[일렉트릭파워 이재용 기자] 한국전력 전력연구원(원장 이중호)은 한국 전력산업의 혁신과 발전을 선도하는 연구기관으로, ‘전력기술의 새 지평을 열어가는 세계 정상의 연구원’이란 비전을 가지고 연구에 매진하고 있다.

최근 한전의 경영 상황뿐만 아니라, 탄소중립 달성이란 큰 화두로 인해 전력산업은 어느 때보다 급변하고 있다. 이에 한전 전력연구원은 변화에 주도적으로 대응하기 위해 ▲경영효율 향상 ▲탄소중립 선도 ▲공급안정 및 고장감소 ▲안전재난 대응 ▲미래전력망 구축의 5개 분야로 포트폴리오를 개편해 선택과 집중의 R&D를 수행하고 있다.

올해 전력연구원은 5개 분야에서 다양한 성과를 이뤄냈다.

먼저 ‘경영효율 향상’에선 차세대 배전망 관리시스템(ADMS)의 성능고도화와 함께 9개 본부로 확대 설치함으로써 배전망의 운영효율성을 높였다.

‘공급안정’에선 리튬배터리 에너지저장시스템의 열화관리시스템 적용을 통해, 고장을 줄임으로써 운영비용을 30% 저감했다.

‘안전재난 대응’에선 간접활선 작업 보조암 경량화를 통해 작업 안전을 확보하였을 뿐만 아니라, 직접 활선 로봇 개발을 위한 로봇 메뉴플레이터 활선 작업의 가능성을 확인했다.

또 ‘미래 전력망 구축’ 분야의 경우, 전압형 HVDC를 효성중공업과 함께 국산화해 양주변전소에 설치했으며, 수소 암모니아 혼소 발전 기술의 기반 마련 및 SF6 무해화 기술을 개발해 환경부 인증을 취득하는 등 탄소저감을 위한 괄목할만한 성과들도 이뤄냈다.

이중호 전력연구원장은 “한전 전력연구원은 이런 핵심성과 이외에도 조직원들의 혁신적인 아이디어와 열정을 기반으로 전력공급 인프라와 신기술 융합을 통해 회사 경영의 효율 향상과 미래 에너지산업의 변화를 주도하고, 지속가능한 미래 전력망을 만들어가는 국내 유일 전력기술 종합연구소”라고 자부했다.

한전 기술개발의 구심점 역할 수행
올해는 한전의 경영 상황이 그 어느 해 보다 어려운 한해였기에 전력연구원도 선택과 집중을 통해서 R&D 효율성을 높이기 위한 노력을 기울이는 한해였다.

이중호 전력연구원장은 “미래를 준비하는 연구원의 원장으로써 에너지전환과 디지털변환 등 다양한 분야에서 도전의식을 느낀 한 해”였다며 “에너지전환의 핵심기술인 연료전환 기술을 확보하기 위해 재생에너지 뿐만 아니라 매체순환연소와 암모니아를 이용한 무탄소발전까지 영역을 넓혀 연구를 수행하였으며, 올해 세계 최초로 ‘3MW 매체순환연소 증기생산 플랜트’를 준공했다”며 성과를 소개했다.

한전 전력연구원은 또 전력계통의 유연성 강화와 재생에너지 수용성 증대를 위해 변동성이 높은 전력망을 실시간으로 정밀하게 감시할 수 있는 ‘J-광역 전력망 감시시스템(WAMS)’도 준공해 기술의 완성도를 높였다.

이중호 원장은 “전력연구원은 ‘SF₆ 가스 감축 솔루션’의 세계 최초 상용화로 국무총리상과 행안부장관상을 수상했으며, ‘ADMS 기반 S/W’는 대한민국 SW기술 아키텍처 대상을 수상하는 등 대외적으로도 연구성과에 대한 가치를 인정받은 뜻깊은 한해였다”고 말했다. 

이어 “전력연구원의 목표는 높고, 도전은 계속되고 있다. 헌신과 열정으로 지속가능한 에너지 생태계를 구축하는데 기여하겠다”고 다짐의 말을 전했다.

전력연구원은 한전의 기술개발에 구심점 역할을 수행하며, 송·배전, 발전, 판매 등 전 분야, 전 주기에 걸친 기술개발을 통해 효율적이고 안정적인 전력공급은 물론이고 에너지전환 등의 환경변화에 대응하기 위한 기술을 적기에 확보하는 역할을 하고 있다.

비용절감·수익창출에서부터 탄소중립 기여
전력연구원 연구성과는 한전의 비용절감과 수익창출에 영향을 주는 성격이 강하면서도 한편으로 전력산업의 발전을 선도하는 역할도 겸한다.

일례로, 배전자동화 시스템인 DAS, 무효전력 보상장치 STATCOM, 배연탈황 시스템 및 탈질촉매 개발은 정전복구시간을 단축하고 전력공급 안정성을 확보하는 한편 환경규제에 대응하는 직접적인 연구성과 활용을 이끌어낸다. 이와 함께 수입대체와 가격하락을 통해 한전의 비용 절감에 기여하는 대표적 사례에 해당한다.

이중호 전력연구원장은 “무효전력 보상장치의 경우 전력연구원과 공동 개발한 효성중공업이 캐나다 등에 해외 수출한 사례가 있으며 국내 전선 3사들과 총 7건, 350억원의 R&D를 수행하고, 37차례의 공인 인증시험을 수행해 국산화 및 해외수출을 지원한 결과 LS전선과 대한전선의 수출 수주 잔고가 5조원에 달한다”며 “이같이 전력연구원의 연구개발은 국내 산업의 성장에 기여하고 있다”고 강조했다.

전력산업과 관련한 기준의 제·개정 연구를 통해 회사 비용 절감에 큰 성과를 내고 있다.

배전선로 접지 기준이 과거에는 전주별 저항값으로 돼 있었지만, 전력연구원 연구를 통해 합성접지 저항으로도 충분하다는 것이 밝혀졌고, 이어 합성접지저항을 측정하는 장치까지 설계·개발해 ’22년 말부터 국가기준인 KEC(한국전기설비규정)이 기존 전주별 저항값에서 합성저항으로 변경됨에 따라, 매년 770억원의 설비투자 비용이 절감되고 있다.

또 전력연구원에서 개발한 ADMS(배전망운영시스템), A-SPAA(자산상태추론시스템), 전력시장종합분석시스템(MTAS 2.0), 지능형 전력검침인프라(AMI 2.0) 등은 한전 본사의 각 처와 지역본부 등에서 활용하며 업무 능률을 향상시켰다.

이 외에도 국내·외에 MDMS(AMI데이터 관리시스템), 한전 K-BEMS(건물에너지관리시스템) 등의 기술을 수출해 새로운 시장 창출의 동력이 되고 있다.

이중호 전력연구원장은 “전력연구원의 연구성과는 한전의 비용절감, 수익창출은 물론이고 전력산업의 발전을 선도하는 역할까지 하고 있으며 더 나아가 우리나라의 에너지 안보 확립과 탄소중립 달성에 기여하는 역할을 해나가고 있다”고 설명했다.

첨단 전력기술의 개발 및 상용
전력연구원에선 한전의 경영효율 향상, 공급 안정·고장 감소, 안전·재난 대응, 미래전력망 구축, 탄소중립 선도라는 R&D 포트폴리오를 수립하고 핵심기술을 개발한다.

국내 배전계통의 실시간 감시·제어 및 운영 최적화를 위한 ADMS(차세대 배전망 관리시스템, Advanced Distribution Management System)는 급격히 증가하는 재생에너지 등 변화하는 국내 환경에 유연하게 대처하기 위해 한전 자체기술을 활용해 개발된 시스템이다.

이중호 전력연구원장은 “기존 198개 배전사업소 단위로 운영되던 시스템을 전국 15개 본부 단위로 통합 운영할 수 있는 기술을 개발했다”며 “또한 재생에너지 출력을 95% 이상 정확도로 추정하고 그 현황을 실시간으로 감시 및 제어할 수 있도록 배전망 관제기능을 강화했다. 올해까지 9개 본부에 시스템을 구축했으며 내년에는 전국 확대를 완료할 예정”이라고 말했다.

고장예방 진단분야에서 대표기술인 ‘전력설비 자산관리’는 설비의 성능, 고장위험도, 연관비용을 종합해 최적의 설비투자를 하도록 하는 의사결정지원 알고리즘과 SW플랫폼을 포함하고 있다. 

전력연구원에선 설비제원 정보, 진단정보 등 분산된 정보시스템 22개로부터 취득한 약 1,100억개의 데이터에 대해 한전설비 맞춤형 정제규칙을 개발해 1,100억 개의 원시정보(NDIS, TOMS 등 레거시 데이터) 중 1억개의 결측 및 오류 데이터를 자동 정제해 데이터 정확도를 95%이상 확보했으며, 설비 수명 예측 알고리즘을 개발해 정확도 80% 이상을 확보했다.

이를 통해 설비 수명 및 교체주기 연장 등의 효과로 예산절감을 기대하고 있다.

전력분야 작업자들의 안전을 확보하고, 재난에 대처하는 기술인 ‘터널식 전력구 순시 로봇 시스템’은 작업자가 출입하기 불편하고 열악한 환경의 전력구를 작업자 없이 완전 자율주행하며 전력구의 주변환경을 살필 수 있는 기술이다.

또한, 주요 고장원인인 접속함을 열화상 AI 진단이 가능하고 전력구 변형 경향을 파악할 수 있어 신속한 현장파악과 조기대응이 가능하다.

현재 신광명-신문래 전력구에 현장실증을 완료하고 본사 주관으로 시범도입을 앞두고 있다.

미래전력망 기술 중 하나인 ‘직류전원 공급 시스템’은 직류기반 수용가에 직류전원을 직접공급해 전력효율을 향상시키는 시스템이다. 급속히 증가하는 직류기반의 디지털 부하에 대응해 DC빌딩에 직류전원을 직접 공급하는 상용 운전기술을 확보했으며, 세계 최초로 도심지 상업용 빌딩인 HD현대 그룹 글로벌 R&D센터에 1MW급 직류전원 공급시스템을 구축·운전하고 있다. 

이를 통해 취득한 운영정보를 활용해 직류수용가에 대한 직류전원 공급 절차서와 설계 기준을 개발해 직류시스템 기술의 상용화를 선도할 계획이라고 이중호 전력연구원장은 설명했다.

기업들과의 상생협력 통한 동반성장
전력연구원의 재생에너지 관련 눈에 띄는 재생에너지 관련 연구성과 중 하나는 단연 해상풍력 관련 과제들이다.

올해 산업부와 지자체 요청으로 전력연구원이 주관해 해수부·환경부의 국책연구기관들이 함께 수행하고 있는 해상풍력 공공주도 적합입지 발굴 연구는 대규모 해상풍력단지 개발 부지의 확대를 지원해 탄소중립을 선도하는 기술이다.

현재 영광·군산·인천에 약 4.2GW의 해상풍력단지를 적합부지로 발굴해 제시했다. 이와 더불어 국내의 해양환경을 반영한 ‘해상풍력 고정식 지지구조 설계가이드라인’을 개발 중이며, 한전에서 추진하는 해상풍력단지 개발에 본 가이드라인을 기준으로 활용할 계획이다.

이 외에도 석션버켓 기초, 터빈-지지구조 일괄설치선 등 해상풍력 균등화발전단가(LCOE)를 줄일 수 있는 운송설치 혁신기술의 실증을 완료했으며, 사업화를 위한 국제 기술협력을 추진하고 있다.

송변전 및 배전 분야는 한전의 협력기업들과의 긴밀한 공조를 필요로 하는 부분이다.

전력연구원은 국가기술표준원으로부터 KOLAS 국제 공인시험기관으로 인정받아 온도, 전기 및 압력 교정분야, 케이블분야, 피뢰자재분야, 소프트웨어분야 등의 국제 인증시험을 수행하고 있으며, 전력기술분야 종합실증시험장을 갖추고 있다.

이를 바탕으로 국내 기업들이 신개발한 전력설비를 전력계통에 적용하기 전에 신뢰성을 검증하며, 인프라 서비스 제공을 통해 국내 기업의 세계시장 진출을 지원하고 있다.

이중호 전력연구원장은 “전력분야 신기술의 개발, 실증, 사업화를 위해 전력연구원과 협력기업과의 상생체계를 구축해 빠르게 변화하는 R&D 트렌드에 대응하고, 기술개발부터 사업화까지의 기간을 단축하고 있다”며 국내 중소 협력기업들과의 상생발전에 대해 말했다.

전력연구원은 단기적으로 2024년에 해상풍력 단지설계, 시공 및 운영관리와 마이크로그리드(MG) 분야에서 이미 보유하고 있는 기술 등을 기반으로 한전의 에너지 신사업 발굴 및 지원에 나서는 한편, 경영 현안을 해결할 수 있는 설비 진단 기술, 로봇·드론을 이용한 운영 기술 등을 고도화해 나갈 계획이다.

또 미래 전력망의 변화를 선도하기 위해 직류를 이용한 유연한 송배전 기술, 광역전력망 정밀 감시제어 기술을 주도적으로 개발할 계획이며, 탄소중립 달성을 위한 무탄소 발전원 전환 기술의 적기 개발 및 실증과 페로브스카이트 태양광을 이중 유리창 사이에 넣어 반투명으로 유리창과 태양광 발전의 두 가지 기능을 구현하는 200W급 유리창호형 태양전지를 제작한다는 계획이다.

이중호 전력연구원장은 “연구개발을 통해 한전의 신규 수익창출, 투자 및 운영비용 절감, 에너지 안보 확립과 탄소중립 달성에 기여할 것”이라며 “이런 과정에서 국내 제작업체와 동반성장은 물론 공동 해외사업진출에 대한 노력을 통해 에너지 산업의 생태계를 주도할 수 있는 전력연구원이 될 것”이라고 강조했다.

효율적·친환경적 미래 에너지솔루션 개발
우리나라는 2030년까지 2018년 대비 온실가스 배출량을 40% 감축하기로 했다. 이에 따라 화석연료 발전을 재생에너지로 전환하기 위한 노력들이 계속되고 있으나 여러 어려움으로 난항을 겪고 있다. 

이를 해결하기 위해 재생에너지 사업자 정산체계의 개선이 필요하다. 현재 재생에너지 구입비용은 전력거래소에서 연료비 연동 전력도매가격(SMP)과 재생에너지공급인증서(REC)를 합해 지불하는 구조다. 재생에너지가 연료비에 연동돼 있어 국제유가가 증가함에 따라 함께 증가해 전기요금의 인상을 가져오며, 결국 전기소비자의 부담으로 이어진다. 

이중호 원장은 “연료비가 증가할 때 전기요금의 인상을 막아줘야 할 재생에너지가 본래 역할을 수행해 국가 에너지안보에 기여할 수 있도록 개선이 필요하다”고 말했다.

또 재생에너지의 투자비용을 낮추기 위해 사업자가 동참할 수 있도록 하는 유인책이 필요하다. 재생에너지는 LCOE가 높더라도 한전에서 우선급전대상으로 구매해주고 있어 사업자가 비용을 절감해야 하는 필요성을 느끼기 어렵다.

이중호 원장은 “전력연구원은 해상풍력의 LCOE를 낮추기 위한 석션버켓 기술, 터빈-지지구조 일괄설치선 등 사업비를 절감할 수 있는 획기적인 기술을 개발했지만 사업자들의 신기술 활용 유도가 쉽지 않다”며 “이를 해결하기 위해 대규모 해상풍력만이라도 한전이 직접 사업을 할 수 있도록 법을 개정한다면 투자비용을 낮춰 LCOE를 절감하는 모범사례가 될 수 있을 것”이라며 한전의 재생에너지 관련 발전사업 참여의 필요성에 대해 말했다.

제4차 산업혁명과 에너지전환이란 큰 흐름에 따라 전력산업은 빠르게 변화하고 있다.

이중호 전력연구원장은 “우리는 보다 효율적이고 친환경적인 에너지솔루션을 찾고 미래의 도전에 대비해야 한다”며 “지속가능한 에너지의 생산과 사용, 그리고 인프라 구축의 새로운 방안 마련을 위해 기술의 혁신이 필요하다”며 전력기술의 새로운 기술개발 중요성에 대해 강조했다.

이어 “전력연구원은 산·학·연 유관기관과의 협력을 통한 ‘오픈이노베이션’으로 신속한 기술개발과 실증을 수행해 변화의 가속도를 높이고자 한다. 기후 대응이란 시대 요구의 최전선에서 우수한 보유기술을 바탕으로 R&D 트렌드를 선도하며 기술사업화에 역량을 발휘할 것”이라며 “에너지 R&D 주요기관으로서 기술혁신으로 한계를 돌파해 탄소중립 실현에 기여하겠다”고 밝혔다.