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2021년 고정형 수소연료전지발전 시스템 기술개발 동향과 시장전망
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출판사 씨에치오 얼라이언스
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 전 세계가 기후변화에 대응하여 탄소중립을 화두로 경제와 사회 시스템을 전환해 나가는 시점에서 지난해부터 본격화하기 시작한 수소경제를 향한 글로벌 움직임이 수소연료전지차와 수소생산, 이동, 저장 사업 등에 이어 대형 연료전지 발전소와 가정용, 건물용 연료전지 발전시스템 등 고정형 연료전지발전시스템 건설 사업으로 확대되고 있다. 

 현재 몇몇 아시아 국가를 제외하면, 대부분의 국가에서 연료전지 발전에 대한 뚜렷한 로드맵은 제시되고 있지 않은 상황으로, 주요 국가의 수소경제 전략의 대부분은 그린수소 생산을 위한 수전해 시설이나 충전소 보급 및 수송 분야에 집중되어 있는데, 재생에너지 발전이 부족한 국가에서 연료전지 발전은 필수적으로 수소연료전지 발전은 수소 활용 부분의 중요 축으로 성장하고 초기의 부생수소나 추출수소에서 궁극적으로 그린수소를 이용한 발전으로 변모할 것으로 분석되고 있다.

 산업통상자원부 자료에 따르면 2020년 말 국내 수소연료전지 발전량(누적 600MW)은 전 세계 보급량 중 43% 수준으로 1위를 기록한 것으로 나타나고 있으며, 두번째로 발전량이 많은 나라는 미국으로 482MW이며, 일본은 313MW를 연료전지를 통해 발전한 것으로 나타나고 있다. 발전용 연료전지 시장에서 Bloom Energy는 50%의 시장점유율을 보이며 연료전지 발전시스템 시장의 선두기업으로 앞서 나가고 있으며, 그 뒤로 두산퓨얼셀, Fuel Cell Energy 등이 따르고 있다. 한편, 가정건물용 연료전지 발전 시장에서는 일본기업인 Panasonic과 Aisin Seiki가 약 90%의 점유율을 차지하고 있는데, 이는 일본이 가정용 연료전지 발전의 선도국으로 정부의 보조금 지원을 바탕으로 가정용 연료전지 에너팜의 보급이 빠른 속도로 확산되었기 때문이다.
 
 이에, 우리 정부도 2020년 10월 열린 제2차 수소경제위원회에서 연료전지 맞춤형 수소발전 의무화제도(HPS)를 2022년부터 도입하기로 한 바, 이는 재생에너지 중심의 현행 RPS 제도로는 연료전지 보급의 안정적 확대에 한계가 많아 발전용 연료전지 의무공급시장(HPS)을 조성함으로써 안정적인 보급체계를 구축하고, 보급 확대를 지원하기 위함이다.
 
 최근에는 국내외 주요 완성차 기업을 중심으로 수소차용 연료전지를 이용한 발전시스템을 구축하려는 시도도 이루어지고 있다. 현대차는 넥쏘에 탑재되는 연료전지를 이용한 발전시스템 실증을 시작했고, 도요타는 본사공장에서 미라이의 연료전지를 활용한 발전시스템을 운영하고 있으며, 독일 다임러트럭AG와 영국 롤스로이스는 비상발전기 시스템 개발에 협력하고 있다. 
 
 이에 당사는 고정형 수소연료전지 발전 산업뿐 아니라 수소 기술의 최신 응용 동향과 수소모빌리티, 수소 인프라 등 다양한 수소연료전지 발전 연관사업 동향과 기술개발 동향을 조사·분석 하였으며, 글로벌 시장 동향과 전망, 국내외 정책 및 선도기업의 전략 등을 종합적으로 조사 분석하여 본서를 출간하게 되었다. 모쪼록 본 보고서가 수소연료전지 발전 산업 종사자뿐만 아니라 관련 분야에 관심을 갖고 계시는 모든 분들의 업무에 미력하나마 도움이 되길 바란다.

2021년 08월 04일
산업조사 2팀 팀장(PM) 김 하 나





 

  

Ⅰ. 수소연료전지 발전 개요 및 기술 동향


1. 수소연료전지 개요 및 활용 기술 동향

  1-1. 수소에너지 산업 동향

    1) 수소에너지 활용 동향

    2) 수소의 생산

      (1) 수소 생산기술 분류

      (2) 수전해 기술 종류 및 동향

    3) 수소의 운송

    4) 수소의 저장

    5) 수소산업 투자 전망

  1-2. 수소연료전지 개요

    1) 연료전지 정의 및 구성

    2) 연료전지 종류 및 특징

      (1) 전해질 종류에 따른 연료전지 분류

      (2) 용도별 연료전지 분류

      (3) 연료전지 특징

      (4) 차세대 연료전지

    3) 연료전지 산업 특징 및 구조

    4) 연료전지 연구개발 동향

      (1) 해외 연료전지 연구개발 동향

      (2) 국내 연료전지 연구개발 동향

  1-3. 수소연료전지 활용 모빌리티 기술 동향

    1) 수소연료전지 자동차

      (1) 수소연료전지 자동차 정의 및 특징

      (2) 수소연료전지 자동차 시장 동향

      (3) 수소연료전지 자동차 기술개발 동향

    2) 수소연료전지 선박

      (1) 수소연료전지 선박 기술개발 배경

      (2) 수소연료전지 선박 개요

      (3) 수소연료전지선박 기술개발 동향

      (4) 국내외 수소연료전지선박 건조 프로젝트

    3) 수소연료전지 열차

      (1) 수소연료전지 열차 개요

      (2) 수소연료전지 열차 기술개발 동향

    4) 수소연료전지 드론

      (1) 수소연료전지 드론 개요

      (2) 수소연료전지 드론 기술개발 동향

    5) 수소연료전지 지게차

      (1) 수소연료전지 지게차 시장 동향

      (2) 수소연료전지 지게차 기술개발 동향


2. 수소연료전지 발전 개요 및 기술 동향

  2-1. 연료전지 발전 개요 및 산업 동향 

    1) 연료전지 발전 개요

    2) 연료전지 발전 산업 동향

      (1) 글로벌 연료전지 발전 산업 동향

      (2) 국내 연료전지 발전 산업 동향

  2-2. 발전용 연료전지 시스템 기술개발 동향

    1) PEMFC 기술개발 동향

      (1) PEMFC 특성

      (2) PEMFC 시스템 보급 현황

    2) SOFC 기술개발 동향 

      (1) SOFC 특성

      (2) SOFC 시스템 보급 현황

    3) MCFC 기술개발 동향

      (1) MCFC 특성

      (2) MCFC 시스템 보급 현황

    4) PAFC 기술개발 동향

      (1) PAFC 특성

      (2) PAFC 시스템 보급 현황

  2-3. 연료 암모니아 활용 동향과 전망

    1) 연료 암모니아 개요와 시장 동향

      (1) 암모니아 개요와 특징 

      (2) 암모니아 가격 동향

      (3) 암모니아 시장 규모와 동향

    2) 일본의 암모니아 도입·이용 확대를 위한 전략과 동향

      (1) 4대 시점

      (2) 도입·확대 로드맵


Ⅱ. 글로벌 수소연료전지 발전 시장 및 정책 동향


1. 글로벌 수소연료전지 발전 시장 동향

  1-1. 글로벌 연료전지 시장 동향

    1) 글로벌 연료전지 시장 전망

    2) 글로벌 주요 연료전지 기업 동향

  1-2. 글로벌 수소연료전지 발전 관련 시장 동향

    1) 수소 시장 동향

    2) 재생에너지 발전 시장 동향

    3) 수소연료전지 발전 시장 동향


2. 국내 수소연료전지 발전 시장 및 정책 동향

  2-1. 국내 수소연료전지 발전 관련 시장 동향

    1) 국내 연료전지 시장 전망

    2) 국내 수소 시장 동향

    3) 국내 재생에너지 발전 시장 동향

    4) 국내 수소연료전지 발전 시장 동향

    5) 국내 주요 연료전지 기업 동향

  2-2. 국내 수소연료전지 발전 관련 정책

    1) 재생에너지 3020

    2) 수소경제 활성화 로드맵

      (1) 수소 모빌리티 

      (2) 에너지 분야

      (3) 수소 생산 

      (4) 저장·운송

    3) 제로에너지건축 보급 의무화

    4) 수소 발전 의무화 제도(HPS)

      (1) 수소에너지·인프라 보급제도 현황

      (2) 수소에너지·인프라 보급제도에 관한 평가

      (3) 수소 발전 의무화 제도 신설방안


3. 주요국 수소연료전지 발전 시장 및 정책 동향

  3-1. 미국

    1) 미국 연료전지 시장 동향

    2) 미국 연료전지 발전 관련 정책

      (1) 수소 프로그램 계획

      (2) 미국 수소경제 로드맵

      (3) 캘리포니아주 전력망 고도화 R&D 프로그램

  3-2. 독일

    1) 독일 수소 및 연료전지 시장 동향

    2) 독일 연료전지 발전 관련 정책

      (1) 독일 에너지 전환 정책

      (2) 독일 국가수소전략

    3) 독일 수소 관련 프로젝트

  3-3. 영국

    1) 영국 수소 산업 현황 및 전망

    2) 영국 연료전지 발전 관련 정책

      (1) 청정 성장 전략

      (2) 산업 탈탄소화 전략

    3) 영국 수소 관련 프로젝트

  3-4. 프랑스

    1) 프랑스 연료전지 발전 관련 정책

      (1) 국가수소위원회 출범

      (2) 수소에 관한 정부명령 

      (3) 수소에너지 개발 정책

    2) 프랑스 수소 관련 프로젝트

      (1) 수소 프로젝트 최근 동향

      (2) P2G 수전해 실증단지 구축 프로젝트

    3) 프랑스 수소 관련 주요 기업 사업 동향

  3-5. 러시아

    1) 러시아 수소 산업 현황 및 전망

    2) 러시아 연료전지 발전 관련 정책

      (1) 러시아 수소 정책 현황

      (2) 러시아 수소 에너지 개발 로드맵

    3) 러시아 수소 관련 주요 기업 사업 동향

      (1) 가즈프롬

      (2) 로스아톰

      (3) 노바테크

      (4) 크리오겐마시

      (5) 겔리마시

  3-6. 호주

    1) 호주 수소 산업 현황 및 전망

    2) 호주 연료전지 발전 관련 정책

      (1) 호주 수소 정책 현황

      (2) 호주 국가수소전략

  3-7. 일본

    1) 일본 가정용 연료전지 시장 동향

    2) 일본 연료전지 발전 관련 정책

      (1) 일본 2050 수소사회 추진

      (2) 대규모 수소 서플라이체인 구축 프로젝트

      (3) 일본 수소·연료전지 전략 로드맵

      (4) 일본 수소 및 암모니아 발전 현황

  3-8. 중국

    1) 중국 수소 산업 현황 및 전망

    2) 중국 연료전지 산업 현황

    3) 중국 연료전지 발전 관련 정책


Ⅲ. 고정형 수소연료전지발전 시스템 관련 기술 동향과 연구개발 테마


1. 수소연료전지발전 시스템 관련 기술 특허 동향과 기술개발 로드맵

  1-1. 관련 기술 특허 동향

    1) 수소 가스터빈 특허출원 동향

      (1) 연도별 출원동향

      (2) 주요 출원인 동향

    2) 그린 수소 생산용 물분해 촉매 특허출원 동향

      (1) 연도별 출원동향

      (2) 주요 출원인 동향

    3) 금속 이용 수소 저장·운반 기술분야 특허출원 동향

      (1) 연도별 출원동향

      (2) 출원인별 동향

    4) 수소 연료전지시스템 특허출원 동향

      (1) 연도별 출원동향

      (2) 국가별 출원현황

      (3) 주요 출원인 분석

    5) 고효율 수소생산 시스템 특허출원 동향

      (1) 연도별 출원동향

      (2) 국가별 출원현황

      (3) 주요 출원인 분석

    6) 수소충전용 장비 및 부품 특허출원 동향

      (1) 연도별 출원동향

      (2) 국가별 출원현황

      (3) 주요 출원인 분석

    7) 중소형 수소 액화 저장 시스템 특허출원 동향

      (1) 연도별 출원동향

      (2) 국가별 출원현황

      (3) 주요 출원인 분석

    8) 수소 저장·운반용 복합 소재 특허출원 동향

      (1) 해외 특허 동향

      (2) 국내 특허 동향

    9) 수소충전소 핵심부품 특허출원 동향

      (1) 해외 특허 동향

      (2) 국내 특허 동향

    10) 건물용 연료전지 MEA 특허출원 동향

      (1) 해외 특허 동향

      (2) 국내 특허 동향

    11) 수전해용 차세대 핵심소재부품 특허출원 동향

      (1) 해외 특허 동향

      (2) 국내 특허 동향

    12) 연료전지용 열교환기 특허출원 동향

      (1) 해외 특허 동향

      (2) 국내 특허 동향

  1-2. 중소기업형 관련 기술개발 로드맵

    1) 고효율 수소생산 시스템

      (1) 핵심 요소기술

      (2) 기술로드맵(2021-2023)

      (3) 핵심 요소기술 연구목표

    2) 수전해용 차세대 핵심소재부품

      (1) 핵심 요소기술

      (2) 기술로드맵(2021-2023)

    3) 중소형 수소 액화 저장 시스템

      (1) 핵심 요소기술

      (2) 기술로드맵(2021-2023)

      (3) 핵심 요소기술 연구목표

    4) 수소 저장·운반용 복합 소재

      (1) 핵심 요소기술

      (2) 기술로드맵(2021-2023)

    5) 수소충전소 핵심부품

      (1) 핵심 요소기술

      (2) 기술로드맵(2021-2023)

    6) 수소충전용 장비 및 부품

      (1) 핵심 요소기술

      (2) 기술로드맵(2021-2023)

      (3) 핵심 요소기술 연구목표

    7) 수소 연료전지 시스템

      (1) 핵심 요소기술

      (2) 기술로드맵(2021-2023)

      (3) 핵심 요소기술 연구목표

    8) 건물용 연료전지 MEA

      (1) 핵심 요소기술

      (2) 기술로드맵(2021-2023)

    9) 연료전지용 열교환기

      (1) 핵심 요소기술

      (2) 기술로드맵(2021-2023)


2. 수소연료전지발전 시스템 관련 기술 연구개발 테마

  2-1. 수소 생산, 저장, 이동(운송) 기술 분야

    1) 광전기화학적(PEC) 고효율 수소생산 원천기술개발

    2) 그린 수소 생산을 위한 프로톤 기반 고효율 중온 수전해(PCEC) 수소생산 

    3) 재생에너지 연계형 탄화수소계 연료기반 열화학적 CO2-free 수소 생산 원천기술 개발

    4) 고밀도 수소 흡착성능을 확보한 다공성 흡착 소재 개발 

    5) 액체수소 운송선박 핵심시스템(화물창, BOG 처리시스템, CHS시스템) 국산화 모델 개발

    6) 수소충전소 및 배관망 안전 제고를 위한 필수 장비 국산화 기술 개발

    7) 수소가격 경쟁력 강화를 위한 2,000 kg/day급 탄소배출 저감형 고효율 중대형 개질기 기술 개발

    8) 모듈/이동형 수소 생산·저장·공급 및 전력공급 시스템 개발

    9) 해외 수소 도입 대비 100m³/h 급 LOHC(톨루엔-MCH) 시스템 개발

    10) 부생가스 활용 대용량 고효율 수소분리막 연계 수소 분리정제 공정 개발

    11) 폐자원 이용 무산소 열적전환 기반 수소 생산 기술 개발

    12) 대면적 고효율 고체산화물 수전해(SOEC) 평판형 셀, 스택 및 8kW급 시스템 개발

    13) 1kW급 용융탄산염형 고온수전해 전지(MCEC) prototype 개발

    14) 열화학적 개질반응을 이용한 바이오가스 수소자원화 실증기술 개발

    15) 수소전기트램의 내압용기 기술기준(안) 개발

    16) 수소저장용 고압·대용량 복합재료용기 기술기준(안) 개발

    17) 글로벌 시장 진출을 위한 수소전기차용 연료 저장 용기의 비금속 라이너 제작을 위한 레이저 용접 기술개발

    18) 수소 생산용 수전해 전극재료 특성 및 내구성 평가기술의 국제표준 개발

  2-2. 수소연료전지 기술 분야

    1) FC-REEV용 연속출력 60kW급 트레일러형 연료전지시스템 개발 및 실증

    2) 캐스케이드 스택을 활용한 10kW급 고효율 SOFC 시스템 기술개발

    3) SOFC 스택의 신뢰성과 경제성 확보를 위한 밀봉재 및 집전체의 표준화 연계 기술개발

    4) 최대이륙중량 200kg급 비행체용 순정격출력 30kW급 연료전지 파워팩 시스템 개발

    5) 수소연료전지 스택용 금속 분리판 고속 제조 공정 기술 개발

    6) 연료전지 시스템의 스마트설계·제조·운전 오픈 플랫폼 개발

    7) 농업용·물류운송 드론용 순정격출력 15kW급 연료전지 파워팩 시스템 개발

    8) 저온작동용(500℃ 운전) 박막 기반 고체산화물 연료전지 셀·스택 개발

    9) 페라이트계 스테인리스 금속지지체를 기반으로 한 금속지지형 SOFC 셀·스택 개발

    10) (총괄) 연료전지 금속 분리판의 저가·고내구화 핵심기술 개발

    11) (1세부) 고온 소성가공 기반 400cm급 후판형 SOFC 분리판 설계 및 제조 기술 개발

    12) (2세부) 건물용 PEFC 금속 분리판의 고내구화(4만 시간 이상) 핵심 기술 개발

  2-3. 수소충전 기술 분야

    1) 수소 저장탱크/압력용기 이물질 탐상/재검사 기술 및 안전기준 개발

    2) 수소충전소 화재폭발시 피해저감 방호벽 설계 기술 및 안전기준 개발

    3) 수소 저장탱크/압력용기 수소취성 안전성 검사기술 및 안전기준 개발

    4) 수소 전주기 통합 위험성평가 프로그램 및 액화수소 설비 안전기준 개발

    5) 수소충전소 압축기 현장 성능평가 가이드라인 개발

    6) (총괄) 수소충전소 핵심부품 신뢰성 제고를 위한 성능 고도화 실증 기술개발

    7) (1세부) 수소충전소용 100MPa급 초고압 복합 압축기 기술개발 및 실증

    8) (2세부) 수소충전소용 100MPa급 저장용기(Type1.) 기술개발 및 실증

    9) (3세부) 수소충전소용 100MPa급 역류방지(체크)밸브 고도화 기술개발 및 실증

    10) (4세부) 수소충전소용 100MPa급 차단(니들)밸브 고도화 기술개발 및 실증

    11) (5세부) 수소충전소용 100MPa급 연결부품(피팅,튜브) 기술개발 및 실증

    12) (6세부) 수소충전소용 100MPa급 가스필터(유류 및 파티클) 기술개발 및 실증

    13) (총괄) 동시충전이 가능한 70MPa급 듀얼타입 수소충전기용 핵심부품개발 및 실증

    14) (1세부) 105MPa급 수소충전기용 공압밸브 개발 및 성능고도화

    15) (2세부) 사용압력 70MPa급 수소충전용 노즐 국산화 개발 및 실증

    16) (3세부) 수소 충전기용 사용압력 70MPa급 충전호스 국산화 개발


Ⅳ. 수소연료전지 발전 관련 주요업체 사업 동향


1. 해외 업체 수소연료전지 발전 사업 동향

  1-1. 발전용 연료전지 제조업체

    1) (미국) Bloom Energy

      (1) 회사현황

      (2) 수소연료전지 발전 관련 사업 동향

    2) (미국) FuelCell Energy

      (1) 회사현황

      (2) 수소연료전지 발전 관련 사업 동향

    3) (미국) Cummins

      (1) 회사현황

      (2) 수소연료전지 발전 관련 사업 동향

    4) (캐나다) Ballard Power Systems

      (1) 회사현황

      (2) 수소연료전지 발전 관련 사업 동향

    5) (독일) SFC Energy

      (1) 회사현황

      (2) 수소연료전지 발전 관련 사업 동향

    6) (이탈리아) SOLIDpower

      (1) 회사현황

      (2) 수소연료전지 발전 관련 사업 동향

    7) (일본) Aisin Seiki

      (1) 회사현황

      (2) 수소연료전지 발전 관련 사업 동향

    8) (일본) Panasonic

      (1) 회사현황

      (2) 수소연료전지 발전 관련 사업 동향

    9) (일본) Mitsubishi Power

      (1) 회사현황

      (2) 수소연료전지 발전 관련 사업 동향

    10) (일본) Fuji Electric

      (1) 회사현황

      (2) 수소연료전지 발전 관련 사업 동향

    11) (일본) Osaka Gas

      (1) 회사현황

      (2) 수소연료전지 발전 관련 사업 동향

  1-2. 수소 인프라 업체

    1) (미국) Air Products

      (1) 회사현황

      (2) 수소연료전지 발전 관련 사업 동향

    2) (영국) ITM Power

      (1) 회사현황

      (2) 수소연료전지 발전 관련 사업 동향

    3) (독일) Linde

      (1) 회사현황

      (2) 수소연료전지 발전 관련 사업 동향

    4) (독일) Siemens

      (1) 회사현황

      (2) 수소연료전지 발전 관련 사업 동향

    5) (프랑스) Air Liquide

      (1) 회사현황

      (2) 수소연료전지 발전 관련 사업 동향

    6) (일본) Iwatani Corporation

      (1) 회사현황

      (2) 수소연료전지 발전 관련 사업 동향


2. 국내 업체 수소연료전지 발전 사업 동향

  2-1. 발전용 연료전지 제조업체

    1) 두산퓨얼셀

      (1) 회사현황

      (2) 수소연료전지 발전 관련 사업 동향

    2) 에스퓨얼셀

      (1) 회사현황

      (2) 수소연료전지 발전 관련 사업 동향

    3) 미코

      (1) 회사현황

      (2) 수소연료전지 발전 관련 사업 동향

    4) 현대자동차

      (1) 회사현황

      (2) 수소연료전지 발전 관련 사업 동향

    5) SK에코플랜트

      (1) 회사현황

      (2) 수소연료전지 발전 관련 사업 동향

    6) Fuel Cell Innovations(FCI)

      (1) 회사현황

      (2) 수소연료전지 발전 관련 사업 동향

    7) STX중공업

      (1) 회사현황

      (2) 수소연료전지 발전 관련 사업 동향

    8) 범한퓨얼셀

      (1) 회사현황

      (2) 수소연료전지 발전 관련 사업 동향

  2-2. 연료전지 부품 제조업체

    1) 비나텍

      (1) 회사현황

      (2) 수소연료전지 발전 관련 사업 동향

    2) 코오롱인더스트리

      (1) 회사현황

      (2) 수소연료전지 발전 관련 사업 동향

    3) 일진하이솔루스

      (1) 회사현황

      (2) 수소연료전지 발전 관련 사업 동향

  2-3. 수소 인프라 업체

    1) 효성중공업

      (1) 회사현황

      (2) 수소연료전지 발전 관련 사업 동향

    2) 포스코

      (1) 회사현황

      (2) 수소연료전지 발전 관련 사업 동향

    3) 두산중공업

      (1) 회사현황

      (2) 수소연료전지 발전 관련 사업 동향

    4) 롯데케미칼

      (1) 회사현황

      (2) 수소연료전지 발전 관련 사업 동향

    5) 한화솔루션

      (1) 회사현황

      (2) 수소연료전지 발전 관련 사업 동향

    6) 이엠코리아

      (1) 회사현황

      (2) 수소연료전지 발전 관련 사업 동향

    7) 제이엔케이히터

      (1) 회사현황

      (2) 수소연료전지 발전 관련 사업 동향

    8) 엔케이

      (1) 회사현황

      (2) 수소연료전지 발전 관련 사업 동향

    9) 한국가스공사

      (1) 회사현황

      (2) 수소연료전지 발전 관련 사업 동향

    10) 덕양

      (1) 회사현황

      (2) 수소연료전지 발전 관련 사업 동향


Ⅴ. 참고자료