수소충전소
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1. 개요
수소충전소는 수소 자동차에 수소를 공급하는 시설로, 수소 수급 방식에 따라 Off-site(외부 수소 공급)와 On-site(수소 자체 생산) 방식으로 나뉜다. Off-site 방식은 튜브트레일러를 통해 수소를 공급받는 방식이 주로 사용되며, 압축기, 저장 용기, 냉각 설비, 충전기 등으로 구성된다. 수소충전소는 안전 기준에 따라 관리되며, 사고 예방을 위해 다양한 안전 장치가 설치되어 있다. 수소차 보급 확대를 위해 각국은 수소충전소 구축 로드맵을 수립하고 있으며, 구축 및 운영 비용 절감을 위한 기술 개발과 정책적 지원이 이루어지고 있다.
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| 수소충전소 | |
|---|---|
| 일반 정보 | |
 | |
| 명칭 | 수소 충전소 |
| 종류 | 충전소 |
| 위치 | [[파일:OpenStreetMap_logo.svg|20px|link=https://www.openstreetmap.org/|오픈스트리트맵]]오픈스트리트맵 |
| 개요 | |
| 설명 | 수소 충전소는 수소 연료 차량에 연료를 공급하는 시설이다. 가솔린 주유소와 유사하지만, 휘발유 대신 기체 수소 또는 액체 수소를 저장하고 분배하는 장비를 갖추고 있다. |
| 구성 요소 | |
| 수소 공급원 | 외부에서 공급받는 방식: 트레일러 또는 파이프라인을 통해 수소를 공급받는다. 현장 생산 방식: 물의 전기 분해 또는 천연 가스의 개질을 통해 현장에서 수소를 생산한다. |
| 압축기 | 수소 가스를 고압으로 압축하여 저장 탱크에 저장한다. 압축 방식에 따라 다양한 종류가 사용된다. |
| 저장 탱크 | 고압의 수소 가스를 저장한다. 저장 압력과 용량에 따라 다양한 종류가 사용된다. |
| 냉각 장치 | 수소 가스를 충전 전에 냉각시켜 충전 효율을 높인다. 압축 과정에서 발생하는 열을 제거하는 역할도 한다. |
| 충전기 | 수소 연료 차량에 수소를 충전하는 장치이다. 충전 압력과 속도를 제어한다. |
| 안전 장치 | 수소 가스의 누출을 감지하고 화재를 예방하는 장치이다. 긴급 차단 시스템, 화염 감지기, 가스 감지기 등이 있다. |
| 충전 방식 | |
| 기체 수소 충전 | 고압의 기체 수소를 직접 차량에 충전하는 방식이다. 일반적인 수소 충전소에서 사용된다. |
| 액체 수소 충전 | 액체 수소를 차량에 충전하는 방식이다. 기체 수소보다 저장 밀도가 높아 충전 시간을 단축할 수 있다. |
| 안전 | |
| 안전 문제 | 수소는 가연성이 높은 기체이므로 누출 시 화재나 폭발의 위험이 있다. 수소 충전소는 안전을 위해 다양한 안전 장치를 갖추고 있으며, 엄격한 안전 기준을 준수해야 한다. |
| 안전 대책 | 누출 감지 시스템, 화염 감지기, 긴급 차단 시스템 등 안전 장치 설치 정기적인 안전 점검 및 교육 충전 시 정전기 방지 누출 시 환기 |
| 기타 | |
| 관련 법규 | 고압가스 안전관리법 액화석유가스의 안전관리 및 사업법 수소법 |
| 표준 | ISO 14687 SAE J2601 |
2. 종류 및 구성
1993년 WE-NET(World Energy Network: 수소 이용 국제 클린 에너지 시스템 기술 연구 개발)이 발족되어, 온실 효과 가스 배출 삭감과 국제 에너지 수급 완화를 목표로 하였다. 2002년 오사카부에 일본 최초의 연료 전지차용 수소 공급 스테이션이, 가가와현다카마쓰시에 수소 공급 스테이션이 완성되었다. 수도권에는 2002년 요코하마시쓰루미구에 처음으로 설치되었다.[3]
현재 토요타 미라이, 메르세데스-벤츠 GLC F-CELL, 현대 넥쏘 등 3종의 수소 연료 전지차가 시판되어 수소 가스나 액체 수소를 충전한다. 내연 기관 수소 자동차도 실용화되어, 향후 수소 자동차에 대한 연료 공급도 기대된다.
2018년 3월 5일, 토요타, 혼다, 닛산 등 11개사가 수소 스테이션의 본격적인 설치를 위해 '일본 수소 스테이션 네트워크 합병 회사'를 설립했다.[6] 일본 수소 스테이션 네트워크 합병 회사(Japan H2 Mobility) 약칭: JHyM (제이하임)에 따르면 현재 일본의 수소 스테이션은 160개소 이상 존재한다.[7]
수소충전소는 수소 수급 방식에 따라 크게 온사이트형과 오프사이트형으로 나뉜다.
- 온사이트형: 충전소 내에 석유 제품이나 가스를 개질하여 수소를 추출하는 장치, 또는 물을 전기 분해하는 장치를 갖추고 있다. 압축기, 축가스기, 디스펜서 등이 필요하다.
- 오프사이트형: 외부에서 수소 가스를 공급받으며, 수소 개질 장치는 없다. 액체 수소 저장조, 수소 압축기, 축압 설비, 디스펜서 등으로 구성된다.
초기 비용 및 유지 비용의 예로, 2018년 구마모토현이 현청 부지에 설치한 수소 스테이션의 경우, 약 1.6억엔을 들여 도입했다. 2024년에 내용 연수가 다하여 약 800만엔의 비용으로 철거되었는데, 지속적인 사용을 위해서는 유지 보수가 필요했지만 수리용 부품이 없고, FCV가 보급되지 않아 민간 수소 스테이션으로 대체할 수 있다는 점이 철거 이유였다.[9]
2. 1. 수소 수급 방식
수소충전소는 수소 수급 방식, 즉 자체적으로 수소를 생산하는지에 따라 다음과 같이 분류된다.- '''Off-site 방식''': 공장에서 생산된 수소를 파이프라인이나 튜브 트레일러를 통해 공급받는다.
- '''On-site 방식''': 충전소 내에서 천연가스 개질(추출)이나 수전해 등의 방법을 통해 직접 수소를 생산한다.
현재 대한민국 내 대부분의 수소충전소는 튜브 트레일러 방식으로 운영되고 있다.[1]
| 구분 | 방식 | 설명 |
|---|---|---|
| Off-site 방식 | 파이프라인 공급 방식 | 수소 생산 시설에서 파이프라인을 통해 수소를 공급받는다. |
| 튜브 트레일러 공급 방식 | 수소 생산 시설에서 튜브 트레일러를 통해 수소를 공급받는다. | |
| On-site 방식 | 천연가스 개질(추출) | 도시가스 등에서 수소를 추출한다. |
| 수전해 | 물을 전기분해하여 수소를 생산한다. |
2. 2. 수소충전소 구성 요소
튜브 트레일러 방식 수소충전소는 다음과 같은 주요 구성 요소로 구성된다.[10]| 1단계 | 2단계 | 3단계 | 4단계 | |
|---|---|---|---|---|
| 수소 공급 | 수소 압축 | 수소 저장 | 냉각 | 충전 |
| 튜브 트레일러 | 압축기 | 고압/중압 수소 저장 용기 | 냉동기, 칠러 | 디스펜서(충전기) |
CNG 충전소와 비교했을 때, 충전 과정에서 발생하는 수소의 온도 상승을 막기 위한 냉각 설비(냉동기, 칠러)가 추가된다는 점이 다르다.
2. 3. 충전 과정
튜브트레일러 방식 수소충전소의 충전 과정은 다음과 같다.[10]| 1단계 | 2단계 | 3단계 | 4단계 | |
|---|---|---|---|---|
| 수소 공급 | 수소 압축 | 수소 저장 | 냉각 | 충전 |
| 튜브트레일러 | 압축기 | 고압/중압 수소 저장 용기 | 냉동기, 칠러 | CNG 충전소의 디스펜서(충전기) |
CNG 충전소와 비교했을 때, 충전 과정에서 발생하는 수소의 온도 상승을 막기 위한 냉각 설비(냉동기, 칠러)가 추가된다는 점이 다르다.
2. 4. 이동식 수소충전소
이동식 수소충전소는 트럭 등에 수소 충전 장치를 탑재하여 이동하면서 수소를 충전할 수 있는 설비이다. 현대자동차의 '''H 무빙 스테이션'''은 넥쏘 기준 50대를 충전할 수 있는 국내 최초의 이동식 수소충전소이다.[10] 토요타 통상, 다이요 닛산, 이와타니 산업이 이동식 수소충전소를 개발 및 판매하고 있다.[8]3. 안정성
수소충전소는 안전을 위해 다양한 기술적, 제도적 장치를 갖추고 있다. 주요 설비 부품은 국내외 인증을 받은 것을 사용하며, 수소 가스 검지기, 불꽃 검지기, 온도 및 압력 센서, 인터록 안전장치 등을 설치하여 안전을 확보한다.[11]
프랑스의 경우 에펠탑 인근에 수소충전소가 설치되어 있고, 일본도 도쿄 타워 옆과 건물 밀집 지역에 위치해 있다. 전 세계적으로 약 370기의 충전소가 운영 중이며, 이를 통해 수소충전소의 안전성은 우려할 수준이 아니라는 것을 알 수 있다.
3. 1. 안전 기준 및 검사
대한민국에서 수소충전소는 고압가스안전관리법에 따라 한국가스안전공사의 안전 검사를 받고, 관할 행정관청의 승인을 받아 설치된다. 수소충전소에 사용되는 주요 부품은 국내외 인증을 받은 제품을 사용하며, 수소가스 검지기, 불꽃(화염) 검지기, 온도/압력 센서, 인터록(Interlock) 안전 장치 등을 설치하여 안전사고를 예방한다.[11]대한민국의 수소충전소 안전 관리 기준은 일본과 유사한 수준으로, 국제적으로도 높은 수준의 안전성을 확보하고 있다.
3. 2. 사고 사례 및 예방
2012년 캘리포니아에서 가스 누출 및 화재 사고가 발생했지만, 대형 폭발로 이어지지는 않았다. 이는 부적절한 소재의 밸브가 장착되어 가스 누출이 발생한 것이 원인으로 추정된다. 현재는 국내·외 인증된 부품을 사용하기 때문에 동일한 사고가 발생할 가능성은 거의 없다.[11]수소충전소에 적용되는 주요 설비 부품은 국내·외 인증을 받은 것을 사용한다. 각 국가별 설치 기준에 따라 수소가스 검지기, 불꽃(화염) 검지기, 온도/압력센서 및 인터록(Interlock) 안전장치를 충전소에 적용하여 안전을 확보하고 있다.
국내 수소충전소는 고압가스안전관리법에 따라 한국가스안전공사의 안전검사를 받고 관할 행정관청의 승인을 받아 설치되며, 안전관리기준은 일본과 유사한 수준이다.
4. 보급 현황 및 계획
(250대/개소)
(625대/개소)
(889대/개소)
(77대/개소)
(216대/개소)
(50대/개소)
(167대/개소)
(1,000개/개소)
