김용학 한전 전력연구원 책임연구원
-에너지산업, 중요한 전환점 직면-
-개방·융합적 전력 플랫폼 구축-
[에너지신문] 현재 에너지 산업은 지구 온난화에 따른 기후변화 및 에너지 소비증가로 인해 세계적으로 새로운 패러다임의 중요한 전환점에 직면하고 있다.
즉 저탄소 경제로 신속한 전환을 위해 전력의 생산에서 소비에 이르기까지 전력산업의 모든 단계에서 안정성과 효율성을 극대화할 수 있는 저탄소 및 고효율 에너지, ICT 융복합기술 등의 연구개발이 요구되고 있다.
지금까지 우리나라는 에너지의 대외 의존도가 높아 지속적인 화석연료 사용저감과 에너지 효율개선을 추진했으며 신기후체제를 에너지 산업의 경쟁력 우위를 강화하고 선점하는 기회로 활용함으로써, 세계 경제발전과 성장의 새로운 모델, 시장 및 산업의 출현에 대비해야 한다.
이러한 에너지 산업의 변화를 새로운 도약의 기회로 전환하기 위해, 정부도 다양한 정책과 제도를 마련하고자 ‘2030 에너지 신산업 확산전략’을 발표했다. 이를 통해 우리나라도 2030년까지 100조원 시장과 온실가스 5500만톤 감축을 목표로 시장과 기술을 통해 자발적인 감축을 유도하는 한편 누구나 전력을 생산 및 판매하는 에너지 프로슈머 시장의 활성화를 추진하고 있다.
이에 한전은 발전, 송배전, 소비의 각 단계의 효율성을 높이고, 전력망을 지능화하는 사업을 진행중에 있다. 전력연구원은 이를 뒷받침하는 기술개발을 수행하고 △분산형 청정에너지 △프로슈머 △ICT 융합 △온실가스 감축 등의 핵심 키워드를 통해 새로운 에너지 환경의 미래모습을 구현코자 에너지 산업에 과감한 혁신과 산업화 전략을 추진하고 있다.
에너지 프로슈머는 신재생에너지, ICT 기술 등을 활용해 누구나 직접 전기를 생산하고 남는 전력을 판매하는 새로운 형태의 전력산업으로써 마이크로그리드, 제로에너지빌딩, 수요자원거래시장, 친환경에너지타운 등에 대해 연구개발이 수행 중에 있다.
저탄소 발전은 국내 발전의 저탄소화를 위해 신재생에너지, 화력발전 효율화, 차세대 전력인프라 등을 포함하는 산업으로 A-USC(advanced ultra-supercritical), 풍력발전, HVDC(high voltage direct current) 및 초전도시스템의 연구개발과 전기자동차 연관 생태계 활성화를 위한 충전인프라, V2G(vehicle to grid)의 연구개발, 그리고 버려지는 미활용열을 사용하는 해양온도차 발전 등에 대한 연구개발이 진행되고 있다.
마이크로그리드(MG)는 2015년 가사도에 독립형 MG 구축, 캐나다(Power Stream)에 배전급 MG 실증 및 모잠비크에 50kW급 전화사업용 MG를 구축, 사업실적을 확보한 바 있다.
전력연구원은 울릉도 등 6개 친환경 에너지자립섬, e-Campus, Smart City 등을 구축하기 위한 기술의 완성도와 신재생에너지 설치에 따른 도서별의 발전 열효율 향상을 위한 ESS 하이브리드 기술을 개발중이다. 이를 통해 신재생에너지 및 지능형 전력망으로 자체적으로 전력을 생산과 소비하는 새로운 전력시스템을 추진하고 있다.
수요반응은 전기사용자가 전기를 아낀 만큼 전력시장에 판매하고 금전적으로 보상받는 기술로, 2015년 수요예측 기반의 수요관리 통합포털 개발을 통해 수요예측의 정확도를 향상시켰다. 아울러 수요자원 위치맵과 소규모 전기소비자 비즈모델 등을 개발할 계획이며, AMI 데이터를 활용한 새로운 부가서비스와 비즈니스 개발의 인프라 확보를 위해 2020년 1800만호까지 확대할 계획이다.
ESS는 전력을 변환하여 저장하고 필요한 시기에 전력을 공급하여 에너지 효율을 높이는 기술로, 2015년 52MW 주파수 조정용 ESS를 신용인S/S와 서안성S/S에 설치, 상업운전을 개시했으며 ESS 종합 운영시스템과 제어기의 국산화를 통해서 500MW 주파수 조정용 ESS를 단계적으로 확보할 예정이다.
또한 22.9kV 4MW ESS 실증(조천S/S소)을 통해 기 확보된 PMS(power managemen
t system) 기술을 기반으로 2018년 28MW 서남해해상풍력 출력안정화용 ESS를 구축하고 신재생에너지,
배전망, 발전기 예비력 등의 활용성 다양화 및 고부가치화로 북미 등의 해외로 진출을 추진하고 있다.
전기자동차(EV)는 충전기를 활용한 부하분석/충전정보시스템과 양방향 충전전력 제어 등의 다양한 충전인프라 부가서비스를 위한 기반기술을 개발했으며 2018년까지 3400기의 V2G 운영플랫폼 및 충전인프라를 구축할 계획이다.
또한 V2G 충방전 스케쥴링 등의 핵심 요소기술 개발로 V2G 시스템의 실증과 충전인프라 운영플랫폼, BM 연동기술 및 6.6kW급 무선충전시스템의 개발을 추진하고 있다.
미래의 전력산업 환경변화에 대응, 전력망의 지속적인 성장과 사회적인 수용성이 높은 친환경 및 고효율의 송전시스템 구축하기 위한 HVDC 및 초전도케이블은 1998년 제주-해남간 HVDC, 2013년 진도-서제주간 HVDC를 준공했으며 전압형 HVDC 및 국가간 전력망 연계를 위한 초고압 HVDC 기술을 개발하고 있다.
초전도케이블은 23kV 배전급 구축(이천S/S)을 시작으로 세계 최초의 DC 80kV 500MW 초전도케이블 및 세계 최고의 AC 154kV 600MVA 초전도케이블을 개발하고, 실계통에서 실증하고 있으며, 2017년 23kV 초전도케이블 시범사업(신갈-흥덕S/S)을 계획하고 있다.
초초임계압(USC)은 발전설비의 효율향상으로 CO2 배출량의 최소화 기술로써, 석탄화력의 효율을 40%에서 44%까지 향상시킬 수 있다. 전력연구원은 2008년 1000MW급 USC 석탄발전 설계기술을 개발한 바 있으며 현재 신보령 #1, 2호기에 적용, 건설중에 있다.
특히 오는 2025년 극초임계압(A-USC) 기술개발을 통해 발전효율을 48%까지 향상시켜 500MW 발전소 1기당 년간 57만톤의 CO2 배출을 저감할 계획이다. 현재 진행 중인 대형 가스터빈 기술개발을 통해 2018년 35%에서 40%까지 효율향상과 2MW급 초임계 CO2 발전기술을 개발할 예정이다.
CCS(carbon capture and storage)는 석탄화력 등 발전소에서 배출되는 CO2를 포집·저장하는 기술로, 2014년 10MW급 CO2 포집설비를 보령화력(습식)과 하동하력(건식)에 설치해 실증 및 장기운전에 성공함으로써 세계수준의 CO2 흡수제 기술을 보유하게 됐다.
향후 5000시간 장기운전 자료를 확보하고 2017년까지 연속운전을 통해 Track Record를 확보할 예정이며 CO2 포집설비의 흡수제와 공정개선을 통해서 글로벌 기술경쟁에서 더욱 우위를 선점할 계획이다.
특히 최근에 우리나라는 대규모 CCS 통합실증을 계획 중이며, 사업타당성 조사를 통해서 2018년 150MW급 CO2 포집 실증플랜트 구축하고 동해가스전과 연계하여 연간 100만톤의 CO2 저장을 추진하고 있다.
서남해 해상풍력사업과 관련, 전력연구원은 지난 2011년부터 기술개발에 착수해 해상풍력단지의 그리드 설계, 계통연계, 출력·감시제어 등의 핵심기술을 개발했으며 미활용열 연구개발은 해양온도차 또는 유기랭킨사이클의 이용분야에서 선도적으로 연구개발을 수행, 2015년 10kW급 해양온도차발전 실증설비를 영동화력에 설치·운영하고 있다. 올해는 100kW급 대규모 해양온도차발전 설비구축을 추진할 계획이다.
연료전지는 2010년까지 핵심특허를 포함, 5kW급 열병합 발전용 고체산화물 연료전지(SOFC) 시스템을 개발했으며 최근 개미산 연료전지도 연구개발을 진행하고 있다. 3kW급, 20kW급 고유모델 개발을 통해 도서지역 등의 마이크로그리드 구축사업에 활용할 계획이다.
이밖에도 2018년까지 MW급 태양광-태양열 통합시스템의 실증을 계획하고 태양에너지의 종합효율 75%를 목표하고 있다. 또한 개방형 사물인터넷(IoT) 환경을 대구/광주지역에 1000개 무선센서 및 260개 게이트웨이를 조성하고, 2016년 고창전력시험센터에 연계하여 국가의 IoT 산업의 생태계 조성을 선도할 예정이다.
이를 통해 전력연구원은 중소·중견기업과 협력 및 성과공유, 그리고 에너지 신산업의 미래 비전을 제시하기 위한 다양한 활동을 전개하고, 에너지 신산업의 확산을 위한 마중물 역할을 수행할 예정이다.
이를 위해 2016년 연구개발에 기후변화 대응 신산업 분야 2209억원 및 CO2 포집장치, 연료전지 시스템 등의 연구시설·인프라 분야에 1159억원의 투자를 계획하고 있다.
아울러 전력연구원은 한전의 신성장동력 창출과 지속성장에 필요한 기술혁신을 주도하는 혁신리더 및 2030 신기후체제에 대응하는 에너지 신산업의 글로벌 리더의 역할을 수행할 수 있도록 핵심역량을 집중할 계획이다.
개방적이고 융합적인 전력에너지 플랫폼의 구축을 추진함으로써, 에너지 패러다임의 변화에 신속하게 대응하고 새로운 100년을 기약하는 빛가람 에너지밸리 시대를 준비하면서 새로운 도전과 끊임없는 혁신으로 미래를 향해 질주하고자 한다.