상용 수소전기차 도입을 위한 연료비용 경쟁력 분석

백현조,박지영,김자인 한국교통연구원 2021 交通硏究 Vol.28 No.1

Fuel Cell Electric Vehicles(FCEVs) are emerging as carbon-neutral solution for long haul and heavy-duty commercial vehicle such as bus, taxi and truck. Especially, fuel cost competitiveness is a crucial factor considering the long life cycle of commercial vehicles. Therefore, this study analyzed the changes in fuel costs in the conversion of representative models of commercial FCEV. The types of commercial FCEV are buses which is running on the actual route and taxis and trucks that are in the pilot stage, but are highly likely to be commercialized, comparing the representative models currently used with FCEV. The fuel unit price and fuel economy of the FCEV model currently used were selected as factors affecting the fuel costs. The change in fuel costs and the appropriate hydrogen fuel unit price were analyzed according to the variation of the two factors. As a result, The higher the unit price of existing fuel or the higher the fuel economy of hydrogen fuel, the more cost-competitive the hydrogen fuel is. In addition, it was analyzed that the market competitiveness of FCEV will increase if fuel subsidies currently supported for commercial vehicles are finished and converted to a low-carbon fuel-centered support system. Assuming that the changes of current fuel price and fuel economy of FCEVs, the hydrogen fuel price, which becomes the same as the fuel cost of FCEVs, has been calculated. The results showed that fuel cell electric taxis can have price competitiveness in the range of 5,306 to 9,131 won/kg, 3,203 to 5,512 won/kg for fuel cell electric buses, and 2,013 to 3,464 won/kg for fuel cell electric trucks. 친환경 미래모빌리티로서 수소전기차가 등장하고 버스, 택시, 트럭 등 상용차까지 도입 차종이 확대되고 있다. 상용차 차종선택에 있어서 경제성은 중요한 선택요인이다. 특히 차종 특성상 총 소유비용에서 연료비용이 차지하는 비율은 차량가격보다 높다. 따라서 차종 전환에 있어서 연료비용 경쟁력은 매우 중요하다. 본 연구는 수소전기차 도입 차종 중 상용차를 대상으로 연료비용 가격경쟁력을 분석하고 가격경쟁력에 영향을 미치는 요인별로 민감도 분석을 실시하였다. 대상 차종은 이미 국내에도 출시된 수소버스와 출시 계획중인 수소택시와 수소트럭의 총 3종을 선택했고 기존 차종과 연료비용을 비교했다. 각 차종별 내구연한 동안 연료비용을 비교한 결과 수소택시는 795만원, 수소버스는 1억 9천만원, 수소트럭은 2억 5천만원의 추가 비용이 발생하는 것으로 나타났다. 장래 기존 연료가격 변동과 수소전기차 연비 향상을 가정하고 민감도 분석을 실시했다. 그 결과 수소택시는 수소 연료단가 약 5,306원~9,131원/kg, 수소버스는 3,203원~5,512원/kg, 수소트럭은 2,013원~3,464원/kg 가격 범위에서 연료비용 경쟁력을 갖는 것으로 나타났다.

수소충전소의 허가와 실증을 위한 규제특례

宋東洙 ( Song Dongsoo ),高惠晶 ( Ko Hye Jeong ) 법조협회 2019 法曹 Vol.68 No.5

수소를 사용하여 발생시킨 전기에너지를 동력원으로 사용하는 수소전기차는 내연기관 자동차와는 달리 이산화탄소 배출이 전혀 없는 환경친화적인 자동차여서 기후변화 대응을 위한 주요 수단으로 주목을 받고 있다. 하지만 수소전기차는 2013년 현대자동차가 대량 생산에 들어간 이래 국민들로부터 큰 관심을 받지 못하였고 결과적으로 대중화되지 못하였다. 수소전기차의 보급이 그동안 지지부진하였던 이유는 여러 원인이 있겠지만, 수소전기차에 수소연료를 공급하는 수소충전소 인프라가 절대적으로 부족하였던 것이 주요 원인으로 꼽히고 있다. 그러면 수소충전소 인프라는 그동안 왜 확충되지 못하였을까? 이는 신기술의 발전에 상응하는 법규범의 대응이 신축적으로 이루어지지 못한 것에 기인한다. 기존의 「국토계획법」상의 건축제한 규정에 따라 “위험물 저장 및 처리시설”로 분류되어 있는 수소충전소는 주거지역과 상업지역에서 모두 그 설치가 불가능하였다. 이는 소비자로 하여금 수소충전에 불편을 야기하였으며, 사업자에게는 수소충전소의 낮은 접근성으로 인해 운영의 어려움을 가져다주었다. 또한 수소충전소 설치허가의 근거 법률인 「고압가스법」 역시 수소충전소 시설과 관련하여 이격거리의 제한 등 불합리한 규제를 많이 가지고 있어 수소충전소 설치에 있어 큰 장해물이 되었다. 4차 산업혁명시대에 불합리한 규제에 대한 개혁과 혁신의 필요성이 나날이 강조되고 있지만 현실적으로 관련 법령의 개정과정은 여러 이유로 인하여 시간이 많이 소요되기에 임시방편적인 대안책이 제시되어야 한다. 이러한 규제개혁의 수단으로 규제 샌드박스의 개념이 제시되고 있는데, 이는 신기술이나 신산업이 출시될 때 일정 기간동안 기존의 법령이나 규제를 면제 또는 유예시켜주는 일종의 규제완화 제도이다. 최근 우리나라는 「산업융합촉진법」을 개정하여 규제 샌드박스 제도로 실증을 위한 규제특례(실증특례)를 도입하였다. 그 결과 수소충전소의 「국토계획법」상의 입지제한의 문제점이 실증특례 제1호 사안으로 접수되어 잠정적으로 해결되었다. 실증특례를 통해 수소충전소의 문제가 해결되었다는 점은 향후 신산업·신기술 규제개혁에 큰 변화를 가져다 줄 것으로 예상된다. 더 나아가 수소전기차와 수소충전소와 같은 신산업이 유연하게 발전하고 활성화되기 위해서는 가능한 한 포지티브 규제 방식보다는 포괄적인 네거티브 규제 방식이 적극적으로 도입되어야 할 것이다. FCEV (Fuel Cell Electric Vehicle) refers to a vehicle that uses electric energy generated by using hydrogen as a power source, which is an environmentally friendly vehicle with no CO2 emissions. In 2013, Hyundai started mass-producing hydrogen electric vehicles in Korea, but the main reason for its slow supply was the lack of infrastructure for hydrogen stations to supply hydrogen fuel to hydrogen electric vehicles. In conclusion, the main reason why the hydrogen refueling station has not been expanded as much as the demand in line with the development of new technology called hydrogen vehicle is the failure of the regulatory reform of the existing legal order. According to the existing land use classification system under the 「National Land Planning and Utilization Act」 and the building restriction system in the area, it was impossible to install hydrogen refueling station in both residential and commercial areas. In addition, the 「High-Pressure Gas Safety Control Act」, which is the basis for the permission to install a hydrogen refueling station, also has many unrealistic and unreasonable regulations related to the hydrogen refueling station, which has become a major obstacle to the installation of the station. Although the need for reform and innovation in unreasonable regulations is emphasized day by day during the Fourth Industrial Revolution, it is true that the overall revision process of legislation that contains relevant regulations is slow for various reasons. IAs a means of regulatory reform, the concept of regulatory sandbox has recently been proposed, which is a kind of deregulation system that exempts or suspends existing laws and regulations for a certain period of time when a new technology or new industry is released. Recently, Korea revised the 「Industrial Convergence Promotion Act」 to introduce a special case and a temporary license system as a regulatory sandbox system. The fact that the regulatory sandbox system has solved the problem of hydrogen stations is expected to change the paradigm of regulatory reform in the future.

수소 연료 소모량 최소화를 위한 차량용 연료전지 시스템 운전 조건

윤종선(Jongsun Yoon),민승재(Seungjae Min) 한국자동차공학회 2022 한국자동차공학회 학술대회 및 전시회 Vol.2022 No.11

In a fuel cell electric vehicle(FCEV), a polymer electrolyte membrane fuel cell (PEMFC) stack and balance of plant (BOP) are widely used for its propulsion system. The efficiency of the fuel cell system is dominated by the operating conditions adjusted by BOP. The purpose of this study aims at developing a fuel cell system operating conditions optimization methodology to reduce hydrogen fuel consumption. A fuel cell system model, with electrochemical fuel cell stack modeling, was employed to analyze the system efficiency. The hydrogen consumption is estimated by the vehicle level simulation with fuel cell and battery power split control algorithm. The design variables are oxygen stoichiometric ratio, stack temperature, anode pressure and maximum efficiency power value. The results verify that optimal operating conditions can reduce 12% the hydrogen fuel consumption of FCEV comparing basic operating conditions.

수소 경제를 위한 국가R&D과제에서 연료전지전기차의 지식구조 탐색

최정우(Jung Woo Choi),이지연(Ji Yeon Lee),이병희(Byeong-Hee Lee),김태현(Tae-Hyun Kim) 한국콘텐츠학회 2021 한국콘텐츠학회논문지 Vol.21 No.6

미국, 유럽, 중국, 일본 등 주요 선진국은 탄소 경제에서 수소 경제로의 전환을 위해 다양한 수소 경제 정책을 발표하며 연구역량을 집중하고 있다. 우리나라도 이러한 추세에 발맞추어 2019년 초 수소 경제 활성화 로드맵을 발표한 이래로 수소 경제 관련 법안을 마련하고 지원책을 실시하고 있다. 본 연구에서는 국가과학기술지식정보서비스(NTIS)의 국가R&D과제정보 최근 10년치 데이터를 활용해 수소 경제, 그중에서도 전·후방 파급효과가 크다고 할 수 있는 연료전지전기차 관련 R&D 현황과 지식구조를 파악하고자 한다. 연료전지전기차 관련 국가R&D과제(2020년 1월 기준) 1,479개의 원시 데이터를 바탕으로 네트워크 분석 및 텍스트 마이닝을 실시한 결과, 연료전지전기차 분야에서는 수소의 생산, 운반, 저장, 활용의 전 프로세스에 걸친 기술 및 시스템의 연구개발이 활발하게 이루어지고 있는 것으로 나타났다. 본 논문은 해당 연구결과를 통해 현재 연료전지전기차 산업을 선도하고 있는 한국의 수소 경제 관련 정책 수립과 연구개발, 시장 전략에 대해 시사점을 제시한다. With a global shift from carbon economy towards hydrogen economy, leading countries such as the U.S., Europe, China, and Japan are focusing their research capabilities on hydrogen research and development(R&D) by announcing various hydrogen economy policies. South Korea also has been following this global trend by announcing hydrogen economy roadmap in January 2019 and legislating hydrogen economy related law. In this paper, we tried to figure out the national R&D trend of Fuel Cell Electric Vehicle(FCEV) and its knowledge structure by using recent 10-year project data of National Technology and Information Service(NTIS). We collected 1,479 FCEV-related projects and conducted text mining and network analysis. According to the analysis, FCEV-related R&D has been actively carried out over the entire process of hydrogen production, transport, storage, and utilization. Furthermore, the paper provides insights into the government’s policy agenda building and market strategy on the hydrogen economy.

현대차 글로벌 경쟁력 강화 전략에 관한 연구 - 수소전기차 개발 및 내부조직개혁 중심으로

정안자,정동균,이춘수 한국통상정보학회 2019 통상정보연구 Vol.21 No.4

This study aims to find ways to strengthen Hyundai Motor's global competitiveness as a transnational corporations by identifying the development and status of Fuel-cell electrical vehicle (FCEV), management's will to reform and change the company's internal environment. In line with the global trend of global eco-friendly regulations, Hyundai Motor has mass-produced and released the world's first Fuel Cell Electrical Vehicle (FCFV), and is developing and producing new models every year. However, a lack of infrastructure for hydrogen charging stations in Korea and a series of development and launch of eco-friendly vehicles using hydrogen and electricity from major competitors is threating to Hyundai Motor's global market policy, which has targeted not only domestic but global markets. In addition, it is to aims to provide implications for Hyundai Motor’s improvement strategy by identifying the management's will to reform itself and overcome the years-long slump in sales and operating profit at home and abroad. 본 연구는 현대자동차의 글로벌 경쟁력 강화를 위한 전략으로 수소전기차 개발 및 현황 그리고 경 영진의 내부 개혁에 대한 의지와 내부 환경 변화를 파악함으로써 초국적 기업으로써 글로벌 경쟁력 강화 방안을 모색하고자 한다. 세계적인 친환경 규제라는 글로벌 흐름에 따라 현대차는 세계 최초 수 소전기차 FCFV(Fuel Cell Electrical Vehicle)를 양산 및 출시하였으며 신규 모델 개발 및 생산량을 매 년 증가시키고 있다. 그러나 국내 수소 충전소 인프라 부족과 주요 경쟁사의 잇따른 수소와 전기를 이 용한 친환경차 개발 및 출시는 국내뿐만 아니라 세계 시장을 견인한 현대자동차의 글로벌 시장 정책 에 위협이 되고 있다. 또한 국내외적으로 매출 및 영업이익이 다년간 급감하고 있는 어려운 상황에서 이를 극복하고자 하는 현대차 경영진의 내부 개혁 의지를 파악하여 개선 전략에 대한 시사점을 제공 하고자 한다.

수소충전소 운영 현황 및 국산화 기술 확보 전략

구영모(Youngmo Goo),최경진(Kyungjin Choi) 한국신재생에너지학회 2019 한국신재생에너지학회 학술대회논문집 Vol.2019 No.5

퍼지 제어를 이용한 수소 상용차 전력 분배 시뮬레이션

한재수,김영현,우종빈,유상석 한국수소및신에너지학회 2023 한국수소 및 신에너지학회논문집 Vol.34 No.4

There is no clear standard for estimating the power distribution of fuel cells and batteries to meet the required power in hydrogen electric vehicles. In this study, a hydrogen electric vehicle simulation model equipped with a vehicle electric component model including a fuel cell system was built, and a power distribution strategy between fuel cells and batteries was established. The power distribution model was operated through two control strategies using step control and fuzzy control, and each control strategy was evaluated through data derived from the simulation. As a result of evaluation through the behavior data of state of charge, fuel cell current and balance of plant, fuzzy control was evaluated as a proper strategy in terms of control stability and durability.

수소연료전기차 공기압축기용 초고속 영구자석 동기전동기의 AC 동손 해석

박민규(Min-gyu Park),최규성(Kyu-sung Choi),양현섭(Hyun-sup Yang),정경훈(Kyung-hun Jung) 한국자동차공학회 2020 한국자동차공학회 부문종합 학술대회 Vol.2020 No.7

This paper deals with the analysis of AC copper loss in a high-speed permanent magnet synchronous motor used in an air compressor of a hydrogen fuel cell vehicle. In order to drive the motor at high speed, a high frequency input current is required, which causes large AC loss due to skin effect and proximity effect to the motor winding. For the analysis of AC copper loss, it is very time consuming to analyze 3D-FEM by modeling the number of turns and strands of the motor coil. Therefore, in this paper, we proposed a simple analysis method of AC copper loss prediction by dividing the active part winding loss and the end winding loss with the 2D-FEM. The effect of AC copper loss according to the number of strands was verified through the 2D-FEM and experiments by evaluating the actual motor applied to an air compressor.

수소전기차용 공기압축기 에어포일 스러스트 베어링 2-FSI 해석

신현장(Hyun Jang Shin),박건웅(Gun Woong Park) 한국소음진동공학회 2019 한국소음진동공학회 논문집 Vol.29 No.6

A hydrogen-electric car is a fuel-cell vehicle that reacts hydrogen fuel with oxygen in the air to generate electricity to drive the traction motor. An air compressor is a device that compresses air and supplies it to the fuel cell stack. These generally use two types of airfoil bearings: The first is journal bearing, the second a thrust bearing. In this paper, axial thrust bearings are analyzed using 2-Way fluid-structure interactions (FSI). To determine the validity of the 2-Way FSI analysis, a solid thrust bearing was fabricated and the torque was measured. For 60 kr/min 70 kr/min and 80 kr/min rotations, loads were applied at 10 N, 15 N, and 20 N and the resulting torque was measured. For the 2-Way FSI analysis, a 1/6 split model was selected, the turbulence model was Menter’s Shear Stress Trasport (SST), and 10 meshes were made in the air gap using a system coupling condition moving the solid and fluid parts simultaneously. The 2-Way FSI analysis result showed the error within 7.3 %, proving its validity.

창원 수소충전소의 수소판매량 분석

강부민,강영택,이상현,김남석,이경은,박민주,정창훈,정대운 한국수소및신에너지학회 2019 한국수소 및 신에너지학회논문집 Vol.30 No.4

Since the government announced the roadmap to revitalize the hydrogen economy, we are constantly making the effort to expand the use of fuel cell electric vehicles (FCEV) and hydrogen charging stations. There is however a significant issue to build and operate the hydrogen charging station due to the lack of the profit model. Many researchers believe that the supply of FCEV will be increased in the near future and finally ensure the economy of hydrogen charging stations. This study shows that the sales changes of hydrogen gas and consumption patterns by the operation of the hydrogen charging station in Changwon City. The results will be used as the evidence to support for operating the hydrogen charging station by private businesses and the validity of additional establishment of hydrogen charging stations.