[에너지데일리 송병훈 기자] 지난 1961년 한국전력공사의 연구소로 개원한 한전 전력연구원(원장 김동섭). 전력연구원은 안정적인 전력공급 기술개발과 함게 전력산업의 지속가능한 성장을 위한 미래 신성장동력 연구개발을 수행하고 있다. 그리고 빠르게 변하고 있는 글로벌 에너지산업의 패러다임 변화를 선도하는 'Renovate KEPRI, Innovate Future!'라는 슬로건 하에 도전과 끊임없는 혁신으로 새로운 미래를 준비하고 있다.
'성과 지향, 변화·혁신 지향, 창의적 연구문화'을 목표하고 있는 전력연구원은 구성원의 역량을 한 방향으로 모으는 한편 혁신의 선도자로서 에너지신산업 기술개발의 First Mover가 되기 위한 각종 노력을 펼치고 있다. 또한 연구에 몰입할 수 있도록 시스템을 단순화하고 창의와 열정을 100% 발휘할 수 있는 연구문화를 만들어 나가고 있다.
전력연구원을 찾아 지금까지의 성과와 미래의 청사진을 담아보았다.

▲ 신산업 R&D 선도… 중장기 방향

요즘 전력을 비롯한 에너지 분야의 가장 큰 기술적 화두는 온실가스 감축과 ICT 융합이며, 그 중심에 에너지신산업이 있다. 전력연구원은 빠르게 변화하는 환경 속에서 전력에너지 분야 대표연구기관으로서 新기후체제에 선제적으로 대응하고 에너지신산업 기술개발의 ‘중심’ 역할을 한다는 방침이다.

따라서 전력연구원은 기존 전력산업과 ICT 등 다른 산업과의 융복합으로 기후변화 대응, 에너지안보강화, 에너지 효율향상 등 전력에너지 분야 핵심이슈를 해결하고 새로운 비즈니스 모델을 창출하는데 연구역량을 집중한다는 계획이다.

한전은 그동안 마이크로그리드, ESS, 전기차 충전인프라, 에너지수요관리(EMS) 외에도 수요자원 거래, CCS, HVDC, 스마트시티 등 에너지신산업의 주요 모델들을 개발했거나 개발 중에 있다.

전력연구원은 국내 유일의 발전, 송변전, 배전, 환경, 소재를 망라하는 다양한 분야의 전문가들로 구성된 종합연구소인 만큼 창의적이고 혁신적인 기술개발에 역점을 두어 에너지신산업을 선도하고 국가적인 에너지산업 생태계 강화와 해외 전력사업 수주의 첨병역할을 지속해 나간다는 방침이다.

▲ 전력연구원의 주요 연구과제들

● 이산화탄소 포집 및 저장 기술(CCS, Carbon Capture & Storage) = CCS는 화석연료의 연소 시 발생하는 이산화탄소를 포집해 안전하게 저장하는 기술로, 최근 대기 중 CO2 농도 증가로 인해 발생하고 있는 이상 기온 및 환경 변화 등 기후변화 대응을 위한 중요한 해결책 중 하나다.

전력연구원은 지난 2000년 초반부터 석탄 화력발전소의 배가스로부터 CO2를 포집하기 위한 CO2 포집기술을 개발하고 있다. 한국중부발전 보령화력본부에 아민 수용액을 사용하는 0.1MW급 습식 CO2 포집설비를 2011년 설치, 성공적으로 운전했으며, 이를 바탕으로 개선된 10MW 공정을 2013년 설치하고 현재 5,000시간 연속운전을 목표로 연구를 진행하고 있다. 습식 포집공정에서는 연구원에서 자체 개발한 KoSol 시리즈 흡수제를 사용하고 있으며, 에너지소비 저감 측면에서 세계 최고 수준의 성능을 확보했다.

이와 함께 한국남부발전 하동화력본부에는 자체 개발한 KEP-CO2P 시리즈 고체흡수제를 이용하는 0.5 MW(2010년 준공) 및 10MW(2013년 준공) 건식 CO2 포집설비를 설치·운영 중이다. 이 기술은 국내 고유의 차세대 혁신 포집기술로서 건식기술로는 세계 최대 규모로 이 분야 기술을 선도하고 있다.

● 저탄소 청정발전 기술 = 초초임계압 발전은 작동 유체인 증기를 고온 고압화(증기조건 240bar, 621℃), 효율을 대폭 높인 기술이다. 전력연구원은 두산중공업과 공동으로 2002년부터 초초임계압 화력발전기술 개발을 착수, 2008년에 세계 최고 성능을 갖는 효율 44%의 초초임계압 화력발전 기술을 확보했으며, 올해 말 준공을 목표로 한국중부발전 신보령 1호기에 실증설비를 건설하고 있다.

국내 최초로 건설하는 실증설비를 운영을 위해 전력연구원은 플랜트 주기기 시스템 상용화 기술, 대용량 플랜트 제어시스템, 통합운전지원 및 감시시스템 등을 개발·적용하고 있으며, 이를 통해 화력발전기술의 국내자립을 이룰 뿐만 아니라 소재공급/설계/제작/설치/운영까지 일관 공급체제를 완성, 해외 발전시장을 선점한다는 계획이다.

이와 함께 초초임계압 발전에 비해 증기압력과 온도를 증가시켜(증기조건 350bar, 700℃) 발전 효율을 높이고, CO2 배출을 획기적으로 저감할 수 있는 극초임계압 발전기술을 지속적으로 개발할 예정이다. 전력연구원은 고효율 대용량 극초임계압 발전시스템의 핵심 기술인 700℃급 초내열 소재 설계, 제작 및 평가 기술을 확보한다는 방침이다.

아울러 출력 250MW, 효율 40%인 친환경, 고효율의 대형가스터빈 개발도 진행하고 있다. 기술개발을 통해 가스터빈 제어로직을 체계적으로 검증, 복합화력 발전소 건설 후 시운전 기간을 단축시킬 수 있으며, 상업운전을 조기에 달성하고 운전 신뢰도를 증대시킬 수 있다.

● 마이크로그리드 활용 에너지자립섬 기술 = 마이크로그리드(MG, Microgrid)는 독립 전력계통 구성을 필요로 하는 도서지역이나 지리적·경제적 여건으로 대규모 전력설비 건설이 어려운 일부 국가에서 새로운 대안으로 각광받고 있다.

전력연구원은 차세대 에너지관리시스템인 마이크로그리드를 개발, 전남 진도군 가사도에 친환경 에너지의 생산·저장·이용이 가능한 에너지 자립섬을 2014년 10월에 준공했다. 또한 지난 2015년 11월 '모잠비크 MG 시범사업' 준공식을 개최한데 이어 지난 6월에는 온타리오주 페네탱귀신市에 한전형 마이크로그리드 토탈 솔루션을 성공적으로 구축했다.

현재 정부는 독립형 마이크로그리드를 에너지 6대 신산업으로 육성하기 위해 한전이 관리하는 62개 도서지역을 대상으로 친환경 에너지자립섬 조성사업을 추진하고 있으며, 한전은 울릉도에 마이크로그리드를 구축할 계획이다. 전력연구원은 에너지자립섬의 성공적인 실증 운전을 통하여 Track Record를 확보하는 동시에 캐나다 마이크로그리드 사업을 기반으로 북미, 아프리카, 중동지역 등에 적합한 마이크로그리드 사업 모델을 수출할 계획이다.

● ESS 운영 및 제어기술 = 에너지저장장치(Energy Storage System, ESS)는 신재생 보급 확대와 스마트그리드 구축을 위한 핵심 기술이다. 전력연구원은 ESS 사업 분야 중 경제성이 우수한 주파수 조정 관련 기술개발을 조기 추진했다. 전력계통 주파수 조정용 통합 ESS 제어 알고리즘, 운전 화면 및 방법, 제어기, 모의 검증 ESS 모델 개발 등 실증시험을 통해 기반 기술 확보에 주력, 2014년 제주시 조천변전소에서 주파수조정용 배터리 에너지저장장치 실증을 완료했다.

한전은 지난 7월부터 경산 48MW 등 7개 변전소에 184MW 주파수조정용 에너지저장장치에 전력연구원이 개발한 운영기술을 탑재, 시운전을 시행하고 있다. 전력연구원은 주파수조정용 ESS를 운영하기 위한 알고리즘, 운전방법, 시운전 절차 등 관련기술을 개발하여 ESS 계통 연계 상업운전 기술지원을 수행하고 있다. 특히 지속적으로 성장하고 있는 신재생에너지 출력 안정화를 위해 신재생 하이브리드(신재생+ESS) 기술을 개발하고 있으며, 서남해 해상풍력 출력안정화 및 피크저감 등 다목적 ESS 통합운영을 개발 목표로 28MW ESS를 2019년까지 실증할 계획이다.

● 스마트그리드 활용 기반기술 = 스마트그리드 전력 인프라를 통해 구현 가능한 가장 중요한 비즈니스 모델로 관심을 받고 있는 수요반응(Demand Response, DR) 프로그램은 요금 또는 인센티브를 통해 고객의 전력소비를 변화시키는 것이 핵심이다. 이를 통해 피크시간대 최대전력을 삭감, 고객들은 전기요금을 절감할 수 있고, 전력회사는 전력구입비 절감 및 발전량을 줄여 온실가스 배출을 저감하는 등 다양한 부가가치 창출이 가능하다. 최근에는 스마트미터, AMI 등 스마트그리드 구축과 함께 상시 수요반응이 가능한 Auto DR(자동 수요반응) 시스템 개발이 선진국을 중심으로 폭 넓게 추진되고 있다.

한전에서는 전력수급 안정을 위해 수요반응 통합 포털을 구축, 2015년 6월 중소 수요관리사업자(DR Aggregator)를 대상으로 하는 멘토링 시스템을 오픈했다. 전력연구원은 스마트미터, AMI, 전기차 충전 등 스마트그리드 구축과 함께 상시 수요반응이 가능한 Auto DR 시스템 개발을 본격적으로 추진하고 있다.

또한 에너지 프로파일링 솔루션 개발을 추진, 이를 기반으로 전력수급 계획, 발전소 건설 등에 활용할 수 있을 뿐 아니라 전기자동차, 마이크로그리드, 분산전원 등의 보급 확산을 위한 사업모델 개발, 에너지 종합 컨설팅 서비스 사업 등에도 활용될 것으로 기대된다.

▲ 에너지신산업 기술개발 '혁신 선도자'

전력연구원은 국내 최고의 전력분야 연구개발기관으로서, 한전의 빛가람 시대 비전인 ‘Smart Energy Creator, KEPCO’의 주역이 된다는 방침이다. 특히 전력에너지 산업의 미래 먹거리를 책임지는 에너지신산업 기술개발 '혁신의 선도자'이자 글로벌 리더로 발돋움한다는 복안이다.

전력연구원 관계자는 "전력연구원은 국내 유일의 발전, 송변전, 배전, 환경, 소재를 망라하는 다양한 분야의 전문가들로 구성된 종합연구소"라면서 "미래의 융복합 전력기술의 개발을 이끌어 우리나라의 전력수급 안정화는 물론 창의적이고 혁신적인 기술개발을 통해 국가적인 에너지산업 생태계 강화와 해외 전력사업 확장의 주역이 될 것"이라고 강조했다.