출처 : https://monoist.itmedia.co.jp/mn/articles/2311/29/news090.html

파나소닉은 100% 재생에너지로 설비를 가동시키는 RE100 솔루션을 전개하고 있는데, 여기에서는 선행하여 실증했던 쿠사츠(草津) RE100 솔루션 시설 ‘H2 KIBOU FIELD’의 실증 내용과 그 실적에 대해 살펴본다.

파나소닉은 100% 재생에너지로 설비를 가동시키는 RE100 솔루션을 전개하고 있는데, 2023년 11월 14일에는 영국에서 전자레인지 등을 제조하는 파나소닉 매뉴팩추어링 영국(PMUK)에서 실증을 시작할 것이라고 발표했다.

<그림> 쿠사츠 RE100 솔루션 시설 ‘H2 KIBOU FIELD’의 모습

주) 오른쪽 안쪽의 하얀 탱크가 수소 탱크다. 앞쪽의 하얀 상자가 리튬이온 전지이고, 안쪽에 나열되어 있는 회색 상자가 순수소 연료전지다.

태양전지와 축전지, 연료전지까지 3개의 전지를 연계하여 효율적으로 전력 공급

파나소닉의 ‘RE100 솔루션’은 태양전지와 축전지, 연료전지를 조합하여 시설 및 설비를 가동하는 데 필요한 전력을 100% 재생에너지로만(RE100) 충당하는 솔루션이다. 일반적으로 도입되고 있는 태양전지와 축전지 조합에 반해, 날씨에 따라 전력을 충분히 만들어낼 수 없는 경우에도 에너지 효율이 높은 연료전지로 전력을 공급할 수 있어, 태양전지의 부설 면적을 감소시키고 도입하는 축전지의 용량을 절감할 수 있다.

파나소닉에서는 이 RE100 솔루션의 가치를 실증하기 위해 2022년 4월에 파나소닉 쿠사츠 공장 내 연료전지 공장에서 RE100 솔루션을 도입하고, 1년 반에 걸쳐 운용하고 있다.

RE100 솔루션은 태양전지의 발전량이 충분할 때는 그 전력으로 공장을 가동하고, 날씨가 좋지 않을 때는 수소 탱크로부터 수소를 공급받아 연료전지로 발전한다. 그리고 구름 등 날씨가 급변하거나 공장 측 전력 사용량이 급증하는 등 급격한 변화가 있을 때는 민첩성 있는 축전지를 통해 전력 공급을 충당하기 때문에, 이론적으로는 모든 전력을 이 시설에서 충당할 수 있다. 또한 순수소 전지도 에네팜으로서 가정용에서의 실적이 있는 것을 조합하여 시스템화하고 있어, 실적 있는 기술을 사용하기 때문에, 실현성이 높다고 할 수 있다.

하지만 설비를 가동하는 당초에는 자가 발전율이 70% 정도에 그쳤다고 한다. ‘실제로 실증 시설을 건설하고 가동해 보지 않으면 알 수 없는 일도 많았다. 먼저 건설할 때 현재의 법규제에서 규정하고 있지 않은 부분도 많아, 그것을 지자체를 포함한 관할 기관과 의논하면서 진행해야 했다. 또한 실제로 운용하기 시작한 후에도 구름의 움직임에 따라 예상대로 발전할 수 없거나 공장 측 전력 수요가 변화하여 수급의 균형을 맞추지 못해 전력 회사로부터 구입할 수밖에 없는 상황도 있었다’고 파나소닉의 글로벌 환경사업개발센터 소장 겸 일렉트릭 워크스의 전재(電材) & 생활 에너지사업부 환경에너지 BU 연료전지ㆍ수소 SBU장 가토 마사오는 말한다.

<그림> 쿠사츠 RE100 솔루션 시설의 전체상

이러한 과제들을 하나씩 해결하면서 예측 정밀도를 높여 자가 발전율이 98%로 상승했다. ‘정확한 날씨 예보를 입수하게 되었고, 연료전지 공장 측 전력 수요 예측 정보도 정확도를 높여 수요의 예측 정확성을 향상시킴으로써 지금은 거의 100%까지 향상시킬 수 있었다’고 가토는 말한다.

또한 전력 회사로부터 전력을 구입할 경우, 전력 사용량이 피크일 때에 맞춰 계약하게 되는 전력량이 정해지고 그만큼의 전력을 일정하게 사용해야만 하는데, RE100 솔루션에 의해 분산형 전원이 되었기 때문에 ‘사용할 만큼만 발전’할 수 있게 되어 기본 전원 총발전량을 30% 정도 절감할 수 있다고 한다. ‘전력 환경을 전체적으로 보면, 효율적으로 운용하고 있다고 볼 수 있다’라고 가토는 그 의의를 말한다.

<그림> 1년 반 동안의 쿠사츠에서의 실증 성과

이러한 시책은 세계적으로도 보기 드물기 때문에, ‘H2 KIBOU FIELD’에는 실증을 시작한 이후 700개사 이상이 시찰을 왔다. 시찰 온 기업 중 58개사가 해외 기업이었다. 업종은 제조업 및 건설업이 많았다고 한다. 가토는 ‘수소를 활용하려면 다양한 환경을 조성해야 한다. 그런 의미에서는 시찰 등을 통해 파트너를 전 세계적으로 증가시켜야 한다’고 말한다.

사진으로 보는 ‘H2 KIBOU FIELD’

이제 H2 KIBOU FIELD에 대해 더 자세히 사진을 중심으로 소개한다. H2 KIBOU FIELD는 약 6000㎡의 부지 내에 570kW에 상응하는 태양전지, 1.1MWh에 상응하는 리튬이온 축전지, 495kW에 상응하는 연료전지, 7.8만 리터의 수소 탱크가 설치되어 있다. 설비 면적은 실제로 전력을 충당하는 연료전지 공장의 옥상 부분의 면적과 거의 같으며, 옥상 설치를 따라 하는 형태라 할 수 있다.

<그림> 570kW에 상응하는 태양전지(왼쪽)와 1.1MWh에 상응하는 리튬이온 축전지(오른쪽)

연료전지는 기존의 5kW의 순수로 연료전지 99대를 연결하여 495kW에 상응하는 발전 전력을 확보했다. 당초에는 100대가 나열될 예정이었으나, 500kW 이상의 발전량이 되면 법규제상 구분이 바뀌기 때문에 일부러 1대를 제외했다고 한다. 또한 연료전지로 발전할 때에는 열과 물이 발생한다. 현재는 전력만 이용하고 있지만, 2024년에는 이렇게 열을 발생시키는 설비를 ‘H2 KIBOU FIELD’ 내에 새롭게 설치할 예정이다. ‘자세한 것은 결정되지 않았지만, 아마도 샤워 등 온수를 활용할 수 있는 시설을 새롭게 짓거나 냉난방에 사용할 수 있을 것 같다.’(설명 담당자) 가토는 ‘열을 이용할 수 있게 되면 에너지의 95%를 효과적으로 활용할 수 있게 된다. 더욱 효율적인 시설을 만들 수 있다’고 말한다.

<그림> 99대가 연결된 495kW에 상응하는 연료전지(왼쪽)와 연료전지에서 발생하는 물(오른쪽)

연료전지에서 사용하는 수소는 액체 수소의 형태로 7.8만 리터짜리 탱크에 보존되어 있다. 액체 수소는 파트너십을 체결한 이와타니산업으로부터 일주일에 한 번 정도씩 배송을 받고 있다. 연료전지에서 수소를 사용하려면 액체 수소를 기화시켜야 한다. 그것을 위해 복잡한 배관에서 온도를 올리고 최적의 형태로 수소를 연료전지로 보낸다.

<그림> 액체 수소 탱크(왼쪽)와 복잡한 배관을 통해 액체 수소를 기화하고 있는 모습

주) 액체 수소의 온도는 –253℃ 이하이기 때문에, 바깥 기압으로 온도를 높여 기화시킨다. 그러므로 온도차에 의해 배관에는 서리가 생김(오른쪽).

H2 KIBOU FIELD는 이러한 태양전지, 축전지, 연료전지라는 3종류의 전지를 통합하는 체제를 가지고 있다는 것이 특징이며, 에너지 매니지먼트 시스템을 통해 실시간으로 발전 상황을 관리하고 있다. 또한 상황에 따라 축전지의 전력을 더 많이 사용하는 경우도 있고, 연료전지의 전력을 더 많이 소비하는 경우도 있는 등, 다양한 패턴으로 실험을 반복하면서 노하우를 축적하고 있다. 가토는 ‘수소의 발전에 대한 시책이 어느 정도 존재하긴 하지만, 3가지 전지를 조합하여 이렇게까지 실제 환경에서 사용하는 경우는 세계적으로 유일하다. 노하우를 축적하여 선구자로서의 이익을 누리고자 한다’라고 말한다.

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