표제지
참여연구진
요약
ABSTRACT
목차
I. 서론 29
1. 연구배경 29
2. 연구 범위 및 방법론 30
가. 연구 범위 30
나. 연구방법론 및 연구개발 체계 31
3. 보고서 체제 33
II. 수소경제의 미래상 36
1. 배경 36
2. 에너지수요 및 장기 에너지믹스 전망 38
3. 에너지공급 및 소비구조와 형태 42
III. 해외 선진국의 수소경제 이행을 위한 수소공급 인프라 구축 연구현황 45
1. 미국 45
2. EU 52
3. 일본 58
4. 캐나다 61
5. 아이슬란드 64
6. 종합 비교 및 정책 시사점 도출 66
IV. 수소의 제조원 및 기술별 특성 분석 68
1. 개요 68
2. 수조제조원별 기술특성 71
가. 천연가스 기반 수소제조 기술 71
나. 여유전력 78
라. 부생가스 82
라. 신ㆍ재생에너지 84
마. 석탄 기반 수소 제조기술 103
바. 원자력 기반 수소 제조기술 104
3. 수소 제조기술 개발동향 종합 111
가. 화석연료 기반 수소제조 기술 111
나. 신ㆍ재생에너지 기반 수소제조 기술 112
다. 원자력 기반 수소제조 기술 112
V. 수소제조의 최적믹스 도출을 통한 수소시나리오의 설정 114
1. 개요 및 방법론 114
2. 제조원별 및 평가 영향요인 발굴 116
가. 최적믹스 도출을 위한 대상 선정 116
나. 평가 영향요인(impact factor) 발굴 117
3. AHP에 의한 제조원별 평가와 영향요인의 중요도 가중치 산출 119
가. 평가대상 관련요소의 분해 119
나. 관련요소의 쌍대비교 평가 120
4. AHP 적용 중요도 산출 122
가. 제조원별 우선순위에 대한 중요도 가중치 산출 122
나. 제조원별 우선순위에 대한 직관적 평가 결과 124
다. 영향요인의 우선순위에 대한 중요도 가중치 산출 126
라. 수소 제조원을 고려한 영향요인 가중치 산출 136
마. 수소 제조원별 최종가중치 산출 140
5. 수소에너지 제조원별 최적믹스 143
가. 최적믹스 도출 개요 143
나. 수소제조원별 최적믹스 도출 144
VI. 목표지향적 전략(Goal-Oriented Strategy)에 기초한 수소필요량의 산정(1)-방법론 147
1. 방법론 및 전제 147
가. 시장확산모형 147
나. 부문설정 및 연료전지 대체시장 설정 151
다. 연료전지 자동차 시장점유율 분석 162
라. 연료전지 보급량, 수소 수요량 산정 165
마. 에너지믹스 재구성 171
바. CO₂ 배출 저감량 산정 182
사. 연료전지의 특성 183
2. 시나리오 설정 191
가. 기준안 192
나. 고유가안 193
다. 저유가안 194
3. 수소제조원별 생산비용 195
VII. 목표지향적 전략(Goal-Oriented Strategy)에 기초한 수소필요량의 산정(2) - 분석결과 200
1. 최종에너지 대체량 및 수소에너지량 산정 200
가. 최종에너지 대체량 200
나. 수소에너지량 205
다. 최종에너지 믹스 207
2. 수소수요량 산정 214
3. 수소제조원별 수소생산량 218
가. 수소 공급 잠재량 218
나. 시나리오별 수소제조원 믹스 221
다. 수소제조원별 수소 생산량 225
4. 1차에너지믹스 산정 229
가. 1차에너지 대체량 229
나. 1차에너지 투입량 233
다. 1차에너지믹스 236
5. 연료전지 보급량 산정 242
가. 수송부문 242
나. 산업, 가정, 상업부문 248
6. CO2 배출 저감량 산정 252
가. 기준안 253
나. 고유가안 254
다. 저유가안 254
7. 자동차 시장 전망 255
가. 기준안 257
나. 고유가안 258
다. 저유가안 260
VIII. 수소경제의 비용ㆍ효과적 이행을 위한 시스템적 접근 262
1. 시스템적 접근의 필요성 262
2. 미국 에너지부(DOE)의 수소경제 시스템 분석 263
가. 개관 263
나. DOE의 H2A 분석 264
다. 시스템 분석(System Analysis) 269
라. 시스템 통합화(System Integration) 275
3. 국내에서의 수소경제에 대한 시스템 분석 281
IX. 종합결론 및 정책건의 284
1. 주요 발견사항 284
2. 정책건의 286
3. 본 연구의 한계 및 향후 연구과제 288
참고문헌 291
부록 299
[부록 1] AHP 1차 평가서 양식 300
[부록 2] AHP 2차 평가서 양식 306
판권지 311
〈표 2-1〉 수소경제 실현에 따른 사회경제상의 변화 37
〈표 2-2〉 BaU의 1차에너지 믹스 39
〈표 2-3〉 BaU의 최종에너지 믹스 40
〈표 2-4〉 수소생산방식별 비교 44
〈표 3-1〉 대체 연료 시장 진입의 장애요인 우선순위 분석 결과 49
〈표 3-2〉 HyTrans 모형의 주요 기본가정 50
〈표 3-3〉 EU의 2020년 연료전지 시장 개관(Snapshot 2020) 53
〈표 3-4〉 EU의 수소 및 연료전지 R&D 예산 배분 제안 56
〈표 3-5〉 일본의 시나리오별 차종별 연료전지 자동차 대수 59
〈표 3-6〉 일본의 시나리오별 수소생산 시스템 요구 기수 60
〈표 4-1〉 주요 수소제조 공정 및 기술개발 수준 70
〈표 4-2〉 미국 수소스테이션 연구 현황 76
〈표 4-3〉 연도별 부생수소에 의한 수소에너지 공급 가능량 83
〈표 4-4〉 주요 국가별 광생물학적 수소생산 기술 개발 현황 103
〈표 5-1〉 평가 영향 요인 118
〈표 5-2〉 제조원별 중요도 가중치 산출결과 123
〈표 5-3〉 전문가 서열평가에 의한 우선순위 결과 125
〈표 5-4〉 영향 요인에 대한 최종 환산 가중치 134
〈표 5-5〉 2차 세부요인 평가결과(5점 척도) 139
〈표 5-6〉 수소제조원별 영향요인의 복합가중치 141
〈표 5-7〉 수소에너지 제조원별 최적믹스 도출에 대한 최종가중치 산출 143
〈표 5-8〉 수소에너지 제조원별 최적믹스 도출 146
〈표 6-1〉 자동차 등록대수 예측 153
〈표 6-2〉 차종 분류 154
〈표 6-3〉 2020년까지의 차종별 등록대수 155
〈표 6-4〉 차종별 등록대수 예측결과 156
〈표 6-5〉 도로부문 에너지사용량 158
〈표 6-6〉 산업부문 전력 대체시장 - 첨두부하 전력사용량 160
〈표 6-7〉 가정부문 전력 대체시장 - 첨두부하 전력사용량 161
〈표 6-8〉 상업부문 대체시장 - 첨두부하 전력사용량 161
〈표 6-9〉 연료전지 자동차 시장도입시기 163
〈표 6-10〉 연료전지 자동차의 5% 시장점유시기 164
〈표 6-11〉 원별 발전 효율 175
〈표 6-12〉 열에너지 전환효율 176
〈표 6-13〉 천연가스를 이용한 수소제조 효율 178
〈표 6-14〉 석탄을 이용한 수소제조 효율 179
〈표 6-15〉 신ㆍ재생에너지를 이용한 수소제조 효율 180
〈표 6-16〉 원자력을 이용한 수소제조 효율 180
〈표 6-17〉 수소 제조원별 효율 181
〈표 6-18〉 에너지원별 IPCC 탄소배출계수 183
〈표 6-19〉 연료전지 자동차의 차량효율 184
〈표 6-20〉 차종별 대당 연간 에너지 사용량 186
〈표 6-21〉 차종별 수소 사용량 187
〈표 6-22〉 차종별 평균 수명 188
〈표 6-23〉 연료전지 특성 189
〈표 6-24〉 발전용 연료전지 효율 190
〈표 6-25〉 발전용 연료전지 수명 191
〈표 6-26〉 기준안 시나리오 설정 193
〈표 6-27〉 고유가안 시나리오 설정 194
〈표 6-28〉 저유가안 시나리오 설정 195
〈표 6-29〉 천연가스를 이용한 수소생산 비용 예측 196
〈표 6-30〉 석탄을 이용한 수소 생산 비용 예측 197
〈표 6-31〉 원자력을 이용한 수소 생산 비용 예측 198
〈표 6-32〉 신ㆍ재생에너지를 이용한 수소 생산 비용 예측 199
〈표 7-1〉 기준안의 부문별 최종에너지 대체량 201
〈표 7-2〉 기준안의 최종에너지원별 대체량 202
〈표 7-3〉 고유가안의 부문별 최종에너지 대체량 202
〈표 7-4〉 고유가안의 최종에너지원별 대체량 203
〈표 7-5〉 저유가안의 부문별 최종에너지 대체량 204
〈표 7-6〉 저유가안의 최종에너지원별 대체량 204
〈표 7-7〉 기준안의 수소에너지량 205
〈표 7-8〉 고유가안의 수소에너지량 206
〈표 7-9〉 저유가안의 수소에너지량 206
〈표 7-10〉 기준안의 최종에너지 믹스 209
〈표 7-11〉 고유안의 최종에너지 믹스 211
〈표 7-12〉 저유안의 최종에너지 믹스 213
〈표 7-13〉 시나리오별 2040년 최종에너지 믹스 비교 214
〈표 7-14〉 기준안의 수소수요량 전망 215
〈표 7-15〉 고유가안의 수소수요량 전망 216
〈표 7-16〉 저유가안의 수소수요량 전망 217
〈표 7-17〉 부생수소에 의한 수소 공급 가능량 219
〈표 7-18〉 국내 수소 공급 현황 222
〈표 7-19〉 기준안의 수소제조원 비중 223
〈표 7-20〉 고유가안의 수소제조원 비중 224
〈표 7-21〉 저유가안의 수소제조원 비중 225
〈표 7-22〉 시나리오별 수소 생산량 비교 228
〈표 7-23〉 기준안의 1차에너지 대체량 231
〈표 7-24〉 고유가안의 1차에너지 대체량 232
〈표 7-25〉 저유가안의 1차에너지 대체량 233
〈표 7-26〉 기준안의 1차에너지 투입량 234
〈표 7-27〉 고유가안의 1차에너지 투입량 235
〈표 7-28〉 저유가안의 1차에너지 투입량 236
〈표 7-29〉 기준안의 1차에너지 믹스 238
〈표 7-30〉 고유가안의 1차에너지 믹스 240
〈표 7-31〉 저유가안의 1차에너지 믹스 242
〈표 7-32〉 기준안의 연료전지 자동차 등록대수 243
〈표 7-33〉 기준안의 연료전지 자동차 신규 및 누적 도입대수 244
〈표 7-34〉 고유가안의 연료전지 자동차 등록대수 245
〈표 7-35〉 고유가안의 연료전지 자동차 신규 및 누적 도입대수 246
〈표 7-36〉 저유가안의 연료전지 자동차 등록대수 247
〈표 7-37〉 저유가안의 연료전지 자동차 신규 및 누적 도입대수 247
〈표 7-38〉 기준안의 산업용 연료전지 보급량 248
〈표 7-39〉 기준안의 가정용 및 상업용 연료전지 보급량 249
〈표 7-40〉 고유가안의 산업용 연료전지 보급량 250
〈표 7-41〉 고유가안의 가정용 및 상업용 연료전지 보급량 251
〈표 7-42〉 저유가안의 산업용 연료전지 보급량 251
〈표 7-43〉 저유가안의 가정용 및 상업용 연료전지 보급량 252
〈표 7-44〉 기준안의 CO2 배출 저감량 253
〈표 7-45〉 고유가안의 CO2 배출 저감량 254
〈표 7-46〉 고유가안의 CO2 배출 저감량 255
〈표 7-47〉 기준안의 자동차 시장 전망 258
〈표 7-48〉 고유가안의 자동차 시장 전망 260
〈표 7-49〉 저유가안의 자동차 시장 전망 261
〈표 8-1〉 H2A의 대상 수소기술 266
〈표 8-2〉 시나리오 분석 프로젝트 272
〈표 8-3〉 시스템 통합화 활동 현황(2006) 279
[그림 2-1] 수소 도입으로 인한 지속가능한 에너지 시스템으로의 변화 42
[그림 3-1] 미국의 태양광 및 풍력 수소 생산 잠재량 47
[그림 3-2] 미국의 태양광 및 풍력을 이용한 수소생산 비용 47
[그림 3-3] 미국의 차종별 등록대수 전망 51
[그림 3-4] EU의 수소 생산 로드맵 54
[그림 3-5] EU의 수소 및 연료전지 보급 전략 스케쥴 55
[그림 3-6] 일본의 1차에너지 공급량 전망(수소 도입 촉진안) 61
[그림 3-7] 캐나다의 수소 경제로의 이행을 위한 계획 63
[그림 3-8] LCA 시스템영역 65
[그림 4-1] 제조원별 수소생산 기술 69
[그림 4-2] 고온가스로 이용 수소 생산 개념도 107
[그림 4-3] 요오드-황 (IS) 사이클 개념도 109
[그림 5-1] AHP 평가 모형 120
[그림 5-2] 제조원별간의 AHP 평가서 데이터 입력 122
[그림 5-3] 제조원별 상호 중요도 가중치 산출 123
[그림 5-4] 경제성, 기술성, 시장성, 파급효과 간의 AHP 평가서 데이터 입력 126
[그림 5-5] 경제성 기준에 대한 AHP 평가서 데이터 입력 126
[그림 5-6] 기술성 기준에 대한 AHP 평가서 데이터 입력 127
[그림 5-7] 시장성 기준에 대한 AHP 평가서 데이터 입력 127
[그림 5-8] 파급효과 기준에 대한 AHP 평가서 데이터 입력 128
[그림 5-9] 대분류 기준에 대한 중요도 가중치 산출 결과 128
[그림 5-10] 경제성 기준에 대한 중요도 가중치 산출 결과 128
[그림 5-11] 기술성 기준에 대한 중요도 가중치 산출 결과 129
[그림 5-12] 시장성 기준에 대한 중요도 가중치 산출 결과 129
[그림 5-13] 파급효과 기준에 대한 중요도 가중치 산출 결과 129
[그림 5-14] 영향요인에 대한 중요도 가중치 산출 결과 종합 130
[그림 5-15] 영향요인 대항목별 가중치 지수 비교 131
[그림 5-16] 경제성 기준에 대한 가중치 지수 비교 131
[그림 5-17] 기술성 기준에 대한 가중치 지수 비교 132
[그림 5-18] 시장성 기준에 대한 가중치 지수 비교 132
[그림 5-19] 파급효과 기준에 대한 가중치 지수 비교 133
[그림 5-20] 영향요인별 종합가중치 비교 135
[그림 5-21] 영향요인별 종합가중치 지수 비교 136
[그림 5-22] 2차 평가의 영향요인별 가중치 비교 140
[그림 5-23] 제조원별 영향요인의 복합가중치 비교 142
[그림 5-24] 제조원별 최종믹스 가중치 비교 146
[그림 6-1] 시장보급률 확산 곡선 151
[그림 6-2] 차종별 자동차 등록대수 전망 157
[그림 6-3] 수소 도입으로 인한 최종에너지 믹스 변화 173
[그림 6-4] 수소 도입으로 인한 1차에너지 믹스 변화 174
[그림 6-5] 자동차 효율향상 전망 185
[그림 7-1] 기준안의 최종에너지 수요량 전망 207
[그림 7-2] 기준안의 도로부문 에너지사용량 전망 208
[그림 7-3] 고유가안의 도로부문 에너지사용량 전망 210
[그림 7-4] 저유가안의 도로부문 에너지사용량 전망 212
[그림 7-5] 기준안의 수소수요량 전망 215
[그림 7-6] 고유가안의 수소수요량 전망 216
[그림 7-7] 저유가안의 수소수요량 전망 217
[그림 7-8] 여유전력의 발생 220
[그림 7-9] 기준안의 제조원별 수소 생산량 226
[그림 7-10] 고유가안의 제조원별 수소 생산량 227
[그림 7-11] 고유가안의 제조원별 수소 생산량 228
[그림 7-12] 기준안의 2040년 1차에너지 변화량 237
[그림 7-13] 고유가안의 2040년 1차에너지 변화량 239
[그림 7-14] 저유가안의 2040년 1차에너지 변화량 241
[그림 7-15] 자동차 진보 경로 256
[그림 7-16] 기준안의 자동차 시장 전망 258
[그림 7-17] 고유가안의 자동차 시장 전망 259
[그림 7-18] 저유가안의 자동차 시장 전망 261
[그림 8-1] H2A의 수소생산 현금흐름분석 틀 268
[그림 8-2] 시스템 분석 접근법의 개관 271
[그림 8-3] 시스템 통합화의 개념도 278
[그림 8-4] 수소경제 추진체계 구축 및 일정 282