| 논문명 |
민감도 분석을 통한 수전해 기반 수소 생산 시스템의 수익성 평가 / Profitability Assessment of Water Electrolysis-based Hydrogen Production System via Sensitivity Analysis |
| 저자명 |
신승호(Seungho Shin) ; 조지현(Jihyeon Cho) ; 홍탁의(Tageui Hong) ; 허연숙(Yeonsook Heo) |
| 수록사항 |
설비공학논문집, Vol.37 No.07 (2025-07) |
| 주제어 |
수전해 기반 수소 생산; 수소 생산당 수익; 수익성 평가; 민감도 분석 ; Electrolysis-based hydrogen production; HPM; Profitability assessment; Sensitivity analysis |
| 요약1 |
본 연구에서는 수전해 기반 수소 시스템의 경제성 분석과 수익률 분석 모델 제시를 위해 15개국의 에너지 시장을 조사하고, 수소 설비 시장 컨텍스트에 따른 민감도 분석을 진행하였다. 이 과정은 국내 수소 충전소 1기의 일일 수소 처리량을 근거로 시스템 규모를 산정하고, 에너지 및 시스템 비용, 시스템 수명, 할인율을 적용하여 수전해 기반 수소 생산 시스템의 투자 대비 수익률 모델을 제시한다.
결과로써 HPM, 시스템 CAPEX 비율, 시스템 수명, 할인율의 네 개 변수에 따른 시스템 ROI 계산 선형 회귀 모델을 제시하고(R2: 0.9452), 각 변수의 ROI에 대한 영향성을 평가하였다. 이를 통해 수전해 시스템 투자 대비 수익률에 HPM이 지배적인 영향을 주고(민감도: 39.44), 다음으로 시스템 CAPEX 비율과 수명이 작지만 유의미한 영향을 줄 수 있으며(민감도: 1.67, 1.27), 할인율의 경우 거의 영향을 미치지 않는 것으로 나타났다(민감도: 0.007, p-value :0.77).
추가적으로 투자 수익률 분석 및 투자 판단 근거 제시를 위해 기준 수익률(8%)을 적용했을 때 시스템 수명에 따라 요구되는 최소 ROI는 지수적으로 증가하며, 수명 60,000시간에서 100,000시간 범위에서 10,000시간당 약 0.18 증가하는 것을 알 수 있었다. 해당 수명 범위에서 기준 수익률 달성을 위한 HPM은 3,003 ￦/kgH2 에서 1,188 ￦/kgH2 까지 감소하고, CAPEX 비율은 1.27에서 1.70까지 증가했다. 이는 시스템 수명에 따라 요구되는 최소 ROI는 증가하지만, 시스템 설치 및 투자를 위한 수소와 전력 사이의 가격 차이와 시스템 비용 한계가 낮아진다는 것을 의미한다.
본 연구는 TRNSYS 프로그램을 통해 전력 그리드를 활용한 수전해 기반 수소 생산 시스템을 모델링하고, 15개국의 시장 가격을 반영한 변수 범위에 따라 수전해 시스템의 수익률을 분석하여 기준 수익률 달성을 위한 변수의 임곗값을 도출하였다. 분석 결과는 다양한 경제적 컨텍스트에 대해 수전해 기반 수소 생산 시스템의 설치 및 투자 의사 결정에 도움을 줄 수 있을 것으로 사료된다. 또한, 수소 생산 수익성에 대한 민감도 분석 결과를 제공함으로써, 시장 현황에서 수소 생산 수익성을 향상시키기 위한 HPM의 범위를 달성하기 위한 방향을 제시할 수 있다. 예를 들어, 대한민국의 경우, 2024년 3월 HPM은 약 2,500 ￦/kgH2으로, 이를 달성하기 위해 250 kgH2/day 급 수전해 기반 수소 생산 시스템의 설치 비용에 대한 경제적 보조와 더불어 시스템 효율 고도화가 필요할 것으로 예상된다. 추후 연구에서는 수전해 과정의 부생 열의 지역난방 활용, 태양광 초과 발전 전력 활용을 모델에 추가하여 에너지 효율 고도화 및 경제적 타당성 확보를 진행할 계획이다. |
| 요약2 |
This study aims to analyze the economic profitability for an electrolysis-based hydrogen production system utilizing power grid supply in relation to international economic trend of hydrogen production. In detail, this study quantified key parameters of an electrolysis-based hydrogen production system impacting installation and operational cost and profit based on return on investment (ROI) via regression-based sensitivity analysis. In order to analyze the economic profitability of hydrogen production according to various energy market context, the electrolysis hydrogen production system was modeled in the TRNSYS program. Key parameters for sensitivity analysis were selected as follows: (1) hydrogen selling price, (2) industrial electricity cost, (3) discount rates from 15 countries. In this study, profit is expressed through the ROI, and key variables such as hydrogen production margin (HPM), system CAPEX ratio, system lifespan, and discount rate were calculated using a linear regression equation (R²: 0.95). As a result, HPM had the most significant impact on ROI (sensitivity: 39.44), while CAPEX and lifespan had minimal effects (sensitivity: 1.67, 1.27), and the discount rate had almost negligible impact (sensitivity: 0.007). These results quantified the impact of key parameters on hydrogen production system, hence this paper can support decision-making in the planning and investment of hydrogen production system. |
