천연가스, 원전
2020.1.23 목 10:39
> 뉴스 > 뉴스 > R&D
     
KERI, 과학기술계 놀랄 기술 성과 올해도 계속 이어간다
2020년 01월 01일 (수) 20:58:33 전력경제 epetimes@epetimes.com
   
KERI 김석환(왼쪽), 조영식 박사가 스마트 인슐레이션 연구실에서 크기와 무게가 줄어든 초전도 전자석 모형을 들고 포즈를 취하고 있다

EMP 기술 이전 업체 ‘수출 사업화 성공’
스마트변전소 핵심기술, 세계적 인정받아
마이크로파 유도가열 열처리 기술 국산화
MRI 크기·무게 절반이하로 ‘의료계 눈독’

한국전기연구원(KERI)은 1976년 국가공인시험기관으로서 첫 출발한 이후 다양한 성과 창출로 최고 수준의 전기전문연구기관이자 과학기술계 대표 정부출연연구기관으로 성장했다. .
특히 KERI는 실현 가능하면서도 대규모 파급효과가 기대되는 연구과제를 선정, 국가와 사회에 기여하는 대형 성과창출을 위해 연구개발에 매진해왔다.
집중연구 분야는 전력망·신재생에너지, 초고압직류송전(HVDC), 전기물리 연구·산업응용 기술, 나노신소재·배터리, 전기기술 기반 융합형 의료기기 등이 꼽힌다.
이와 함께 전력기기에 대한 국가공인시험인증기관이자 세계 3대 국제공인시험인증기관으로, 세계 최고 수준 설비와 전문인력을 바탕으로 KERI의 시험성적서가 전 세계 시장에서 통용되게 함으로써 국내 중전기기업체의 해외시장 개척에 기여하고 있다.
지난해 미래를 선도하는 다양한 성과로 과학기술계의 많은 주목을 받은 KERI이 앞으로 보여줄 새로운 성과에 관심이 모아진다.

   
KERI와 (주)아이스펙이 개발한 대용량 바리스터(앞줄) 및 바리스터가 적용된 서지보호기 제품(뒷줄)

◇EMP 보호용 핵심기술

KERI가 개발한 EMP 보호용 핵심기술 성과를 기술이전 받은 ‘(주)아이스펙’이 유럽 서지보호기 전문업체와 공급계약을 체결하며 수출 사업화에 성공했다. 출연(연)의 연구개발 기술이 사장(死藏)되는 것이 아닌, 연구원과 중소기업이 함께 호흡해 수출 성사를 이끌어 낸 측면에서 바람직한 상생의 사례로 손꼽힌다.
전기환경연구센터는 지난 2016년 11월, 고출력 전자기펄스(HPEMP) 및 낙뢰 피해를 방지하기 위한 서지보호기(SPD)의 핵심 기술인 ‘바리스터(MOV)' 제조기술을 개발하고 전자부품 제조업체인 (주)아이스펙에 착수기술료 5.5억 원에 기술 이전했있다. 뛰어난 기술력을 입증받아 ‘2017 국가연구개발 우수성과 100선’ 및 ‘출연(연) 10대 우수 연구성과’에 선정되기도 했다.
이후에도 KERI는 단순 이벤트성 기술이전이 아닌 상용화를 목표로 꾸준히 중소기업지원 사업을 진행했다. 아이스펙은 기존제품 대비 내량이 월등히 높고 안정적인 성능을 자랑하는 1등급 대용량 바리스터 제품을 생산해냈다. 이어 국제품질 인증기준인 ‘UL’ 인증을 취득하고, 아시아와 유럽 각지의 샘플테스트를 성공적으로 통과하며 성능을 입증받았다.
KERI 연구팀은 이에 그치지 않고 제품의 해외 마케팅 활동에도 적극 참여했다. 2017년부터 아이스펙과 함께 일본, 독일, 체코, 중국 등 해외 각지의 고객들을 만나며 바리스터에 대한 홍보·자문역할을 수행하며 제품의 우수성과 경쟁력을 세계적으로 알렸다. 그 결과 아이스펙은 KERI로부터 기술이전을 받은 지 단 2년 만인 2019년에 유럽 서지보호기 전문업체와 연간 12.5kA급 바리스터 13,500세트를 납품하는 계약을 체결했다.
한순갑 아이스펙 대표는 “기술이전 후에도 제품의 상용화 및 수출 사업화를 위해 KERI 연구팀이 밤낮을 가리지 않고 많은 도움을 줬다”고 밝히며 “그동안 수입에만 의존했던 바리스터 기술의 국산화를 넘어, 역으로 선진국에 수출까지 성공한 사례다”고 전했다.

   
KERI 디지털 통합 데이터 생성장치(왼쪽), KERI 고신뢰 네트워크 장치(오른쪽)

◇스마트변전소 핵심기술
KERI 전력ICT연구센터가 전력망 분야 초지능화 공공인프라 핵심요소 기술인 ‘스마트변전소’의 핵심기술을 국산화 개발하고, 국제 저명 사용자협의회가 주관하는 성능 테스트를 성공적으로 통과했다.
스마트변전소는 기존 변전소에서 사물인터넷(IoT)과 빅데이터 기술이 적용된 똑똑한 통합 관리 운영 시스템이다. 전력 설비를 포함한 변전소 방재, 방호 등 전체 설비를 실시간으로 진단해 이상 징후를 사전에 파악하고, 이를 효과적으로 대응하게 하여 사고를 미리 예방하는 지능형 전력망 체계다.
KERI가 개발한 기술은 스마트변전소 구축의 두 번째 단계라고 할 수 있는 ‘프로세스버스(Process Bus)’ 구현을 위한 ‘디지털 통합 데이터 생성장치’ 및 ‘고신뢰 네트워크 장치’다. 시스템반도체 IP 설계부터 모듈화 통합 장치까지 모두 국산화 개발에 성공한 성과이고, 전력망 통신 분야 최신 국제 표준인 ‘IEC61850 Ed.2’를 모두 준수해 외국 선진 제품과의 상호호환 및 운영도 가능하다.
‘디지털 통합 데이터 생성장치’는 변전소의 변류기(CT)와 변성기(VT)를 통해 아날로그 전류, 전압 값을 디지털 값인 IEC 61850 기반의 SV(Sampled Value)로 변환해 전송해주는 스마트센서 역할을 한다.
‘고신뢰 네트워크 장치’는 한쪽 네트워크에서 문제가 발생한 경우 다른 네트워크로 지연시간 없이 데이터 통신을 가능하게 하는 기술로, 어떠한 고장상황에도 끊김 없이 통신 연결성을 보장해 준다. 변전소 내 상·하위 네트워크에 연결된 수많은 지능형 전기설비 보호기기와 제어기기 간에 주고받는 데이터들의 시간정보를 GPS의 시각신호에 정확히 맞추는 ‘고정밀 시각동기화’도 가능하다.
이미 한국전력(대전세종충남본부)와 함께 154kV 디지털변전소에 실증, 기존 네트워크 구축 대비 비용과 복잡성을 대폭 낮출 수 있음을 확인했다. 보호 제어 측면에서도 높은 신뢰성을 입증했다. 임의로 발생하는 변전설비와 통신망 고장에도 지연 없이 바로 회복하는 뛰어난 성능을 보여줬다.
개발 기술은 지난 해 9월 1주일간 미국 전력연구소(EPRI)에서 열린 상호호환성 및 운영성 시험(UCAIug 2019 IEC61850 IOP)을 성공적으로 통과했다. KERI는 국제 시험의 성공이 국내 전력산업 분야의 디지털화에 새로운 활력을 불어넣을 것이라 보고, 기술 보급에 힘쓴다는 계획이다.
◇마이크로파 유도가열 열처리 기술

   
마이크로파 유도가열 열처리 기기

KERI 나노융합연구센터가 마이크로파를 활용한 유도가열 기술로, 금속 나노박막을 ‘연속적이면서도 균일하게 고속 열처리’할 수 있는 기술 개발에 성공했다.
'마이크로파 유도가열 기술'은 전자레인지에서 사용하는 2.45GHz 주파수의 마이크로파 자기장을 활용해 금속 등 전도성 소재로 이뤄진 박막을 순간적으로 고온 가열할 수 있는 기술이다.
기존의 유도가열 기술은 수십 kHz 수준의 주파수를 가지는 자기장을 만들어 금속 소재를 가열하는 방식으로, 조리용 인덕션 기구 등 밀리미터(mm) 수준의 두꺼운 소재에만 적용할 수 있었다. 하지만 전자기장의 주파수에 따라 금속에 대한 침투깊이가 달라지다 보니 기존 기술로는 1㎛(1mm의 1000분의 1) 이하 얇은 두께를 가지는 나노박막은 가열할 수가 없었다.
KERI가 개발한 ‘마이크로파 유도가열 기술’은 전도성 표면에 자기장에 의한 유도전류를 발생시켜 저항열로 나노박막을 가열하는 원리다. 전기에너지에서 열에너지로 전환되는 효율이 70%에 이를 정도의 높은 에너지 전환 효율을 기반으로, 나노미터 수준의 두께를 가지는 얇은 전도성 박막을 1초 이내에 1,000℃ 이상 온도로 빠르게 열처리할 수 있다. 열처리가 필요한 전도성 박막만을 선택적이고, 순간적으로 고온 가열할 수 있는 획기적인 기술인 것이다.
더 나아가 넓은 면적에서도 연속성과 균일성을 확보하며 안정적인 열처리가 가능한 기술 수준까지 도달했다. 마이크로파 유도가열 기술의 핵심인 ‘유전체 공진’을 통해, 자기장의 패턴을 변형시켜 나노박막의 발열 분포를 조절할 수 있게 된 것이다. 대면적에서도 안정적으로 열처리가 가능해졌다.
연구팀은 개발한 기술을 활용해, 공정 과정에서 1초당 100mm의 속도로 흘러가는 로이유리를 500℃ 이상의 온도(유리가 견디는 수준)로 균일하게 열처리하는 데 성공했다. 열처리된 로이유리는 코팅된 은 나노박막의 결정성 향상으로 전도성이 30% 높아졌다. 그 결과 태양광의 열적외선 반사율(단열효과)이 5% 이상, 가시광선 투과율(채광효과)이 2.5% 이상 개선되는 것을 확인했다. 마이크로파 유도가열 기술을 활용해 대면적의 로이유리를 효율적으로 열처리해 상용화할 수 있는 기반을 마련한 것이다.
연구팀은 로이유리 열처리 공정을 개발하고자 하는 기업을 대상으로 기술 사업화를 추진하고 있다. 상용화에 성공한다면 로이유리 열처리 공정장비 시장을 새롭게 창출하고, 전 세계 시장에서 독점적 지위를 확보할 것으로 기대하고 있다. 향후 금속 나노박막을 사용하는 디스플레이, 반도체 소자, 태양전지 등의 열처리 공정에도 활용될 수 있는 핵심기술들을 지속적으로 연구·개발한다는 목표다.
◇초전도 절연기술
KERI 초전도연구센터는 의료 진단기기인 MRI(자기공명영상)의 크기와 무게를 획기적으로 줄일 수 있는 초전도 절연기술을 개발했다. 국내외 다수 병원들이 MRI의 큰 부피와 무거운 무게로 인한 건물 관리로 많은 어려움을 겪고 있다. KERI가 개발한 기술이 의료계의 많은 관심을 받는 대목이다.
KERI 연구팀은 초전도선의 발열 문제를 보완하면서, 구리의 양도 획기적으로 줄일 수 있는 ‘스마트 인슐레이션(Smart Insulation)’ 기술을 개발했다. 이 특수한 기술은 정상 동작 시에는 일반 절연체와 같이 전기가 새지 않도록 ‘절연’ 기능을 수행하다가, 초전도선의 발열이 시작되면 자동으로 전기의 흐름을 돕는 ‘도전재’로 변신해서 전류가 선과 선 사이를 건너갈 수 있게 해준다.
기존에는 1개의 선마다 전류를 감당할 수 있는 많은 양의 구리를 넣어야 했지만, 스마트 인슐레이션 기술을 활용하면 발열 발생 시 인근의 선들과 전류를 나누어 감당할 수 있기 때문에 초전도선을 둘러싸는 보험 성격의 구리 양을 대폭 줄일 수 있게 됐다. 이를 통해 위험성은 줄이면서도 전류밀도가 높은 ‘콤팩트(compact)’한 초전도 전자석이 탄생할 수 있게 됐다.
연구팀은 이번 기술이 MRI를 보유한 병원 관계자들의 많은 관심을 받을 것이라고 보고 기술이전 및 상용화를 추진하고 있다. 현재 우리나라 포함 5개국 특허를 출원한 상태이며, 향후 지속적인 국내외 학회 및 전시회를 통해 기술홍보에 나선다는 계획이다.

0
0
전력경제의 다른기사 보기  
ⓒ 전력경제신문(http://www.epetimes.com) 무단전재 및 재배포금지 | 저작권문의  

     
전체기사의견(0)  
 
   * 200자까지 쓰실 수 있습니다. (현재 0 byte/최대 400byte)
   * 욕설등 인신공격성 글은 삭제 합니다. [운영원칙]
전체기사의견(0)
전력경제소개 | 기자이메일 | 자유게시판 | 구독신청 |기사제보 | 광고문의 | 제휴안내 | 이메일무단수집거부 | 개인정보취급방침 | 청소년보호정책
제호 : 인터넷전력경제 | 등록번호 : 서울 아00205 | 등록·발행일자 : 2006년 5월 12일 | 발행인 : 조순형 | 편집인 : 김홍섭 | 청소년보호책임자 : 김홍섭
Copyright by 2006 (주)전력경제신문사  서울 서초구 명달로 22길 12-12(서초3동 1515-5 )UNK빌딩 4층 | 전화 : 02-582-0048(대표) | 문의 : 문의메일