에너지환경

연구분야 에너지환경

전력산업을 위한 신에너지 및 환경기술 글로벌 TOP 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 저감할 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 CO2 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

CO2 포집기술은 화력발전소 등 대규모 발전원에서 발생하는CO2를 포집하여 직접적으로 감축하는 기술이다. 연소후 습식 CO2 포집기술은 보령화력에 설치된 국내최대 규모의 10MW급 포집 플랜트에서 세계 최고 성능으로 누적 3만시간 운전을 통하여 성능을 입증하였다. 150톤/일 규모의 압축·액화설비를 구축하여 연간 5만톤의 온실가스를 감축하고 있다. 이러한 결과를 바탕으로 150MW급(연간 100만톤) 대규모 CO2 포집 격상설비 설계기술을 확보하였다. 정부의 에너지전환 정책에 부응하면서 LNG 복합발전 배가스의 CO2를 포집하는 공정 개발도 진행중이다. 또한, 심냉 CO2 포집기술을 개발하여 파일럿급 공정 실증 및 상용급 공정설계를 진행중에 있다.

이산화탄소 활용기술

CO2 전환기술은 CO2를 유용한 물질로 전환하여 온실가스 저감과 동시에 부가가치 창출이 가능한 기술이다. 발전소에서 배출되는 배가스를 별도의 포집공정 없이 중탄산나트륨 등 유용한 화합물로 전환하는 기술을 개발하여서 하루 100kg의 중탄산소다를 생산할수 있는 파일럿 공정을 실증하였다. 또한 자체 개발한 미생물을 활용하여 이산화탄소와 재생에너지 유래 수소를 원료로 메탄가스를 생산하는 생물학적 메탄화 기술을 개발하였다. 또한 CO2의 복합개질 반응을 통하여 CO, H2 등 합성가스를 생산하는 촉매공정도 개발중이다.

SF6 분석/정제/분해기술

대표적인 온실가스인 SF6 사용량을 줄이기 위해 회수-정제-분해 단계의 전주기 기술을 개발하고 있다. SF6의 정밀분석 인프라를 구축하고, 전력설비로부터 회수하여 심냉방식을 통해 99% 이상의 순도로 정제하는 기술을 개발하였다. 개발된 정제기술은 현재 옥천 기후변화 대응센터에 실증되어, 운영 중이다. 또한 전력설비의 친환경 개폐기 확대 보급 계획에 따라 발생하는 미활용 SF6를 환경에 무해하게 분해·배출하는 기술을 개발하고 있다. 실험실 규모 테스트로 SF6의 분해반응 특성을 평가하고, 상용설비의 설계 인자를 도출하였다. 이를 바탕으로 연간 60톤급 SF6 분해 및 무해화 시스템을 전력연구원에 구축하고 그 성능을 평가하고 있다. SF6 분해 기술은 향후 한전의 폐 SF6 처리에 활용할 예정이다.

에너지 효율향상 기술

온실가스 감축, 발전효율 향상 및 신재생에너지 경제성 제고를 위해 융·복합 에너지 시스템 개발에 주력하고 있다. 폐열과 연계가 가능한 2 MW급 초임계 CO2 발전기술은 시스템 설계 및 단위기기 제작을 완료하였다. 저온 폐열을 전력으로 회수하는 ORC 발전 기술은 도서지역 디젤엔진 폐열을 활용한 30 kW급 발전시스템을 개발하여 흑산도에서 실증을 완료하였다. 디젤 및 천연가스를 동시 사용하는 혼소기술은 2019년 1.5 MW급 시스템을 국내 최초로 백령도에 구축 완료하였고, 실증을 통해 배출오염물질 저감효과를 확인하고 확대적용을 추진할 예정이다. 또한, 건물부문 에너지 고효율화를 위해 주택용 냉·난방·급탕 일체형 히트펌프 실증연구를 추진할 예정이고, 보급확대를 위한 성능기준 표준을 수립할 예정이다.

바이오에너지 전환 기술

연간 5천만톤 이상 발생하는 가축분뇨로 인한 온실가스 발생 및 환경 문제를 개선하고, 비합리적으로 이용되는 농·축산 분야의 난방용 전기에너지를 바이오에너지로 전환하기 위한 기술을 개발 중이다. 축분 고체연료를 이용한 2MWth급 축분 보일러 연계 난방열-전기 동시생산 설비를 개발하였고, 2022년에 설비를 구축하여 실증 진행 중이다. 향후 축분고체연료를 비롯한 다양한 바이오자원을 활용한 에너지화 기술 및 효율 향상 연구를 추진할 예정이다.

블루·청록수소 생산기술

수소발전확대에 따른 청정수소공급을 위해 블루･청록수소 생산 기술개발 연구를 수행하고 있다. 산화환원소재와 스팀의 열화학적 반응을 통해 고순도의 수소를 생산함과 동시에 이산화탄소를 포집하는 블루수소 생산기술의 핵심소재인 산화환원소재와 공정설계 기술을 개발하였다. 20kWth급 생산시스템 구축을 완료하였으며, 실증을 통한 MW급 시스템 개발을 추진할 예정이다. 금속 촉매를 이용한 메탄분해 반응을 통해 수소와 고부가 가치의 탄소소재를 동시에 생산하는 청록수소 생산기술에 착수하였으며, 20kWth급 청록수소-탄소소재 생산시스템 및 MW급 청록수소 생산시스템 설계기술 개발을 추진 중이다.

PM/NOx 동시처리 기술

도서지역 환경규제 선제적 대응기술로써 미세먼지·질소산화물 동시처리 촉매필터 기술을 개발하였다. 한전 고유 촉매필터를 개발하고 위도 500 kW급 엔진 대상으로 현장평가하여 미세먼지·질소산화물 동시제거율 90% 이상의 단기성능을 검증완료하였다. 80 kW급 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 중에 있다.

전력설비 센서 진단기술

안정적이고 경제적인 전력설비 운영을 위하여 센서 기반의 상태진단 기술개발에 주력하고 있다. 변압기 상태의 실시간 감시를 위하여 수 ppm 극미량 수준까지 유중가스 농도 감지가 가능한 반도체식 가스센서를 개발하고, 이를 변압기 절연유 내부에 장입 가능한 프로브 형태로 개발하여 구조를 단순화하면서 신뢰도는 향상시켰다. 또한 수소설비 상태를 감시하고 발생 가능한 위기상황에 선제적 대처를 위해 고압 가스배관 내부의 수소/산소 농도 감지가 가능한 고신뢰 센서를 개발하고, 이를 방폭형 모듈에 탑재하여 수전해설비에 적용할 계획이다. 향후, 지중케이블 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 미세먼지 생성 및 거동평가를 위한 이동측정시스템을 구축하였으며, 미세먼지 자동연속 측정시스템을 개발하여 발전소 배출 미세먼지의 실시간 모니터링 기반을 구축하였다. 또한 배출 미세먼지 자동측정기술에 대한 전력산업기술기준 표준제정과 기술이전을 완료하였으며, 이를 통해 국내 전체 발전소로 확대 적용을 주진할 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 하기위한 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 2022년부터 전사 확대적용 및 해외 시범사업을 통해 국내외 기술사업을 확대해 나가고 있다. 그리고, 4차 산업혁명 대비 변압기 열화진단용 無 반응시약 고분자 감응형 진단키트를 개발하여 남서울본부 내 현장 실증하였고, 송전 OF 및 XLPE 케이블의 상태 및 잔여수명 예측을 위한 절연열화 핵심인자 도출 및 측정기술 개발을 통해 자산관리시스템 운영을 위한 새로운 진단기법 및 기준을 개발하였다. 더불어, 변압기 부싱 고장발생 사전예방을 위한 관리기준 개발을 진행 중이며 해상변전소 친환경 변압기 운용 기술 등 국내 전력설비 화학적 진단 핵심기술 개발을 통해 전력설비의 예방진단 기술을 선도하고 있다.