1. 1 친환경
   CCUS 6건
   485억원

   ·CO₂ 포집
   ·CO₂ 활용
   수소생산·활용 5건
   415억원

   ·그린 수소
   ·블루 수소
   ·혼소 발전
   친환경 설비 9건
   386억원

   ·Eco 변전소
   ·Eco GIS
   ·미세먼지 저감
2. 2 에너지전환
   전력망 안정화 21건
   1,500억원

   ·재생 E 통합관제/운영
   ·관성 에너지 공급
   ·신재생 출력제어
   ·P2G
   분산 전원 10건
   747억원

   ·해상풍력
   ·태양광
   ·초임계 CO₂/폐열원 활용
   ·연료전지
   수용력 확대 15건
   402억원

   ·ESS/N WAs
   ·스마트 인버터/연계기준
   ·HVDC/DC배전
   ·유연운전
   ·설비 수용 용량 증대
3. 3 에너지 효율
   전기화 4건
   224억원

   ·섹터커플링
   ·EV 충전
   ·P2X, X2P
   ·DR, VPP
   스마트 미터 1건
   153억원

   ·AMI
   ·에너지 프로슈머
   스마트 서비스 7건
   197억원

   ·스마트시티
   ·X-EMS
   ·MG
4. 4 재난/안전
   재난 대응 6건
   107억원

   ·안전관리
   ·복합재난
   작업자/설비안전 18건
   696억원

   ·로봇드론
   ·전자파
   ·설계 기준
   사이버 보안 2건
   48억원

   ·정보보호
   ·보안관제
5. 5 디지털화
   설비 지능화 22건
   1,282억원

   ·ADMS
   ·IDPP
   ·IDSS
   O&M 고도화 41건
   1,578억원

   ·IoT
   ·WAMAC
   ·진단장치/기법

탄소중립을 앞당기는 우리 회사의 R&D 역량01

탄소중립을 앞당기는
우리 회사의 R&D

파리협정(2016년 발효), UN 기후정상회의(2019.9) 이후 COVID-19 사태로 기후변화의 심각성 인식이 확대됨에 따라 주요국의 탄소중립 선언이 가속화되고 있다. 이러한 탄소중립 움직임은 글로벌 신(新) 패러다임으로 대두되어 규제강화와 친환경 시장의 급성장을 촉진하고 있으며, 특히 온실가스 감축 중심의 ‘적응적(Adaptive) 감축’에서 새로운 경제·사회 발전전략 수립을 통한 ‘능동적(Proactive) 대응’으로 진행되고 있다. 기후 위기 대응을 위한 주요국의 탄소중립 선언 가속화에 발맞추어 우리 정부도 2020년 10월 ‘2050 탄소중립 선언’에 이어, 2020년 12월 ‘2050 탄소중립 추진전략’을 발표하였다. 탄소중립을 위한 우리나라의 2030년 온실가스 감축 목표는 2017년 온실가스 총 배출량의 24.4% 수준인 1억 7천만 톤을 감축하고 2050년에는 탄소배출을 0으로 만드는 것을 목표로 하고 있다.
전 세계적인 탄소중립 상황에서도 에너지 수요에 따른 화석연료의 수요와 이로 인한 온실가스 배출 증가는 지속될 것으로 예측된다. 2020년 발표된 제9차 전력수급기본계획에 따르면 발전설비 용량 기준, 석탄과 LNG 용량은 2020년 40.4%, 25.6%에서 2034년 29.9%, 23.3%로 줄어들고 있지만 여전히 화석연료 기반의 발전설비가 과반을 차지한다. 또한 2018년 기준 우리나라에서 배출되는 온실가스의 총량은 727.6Mt으로 이중 전환 분야(에너지·산업)가 차지하는 비율은 45.5%에 이르며 특히 발전 분야가 차지하는 비율은 약 30% 수준으로 상당히 높은 상황이다.
IEA 보고서(IEA Energy Technology Perspective, 2020)에서 제시된 바와 같이 탄소중립 달성을 위해서는 산업, 건물 및 수송 등 전 에너지 소비 부문에서의 효율 향상과 수요 감축이 이루어져야 하며, 무탄소 전원의 공급을 획기적으로 증대시킬 필요가 있다.
이를 위해서는 재생에너지 기반의 전력 생산 비중 확대와 이를 수용하기 위한 전력 계통의 혁신 및 친환경 에너지 캐리어인 그린 수소의 적극적 활용이 필요하다. 이와 함께 현재 가동 중인 석탄발전소에서 배출되는 CO₂ 처리를 위한 탄소 포집 및 활용 기술의 상용화가 요구된다.
이와 관련하여 전력연구원은 2050 국가 탄소중립 달성을 위해 에너지전환, 친환경, 에너지 효율 향상, 디지털화 및 재난/안전 등 5대 연구 분야를 설정, 국내 탄소중립 생태계 구축을 위한 다양한 기술을 개발하고 있다. 에너지전환 분야의 경우, 향후 재생에너지 기반 분산 전원의 확대와 다원화 대응을 위한 경제성 확보와 전력망 재생에너지 수용성 향상 및 안정적 전력망 운영을 위한 운영 고도화 기술 연구를 진행 중이다. 친환경 기술로는 대규모 온실가스 배출원인 화력발전소에서 배출되는 CO₂의 포집 및 활용 기술 개발과 수소 경제에 대비한 친환경 수소 생산, 저장 및 활용연구를 진행 중이며, 6대 온실가스 중 하나로 국내 전력설비에 많이 활용되고 있는 SF6(육불화황) 대체 친환경 전력설비 기술을 개발하였다.
에너지 효율 측면에서는 분산 발전의 보편화에 따른 다양한 산업 분야의 전기화가 가속화될 것으로 예상됨에 따라 전력 계통의 수용 능력을 고려하면서 재생에너지의 확대가 진행될 수 있는 재생에너지 연계 전력-비전력 부문 간 결합(섹터 커플링, Sector Coupling), EV 충전기술 및 다양한 스마트 서비스 기술을 개발 중이다.

탄소중립을 앞당기는 우리 회사의 R&D 역량02

회사의 주요 R&D 성과 탄소중립의 미래를 앞당기기 위해 전력연구원에서 개발 중인
핵심기술과 현재까지의 주요 성과를 소개한다

불투명 2.5×2.5cm2 페로브스카이트 태양전지 소자

반투명 2.5×2.5cm2 페로브스카이트 태양전지 소자

페로브스카이트 태양전지

태양광 발전은 주로 대규모 태양광 발전소의 구조물 또는 건물의 지붕 등에 태양전지를 설치하는 형태가 주를 이루었으나, 근래에 와서 설치부지 확보, 시공비, 심미성 등의 문제를 개선하기 위한 ‘BIPV’에 대한 관심이 높아지고 있다. BIPV는 Building Integrated Photovoltaic System의 약자로 건물일체형 태양광 발전시스템을 의미한다. 이 기술은 건물의 외벽, 지붕, 창호 등 기존의 건축물을 활용하기 때문에 신규 설치 부지 확보에 필요한 비용을 절감할 수 있으며, 건물의 외관 디자인에 활용할 수 있고, 실내로 투과되는 태양광을 차단할 수 있다는 장점이 있다. 특히 페로브스카이트 태양전지는 투과도 및 색채를 조절할 수 있어 유리 창호로 적용하여 건물의 에너지 자립뿐 아니라 심미성 개선, 채광 조절 등의 긍정적 효과를 얻을 수 있다. 관련하여 전력연구원은 2017년부터 국내외 연구기관과 공동연구를 수행하여 세계 최고 수준의 효율인 20.4%를 달성하였다. 페로브스카이트 태양전지는 1,000℃ 이상의 고온 생산 공정이 필요한 실리콘 태양전지와 달리 400℃ 이하의 공정을 통해 생산이 가능하여 생산비용이 낮고, 빛을 전기로 전환하는 광전변환효율이 실리콘 태양전지와 유사하여 차세대 태양전지로 주목받고 있다.

해상풍력 일괄설치 기술

해상풍력 일괄설치 시스템

전력연구원은 국내 해상 풍력발전의 보급 확대를 위한 해상풍력 일괄설치 기술을 세계 최초로 개발하였다. 해상풍력 일괄설치 기술은 안전한 항구에서 발전기 하부기초와 상부터빈을 모두 조립한 후 발전기 전체 구조물을 들어 올려 바다로 운송해 설치하는 기술이다. 기존 해상풍력 설치 방법은 하부기초를 말뚝을 박아 지반에 고정하는 방식으로 암반굴착과 시멘트액 주입 공정을 피할 수 없어 항타(抗打)소음, 부유사 발생 및 시멘트 주입재로 인한 해양오염 위험성이 있었다. 또한 복잡한 공정으로 터빈 설치까지의 해상공사 기간이 최대 90일이 소모되며 해상 기상악화 시에는 사업 지연 가능성도 매우 높았다. 그러나 전력연구원의 해상풍력 일괄 설치 기술은 자체 개발한 석션기초 설치기술을 활용해 풍력발전기를 바다에 설치하기 때문에 설치기간이 단축될 뿐만 아니라 소음·진동과 부유사 발생이 없어 친환경 효과가 크며 단 10일 만에 설치를 완료할 수 있는 신개념 공법이다. 관련하여 전력연구원은 최대 1,500톤의 중량과 구조물 높이 140m의 고중량·초장대 풍력터빈 구조물을 안정적으로 들어 올려 운송하기 위한 선체 운동 해석 기술 및 운송 전복방지기술 등을 개발해 운송설치 시스템을 최적화하였으며 이를 통해 5MW 터빈 기준 풍력발전기 설치비를 약 37억 원 절감했으며, 해상 설치기간은 기존 90일에서 10일로 단축시켰다.

건식 CO₂ 포집 플랜트(하동)

습식 CO₂ 포집 플랜트(보령)

CO₂ 포집 및 활용 기술

500MW급 석탄발전소 1기에서는 연간 약 300만 톤의 CO₂가 배출된다. 따라서 대규모 온실가스 배출원인 석탄발전소 배출 CO₂의 저감은 국가 탄소중립 달성을 위한 핵심요소로 평가된다. 관련하여 전력연구원은 대량으로 배출되는 CO₂ 저감을 위해 발전소에서 연료 연소 후 발생되는 배기가스 중에 포함된 CO₂만을 고순도로 포집하여 격리할 수 있는 CO₂ 포집기술을 개발하고 있다. 본 기술은 2000년 초반 개발을 시작하여 단계적 연구 과정을 거친 후, 국내 최대 규모인 10MW급 (일일 CO₂ 처리량 200톤) CO₂ 포집 파일럿플랜트 연구를 성공적으로 완료하였다. 특히 보령화력본부에 설치된 10MW급 습식아민 CO₂ 포집 플랜트에서는 기존기술 대비 에너지 사용량을 대폭 절감하고 누적 15,000시간 이상 안정적 운전을 달성하여 산업현장에 즉시 적용 가능한 성능의 기술임을 입증하였다. 개발한 실증설비는 함께 구축된 150톤 CO₂/일 규모의 압축·액화설비와 연계하여 포집된 CO₂를 활용함으로써 연간 5만 톤의 온실가스를 감축함과 동시에 생산된 CO₂를 농산물 생장 증진, 조선 산업, 식음료 등에 활용하여 수익을 창출하고 있다. CO₂ 포집기술과 함께 발생된 CO₂를 유용한 물질로 전환하여 활용하는 기술을 개발 중이다. 현재까지 다양한 CO₂ 활용기술이 제안되고 있는 가운데 우리 연구원에서는 전력산업에 적용이 용이하고, 온실가스 저감 잠재량 및 경제성이 높은 CO₂ 활용 중탄산소다 생산기술을 개발하고 민간기업(롯데케미칼)에 기술을 이전하여 상용화를 추진하고 있으며 향후 시멘트, 제철산업 등으로 적용처를 확대할 계획이다.

*본 내용은 YTN 라디오 ‘생생경제’에서도 소개되었습니다.