【목적】 전해조 운전 과정에서 신재생에너지 출력 변동 및 정지·시동 메커니즘 적응 등의 문제가 존재하며, 장시간 규모의 용량 배치 모델은 전해조의 동적 특성을 정확히 설명하기 어려워 수소 생산 시스템의 용량 계획 정확도에 영향을 미친다. 【방법】 알칼리(ALK) 전해조와 프로톤 교환막(PEM) 전해조의 혼합 수소 생산 시스템을 연구 대상으로 하여, 분 단위 시간 척도의 혼합 수소 용량 계획 방법을 제안하였다. 먼저, 분 단위 시간 척도 전해조 정지·시동 제어 모델을 설계하여 두 종류 전해조의 운전 상태를 정확히 묘사하였고, 다음으로 ALK 전해조의 출력 변동 적응력 부족 및 긴 정지·시동 시간 문제를 해결하기 위해 ALK 전해조의 안정적 운전을 우선 보장하는 출력 분배 전략을 설계하였다. 마지막으로 혼합 수소 시스템 용량 계획 문제에 대해 다목적 최적화를 수행하였으며, 증강 ε 제약 알고리즘 기반으로 파레토 해 집합을 구하였다. 【결과】 시뮬레이션 결과, 풍력 및 태양광 각각 20 MW 설치 용량과 시스템 투자 비용 2,500만 위안 조건에서 제안한 1분 단위 모델은 전통적인 15분 단위 모델 대비 평균 일단위 수소 생산량을 14.7% 증가시키고, 단위 수소 생산 비용을 7.5% 감소시키며, 전력 버려짐률을 63.6% 낮췄다. 또한, 1분 단위 스케줄링 정확도 하에서 ALK/PEM 전해조 비율은 투자금액 증가에 따라 점진적으로 최적화되었으며, 2,500만 위안 미만 투자에서는 ALK 전해조 비중이 90% 이상, 3,000만 위안 초과 시 PEM 전해조 투자 비중이 19.4%까지 상승하였다. 반면 15분 단위 모델의 경우 2,000만 위안 투자 시 ALK/PEM 용량비가 4:1에 도달하여 PEM 전해조 비중을 조기에 상승시켰으며, 이는 공학적 현실과 부합하지 않고 각종 생산 지표를 저하시켜 장시간 척도 스케줄링이 용량 미스매치를 초래할 수 있음을 시사한다.

전해조; 혼합 수소 생산; 다목적 최적화; 용량 배치 최적화; 재생 에너지