2010년부터 활발하게 보급되는 설비에 관심이 쏠리고 있습니다. 도시가스를 이용하여 전기를 생산하고 부수적으로 열도 얻을수 있는 가정용 연료전지시스템이 주인공인데요. 새롭게 떠오르고 있는 정부 그린홈 보급사업의 새로운 강자에 대해 살펴보도록 하겠습니다.

연료용 가스에 포함되어 있는 수소를 대기중의 산소와 반응시켜 전기와 열을 동시에 생산하는 연료전지를 주택에 설치하여 이용하는 것을 연료전지 주택이라고 하죠.
☞ 도시가스가 공급되는 주택에 연료전지를 설치하면 여기에서 전기와 열이 생산되는데, 전기는 가정에서 사용하는 전기의 일부로 활용하고, 열은 온수나 난방의 일부로 사용하는 것을 말합니다. 즉, 연료전지의 기술의 핵심은 수소와 산소의 화학반응으로 생기는 화학에너지를 직접 전기에너지로 변환시키는 기술입니다.

전기를 생산하는 발전효율은 30~40%, 열을 생산하는 효율은 40% 이상으로 총 70%~80%의 효율을 가지고 있다고 알려져 있습니다.
☞ 현재 국내에서 가장 많이 적용되고 있는 방식은 고분자 전해질형(PEMFC) 형태로서 80도 이하의 온도에서 동작되며 1kw~10kw의 소용량이 상용화 되어있고, 국내 그린홈 보급사업에도 이 형식이 적용되고 있어요.


1. 연료극에 공급된 수소는 수소이온과 전자로 분리
2. 수소이온은 전해질층을 통해 공기극으로, 전자는 외부회로를 통해 공기극으로 이동
3. 공기극 쪽에서 산소이온과 수소이온이 만나 물을 생성
4. 최종적인 반응은 수소와 산소가 결합하여 전기, 물 및 열생성

- 개질기 : 화석연료(천연가스)로부터 수소를 발생시키는 장치로서 시스템에 영향을 주는 황, 일산화탄소를 제어해주는 역할 을 수행함
- 스텍 : 전기 출력을 얻기위해 단위전지를 수백장 직렬로 쌓아올린 본체
- 전력변환기 : 연료전지에서 생산된 직류 전기를 교류로 변환시키는 장치

1kw용량의 연료전지를 설치하기 위해서는 약2㎡의 면적 필요합니다.
☞ 기존 보일러실에 있는 보일러 정도의 면적이 소요되는 정도입니다.

● 월 전기사용량이 450kwh인 주택의 경우  - 연간 전기/열 요금 절감액 : 564천원
● 월 전기사용량이 500kwh인 주택의 경우  - 연간 전기/열 요금 절감액 : 1,212천원
※ 연료전지 발전효율 35%, 도시가스 발열량 9,550kcal/N㎥, 도시가스 714원/N㎥을 기준으로 한 값이므로 기후조건, 단열상태, 전기사용량 등에 따라 달라집니다.

연료전지는 열과 전기를 동시에 얻을 수 있는 새로운 에너지로 부각되고 있습니다. 현재 많은 시도가 이루어지고 있지만 도시가스를 이용한 분야가 가장 먼저 상용화되었고 보급사업에 적용되고 있죠. 그러나 연료를 가스로 쓰다보니 사용연료 대비 생산에너지의 경제성이 다소 취약한 문제도 있습니다. 가스사용료도 계속 올라가니 말이죠. 연료없이 공기만을 가지고 전기와 열을 생산할 수 있는 연료전지의 상용화를 기대해 봅니다.

사진출처 : 한화63시티

성락준 | 한화63시티 기술지원팀 팀장 안녕하세요. 기술지원팀 성락준 팀장입니다. 제가 담당하고 있는 업무는 환경과 에너지 관련 사업개발 및 시행입니다. 실제 생활에 도움이 되는 친환경 신재생에너지에 대한 지식과 정보를 알려드리겠습니다.