수소경제 활성화를 위한 정책연구

Abstract

세계 여러 나라는 온실가스 감축을 목표로 화석연료에서 재생에너지, 수소로 에너지원을 대체하려 하고 있다. 기술개발을 통해 수소경제가 현실화하고 수소생산비용이 화석연료 수준으로 하락한다면 연료전지발전은 주요 전력 생산 방법이 될 것이라 예상된다. 그러나 현재 수전해 기술을 이용해 재생에너지 기반 수소를 생산하고 이를 이용하여 연료전지발전으로 전력을 생산하는 것은 경제성이 부족하므로 정부가 적극적인 지원 정책으로 수소경제 활성화에 나서야 한다. 이에 본 논문에서는 수소경제 활성화 지원 정책에 대한 대안으로 재생에너지 기반 수소를 이용한 연료전지발전의 REC 가중치 수준을 분석하였다. 재생에너지 기반 연료전지발전의 REC 가중치 수준을 도출하기 위해 먼저 개질수소를 이용한 연료전지 관련 문헌 7개의 초기투자비용, 운영비용, 연료비용 등을 각각 참고하여 총 18개의 연료전지 균등화 발전비용(Levelized Cost Of Electricity, LCOE)을 도출했다. 7개의 문헌 중 4개의 국내 문헌을 이용해 도출한 LCOE 평균치와 SMP와 REC 가격의 3년 평균치를 통해 도출한 REC 가중치는 현행 연료전지발전 REC 가중치와 유사했다. 그러므로 이때의 LCOE와 SMP(System Marginal Cost), REC 가격 평균치가 가장 적절하다고 판단했다. 재생에너지 기반 연료전지발전에서 연료비용을 책정하기 위해 균등화 수소생산비용(Levelized Cost Of Hydrogen, LCOH)을 도출하였다. 태양광, 육상풍력, 해상풍력, 연료전지 총 4가지 재생에너지로 생산한 전력을 통해 3가지의 수전해 설비를 이용할 경우의 설비비용, 생산효율, 운영비용 등의 전망치를 2020년, 2030년, 2050년 3가지 연도별로 평균 내어 총 36개의 LCOH를 도출하였다. 연구 결과 LCOH는 3,445원~7,051원(2020년 기준)이고 최종적으로 도출한 재생에너지 기반 연료전지발전의 REC 가중치 수준은 3.97~7.51이다. 재생에너지 유형에 따라 재생에너지 기반 연료전지발전 LCOE는 크게 차이가 난다. 이에 따라 본 논문에서 제안하는 대안은 태양광, 육상풍력을 이용한 연료전지발전의 REC 가중치를 4.0으로 설정하는 것이다. 연구 결과 알칼라인 수전해 설비와 태양광, 육상풍력을 이용한 연료전지발전은 각각 3.97, 4.21이다. 현행 가장 높은 REC 가중치는 4.0이기 때문에 이보다 높은 REC 가중치를 새로이 설정하는 것은 어려울 것으로 생각된다. 연구 결과에 따르면 시간이 지나 연구개발이 되어 수전해 설비비용, 생산효율 등이 개선되었을 때는 REC 가중치가 최소 3.08까지 낮아질 거라 추정된다. 이 점을 고려한다면 재생에너지 기반 연료전지발전의 REC 가중치 설정과 같은 지원 정책은 수소기술발전을 가속해 우리나라가 수소경제를 활성화할 수 있다고 생각된다.; Many attempts are being made to replace energy sources from fossil fuels to renewable energy and hydrogen with the aim of reducing greenhouse gases. Fuel cell power generation using hydrogen would play a major role in generating power if the hydrogen economy is to become a reality through technological advancements and through cost reduction of hydrogen production to the level of fossil fuels. Currently, producing hydrogen using water electrolysis and using it to generate electricity by fuel cell power generation is not a viable economic solution and the government incentives to support the hydrogen economy through policy changes are necessary. On that account, we analyzed the REC weight level of fuel cell power generation using hydrogen based water electrolysis to look for an alternative to the policy which will support realizing hydrogen economy. A total of 18 fuel cell power generation LCOE(Levelized Cost Of Electricity) were calculated to derive the REC weight level for fuel cell power generation using hydrogen based water electrolysis. The initial investment cost, operation cost, and fuel cost of 7 fuel cell documents related to reformed hydrogen were used in this calculation. The average LCOE derived from 4 domestic documents out of 7 documents and the REC weight derived from the 3-year average of SMP(System Marginal Cost) and REC prices were consistent with the current fuel cell power generation REC weight. Therefore, we have concluded that the average of LCOE, SMP, and REC price at this time were appropriate. Levelized Cost Of Hydrogen(LCOH) was derived to determine the fuel cost in hydrogen-based fuel cell power generation. The forecast for facility cost, production efficiency, and operating costs of using three types of hydroelectric facilities is summarized for 2020, 2030, and 2050 through power generated from solar, onshore wind, offshore wind power, and fuel cells. Thus, a total of 36 LCOHs were derived. As a result of the study, LCOH is 3,445 won~7,051 won (as of 2020), and the finally derived REC weight level of fuel cell power generation using hydrogen based water electrolysis is 3.97~7.51. Depending on the type of renewable energy used for water electrolysis, LCOE for fuel cell power generation using hydrogen based water electrolysis varies greatly. Consequently, it is proposed in this paper that the alternative is to set the value of REC weight to 4.0 for fuel cell power generation through water electrolysis using solar and onshore wind power. In summary, fuel cell power generation using AKE(Alkaline electroysis) facility, solar power and onshore wind was 3.97 and 4.21, respectively. Since the current highest REC weight is 4.0, it will be difficult to go any higher. It is estimated in this study that the REC weight will decrease to at least 3.08 when water electrolysis technology is developed over time, cost of water electrolysis facility is reduced, and production efficiency is improved. It is believed that policies such as setting REC weights for fuel cell power generation using hydrogen based water electrolysis can accelerate Korea's hydrogen economy.