과제명	수소설비 가스농도 측정기술 및 모니터링 시스템 개발

1. 제안배경 및 필요성

❏ 국내 수소설비 안전시스템 부재로 인한 高價 외산설비 수입 억제 및 국산화 대체

❏ 수소 생산/저장설비 內 연소범위 초과 산소/수소 유입 또는 가스유출에 의한 폭발사고 예방

❏ 수소경제 활성화 로드맵에 따른 수소 전주기 안전성 확보 및 수소 관련설비 보급/확산 촉진

❏ 수소설비 안전시스템 설치를 의무화한 수소 안전관리법 제정에 따른 선제기술 확보

❏ 극단적 가스사용 환경에서 적용 가능한 고신뢰・저비용 가스감지 및 모니터링 시스템 필요

※ KEPCO2030 기술전략(Energy Transition/Grid-ESS/수소에너지(P2G)), H2 R&D 비전로드맵

※ 정부 수소경제 활성화 로드맵-수소안전관리 종합대책-수소안전관리법 제정

2. 과제 개요

과 제 명	수소설비 가스농도 측정기술 및 모니터링 시스템 개발
과제분야	■전략 □창의 □현안 □기타				재원구분		■자체연구 □정부지원 □협약
연구성격	□기초 □현장 ■개발 □사업화 □인프라/기타						기술수명주기			도입기
기술부문	초전도/신소재	기술분야		신소재			확보대상기술			친환경 고효율 신소재
연구기간	2020. 12. 01 ～ 2022. 9. 30 (총 34개월)
제안부서	전력연구원 에너지환경연구소				참여기관			1개 (미정)
수행부서	전력연구원(PL 정미희 선임)
활용부서	신재생사업처				위탁기관			없음
연구개발비 (백만원)	구 분		총 사업비
			현 금			현 물			합 계
	한 전		1501			499			2,000
	참여기관		50			150			200
	합 계		1,551			649			2,200

3. 연구목표 및 개발내용

❏ 연구목표 : 가스농도 실시간 모니터링을 통한 수소설비 안전관리 기반 구축

❏ 주요 연구개발내용

○ 수소 및 산소가스 감지소재・소자 개발

- 2종(수소+산소) 혼합가스 분위기 內 정밀 측정 가능한 가스센서 소재・소자 개발

○ 가스센서 제어모듈 및 농도분석 알고리즘 설계・제작

- [전류값→농도값] 변환용 가스센서 제어모듈 회로・알고리즘 개발 및 PCB 제작

○ 센서 적용 안전성 확보를 위한 방폭구조 가스센서 설계/제작 및 인증 획득

- 수소설비 內 안전적용을 위한 방폭설계/제작 및 국제・국내인증 획득

○ 가스농도 원격 실시간 모니터링 시스템 개발 및 현장실증

- 가스농도/이벤트/통계/분석 및 제어 S/W 개발, 위험상황 알람/운전정지 기능 부여

- 나주/동해/울산 구축된 사내 보유설비 실적용을 통한 가스센서 성능검증・보완

< 가스농도 모니터링 시스템 >

□ 수전해시스템 가스배관 내부 수소 및 산소가스 농도측정 및 원격 모니터링

* 알칼라인 수전해시스템을 기준으로 한 수소 및 산소센서 개발품 적용 부위

○ 연차별 기술개발 목표 및 내용

구분	연차별 목표	기술개발 내용
1차년도	∙ 센서 소재/소자 개발 ∙ 제어모듈 및 알고리즘 설계/제작 ∙ 개발 센서 방폭설계	□ 수소 및 산소가스 감지소재・소자 개발 - 상온구동 방식 가스센서 소재・소자 제작 및 평가 - 극저농도(100ppm) 측정가능 수소 순도센서 개발 □ 가스센서 제어모듈 및 알고리즘 설계/제작 - 농도변환/분석용 가스센서 제어모듈 회로/PCB 제작
2차년도	∙ 방폭센서 제작 및 성능평가 ∙ 모니터링 시스템 개발	□ 센서 적용 안전성 확보를 위한 방폭구조 설계/제작 - 수소설비 內 안전적용을 위한 센서 방폭설계/제작 □ 가스농도 원격 실시간 모니터링 시스템 개발 - 가스농도/이벤트/통계/분석 및 제어기능 S/W 개발 - 설비 사양/운전 조건별 알람 및 운전정지 기능 부여
3차년도	∙ 개발센서 국내/국제 방폭인증 획득 ∙ 센서/모니터링 시스템 현장실증	□ 국내외 사업화를 위한 국내/국제 방폭인증 획득 - 국가공인기관에 의한 센서 개발품 국제 방폭인증 확보 □ 센서/실시간 모니터링 시스템 구축 및 현장실증 - 가스센서 및 실시간 모니터링 시스템 현장 설치 - 사내 보유설비 실적용을 통한 가스센서 성능검증/보완

❏ 최종 결과물

○ 고농도 산소/수소 분위기 內 고감도/고신뢰 가스농도 측정용 가스센서

- 산소內 수소농도 측정센서, 수소內 산소농도 측정센서, 고농도 수소 순도센서

○ 수소설비 적용 가능 방폭형 수소/산소 가스감지기

- 수전해시스템 가스배관 연결부 감압/항습/항온/유량제어 설비 포함

○ 가스농도 실시간 상태감시 기반 모니터링/제어 시스템

- 배관 내외부 농도 데이터 감시/저장/분석 및 기준 초과시 알람경보/정지

○ 국내 및 국제규격 방폭 성능 공인인증서

- 공인인증기관에 의한 ISO IEC60079 규격 준용 인증 획득(등급: Ex d IIC T5)

○ 지식재산권

- 고압/저습 환경 사용 가능 이온성 액체 적용 전기화학식 가스센서(특허)

- 가스감지기 하드웨어 방폭설계 구조(특허)

- 고압 배관 내 고감도 센서 적용을 위한 기구부 설계 기술(특허)

- 고압 배관 내 가스감지기 in-situ 설치 기술(특허)

- 배관 內 가스 온도 및 수분함량에 따른 센서 감도변화 제어 및 내구성 확보기술(특허)

- 상온구동 및 방폭설계로 극한 사용환경에서의 가스센서 적용 안전성 확보기술(특허)

❏ 세부 성능지표

KPI		Initial	Target	측정․평가방법
고농도 산소 內 수소센서 농도 측정범위(%)	KEPCO	-	0.1~3 in O2 (해상도: 0.01)	표준시료 이용, GC* 정밀분석으로 확인 (*Gas Chromatography)
	World Top	0~10 in air
고농도 수소 內 산소센서 농도 측정범위(%)	KEPCO	-	0.1~5 in H2 (해상도: 0.1)
	World Top	0~10 in air
방폭 인증 획득건수(건)	KEPCO	-	1	공인인증기관/IEC60079 (인증등급: Ex d IIC T5)
	World Top	-

4. 기대효과 및 향후 활용방안

❏ 기대효과

○ [수익창출] 국내 수전해 설비 제조업체 기술이전 및 패키지화 적용을 통한 수익창출

○ [비용절감] 現 적용중인 高價 외산 센서 대체를 통한 가격/기술 경쟁력 확보

○ [현장적용] 사내 구축 중인 나주/동해/울산 실증단지 內 개발 시스템 우선적용

○ [기술선도] 수소설비에 특화된 고감도/저비용 가스센서 개발을 통한 시스템 안전성/경제성 확보

❏ 활용방안

연구성과	활용방안	활용시기	활용부서/업체	비고
수소설비용 고감도/방폭형 수소/산소 가스센서	MG 실증단지 內 수전해시스템 시험설비 실적용 및 사업화	과제 종료 후 6개월 이내(실적용) 18개월 이내(사업화)	신재생사업처 전력연구원
가스농도 실시간 모니터링 시스템