청정에너지연구소
연구분야 청정에너지연구소전력산업 탄소중립 기술 확보를 위하여 CCUS 및 무탄소 수소생산 기술을 개발 중이다. 한전은 발전소 CO2 배출 감축을 위해 석탄 및 LNG 발전소를 대상으로 연소후 습식 CO2 포집기술을 개발하고 있으며 석탄화력 기준 10MW급 실증을 완료하고 민간사에 기술이전하여 확대 적용하고 있다. 이를 바탕으로 150MW급 대규모 CO2 포집 격상설계를 완료하고 실증사업을 준비중이다. 또한 별도의 CO2 포집설비 없이도 CO2가 분리배출 되는 매체순환연소기술을 개발하고있다. 3MWth급 파일럿 성능실증 및 100MWth급 개념설계를 완료하였다. 그 외에, LNG 냉열을 활용하는 심냉 CO2 포집기술도 개발 중이다. 또한, 수소 발전을 위한 안정적 수소공급방안으로 암모니아 크래킹 기술을 개발 중에 있으며, 파일럿급(1톤/일) 공정 실증 및 상용급(150톤/일) 설계기술을 확보할 예정이다.
암모니아 혼소발전 기술
무탄소 연료인 암모니아를 기존 석탄화력발전소에 혼합·연소하여 온실가스 배출을 저감하는 기술은 국가 탄소중립 정책 전환 부분의 중추적인 역할을 할 것으로 예상되며, 이를 위한 『미분탄 및 유동층 석탄화력발전소 암모니아 20% 혼소 기술 개발 및 실증』의 정부 지원 실증 연구과제를 착수하였다. 국내 미분탄·유동층 석탄발전소인 신보령, 당진, 삼척 그리고 여수에 암모니아 20% 혼소 실증(∼’27)을 통해 국가 온실가스 감축 목표 달성에 기여하고 있다. 또한 발전소 연소 최적화 및 발전비용 절감을 목적으로 하는 순환유동층 보일러 연소 및 환경설비 최적화 기술개발과 발전시스템 성능개선 전문 엔지니어링 기술 개발 연구를 진행하고 있다. 나아가 안정적이고 친환경적인 발전환경 구현을 위해 『저탄장 자연발화 소화방지 기술』과 『매체순환연 발전시스템 설계 기술개발』연구도 진행하고 있다. 탄소중립시대 신사업 개척을 위한 무탄소 발전기술을 개발하고 기존 발전기술의 고효율, 최적화를 통해 운영비용을 낮추고 안정적인 전력공급을 위해 이바지하고 있다.
무탄소 가스터빈 발전 기술
수소·암모니아와 같은 무탄소 연료를 이용한 가스터빈 발전기술은 청정발전 분야의 새로운 패러다임으로 자리잡고 있다. 무탄소가스터빈팀은 국내에서 운영중인 가스터빈을 수소 또는 암모니아 가스터빈으로 전환하기 위한 기술개발에 힘쓰고 있으며, 이를 위해 국내 최초로 수소·암모니아 적용 평가가 가능한 「무탄소 가스터빈 연소 시험센터」를 구축하였다. 가스터빈 연소기 단일 노즐과 실 규모 캔 연소기를 대상으로 시험·전산해석 연구를 수행하여 연소기 최적 운영기술을 개발하고 있다. 수소 가스터빈 분야에서는 F급 가스터빈 3개 기종을 대상으로 연소기 교체가 없는 저농도 수소혼소 운영기술을 확보하고, 고농도(50%) 수소혼소 리트로핏 시스템과 실증기술을 개발 중에 있다. 암모니아 가스터빈 분야에서는 전소 연소기의 설계·시험·평가를 위한 국제 공동연구를 미국 EPRI와 협력하여 수행하는 등 국가 온실가스 저감을 위해 다각도로 노력하고 있다
전력분야 환경화학기술
전력생산시 배출되는 대기오염물질 측정·저감기술, 전력설비 절연물질로 사용되는 SF6의 전주기(회수-정제-분해)기술, 전력설비 열화상태의 화학적 진단기술을 개발하고 있다. 대기오염물질 측정기술은 대기오염물질의 기여율을 평가함으로써 발전소 환경설비의 최적화방안을 도출한다. 저감기술은 발전소에서 배출되는 1차 미세먼지와 2차 미세먼지 전구물질을 전환·제거하는 기술로 신인천복합 등에 파일럿실증을 완료하고, full-scale 실증추진 및 도서내연 확대적용을 계획중이다. SF6 전주기기술은 저순도 SF6를 고순도로 분리·재사용하는 정제기술, 친환경 전력설비 도입에 따라 폐SF6를 무해한 물질로 처리하는 분해기술로 구성된다. 정제기술은 기후변화대응센터에서 20년부터 매년 10만톤 이상의 온실가스 감축을 실현중이며, 분해기술은 확대적용을 추진중이다. 변압기 열화상태평가 휴대용 퓨란진단키트 기술은 전사확대적용 및 국내외 기술사업화 진행중이며, 변압기부싱 및 송전케이블 열화 新진단기술을 개발하여 현장 실증중이다. 현재, 해상변전소 친환경 변압기 운영·합성에스테르 절연유 생산기술을 개발하고 있다.
탄소포집활용저감 기술
전력산업 탄소중립 기술 확보를 위하여 CCUS 및 무탄소 수소생산 기술을 개발 중이다. CO2 포집기술로 연소후 습식 포집기술 개발하여 10MW급 실증을 완료하고 민간에 기술이전하여 확대 적용하고있다. 이를 바탕으로 150MW급 대규모 CO2 포집 격상 설계를 완료하고 실증사업 준비중이다. 또한 별도의 포집공정이 필요없는 매체순환연소기술을 개발하고있다. 3MWth급 파일럿 실증 및 100MWth급 격상설계를 진행 중에 있다. 그 외에, LNG 냉열을 활용하는 심냉 CO2 포집도 개발 중이다. CO2 활용기술로 CO2를 저감함과 동시에 합성가스를 생산하는 CO2 복합개질 기술도 계발하고 있다. 또한, 수소암모니아 발전을 위한 안정적 수소공급방안으로 암모니아 크래킹 기술개발을 착수하였으며, 파일럿급(1톤/일) 공정 실증 및 상용급(150톤/일) 설계기술을 확보할 예정이다.
가스터빈 고온부품 신뢰성평가 기술
2050 탄소중립 에너지 정책으로 인해 석탄화력발전 의존도를 줄이려는 노력이 지속적으로 추진되고 있으며, 청정발전을 위한 에너지 전환과정에서 안정적 전력수급을 위한 브릿지 전원으로 가스터빈의 비중이 확대될 전망이다. 이에 따라 가스터빈 발전에 대한 수요 증대가 예상되며, 발전설비를 전량 수입에 의존하는 국내 상황에서 외국 제작사에 대한 의존이 심화될 것이다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 발전사와 공동 투자로 가스터빈 고온부품 신뢰성평가를 위한 고속회전시험, 버너리그시험 및 가진시험설비를 구축하였으며, 이를 통해 『가스터빈 고온부품 성능검증 기술』을 개발하고 신뢰성 검증을 통한 국산화 및 상용화를 위해 연구하고 있다. 객관적인 성능평가와 신뢰성 확보를 위해 실제 가스터빈 실제 부하 조건을 상사한 성능검증 시험설비 구축, 전산해석 모델개발 및 주요 부품 소재 물성 DB를 구축하여 실제 운전조건을 고려한 고온부품 수명예측 기술개발을 추진하고 있다.
발전플랜트 O&M
‘4차 산업혁명과 에너지 전환’ 이라는 큰 흐름하에서 외국 제작사에 의존하고 있는 복합발전 O&M분야의 기술 자립과 발전소 운영비용 절감을 목표로 높은 신뢰성을 담보할 수 있는 최적의 운영 솔루션 7종을 개발 및 실증하고 있으며 솔루션별 특징은 다음과 같다. 복합발전 플랜트의 성능을 감시/예측하고 성능저하 원인을 제공하는『성능 영향도 평가 솔루션』, 가스터빈의 기대성능과 경제성을 분석할 수 있는『부분부하 성능예측 솔루션』, 복합발전의 공급가능용량을 예측할 수 있는『발전량 예측 솔루션』, 가스터빈 압축기의 세정 및 필터교체의 최적주기를 제공하는『압축기 성능 최적화 솔루션』, 복합발전 플랜트 핵심설비의 이상상태를 감시하고 고장을 예방하기 위한『이상진단예측 솔루션』, 가스터빈 고온부품 1단 블레이드/베인의 사용수명을 평가하는『수명영향도 평가 솔루션』, 고온부품 연소튜닝과 동압센서의 건전성에 대한 이력을 관리할 수 있는『고온부품 이력관리 솔루션』이 있다. 솔루션 개발/실증 뿐만 아니라 해당 솔루션들이 국산 가스복합발전소인 ‘표준 가스복합발전 플랜트’ 와 다양한 가스복합발전 모델에도 범용적으로 활용이 가능하도록 기술 개발 다각화 및 상용화에도 박차를 가하고 있다.
열에너지 및 수소에너지 이용 기술
산업폐열/냉열e/자연e와 같이 유효하게 회수ㆍ활용되지 않고 주변으로 버려지던 에너지를 수집ㆍ재활용하는 초임계 CO2 발전, 냉열병합발전, 히트펌프(P2H), 바이오e 연소기술을 연구하고 있습니다. 초임계 CO2 발전은 기존 증기발전 대비 효율 향상 및 소형화가 가능한 기술로, 2MW 시스템 설계를 완료하고, 23년부터 산업단지 적용 제어·실증기술 개발을 착수하여, 25년 여수에서 실증설비 구축·평가 예정이다. 냉열병합발전은 LNG 기화시 버려지는 냉열을 회수하여 전력을 생산하고 냉열을 동시에 공급하는 기술로, 23년부터 kW급 시스템 개발 및 시험기술 개발을 착수하여, 25년 보령에서 시험설비 구축·평가를 수행할 예정이다. 건물에 설치된 히트펌프를 수요관리자원으로 활용하는 히트펌프(P2H) 연구는 1년 이상의 현장 실증 후 성능기준 수립 예정이며, 건물군 단위의 실증연구도 계획중에 있습니다. 바이오e는 전처리-연소-후처리 기술 및 시스템 최적화 연구를 수행하여 2MWth급 가축분뇨고체연료 열병합 시스템을 개발하였으며, 다양한 바이오자원의 에너지화 기술 및 효율 향상 연구를 추진할 예정이다. 또한, 산화환원소재와 스팀의 열화학적 반응을 통해 고순도의 수소를 생산하는 블루수소 생산기술과, 이를 이용하여 친환경적으로 발전하는 고체산화물연료전지(SOFC) 국산화 연구를 수행중에 있습니다. 블루수소 생산기술은 20kWth급 실증을 완료하고, 1MW급 가압형 생산시스템 연구 중이며, 고효율 SOFC 기술은 3kW(KGS/KS 인증) 및 20kW 시스템 실증 후 고신뢰성의 전해질지지형 스택을 개발 중에 있습니다.
지능형 디지털 발전 기술
발전소의 운전 및 정비데이터를 디지털화하여 인공지능, 디지털트윈 등의 기술을 접목시켜 설비상태분석, 고장 예방을 통해 설비 운영/ 관리시스템을 지능화하는 기술을 개발하고 있다. 발전5사와 공동으로 지능형 감시/진단, 자산성능관리, 디지털 트윈 등 지능형 앱 16종을 개발 및 실증완료하였다. 또한, 발전 빅데이터 플레이스 구축을 통해 발전5사의 발전소 운영 빅데이터를 수집·저장·분석할 수 있어 지능형 앱 개발이 과거에 비해 용이하다. 최근에는 민자발전사 및 해외발전사를 대상으로 기술이전과 기술사업화를 통해 IDPP플랫폼 및 지능형 앱의 확대 적용을 추진중이다. 한편 발전사의 VOC를 반영하여 IDPP의 기술을 고도화하고자 후속 연구과제로 『증기터빈 로터 열응력 예측진단 및 저감운전 기술개발』,『가스터빈 발전기 회전자 인입 상태 고정자 웨지 건전성 평가시스템 개발』,『오픈소스기반 IDPP용 발전설비 성능진단/실시간 감시 앱 개발』등을 수행하고있다. 후속과제 성과물을 바탕으로 국내·외 IDPP확대 추진을 통해 온실가스 배출 저감 및 안정적 전력공급에 기여하고자한다.