[창간 19주년] 4차 산업혁명 핵심, 전력기술이다

[투데이에너지 김병욱 기자] 한국전력공사 전력연구원(원장 배성환)은 지난 1961년 개원한 한국전력공사의 기업부설연구소다.

특히 안정적인 전력공급을 위해 발전소 및 변전소 등 각종 전력설비의 예방진단, 고장복구 등 기술지원을 수행하고 있으며 국내 건설사 등이 수행하고 있는 해외사업의 원활한 운영을 위한 기계, 전기분야의 각종 기술지원을 제공, 해외수출을 촉진하고 있는 전력연구원에 대해 살펴본다.
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또한 전력연구원은 △세계 3대 국제발명전 연속 수상(제네바, 피츠버그, 모스크바) △광복70주년 과학기술 대표성과 70선에 765 kV 송전기술 국산화 등 3건이 포함되는 등 기술 우수성을 해외에서 인정받고 있다.

이런 노력에 의해 △캐나다와 모잠비크에 마이크로그리드 수출 △세계 최대 규모인 총 236 MW 에너지저장장치(ESS) 운용기술 개발 △세계 최고 효율을 갖는 이산화탄소 흡수제 개발 △디지털 변전 시험기술의 미국 수출 등의 성과가 나타났다.

이들 성과를 바탕으로 전력연구원은 우리나라가 세계 최고 품질의 전기를 국민에게 안정적으로 저렴하게 공급해 국민의 삶의 질을 높이는데 기여해 왔다.

■주요 업무 및 하반기 계획

전력연구원은 올해 산·학·연과 같이 제4차 산업혁명 핵심기술 개발에 주력할 방침이다.

현재 진행 중인 제4차 산업혁명 연구과제를 확대해 빅데이터, 인공지능 등을 통한 전력설비를 지능화하고 사물인터넷과 센서 기술을 활용해 전력 데이터를 체계화하며 가상현실, 드론 및 로봇, 블록체인 기술 등을 폭넓게 적용함으로써 에너지분야 4차 산업혁명을 주도할 계획이다.

또한 그래핀 슈퍼커패시터와, 페로브스카이트 태양전지, 화합물 전력반도체 기술을 확보해 전력 및 신재생 사업환경을 혁신적으로 개선할 예정이다. 동시에 전력연구원이 한전의 중장기 2025전략에 따라 개발 중인 기후변화 대응 및 에너지신사업 창출 10대 전략기술을 다양한 사업모델로 개발해 에너지신사업 현장에 상용화할 계획이다.

또한 전력연구원은 기후변화 대응을 위해 CO₂ 저감 기술개발을 경주하고 있다. 부산물 연료화, 석탄화력 가스화 전환 기술을 통해 CO₂를 저감하고 순환유동층 보일러, 순산소 연소 가스터빈 기술을 통해 발전 효율을 향상시킬 예정이며 국내 최대 규모인 CO₂ 분리막 실증플랜트를 당진화력에 설치할 계획이다.

또한 IoT 오픈랩을 비롯해 134종의 기자재를 개방, 중소기업을 지원할 계획이다. R&D 실증 지역을 중심으로 다양한 형태의 상생 프로그램을 추진하며 발전소 인근에는 미세먼지 정보를, 낙뢰, 지진계 설치 지역에는 기상정보를 제공할 예정이다.

에너지밸리 활성화를 위해 6대 특화기술 과제를 운영하고 에너지신기술실증센터를 오는 2020년까지 건립할 계획이다. 동시에 기초연구의 규모도 확대해 지역 거점대학 특화 R&D, 기획위원회, 자유공모 등을 통해 전년대비 150억원이 증액된 200억원, 총 149개의 기초과제를 수행할 방침이다.

전력연구원은 한전의 안정적 전력공급과 해외사업 수익증대을 지속적으로 지원하고 있다. 국내외 발전, 송배전 모든 분야에서 예방정비, 사고복구 및 설비진단을 강화할 계획이다.

■제4차 산업혁명 관련 연구개발

전력연구원은 3D 프린팅을 이용한 전력설비 진단용 IoT 센서모듈 제조 기술과 스마트센싱 기술을 개발 중에 있다. 또한 동물의 모양과 행동을 흉내 낸 생체모방 로봇과 드론 등을 통해 전력설비를 원격에서 자동으로 감시할 수 있도록 개발 중에 있다.

또한 운영자가 전력망을 최적 상태로 운영할 수 있도록 빅데이터를 통한 실시간 전력망 상황 분석 및 인공지능 등의 기술을 개발 중에 있으며 전력설비 고장예측진단 및 조기 고장경보시스템, 빅데이터 기반 터빈 블레이드 고장 감시 시스템, 상태추론 기반 배전설비 예지 등은 발전부터 송배전까지 전체 전력시스템의 상태를 진단해 최적 운전조건을 찾아낼 수 있다.

지능화된 전력망은 화력발전 통합운영, 디지털변전소, 배전지능화시스템 등 전력산업 플랫폼 기술을 기반으로 구성된다. 또한 가상현실(VR), 증강현실(AR)의 기술은 전력설비의 유지관리와 교육훈련 등에 사용되어 설비 관리를 고도화한다.

신소재분야에서는 망간을 이용한 이차전지, 레독스 흐름전지, 건물일체형 고효율 페로브스카이트 태양전지, 대용량 슈퍼커패시터 모듈, 나노 열전소재 등 신소재를 통해 에너지의 저장과 활용을 용이하게 함은 물론 전력망의 안정성을 확보할 예정이다.

현재 한전은 ‘4차 산업혁명 핵심기술 확보 T/F’를 구성해 미래유망기술을 발굴하고 중장기 연구개발 전략을 수립해 제4차 산업혁명을 이끌기 위한 투자를 확대할 예정이다.

중장기 연구개발 전략의 4차 산업혁명 핵심기술의 연구개발을 우선 발굴해 수행하는 등 현재 전체 연구개발비의 32% 수준이 4차 산업혁명 관련 연구예산을 50% 수준으로 확대할 방침이다.

■해외사업 추진

청정발전분야에서는 남아공, 베네수엘라, 인도 등을 대상으로 전력연구원이 개발한 설비 상태진단 시스템, 수명 및 성능평가 프로그램, 성능복구 비용평가 프로그램 등을 패키지화한 성능복구 사업(ROMM)을 추진할 예정이다.

또한 가스터빈의 수명 향상과 효율 향상을 위한 가스터빈 운전 중 코팅기술은 이란 및 사우디아라비아의 가스터빈을 대상으로 실증을 확대할 방침이다.

세계 최대 규모인 총 236MW의 에너지저장장치(ESS)의 해외사업 발굴을 위해 전력연구원은 에너지저장장치 운영시스템의 풍력안정, 피크저감, 주파수조정 등 주요기능 알고리즘을 다양화하고 REC 시장 등 보조 서비스를 개발해 북미 및 독일의 에너지저장장치 사업을 추진할 계획이다.

또한 지난 2015년 전력연구원이 제주에 설치한 세계 최대의 154kV 초전도케이블을 대상으로 컨소시엄을 구성해 네덜란드 등에 해외사업을 추진할 예정이다.

이 밖에 지난 2016년 완공된 캐나다 마이크로그리드 사업 경험을 바탕으로 올해는 공장 등 다양한 응용패키지를 개발하는 한편 현지 맞춤형 비즈니스 모델까지 수립해 공급하는 전화사업용 마이크로그리드 사업을 미국 등 북미는 물론 아프리카 및 동남아로 확대할 계획이다.

전력연구원은 말레이시아 국영전력사인 TNB가 운영 중인 가스터빈 고온부품의 열화관리시스템 개발을 위한 연구용역, 해상풍력 발전기의 신개념 지지구조 설계평가(영국) 및 스마트 석션파일 지지력해석 프로그램 개발(미국) 등을 계속 수행 중이다.

지난 2016년에는 발전용 가스터빈에 저열량가스 적용을 위한 연소기술 개발을 위해 일본 MHPS와 공동연구, 말레이시아 TNB로부터 식물 열매 찌꺼기를 바이오연로로 이용하는 연료화 공정과 실증시스템 개발 운영을 위한 수탁용역, 독일에 전력연구원이 개발한 주파수조정용 에너지저장장치를 적용하기 위한 국제공동연구 등을 새롭게 착수한다.

또한 중국 화능집단과의 연소 후 습식 CO₂ 포집기술 국제공동연구를 통해 중국 내 중국의 CCS 시장진출 교두보를 확보 중에 있다.

■전력 사물인터넷(IoT) 오픈랩 구축

전력연구원은 전력에너지 관련 대학 및 산업계가 사물인터넷 기술 및 제품 개발을 손쉽게 할 수 있도록 전력연구원(대전), 전력시험센터(고창) 및 창조경제혁신센터(나주) 등 3곳에 ‘전력 사물인터넷(IoT) 오픈랩’을 구축해 지난 2월 오픈했다

‘전력 사물인터넷 오픈랩’은 변압기 등 각종 전력설비는 물론 사물인터넷 동작 시험장비, 무선센서, 통신장비 등 전력 사물인터넷 표준 설비를 갖춰 사물인터넷 관련 업체와 대학에서 기초연구와 신제품 개발은 물론 전력설비 운영자 및 소비자를 위한 서비스 개발 등에 활용할 수 있다.

전력연구원의 관계자는 “새로운 미래를 준비하기 위해 인공지능, 사물인터넷, 빅데이터, 가상현실 등 제4차 산업혁명을 불러오는 기술의 개발에 핵심역량을 집중하고 있다”라며 “에너지신산업 창출을 통해 제4차 산업혁명을 실현하고 있다”고 밝혔다.