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2022 국내외 고정형 수소연료전지발전 기술개발 동향과 시장전망
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출판사 씨에치오 얼라이언스
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 고정형 수소연료전지발전 시장은 탄소중립을 위한 재생에너지 및 분산에너지 확대에 따라 빠르게 성장하고 있다. 연료전지를 활용한 발전은 친환경적이며, 높은 발전효율과 공간효율성으로 분산전원으로도 활용이 가능하기 때문이다. 


 H2리서치에 따르면 2021년 전세계 발전용 연료전지시장은 385.6MW를 기록해 전년대비 23.6% 성장했으며 2022년도는 20% 성장한 463.3MW를 기록할 것으로 전망된다. 이 중 산업용 연료전지가 전체 시장의 86%를 차지해 시장을 주도할 것으로 판단되며 뒤를 이어 가정용 연료전지가 11%의 비중을 차지할 것으로 예상된다. 산업통상자원부에 따르면 2021년 우리나라에 구축된 발전용 연료전지 설비는 전년 대비 139MW 늘어난 749MW를 기록했다. 우리나라 발전용 연료전지 설비는 세계 발전용 연료전지 시장에서도 가장 많은 설비를 구축한 것으로 추정된다. 2021년 9월 기준 미국이 527MW, 7월 기준 일본이 352MW를 구축한 바 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.

 

 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.

 

  한편 정부의 발전분야 온실가스 감축계획에는 암모니아 혼소 및 수소·암모니아 터빈 발전 또한 포함되어 있다. 그러나 기존의 가스터빈 발전 연료인 LNG를 수소로 대체하기 위해서는 국내 수소 생산 잠재량 대비 많은 양의 수소가 필요하기에 대용량 전력생산 분야에서의 수소활용은 상당부분 해외에서 도입해 이를 발전 연료로 활용하는 방안이 될 것으로 보인다.


 이에 당사는 고정형 수소연료전지 발전 산업뿐 아니라 수소 기술의 최신 응용 동향과 수소 인프라 및 수소·암모니아 발전 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.






Ⅰ. 수소연료전지와 수소의 생산·저장·운송 및 충전


1. 수소연료전지 개요와 활용 동향

  1-1. 수소연료전지 개요

    1) 연료전지의 정의 및 시스템 구성

    2) 연료전지의 종류 및 특징

      (1) 전해질 종류에 따른 연료전지 분류

      (2) 연료전지 특징

      (3) 차세대 연료전지

    3) 연료전지 시장 동향

      (1) 글로벌 연료전지 시장 현황 및 전망

      (2) 글로벌 연료전지 산업 동향

      (3) 국내 연료전지 시장 현황 및 전망

      (4) 국내 연료전지 산업 동향

    4) 연료전지 산업 특징 및 구조

    5) 연료전지 연구개발 동향

      (1) 해외 연료전지 연구개발 동향

      (2) 국내 연료전지 연구개발 동향

  1-2. 수소연료전지 활용 동향

    1) 수소연료전지 모빌리티

      (1) 수소연료전지 자동차

      (2) 수소연료전지 선박

      (3) 수소연료전지 열차

    2) 건물용 연료전지

      (1) 건물용 연료전지 개요

      (2) 건물용 연료전지 개발 동향

      (3) 건물용 연료전지 보급 현황 및 과제

    3) 연료전지 발전

      (1) 수소연료전지 발전 개요

      (2) 차세대 PEMFC 분산발전 기술


2. 수소의 생산·저장·운송 및 충전

  2-1. 수소 생산 기술 및 시장 동향

    1) 수소생산 기술 개요

    2) 수소생산 기술 동향

      (1) 개질 수소

      (2) 수전해

    3) 수소생산 시장 동향

      (1) 글로벌 수소생산 시장 동향

      (2) 국내 수소생산 시장 동향

  2-2. 수소 저장 기술 및 시장 동향

    1) 수소저장 기술 개요

    2) 수소저장 기술 동향

      (1) 기체수소 저장기술 동향

      (2) 액체수소 저장기술 동향

    3) 수소저장 시장 동향

      (1) 글로벌 수소저장 시장 동향

      (2) 국내 수소저장 시장 동향

  2-3. 수소 운송 기술 및 시장 동향

    1) 수소운송 기술 개요

    2) 수소운송 시장 동향

  2-4. 수소 충전 인프라 기술 및 구축 동향

    1) 수소충전소 개요

    2) 수소충전소 기술 동향

    3) 수소충전소 구축 현황

      (1) 글로벌 수소충전소 구축 현황 및 전망

      (2) 국내 수소충전소 구축 현황 및 목표


Ⅱ. 국내외 고정형 수소연료전지발전 시장 및 정책 동향


1. 글로벌 수소연료전지발전 시장 및 정책 동향

  1-1. 글로벌 수소연료전지발전 시장 동향

    1) 글로벌 재생에너지 공급 전망

    2) 글로벌 수소연료전지발전 시장 현황 및 전망

    3) 글로벌 수소연료전지발전 산업 동향

    4) 글로벌 열병합발전 시장 동향

  1-2. 주요국 수소연료전지발전 시장 및 정책 동향

    1) 미국

      (1) 미국 연료전지 발전 시장 동향

      (2) 미국 연료전지 발전 관련 정책 동향

    2) 중국

      (1) 중국 연료전지 발전 시장 동향

      (2) 중국 연료전지 발전 관련 정책 동향

    3) 일본

      (1) 일본 연료전지 발전 시장 동향

      (2) 일본 연료전지 발전 관련 정책 동향

    4) 독일

      (1) 독일 연료전지 발전 시장 동향

      (2) 독일 연료전지 발전 관련 정책 동향

      (3) 독일 연료전지 발전 프로젝트 동향

    5) 영국

      (1) 영국 연료전지 발전 시장 동향

      (2) 영국 연료전지 발전 관련 정책 동향

      (3) 영국 연료전지 발전 프로젝트 동향

    6) 프랑스

      (1) 프랑스 연료전지 발전 시장 동향

      (2) 프랑스 연료전지 발전 관련 정책 동향


2. 국내 수소연료전지발전 시장 및 정책 동향

  2-1. 국내 수소연료전지발전 시장 동향

    1) 국내 신재생에너지 발전 동향

    2) 국내 수소연료전지발전 시장 현황 및 전망

    3) 국내 수소연료전지발전 산업 동향

    4) 국내 열병합발전(CHP) 시장 동향

  2-2. 국내 수소연료전지발전 관련 정책 동향

    1) 에너지 탄소중립 혁신전략

      (1) 에너지 부분 탄소중립 추진방향

      (2) 주요 추진 과제

    2) 제1차 수소경제 이행 기본계획

      (1) 비전 및 추진전략

      (2) 주요 추진과제

    3) 제5차 신재생에너지 기본계획(2020∼2034)

      (1) 비전 및 추진전략

      (2) 세부 추진과제

    4) 수소 발전 의무화 제도(HPS)

      (1) 수소에너지·인프라 보급제도 현황

      (2) 수소에너지·인프라 보급제도에 관한 평가

      (3) 수소 발전 의무화 제도 신설방안


Ⅲ. 고정형 수소연료전지발전 기술 동향 및 관련 특허, 기술로드맵, 연구테마


1. 수소연료전지 및 수소·암모니아 가스터빈 발전 기술 동향

  1-1. 수소연료전지발전 기술 동향

    1) 수소연료전지 발전 기술 정의 및 특성

    2) 수소연료전지 발전 핵심기술

      (1) 해외시장개척용 PAFC 응용 Tri-Gen 기술

      (2) Grid parity 달성용 MCFC 시스템 개발 및 실증

      (3) 응용 분야확대를 위한 고효율 SOFC 시스템 개발 및 실증

      (4) 분산발전용 PEMFC 최적화 기술 개발 및 인증

  1-2. 수소·암모니아 가스터빈 발전 기술 동향

    1) 수소·암모니아 발전 기술 개요

    2) 글로벌 수소·암모니아 발전 비용 동향

    3) 수소·암모니아 가스터빈 기술 동향

    4) 암모니아 관련 정책 동향

    5) 암모니아 관련 산업 동향


2. 고정형 수소연료전지발전 관련 기술 특허, 기술로드맵

  2-1. 고정형 수소연료전지발전 관련 기술 특허 동향

    1) 고효율 수소생산시스템 특허동향

      (1) 연도별 출원동향

      (2) 국가별 내·외국인 출원현황

      (3) 주요 출원인 분석

    2) 중소형 수소 액화 저장 시스템 특허동향

      (1) 연도별 출원동향

      (2) 국가별 내·외국인 출원현황

      (3) 주요 출원인 분석

    3) 수소충전용 장비 및 부품 특허동향

      (1) 연도별 출원동향

      (2) 국가별 내·외국인 출원현황

      (3) 주요 출원인 분석

    4) 수소 연료전지시스템 특허동향

      (1) 연도별 출원동향

      (2) 국가별 내·외국인 출원현황

      (3) 주요 출원인 분석

    5) 비폭발성 액상 유기 수소운반체 특허동향

      (1) 연도별 출원동향

      (2) 국가별 내·외국인 출원현황

      (3) 주요 출원인 분석

  2-2. 고정형 수소연료전지발전 관련 중소기업형 기술로드맵

    1) 고효율 수소생산시스템 기술로드맵

      (1) 핵심 요소기술

      (2) 기술로드맵

      (3) 핵심 요소기술 연구목표

    2) 중소형 수소 액화 저장 시스템 기술로드맵

      (1) 핵심 요소기술

      (2) 기술로드맵

      (3) 핵심 요소기술 연구목표

    3) 수소충전용 장비 및 부품 기술로드맵

      (1) 핵심 요소기술

      (2) 기술로드맵

      (3) 핵심 요소기술 연구목표

    4) 수소 연료전지시스템 기술로드맵

      (1) 핵심 요소기술

      (2) 기술로드맵

      (3) 핵심 요소기술 연구목표

    5) 비폭발성 액상 유기 수소운반체 기술로드맵

      (1) 핵심 요소기술

      (2) 기술로드맵

      (3) 핵심 요소기술 연구목표

  2-3. 고정형 수소연료전지발전 관련 탄소중립 에너지기술 로드맵

    1) 초고효율 복합발전 구현을 위한 기반 기술

      (1) 기술개요

      (2) 기술로드맵

      (3) 핵심기술 목표

    2) 청정수소 기반 고효율 열병합 시스템(지역난방 열 및 스팀 공급)

      (1) 기술개요

      (2) 기술로드맵

      (3) 핵심기술 목표

    3) 연료전지 시스템 고효율화를 위한 핵심 BOP 및 시스템 기술 개발

      (1) 기술개요

      (2) 기술로드맵

      (3) 핵심기술 목표

    4) 차세대 전력망 대응 연료전지 전력변환 기술

      (1) 기술개요

      (2) 기술로드맵

      (3) 핵심기술 목표


3. 고정형 수소연료전지발전 관련 기술 개발 연구테마

  3-1. 수소연료전지·발전 기술분야

    1) 분산형 연료전지 시스템 신뢰성 평가 기술 개발

    2) 직접 암모니아 연료용 고체산화물연료전지 개발

    3) 물 흐름 제어를 통한 PEMFC 성능 및 내구성 2배 이상 향상을 위한 혁신기술개발

    4) 건물용 연료전지 핵심 원천 기술 개발

    5) (총괄) 친환경 고효율 연료전지용 핵심 소재부품 개발

    6) (1세부) 건물용 PEMFC용 고성능, 장수명 막전극접합체(MEA) 개발

    7) (2세부) 20kW SOFC 시스템용 일체형 개질기 개발

    8) (3세부) 650℃ 이하 구동이 가능한 고강도 고내구성 SOFC 셀 개발

    9) 고분자전해질(PEM) 전지로부터 저탄소 백금 촉매 원료화 기술개발

  3-2. 수소(생산, 이동, 저장, 충전) 기술분야

    1) 10MW 재생에너지 연계 대규모 그린수소 실증 기술 개발

    2) 해양에너지 연계 고정식 그린수소 생산기술 개발

    3) 수출 경쟁력 확보를 위한 대용량 청정수소 생산/저장 플랜트 설계 및 인허가 대비 기반연구

    4) 수전해 기반 35MPa(350기압)급 S-HRS 시스템 개발 및 실증

    5) 650℃ 이하 중저온 작동용 고체산화물 수전해 원천기술 개발

    6) PEM 수전해 효율 향상을 위한 고분자 전해질막 개발

    7) (2세부) 수소생산을 위한 2.5kW급 폐알칼리 AEM 수전해용 고성능 촉매전극 및 부품화 기술 개발

    8) 고압수소 이송을 위한 100기압급 배관용 소재/강관 제조기술 개발 및 실증

    9) 고수율 초고순도(99% 이상) 수소생산용 중저온(500℃ 이하) 작동형 프로톤 세라믹 수전해

       (PCEC) 핵심 기술개발

    10) 액화수소 저장탱크/압력용기류의 진공·단열 성능평가 기술/안전기준 개발

    11) 차세대 고압(1,000기압) 수소 압축기 개발

    12) 액화수소 핵심부품 성능검사 기술/안전기준 개발

    13) 액체수소 운송을 위한 용량 3,000kg 액체수소 탱크트레일러 개발 및 실증

    14) 70MPa(700기압)급 수소 충전소용 고성능 고무소재 및 인증기준 개발

    15) 수소충전소 설계 및 운전 안전성 검증 사전 진단프로그램 개발

    16) 액화수소 충전소 구축 연계 안전성 평가/실증 및 안전기준 개발

    17) 액화수소 충전소용 저장탱크 및 수소공급시스템 기술개발

    18) 상용급 액체수소 플랜트용 압축기 핵심기술 개발 및 실증

    19) 에너지 저장용 가역 수소저장합금 원천기술 개발

    20) (1세부) 0.1% 이하 저농도 수소 감지용 유연 필름 및 공정기술 개발

    21) 고감도, 고신뢰성, 광대역 수소 감지용 복합소재 및 모듈화 기술개발

    22) RE100 기반의 수소 시범단지 인프라 기술개발


Ⅳ. 고정형 수소연료전지발전 관련 주요업체 사업 동향


1. 해외 주요 사업 참여업체 사업동향과 전략

  1-1. 연료전지 시스템 제조업체

    1) (미국) Bloom Energy

      (1) 회사현황

      (2) 고정형 수소연료전지발전 관련 사업 동향

    2) (미국) FuelCell Energy

      (1) 회사현황

      (2) 고정형 수소연료전지발전 관련 사업 동향

    3) (미국) Plug Power

      (1) 회사현황

      (2) 고정형 수소연료전지발전 관련 사업 동향

    4) (캐나다) Ballard Power Systems

      (1) 회사현황

      (2) 고정형 수소연료전지발전 관련 사업 동향

    5) (영국) Ceres Power

      (1) 회사현황

      (2) 고정형 수소연료전지발전 관련 사업 동향

    6) (이탈리아) SOLIDpower

      (1) 회사현황

      (2) 고정형 수소연료전지발전 관련 사업 동향

    7) (일본) Aisin Seiki

      (1) 회사현황

      (2) 고정형 수소연료전지발전 관련 사업 동향

    8) (일본) Panasonic

      (1) 회사현황

      (2) 고정형 수소연료전지발전 관련 사업 동향

    9) (일본) Toshiba

      (1) 회사현황

      (2) 고정형 수소연료전지발전 관련 사업 동향

    10) (일본) Osaka Gas

      (1) 회사현황

      (2) 고정형 수소연료전지 발전 관련 사업 동향

  1-2. 수소 인프라 업체

    1) (미국) Air Products

      (1) 회사현황

      (2) 고정형 수소연료전지발전 관련 사업 동향

    2) (독일) Linde

      (1) 회사현황

      (2) 고정형 수소연료전지발전 관련 사업 동향

    3) (독일) Siemens

      (1) 회사현황

      (2) 수소 관련 사업 동향

    4) (프랑스) Air Liquide

      (1) 회사현황

      (2) 고정형 수소연료전지발전 관련 사업 동향

    5) (프랑스) TotalEnergies

      (1) 회사현황

      (2) 고정형 수소연료전지발전 관련 사업 동향

    6) (일본) Iwatani Corporation

      (1) 회사현황

      (2) 고정형 수소연료전지발전 관련 사업 동향


2. 국내 주요 사업 참여업체 사업동향과 전략

  2-1. 연료전지 시스템 및 부품 제조업체

    1) 두산퓨얼셀 

      (1) 회사현황

      (2) 고정형 수소연료전지발전 관련 사업 동향

    2) 동아화성 

      (1) 회사현황

      (2) 고정형 수소연료전지발전 관련 사업 동향

    3) 상아프론테크 

      (1) 회사현황

      (2) 고정형 수소연료전지발전 관련 사업 동향

    4) 비나텍 

      (1) 회사현황

      (2) 고정형 수소연료전지발전 관련 사업 동향

    5) 에스퓨얼셀

      (1) 회사현황 

      (2) 고정형 수소연료전지발전 관련 사업 동향

    6) 미코

      (1) 회사현황

      (2) 고정형 수소연료전지발전 관련 사업 동향

    7) SK에코플랜트

      (1) 회사현황

      (2) 고정형 수소연료전지발전 관련 사업 동향

    8) 범한퓨얼셀

      (1) 회사현황

      (2) 고정형 수소연료전지발전 관련 사업 동향

    9) STX에너지솔루션

      (1) 회사현황

      (2) 고정형 수소연료전지발전 관련 사업 동향

    10) Fuel Cell Innovations(FCI)

      (1) 회사현황

      (2) 고정형 수소연료전지발전 관련 사업 동향

  2-2. 수소 인프라 업체

    1) POSCO홀딩스

      (1) 회사현황

      (2) 고정형 수소연료전지발전 관련 사업 동향

    2) 두산에너빌리티

      (1) 회사현황

      (2) 고정형 수소연료전지발전 관련 사업 동향

    3) 롯데케미칼

      (1) 회사현황

      (2) 고정형 수소연료전지발전 관련 사업 동향

    4) 한화솔루션

      (1) 회사현황

      (2) 고정형 수소연료전지발전 관련 사업 동향

    5) SK E&S

      (1) 회사현황

      (2) 고정형 수소연료전지발전 관련 사업 동향

    6) 효성중공업

      (1) 회사현황

      (2) 고정형 수소연료전지발전 관련 사업 동향

    7) 덕양

      (1) 회사현황

      (2) 고정형 수소연료전지발전 관련 사업 동향

    8) 제이엔케이히터

      (1) 회사현황

      (2) 고정형 수소연료전지발전 관련 사업 동향


Ⅴ. 참고자료