현대 - 기아수소연료전지자동차 2008. 11 현대 - 기아자동차 임태원
목차 제목 현대 - 기아수소연료전지자동차 1. 수소연료전지차 2. 해외및국내개발동향 3. 현대-기아수소연료전지차개발현황 4. 녹색성장의구현
수소연료전지차출현배경 북미배기가스규제 무공해차의무판매 유럽 CO2 규제 지구온난화 Green Car (HEV, EV, FCEV) 석유자원의고갈 대체에너지개발 자동차산업의지속적성장 신성장동력
수소연료전지와내연기관비교 연료전지 : 수소와산소를반응시켜전기를생성하는일종의발전기 - 물전기분해의반대 H H H + O + O H Carnot 내연기관 연료전지 CxHySz + O2 + N2 CO + CO2 + NOx + SOx + H2O 2H2 4H + + 4e - O2 + 4e - + 4H + 2H2O ( 화석연료의연소반응 ) ( 수소와산소의전기화학반응 ) 내연기관차 연료전지차 동력기관 연료 효율 배기물질 엔진, 트랜스미션연료전지, 모터화석연료수소 20 ~30% 50 ~ 60% CO2, HC, CO, NOx, SOx 수증기 비화석연료 높은효율 / 연비 무공해
수소연료전지차구성및원리 보조전원 감속기 모터 교류 부스터인버터 직류 연료전지 수소 수소탱크 수증기배출 공기공급기 공기
수소연료전지자동차의구성및원리 ( 동영상 : 1 분 46 초 )
수소연료전지차개발효과 Well-to-Tank (Fuel Prod. η %) Tank-to-Wheel (Vehicle η %) Well-to-Wheel (Total η%) 10 20 30 40 Gasoline ICE 1) 88 18 16 Diesel ICE 2) 89 22 20 Hybrid Vehicle 3) 88 30 26 Electric Vehicle 26 4) 80 21 Fuel Cell Vehicle 70 5) 52 FCEV (Goal) 70 60 1) Gasoline Internal Combustion: 128kW, AT; 2) Diesel internal Combustion: 94kW, AT; 3)Hybrid: Internal Combustion + Electric 4) The art of state; 5) Natural gas to Hydrogen 36 42 주행비용 현재향후 (2015) CO 2 배출량 (g/km) 가솔린내연기관 150 원 / km 300 원 / km 140 ~ 240 연료전지 60 원 / km 25 원 / km 0 중형차 ( 현재 1,500 원 /l, 2015 년 3,000 원 / l,10km/l) 기준 수소가격 ( 현재 5,000 원 /kg, 2015 년 2,500 원 /kg, 세전 ) 기준
세계 친환경자동차시장전망 가솔린엔진 디젤엔진 하이브리드 전기차 / 연료전지 100% 전연료전지 : 시범운행 (3 백대 ) 하이브리드 : 0.5% (30 만대 ) 차량판매비율2000 2010 2020 2030 디젤 : 22.7% (1 천 5 백만대 ) 전기차연료전지차 Plug-in HEV 하이브리드 가솔린 : 76.8% (5 천 1 백만대 ) 디젤엔진 가솔린엔진 ``2005 ( 총 6 천 6 백만대 ) ( 자료 : Holden Advanced Engineering) 환경규제강화및에너지문제등으로하이브리드를포함한친환경차시장급속성장
각국정책과연료전지산업화로드맵 - 온실가스감축프로그램과연계하여로드맵구축 - 2020년본격상용화를목표로지원정책추진중 CCTP (Climate Change Technology Program, 07.11) 에너지에대한강력한정부리더십 + CA 의확고한환경정책 수소연료전지차의상용화를선도 Cool Earth Innovative Energy Technology Programme ( 08.04) 정부의적극적, 체계적인육성정책 + 민간의조직적대응 (FCCJ 등 ) 수소연료전지차초기시장및기술표준선도 SET Plan (Strategic Energy Technology Plan, 07.11) 수소연료전지차기술플랫폼발표 (2005) 대형정부 / 민간공동협력프로그램을통한상용화추진 (JTI 프로그팸 )
사례 : 일본수소연료전지차산업화전략 FCCJ, Commercialization Scenario ( 08. 06) St tation Number Phase 1 Technology Demonstration (JHFC-2) 2010 Solve the Technology Issues Phase 2 Technology & Market Demonstration [Next Demonstration] 2011 2015 Validate the Utility of FCVs and H2 Stations from Socioeconomic View Point Phase 3 Early Commercialization 2016 20xx Phase 4 Full Commercialization Contribute to Diversify Energy Sources and Reduce CO2 Emissions Vehicle Number Determine specifications of retail stations Year 2015 Start Commercialization of FCV Begin building retail stations Period of accelerated station building Begin assembly line FCV mass production Note: Vertical axis indicates the relative scale between vehicle number and station number. 기술적실증 사회경제적실증 상용화초기보급 본격상용화 2008 년 5 월, 현재충전소 12 개 Phase 3 중반, 충전소 500 개 Phase 4, 충전소와차량수최적화 2015 년, 차량원가현재의 1/10 Phase 3, FCEV 판매개시 Phase 4, 양산착수 (1 만대 / 年 / 社 ) 100 만대 / 년양산시원가 1/10 절감
수소연료전지차시장전망 ( 美 ) 2015년성능및설계원가목표달성후, 2020 년전후본격판매예상 HEV 시장규모의 12 년후행시나리오로각종인센티브정책검토中 ( 美에너지부 ) 2012 년 수천대 / 년 2015 년 수만대 / 년 2018 년 수십만대 / 년 2025 년 누적 500 만대 정부주도시장육성 ( 수소인프라구축, 차량보급정책, 기술개발지원 ) 민간주도시장확대 자료 : 美에너지부 (Department of Energy)
한국수소경제 Vision 2030 (2007, 지식경제부 ) 2003 ~ 2012 연구개발및초기보급. 정부정책지원하의실증 / 보급시기 2013 ~ 2020 2021 ~ 2030 2031 ~ 2040 시장형성 시장확대 수소경제진입. 기술개발의완성. 수소인프라확대. 자발적시장형성. 국내수소에너지점유율 0.03% 03-0505 06-0808 09-12 기술개발 실증적용 시장진입및확대 분산발전 (250-1000kW) 400MW 보급 상업용 (10-50kW) 80기 가정용 (3kW 이하 ) 10,000기 수소충전소 10 기 연료전지차 (FCV) 500대 연료전지버스 (FCBus) 20 대 분산발전 1,000MW 상업용 2,000 기 가정용 100,000 기 수소충전소 500 기 연료전지차 (FCV) 50,000 대 연료전지발전점유율 10% 15% 연료전지차시장점유율 15% 50% 화석연료, 분산형수소충전소 중앙공급식수소생산 재생에너지활용 정부기관주도시장형성 대도시중심의 Fleet 운영 공공기관 / 지자체로시장확대 주변위성도시로운행지역확대 연료전지차민간판매 전국에서운행
수소연료전지차개발현황및계획 회사 연료전지차 생산계획 [ 시범운행, 소량생산, 양산 ] 06 08 10 12 14 16 18 20 현황및계획 혼다 FCX Clarity( 07) - FC 전용플랫폼 2002.12 리스판매 ( 美, 日 ) 2008 년 FCX Clarity 신규리스 100 대 2012 년생산목표, 18 년대량양산예정 도요타 FINE X 컨셉 ( 05) - FC 전용플랫폼 2002.12 리스판매 ( 美, 日 ) 2010 년대초반 1,000 대 / 년 2015 년 50,000 대 / 년, $5 만 / 대 GM DCX Sequel 컨셉 ( 05) - FC 전용플랫폼 F600 ( 05) - 자체스택적용 시범운행 소량생산 ( 리스판매 ) 양산 30 여대운행 & 시험中 ( 美, 日, 한국등 ) 2007 년 EQUINOX 100 대보급예정 2020 년수십만대생산 100 여대운행中 ( 美, 日, 유럽, 싱가포르 ) 2012 년일반에게연료전지차판매목표 2015 년 5 만대규모양산계획 포드 Explorer ( 06) 30 여대운행中 ( 美, 캐나다 ) 승용 /SUV 로차종이분화 2015 양산준비中 니산 X-Trail FCV ( 06) 미국, 카나다일본에서시험평가中 2004 년리스판매 ( 日, 공공기관 ) 2007 년리스판매 ( 日, 민간택시회사 )
현대 - 기아연료전지차개발이력 2008 ~ - 모하비 FCV (115 kw 급 ) - 차세대 FCV ( 시범보급용 ) i-blue 2007 - 투싼 FCV-II (100 kw 독자개발 ) - 초저상 FC-BUS II (200 kw 독자개발 ) - I-Blue FCV ( 컨셉 ) 2005 ~ 2006 - 투싼, 스포티지 FCV (80 kw 독자개발 ) 국내모니터링사업 (2006.08 ~ 2009.07) - 초저상 FC-BUS (160 kw 독자개발 ) 2004 ~ 2005 - 투싼 FCV (80 kw) 북미 DOE 시범운행사업 (2004.09 ~ 2009.08) - 스포티지 FCV (80 kw) 2000 ~ 2002 CaFCP 참여 - 싼타페 FCV (75 kw) (2000.11 ~ 현재 )
현대 - 기아연료전지차개발구도 전문업체와공동개발을통한연료전지차기술 Feasibility 평가및초기경쟁기반구축 핵심기술에대한독자기술력확보 / 양산을대비한부품국산화와부품공급망조기구축 기술경쟁력향상을위한글로벌네트워크강화 : 국외실증프로그램참여, 차량상호평가, 표준활동 전문업체와공동개발 연료전지독자 / 국산화개발 연료전지시스템개발 : UTC Power 연료전지시스템개발 (1998 ~ ) - 75kW 싼타페연료전지차 ( 00.11) - 80kW 스포티지연료전지차 ( 05.12) - 80kW 투싼연료전지차 ( 04.12) - 100kW 투싼연료전지차 ( 07.08) - 스포티지연료전지차 ( 05.06) - 160kW 연료전지버스 ( 06.11) 수조저장시스템개발 : 퀀텀 / 다이나텍 - 200kW급연료전지버스 ( 07.03) - 350바시스템최초적용 ( 01.11) 부품개발인프라구축 ( 04.05 ~) 지경부모니터링사업참여 ( 06.07~)
공동개발 : 개발역량집중을통한초기경쟁력확보 싼타페연료전지차 - 2000년 CaFCP 참여 (2000.11) 개발기간 : 2000. 4. ~ 2001. 2. 연료전지시스템수소저장시스템최대속도가속성능 (0 100) 항속거리연비 ( 가솔린등가 ) 75 kw 350바압축가스 124 kph 17.5 초 160km 19kpl 투싼연료전지차 - 2004년 DOE 시범운행참여 (2004.12) 실용성및상품성을고려한연료전지차 -20 o C 이하에서냉시동 연료전지수명 1,500 시간 동등한실내공간 운전편의성확보 ( 질소퍼징불필요 ) 미에너지부시범운행 (32 대 ) : 04.12 ~ 09.12
독자개발 : 기술확보를통한지속적시장경쟁력확보 국내실증평가용연료전지차 / 연료전지버스 (2006) Tucson/Sportage FCEV Fuel Cell Bus 승용 GEN I (2006) GEN II (2008) 버스 GEN I (2006) GEN II (2009) 연료전지시스템 80 kw 100 kw 연료전지시스템 160 kw 200 kw 사양 보조전원장치 LiPB 전지 (20kW) 수퍼커패시터 (10F) 구동모터시스템 40 kw/80 kw 50 kw/100 kw 사양 보조전원장치 수퍼커패시터 (9.7F) 구동모터시스템 120 kw/240 kw 수소저장시스템 3.6kg @ 15C, 350 bar 수소저장시스템 40kg @ 15C, 350 bar 연비 ( 혼합 ) 22.8 km/l 25 km/l 연비 ( 혼합 ) 12 km/kg 성능 항속거리 284 km 340 km 최고속도 143 kph 152 kph 성능 항속거리 380 km 최고속도 74 kph 가속성능 18.2 초 12.6 초 가속성능 15 초 14 초
독자개발 : 기술확보를통한지속적시장경쟁력확보 i-blue : 연료전지전용플랫폼 (2012) 100kW급금속분리판적용스택 연료전지시스템효율 60% -30 o C 저온시동 균등한무게배분을통한조정안정성확보 주행거리최대속도연료전지파워슈퍼커패시터구동모터연료 375 miles (600 km) 106 mph (170 kph) 134 마력 (100 kw) 450V / 100kW / 13 Wh/L FR In-line 100 kw, RR In-wheel 20 kw 2 Hydrogen (700 Bar)
기술개발성과및기술수준 - Participating in Michelin Challenge Bibendum (2001, 2003, 2004) - Participating in EVS21 Monte-Carlo Rally (April 2 nd, 2005) Lugano Monaco 2 nd Rank (Fuel Mileage 1st : 80 km/kg 21.3km/l)
기술개발성과및기술수준 Best in Class Technology in Michelin Challenge Bibendum (2007) Manufacturer Noise Emision Fuel Economy * CO 2 Hyundai (FCEV) A A A A Daimler (F-Cell) B A A A Daimler (Hygenius) C A - A GM (Equinox) C A B A Nissan (X-trail) B A C A Ford (Edge) C A C A Chery (Eastar) B A C A SAIC (Shanghai) B A C A SAIC/VW (Passat) C A C A * Fuel Economy is calculated after driving 171.7km during road rally.
기술개발성과및기술수준 Hydrogen Road Tour in NA ( 08. 08) - 개요 : 18 개주 31 개도시방문, 북미횡단 (8/11 ~ 8/23) - 주관 : DOE, DOT, NHA, CaFCP - 참여 : BMW, Daimler, GM, Honda, Hyundai-Kia, Nissan, VW, Toyota 투입차량 - 투싼 FCEV (2 대 ). 독자개발스택장착. 전구간운행 - 스포티지 FCEV (1 대 ). DOE 사업차량. 부분구간참여 http://hydrogenroadtour08.dot.gov/ [Chino, HATCI 충전소 ] 운행구간 - 운행구간 : Portland in ME MA, CT, NY, NJ, PA, DE, MD, DC, VA, NC, SC, GA, TN, MO, NM, NV, AZ LA in CA - 총 4,521 mile ( 운행구간 : 2,466 mile) - 충전소 : 현지충전소 11개, 이동식충전소 12회
기술개발성과및기술수준 2006 독일월드컵연료전지버스운행 TUEV 인증完 ( 06. 5) 경기장주변셔틀운행
글로벌네트워크활동 - 美, DOE 연료전지차 Fleet 데모프로그램참여 (2004 ~ 2009) - IPHE (International Partnership for the Hydrogen Economy) 지원 (2003) - 캘리포니아연료전지파트너십 (California Fuel Cell Partnership, 2000 ~ ) - 日, 연료전지실용화추진협의회프로그램참여 (2002 ~ )
美 DOE 시범운행프로젝트 1. 운영목적 : 1 북미실도로및 User 운행을통한연료전지차량개발 Data 확보 2 차량 수소충전소관련안전 / 표준 / 법규대응기술개발 2. 투자예산 : 1억불 ( 미정부보조금 : 50%) 3. 운영기간 : 2005. 5. ~ 2009. 9. ( 5년 ) 4. 운영규모 : 총 32대 (FJM 16대 + FKM 16대 ) 3 개지역, 5 개기관 ( 충전소 6 기 ) 530,000km 운행중 운행지역 운행기관 차량 ( 대 ) 충전소 ( 기 ) 캘리포니아주남부 ( 치노 ) HATCI SCE 5 10 1 2 캘리포니아주북부 ( 새크라멘토 ) CARB AC Transit 3 9 1 1 미시간주 ( 앤아버 ) US Army 5 1 3개지역 5 기관 32 대 6 기 美부시대통령, DOE 시범사업독려 (2005. 5.25) 현대 기아美연구소 ( 치노 ) 수소충전소준공 (2005. 2.18)
국내시범사업참여 ( 지경부 ) 1. 기간 : 2006. 8 ~ 2009. 7 (3 년, 차량투입기준 ) 2. 규모 : 승용 30 대, 버스 4 대 수소충전소 ( 현대차 ) 수소생산공장실증사업 (SK, GS-Caltex, 가스공사 ) 수소충전소설치예정지모니터링사업후보지 연도 승용 버스 충전소 1차년도 4 1 2 2 차년도 8 1 2 가스공사 ( 인천 /LNG 기지 ) GS 칼텍스 ( 신촌 / 연세대 ) 현대자동차 ( 마북 ) 현대자동차 ( 남양 ) 3 차년도 18 2 1 대산 108,400m 3 /hr SK ( 대전 ) 3. 수소충전소 : 8 기 (5 기신규건설 ) - 실증사업 3기 (SK, GS-Caltex, 가스공사 ) - 5기신규 ( 서울 1, 제주 2, 경남 1, 전남 1) 4. 시범지역 : 수도권, 중부권, 남부권및제주도 승용 12 대, 버스 2 대운행중 : 270,000 km 여수 363,800m 3 /hr 울산 1,030,500m 3 /hr 제주
현대-기아 연료전지차 개발 로드맵 1 단계 [ 06] 2 단계 [ 07 09] 선행 기술 개발 및 실증 시험 3 단계 [ 10 ] 소량 생산 양산설계 / 생산기술 확보 연료전지 자동차 소량 생산 [ 12] 소량 생산체제 구축 [ 10] 국내 모니터링사업 실시 (승용 30대 30대, 버스 4대) ( 06 ~ ~ 09) 독자 연료전지시스템 탑재 연료전지 버스 독자 개발 [ 06] 미 에너지성 시범운행 (32대 (32대) [ 04 ~ 09] 투싼 / 스포티지 연료전지차 캘리포니아 연료전지 파트너쉽 참여 [ 00] 싼타페 연료전지차 연료전지차 1호 (스포티지 스포티지)) [ 00]
차량용연료전지시스템개발이슈 美, DOE 목표 500,000 FCEVs/ 년 구분현재 [2008] 목표 [2015] 연료전지시스템내구성 3,000 hr 5,000 hr 연료전지시스템가격 $80/kW (8백만원/ 대 ) $30/kW (3백만원/ 대 ) 냉시동성 ~ 120 sec 30 sec 귀금속전극촉매함량 0.7 g/kw (70g/ 대 ) 0.2 g/kw (20g/ 대 ) 100kW 시스템기준 ; 환율 - \1,000/$
실용화과제 : 수소충전인프라 선진국에서는수소경제를위해단계별수소인프라구축사업추진중 미국일본유럽 [DOE, 수소인프라구축시나리오中 ] [JHFC 1 단계에서동경중심으로 12 개소설치 ] [HyFLEET & CUTE 프로그램수행지역 ] 수소인프라구축 3 단계전략 12 ~ 15 : LA 와뉴욕중심 16 ~ 19 : 북가주, 동부주요도시 디트로이트, 달라스, 아틀란타 20 ~ 25 : 전주유소의 15% 확보 휴스턴, 피닉스, 덴버 St. Louise, 필라델피아 수소인프라구축 3 단계전략 I. 대도시주변지역 ( 동경, 오사카, 나고야 ) II. 주변대도시, 주변위성도시와 연계 III. 일본전지역확대 실증및보급초기단계에서는 수소인프라구축선행 (FCCJ 08) 각지역에맞는수소생산프로그램 - CUTE 프로그램에서버스운행 도시에적합한수소인프라구축 - HyCHAIN, HyLights 등다양한 FCEV 실증 / 시범운행과연계한 수소인프라구축
자동차산업의변화와기회 자동차패러다임변화 산업사회의변화 미래새로운성장의기회 공공부문 연료전지자동차기술개발 핵심부품공급체계구축 인력육성 수소인프라구축 초기시장육성정책 법규 / 표준정비 연료전지 자동차 실용화 민간부문 연료전지자동차실용화는공공 / 민간부문의긴밀한협력체제구축필요
수소연료전지차실용화시나리오 기본자료 : 신 재생에너지 RD&D 전략 2030 ( 에너지관리공단신 재생에너지센터, 2007. 11) - 2009-2010 - - 2011-2012 - - 2015-2016 - P1. 기반기술개발 / 실증 P2. 사회경제적실증 P3. 초기시장형성 P4. 시장확대 / 양산 기술개발기반구축 생산기반구축 초기시장육성 시장확대 핵심부품국산화 사용자의기술수용성평가 산업성장모델구체화 보급정책본격추진 실도로 Feasibility 평가 대규모실증사업 일반인대상한정보급 민간중심개발체제 모니터링 1 단계모니터링 2 단계시범보급 1 단계시범보급 2 단계 연료전지차 30 대 연료전지차 200 대 연료전지차 1,000 대 / 년 연료전지차 10,000 대 / 년 연료전지버스 4 대 연료전지버스 20 대 연료전지버스 100 대 / 년 연료전지버스 100 대 / 년 수소충전소 10 기 수소충전소 20 여기 수소충전소 ( 상용화수준 ) 수소충전소 ( 상용화수준 ) 전문기관중심운행 공공기관중심운행 공공기관중심운행 일반인운행 수도권, 대전, 울산, 여수, 제주 Carbon Neutral 단지조성 주요대도시 주요도시확대 ( 네트워크화 )
수소연료전지차보급사업효과 (2010 년이후 ) (1) 경제 / 환경적측면 2012년 2015년 2018년 2025년 비고 차량규모 ( 대 / 년 ) 1,000 10,000 10,000 120,000 매출액증가 ( 억원 ) 176 1,417 3,860 5조 4,907 생산유발효과 ( 억원 ) 406 3,263 8,885 12조 6,396 생산유발계수 : 2.302 고용창출효과 ( 명 ) 489 3,948 10,751 152,938 고용창출계수 : 1.21명 / 억원 2012년 2015년 2018년 2025년 비고 대기오염피해절감효과 ( 천ton/ 억원 ) 0.1 4 0.6 51 2.8 322 23.8 3,964 이산화탄소저감효과 ( 천ton/ 억원 ) 3.1 5 38.3 52 214.6 342 2,379 3,798 운행비용저감효과 ( 억원 ) 9 153 2,021 2조 8,761 원유수입대체효과 ( 억원 ) - 158 1,527 7,923 (2) 사회적측면 Carbon Neutral 사회로의진입 에너지자립가능성확인 세계최대규모의수소연료전지자동차시범보급지역육성 국가위상제고
감사합니다.