[열정과 소통 2017]전력硏, 에너지신사업 견인 청사진 제시

우리나라 전력기술 개발의 핵심 브레인 역할을 해내고 있는 한국전력 전력연구원은 에너지신산업을 견인할 8건의 R&D 성과물을 창출했다. 이에 본지는 2017년 정유년(丁酉年) 새해를 맞아 전력연구원이 내세우고 있는 이 성과물들을 소개한다.

◆이산화탄소 포집(습식·건식·분리막) 및 자원화 기술=전력연구원은 화력발전소 배출 CO2 포집과 활용의 다양한 기술개발을 위해 기존 기술대비 포집비용 등을 절감한 혁신적인 기술력을 확보했다. 습식 CO2 포집기술은 상대적으로 CO2의 농도가 낮은 조건에서도 적용이 가능한 상용화에 가장 근접한 기술이다.

건식 CO2 포집기술은 폐수발생이 없어 폐수 처리가 제한적인 지역에서 CO2 포집기술로 활용 가능하다. 또 차세대 포집 기술인 분리막을 이용한 CO2 포집 기술은 위치 및 공간의 제약 없이 설치가 가능한 것이 장점이다. CO2 자원화 및 저장 기술은 산업적으로 유용한 고부가 화합물과 바이오매스 생산 및 CO2의 바닷물 속 직접 저장 기술로 포집된 CO2의 효율적 활용을 통해 온실가스 배출 저감 기술을 선도하고 있다. 

전력연구원은 또 CO2 포집기술 개발과 함께 포집된 CO2를 별도의 포집 및 저장 단계 없이 산업적으로 유용한 고부가 화합물로 바꿔 생산하는 원천기술도 확보했다. 이 기술은 고효율 탄산화 공정 및 최신 분리막·전극기술을 적용해 기술의 성능과 경제성을 크게 향상시켰다. 전력연구원은 2018년까지 연간 약 150t의 중탄산나트륨을 생산할 수 있는 실증플랜트를 구축해 상용화를 위한 플랜트 기술을 확보할 예정이다.

◆미세먼지 관리 및 제어 기술=국내 최초로 충남 소재 3개의 화력발전소를 대상으로 발전소 배가스 계통과 발전소 주변 환경에서의 미세먼지 농도 및 거동 특성을 평가하고 정량적인 데이터베이스를 구축했다.

국내 대규모 화력발전소인 보령·태안·당진화력 총 6개 호기와 각 발전소 주변 반경 1, 5, 10, 20km 지점에서 채취된 미세먼지 시료를 대상으로 총먼지(TP), 미세먼지(PM10), 초미세먼지(PM2.5)의 농도 및 거동 특성을 정량적으로 분석한 결과물이다.

이를 통해 전력연구원은 국내 석탄화력발전소를 대상으로 구축된 미세먼지 배출 및 거동자료를 활용, 청정발전 운영기반을 구축할 수 있을 것으로 기대된다. 또 이번 연구를 통해 축적된 화력발전설비의 미세먼지 관리 노하우는 신기후 변화 대응기술의 하나로서 전 세계 환경기술 시장 개척에 활용될 수 있을 전망이다.

◆세계 최초 주파수추종용 ESS 기술의 184MW 사업화=세계 최초로 개발한 전력계통 주파수조정용 배터리 에너지저장장치(Energy Storage System, ESS) 제어기술을 서안성, 신용인 변전소의 52MW급 ESS에 적용, 2015년 7월 상업화에 성공한 데 이어 지난해 7월 경산 48MW, 신김제 24MW 등 7개 변전소에 총 184MW ESS를 사업화했다.

ESS 분야 연구개발을 선도하고 있는 전력연구원은 주파수조정용 ESS에 대한 운영 및 제어기술을 확보해 지난해 하반기 140MW, 올해 124MW 주파수조정용 ESS 사업 등의 국내 사업 적용과 독일, 미국, 인도 등에 해외 수출을 추진하고 있다.

◆전기자동차용 6.6kW급 무선전력 충전기 개발=전력연구원은 그린파워, 카이스트(KAIST), 자동차부품연구원, BNS소프트와 함께 유도·자기공명방식의 전기자동차용 6.6kW 무선전력 충전기를 개발, 6.6kW 전력을 무선으로 AC전원에서 배터리까지 종합 전송효율 89%, 송수신 코일간 전송효율 95% 이상으로 전송하는데 성공했다.

전력연구원은 6.6kW 무선전력전송시스템에 대한 효율개선 작업을 거쳐 국내에서 판매중인 전기자동차에 무선충전시스템으로 적용해 안전성과 실용성을 검증하고 기존 충전기와 함께 설치, 실증 후 플러그인 방식의 충전인프라와 병행 적용할 계획이다.
 
◆IEC 61850 디지털변전기술 토털 솔루션 기술 개발=이 기술은 IEC 61850 통신규격 기반 디지털변전소 자동화시스템의 성능을 시험·진단하는 솔루션으로 디지털변전소에 적용되는 상위운영시스템 및 정보연계장치의 통신규격을 시험하는 클라이언트 적합성 시험 툴과 실제 IED의 통신 기능을 모사하는 가상서버를 포함한다.

현재 디지털변전소에서 이 기술을 적극 활용해 장애 현상을 조기 진단함으로써 고장 비용을 사전 예방하고 있으며, 디지털변전소 준공을 위한 엔지니어링 비용을 획기적으로 절감했다. 특히 전력연구원은 국내외 기술이전을 통헤 기술료 수익을 창출하고 있으며, 올 8월에는 남미 콜롬비아 국립대와 기술 수출 및 MOU를 맺고 변전자동화시스템의 사업화를 위한 공동연구를 진행하고 있다.

◆전력-공공분야 신서비스 발굴을 위한 전력 IoT 기술개발=IoT 기술은 디바이스, 네트워크, 플랫폼, 서비스로 구성되며 네트워크와 플랫폼을 기반으로 해 창의적 디바이스와 신서비스를 사업화해 오픈 이노베이션을 추구하는 대표적 미래유망기술이다. 전력연구원은 전력분야에 IoT기술을 적용하기 위해 유·무선 네트워킹(통신)과 플랫폼 운영 규격을 제정하고 개발용 시스템인 표준모델을 개발했다.

전력연구원은 전력 IoT 기술을 유기적으로 연동시킨 표준모델을 고창전력시험센터 모의시험선로와 연계하고 계통 모의운전이 가능하도록 해 전력 IoT 신디바이스 검증·인증시스템으로 활용할 계획이다.

이를 통해 디바이스의 검증과 신서비스 발굴이 본격적으로 수행될 수 있을 것이며 전력 IoT 검증시스템은 오픈 랩(Open Lab)을 통해 보유기술, 연구장비를 산·학·연과 공유하고 연구개발자와 협력함으로서 성능, 가격 등에서 국제적으로 경쟁력을 갖춘 제품을 확보할 수 있을 것으로 기대된다. 또 빅데이터, 인공지능, 기계학습, 시각화 기술 등 발전된 연계기술 응용으로 향후 복잡도가 증가되는 미래 전력계통의 운영을 위한 솔루션을 제시할 수 있을 전망이다.

◆전력설비의 내진성능 개선 및 실시간 지진감시 기술 개발=전력연구원은 내진 I등급 수준인 규모 6.3의 지진에 대한 안전성을 확보하도록 기설 전력설비의 내진성능 보강방안을 수립하였으며 신설 설비의 표준 내진설계(안)을 개발했다.

또 15개 변전소에 지진계측기를 설치하여 운영 중에 있으며, 전력설비의 지진동 영향 분석을 위한 지진피해 정보제공 시스템을 구축했다. 이에 따라 지난해 발생한 9. 12 경주 지진 시에도 전력설비의 안정적 전력공급 기능을 유지할 수 있었으며, 전력설비의 실시간 지진동 영향 분석을 통해 체계적인 지진 후속대응을 수행할 수 있었다.

전력연구원은 현재  765kV 변전소 5곳, 345kV 변전소 10곳 등 총 15개 변전소에 지진가속도 계측기를 설치하여 운영 중에 있으며, 2009년부터 기상청 등과 지진기록계를 공유하여 지진관측 자료를 확보하고 정보를 제공하고 있다. 나아가 지진기록계가 설치돼 있지 않은 800여 곳의 변전소에서도 지진동 영향을 파악하기 위하여 지진피해 정보제공 시스템을 구축해 운영 중에 있다. 전력연구원은 또 보유하고 있는 지진피해 정보제공 기술을 기상청으로 이전하는 정부과제를 올해까지 수행한다. 이 과제가 완료되면 기상청은 2018년부터 지진조기경보 대국민 서비스를 시행할 계획이다.

◆HVDC 케이블 고장점탐지 시스템 개발=전력연구원은 케이블 주파수별 반사특성을 이용한 고정밀 HVDC 케이블 고장점탐지 시스템을 연세대학교와 공동으로 개발한 데 이어 ±180kV 제주-해남간 HVDC 해저케이블, ±250kV 제주-진도간 HVDC 해저케이블 실계통 실증시험을 통해 신뢰성을 검증했다.

이 기술은 케이블 주파수별 반사특성을 이용한 고정밀 고장점 탐지기법으로 TFDR(시간-주파수 영역 반사파 처리 기법)을 이용해 특정 주파수 영역 진행파의 시간차를 분석, 케이블 고장점 위치를 표정하게 되며 정확도를 99% 이상으로 개선했다. 이에 따라 기술 적용 시 복구기간 단축 및 막대한 복구비용 절감이 기대된다.

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