Journal of the Korean Institute of Gas (한국가스학회지)

The Korean Institute of GAS (한국가스학회)
권호 표지
DOI QR코드

DOI QR Code

Process Modeling and Economic Analysis of Hydrogen Production System on 500 kg-H2/d-class Green Hydrogen Station using Biogas

바이오가스 이용 500 kg-H2/d급 그린수소충전소의 수소추출시스템 공정모델링 및 경제성 분석

  • Hong, Gi Hoon (Plant Process Development Center, Institute for Advanced Engineering) ;
  • Song, Hyoungwoon (Plant Process Development Center, Institute for Advanced Engineering)
  • 홍기훈 (고등기술연구원 플랜트공정개발센터) ;
  • 송형운 (고등기술연구원 플랜트공정개발센터)
  • Received : 2021.08.11
  • Accepted : 2021.08.26
  • Published : 2021.08.31
Download PDF
⟨ Previous Next ⟩

Abstract

In this paper, we carried out the process modelling and economical analysis of the 500 kg-H2/d-class green hydrogen production system process based on biomethane from the Food Bio Energy Center in Chungju. As a result of economic analysis, the NPV(Net present value) after 15 years of operation is 3.831 billion won, the PI(Profitability index method) is 1.42. It was found that the project of 500 kg-H2/d-class green hydrogen production system has a 20.25% of IRR, which is higher than social discount rate of 4.5% and feasibility is ensured.

본 연구에서는 충주시의 음식물바이오에너지센터로부터 음식물류페기물의 혐기발효 처리 후 발생되는 바이오 가스를 전처리 및 고질화공정을 통해 이산화탄소 및 불순물을 제거한 바이오메탄을 원료로 그린수소를 생산하는 수소추출시스템 공정을 모델링하고 경제성 분석을 수행하였다. 고질화된 바이오메탄은 개질 및 정제공정을 통해 하루 약 500 kg의 고순도 수소가 생산되며, 공정모델의 수소생산량 결과를 토대로 현재 실증을 위해 구축하고 있는 그린수소충전소 수소추출시스템의 경제성 분석을 수행하였다. 경제성 분석 결과, 수소추출시스템의 구축년도를 제외한 15년의 사업운영 후 순현재가치는 38억3천1백만 원, 수익성지수법 1.42 및 내부수익률 20.25%로 사회적 할인율 4.5%를 상회하므로 타당성 확보가 가능하다 판단된다.

Keywords

Acknowledgement

본 연구는 2021년도 산업통상자원부의 재원으로 한국에너지기술평가원(KETEP)의 지원을 받아 수행한 연구결과입니다.(No.20193010160010)

References

  1. IEA, "The role of CCUS in low-carbon power systems", (2020)
  2. 환경부, 보도자료, "온실가스 배출량 2018년 2.5% 증가, 2019년 3.4% 감소", (2020.9.28.)
  3. 환경부, "수소차 보급 및 시장 활성화 계획(안)", (2015.12.15.)
  4. 환경부, "2021년 환경친화적 자동차 보급 시행계획", (2021.4.14.)
  5. Lau F., "Techno economic analysis of hydrogen production by gasification of biomass", US DOE Technical report, (2002)
  6. Andrea M. F., Sara R. H., Luca D. Z., Giovanni S. S., and Enrico B., "Techno-economic analysis of in-situ production by electrolysis, biomass gasification and delivery systems for hydrogen refuelling stations: Rome case study", Energy procedia, 148, 82-89, (2018) https://doi.org/10.1016/j.egypro.2018.08.033
  7. Gim B. J., and Yoon W. L., "Analysis of the economy of scale and estimation of the future hydrogen production costs at on-site hydrogen refueling stations in Korea", International J. of hydrogen energy, 37, 19138-19145, (2012) https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2012.09.163
  8. Kang B. W., Kim T. H., and Lee T. H., "Analysis of costs for a hydrogen refueling station in Korea", Transactions of Korean hydrogen and new energy society, 27(3), 256-263, (2016) https://doi.org/10.7316/KHNES.2016.27.3.256
  9. Park J. H., Kim C. H., Cho H. S., Kim S. K., and Cho W. C., "Techno-economic analysis of Green hydrogen production system based on renewable energy sources", Transactions of Korean hydrogen and new energy society, 31(4), 337-344, (2020) https://doi.org/10.7316/KHNES.2020.31.4.337
  10. Lee H. J., Kim W. H., Lee K. B., and Yoon W. L., "Kinetic model of steam-methane reforming reactions over Ni-based catalyst", Korean Chemical Engineering Research, 56(6), 914-920, (2018)
  11. Chinchen G. C., Denny P. J., Jennings J. R., Spencer M. S., and Waugh K. C., "Synthesis of methanol", Applied catalysis, 36, 1-65, (1988) https://doi.org/10.1016/S0166-9834(00)80103-7
  12. Callaghan C. A., "Kinetics and catalysis of the water-gas-shift reaction: A microkinetic and graph theoretic approach", Ph. D. thesis, Worcester Polytechnic Institute, (2006)
  13. 수소융합얼라이언스추진단, 수소충전소위치정보시스템, http://gis.h2korea.or.kr/
  14. 예비타당성조사 수행 총괄지침 제50조 1항