[에너지코리아 11월]한국전력 전력연구원은 올해 이산화탄소 포집 및 자원화 기술, 미세먼지 관리 및 제어 기술, 세계 최초 주파수추종용 ESS 기술의 184MW 사업화, 전기자동차용 6.6kW급 무선전력 충전기 개발, IEC 61850 디지털변전기술 Total 솔루션 기술 개발 등을 진행해 괄목할 만한 성과를 얻었다. 특히 산·학·연·정 전력에너지산업 관련 모든 R&D기관이 참여하는‘2016 전력기술 R&D성과 발표회’ 에서‘연소후 CO 2 포집기술’과‘IEC61850 디지털변전소 성능시험 기술’은 우수성과로 선정돼 연구개발 단체상을 수상할 예정이다. 주요 성과를 소개한다. 글│정욱형 |
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CO 2 포집·자원화기술개발 성과 가시화
우리나라는 지난 2015년 6월에 2030년까지 CO 2 등 온실가스 배출 량을 배출전망(BAU) 대비 37% 감축해야 한다는 목표를 세웠다. 현재 발전부문의 온실가스 배출량이 우리나라 전체 배출량의 40%를 차지 하고 있어 다양한 이산화탄소 포집 기술의 개발은 매우 중요하다.
한전 전력연구원은 발전소의 온실가스 배출을 줄이기 위해 2000년 초반부터 석탄연소 전후 CO 2 포집기술을 개발 중에 있다. 습식 CO 2 포집기술은 고효율 흡수제 및 공정개발이 가장 중요한 기술로, 전력연구원은 1,000 종 이상의 아민 흡수제를 스크리 닝해 고효율 신흡수제(KoSol)를 개발했고, 다양한 공정업그레이드 사항을 도출 10MW급 습식아민 CO 2 포집설비에 적용해 우수한 성능을 검증 완료했다.
특히 10MW CO 2 포집플랜트를 보령화력본부에 구축하여 장시간 연속운전 3,000시간에 성공했다.
개발된 CO 2 흡수제는 90% 이상의 포집효율과 상용흡수제 대비 35% 에너지 저감을 보이며, 일일 180톤 이상의 CO 2 를 안정적으로 포집하는 최고 수준의 성능을 보이고 있다. 이는 국내 최대규모 설비에서 독자개발 습식 CO 2 포집기술의 안전성과 신뢰성을 확보해 상용설비 (100~500MW) 격상을 위한 기반을 마련했다는 평가를 듣고 있다.
분리막 CO 2 포집기술은 국내 중소기업인 아스트로마와 기술 연계를 통해 저비용·고효율의 분리막 개발 및 공정 조기실증과 이를 활용한 기술사업화를 동시 다발적으로 추진 중이다.
건식 CO 2 포집기술은 실험실 규모에서 10MW까지 국내 기술진에 의해 핵심 기술인 고체 흡수제와 유동층 공정을 개발했다. 이후 단계 격상을 통해 공정 설계기술, 건설·시공 및 운영 기술도 확보하 여, 건식 포집 기술분야의 세계 최초·최대 규모로 국제기술을 선도 하고 있다. 이 기술은 세계 최초·최대 규모 10MW CO 2 포집플랜트를 하동 화력본부에 건설하여 장시간 (2,300시간) 연속운전으로 상용화를 위한 Track Record를 확보했다.
CO 2 활용기술의 경우, 고부가 화합물 생산기술은 기존의 실험 결과를 바탕으로 150톤의 중탄 산나트륨 공정실증을 화력발전소 현장에 추진하고 있으며, 미세조 류를 이용한 바이오매스 생산 기술은 원천기술을 확보해 대용량 화를 위한 실증시험을 준비 중에 있다. 또한 해양저장기술은 하루 0.25톤의 CO 2 를 처리할 수 있는 프로토 타입의 이산화탄소 변환· 농축 모듈시스템을 통한 해양저장 시험평가를 완료했다.
전력연구원은 저비용·고효율의 CO 2 배출 저감 기술 개발을 통해 우리나라의 온실가스 감축목 표량 달성에 기여하고 있다. 또한 CO 2 자원화 기술개발을 계기로 발전소 및 제철ㆍ석유화학 공장 등에서 배출되는 CO 2 배출 저감을 통해 우리나라의 온실가스 감축 목표량 달성에 기여하는 것은 물론 중탄산나트륨 등 다양한 고부가화합물의 생산을 통한 에너 지신산업 창출의 계기로 적극 활용해 나갈 계획이다.
미세먼지 관리·제어기술로 방출량 규명
지난 5월 10일 정부 국무회의 에서 미세먼지 저감을 위한 특단의 대책을 수립하라는 대통령의 지시가 있은 후, 감사원 및 여론 으로부터 국내 화력발전소가 미세먼지의 발생원으로 부상했다.
한전은 미세먼지 저감에 있어서의 기여 방안을 강구하게 되었고 이를 실행하기 위한 연구과제의 수행을 추진키로 결정했다.
한전 전력연구원은 국내 주요 화력발전소를 대상으로 탈질설비, 열교환기, 전기집진기, 탈황 설비등 주요 공정의 후단에서 배가스 시료를 채취하여 공정시험법에 의거하여 미세먼지의 농도, 화학성 분, 형상 등을 분석함으로써 각계통에서의 미세먼지의 거동 특성을 파악했다. 또한 발전소 계통 에서 뿐만 아니라 실제로 발전소가 주변 환경에서의 미세먼지 확산에 미치는 영향을 평가하기 위하여 발전소 주변 환경에서 대기 시료를 채취하여 미세먼지 농도, 형상, 화학성분 등 제반 특성을 분석하여, 발전소와의 연관 관계를 규명했다.
한전 전력연구원은 국내 최초로 충남 소재 3개의 화력발전소를 대상으로 발전소 배가스 계통과 발전소 주변 환경에서의 미세 먼지 농도 및 거동 특성을 평가하고 정량적인 DB를 구축했다.
국내 대규모 화력발전소인 보령화력, 태안화력, 당진화력의 총 6개 호기와 각 발전소 주변 반경 1, 5, 10, 20km 지점에서 채취된 미세먼지 시료를 대상으로 총먼지 (TP), 미세먼지(PM10), 초미세먼 지(PM2.5)의 농도 및 거동 특성을 정량적으로 분석했다.
충남권 3개 발전소의 총먼지, 미세먼지, 초미세먼지의 평균 배출량은 각각 4.63, 1.38, 0.80 mg/Sm 3 로 나타나 배출허용기준인 10 mg/Sm 3 의 50% 미만임을 확인했다. 또한 환경대기 중 비산 먼지, 미세먼지, 초미세먼지의 농도 역시 각각 124.3, 56.5, 35.4 μg/Sm 3 로서 대기환경기준 100 μg/Sm 3 의 60~70% 수준으로 나타났다.
전력연구원 관계자는“현재 국내 화력발전소의 미세먼지 배출 현황에 대한 객관적인 자료가 확보되어 있지 못한 실정으로, 미세 먼지 저감 방안 수립에 어려움을 겪고 있다”고 지적하고“, 국내 석탄화력발전소의 미세먼지 배출량이 심각하지 않은 것으로 규명되 면, 기존의 석탄화력 발전을 천연 가스 발전으로 대체하지 않아도 되며 이는 발전용량 200 MW 기준으로 연간 415억의 전력 생산 비용을 절감하는 효과를 가지게 된다”고 설명했다.
세계 최초 184MW 주파수조정용 ESS 사업화 성공
ESS는 전기에너지를 물리에너지 또는 화학에너지로 저장하는 기술로서 전력계통에서 발전, 송변전, 수용가에 설치되어 계통 연계 안정화 및 비상전원 등의 용도로 활용과 운용이 가능하여 글로벌 ESS 시장은 2020년까지 기하 급수적으로 증가할 것으로 전망되고 있다.
ESS 사업 분야 중 경제성이 우수한 주파수 조정 관련 기술을 우선적으로 개발하고, 실증을 통하여 기술력을 제고했으며, 확장사 업을 성공적으로 수행했다. 2017 년 상반기와 하반기의 140MW, 124MW ESS 사업과 향후 추진할 해외사업에서의 철저한 검증을 통한 대상국가에서의 최적화된 운영시스템을 시행착오 없이 적기에 사업화할 수 있는 기술력 업그 레이드가 필요하다.
전력연구원은 ESS 기술개발과 실증시험을 위해 2013년 10월 제주 조천변전소에 4MW 배터리 에너지저장장치 실증단지를 구축 완료하고 실증시험을 통하여 2014년 8월 주파수조정용 4MW 급 배터리 에너지저장장치 및 에너지저장장치 제어기의 개발을 완료한 바 있다. 2015년 7월 준공한 52MW ESS에서의 실증을 완료하고 운영기술을 업그레이드하기 위하여 운영시스템과 연계하여 실제와 같이 운전이 가능한 ESS 모델을 개발하고 각종 시험 및 실증을 수행했다.
한전 전력연구원은 세계 최초로 개발한 전력계통 주파수조 정용 배터리 ESS 제어기술을 서안성, 신용인 변전소의 52MW 급 ESS에 적용하여 2015년 7월 상업화에 성공했다. 실증을 통한 성공적인 기술개발을 기반으로 2016년 7월 경산 48MW, 신김제 24MW 등 7개 변전소에 총 184MW ESS를 사업화했다.
본 기사는 에너지코리아뉴스의 자매지 월간<ENERGY KOREA> 2016년 11월호를 통해 보실 수 있습니다.