전력업계가 탄소중립 목표 달성을 위한 탈(脫)탄소화에 주력하고 있다. 전 세계적으로 전력 생산 방식을 화석연료 기반에서 재생에너지 기반으로 전환하고 있다.
태양광·풍력 등 재생에너지 전력의 계통 수용 확대 및 효율 향상 방안도 연구하고 있다.
특히 자원 고갈 및 지역적 편중이 없는 수소를 전력 공급에 이용하는 기술을 개발하는 등 새로운 수소경제 신산업을 창출하기 위해 노력하고 있다.
수소는 재생에너지를 이용한 물의 전기분해 등 다양한 방법으로 생산 가능하고 연소 과정에서 물 이외 유해한 부산물이 발생하지 않는 친환경 에너지다.
생산 즉시 소비되는 전기와 달리 수소는 대용량·장기간 저장이 가능한 에너지 유통수단으로 전력과 열 생산뿐만 아니라 수송 등 다양한 분야에 활용할 수 있다. 이 때문에 기존 탄소경제에서 새로운 수소경제로 에너지 패러다임이 전환될 것으로 전망된다.
이에 따라 한국전력공사 전력연구원은 온실가스 배출 저감과 수소경제 전환 대응을 위해 이산화탄소 배출이 없는 블루수소 생산 및 재생에너지 전력을 이용한 수전해 등 친환경 수소 생산부터 연료전지·터빈 등 수소 발전 기술까지 수소 전주기 기술 확보를 추진하고 있다.
그중에서도 금속 소재의 산화(수소) 및 환원(이산화탄소) 순환 반응을 이용해 메탄과 수증기를 수소로 전환하는 동시에 이산화탄소를 포집하는 블루수소 생산기술을 개발하고 있다.
이 기술은 많은 비용과 에너지가 필요한 수소 정제공정과 이산화탄소 포집공정 없이 고순도 수소와 이산화탄소를 분리해 생산할 수 있는 차세대 블루수소 생산기술로 주목받고 있다.
이와 함께 천연가스를 수증기나 산소와 같은 산화제 없이 금속 촉매로 직접 분해해 청정수소를 생산하고, 천연가스에 포함된 탄소는 흑연 등 고부가가치 탄소 소재 형태로 배출해 수소 생산 비용을 획기적으로 줄일 수 있는 청록수소 기술 개발도 진행 중이다.
또 재생에너지 전력으로 물을 전기분해해 온실가스 배출이 없는 그린수소를 생산·저장하는 P2G(Power to Gas) 기술을 개발하고 국내 최대인 2㎿급 P2G 시스템 실증을 추진하고 있다.
아울러 전력연구원은 고체 산화물 연료전지(SOFC) 상용화를 위한 3㎾급 가정용 시스템과 20㎾급 건물용 발전시스템을 개발해 전력계통 연계실증을 성공적으로 진행했다.
특히 연료개질기, 기동용 버너, 고온열교환기 등 BOP(Balance of Plant) 기술과 시스템 설계 및 종합 기술을 확보했다. 개발된 3㎾급 시스템은 공동연구 기관에 기술 이전을 했고, 사업화를 위해 2020년 KGS 인증을 획득했다.
전력연구원은 발전사와 공동연구로 F급 가스터빈(150㎿급) 운영기술에 기반해 수소 혼소 연구도 수행하고 있다. 수소 혼소 시 발전용 가스터빈에 미치는 영향을 정밀하게 분석·평가하기 위한 실증설비를 올해 7월에 전력연구원에 준공할 예정이다. 향후 주요 제작사의 가스터빈을 대상으로 국내 실증 발전소를 선정해 상용화까지 지원한다는 구상이다.
전력연구원은 청정수소 생산과 저장, 활용 분야에 대한 실증을 통해 기술을 검증하고, 대용량·상용급 기술을 확보함으로써 청정수소 보급과 사업화를 추진할 계획이다.
블루수소 및 청록수소 생산기술은 발전사와 공동으로 추진 중이며, 2022년 파일럿급 실증을 기반으로 ㎿급 설계기술을 확보할 방침이다. 2025년에는 ㎿급 시스템을 수소발전소 현장에 적용해 경험을 축적하고, 연료전지 및 수소 터빈 등 전력그룹사가 운영하는 청정수소 발전소에 확대 보급하기로 했다.
또 전력연구원은 2㎿급 P2G 실증 사이트를 구축하고 재생에너지와 연계한 그린수소 생산 실증을 통해 2024년까지 기술검증 및 운영기술을 확보해 사업화 기반을 구축할 예정이다. 향후에는 10㎿ 규모 상용급 P2G 시스템을 개발해 해상풍력발전 등 대규모 재생에너지 단지와 연계한 그린수소 생산 상업운전도 추진할 계획이다.
SOFC 기술의 경우 기존 연료극지지체 방식의 단점인 내구성과 열사이클 문제를 개선하기 위해 고신뢰성의 전해질지지체식 셀과 ㎾급 스택을 2023년까지 개발하기로 했다.
특히 저가의 셀 제조공정 및 스태킹 기술을 확보해 양산화를 목표로 하고 있다. 개발된 ㎾급 스택은 모듈화를 통해 수백 ㎾급 대용량 발전용으로 개발해 SOFC 분산전원시스템 사업화를 추진할 계획이다.