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전력연구원
전력연구원(KEPCO Research Institute, 電力硏究院)은 1961년 한국전력 전기 시험소로 출범하여 1993년 대덕연구단지에 둥지를 튼 한국전력공사(KEPCO)의 기업부설 연구소이다. 한국전력공사를 비롯한 전력그룹사의 중앙연구소로 한국 전력산업의 중추적인 역할을 담당한다. 전력연구원장은 김숙철이다.
목차
개요
전력연구원은 전력기술 분야에 대한 연구개발을 목적으로 한국전력공사(KEPCO)가 설치한 공기업 부설 연구기관이다. 1961년 7월 한국전력 전기시험소로 발족한 뒤 1983년 6월 한국전력공사의 분산된 연구개발 기능을 통합하여 기술연구본부로 확대 보강하였다. 1984년 5월 한국전력공사 기술연구원으로 명칭을 바꾸고 1993년 4월 대전 대덕연구단지로 이전하였다. 1995년 11월 명칭을 전력연구원으로 바꾸었다. 이와 동시에 전력설비 분야에 대한 최신 연구시설을 보강하는 등 기업 부설 연구소로서의 위상을 재정립하고, 고도의 전력 분야 기술을 연구하는 세계적인 전력 연구기관을 목표로 연구 활동을 벌이고 있다. 주요 업무는 전력설비의 안정 운영을 위한 연구개발, 회사의 미래 먹거리 창출을 위한 핵심기술확보, 현장의 기술현안을 해결하는 등이다. 특히, 신성장동력 창출을 위하여 스마트그리드, 에너지저장장치(ESS), 마이크로그리드, 초전도케이블, 해상풍력, 이산화탄소 포집 저장 기술 등 스마트 앤 그린 에너지 기술개발에 역량을 집중하고 있다. 이 밖에 전력설비 운영에 필요한 기술 지원 교육, 전력기술정보의 조사·분석 및 관리 등의 업무도 수행하고 있다. 조직은 기획관리실, 전략사업실, 에너지신산업연구소, 창의미래연구소, 청정발전연구소, 차세대송변전연구소, 스마트배전연구소로 구성되어 있다.[1]
연혁
- 1961년 07월 : 한국전력(주) 전기시험소로 발족
- 1976년 03월 : 기술연구소로 개편
- 1983년 06월 : 한국전력공사 기술연구본부로 확대
- 1984년 05월 : 기술연구원으로 개편
- 1993년 04월 : 신사옥 완공 및 이전(대덕연구단지)
- 1995년 07월 : 전력연구원으로 개편
- 2010년 11월 : 제2 연구동 준공
- 2016년 12월 : 기초전력연구센터 신설[2]
연구 분야
신재생에너지
정부와 회사의 신재생에너지 보급정책에 부응하기 위하여 신재생에너지원 전력개발과 전기에너지 저장 기술, 전력신소재 기술을 융합 및 복합하여 신재생에너지기술 개발과 사업화를 추진하고 있다. 재생에너지 분야는 해상풍력의 전주기 기술개발과 경제성 향상에 주력하고 있으며, 특히, 사회 수용성 제고를 위하여 농업 및 수산업 공존형 신재생에너지 기술 개발에 박차를 가하고 있다. 전력신소재 분야의 경우 에너지 이용 효율 향상을 위하여 그래핀 슈퍼커패시터, 페로브스카이트 태양전지, 초전도 케이블 등의 신소재 개발 연구가 활발히 진행하고 있으며, 에너지저장 분야는 차세대 이차전지 기술개발과 전력계통의 주파수 품질 향상을 위한 배터리 운영기술 등의 에너지저장시스템 기술 개발을 주도하고 있다.
- 해상풍력 단지개발 및 운영기술
- 국내 및 한전의 해상풍력 사업 성장동력 확보를 위한 전주기 연구 개발을 수행하고 있다. 서남해 해상풍력 실증단지 개발에 필요한 자원분석 및 단지설계를 수행하였으며, 통합 집중 원격감시 제어시스템(SCADA) 및 상태 감시시스템을 개발하여 운영 및 유지보수 고도화를 도모하고 있다. 또한, 설치비용 절감을 위하여 신개념 석션버켓 지지구조를 현장 실증하였으며, 일괄설치시스템을 개발하고 있다. 핵심 기술 확보를 통하여 해상풍력단지의 신뢰성 및 경제성 제고와 신안, 서남해 등 GW급 대규모 해상풍력 단지개발에 기여하고 있다.
- 공존형 재생에너지 기술
- 최근 국가 에너지 전환 정책으로 인해 재생에너지 개발 수요가 증가하고 있으나, 사회 수용성 부족으로 단지 개발이 어려운 것이 현실이다. 이를 극복하기 위하여 수산업 공존형 해상풍력, 농업공존형 태양광 등 지역사회와 공존하는 재생에너지 기술을 개발하고 있으며, 해상풍력 환경모니터링 및 안전기준 수립으로 친환경적이고 안전한 단지운영 기반을 확보하고 있다. 또한 국내 저풍속 환경에 적합한 커뮤니티형 중형풍력시스템을 개발하고 있다. 이처럼 한전 고유의 공존사업모델 제시를 통해 재생에너지의 사회적 가치 제고에 매진하고 있다.
- 그래핀 슈퍼커패시터 기술
- 그래핀 슈퍼커패시터는 에너지밀도가 기존 슈퍼커패시터보다 5배 이상 크고, 고속 충전 및 방전이 가능하고 장수명이 특징인 차세대 전력저장장치이다. 그래핀은 비표면적이 크고 전기전도도 특성이 우수하여 슈퍼커패시터 전극 적용 시 에너지밀도를 크게 높일 수 있었다. 2019년 연구결과 100kW급 스택을 개발하여 성능검증을 위한 실증을 진행하고 있다. 향후 1MW급 실증을 기획하고 있으며, 2차 전지와 병행사용 시 전력저장시스템(ESS)의 수명을 늘리고 경제성을 제고할 수 있을 것으로 기대된다.
- 페로브스카이트 태양전지 기술
- 실리콘 태양전지에 버금가는 높은 효율을 나타내고, 상대적으로 저가이며, 경량의 투명하고 유연한 태양전지를 제조할 수 있는 우수한 광활성 소재인 페로브스카이트를 적용한 반투명·고효율 태양전지를 개발하고 있다. 역구조 평판형 태양전지(2.5×2.5㎠)의 경우 세계 최고 수준인 효율 20.3%를 달성하였으며, 동일 크기의 반투명 태양전지는 18.6%를 달성하였다. 향후 대면적 태양전지 모듈(10×10㎠) 제작, 최적공정 개발 등 사업화 기반 연구를 수행할 계획이며, 최종 연구성과물인 유리창호형 페로브스카이트 태양전지 장기 실증도 추진할 예정이다.
- 초전도 케이블 기술
- 초전도케이블은 기존 케이블보다 송전용량 6배, 송전손실 1/4 이하인 대용량, 저손실 송전케이블이다. 2019년 세계 최초로 신갈-흥덕 변전소간 23kV 초전도케이블 상업운전을 개시하였다. 기존 초전도케이블보다 30% 이상 저렴한 23kV 60MVA 3상 동축 케이블을 개발하였고, 세계 최대용량인 120MVA 케이블을 개발하고 있다. 향후, 도심 변전소 없이 전력공급이 가능한 초전도플랫폼 실증과 사업 적용으로 대도시 부하 밀집 지역의 효율적이고 경제적인 전력망 구축이 기대된다.
- 전기화학 에너지 기술
- 전력계통 안정화를 위해 적용되는 다양한 이차전지의 효율적인 운영과 안정성 향상을 위한 기술과 차세대 에너지저장장치를 개발하고 있다. 주파수조정용 전력저장시스템 운영 데이터베이스 기반 수명진단, 열화셀 추출기술 및 이동형 시험장비 개발·실증, 전력저장시스템 화재실증시험 기반의 설비기준 연구를 진행하였다. 12.5kW 바나듐 레독스 플로우 배터리(VRFB) 스택 제작을 기반으로 100kW/1MWh 시스템 및 종합운영시스템 제작에 착수하였다. 또한, 배터리 운영기술, 이차전지 장수명 운전기술, 리튬이차전지의 고비용 및 발화/소손 등 안전성 문제 해결을 위한 상용급 20Ah 망간기반 수계 단전지를 개발하였다.[2]
디지털솔루션
전력산업을 위한 신에너지 및 환경기술 글로벌 최고 연구소를 목표로 온실가스 저감, 신에너지, 수소에너지 및 환경오염 저감을 위한 수요중심 기술개발과 보유기술 사업화에 역량을 집중하고 있다. 신기후체제에 능동적 대응을 위해 발전소에서 배출되는 다량의 이산화탄소를 줄일 수 있는 세계 최고 수준의 포집 및 활용기술을 개발하고 있다. 그리고, 각종 전력설비에서 절연목적으로 사용되는 SF6 온실가스 사용저감을 위한 정제기술, 차세대 친환경 고효율 전력생산기술인 엔진폐열 이용 MW급 초임계 이산화탄소 발전기술, 재생에너지 보급확대를 위한 그린수소 생산기술, 미세먼지 저감정책의 선제적 이행을 위한 미세먼지 확산 영향평가 및 발전소 미세먼지 측정·평가 기술 등을 개발하고 있다. 이와 함께 변압기 열화진단기술의 전사 확대보급 및 지중송전 OF 케이블 신진단기법 개발, 변압기 실시간 상태진단을 위한 유중장입형 멀티가스센서 개발 등 전력설비 화학예방진단 기술개발에도 박차를 가하고 있다.
- 디지털변환을 위한 전력 소프트웨어 플랫폼 구축
- 플랫폼 중심의 디지털변환을 위해 프라이빗 클라우드 가상화 기술을 기반으로 하는 공통 플랫폼 (HUB-PoP)을 개발하고 있다. 이를 기반으로 차세대 배전지능화 플랫폼(ADMS) 및 해외수출용 미터데이터관리시스템(MDMS, Meter Data Management System) 솔루션, MG 전력관리시스템, 지능형 디지털발전소(IDPP), 신재생에너지 통합관리시스템(K-REMS)등의 연구 과제를 수행 중이다. 차세대 배전지능화 플랫폼은 오픈API 게이트웨이 및 컴퓨터 통합 생산(CIM, computer integrated manufacturing) 표준모델, 집단화 기술을 통해 시스템 상호 호완성과 가용성을 확보하고 있다. 빅데이터 기반의 실시간 분산 병렬처리 기술을 이용한 해외수출용 미터데이터관리시스템 솔루션은 한전의 10여 년간의 검침데이터관리 경험이 담긴 한전용 미터데이터관리시스템을 해외전력 시장에 맞도록 모듈화 및 솔루션화 하였으며, 스리랑카 및 인도네시아에 설치되어 운영 중이다. MG 전력관리시스템은 재생에너지를 사용하는 시설에 대한 실시간 고속 데이터 처리 및 현지 맞춤형 분산 발전량 예측, 기업의 공정데이터 기반 부하예측, 누기 탐지와 같은 기술을 개발하며, 베트남 산업단지에 적용하고 있다.
- 전력산업 기반통신 및 보안 핵심기술
- ICT 분야는 전력산업의 기반이 되는 통신, 보안 및 응용 기술로 구분할 수 있다. 그간의 연구개발의 구체적 성과로서 한전 자가 주파수 대역(380MHz)에서 통신 속도를 획기적으로 늘린 무선통신칩과 국가암호인증(KCMVP)을 획득한 암호 모듈은 각각 시스템온칩(SoC, System on Chip) 제품화에 성공하였다. 한전 자체 개발한 통신 및 보안 기술은 지능형 전력계량시스템(AMI, Advanced Metering Infrastructure), DAS 및 DER 등에 직접 활용될 예정이다. 또한, 전력산업의 디지털화와 4차 산업혁명을 선도할 기술로 사물인터넷(IoT), 인공지능(AI), 증강현실(AR), 가상현실(VR) 기술을 확보함으로 전력사용량 데이터를 활용한 상업시설 예측시스템을 개발하여 남서울 본부 서초구, 강남구 지역의 상업 시설에 적용하였고, 가상/증강현실 기반 전력 설비(철탑, MTR, 가스절연개폐장치, TRS, RTU 등 10종) 현장 점검 및 교육 시스템을 한전 14개 본부 사업소에 구축하여 시범 운영하고 있다. 그 외에도 신뢰성 있는 전력망 운영을 목표로 인공지능 보안 관제, 네트워크 시각동기 기술, 차세대 배전지능화시스템(ADMS) 통신 및 보안기술을 개발하였고, 운영 중인 전력망에 적소, 적기에 공급할 계획을 세우고 있다. 아울러 전력뿐 아니라 타 산업에 영향력과 파급력이 큰 미래핵심기술을 조기 확보하기 위하여 블록체인, 양자암호통신, 엣지컴퓨팅을 핵심기술로 선정하고, 매달 학습조직을 운영하며 자체 개발에 힘쓰고 있다.
- 에너지시스템 및 디지털트윈 시뮬레이터
- 지난 수십여 년 동안 수행해 왔던 화력/원자력 발전 제어기술을 기반으로 시대의 변화에 발맞추어 제어운영 기술과 전력변환 기술의 고도화 연구를 수행하고 있다. 발전소의 안정적인 운영을 위해 수많은 제어성능을 실시간으로 평가하고 진단하는 제어성능 감시진단시스템의 개발 완료하였으며, 한전의 해외 발전사업 현장에서 선진 제작사보다 우수한 성능으로 검증되었다, 전량 외산수입에 의존하고 있는 대용량 가스터빈 기동장치의 시작품을 개발 완료하고 현장에서 상업운전 중이다. 또한, 다중 병렬스택 분할 운전기술을 활용한 고효율 전력변환기술을 확보하여 기존 전력변환기기보다 1% 높은 효율의 전력변환 기술을 개발하는 등 다양한 전력변환 솔루션을 보유하고 있다. 에너지 시스템의 안정적인 운영을 도모하고, 검증을 통한 시행 착오를 최소화하기 위해 운전훈련, 제어검증 및 엔지니어링에 활용이 가능한 동적 실시간 시뮬레이터를 개발하고 있다. 최근에는 4차 산업 기술을 선도하고, 고충실도 실시간 모의 및 최적 운영 기술 확보를 위한 응용 분야별 디지털 트윈 솔루션 확보를 위해 디지털 트윈 시뮬레이터 개발 과제를 수행하고 있다.[2]
에너지환경
전력산업을 위한 신에너지 및 환경기술 글로벌 최고 연구소를 목표로 온실가스 저감, 신에너지, 수소에너지 및 환경오염 저감을 위한 수요중심 기술개발과 보유기술 사업화에 역량을 집중하고 있다. 신기후체제에 능동적 대응을 위해 발전소에서 배출되는 다량의 이산화탄소를 줄일 수 있는 세계 최고 수준의 포집 및 활용기술을 개발하고 있다. 그리고, 각종 전력설비에서 절연목적으로 사용되는 SF6 온실가스 사용저감을 위한 정제기술, 차세대 친환경 고효율 전력생산기술인 엔진폐열 이용 MW급 초임계 이산화탄소 발전기술, 재생에너지 보급확대를 위한 그린수소 생산기술, 미세먼지 저감정책의 선제적 이행을 위한 미세먼지 확산 영향평가 및 발전소 미세먼지 측정·평가 기술 등을 개발하고 있다. 이와 함께 변압기 열화진단기술의 전사 확대보급 및 지중송전 OF 케이블 신진단기법 개발, 변압기 실시간 상태진단을 위한 유중장입형 멀티가스센서 개발 등 전력설비 화학예방진단 기술개발에도 박차를 가하고 있다.
- 이산화탄소 포집기술
- 이산화탄소 포집기술은 화력발전소 등 대규모 배출원에서 발생되는 이산화탄소를 포집하는 기술이며, 국가로드맵과 연계하여 기술개발을 추진 중이다. 보령화력에 설치된 10MW급 습식 이산화탄소 포집플랜트를 활용하여 이산화탄소 저장을 연계한 중규모 통합실증 및 격상연구를 진행 중이며, 이를 통해 한전 온실가스 배출권 구매비용 절감 (15억 원/년, 5만 톤 기준)에 기여하고 있다. 건식 이산화탄소 포집기술은 하동화력 내 10 MW 실증플랜트를 대상으로 기술고도화 및 압축·액화설비 통합공정 적용 연구를 진행 중이다. 분리막 이산화탄소 포집 기술에 있어 분리막 재료부터 공정까지 전주기 기술개발하여 이를 기반으로 다양한 응용분야로 적용 영역을 확장할 계획이다. 매체순환연소 기술은 핵심소재인 산소전달입자 개발을 완료하였으며, 3MWth 스팀생산 실증을 통해 분산전원급 발전소를 개발할 계획이다.
- 이산화탄소 활용기술
- 이산화탄소 활용기술은 이산화탄소를 다양한 물질로 전환하여 온실가스 저감과 동시에 부가가치 창출이 가능한 기술이다. 발전소에서 배출되는 배가스를 별도의 포집공정 없이 탄산수소나트륨 등의 유용화합물로 전환하는 기술을 개발하여 200kg 이산화탄소/일 규모의 파일럿 실증을 완료하였다. 또한 자체 개발한 미생물을 활용하여 이산화탄소와 재생에너지 유래 수소를 원료로 메탄가스를 생산하는 생물학적 메탄화 기술을 개발하였으며 5kW급 (100kg CO2/일) 테스트베드를 구축하여 운영 중이다. 특히 생물학적 이산화탄소 메탄화 기술은 대표적인 에너지 가스 변환 기술로 정부지원을 통하여 KEPCO-MG와 연계하여 실증할 예정이다.
- SF6 분석/정제/분해기술
- 대표적인 온실가스인 SF6 사용량을 줄이기 위해 회수-정제-재활용의 순환구조를 구축하고자 SF6 분석 및 정제기술을 개발하였다. SF6 정밀분석 인프라를 구축, 순도 및 불순물 분석방법을 정립하였고, 이를 바탕으로 사내 SF6 분석지침서 및 SF6 재사용 기준 마련을 위한 품질절차서를 제정하였다. 사용기한이 지난 전력설비 내 SF6를 정제하여 재사용하기 위해 심냉식 SF6 정제기술을 개발하였다. 개발된 기술을 바탕으로 1 톤/일급 심냉식 SF6 정제장치를 전력연구원에 구축 및 실증 완료하고, 신옥천변전소 내 기후변화대응센터로 사내 기술이전 하여, 전사 미활용 SF6를 대상으로 회수 및 정제를 위해 운영 중이다. 더불어, 친환경 개폐기 확대보급에 따라 대체가스 도입 시, 미활용 SF6의 자체처리를 위해 저비용ㆍ고효율 SF6 분해기술 개발을 추진 중이다.
- 에너지 효율향상 기술
- 온실가스 감축, 발전효율 향상 및 신재생에너지 경제성 제고를 위해 융·복합 에너지 시스템 개발에 주력하고 있다. 폐열과 연계가 가능한 2MW급 초임계 이산화탄소 발전기술은 시스템 설계 및 단위기기 제작을 완료하였으며 2020년에 실증할 예정이다. 저온 폐열을 전력으로 회수하는 유기 랭킨사이클(ORC) 발전 기술은 도서지역 디젤엔진 폐열을 활용한 30kW급 발전시스템을 개발하여 흑산도에서 실증을 완료하였다. 디젤 및 천연가스를 동시 사용하는 혼소기술은 2019년 1.5MW급 시스템을 국내 최초로 백령도에 구축 완료하였고, 실증을 통해 배출오염물질 저감효과를 확인하고 확대적용을 추진할 예정이다.
- 미세먼지·질소산화물 동시처리 기술
- 도서지역 환경규제 선제적 대응기술로써 미세먼지·질소산화물 동시처리 촉매필터 기술을 개발하였다. 한전 고유 촉매필터를 개발하고 위도 500kW급 엔진 대상으로 현장평가하여 미세먼지·질소산화물 동시제거율 90% 이상의 단기성능을 검증완료하였다. 80kW급 엔진 연계 성능 및 운전조건 평가결과를 바탕으로 MW급 시스템을 격상설계하고, 연평도 1MW급 촉매필터 실증시스템을 구축 완료하였다. 또한 국내외 고정원 및 선박산업 등 타디젤산업 분야 사업화도 추진 중이다.
- 전력설비 센서 진단기술
- 변압기 상태의 실시간 진단을 위하여 수 ppm 극미량 수준까지 유중가스 농도감지가 가능한 멀티가스센서 연구개발을 수행하고 있다. 금속산화물 나노섬유 기반의 고감도・저가격 반도체식 수소가스센서 및 분석 알고리즘 개발 후 변압기 모사장치를 통한 성능시험을 수행하였고, 개발 센서가 탑재된 오일순환형 가스분석기의 개발을 완료하여 변전소 현장실증을 앞두고 있다. 향후, 수소 뿐만 아니라 일산화탄소 및 아세틸렌 가스까지 감지가 가능한 센싱소재를 개발하고 이를 변압기 내부에 유중장입 가능한 프로브 형태로 개발하여 구조를 단순화하면서 신뢰도는 향상시킬 예정이다. 또한, 유입식 OF케이블 및 수소 인프라 등 다양한 에너지/전력설비의 상태진단으로 활용분야를 계속 확대해 나갈 계획이다.
- 미세먼지 측정 및 평가기술
- 미세먼지 저감정책 선제적 이행 및 미세먼지 저감방안 강구 등 청정화력 운영기반 확보를 위해 발전소에서 배출되는 미세먼지 및 미세먼지 전구물질 배출평가를 국내 최초로 실시하였다. 발전소 주변 2차 미세먼지의 생성 및 거동평가를 위한 이동측정시스템을 구축하였으며, 미세먼지 자동연속 측정시스템을 개발하여 발전소 배출 미세먼지의 실시간 모니터링 기반을 구축하였다. 현재 배출 미세먼지 자동측정기술에 대한 표준제정을 진행 중이며, 향후 기술이전 및 국내 전체 발전소로 확대 적용을 추진할 예정이다.
- 미세먼지 저감기술
- 미세먼지 감축을 위해서 화력발전소에서 배출되는 미세먼지, 황산화물, 질소산화물, 휘발성유기화합물 등 미세먼지 원인물질을 제거하기 위한 기술개발에 착수하였다. 여기에는 옥내저탄장에서 발생하는 일산화탄소 및 휘발성유기화합물 저감기술, 미세먼지의 제거를 용이하게 하려는 전기집진기 입자 조대화 기술, 탈질설비의 미반응 암모니아의 제거기술, 복합화력발전소 질소산화물 저감을 위한 다기능 촉매 개발 등을 포함하고 있다.
- 전력설비 열화상태 화학적 진단기술
- 변압기 열화상태를 신속·간단하게 진단하기 위해 세계 최초로 휴대용 퓨란진단키트를 개발하여, 전국 사업소 620대 지상변압기에 대한 시범 적용과 대용량 산업용 고객 노후 변압기 대상으로 진단을 수행하였고, 국내 3개 기업에 기술이전을 완료하였으며 2020년부터 전사 확대적용 및 해외 시범사업을 통해 국내외 기술사업을 확대해 나가고 있다. 더불어, 주요 도심지 지하복합변전소의 가스 절연기기 고장 사전예방을 위한 분해가스 진단기술을 개발하고 전사 확대 예정이며, 4차 산업혁명 대비 변압기 열화진단용 고분자감응 열화센서 및 전력용 OF 및 XLPE 케이블의 상태 및 잔여수명 예측을 위한 새로운 진단기법 및 기준 개발 등 송배전 전력설비 화학적 진단 핵심기술 개발을 통해 국내 전력설비 예방진단 기술을 선도하고 있다.[2]
발전기술
청정 발전기술을 선도하는 글로벌 최고 연구소의 비전 달성을 위하여 청정발전원 개발, 분산전원 포용 확대 및 디지털 발전 등의 발전기술혁신을 통해 친환경 에너지 사회 구현에 역량을 집중하고 있다. 특히 발전분야 디지털 One-KEPCO 구현을 위해 지능형 발전 기술 사업화의 핵심기술인 터빈/보일러 운전 및 정비 앱 4종 개발 및 실증을 완료하였으며, 세계 최초로 인공지능을 활용한 가스터빈 감시·진단시스템을 서부발전 평택복합화력에 실증하였다. 미래 발전 포트폴리오 원천 기술을 확보하고자 초임계 이산화탄소를 작동유체로 하는 직접 가열식 친환경 고효율 순산소연소 가스터빈 발전 싸이클을 개발하였으며, 연소기 인젝터 시제품을 이용하여 고압(50bar) 연소시험을 시행하였다. 고효율 이산화탄소 저감 발전기술 개발을 위하여 세계 최초로 석탄가스화복합발전(IGCC) 합성가스 정제 99.99% 순도 수소생산 및 석탄가스화 연료전지(IGFC) 발전을 실증하였으며, 한전-미국가스기술연구소(GTI) 국제 공동연구를 통해 환경오염물질 배출 발전기술인 순산소 가압유동층 개념 설계툴을 확보하였다. 기술지원 분야에서는 연구성과물의 현장적용과 기술지원 고도화를 통해 해외 운영발전소(사우디 리빅 등)의 설비안정화 진단/솔루션을 제공하였으며 국내 발전사의 현안 문제에 신속하게 대응하고 있다.
- 지능형 디지털 발전 구축 기술
- 지능형 디지털발전소(IDPP, Intelligent Digital Power Plant)는 발전소의 운전데이터를 디지털/지능화함으로써 발전설비 운전 및 정비를 최적화할 수 있는 기술이다. 환경변화와 정보통신기술 등의 혁신으로 에너지 산업의 패러다임 변화에 대응하기 위해, 한전에서는 지능형 디지털발전소 구축(2017년 ∼2022년) 연구과제를 수행하고 있으며, 발전 5사와 공동으로 지능형 디지털 발전소 구현을 위한 발전소 맞춤형 플랫폼 및 앱 개발(2019년 ∼ 2023년) 연구과제를 착수하였다. 현재까지 화력발전소 주기기 핵심 요소기술 앱 4종을 개발하였으며, 2020년도에는 실증발전소를 대상으로 검증을 진행할 계획이다. 이러한 기술을 활용하여, 발전소의 설비 운영관리시스템 최적화를 통한 발전수익 극대화, 정비비용 최소화 및 운전 유연성을 확보할 수 있을 것으로 기대되며, 국내 발전사와의 유기적 협력을 통해 고부가가치 앱을 개발하고 서비스를 제공함으로써 발전소 운영 플랫폼 생태계를 조성할 수 있을 것으로 기대된다.
- 고효율 친환경 신발전 기술
- 탈석탄 및 환경규제 강화로 이에 대응하는 순산소 가압유동층 발전기술을 개발하고 있으며, 2019년에는 연소로 개념설계툴 및 순산소 가압유동층 복합발전 기본프레임을 개발하였다. 또한 석탄을 이용한 수소생산 및 연료전지발전 기술인 석탄가스화 연료전지발전 기술 개발을 위해 태안 석탄가스화복합발전 합성가스의 정제 및 전환을 통한 고순도 수소생산 및 이에 연계한 100kW급 연료전지 실증운전에 성공하였다. 기존 화력발전의 안정적 운영 및 열효율 증가를 위해 레이저기반 보일러 실시간 계측 및 최적연소제어 기술을 개발하여 중유/석탄화력 발전소에 실증적용 하였으며, 가스터빈의 경우 최적연소 튜닝을 위한 동압센서의 건전성 평가장치를 개발하고 성능시험을 완료하였다. 또한 석탄화력 저탄장 자연발화 방지 기술 실증 및 대체연료인 페코크의 최적 연소기술을 개발하여 저비용 고효율 발전기술 확보에 기여하였다.
- 가스터빈 최적운영/신뢰성 평가기술
- 화력발전의 온실가스 배출 및 미세먼지 저감에 대한 사회적 관심이 증대되고 있어, 환경오염 및 유해물질의 발생저감 기술 개발이 필수적이다. 가스터빈 발전의 운영 및 유지보수 기술 고도화와 친환경 고효율 신발전 시스템 개발로, 기후변화에 대응하고자 한다. 가스발전 설비의 신뢰성 확보와 향상을 위한 최적 운전지원시스템을 개발하였다. 가스터빈 엔진의 기능이상진단/고장예측으로 불시정지 예방, 복합화력 성능감시/진단 시스템으로 효율저하를 줄일 수 있다. 현재 발전소 검증을 완료하고 추가 고도화를 추진하고 있다. 가스터빈 고온부품에 대한 성능 및 신뢰성 평가를 위한 고속회전시험, 버너리그시험 및 가진시험 설비를 구축하고, 성능시험 연구를 착수하였다. 국산화 고온부품의 신뢰성 확보로 고온부품 수입대체 및 정비비용 절감이 기대된다.
- 발전설비 종합진단 기술
- 전문기술센터는 기계진단기술팀과 전기·성능팀으로 구성되어 있다. 주요업무는 발전소 주기기설비 진단과 고장원인 분석 등의 기술지원을 수행하고, 이러한 분야별 기술을 융합하여 발전소 계획예방정비공사중 여러 분야 전문가들에 의해 종합정밀진단을 수행하고 있다. 또한 좀 더 장기적으로 현안문제 해결을 위한 현장 밀착형 과제를 수행하고 있다. 특히 해외사업의 경우 입찰에서 운영까지 전방위적으로 기술지원을 수행하고 있다. 기계진단팀에서는 증기터빈, 가스터빈, 보일러, 발전소 보조설비의 설비진단과 수명평가, 진동소음 평가, 스케일 화학분석, 손상해석 등을 수행하고 있다. 전기·성능팀에서는 발전기와 전기설비 진단, 고압전동기와 전선 절연진단, 보호계전기 시험 및 발전 플랜트 성능시험, 계측기 국가공인교정을 수행하고 발전비용평가 성능시험 안전제고를 위한 차세대 특설계측기 개발 과제를 진행 중이다.[2]
차세대송변전
디지털변환 및 에너지전환 핵심기술 개발로 미래 전력산업을 선도하기 위하여 전력설비의 주요 신경망인 전력계통 연구개발을 주도하고 안정적 전력공급 및 최적의 전기 환경·전기품질 유지를 위한 송변전계통의 기술을 혁신하고 있다. 이를 위해 전력망 신기술 분야에서는 전력계통 계획 및 운영을 위한 해석기술, 신재생 전원을 고려한 계통 운영기술 및 변전분야 보호-제어-자동화 기술 등의 연구를 수행하고 있으며, 송전기술 분야에서는 설비 운영 및 진단, 자연친화적 신송전 운영기술 도입, 슈퍼 그리드(Super Grid) 송전기술 개발을 추진하고 있다. 또한 변전기술 분야에서는 친환경적인 변전기기 개발 및 진단, FACTS, 초고압직류송전(HVDC) 제어기 분석 및 시험 플랫폼을 활용한 최적 운영기술을 개발하고 있으며, 구조내진 분야에서는 환경 친화적 전력구조물 설계 및 진단, 내구성 및 안정도 향상, 기후변화 및 자연재해 대응기술에 대한 연구를 수행하고 있다.
- 전력계통 해석 및 변전자동화기술
- 정밀한 계통해석 기술, 시각동기 위상정보를 활용한 광역 전력망 감시기술, 디지털변전소의 지능형전자장치 (IED)와 상위운영 시스템을 진단하는 IEC 61850 기반 성능검증 기술을 개발하여 안정적 전력공급에 이바지하고 있다. 특히 전력계통의 안정적이고 효율적인 운영을 위하여 건설하고 있는 대규모 특수설비의 제어성능 검증을 위한 시험기술과 정밀 모델링 및 해석기술 확보에 노력하고 있으며, 자체 보유중인 IEC61850 기반 디지털변전소 솔루션 기술을 국내 50개 기업과 미국 등 선진국에 기술을 이전하는 사업성과를 달성하였다. 향후에는 초고압직류송전 및 FACTS의 사업과 함께 레플리카 제어기를 도입하고 완전한 네트워크 변전소 구축을 위한 프로세스 버스 기술을 개발하고 있다.
- 가공 및 송전 운영기술
- 가공·지중송전 효율 증가를 위해 ±500kV급 초고압직류송전 더블 Bi-Pole 기술을 세계 최초로 개발하였으며, 케이블 운영 및 실시간 고장점 탐지, 인공지능형 부분방전 패턴분석, 동적허용용량 산정기술 개발, 송전선 신소재 개발 등 연구를 진행하고 있다. 또한, 선로 주변 전기환경 대책, 애자 오손도 평가, 지중 케이블 진단 및 수평평가 기술 등 현장의 문제점 해결을 위한 기술개발 및 현장지원을 수행하고 있다. 향후 가공송전선 실시간 감시 및 FDLR 산정 디지털 트윈시스템 개발을 통해 미래 송전설비 신뢰성 향상을 위한 기술개발에 주력하고 있다.
- 변전설비 설계·진단 및 초고압직류송전 운영 기술
- 실증시험용 실규모변전소 구축을 통한 신기기 개발·실증, 변전기기 진단 및 디지털 변전기기 기술을 검증하고, 신재생에너지의 계통연계 수용성 확보를 위한 모듈러 그린 스테이션 운영기술 개발을 추진하고 있다. 온실가스 저감을 목적으로 154kV 에코 디자인 저손실 변압기와 불소계 친환경 가스를 적용한 SF6 프리 에코 가스절연개폐장치 운영기술을 개발하고 있다. 디지털 트윈을 활용한 초고압직류송전 변환설비의 자산관리 기술을 개발할 예정이며, FACTS, 초고압직류송전 제어기 분석 및 시험 플랫폼을 활용한 최적 운영기술을 개발하고 있다. 확대 보급 중인 변전설비 종합예방진단 시스템의 신뢰성 및 호환성 평가시험, 사업소 가스절연개폐장치/변압기 고장분석 및 전자기 과도 프로그램 해석 등을 통한 기술지원을 수행하고 있다.
- 환경친화적 전력구조물 설계 및 자연재해 대응기술
- 전력설비 및 구조물을 대상으로 최적 설계 및 시공성을 개선하기 위한 건설 신기술 개발에 역점을 두고 있다. 철탑 기초, 전력구, 사면 등 전력구조물의 설계기준을 수립하고 건설 공기단축, 시공물량 절감을 통한 친환경 시공기술 개발 및 민원 예방을 위한 진단·유지보수기술에 선도적인 역할을 수행하고 있다. 전력 구조물의 내구수명 평가 및 수명 예측 기술 개발, 사용수명 연장을 위한 신소재 및 유지관리 기술 개발, 그리고 수명관리 의사결정을 위한 인공지능형 자산관리 기술 개발에 선도적인 역할을 수행하고 있다. 또한 기후변화 및 자연재해 대응기술도 연구하고 있다. 미래기후변화와 지진, 태풍, 호우 등 자연재해에 따른 전력설비 및 구조물의 안전성 확보를 위한 연구를 수행하고 있다.[2]
스마트배전
신사업 발굴, 연구성과 사업화 촉진, 내·외부 고객 만족을 3대 전략으로 미래를 대비하는 배전 및 신사업 기술을 선도하고 있다. 특히 신배전망, 전력사물인터넷, 배전시스템, 에너지솔루션 등 다양한 분양에서 새로운 기술을 융·복합하여 배전계통의 미래 먹거리 기술을 연구하고 있다. 신배전망 분야에서는 저압직류(LVDC), BTM, 에너지가스변환 기반 MG 솔루션 개발을 통해 미래배전 인프라 구축 및 운영 솔루션 상품화에 앞장서고 있다. 전력 사물인터넷 분야에서는 자산관리를 통한 설비투자 효율화 및 비용 절감을 목표로 사물인터넷 기술 기반 광역 감시 및 상태예지 기술을 고도화하고 있다. 배전시스템 분야는 능동배전망의 효율적이고 안정적 운영을 위해 첨단 배전 관리 시스템(ADMS) 및 DER 통합관제시스템, 지중선로 보호협조 향상 기술, 부하관리용 전력 저장 장치 등 다양한 기술을 개발하고 있다. 에너지솔루션 분야에서는 스마트시티 사업화모델 실증, 전기자동차와 충전인프라의 에너지화 기술 개발, 수요반응 운영체계 개발 등을 통하여 미래의 배전계통운영자(DSO)와 고객을 위한 다양한 모델과 솔루션을 제시하고 있다.
- 배전망 설계 및 최적 이용 기술
- 새로운 배전 그리드 도입 및 배전 그리드 인프라 이용률 향상을 위해 지능형 전력계량시스템 기반 위치정보 일치율 향상 기술, 배전계통 연계점 전력 조류 제어기술, 분산전원 통합 신뢰도 평가 기법을 개발하고 있다. 지능형 전력계량시스템 기반 서비스를 강화를 위해서는 지능형 전력계량시스템 기반의 정보수집 인프라 최적 설계 및 위치정보 연계를 진행하고 있다. 고장 최소화 기법 및 부하 자동 평준화, 품질제어, 능동전압 안정화등의 세부기능 정의를 통해 최근 이슈가 되고 있는 에너지 가스 변환(P2G, Power to Gas)기반 마이크로그리드와 직류배전 상용화에 활용되고 있다. 또한 Bank 2차 폐쇄 루프 도입을 위해 전력품질 지수 산정기법 및 분산전원, 수요예측 및 계통계획을 반영한 중장기 순이익 분석 알고리즘을 개발하고 있다.
- 자산관리 및 최적운영 기술
- 배전자산 교체주기 최적화, 작업자 안전 및 선로 점검 자동화를 위해 배전설비 이상검출용 미세신호 검출용 센서 시스템온칩 개발, 자율학습형 진단·점검 판정기술 결정 모델 개발, 간접 활선용 보조 로봇 절연설계 및 제어 기술을 개발하고 있다. 배전 광역감시형 사물인터넷을 위해 초박형 고전자계 내성 센서 칩 개발, 설비별 고장확률 함수 및 이상선로 패턴, 분류 기법을 개발하고 있다. 열화상 기반 설비인식 및 고속 응동형 배전선로 추적 장치 및 자율학습에 의한 2D 이미지 인식 분류장치 개발을 통해 효율기반의 설비교체에 기여하고 있다. 추가적으로 작업중 상정사고를 위해 로봇 암 절연 제어장치 신뢰성 확보, 근력보조를 위한 수트 봇 최적화, 동력공구와 협조제어 기술을 개발하고 있다.
- 배전그리드 최적 운전 기술
- 배전그리드 최적 구성 및 고장 복구 능력 향상을 위해 온라인 DER 선로 영향평가 및 제어자원 계획 기술, DER 출력조정을 통한 배전선로 혼합제어 기술, 동적상태 복합배전망 고장복구 기술을 개발하고 있다. 데이터 기반 시스템 확보를 위해 제어망-업무망 연계를 통한 온라인 운영데이터 검토 및 운영상황별 전압제어, 선로재구성, DER 출력고정, 보호정정 기술을 개발하고 있다. 배전계통 운영솔루션 도출을 위해 신재생 수용용량 증대에 따른 실시간 선로 운전용량 관리, 회사 및 민간 소유 DER, ESS 자원화, 충전 및 방전 스케쥴, 제약지령 등의 운영 패키지를 확립하고 있다. 또한 수용력 증대와 출력관제를 위해 DER 자원과 부하를 매칭한 선로의 MG화, 고장 및 정휴전시 독립운전, 고장절체 및 복전시 자동 동기화에 대한 연구가 진행되고 있다.
- 배전 서비스 기술과 솔루션
- 배전 그리드 기반 신사업 발굴과 서비스 인프라 개발을 위해 중개시장 대비 분산전원 출력조정 규칙 및 실시간 관제시스템, 자율주행 전기자동차를 위한 양방향 무선전력 충전 인프라, x-EMS 기반의 스마트 빌딩 통합 플랫폼 등을 개발하고 있다. 스마트시티 확대에 대응하기 위해 예측기반 DER 제어 및 배전망 운영규칙, 배전망 중개제어 시스템 및 한국전력공사 참여형 최적운영 모델을 개발하고 있다. 자율차량 – 충전인프라 통신 네트워크 및 인증, 무선패드 정렬, 충전 및 방전 제어모듈 등의 제어기술 개발을 통해 미래 전기자동차 및 전력연동망(V2G, Vehicle-to-grid)에 대응하고 있으며, 스마트 빌딩 효율향상 사업 확대를 위해 통합 제어 최적화 알고리즘을 개발하여 클라우드 에너지관리시스템(EMS, Energy Management System)에 적용하고, 새로운 서비스가 용이한 확장형 플랫폼을 개발하고 있다.[2]
각주
참고자료
- 전력연구원 공식 홈페이지 - https://www.kepri.re.kr:20808/index
같이 보기
