업계뉴스

용인시 지필로스 본사 전경/지필로스 제공

재생에너지와 수소 잇는 P2G 기술 확보

오프그리드 수전해로 탄소 없는 그린수소 구현

[투데이에너지 신일영 기자] 지필로스(대표 박가우)가 오프그리드 기반의 그린수소 생산기술과 전력망 안정성을 확보하는 그리드 포밍(Grid-Forming) 전력변환장치(PCS)를 앞세워 친환경 그린에너지 시장 확대에 나서고 있다.

2009년 설립된 지필로스는 경기도 용인시에 본사를 둔 수소·신재생에너지 전문기업으로, 연료전지용 전력변환장치를 비롯해 P2G(Power to Gas) 시스템, PEM 수전해시스템, ESS 및 마이크로그리드 솔루션 등을 개발하며 그린수소와 전력변환 분야의 핵심 기술을 확보해 왔다.

산업통상부 지정 수소전문기업인 지필로스는 재생에너지 연계형 수전해와 전력변환 기술을 기반으로 그린수소 생산과 전력계통 안정화 분야에서 경쟁력을 확보하며 사업 영역을 지속적으로 확대하고 있다.

연료전지용 전력변환장치 개발을 시작으로 신재생에너지와 수소 분야 핵심 기술을 축적해 왔고, ESS와 스마트그리드·연료전지 인버터 개발을 거쳐 2017년 재생에너지 연계형 P2G 시스템 개발에 착수하며 본격적으로 그린수소 분야에 뛰어들었다.

2020년 P2G 시스템 설계기술로 국가 신기술(NET) 인증을 획득했으며, 2021년에는 국내 최초 산업통상부가 지정한 수소전문기업으로 선정됐다. 같은 해 국내 최초로 재생에너지 잉여전력을 활용한 그린수소 생산 실증플랜트를 구축하며 수소 생산부터 저장·활용까지 아우르는 통합 운영기술을 확보했다.

또한, 수소용품 제조공장 구축과 100kW급 PEM 수전해시스템 상용화 등을 통해 한국가스안전공사 수소용품 인증과 조달청 혁신제품 지정 등을 획득하며 기술력을 인정받았다. 최근에는 부산 두명터널 관리소 그린수소 전주기 시스템 구축과 한전KDN과의 기술협력 등을 통해 실증을 넘어 사업화에도 속도를 내고 있다.

지필로스의 경쟁력은 재생에너지와 수소를 하나의 시스템으로 연결하는 P2G 기술에 있다. 2017년 12월부터 제주도에서 생산되는 풍력에너지를 활용해 이산화탄소 배출이 없는 그린수소를 생산하는 사업을 추진해 왔다.

이를 바탕으로 2021년 4월 국내 최초로 풍력발전의 잉여전력을 이용한 그린수소 생산 실증을 성공적으로 마무리했다. 특히 제주 상명단지 풍력발전소의 잉여전력을 수전해시스템에 공급해 고순도 수소를 생산·저장하고, 이를 다시 연료전지를 통해 전기로 생산하는 통합시스템의 설계와 운영 기술을 국내 최초로 실증했다는 점에서 의미가 크다.

이 실증사업을 통해 축적한 운영 노하우와 기술력은 현재 지필로스가 추진하는 오프그리드 기반 그린수소 생산기술과 차세대 전력변환 솔루션의 기반이 되고 있다.

오프그리드 기반 수전해시스템으로 RE100 그린수소 구현

지필로스는 최근 열린 국내 전시회에서 외부 전력망에 연결하지 않고 태양광과 풍력 등 재생에너지만으로 수전해 설비를 운영하는 '오프그리드' 기반의 100kW급 고분자전해질막(PEMEC) 수전해시스템을 공개하며 업계의 관심을 모았다.

이 시스템은 기존 계통 전력에 의존하지 않고 재생에너지만을 활용해 수소를 생산하는 방식으로, 탄소 배출이 없는 'RE100 그린수소' 구현이 가능하다는 점에서 주목받고 있다. 특히 재생에너지의 출력 변동성과 간헐성 문제를 자체 개발한 '그리드 포밍 전력변환장치 기술로 보완해 수전해 설비의 안정적인 운영과 생산 효율을 동시에 확보했다.

그리드 포밍 PCS는 전압과 주파수를 스스로 형성하고 유지하는 기능을 갖춰 외부 계통의 영향을 최소화하면서도 안정적인 전력 공급이 가능하다. 이를 통해 재생에너지의 변동성이 큰 환경에서도 수전해 설비를 안정적으로 운전할 수 있도록 설계됐다.

지필로스는 이러한 기술을 기반으로 지역에서 생산한 재생에너지를 지역에서 소비하는 '지산지소형 그린수소 모델' 확대에도 나설 계획이다. 이를 통해 지역 에너지 자립도를 높이고 수소 운송 비용 절감과 계통 안정성 확보를 동시에 추진한다는 전략이다.

그리드 포밍(Grid-Forming) 기술 기반의 옥외 판넬형 1MW급 전력변환시스템/지필로스 제공

상용화 검증 마친 '100kW PEM 수전해시스템'

이와 함께 국내 수전해 제품 가운데 최초로 공장 제조 방식의 상용화에 성공한 '100kW급 PEM 수전해시스템'도 선보였다. '100kW급 PEM 수전해시스템'은 가스안전공사 ‘수소용품 인증’을 획득했으며, 조달청 ‘혁신제품’으로도 지정돼 기술력과 안전성을 인정받았다.

시간당 2kg(22.5N㎥/h)·하루 최대 48.53kg(540N㎥)의 수소를 생산할 수 있으며, 수소 승용차 약 10대를 충전할 수 있는 규모다. 오랜 기간 축적한 그린수소 생산 운영 데이터를 기반으로 자체 개발한 제어시스템(G-PMS·G-SMS)을 적용해 원격 제어와 자동 운전 기능도 구현했다.

또한, 부하 패턴과 수소 저장용량에 연동한 자동 운전제어 기능을 적용해 저부하 시간대에는 수소 생산을 확대하고 고부하 시간대에는 최소 운전하는 방식으로 전력 피크를 절감할 수 있도록 설계됐다.

PWM 방식 전력변환장치를 적용해 기존 시스템보다 운전 효율을 10% 이상 향상시켰으며, 모듈형 구조를 적용해 시설 가동률 변화에도 유연하게 대응할 수 있도록 했다. 재생에너지와 ESS를 연계한 운전도 가능해 다양한 현장 환경에 적용할 수 있다는 것도 장점이다.

시장 확대 전략의 핵심 제품인 '옥외용 1MW급 전력변환시스템'도 주목을 받고 있다. 이 시스템은 마이크로그리드 환경에서 전압과 주파수를 스스로 형성하고 유지하는 '그리드 포밍' 기능을 갖춘 것이 특징이다. 단순히 계통과 연계하는 수준을 넘어 전력망 안정성 확보에 능동적으로 대응할 수 있도록 설계됐다.

특히 태양광과 풍력발전 과정에서 발생하는 미세한 출력 변동에도 배터리에너지저장장치(BESS), 수소에너지저장장치(HESS) 등과 안정적으로 연계할 수 있도록 했다. 이미 KC 인증(안전·전자파)을 비롯해 옥외용 방수·방진(IP) 시험, 한국스마트그리드협회 단체표준 시험 등을 모두 통과하며 기술 신뢰성도 확보했다.

또한 대규모 수소단지 적용을 고려해 다수의 PCS를 동시에 운영할 수 있는 병렬 제어 기술과 배터리 전용 제어 모듈을 적용해 MW급 BESS 연계 성능을 높였다. 아울러 수전해시스템에 최적화된 전류 제어 기술을 적용해 재생에너지 전력을 안정적으로 변환·공급함으로써 장비 수명 연장과 수소 생산 효율 향상도 도모했다.

지난해 8월 네팔 카트만두 에베레스트 호텔에서 박가우 지필로스 대표(우측)와 수실 가왈리 네팔 투자청장이 ‘친환경 그린수소 생산 및 연료전지 발전 플랜트 구축’을 위한 양해각서(MOU)를 체결하고 있다./지필로스 제공

박가우 대표 "그린수소 핵심은 전력변환 기술"

지필로스는 캐나다에 연료전지용 PCS 수출 경험을 바탕으로, 해외 시장 진출도 추진 중이다. 특히 오프그리드 기반 PEM수전해시스템과 그리드 포밍 PCS를 결합한 그린수소 생산 솔루션을 앞세워 재생에너지 기반 마이크로그리드 및 독립형전력망 구축 시장을 적극 공략한다는 전략이다.​

지난해 8월 네팔 투자청장과 네팔 내 ‘친환경 그린수소 생산 및 연료전지 발전 플랜트 구축’을 위한 양해각서를 체결하고, 네팔 내 수력발전 잉여전력을 활용한 친환경 그린수소 생산 및 연료전지 발전 플랜트 구축을 추진 중이다.

올 5월에는 한국가스기술공사·한전KDN과 ‘그린수소 공동사업 추진 기술협력 워크숍’을 개최하고, 탄소중립 실현을 위한 기술협력 기반 조성에 나섰다. 협력에서 3사는 각자의 전문 분야를 기반으로 역할을 분담해 ‘원팀(One-Team) 체계를 구축했으며, 지필로스는 수전해시스템과 전력변환장치 등 핵심 기자재를 공급한다. 이를 통해 그린수소 생산부터 전력계통 안정화까지 아우르는 통합 솔루션 기업으로서 국내외에서 입지를 확대해 나간다는 방침이다.

박가우 지필로스 대표는 "탄소중립과 에너지 안보의 중요성이 커지면서 재생에너지 기반 P2G 기술이 수소경제의 핵심 인프라로 자리 잡고 있다"며 "수전해 기반 그린수소 생산기술은 재생에너지의 간헐성을 보완하고, 전력계통의 유연성을 높이는 동시에 대규모 에너지 저장이 가능한 핵심 기술"이라고 강조했다.

이어 "오프그리드 환경에서 탄소 배출 없는 그린수소를 생산하고 전력망 안정성을 확보하는 그리드 포밍 전력 변환 기술을 지속적으로 고도화해 친환경 그린에너지 실현에 앞장서는 한편, 재생에너지와 수소를 연결하는 핵심 기술을 바탕으로 국내외 시장에서 경쟁력을 높여 나가겠다"고 말했다.

출처 : 투데이에너지(https://www.todayenergy.kr/)