한전 전력연구원 연구·개발 성과 21선 공개…본지, 21개 성과를 4개 분야로 나눠 모두 소개
한전 전력연구원은 지난달 31일 광주 김대중컨벤션센터에서 ‘전력기술 R&D 성과 컨퍼런스’를 개최해 그동안의 연구·개발 성과를 소개했다.
우리가 ‘미래’의 것으로 여기던 소재·기술·시스템이 ‘현재’에서 선을 보였다.
전력연구원이 전시한 성과는 신소재, 탄소자원화, 신재생에너지 및 스마트발전 분야 등 3개 분야 21개 작품이다.
본지는 신소재 분야를 비롯한 4개 분야(신재생에너지·스마트발전을 2개 분야로 분할)로 나눠 21개 성과를 모두 소개한다.
첫 번째로 소개할 분야는 신소재 분야 5개 성과물이다.
◆최대 70%까지 발전효율 달성이 가능한 청정 발전 방식
한전 전력연구원이 개발한 ‘KEPCO Ecogen-3k’ 기술은 수소, 메탄, 천연가스 등을 전기화학반응을 이용해 전기에너지로 직접 변환하는 발전 방식이다. 40~70%의 높은 발전효율을 자랑한다.
KEPCO Ecogen-3k 시스템은 ▲고체산화물 연료전지를 이용한 가정용 3kW급 열병합 발전 시스템 ▲연료극 후단가스 재처리를 통한 연료 이용률 증대 ▲주변기기 자체 개발을 통한 열효율 증대 ▲도시가스 이용 운전으로 1000시간 연속 운전 등의 성과를 냈다.
한전 전력연구원은 “KEPCO Ecogen-3k는 기존 전기 그리드·보일러와 비교해 30~50% 에너지 절약 및 이산화탄소 배출량 30% 감소 효과가 있을 것”이라고 밝혔다.
이 시스템은 향후 건물·분산발전용 고체산화물연료전지(SOFC) 발전시스템, 마이크로그리드 SOFC 및 에너지 자립 타운 등에 활용될 전망이다.
한편, 이 연구·개발 담당자인 유영성 수석연구원은 컨퍼런스에서 시행된 우수성과자 포상에서 장관상을 수상하는 영예를 안았다.
◆ESS 수명을 1.5배까지 늘려줄 그래핀 슈퍼커패시터
‘그래핀 슈퍼커패시터’는 그래핀 전극을 슈퍼커패시터에 사용해 에너지밀도를 높인 차세대 에너지저장장치(ESS)다.
기존 활성탄 슈퍼커패시터에 비해 4.6배 이상의 에너지밀도(셀 기준 18.5Wh/kg)를 가진 3000F 원통형 슈퍼커패시터는 향후 ESS용 단위 모듈 시작품 제작에 이용될 계획이다.
3000F 원통형 셀은 ESS를 구성하는 가장 기본 단위 셀로, 18개를 직렬로 연결하면 48V의 ESS 단위 모듈을 구성한다.
한전 전력연구원은 2020년까지 1100V급 ESS를 제작하고 전력계통과 연계한다는 계획이다.
그래핀 슈퍼커패시터를 현재 주파수 조정용 ESS에 사용되는 리튬이온전지와 병행하면 ESS의 수명이 1.5배까지 늘어날 전망이다.
이 연구·개발을 담당한 한영희 책임연구원은 한전 사장상을 수상했다.
◆에너지 변환효율은 2배 상승, 원가는 12.5% 절약…차세대 태양전지
페로브스카이트(Perovskite)를 이용한 ‘페로브스카이트 태양전지’는 기존 실리콘 태양전지보다 에너지 변환효율이 2배 이상 높고, 패널 원가를 최대 12.5% 절약할 수 있다.
이 페로브스카이트 태양전지를 발코니나 벽면 등 건물 외부에 장착해 자체적으로 전기를 생산·활용할 수 있다.
전력연구원은 페로브스카이트 태양전지를 유리창호로 사용이 가능하도록 2020년까지 개발한 후 사업화를 추진한다.
유리창호형 태양전지를 20층 건물에 설치할 경우 200kW급 이상의 전력을 생산할 수 있다.
이를 통해 연간 210t의 이산화탄소를 저감할 수 있다는 것이 한전 전력연구원 측의 설명이다.
◆경제성과 안전성을 동시에 해결하는 ‘ESS용 망간기반 수계 이차전지’
리튬이온을 대체하는 망간이 ESS에 사용될 전망이다. 한전 전력연구원은 ESS에 사용되는 리튬을 망간으로 대체함으로써 경제성·장(長)수명을 확보했다.
망간기반 수계 이차전지는 이밖에도 난연·불연성 소재를 개발해 기존 리튬을 이용한 이차전지와 비교할 때 안전하고 유지관리가 쉽다.
한전 전력연구원은 망간기반 수계 이차전지를 ▲계통 피크 저감·주파수 조정용 ESS ▲신재생 출력 안정화용 ESS ▲건물 에너지 관리를 위한 옥내용 비가연성 ESS 등에 활용할 예정이라고 밝혔다.
◆가스터빈, 가동중단 없이 열차폐 코팅
앞으로는 가스터빈을 코팅할 때 가동을 중지하지 않아도 된다. 한전 전력연구원이 내놓은 성과 중에는 ‘가스터빈 운전 중 코팅 기술’도 포함됐다.
유기금속화합물 연소코팅제를 가스터빈 연소기에 주입하면 정전기 효과 때문에 가스터빈에 금속산화물 코팅층이 형성되는 원리다.
가스터빈을 가동하면서 3시간 정도 코팅작업을 하면 4개월 동안 유지된다.
코팅작업은 고온에 노출되는 가스터빈의 특성상 부품 내구성 향상에 목적이 있지만, 가스터빈의 열효율도 향상돼 일석이조의 효과를 누릴 수 있다.
한전 전력연구원은 “새로운 기술을 이용하면 가스터빈에 사용되는 연료를 1% 절감하고 가스터빈 내 부품 수명이 50% 이상 증가한다”고 밝혔다.