기계연구원, 국내 첫 '초임계 CO2 발전 시스템' 실증 성공

핵심기계 원천기술 확보 및 실증 수행

친환경 발전 전환, 소형·모바일 발전 신시장 창출 기대

[대전=뉴시스] 왼쪽은 기계연구원이 개발한 초임계 CO2 발전 시스템 전경이고 오른쪽은 초임계 CO2 발전의 핵심 설비인 파워터빈이다. 파워터빈은 구심터빈과 감속기, 발전기로 구성된다.

[대전=뉴시스] 김양수 기자 = 국내 연구진이 초임계 이산화탄소(CO2) 발전 시스템용 핵심기술을 확보하고 실증에 성공했다.
 
한국기계연구원은 박무룡 책임연구원 연구팀이 국내에서 처음으로 초임계 CO2 발전 시스템에 필요한 펌프, 터빈 및 열교환기 등 핵심 원천기술을 개발하고 시제품으로 발전시스템을 구성해 250㎾ 출력 실증에 성공했다고 3일 밝혔다.
 
지금까지 국내 기술로 초임계 CO2 발전을 실증하기 위한 시도는 있었지만 핵심 기계를 모두 국내 기술로 개발하고 발전시스템을 구성, 출력에 성공한 사례는 없다.

초임계 CO2 발전은 기존 증기발전에서 활용하던 증기 대신 초임계 상태의 CO2를 작동유체로 활용하는 발전 방식이다. 초임계 상태는 임계점보다 높은 압력에서 작동유체가 액체와 기체의 성질을 동시에 갖는 상태를 말한다.
 
CO2의 임계점은 온도 31℃, 압력 7.37㎫ 이상의 조건에서 초임계 상태를 유지할 수 있으며 밀도가 크고 점성이 낮은 특징이 있다.
 
이를 활용하면 기존 증기발전 시스템에서 기체인 증기를 고압조건으로 만드는 것 보다 적은 에너지로 초임계 상태에서 CO2를 고압 조건으로 만들 수 있다.

점성이 낮은 특성 때문에 발전시스템의 핵심기계에서 발생하는 마찰손실도 줄어 효율이 높아지며 동일한 질량일 때 밀도가 큰 만큼 부피도 감소하기 때문에 핵심기계인 터보기계의 부피를 1/20 수준으로 줄일 수 있기 때문에 발전 시스템의 소형화가 가능하다는게 연구진의 설명이다.

또 핵심 기계의 반응도 빨라져 발전 시 다양한 부하 변동 상황에 빠르게 대응할 수도 있다.

이에 앞서 기계연 에너지변환기계연구실은 지난 1990년대부터 에너지플랜트용 핵심 기계인 터보기계에 대한 연구를 수행해 핵심기계 설계기술 및 전문인력, 시험 인프라까지 풍부한 연구역량을 축적해 왔다.

박무룡 책임연구원은 "초임계 CO2 발전 시스템은 에너지 시스템의 효율을 극대화 할 수 있을 뿐 아니라 기후변화 위기에 대응한 CO2 배출 총량 규제에도 대응할 수 있는 기술"이라며 "상용화의 가장 중요한 단계인 실험실 규모의 실증을 성공적으로 마친 만큼 실제 발전현장에 적용할 수 있도록 추가 연구에 적극 나서겠다"고 말했다.


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