한전 전력연구원은 신기후체제 대응과 안정적인 전력 공급이라는 전력산업의 핵심 가치를 제고하기 위해 다양한 이종 분야 간 융복합을 통한 새로운 전력산업의 창출, 에너지 전환, 전력망의 디지털 전환에 기술 역량을 집중하고 있다.

특히 최근 몇 년간 해상풍력 일괄설치, 국내 풍력자원 상황에 맞는 저속 중형풍력발전, 반투명 고효율 태양전지 신소재, 염전용 수중 태양광 발전 등 에너지전환 기술 개발에 본격적으로 나서 신재생에너지 시대로 이행을 뒷받침하고 있다.

인공지능·사물인터넷(IoT)·빅데이터 등 전력시스템의 디지털 전환을 위한 핵심 기술 개발도 속도를 내고 있다.

# 전력시스템의 디지털 전환
제4차 산업혁명은 다양한 제품의 소량 생산, 고객의 세분화, 구매자의 다양한 요구에 부응하는 맞춤형 생산 등으로 특징지어진다. 획일화되지 않은 다양한 고객 가치를 만족시키는  기업만이 새로운 시장을 만들고 기업 간 경쟁에서 유리한 고지를 독점할 수 있다.

전력산업 역시 기존의 ‘전력공급’이라는 생산 가치와 ‘값싼 전기 사용’이라는 소비 가치에서 벗어나 제4차 산업혁명의 본질적인 요구사항을 수용해야 한다. 많은 전력정보를 이용해 다양한 전력서비스를 개발하고, 다양한 정보 간 융합을 통해 전혀 새로운 서비스를 제공하고, 전력 소비자의 생산 참여가 이뤄져야 하는 것이다.

전력연구원의 디지털전환 연구개발은 새로운 정보의 발견과 수집, 보관 및 관리, 정보를 이용한 새로운 가치의 창출 단계로 구성돼 있다.

전력연구원은 사물인터넷과 스마트센서 등을 이용해 기존에 없던 새로운 전력정보를 생산하고, 이 정보를 빅데이터 등으로 모아 새로운 중요 정보를 찾아내며, 다시 이를 이용해 전력망 운영을 고도화·지능화할 뿐만 아니라 새로운 고객 서비스를 제공하는 데 초점을 맞춰 기술개발을 진행 중이다.

이 가운데 ‘빅데이터 활용 전력계통 실시간 감시 기술’은 송변전 계통의 상황을 실시간으로 감시하는 것에 더해 잠재적 문제와 해결책을 즉시 도출해내는 기술로 송변전망의 안정적 운영을 도모할 것으로 기대를 모은다.

부분방전·온도-변위 복합센서 등 사물인터넷 기술을 이용해 지중 전력선로를 상시 상태감시 하는 체계 개발에도 나서고 있다. 이미 세계 최고 수준에 도달한 배전선로 운영 기술을 더욱 고도화한다.

해외 운영 중인 화력발전소의 운전 상태를 우리나라에서 실시간으로 원격 점검하고 자동으로 최적 운영점을 찾아내는 해외발전소 종합 운영시스템 개발도 기대를 모으는 연구과제이다.

전력연구원은 화력발전소의 구성 요소별 감시와 고장예측 등의 자동화 기능과 함께 전문가시스템과 효과적 자산관리 기능 등이 통합된 지능형 디지털 발전소 기술 개발 등을 통해 발전소 운영 능력을 제고할 계획이다.

소비 가치의 제고와 기후변화 대응을 위한 기술개발의 하나로, 프로슈머의 전력거래를 가능하게 하는 전기차-전력망 통합시스템을 개발하고 국제표준으로 제안했다.

배전계통 내 설비 정보·계량·계측 정보 등을 실시간으로 수집, 처리, 분석해 마이크로그리드를 운영하는데 필요한 응용프로그램의 제작을 손쉽게 하도록 지원하는 범용 마이크로그리드 공통플랫폼 개발과 함께, 다양한 전력에너지 관련 애플리케이션의 개발·실증·표준화를 지원하는 통합 개발 플랫폼 연구도 진행 중이다.

이를 통해 신재생에너지 등 분산전원의 계통 병입이 원활히 이뤄지고 실시간 요금제·수요반응 등 프로슈머의 확대에 기여키로 했다.

# 이산화탄소 포집과 재활용
2015년 파리협정을 통해 전 세계는 이산화탄소의 배출을 억제하고 기온상승폭을 2도 이내로 제한하는데 합의한 바 있다. 우리나라 역시 2020년 배출예상량의 37%를 감축해야 한다.

하지만 현실은 녹록하지 않다. 세계 6번째, 인구 1인당 3위의 배출국가인 우리나라의 온실가스 배출량 중 전력분야가 차지하는 비중은 전체 배출량의 약 36%에 달한다. 발전소의 이산화탄소 배출을 줄이는 저탄소발전기술과 이산화탄소 포집·저장·재활용 기술은 지속가능한 미래를 만드는 데 필수적인 요소로 떠오르는 건 당연한 이치이다.

현재 전력연구원은 이산화탄소 포집부터 재활용에 이르는 전주기 연구개발을 수행하고 있다. 이미 습식·건식 이산화탄소 포집기술을 개발하고 10 MW 포집플랜트를 구축해  5,000 시간 장기연속운전을 달성했다.

개발된 흡수제는 90% 이상의 포집효율과 상용흡수제 대비 35% 에너지 절감 효과를 보였다. 일일 이산화탄소 포집량은 180톤 이상이다. 전력연구원은 이산화탄소 포집 기술을 국내 기업에 이전하고 실제 화력발전소에 적용 가능한 150MW 이상의 포집플랜트 개발을 추진 중이다. 이산화탄소 포집기술의 실용화가 한 걸음 더 가까워졌다.

또한 차세대 이산화탄소 포집기술인 이산화탄소 분리막 기술을 확보하고 성능평가 인프라를 운영 중이다.

지난해 10월 동서발전 당진화력본부에 세계 최대 규모인 1MW 이산화탄소 분리막 실증플랜트를 준공해 운영에 들어갔다.

이 기술은 이산화탄소와 산소 등 분자의 크기 차이를 이용해 화력발전소에서 배출되는 이산화탄소 중 90% 이상을 분리하는 저비용·고효율 기술이다. 필리핀 등지에 수출돼 기술력을 입증했다.

더불어 이산화탄소를 산업용 고부가 화합물로 바꿔 생산하는 원천기술을 확보하고 연간 150톤 규모의 중탄산나트륨 생산 실증플랜트를 구축할 예정이다. 이밖에도 이산화탄소를 변환시켜 메탄가스 등을 생산하는 기술 개발을 통해 이산화탄소를 자원으로 재활용하고자 노력하고 있다.

# 에너지전환
석탄 화력과 원전으로부터 신재생에너지로의 전환을 의미하는 에너지전환은 단순히 신재생에너지의 사용 확대라는 의미를 넘어 다음 세대로 깨끗한 환경을 넘겨주자는 함의를 담고 있다. 새로운 산업을 창출하려는 정책의지도 깔려 있다.

이에 전력연구원은 신재생에너지 전환에 필요한 다양한 형태의 신재생에너지 확대, 신재생 분산전원의 계통 연계, 신재생에너지와 연계된 계통의 안정적 운영 등으로 기술범위를 넓혀 연구를 진행하고 있다.

이산화탄소 배출을 원천 차단하는 신재생에너지원에 대해서도 다양한 연구개발이 추진되고 있다. 건물 유리창에 적용해 기존 태양전지 대비 33% 제조비용으로 22.1%의 높은 변환 효율을 갖는 반투명 고효율 태양전지 신소재 개발, 기존 태양광 대비 5%의 발전량을 늘릴 수 있는 염전용 수중 태양광 발전 등이 여기에 속한다.

해상풍력 일괄설치 시스템을 개발, 범국가적으로 추진되고 있는 해상풍력의 성공적인 안착에 기여하고 있다. 이 시스템은 해안에서 지지구조물과 터빈을 미리 조립한 후 해상으로 옮겨 설치함으로써 공사기간의 획기적 단축과 사업비 절감이 가능하다.

가정이나 건물 등에 설치된 태양광·풍력 발전 등 분산전원 연계를 용이하게 하는 배전계통 연계 에너지저장장치 운영기술 개발도 한창이다.

태양광과 같은 신재생에너지원은 직류전원의 특징을 갖는다. PC, LED 조명 등 다양한 가전제품과 데이터센터 등 기업 수요 역시 직류로 구동된다. 다양한 직류 전원과 부하의 특성에 맞는 직류배전 실증 연구도 눈여겨 볼 대목이다.

전력연구원은 올해 안에 서거차도에 태양광 발전·풍력발전기·ESS· 전기선박용 충전인프라 등을 설치하고 서거차도 주민을 상대로 직류 가전제품을 보급할 계획이다.

전력연구원은 어둠 속에 빛을 밝혀 미래로 가는 길로 이끄는 최고의 전력산업 연구기관이다.

지난 1961년 7월 한전 기업부설연구소로 출발한 전기시험소는 어느 덧 반세기를 지나 훌쩍 지난 지금 우리나라 전력산업계를 이끌어가는 전력연구원이라는 완숙한 중년의 신사로 변모했다. 전력산업의 R&D Hub인 전력연구원은 그 절정의 기술력으로 우리나라 전력산업과 경제발전을 선도하고 있다.

전력연구원의 기술은 지난 2008년 한국공학한림원이 선정해 발표한 광복 이후 60년간 한강의 기적을 이루고 대한민국 경제발전을 이끈 100대 주력기술 중 배전자동화기술, 765 kV 송전 기술 등 4건의 연구 성과가 포함됐다.

지난 2015년 당시 미래창조과학부가 광복 70주년을 기념해 광복 이후 70년간 대한민국 경제성장을 견인해 온 ‘과학기술 대표성과 70선’에 765kV 초고압 전력설비 국산화 기술 등 3건이 선정되는 등 그간 대내외에서 그 역량과 우수한 성과를 인정받았다.

지난 해 전력연구원은 그 동안 연구해온 건식 및 습식 이산화탄소 포집 기술에 더해 차세대 포집기술인 이산화탄소 분리막을 이용한 포집기술을 개발해냈다.

또한 염전태양광 기술 등 다양한 형태의 신재생에너지 기술개발을 통해 에너지 확보와 기후변화 대응에 나서고 있다. 사물인터넷 기술의 보급과 확산을 목표로 표준 플랫폼을 개발하고 사물인터넷 실험실을 대학과 산업계에 개방하는 한편, 슈퍼컴퓨팅 센터와 증강현실 개발설비 인프라 등을 구축했다.

또한 2017년 한해 국내외 전력설비의 예방진단·성능분석·시험·기술 검토·긴급 고장복구 등 500여건의 기술지원을 수행해 전력설비의 운영성 제고와 안정적 전력공급, 국내 전력산업계의 성공적인 해외사업 추진에 기여했다.

전력연구원은 국내 전력산업 발전을 도모하고 전력기술 지식 기반을 공고히 다지는 데도 힘쓴다. 에너지신기술·차세대전력계통·인공지능 등 5개 분야 연구개발에 국내 24개 대학이 참여하는 에너지 거점대학 클러스터 사업과 전력분야 기초연구 지원 사업 등 국내 산학연과 협업하고 있다.

전력연구원 관계자는 “앞으로도 안정적 전력공급은 물론 혁신적 기술개발을 통해 우리나라의 국가 에너지산업 생태계를 선도하고 미래의 더 나은 대한민국을 만드는 주역이 될 것”이라고 말했다.