천연가스망과 관련하여 기후 친화적이고 전도유망한 애플리케이션이 대두하고 있습니다. 가스망 운영자는 재생 수소를 기존 가스망에 공급하고 이송 및 저장하는 추세에 동참할 수 있습니다. 이때 새로운 FLOWSIC 가스 유량계에 추가로 투자하지 않아도 됩니다. SICK의 초음파 기술은 가스 특성의 변화에도 불구하고 가스 기반 시설에서 계속 안정적으로 측정을 수행합니다. Power-to-Gas 설비도 이러한 측정 성능으로 이득을 봅니다.
가스망에 사용되는 녹색 에너지: 계속 안정적으로 측정을 수행하는 FLOWSIC
2020. 7. 20
에너지 수요는 꾸준히 높으며 향후 전 세계에서 심지어 증가할 전망입니다. 에너지 공급을 계속 보장하려면 영리한 에너지 믹스로 새로운 요구에 대응해야 합니다. 이 에너지 믹스에서 천연가스 비율은 3분의 1로 성장할 것으로 예측됩니다. 현재 그 비율은 약 22%입니다. 풍력, 수력, 태양광, 바이오매스에서 얻는 재생 에너지는 공급 문제에도 불구하고 현재 기후 논의에서 우선적으로 장려되어야 합니다. 공급 문제가 생기는 이유는 변화하는 기상 조건에 따라 전기 생산이 변동하며 이송할 양을 계산할 수 없기 때문입니다. 또한 태양광 및 풍력 설비의 잉여 전기를 모아 둘 저장소가 현재로서는 충분하지 않습니다. 기후 중립적 전기를 CO2 없이 생산되는 가스로 변환하는 것은 이러한 딜레마의 해결책일 수 있습니다. Power-to-Gas 절차에서 녹색 전기는 전기분해에 의해 예를 들어 수소 등 저장 가능한 가스로 변환됩니다. 메탄이나 합성 천연가스 또한 저장이 가능합니다. 녹색 수소로 연료전지 제조사도 이득을 보며, 천연가스 차량이 친환경적으로 움직입니다.
수소를 사용한 에너지 공급
Power-to-Gas 기술은 기후 보호를 위한 잠재력을 가졌으며, CO2 없이 얻어지는 수소와 마찬가지로 에너지 경제의 일부입니다. 이 수소는 또한 완전히 기존 천연가스망에 공급하고 저장할 수 있습니다. 기존 가스 기반 시설은 이 용도에 딱 맞습니다. 이로써 천연가스에 혼합된 녹색 에너지는 경제적인 면에서 효율적으로 사용되며 언제든 망의 최대 용량만큼 충분한 양을 인출 가능합니다. 유럽연합과 아시아의 여러 연구팀은 기존 천연가스망에서 가스 사용자에게 부담이 가지 않으면서 원칙적으로 얼마나 확실하게 공급이 이루어지는지를 조사하고 있습니다. 절차 단계가 최적화되고 발전되고 있습니다. 현재 천연가스망에 혼합 가능하다고 여겨지는 수소 비율은 5%에서 최대 25%입니다. 기존 설비의 누출 안전성, 파이프라인과 개폐 부속의 재료 적합성, 방폭을 위한 규정, 그리고 궁극적으로는 어떻게 연소가를 알아내고 제어할 수 있는가 하는 문제도 연구되고 있습니다.
가스 유량계에 주목하다
수소가 혼합되면 천연가스의 특성이 현저하게 변한다는 것은 확실합니다. 따라서 많은 가스망 운영자는 이러한 변화가 가스 유량계의 측정 성능에 부정적인 영향을 미치지 않을까 자문합니다. 특히 비용 절감의 시대에 추가적인 부담은 금기라 할 수 있습니다. “물론 수소를 공급하는 경우 이미 가스망에 설치된 측정 장치도 잘 작동해야죠.” SICK의 제품 마케팅 서비스 부서장 Jörg Wenzel은 단언합니다. “따라서 우리는 수소 혼합량 증가가 초음파 기술에 미치는 영향을 꼼꼼히 주시하고 이러한 새로운 요구에 맞춰 FLOWSIC 가스 유량계를 테스트했습니다. 저는 SICK의 초음파 가스 유량계가 수소가 함유된 천연가스를 잘 측정한다고 장담할 수 있습니다. 최대 10%의 수소를 혼합하여 발생하는 측정 불확도를 FLOWSIC은 확실하게 보상합니다.”
FLOWSIC은 안정적으로 측정을 수행한다, 이게 정확히 무슨 뜻일까?
전자 장치 하우징과 전기 어댑터 그리고 초음파 프로브, O링, 유량 컨디셔너, 플러그, 보호관 등 매체와 접촉하는 부품을 포함하여 SICK의 가스 유량계는 수소가 함유된 천연가스에 끄떡없습니다. 독일연방재료시험연구원(BAM)의 조사 결과가 그것을 입증합니다. 가스 혼합물의 변화한 밀도와 점도, 새로운 유속 및 음속은 FLOWSIC 가스 유량계가 제공하는 측정 결과의 신뢰도와 품질에 영향을 주지 않습니다. 20%의 수소를 혼합하는 경우, 유량 측정 시 유속이 낮아지면 최대 1%의 측정값 편차를 예상할 수 있습니다. 최대 10Vol.-%의 수소를 공급하는 경우 재검정도 필요 없습니다. gwf 가스 + 에너지 매거진 2013년 3월호에 실린 전문 보고서에서 비슷한 데이터가 발표되었습니다. 20%의 수소를 혼합하면 음속은 아마 10% 높아질 것입니다. 이로써 천연가스에 혼합된 수소량을 알 수 있으며 설비 운영자는 설비의 가용성을 파악할 수 있습니다.
폭발과 관련하여
수소는 천연가스와 다른 특수한 폭발성을 가졌으며 폭발 등급 IIC에 속합니다. 따라서 천연가스 측정 시 요구되는 것보다 까다로운 요건이 장비에 적용됩니다. 천연가스를 측정할 때는 폭발 등급 IIA로 충분합니다. 독일연방재료시험연구원(BAM)은 2016년 9월에 '천연가스와 수소 혼합물의 안전 관련 특성'이라는 보고서에서 천연가스에 수소를 혼합하는 경우 폭발 양상과 폭발 등급 요건에 어떤 영향을 미치는지 발표했습니다. DVGW(독일가스수도협회)에 따르면 규칙을 발전시키는 작업이 현재 이루어지고 있습니다. 새 규정은 천연가스망에 혼합 가능한 수소 비율을 20Vol.-%로 확대할 예정입니다. 현재 발표된 내용들로부터 도출할 수 있는 사실은 기존에 설치된 SICK 가스 유량계 FLOWSIC600 및 FLOWSIC600-XT의 전자 장치와 초음파 센서가 수소 비율 10Vol.-%의 천연가스 믹스에서 방폭을 충족한다는 것입니다. 수정은 필요 없습니다.
앞을 내다보며 헌신한다
산업 분야에서는 천연가스에 혼합되는 수소 비율에 대해 아주 다양한 한계치를 언급합니다. 그 수치는 최대 25Vol.-%에 이릅니다. 수소 비율이 앞으로 증가하리라는 것은 분명해 보입니다. 물론 투자 속도와 Power-to-Gas 기술의 발전도 그 비율이 얼마나 빠르게 증가할지를 좌우합니다. SICK는 25Vol.-%를 넘어서는 수소 비율에서 초음파 측정 장치의 측정 능력을 계속해서 조사할 것이며 필요한 경우 가스 유량계를 조정할 것입니다. 따라서 가스 설비 운영자는 SICK의 정밀하고 검정 가능한 가스 유량 측정 시스템과 Power-to-Gas 설비를 앞으로도 믿고 사용할 수 있습니다.
기타 기고문:
Jörg Wenzel
Flow Measurement 제품 마케팅 서비스 부서장
Jörg Wenzel은 2011년부터 SICK의 유량 측정 장치와 가스 유량계 영역에서 일하고 있으며 특히 제품 관리 그룹 리더를 지냈다. 2016년부터 이 분야의 마케팅을 담당하고 있다. 자신의 팀 그리고 제품 관리부와 함께 신제품과 혁신적 솔루션의 시장 포지셔닝 작업에 역점을 두고 있다.
