전력硏-생산기술연구원-전남대, 내연발전기 전체 효율 8% 향상 기대

한국전력 전력연구원이 디젤발전기에서 공기로 배출되는 배기가스를 활용해 추가로 전력을 생산하는 3kW급 발전시스템을 세계 최초로 개발했다. 

27일 전력연구원에 따르면 생산기술연구원, 전남대학교, 에너지기술연구원, 서울과학기술대학교와 공동으로 개발한 이 시스템은 스털링 엔진(Stirling engine)을 이용해 디젤 엔진을 사용하는 내연발전소 등에서 공기 중으로 버려지는 높은 온도의 배기가스를 열원으로 전력을 생산한다.

스털링 엔진은 실린더에 수소 또는 헬륨을 넣어 밀봉 후 실린더 외부에서 가열과 냉각을 반복해 작동하는 외연기관이다. 별도의 연료를 사용하지 않고 온천과 같은 지열, 태양열 등을 열원으로 활용할 수 있다. 미세먼지나 온실가스 등 오염물질이 배출되지 않아 풍력, 태양광 등 신재생에너지와 함께 새로운 청정 에너지원으로 주목받고 있다.

세계 최초로 개발된 3kW급 스털링 엔진 발전시스템 ⓒ사진제공=전력연구원

특히 전력연구원이 개발한 스털링 엔진을 이용한 발전 시스템은 세계 최초로 500℃ 이하의 디젤발전기의 배기가스를 이용해 3kW의 전력을 생산한다. 기존 상용 스털링 엔진은 700℃에서 동작하는 반면 500℃이하의 디젤발전기의 배기가스를 이용한 사례는 이번이 처음이다.

전력연구원은 높은 온도에서 작동하는 일반적인 발전소와 달리 500℃의 낮은 온도에서 동작하는 스털링 엔진의 변환 효율을 높이기 위해 부품간의 간격을 10만분의 1cm까지 정밀 가공하는 한편 피스톤-실린더 간 마찰 문제 해결할 수 있는 가스베어링 윤활기술을 개발해 적용했다.

국내에서는 2009년 경동나비엔이 한국기계연구원, 한국에너지기술연구원, 한국가스안전공사와 함께 1kW의 전기를 생산하는 가정용 스털링엔진을 개발한 바 있다. 네덜란드 레메하(Remeha)가 2011년 출력 1 kW의 스털링 엔진을 상용화해 현재까지 3000여대를 판매했다.

전력연구원은 스털링 엔진을 이용한 발전 시스템이 내연발전소에서 배기가스를 통해 버려지는 열의 일부를 이용해 전기를 생산할 수 있어 내연발전소 효율이 8% 향상될 것으로 기대하고 있다.

향후 한전은 디젤엔진 외에도 태양열, 공장 및 가정용 보일러에서 버려지는 열을 사용하는 대형 및 소형 스털링 엔진을 개발해 기술이전 등을 통해 사업화한다는 계획이다.

김숙철 전력연구원장은 “스털링엔진 기술은 신재생에너지와 에너지 하베스팅 분야의 새로운 시장 창출이 가능한 저탄소, 친환경 발전 기술”이라며 “내연발전소의 에너지 효율 제고는 물론 에너지신산업 확산에 기여할 것”이라고 말했다.

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