수소에너지저장시스템은 전기에너지와 화학에너지의 쌍방향전환을 통해 장시간, 대규모의 에너지저장을 실현하는 기술로서 신형의 에너지체계에서 중요한 전략적가치를 갖고있다.다음은 기술 세부 사항, 응용 시나리오, 이점 및 과제 등에 대한 분석입니다.

1. 시스템 구성과 핵심 기술

1.수소 제조 시스템

- 기술 노선: 염기성 전해(AE), 양성자 교환막 전해(PEM), 고온 고체 산화물 전해(SOEC) 등의 기술을 포함하여 주로 전해수로 수소를 제조한다.그 중 알칼리성 전해질 기술은 성숙하고 비용이 낮지만 효율 (약 60%) 과 동적 응답 능력은 제한되어 있습니다.PEM은 전해효율(약 80%)이 높고 부피가 작지만 귀금속 촉매에 의존한다.SOEC는 이론적 효율이 90% 를 넘지만 고온 (800-950 °C) 으로 작동해야 하며 여전히 연구 개발 단계에 있습니다.

- 효율 및 비용: 현재 전해조 효율은 65~85%, 시스템 비용은 약 855달러/kW(2020년)이며, 2030년에는 305달러/kW(학습곡선율 20%)로 떨어질 것으로 예상된다.

2. 수소 저장 시스템

- 저장 방법:

- 고압 기체 상태의 수소 저장: 주류 기술, 35MPa에서 질량 밀도 약 5%, 70MPa에서 38kg/m³를 하달하지만 압축 에너지 소비량은 높다(액화 에너지의 1/3을 차지).

- 저온 액체 수소 저장: 부피 밀도가 기체 상태의 800배로 향상되었지만, 액화 에너지 소모는 수소 연소열의 1/3을 차지하며, 증발 손실률은 1~2%/일이다.

- 고체 수소 저장: LaNi5H6, MgH2와 같은 금속 수소 화합물을 사용하여 저장하므로 안전성이 높고 증발 손실은 없지만 품질 밀도는 낮음 (약 5-10kWh/kg)

- 수소 저장 재료: 탄소 섬유 복합 재료 저장 탱크의 광범위한 응용, 지하 염혈, 폐기 석유 가스전 등 규모화 수소 저장 방안이 시범되고 있다.

3. 수소 발전 시스템

- 연료전지 기술: 양성자교환막 연료전지(PEMFC)는 분산발전에 적용되며 효율은 50~60%, 출력밀도는 높지만 백금촉매에 의존한다.고체산화물연료전지(SOFC)는 효율이 65%에 달하고 잔열 이용률이 높아 열병합공급에 적합하다.

- 발전 효율: 연료전지의 전체 효율은 수소 순도, 온도 관리 등의 요소의 영향을 받아 현재 시스템 효율이 약 35~50% 이다.

2. 응용 장면과 전형적인 사례

1. 전력 시스템 피크 조절 주파수 조절

- 작용 메커니즘: 여유 전력을 이용하여 수소를 제조하고, 전력 사용 피크에서 연료 전지를 통해 발전하거나, 전력망 피크 조절에 직접 참여한다.예를 들어 티베트, 칭하이 등 기풍과 기광이 심각한 지역 (2022년 기광률 8% 초과) 은 수소 에너지 저장을 통해 변동성 전원을 수납할 수 있다.

- 사례: 장가구 재생가능에너지 수소제조프로젝트 (200MW 풍력발전 + 10MW 수소제조), 수소저장을 통해 분기별 피크조절.

2. 사용자 측 수요 응답과 냉열 전기 연결

- 곡전제수소: 사용자 측은 야간 저가 전기수소를 이용하여 낮에는 연료전지를 통해 전력을 공급하여 열을 공급하여 봉곡차익을 실현한다.례를 들면 공업단지는 수소에너지저장마이크로전력망을 건설하여 전기사용원가를 낮출수 있다.

- 열병합공급: 연료전지의 여열은 건축난방수요를 만족시킬수 있으며 종합에너지효률이 80% 이상에 달한다.

3. 지역 간 에너지 공급

- 해상풍력발전수소제조: 심원한 해풍력발전은 전해수를 통해 수소를 제조하여 송전제한을 돌파한다.예를 들어, 유럽 북해 풍력발전 수소 제조 프로젝트 (1GW 풍력발전 + 연간 100만 톤의 수소 생산) 는 염혈을 이용하여 수소를 저장하여 계절적 조절을 실현한다.

- 가스전 전환: 고갈된 가스전은'수소전'으로 개조할 수 있으며, 파이프라인을 통해 수소(<15%)를 섞어 수송하여 운송비용을 절감할 수 있다.

3. 우세와 도전

1.핵심 이점

- 장시간 에너지 저장: 4시간 이상에서 분기별 척도 에너지 저장에 적합하며, 풍력발전, 태양광의 계절적 파동을 억제할 수 있다.

- 대규모 및 지역 간: 100GWh급 저장 능력, 수소는 파이프, 탱크식 운송을 통해 타지역 조달을 실현할 수 있으며, 지리적 제한을 돌파할 수 있다.

- 친환경성: 전 주기'전기-수소-전기'과정은 물만 생산하며, 재생에너지로 수소를 만들면 탄소 배출이 제로화된다.

2.주요 과제

- 효율과 원가: 현재"전기-수소-전기"의 총효율은 약 30~40%, 도전기원가는 1.8위안(2020년)으로 리튬전기저장(0.5원)과 양수저장에너지(<0.25원)보다 훨씬 높다.

- 기술 병목 현상: 수소 저장 재료, 연료 전지 핵심 부품 (예: 필름 전극, 양극판) 은 수입에 의존하고 국산화율은 향상되어야 한다.

- 안전성: 수소는 쉽게 연소되고 쉽게 폭발하며 저장탱크 설계, 운송 관리 및 누출 모니터링 기술을 최적화해야 한다.