수전해 효율 숫자가 회사마다 다른 이유 - 사양서에서 확인할 여섯 가지 (2026)
안녕하세요, HydroXpand입니다. 이번 글에서는 수전해 장비를 검토하는 분들이 자주 묻는 「회사마다 효율 숫자가 왜 이렇게 다른가요」라는 질문을 다룹니다.
사양서 두 장을 나란히 놓으면 한쪽은 효율 80퍼센트, 다른 쪽은 70퍼센트로 적혀 있는 경우가 있습니다. 숫자만 보면 앞쪽이 훨씬 좋아 보이지만, 두 숫자가 같은 기준으로 계산되었는지는 사양서만으로 알기 어렵습니다. 효율은 같은 장비에서도 발열량 기준, 계산에 포함한 장치의 범위, 측정 당시의 전류밀도와 온도에 따라 10퍼센트포인트 넘게 달라집니다.
저희가 견적 단계에서 효율을 비교해 드릴 때 먼저 맞추는 여섯 가지를 순서대로 정리했습니다. 예시는 모두 저희 2 kW 스택(HXS-2)의 측정값입니다.
효율 숫자를 비교할 때의 핵심 사항
HHV 기준인지 LHV 기준인지부터 확인하십시오. 같은 셀 전압에서도 HHV 기준 90퍼센트가 LHV 기준으로는 약 76퍼센트입니다.
스택 효율과 시스템 효율을 구분하십시오. 시스템 효율에는 펌프, 전력 변환 장치, 제어 장치 같은 주변 장치의 소비전력도 들어갑니다.
어느 전류밀도에서 측정한 값인지 확인하십시오. 같은 스택도 낮은 전류밀도에서는 효율이 높고, 정격에 가까워질수록 낮아집니다.
온도, 전해질 농도, 압력, 측정 시점이 함께 적혀 있는지 보십시오. 조건이 빠진 효율 숫자는 다른 사양서와 나란히 놓고 비교하기 어렵습니다.
1. HHV 기준인지, LHV 기준인지
수소 1 kg의 에너지는 두 가지 값으로 나타냅니다. 수소가 탈 때 생긴 수증기가 물로 응축되며 내놓는 열까지 포함한 고위발열량(HHV)은 약 39.4 kWh/kg이고, 그 열을 뺀 저위발열량(LHV)은 약 33.3 kWh/kg입니다. 효율은 이 값을 실제로 소비한 전력량으로 나눈 값이므로, 어느 쪽을 분자로 삼았는지에 따라 같은 장비의 효율도 다르게 표시됩니다.
셀 전압으로 계산하면 더 간단합니다. HHV 기준 효율은 1.48 V를 평균 셀 전압으로 나눈 값이고, LHV 기준 효율은 1.25 V를 평균 셀 전압으로 나눈 값입니다.
평균 셀 전압 | HHV 기준 효율 | LHV 기준 효율 |
|---|---|---|
1.645 V | 90.0% | 약 76% |
표의 1.645 V는 저희 HXS-2를 50 A로 운전할 때의 평균 셀 전압입니다. 같은 값을 HHV로 계산하면 90.0퍼센트, LHV로 계산하면 약 76퍼센트입니다. 사양서에 기준이 적혀 있지 않다면 공급사에 먼저 물어보십시오. 기준이 서로 다른 두 숫자를 비교하면 차이의 상당 부분이 장비 성능보다 계산 기준에서 나올 수 있습니다.
셀 전압으로 계산한 효율은 흘린 전류가 모두 수소를 만든다고 가정한 값입니다. 실제로는 수소와 산소가 막을 넘어가 일부 전류가 손실되므로, 공급사가 이 손실(패러데이 효율)을 반영했는지도 확인하면 좋습니다.
2. 스택 효율인지, 시스템 효율인지
수전해 장비는 스택에서 수소를 만들고, 스택 앞뒤는 전해액 순환 펌프, 전원 장치, 기액 분리기, 제어기로 구성됩니다. 필요하면 건조기도 더해집니다. 이 주변 장치(BoP)도 전력을 쓰기 때문에, 스택만 놓고 계산한 효율과 장비 전체의 전력 소비로 계산한 효율은 다릅니다.
구분 | 소비전력 | 무엇이 포함되나 |
|---|---|---|
HXS-2 스택 | 약 44 kWh/kg | 스택에 공급한 직류 전력만 |
HXB-V1 시스템 | 약 54 kWh/kg | 스택, 전해액 순환, 전력 변환, 제어(선택품인 건조기는 제외) |
저희 제품에서 두 값의 차이는 수소 1 kg당 약 10 kWh이고, 이는 주변 장치의 소비전력에 해당합니다. 사양서의 소비전력이 같은 kWh/kg 단위로 적혀 있어도 한쪽이 스택 값이고 다른 쪽이 시스템 값이라면 비교가 성립하지 않습니다. 시스템 값이라면 건조기와 냉각 장치가 포함되었는지까지 확인하십시오. 고순도 수소가 필요해 건조기를 추가하면 그만큼 소비전력이 늘어납니다.
3. 어느 전류밀도에서 측정한 값인지
같은 스택이라도 전류밀도를 높이면 셀 전압이 올라가고 효율은 내려갑니다. 시간당 수소를 많이 만들수록 수소 1 kg당 드는 전력이 늘어나는 셈입니다. 그래서 효율 숫자에는 「어느 전류밀도에서」가 반드시 붙어야 합니다.
전류밀도 | 평균 셀 전압 | HHV 기준 효율 |
|---|---|---|
0.19 A/cm² | 1.558 V | 95.0% |
0.63 A/cm² (50 A) | 1.645 V | 90.0% |
0.82 A/cm² | 1.676 V | 88.3% |
세 값은 같은 날 같은 조건(0.1 M KOH, 50 °C, 상압)에서 측정한 i-V 곡선 하나에서 가져왔습니다. 가운데 50 A 값은 이웃한 두 측정점 사이를 보간한 것입니다. 0.19 A/cm²에서의 효율 95.0퍼센트를 대표값으로 제시하면 수치는 좋아 보이지만, 이때 같은 스택의 수소 생산량은 50 A로 운전할 때 생산량의 약 30퍼센트입니다. 저희는 50 A에서의 90.0퍼센트를 HXS-2의 대표값으로 씁니다.
다른 사양서와 비교할 때는 효율 숫자가 정격 운전점의 값인지, 부분 부하의 값인지 확인하십시오. 실제로 운전하려는 범위가 정격에 가깝다면 정격 운전점의 값끼리 비교해야 합니다.
4. 온도, 전해질 농도, 압력
AEM 수전해에서 셀 전압에 크게 영향을 주는 조건은 온도와 전해질 농도입니다. 일반적인 운전 범위에서는 온도가 높을수록, 전해질 농도가 높을수록 같은 전류밀도에서 셀 전압이 낮아져 효율이 올라갑니다. 출구 압력을 높이면 셀 전압이 조금 올라갑니다. 저희 HXS-2를 50 A에서 상압과 8 barg로 운전해 비교했을 때 스택 전압은 44.18 V에서 44.56 V로, 1퍼센트 미만 올랐습니다.
그래서 저희 효율 표기에는 조건을 항상 함께 적습니다. HXS-2의 90.0퍼센트는 0.1 M KOH, 50 °C, 상압, 건식 음극 조건의 값입니다. 다른 공급사의 값이 더 높은 온도나 더 진한 전해질에서 측정한 것이라면 그 차이만큼 효율이 높게 나올 수 있습니다. 조건이 다른 두 값 중 어느 쪽이 좋은지는 같은 조건에서 다시 측정해야 판단할 수 있습니다.
5. 언제 측정한 값인지
수전해 스택은 운전 시간이 쌓이면 셀 전압이 조금씩 올라가고, 그만큼 효율은 내려갑니다. 따라서 사양서의 효율이 새 스택으로 처음 측정한 값(개시 값)인지, 일정 시간 운전한 뒤의 값인지, 수명 전체의 평균인지에 따라 숫자가 달라집니다.
저희가 공개하는 90.0퍼센트는 개시 값입니다. 사양서에 측정 시점이 적혀 있지 않다면 개시 값일 가능성이 높으니 공급사에 확인하십시오. 운전에 따른 효율 저하는 내구 자료에서 따로 확인해야 합니다. 내구 자료를 읽는 법은 다음 글에서 다룹니다.
6. 단위와 환산 기준
효율은 퍼센트로도, 수소 1 kg당 소비전력(kWh/kg)으로도, 수소 1 Nm³당 소비전력(kWh/Nm³)으로도 적힙니다. kWh/kg과 kWh/Nm³를 서로 환산할 때는 수소 1 kg이 약 11.1 Nm³라는 값을 씁니다. Nm³는 0 °C, 1기압을 기준으로 한 부피이고, 20 °C를 기준으로 부피를 적는 자료에서는 수소 1 kg이 약 11.9 m³가 됩니다. 같은 장비라도 기준 온도가 다르면 m³당 소비전력이 7퍼센트가량 다르게 보입니다.
HXB-V1의 소비전력을 두 단위로 적으면 약 54 kWh/kg, 약 4.8 kWh/Nm³입니다. 단위 환산은 수소 생산량 단위 환산 글에 자세히 정리해 두었습니다.
사양서의 효율을 비교하기 전에 확인할 여섯 가지
확인 항목 | 공급사에 물어볼 것 |
|---|---|
계산 기준 | HHV 기준인가, LHV 기준인가 |
계산 범위 | 스택만인가, 시스템 전체인가. 시스템이라면 건조기와 냉각 장치가 포함되었는가 |
운전점 | 어느 전류밀도에서 측정했는가. 정격 운전점의 값인가 |
측정 조건 | 온도, 전해질 종류와 농도, 출구 압력 |
측정 시점 | 개시 값인가, 일정 시간 운전한 뒤의 값인가 |
단위 | kWh/kg인가 kWh/Nm³인가. m³ 값이라면 기준 온도가 0 °C인가 20 °C인가 |
여섯 항목의 기준과 조건을 맞추면 실제 성능 차이를 더 정확히 비교할 수 있습니다. 패러데이 효율과 측정 오차도 차이에 영향을 주므로, 차이가 작다면 원자료를 함께 확인하십시오.
저희 효율 표기
항목 | 값 | 조건 |
|---|---|---|
HXS-2 스택 효율 | 90.0% (HHV) | 50 A(0.63 A/cm²), 평균 셀 전압 1.645 V, 0.1 M KOH, 50 °C, 상압, 건식 음극, 개시 |
HXS-2 스택 소비전력 | 약 44 kWh/kg | 위와 같음 |
HXB-V1 시스템 소비전력 | 약 54 kWh/kg (약 4.8 kWh/Nm³) | 운전 전력 2.4 kW(스택 2.0 kW + 주변 장치 0.4 kW), 선택품인 건조기 제외 |
효율 자료가 필요하시면 측정 조건과 함께 i-V 곡선을 보내 드립니다. 다른 공급사 자료와 비교하실 때도 위 여섯 항목으로 조건을 맞춰 보시면 됩니다.
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자주 묻는 질문 (FAQ)
효율 90퍼센트와 소비전력 44 kWh/kg은 같은 뜻인가요?
같은 측정값을 두 가지로 표현한 것입니다. HHV 기준 수소 1 kg의 에너지 약 39.4 kWh를 효율 90.0퍼센트로 나누면 약 44 kWh/kg이 됩니다. 둘 다 스택 기준이며, 주변 장치까지 포함한 시스템 소비전력은 이보다 큽니다.
사양서에 HHV나 LHV 표시가 없으면 어떻게 판단하나요?
공급사에 직접 확인하는 것이 가장 정확합니다. 평균 셀 전압이 함께 적혀 있다면 1.48 V(HHV)와 1.25 V(LHV)를 평균 셀 전압으로 각각 나누어, 어느 쪽이 적힌 효율과 맞는지 확인할 수 있습니다.
시스템 효율은 몇 퍼센트인가요?
시스템 값은 소비전력으로 공개합니다. HXB-V1은 약 54 kWh/kg(약 4.8 kWh/Nm³)이고, HHV 39.4 kWh/kg을 이 값으로 나누면 약 73퍼센트(HHV 기준)입니다. 선택품인 건조기의 전력은 들어 있지 않습니다.
온도를 높이면 효율이 올라가나요?
일반적인 운전 범위에서는 같은 전류밀도에서 셀 전압이 낮아지므로 효율이 올라갑니다. 다만 운전 온도는 막과 부품이 견디는 범위 안에서 정해야 하고, 승온에 드는 에너지도 시스템 소비전력에 포함됩니다. 다른 사양서와 비교할 때는 같은 온도의 값끼리 비교하십시오.