국내 최초 초임계 이산화탄소 발전 성공

[파이낸셜뉴스] 한국기계연구원이 국내 최초 초임계 이산화탄소 발전시스템을 시제품으로 구성해 250㎾ 출력 실증에 성공했다고 3일 밝혔다. 연구진은 핵심기계인 터보기계의 부피를 기존 발전시스템 대비 20분의 1 수준으로 줄일 수 있어 발전 시스템의 소형화가 가능하다고 설명했다.

기계연구원 박무룡 책임연구원 연구팀은 초임계 이산화탄소 발전 시스템에 필요한 펌프, 터빈 및 열교환기 등의 핵심 기계를 개발했다.

박무룡 책임연구원은 "상용화를 위해 가장 중요한 단계인 실험실 규모의 실증을 성공적으로 마친 만큼 실제 발전 현장에 적용하는 추가 연구를 통해 초임계 이산화탄소 발전시스템 상용화에 기여하겠다"고 말했다.

초임계 이산화탄소 발전은 증기 대신 초임계 상태의 이산화탄소를 활용하는 발전 방식이다. 초임계 상태는 임계점보다 높은 압력에서 작동유체가 액체와 기체의 성질을 동시에 갖는 상태를 말한다. 이러한 초임계 상태의 이산화탄소를 작동유체로 사용하면 발전효율이 향상될 뿐 아니라 시스템 소형화도 가능하다.

이산화탄소는 온도 31℃, 압력 7.37㎫ 이상의 조건에서 초임계 상태를 유지할 수 있으며, 밀도가 크고 점성이 낮은 것이 특징이다.

이를 활용하면 기존의 증기발전 시스템에서 기체인 증기를 고압조건으로 만드는 것 보다 더 적은 에너지로 초임계 상태에서 이산화탄소를 고압 조건으로 만들 수 있다.

점성이 낮은 특성 때문에 발전시스템의 핵심기계에서 발생하는 마찰손실도 줄어 효율이 높아진다. 또 핵심 기계의 반응도 빨라져 발전 시 다양한 부하 변동 상황에 빠르게 대응할 수 있다는 장점이 있다.

초임계 이산화탄소 발전 시스템은 빠른 기동으로 신재생 에너지에 적합한 기술로 시스템 소형화가 가능해 경제적 가치를 창출할 것으로 기대를 모으고 있다.

박 책임연구원은 "초임계 이산화탄소 발전 시스템은 에너지 시스템의 효율을 극대화 할 수 있을 뿐 아니라 기후변화 위기에 대응한 이산화탄소 배출 총량 규제에 적극 대응할 수 있는 기술"이라고 설명했다.

한편, 기계연구원 에너지변환기계연구실은 1990년대부터 에너지플랜트용 핵심 기계인 터보기계에 대한 연구를 성공적으로 진행해 핵심기계 설계역량을 비롯해 연구 인력과 시험 인프라 까지 풍부한 연구역량을 축적해왔다.

2019년 12월에는 과기부 선정 터보기계분야 국가연구실에 지정되기도 했다.

[e-mail] 김만기 기자