표제지
목차
국문초록 14
I. 연구개요 17
1. 연구배경 및 목적 17
2. 선행연구 19
II. 수소생산기술 현황 22
1. 수소생산 방식에 따른 수소의 분류 22
2. 수전해 기술 24
III. 연구 방법 27
1. 모형 개요 27
1.1. 상향식 에너지 시스템 모형 27
1.2. 모형 구조 28
1.3. 목적함수 및 제약조건 31
1.4. 기술 데이터 37
2. 분석모형 설계 38
2.1. 분석 대상 특성치의 정의 38
2.2. 수소 생산 기술 특성데이터 43
3. 주요 전제 56
3.1. 전력수요 56
3.2. 시간대별 전력수요 패턴 57
3.3. 시간대별 재생에너지 발전 패턴 58
3.4. 탄소비용 60
4. 시나리오 구성 61
4.1. 탄소중립 시나리오 61
4.2. 수소 생산 시나리오 62
4.3. 기술확산에 따른 영향 분석 62
IV. 수소생산의 전력시스템 영향 분석 65
1. 탄소중립 시나리오 분석결과 65
1.1. 발전량 65
1.2. 배출량 66
1.3. 저장설비 68
1.4. 총 비용 71
1.5. 전력단가 72
2. 수소 생산 시나리오 분석결과 73
2.1. 발전량 73
2.2. 배출량 74
2.3. 저장설비 76
2.4. 총 비용 82
2.5. 전력단가 83
2.6. 수소생산단가 84
3. 기술확산 영향 분석결과 87
3.1. 발전량 87
3.2. 배출량 88
3.3. 저장설비 92
3.4. 총 비용 93
3.5. 전력단가 94
3.6. 수소생산단가 96
V. 결론 98
1. 요약 및 시사점 98
2. 향후 연구방향 100
참고문헌 104
ABSTRACT 108
[표 1] 모형 내 주요 입력 데이터 37
[표 2] 모형 내 수전해 설비비 및 운영비 47
[표 3] 모형 내 전해조 시스템 효율 52
[표 4] 정부 계획에 따른 공급방식별 수소공급 목표 비교 54
[표 5] 모형 내 국내 생산 그린수소 수요 55
[표 6] 시나리오 전제 63
[표 7] 시나리오별 명칭 64
[표 8] 탄소중립 시나리오 연도별 전력단가 73
[표 9] 수소생산 시나리오 연도별 배출량 증감율 및 증감량 75
[표 10] 수소생산 시나리오 연도별 총 비용 증가율 83
[표 11] 수소생산 시나리오 연도별 전력단가 84
[표 12] 연 평균 총 시스템 비용 증가 94
[표 13] 기술확산 수준에 따른 수소 생산단가 97
〈그림 1〉 METER-21 발전부문의 기본구조 28
〈그림 2〉 METER-21의 전력부문 기준에너지시스템(Reference Energy System, RES) 30
〈그림 3〉 타임슬라이스의 구조 31
〈그림 4〉 2050년 시간대별 계통한계가격(System Marginal Price, SMP) 40
〈그림 5〉 수소생산 소요전력량 예시 41
〈그림 6〉 연구별 알칼라인 수전해 설비비 전망 45
〈그림 7〉 선행연구별 PEM 수전해 설비비 전망 46
〈그림 8〉 모형 내 수전해 설비비 및 운영비 전망 47
〈그림 9〉 연구별 알칼라인 수전해 시스템 효율 전망 50
〈그림 10〉 연구별 PEM 수전해 시스템 효율 전망 51
〈그림 11〉 모형 내 수전해 시스템 효율 전망 52
〈그림 12〉 수소경제 이행 기본계획('21.11)의 연도별 수소공급목표량 55
〈그림 13〉 모형 내 한국의 전력수요 전망 데이터 57
〈그림 14〉 모형 내 계절별 주중주말별 시간대별 전력수요 데이터 58
〈그림 15〉 모형 내 계절별 시간대별 태양광 발전(상)과 풍력 발전(하)의 발전... 59
〈그림 16〉 모형 내 한국의 탄소비용 전망 데이터 60
〈그림 17〉 탄소중립 시나리오 발전믹스 66
〈그림 18〉 탄소중립 시나리오 배출량 68
〈그림 19〉 탄소중립 시나리오 ESS용량 추이 69
〈그림 20〉 탄소중립 시나리오 시간대별 발전추이 (2043년) 70
〈그림 21〉 탄소중립 시나리오 연간 출력제한 전력량 71
〈그림 22〉 탄소중립 시나리오 총 시스템 비용 72
〈그림 23〉 탄소중립 시나리오 전력단가 73
〈그림 24〉 수소생산 시나리오 발전믹스 74
〈그림 25〉 수소생산 시나리오 배출량 75
〈그림 26〉 탄소중립 시나리오(위)와 수소생산 시나리오(아래)의 ESS 용량 추이 78
〈그림 27〉 수소생산 시나리오 연간 출력제한 전력량 79
〈그림 28〉 수전해 여부에 따른 시간대별 발전추이와 출력감발 양상 81
〈그림 29〉 수소생산 시나리오 총 시스템 비용 82
〈그림 30〉 수소생산 시나리오 전력단가 83
〈그림 31〉 수소생산 시나리오 수소생산단가 85
〈그림 32〉 수소생산단가의 비교 86
〈그림 33〉 기술확산 전제별 2050년 수소생산 소요 발전량 87
〈그림 34〉 시나리오별 배출량 경로 88
〈그림 35〉 시나리오별 LNG화력발전 연간 발전량 추이 89
〈그림 36〉 시나리오별 태양광 발전 설비용량 90
〈그림 37〉 시나리오별 해상풍력 발전 설비용량 91
〈그림 38〉 ESS와 수전해설비 간 상관관계 93
〈그림 39〉 시나리오별 연간 평균 총 시스템 비용 증가 94
〈그림 40〉 시나리오별 전력단가 95
〈그림 41〉 기술확산 전제별 수소생산단가 96
〈수식 1〉 총 비용 함수 32
〈수식 2〉 연도별 설비투자비용 산식 33
〈수식 3〉 연간 고정운영유지비용 산식 33
〈수식 4〉 연간 연료비용 산식 34
〈수식 5〉 연간 탄소비용 산식 34
〈수식 6〉 전력 수요공급 균형식 35
〈수식 7〉 기술스톡과 발전량 균형식 36
〈수식 8〉 수소 수요공급 균형식 36
〈수식 9〉 수소생산비용의 정의 39
〈수식 10〉 수소생산량의 정의 40