KR102094010B1 - 수소 충전소 운용방법 - Google Patents

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서병한
석영환
조형환
유정현
민정기
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대영씨엔이(주)
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한국지질자원연구원
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Abstract

수소공급원 가스를 공급받아 수소를 생산하는 개질기 및 상기 개질기로부터 생산된 수소를 공급받아 저장하는 수소저장수단를 포함하는 수소 충전 스테이션의 운용방법으로, (a) 상기 개질기로부터 수소를 생성시키는 단계; (b) 상기 생성된 수소를 상기 수소저장수단에 저장하는 단계; (c) 상기 수소저장수단로부터 수소를 수소차에 공급하는 단계; (d) 상기 수소저장수단로부터 수소를 연료전지에 공급하여 상기 연료전지로부터 전력을 생산하는 단계; 및 (e) 상기 수소저장수단로부터 수소를 공급받아 상기 수소를 이송가능한 방식으로 전환시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 수소 충전 스테이션 운용방법이 제공된다.

Description

수소 충전소 운용방법{Operating method for hydrogen filling station}
본 발명은 수소 충전소 운용방법 및 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 수소차를 충전하는 수소충전소를 생산되어 저장된 수소를 발전용으로 사용하거나 또는 주요 수요처에 공급되어야 하는 수소의 공급 스테이션으로 활용할 수 있으며, 이에 따라 수소 충전 스테이션의 효용을 극대화시킬 수 있는, 수소 충전소 운용방법 및 시스템에 관한 것이다.
최근 친환경 자동차로서 수소자동차가 각광을 받고 있다. 이러한 수소차에서 수소를 공급하기 위한 수소 충전 시설과 설비가 필요하다.
이를 위하여 대한민국 공개특허 10-2018-0058623호는 전부에서 생성된 전력을 저장하는 축전부와, 축전부에 저장된 전력을 전기차에 공급할 수 있도록 된 전기차 충전부와, 수소가 저장된 수소 스테이션과, 수소 스테이션에 저장된 수소를 수소차에 공급할 수 있도록 된 수소차 충전부와, 수소저장량 검출센서에서 검출된 정보와, 충전전력 검출센서에서 검출된 정보를 수신받아 수소스테이션과 축전부의 충전 상태를 파악 및 관리하는 중앙 관리부를 구비하는 기술을 개시하며, 상기 인용발명은 전기차 및 수소차의 충전을 지원하면서도 전력분배를 효율적으로 제어하는 기술을 개시하고 있다.
하지만, 인용발명과 같은 선행기술은 모두 수소가 저장된 수소 스테이션에만 초점을 맞추고 있으나, 스테이션에서 천연가스를 직접 개질하여 수소를 생산하는 수소 스테이션에서는 수소차나 전기차의 충전에만 그 수요를 맞추기에는 수소 충전 스테이션의 운용효율이 떨어지는 문제가 있다.
더 나아가, 온-사이트에서 원료를 개질, 수소를 생산하는 수소 충전 스테이션의 경우, 수소가 필요한 곳으로 공급원으로도 기능할 수 있으나, 현재 이러한 부분에 대한 해결방안은 개시되지 못한 상황이다.
따라서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 수소 충전 스테이션을 충전용 뿐만 아니라, 발전, 수소공급과 같이 다각도로 활용할 수 있는 방법과 시스템을 제공하는 것이다.
위와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시 예에 따른 수소공급원 가스를 공급받아 수소를 생산하는 개질기 및 상기 개질기로부터 생산된 수소를 공급받아 저장하는 수소저장수단를 포함하는 수소 충전 스테이션의 운용방법으로, (a) 상기 개질기로부터 수소를 생성시키는 단계; (b) 상기 생성된 수소를 상기 수소저장수단에 저장하는 단계; (c) 상기 수소저장수단로부터 수소를 수소차에 공급하는 단계; (d) 상기 수소저장수단로부터 수소를 연료전지에 공급하여 상기 연료전지로부터 전력을 생산하는 단계; 및 (e) 상기 수소저장수단로부터 수소를 공급받아 상기 수소를 이송가능한 방식으로 전환시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 수소 충전 스테이션 운용방법이 제공된다.
본 발명에 따르면, 수소차를 충전하는 수소충전소를, 발전용으로 사용하거나 또는 주요 수요처에 공급되어야 하는 수소의 공급 스테이션으로 활용할 수 있으며, 이에 따라 수소 충전 스테이션의 효용을 극대화시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수소 충전 스테이션의 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 수소 충전 스테이션의 운용방법을 설명하는 도면이다.
본 발명은 상술한 문제를 해결하기 위하여, 수소공급원 가스를 공급받아 수소를 생산하는 개질기 및 상기 개질기로부터 생산된 수소를 공급받아 저장하는 수소저장수단를 포함하는 수소 충전 스테이션에 주목하였다.
본 명세서에서 개질기는 원료(예를 들어 천연 가스)로부터 수소를 생산하는 장치 및 그 시스템을 의미하고, 수소저장수단는 생산된 수소를 기설정된 압력 이상으로 저장하는 저장 수단 및 그 시스템을 의미한다.
본 발명은 특히 수소가 가지는 위험성 등으로 인하여 가스나 다젤과 같은 원료를 공급받아 현장(on-site)에서 직접 수소를 생산하는 개질기와, 상기 개질기로부터 생산된 수소를 고압으로 저장하는 용기인 수소저장수단로 이루어진 충전 스테이션에 있어서, 개질기가 단순히 수소차 충전용으로만 사용되는 경우, 수소 소비 효율이 극히 떨어지는 문제가 있는 점과, 수요가 있을때만 수소를 생산하는 경우, 재가동 빈도가 너무 잦아 개질기 자체의 수명에도 영향을 줄 수 있다는 점에 주목하였다.
따라서, 본 발명은 사실상 연속적으로 가동해야 하는 개질기와, 간헐적으로만 수소를 소비하는 수소차 충전 사이의 문제를 해결하기 위하여, 연속적으로 수소 사용이 가능한 발전 시스템과, 주요 수소 수요처에 수소를 공급할 수 있는 수소 이송 시스템을 활용하였다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수소 충전 스테이션의 블록도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 수소 충전 스테이션은 원료를 공급받아 이를 개질하는 개질기(100)와, 상기 개질기로부터 연결되어 수소를 기설정된 압력으로 저장하는 용기인 수소저장수단(200)를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에서 상기 개질기(100)은 액화가스로부터 생산된 천연가스(NG)이었으나, 수소를 생산하는 개질기의 종류에 따라 디젤이나 합성 가스 등도 가능하며, 본 발명의 범위는 이에 제한되지 않는다.
상기 수소저장수단(200)에 저장된 수소는 기설정된 압력 이상의 고압으로, 수소차(300)에 수소를 바로 공급할 수 있다.
하지만, 연속적으로 가동해야 효율적인 개질기(100)와, 제한된 용량의 수소저장수단(200) 및 수소를 간헐적으로 공급받는 수소차(300) 사이의 공급-수요 불일치의 문제가 발생한다.
따라서, 본 발명은 이러한 문제를 해결하기 위하여, 연속적으로 전력을 생산하여 수소를 소비시킬 수 있는 연료전지를 수소 충전 스테이션에 연결하였다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 수소 충전 스테이션의 운용방법을 설명하는 도면이다.
도 2를 참조하면, 도 1과 동일하지만, 수소저장수단(200)로부터 수소를 연속적으로 공급받아 전기를 생산하는 연료전지(400)를 포함한다. 본 발명의 일 실시예에서 상기 연료전지(400)는 수소를 원료가스로부터 공급받는데, 수소저장수단(200) 내의 수소 용량이 기설정된 용량 이상인 경우에만 잉여의 수소를 공급받아 전기를 생산한다. 만약, 수소저장수단(200)의 용량이 수소차의 평균 수소 충전량 미만인 경우에는 선택적으로 연료전지로 수소가 공급되지 않게 된다.
본 발명은 더 나아가, 비상 상황에서 수소 수소저장수단(200)에 전기를 공급하는 전력공급원으로 상기 연료전지를 이용한다. 따라서, 본 발명에 따른 시스템에서는 선택적으로 상기 연료전지(400)로부터의 전기를 저장하는 전력 저장 시스템(ESS)를 더 구비할 수 있다.
본 발명은 더 나아가 수소저장수단(200)로부터 수소를 공급받아 이를 고체 합금에 저장하거나 액화시켜 수소를 이송 가능한 수단(500)으로 전환시키는 시스템을 포함한다.
도 2에서 수소의 이송가능한 수단은, 1) 액화시키는 방식이거나 2) 고체 합금에 저장하는 방식 모두 가능하며, 본 발명의 범위는 특별이 제한되지 않는다. 따라서, 본 발명에 따른 충전 스테이션은, 개질기를 갖추지 못한 다른 충전 스테이션에 수소를 공급하는 공급처로서도 기능할 수 있다.
본 발명은 더 나아가, 전력 생산에 따른 전력 판매 비용과 저장 수단에 의한 수소 판매 비용에 따라 잉여 수소(최소 수소 충전량을 초과한 수소량)의 활용 순위를 선택적으로 결정할 수 있다.
예를 들어 전력 판매 비용이 비싼 여름이나 겨울의 경우에는 우선적으로 연료전지로부터 전력을 생산하고, 반대로 전력 판매 비용이 낮아져서 수소 판매 비용이 높은 경우에는 수소 저장을 우선하여 진행할 수 있다.

Claims (5)

  1. 수소공급원 가스를 공급받아 수소를 생산하는 개질기 및 상기 개질기로부터 생산된 수소를 공급받아 저장하는 수소저장수단를 포함하는 수소 충전 스테이션의 운용방법으로,
    (a) 상기 개질기로부터 연속적으로 수소를 생성시키는 단계;
    (b) 상기 생성된 수소를 상기 수소저장수단에 저장하는 단계;
    (c) 상기 수소저장수단로부터 수소를 수소차에 공급하는 단계;
    (d) 상기 수소저장수단로부터 수소를 연료전지에 공급하여 상기 연료전지로부터 전력을 생산하는 단계; 및
    (e) 상기 수소저장수단로부터 수소를 공급받아 상기 수소를 이송가능한 방식으로 전환시키는 단계를 포함하며,
    상기 단계 (d) 및 (e)는 상기 수소저장수단의 충전된 수소 용량이 기설정된 용량 범위 이상인 경우에만 연속적으로 실행되며, 상기 기설정된 용량은 상기 수소 충전 스테이션에서의 수소를 공급받는 수소차의 평균 수소 충전량이고,
    변동하는 전력 판매 비용과 수소 판매 비용에 따라 상기 기설정된 용량을 초과하는 잉여 수소의 활용 순위를 결정하고 결정된 활용 순위에 따라 상기 단계 (d) 및 (e)를 실행하는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 수소 충전 스테이션 운용방법.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 수소를 이송가능한 방식으로 전환시키는 단계는, 상기 수소를 액화시키는 방식이거나, 상기 수소를 이송가능 합금에 저장시키는 방식으로 진행되는 것을 특징으로 하는 수소 충전 스테이션 운용방법.
  4. 삭제
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 연료전지로부터 생산된 전력은, 별도의 전력 저장 시설(ESS)에 저장되어, 상기 수소 충전 스테이션에 전력을 공급하는 것을 특징으로 하는 수소 충전 스테이션 운용방법.
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