현대건설, 100MW 이상 수전해 플랜트 설계 착수…AI로 재생에너지 변동성 대응

현대건설이 100MW 이상급 대규모 수전해 플랜트의 설계 기술 개발에 착수한다. 기존의 수전해 설비 구축과 실증 경험에서 한 단계 나아가 대규모 플랜트의 개념·기본설계, 경제성 평가, 운영 최적화까지 아우르는 설계 패키지를 확보한다는 계획이다. 특히 태양광·풍력의 발전량이 계속 변하는 상황에서 플랜트를 안정적으로 운전하기 위해 인공지능(AI) 기반 최적화와 동적 공정 시뮬레이션을 적용한다는 점이 이번 기술개발의 핵심이다.

현대건설은 9월 18일 기후에너지환경부가 추진하는 ‘100MW 이상급 대용량 수전해 플랜트 설계 기술 개발’ 국책과제에 참여한다고 밝혔다. 현대건설이 주관하고 현대엔지니어링, 현대자동차, 한화글로벌, 한국중부발전, 미래기준연구소, 서울대학교, 고려대학교 등이 컨소시엄으로 참여한다. 현대건설은 이 과제에서 기본설계 패키지 개발과 경제성 평가를 담당한다.

■ 기술 포인트 │ 이번 과제에서 달라지는 것

• 규모: MW급 수전해 설비에서 100MW 이상급 대규모 플랜트로 확대
• 설계 범위: 개별 설비 중심에서 개념설계·기본설계·운영 구성을 포함하는 플랜트 통합설계로 확대
• 운영 대응: 일정한 조건을 전제로 한 설계에서 재생에너지 출력 변동을 고려한 동적 운전 분석으로 확대
• 최적화: 설비 성능뿐 아니라 플랜트 전체 운영조건을 고려하는 AI 기반 최적화 적용
• 사업 목표: 개별 프로젝트 경험 축적에서 반복 적용 가능한 설계 패키지와 표준모델 확보로 확대

대규모 수전해의 핵심은 ‘전해조 대형화’가 아니다

수전해는 전기를 이용해 물을 수소와 산소로 분해하는 기술이다. 재생에너지로 생산한 전력을 사용하면 청정수소 생산에 활용할 수 있어 에너지 전환의 핵심 기술 가운데 하나로 꼽힌다.

하지만 플랜트 규모가 커지면 수전해 장치의 용량을 키우는 것만으로는 해결되지 않는다. 태양광과 풍력은 발전량이 시간과 날씨에 따라 달라지기 때문에 수전해 플랜트에 공급되는 전력 역시 일정하지 않다. 대규모 플랜트에서는 이러한 변동성을 전제로 전력 공급, 수전해 운전, 수소 처리와 저장, 각종 유틸리티 및 제어계통을 함께 설계해야 한다.

현대건설이 이번 과제에서 AI와 동적 공정 시뮬레이션을 적용하려는 이유도 여기에 있다. 현대건설은 재생에너지 출력 변동성에 대응하면서 플랜트의 가동 안정성과 신뢰도를 높이고, 대규모 수전해 플랜트의 표준모델을 구축한다는 계획이다.

동적 공정 시뮬레이션은 한 시점의 운전 상태만 보는 것이 아니라 시간에 따라 달라지는 전력과 설비 상태를 반영해 플랜트가 어떻게 움직이는지를 분석하는 방식이다. 예를 들어 태양광 발전량이 급격히 줄거나 풍력 출력이 증가하는 상황에서 수전해 설비와 관련 공정이 어떤 조건으로 운전돼야 하는지를 사전에 검토할 수 있다.

이번 개발에서 AI가 어떤 알고리즘을 적용하고 어느 범위까지 최적화할지는 공개된 자료만으로는 구체적으로 확인되지 않는다. 따라서 현재 단계에서는 ‘AI를 활용한 플랜트 최적화 기술 적용 계획’으로 보는 것이 정확하다.

2.5MW에서 100MW 이상으로…수전해 사업 규모가 커진다

현대건설의 기존 사업과 비교하면 이번 과제가 지향하는 규모 변화를 더욱 분명하게 볼 수 있다.

현대건설은 2025년 전북 부안에 2.5MW급 PEM 수전해기를 기반으로 하루 1톤의 수소를 생산하는 수전해 수소생산기지를 구축했다. 현대건설은 이 사업에서 기본·실시설계와 주요 기자재 구매 및 시공을 담당했으며, PEM 방식과 시스템 이중화 등을 적용했다.

현대차그룹은 이후 제주 김녕풍력발전단지에 5MW급 플랜트형 PEM 수전해 시스템을 도입할 계획이며, 새만금에는 재생에너지를 활용하는 200MW 규모 PEM 수전해 플랜트 구축을 추진하고 있다. 두 사업 모두 현대건설이 그룹사로 참여한다.

즉 현대건설과 현대차그룹의 공개된 사업 흐름은 2.5MW급 상업용 수전해 설비에서 5MW급 플랜트, 다시 100MW 이상급 대규모 설계기술과 200MW급 프로젝트로 확대되는 방향을 보여준다. 다만 각 사업의 추진 시점과 사업 구조가 서로 다른 만큼 단순한 연속 개발 단계로 동일시해서는 안 된다.

이번 과제는 ‘새로운 수전해 방식’보다 플랜트 통합기술에 초점

이번 발표에서 또 하나 구분할 부분은 ‘차세대 수전해 기술’이라는 표현이다.

공개된 과제 설명을 보면 이번 연구의 핵심은 새로운 전해조 방식 자체를 개발하는 데 있다기보다 100MW 이상급 플랜트를 설계하고 운영하기 위한 통합기술을 확보하는 데 있다. 현대건설은 개념설계와 기본설계, 핵심 공정, 운영 구성, 경제성 평가를 개발 범위에 포함하고 AI와 동적 시뮬레이션을 적용할 계획이라고 밝혔다.

따라서 이번 과제의 기술적 의미는 ‘새로운 수전해 전해조를 개발한다’기보다 **대규모 수전해 시스템을 실제 플랜트 수준에서 설계하고 운영 최적화할 수 있는 엔지니어링 역량을 확보한다는 데 있다.**

기존 수전해 경험을 대규모 플랜트 설계로 연결

현대건설은 이미 수전해 플랜트 설계 경험을 축적해왔다. 부안 사업에 앞서 보령 청정수소사업 FEED 설계를 수행했고, 과거 제주 12.5MW 그린수소 실증플랜트 개념설계도 진행했다. 당시 현대건설은 수전해 설비 외에도 공용 유틸리티, 수소 저장 버퍼탱크, 압축공정, 제어계통 등의 설계 경험을 확보했다고 설명했다.

현대건설이 이번 국책과제에서 기본설계 패키지와 경제성 평가를 맡는 것도 이런 경험의 연장선으로 볼 수 있다. 플랜트 프로젝트에서 FEED와 기본설계는 이후 상세설계와 구매·시공으로 이어지는 사업의 기술적 기반이 되기 때문에, 설계 패키지의 완성도는 향후 대규모 프로젝트 수행 역량과 연결될 수 있다.