337 2012 산업기술로드맵 신재생에너지( 전기) (4) 유망기술체계도 대분류중분류소분류유망기술 해양 파력발전시스템 조류발전시스템 조력발전시스템 해수온도차이용시스템 에너지변환 구조물설계및시공 운영및유지관리 시스템상용화 에너지변환 구조물설계및시공 운영및유지관리 시스템상용화 에너지변환 구조물설계및시공 운영및유지관리 시스템상용화 에너지변환 성능지표및목표 성능지표 월파형파력에너지변환기술상용화추진율 (%) 가동물체형파력에너지변환기술상용화추진율 (%) 진동수주형파력에너지변환기술상용화추진율 (%) 수직진자운동형파력에너지변환기술상용화추진율 (%) 발전터빈시스템기술기술개발추진율 (%) 유압펌프시스템기술기술개발추진율 (%) 착저식파력발전구조물설계및시공기술최선진기술수준대비 (%) 부유식파력발전구조물설계및시공기술최선진기술수준대비 (%) 파력발전시스템최적운영기술기술개발추진율 (%) 파력발전구조물건전성모니터링기술기술개발추진율 (%) 파력발전구조물보수보강기술최선진기술수준대비 (%) 파력발전시스템단지설계및환경영향평가기술최선진기술수준대비 (%) 파력발전시스템전력통합기술시설용량 (MW) 파력발전시스템성능평가및인증용테스트베드구축기술 성능평가( 건) 수평축조류터빈기술상용화추진율 (%) 수직축조류터빈기술상용화추진율 (%) 조류속정속화기술상용화추진율 (%) 착저식조류발전구조물설계및시공기술최선진기술수준대비 (%) 부유식조류발전구조물설계및시공기술최선진기술수준대비 (%) 조류발전시스템최적운영기술기술개발추진율 (%) 조류발전구조물건전성모니터링기술기술개발추진율 (%) 조류발전구조물보수보강기술최선진기술수준대비 (%) 조류발전시스템단지설계및환경영향평가기술최선진기술수준대비 (%) 조류발전시스템전력통합기술시설용량 (MW) 조류발전시스템성능평가및인증용테스트베드구축기술 성능평가( 건) 조력발전터빈기술기술개발추진율 (%) 양수식발전시스템기술기술개발추진율 (%) 조력발전구조물설계및시공기술최선진기술수준대비 (%) 조력발전용수문구조설계및시공기술최선진기술수준대비 (%) 조력발전시스템최적운영기술기술개발추진율 (%) 조력발전구조물건전성모니터링기술기술개발추진율 (%) 조력발전구조물보수보강기술최선진기술수준대비 (%) 조력발전단지설계및환경영향평가기술최선진기술수준대비 (%) 조력발전시스템전력통합기술시설용량 (MW) 조력발전시스템성능평가및인증용테스트베드구축기술 성능평가( 건) 해수전용대용량열펌프기술기술개발추진율 (%) 고효율열교환기기술기술개발추진율 (%) 해수온도차발전용냉매및사이클기술기술개발추진율 (%) 온도차발전터빈기술기술개발추진율 (%)

338 Ⅴ. 유망기술 대분류중분류소분류유망기술 복합발전시스템 구조물설계및시공 운영및유지관리 시스템상용화 에너지변환 구조물설계및시공 운영및유지관리 시스템상용화 성능지표및목표 성능지표 해양온도차플랜트설계및시공기술최선진기술수준대비 (%) 대구경취수관설계및시공기술최선진기술수준대비 (%) 부유식온도차플랜트설계및시공기술최선진기술수준대비 (%) 온도차이용시스템최적운영기술기술개발추진율 (%) 온도차이용구조물건전성모니터링기술기술개발추진율 (%) 온도차이용구조물보수보강기술최선진기술수준대비 (%) 온도차이용단지설계및환경영향평가기술최선진기술수준대비 (%) 온도차이용시스템전력통합기술시설용량 (MW) 온도차이용시스템성능평가및인증용테스트베드구축기술 성능평가( 건) 파력및해상풍력복합발전시스템기술시스템개발율 (%) 조류및해상풍력복합발전시스템기술시스템개발율 (%) 조력및해상풍력복합발전시스템기술시스템개발율 (%) 조력및조류복합발전시스템기술시스템개발율 (%) 파력, 조류, 온도차등에너지복합발전시스템기술시스템개발율 (%) 착저식복합발전구조물설계및시공기술최선진기술수준대비 (%) 부유식복합발전구조물설계및시공기술최선진기술수준대비 (%) 복합발전시스템최적운영기술기술개발추진율 (%) 복합발전구조물건전성모니터링기술기술개발추진율 (%) 복합발전구조물보수보강기술최선진기술수준대비 (%) 복합발전단지설계및환경영향평가기술최선진기술수준대비 (%) 복합발전시스템전력통합기술시설용량 (MW) 복합발전시스템성능평가및인증용테스트베드구축기술 성능평가( 건)

339

340 2012 산업기술로드맵 신재생에너지 ( 전기) Ⅵ. 부 록