수소 상거래의 핵심, '수소차 정량 충전' 시대
수소 상거래의 핵심, '수소차 정량 충전' 시대
  • 함예솔
  • 승인 2020.01.10 02:10
  • 조회수 1499
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요약

 

수소충전소에서 정량의 수소가 충전될 수 있도록 유량계를 검증하는 교정시스템을 개발하는 데 성공했습니다. 시스템의 저장탱크에 고압·저온 조건으로 수소기체를 충전하고 수소기체의 질량을 국가측정표준으로부터 소급된 정밀 저울로 측정하면 유량계의 정확도를 평가할 수 있습니다. 소비자가 지불한 금액만큼 정확한 양의 수소가 충전됨에 따라 상거래 신뢰도가 높아지고 수소차 보급에 도움이 될 전망입니다. 

정량의 수소 충전 가능해진다. 출처: AdobeStock
정량의 수소 충전 가능해진다. 출처: AdobeStock

친환경차의 대표주자로 자리잡은 수소차는 충전한 수소가 화학반응을 일으켜 발생한 전기로 운행하는데요. KRISS 열유체표준센터 강웅 책임연구원팀은 수소충전소에서 정량의 수소가 충전될 수 있도록 유량계를 검증하는 교정시스템을 개발하는 데 성공했습니다. 소비자가 지불한 금액만큼 정확한 양의 수소가 충전됨에 따라 상거래 신뢰도가 높아지고 수소차 보급에 도움이 될 전망입니다. 

KRISS가 개발한 수소 유량 현장교정시스템. 출처: KRISS
KRISS가 개발한 수소 유량 현장교정시스템. 출처: KRISS

오차가 얼마인지조차 파악 불가인 현재의 유량 측정

 

수소차는 한 번 충전에 600km까지 달릴 수 있어 400km 수준의 전기차에 비해 에너지 저장 측면에서 매우 우수하다고 평가받고 있습니다. 수소차의 뛰어난 저장 능력은 수소기체를 고압·저온의 가혹한 조건에서 충전함으로써 가능해집니다. 제한된 저장탱크의 부피에서 충전효율을 높이기 위해서는 700기압(bar)의 고압, 영하 40℃의 저온 상태를 유지해야 합니다.

 

현재 수소충전소에서는 충전량에 따라 비용을 내고 있는데요. 충전기 내의 유량계가 계량하는 수소기체의 질량값에 의해 금액이 부과되는 방식입니다. 이처럼 수소유량계는 수소 거래 비용의 공정성을 책임지는 역할을 담당하는데요. 하지만 지금까지 수소가 석유 등과 달리 고압·저온의 가혹 조건에 놓여 있기 때문에 유량 측정이 매우 어렵고 결과가 불확실했습니다. 

수소 유량 교정시스템을 이용한 수소유량계 교정결과(고압질소기체 사용).계량 정확도에서 오차가 있음을 확인함. 출처: KRISS
수소 유량 교정시스템을 이용한 수소유량계 교정결과(고압질소기체 사용).계량 정확도에서 오차가 있음을 확인함. 출처: KRISS

2018년 개정된 국제법정계량기구(OIML)의 규정에서는 수소유량계의 최대 허용오차를 1.5%~2.0%로 정하고 있습니다. 하지만 현재 국내 충전소에서 사용하는 코리올리 유량계는 교정 시 상압, 상온에서 액체인 물을 이용합니다. 정확도 검증과 향상을 위한 교정이 실제와 전혀 다른 조건에서 이뤄져 오차가 얼마인지조차 파악하기 어려운 실정입니다. 

  • 코리올리 유량계(Coriolis flowmeter)
코리올리 유량계. 출처: KRISS
코리올리 유량계. 출처: KRISS

 

코리올리힘(Coriolis force)의 원리를 이용, 일정하게 진동하고 있는 배관에 흐르는 유체의 질량유량에 따라 배관의 비틀림현상이 비례하게 발생하는 방식으로 질량 유량을 측정하는 유량계.

검증 가능한 수소 유량 현장교정시스템 개발

 

KRISS 강웅 책임연구원팀은 충전소에서 수소가 차량에 주입되는 방식처럼 수소 유량계를 검증할 수 있는 수소 유량 현장교정시스템을 개발했습니다. 시스템의 저장탱크에 고압·저온 조건으로 수소기체를 충전하고 수소기체의 질량을 국가측정표준으로부터 소급된 정밀 저울로 측정하면 유량계의 정확도를 평가할 수 있습니다.

수소 유량 현장교정시스템의 개념도. 출처: KRISS
수소 유량 현장교정시스템의 개념도. 출처: KRISS

연구팀은 현재 실험실에서 해당 시스템으로 시중의 수소유량계를 평가하고 있다고 하는데요. 이번 기술은 유량계가 설치된 수소충전기 뿐만 아니라 개별적인 유량계까지도 함께 평가할 수 있습니다.

수소 유량 현장교정시스템의 상세 개념도. 출처: KRISS
수소 유량 현장교정시스템의 상세 개념도. 출처: KRISS

현재는 수소충전기의 유량계와 수소차의 저장탱크 각각에서 산출한 충전량 사이에도 차이가 발생해 거래 신뢰성에 대한 문제가 제기되고 있습니다. 이번 기술을 통해 교정이 이뤄지면 소비자와 수소충전소, 수소차 생산자에 이르는 연결고리에 높은 신뢰가 구축될 것으로 기대됩니다. 또한 이번 시스템은 이동식으로 개발돼 전국 수소충전소 현장 어디에서든 즉시 정확하게 교정할 수 있을 것으로 보입니다.

 

  • 교정(Calibration)

국가측정표준체계에서 상위단계와 하위단계의 측정기술을 비교해 하위 단계의 수준을 상위 단계 수준으로 맞추는 것으로 정정(correction)보다는 비교(comparison)에 가까운 개념입니다. 이번 기술은 국가측정표준체계에서 최상위 단계에 있는 질량표준(kg 원기)을 기반으로 유량계가 측정하는 수소기체의 질량과 비교해 정확도를 평가할 수 있습니다. 

KRISS 강웅 책임연구원은 "지금까지는 소비자가 수소 충전을 위해 일정 금액을 지불해도 진짜 그만큼 충전됐는지 의심이 가는 상황이었다"라며 "현재 부처에서 검토중인 관련 법안 개정이 이뤄져 시스템을 현장에 적용한다면 상거래 질서 확립은 물론 수소 충전 및 계량의 핵심부품 국산화까지도 기대할 수 있을 것이다"라고 밝혔습니다.


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