유영성 한전전력연구원 에너지환경연구소장 “전력산업의 신에너지·환경기술 글로벌 TOP 연구소 목표”
유영성 한전전력연구원 에너지환경연구소장 “전력산업의 신에너지·환경기술 글로벌 TOP 연구소 목표”
  • 이재용 기자
  • 승인 2020.02.27 17:55
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미세먼지 및 온실가스 저감기술 분야 주도적 역할 수행
전력분야 개도국 아닌 선도국··· First Mover 위해 최선
유영성 한전 전력연구원 에너지환경연구소장.
유영성 한전 전력연구원 에너지환경연구소장.

[일렉트릭파워 이재용 기자]  한국전력 전력연구원 에너지환경연구소는 ▲기후변화연구실 ▲신에너지연구실 ▲전력환경연구실 3개 연구실로 이뤄져 있다. 총 48명의 연구인력이 전 세계적인 온실가스 저감 이슈 확산에 대응하기 위한 에너지 및 환경기술 개발을 위해 노력하고 있다.

특히 전력산업을 위한 신에너지 및 환경기술 글로벌 TOP 연구소를 목표로 온실가스 저감, 신에너지, 수소에너지 및 환경오염저감을 위한 수요중심 기술개발과 보유기술 사업화에 역량을 집중하고 있다.

유영성 한전 전력연구원 에너지환경연구소장은 “신기후체제에 능동적 대응을 위해 발전소에서 배출되는 다량의 이산화탄소를 저감할 수 있는 세계 최고 수준의 포집 및 활용기술을 개발하고 있다”며 “또 각종 전력설비에서 절연목적으로 사용되는 SF6 온실가스 사용저감을 위한 정제기술, 차세대 친환경 고효율 전력생산기술인 엔진폐열이용 MW급 초임계 CO2 발전기술, 재생에너지 보급확대를 위한 그린수소생산기술, 미세먼지 저감정책의 선제적 이행을 위한 미세먼지 확산 영향평가 및 발전소 미세먼지 측정·평가 기술 등을 개발하고 있다”고 설명했다.

이산화탄소 포집기술 분야 선도
이산화탄소를 포집하는 기술은 습식·건식·분리막 기술로 구분된다. 전력연구원 에너지환경연구소는 세 가지 기술방식을 체계적으로 개발해옴으로써 이산화탄소 포집기술 분야를 주도하고 있다.

유영성 소장은 “이산화탄소 포집기술은 화력발전소 등 대규모 배출원에서 발생되는 이산화탄소를 포집하는 기술이다. 전력연구원은 국가로드맵과 연계해 기술개발을 추진하고 있다”고 설명했다.

특히 국내 최대 10MW 습식 실증플랜트 1만시간 장기 연속운전, 10MW 건식 실증플랜트 50톤/일 압축·액화설비 구축, 재료부터 공정까지 전주기 기술기반의 세계 최고 수준의 1MW 이산화탄소 분리막 플랜트 설치 및 상용화 등 성공적인 성과를 거뒀다. 이를 통해 이산화탄소 배출저감, 산업용 이산화탄소 수요공급, 해외 기술이전 등에 이바지하고 있다.

또 SF6의 순도 및 불순물 분석방법을 확립하고 정제기술을 개발했으며 대용량으로 SF6를 처리할 수 있는 고온분해기술을 개발할 계획이다.

최근 에너지환경연구소에서는 500kW급 매체순환연소기술을 개발했다.

유영성 소장은 “대기중으로 미세먼지와 온실가스를 배출하지 않은 친환경 가스발전 기술인 매체순환연소기술은 산업부 지원 정부과제를 통해 한국에너지기술연구원과 협력해 세계최초로 500kW급 가압 기술을 개발했다”고 소개했다.

매체순환연소는 연료연소에 필요한 산소를 고체 산소전달입자로 제공하는 순산소 연소기술로 화력발전소에서 배출되는 온실가스인 이산화탄소를 포집하기 위한 설비와 미세먼지 유발물질인 질소산화물을 저감하기 위한 설비 등이 필요하지 않으므로 환경성을 고려한 전력생산시 획기적으로 비용을 절감할 수 있는 장점이 있다.

향후 에너지환경연구소에서는 산업부 지원을 통해 발전사, 한국에너지기술연구원 및 민간기업과 협력해 수MW급 매체순환연소 실증기술을 개발하고 분산전원용 발전설비 및 산업용 보일러 등에 활용할 계획이다.

친환경 발전기술 연구개발에 주력
전력발전산업이 과거에는 효율 및 고품질 전력생산이 중심을 이뤘다면, 최근에는 이런 요소들과 함께 친환경 발전기술이 대세를 이룬다.

전력연구원 에너지환경연구소는 친환경 발전기술 연구개발에 역점을 두고 있다.

먼저 초임계 CO2 발전은 기존 화력발전의 작동유체를 이산화탄소로 대체해 발전효율을 2~5% 향상시키고 크기를 줄여 분산전원에 활용 가능하다. 뿐만 아니라 태양열·지열·바이오·폐열·부생가스 등 재생에너지를 열원으로 사용할 수 있어 온실가스를 저감할 수 있는 친환경 발전기술이다.

또 미세먼지·질소산화물 동시처리기술은 도서지역 환경규제에 선제적 대응기술이다. 한전 고유 촉매필터를 개발해 위도 등 한전 도서발전에 연계해 미세먼지·질소산화물 동시제거율 90%이상 및 반응기 체적 및 설비투자비용을 획기적으로 감소가 가능한 컴팩트 기술을 확보했다.

유영성 소장은 “미세먼지·질소산화물 동시처리기술은 한전에서 운영중인 65개 도서 및 국내외 육상발전, 선박산업 스핀오프 적용을 통해 국가 미세먼지 저감 등 디젤발전분야 환경규제 강화에 적극 대응이 가능할 것으로 기대된다”고 말했다.

이 밖에도 이 밖에도 화력발전소의 미활용 열과 해수와의 온도차를 이용해 추가 에너지 투입없이 전력을 생산할 수 있는 친환경 발전기술로서 온도차 발전을 개발 중이다.

한편, 에너지환경연구소는 정부의 수소경제 활성화 로드맵(‘19.1) 및 재생에너지 확대 정책에 대응하기 위하여 재생에너지 전력을 이용한 수전해 그린수소 생산 및 수소저장 기술을 개발하고 있으며, 최근 정부(한국에너지기술평가원)가 추진하는 P2G(Power to Gas) 기술개발 사업의 총괄 주관기관으로 선정됐다.

이 사업은 2022년까지 알카라인 수전해와 고분자전해질(Polymer Electrolyte Membrane) 수전해 모듈을 하이브리드 형태로 연계하고 재생에너지를 이용한 2MW급 P2G 플랜트 개발을 목표하고 있으며, 나주(한전) 및 동해(한국동서발전) 실증단지에 이를 구축할 예정이다.

또한, 재생에너지 전력으로 생산된 수소와 이산화탄소를 반응시켜 메탄으로 전환해 이용하는 기술을 개발 중인데, 메탄화 기술로는 촉매반응을 이용한 열화학적 메탄화와 미생물을 이용한 생물학적 메탄화 기술을 함께 개발 중이다.

특히 올해 1월에 에너지환경연구소에선 국내 최초로 미생물을 이용해 온실가스인 이산화탄소를 메탄으로 전환하는 기술을 개발하고 ‘5kW급 테스트베드 설비’를 구축하는 성과를 이뤘다.

P2G 및 메탄화 기술 공정 개념도.
P2G 및 메탄화 기술 공정 개념도.

 

에너지환경연구소의 생물학적 메탄화 기술은 이산화탄소와 수소반응을 위해 메탄을 생산하는 미생물을 생촉매로 활용하는 기술로 운전압력과 온도가 낮아 에너지효율이 높고 설비 구축비용도 저렴하다는 장점을 지닌다.

유영성 연구소장은 “수소경제 활성화를 위한 정부정책과 연계해 ‘P2G 기술을 이용한 그린수소 생산, 저장 및 수소의 메탄화공정 기술개발을 진행 중인데, 향후 한전에서 추진중인 P2G 기반 한전 마이크로그리드와 연계한 실증사업도 추진할 예정”이라며 “에너지환경연구소의 그린수소 및 메탄화기술은 100% 국내기술로 개발됐으며 온실가스 저감과 재생에너지의 대용량 장주기 저장을 통한 전력수급 안정화에 기여할 것으로 기대된다”고 설명했다.

기술이전으로 전력산업 기반생태계 조성
최근 몇 년간 고농도 미세먼지 발생으로 관심과 우려가 높아진 가운데, 미세먼지는 긴급히 해결해야 할 사회적 이슈가 됐다.

에너지환경연구소에선 미세먼지 저감정책의 선제적 이행 및 화력발전 미세먼지 저감기술 개발 등 청정화력 운영을 위해 발전소에서 배출되는 미세먼지 및 미세먼지 전구물질의 배출평가를 국내최초로 실시했다.

유영성 연구소장은 “석탄화력 전수 포함 총 74기의 발전소 굴뚝을 대상으로 배출 미세먼지 농도를 실측하고 이를 기반으로 배출량 산정을 완료했다”며 “또 현재 발전소에서 관리되고 있지 않은 미세먼지의 실시간 농도측정이 가능한 미세먼지 자동연속측정시스템을 개발해 지난해 2월말 신보령과 삼척화력에 각 1기씩 설치해 장기안정성평가를 진행했다”고 말했다.

이어 “측정값은 상대정확도 13% 이내로 높은 정확도를 나타냄을 확인했으며 현재 전력산업기술기준 표준제정을 추진중에 있어 향후 국내 전체 발전소로 확대적용의 기반을 만들고 있다”고 설명했다.

특히 전력분야에 대한 연구성과물을 기업에 기술이전함으로써 실제 전력산업 생태계가 건강하게 조성될 수 있도록 기반을 다져가는 것도 중요하다.

에너지환경연구소에서도 개발된 기술들은 기업에 기술이전한 사례가 다수다.

연료전지분야에 있어서는 저온형 PEMFC와 고온형 SOFC를 기술이전 했으며, 지난해에는 CO2를 활용해 고부가 화합물인 메탄을 생산하는 기술분야에서 미생물과 메탄생산공정을 각각 기술이전했다.

유영성 연구소장은 “에너지환경연구소에선 변압기 절연유의 상태진단에 활용되는 변압기 열화진단용 간이키트를 국내 뿐만 아니라 국외 기술이전에 성공했으며, 올해에는 포집된 CO2를 활용해 고부가 화합물을 만드는 공정기술을 민간기업에 기술이전해 본격적인 상용화가 기대된다”며 “습식 포집기술의 경우 발전사 및 민간기업 공동으로 국내 최대규모로 포집사업화를 추진 중”이라고 말했다.

미래 전력산업에서의 First Mover
한전 전력연구원은 그동안 전력 에너지 분야의 아이디어를 찾아내고 기술 융복합을 통해 전력과 에너지기술의 혁신을 선도해왔다.

에너지환경연구소는 전력설비 전자기장 위험성평가, 발전설비 비산회·VOCs 작업환경 분석 및 유해인자 웨어러블 센서 등의 기술을 개발 및 적용해 전력설비 수명진단 및 수명평가 기술뿐만 아니라 작업자 유해인자 안정성 평가기술을 확보할 예정이다.

이산화탄소의 저감을 위해 단순히 분리 및 포집에 그치는 것이 아닌 이산화탄소를 효율적인 에너지원으로 변환할 수 있는 기술개발에도 힘쓰고 있다.

유영성 연구소장은 “이산화탄소를 도시가스로 변화시켜주는 메탄화 기술뿐만 아니라 이산화탄소를 발전소 작동유체로 활용하는 초임계 이산화탄소 발전기술의 설계 및 국제인증을 획득했다”며 “이같은 이산화탄소를 활용해 수익창출이 가능하고 에너지효율도 높은 기술개발에 힘쓰고 있으며 앞으로도 환경과 경제적 수익을 모두 고려한 기술개발을 통해 국내 기업 활성화에 이바지하고자 한다”고 다짐했다.

유영성 연구소장은 에너지환경연구소가 전력분야에서 First Mover가 되기 위해 최선을 다하고 있다고 말했다.
유영성 연구소장은 에너지환경연구소가 전력분야에서 First Mover가 되기 위해 최선을 다하고 있다고 말했다.

에너지환경연구소는 전력산업을 위한 신에너지 및 환경기술 글로벌 TOP 연구소를 목표로 온실가스 저감, 신에너지, 수소에너지 및 환경오염저감을 위한 수요중심 기술개발과 보유기술 사업화에 역량을 집중해 나갈 계획이다.

유영성 연구소장은 구성원들의 자율성과 창의성을 유도함으로써 연구효율을 높이는 환경조성이 필요함을 강조했다.

유 연구소장은 “에너지환경연구소가 글로벌 TOP이 되길 바란다. 전력분야에서 연구를 전담하는 곳은 많지 않다. 특히 우리나라의 전력산업은 개도국이 아닌 선진국 반열에 올라서 있으며, 이 분야를 리딩하고 있다”며 “전력연구원 에너지환경연구소가 First Mover가 되기 위해선 어떻게 해야 하는가에 대한 질문을 계속하며 연구소장으로서 직무를 수행하고 있다”며 운영의 무게에 대해 말했다.

이어 “전력산업의 비전과 한전의 경영방침을 지속적으로 확인하고 전력산업의 구성원과 유기적인 협조체계를 구축하고 전력산업 내부 구성원 뿐 아니라 다양한 사회 구성원들과의 토론과 협업 네트워크를 구축하고자 한다”며 “이를 바탕으로 전력산업이 미래의 분권적 전력망으로 변화하는데 필요한 역할과 기술을 모색해 전력연구원이 모든 전력분야 기술의 집합소가 될 수 있도록 노력할 것”이라고 다짐했다.


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