한전전력연구원, 청정에너지 스털링엔진 활용
가정용 가스보일러 적용시 년 1톤 온실가스 저감
한전전력연구원이 세계최초로 디젤발전기에서 버려지는 열을 이용하는 발전설비를 개발하는데 성공했다.
한전전력연구원은 생산기술연구원, 전남대학교, 에너지기술연구원, 서울과학기술대학교와 공동으로 디젤발전기에서 공기로 배출되는 배기가스를 사용하여 추가로 전기를 생산할 수 있는 '디젤발전기 폐열을 이용한 발전 시스템'을 개발했다고 밝혔다.
디젤발전기 폐열을 이용한 발전 시스템은 스털링 엔진(Stirling engine)을 이용하여 디젤 엔진을 사용하는 내연발전소 등에서 공기 중으로 버려지는 높은 온도의 배기가스를 열원으로 전기를 생산하는 시스템이다.
스털링 엔진은 실린더에 수소 또는 헬륨을 넣어 밀봉 후 실린더 외부에서 가열과 냉각을 반복하여 작동하는 외연기관이다. 별도의 연료를 사용하지 않고 온천과 같은 지열, 태양열 등을 열원으로 활용할 수 있어 미세먼지나 온실가스 등 오염물질이 배출되지 않아 풍력, 태양광 등 신재생 에너지와 함께 새로운 청정 에너지원으로 주목받고 있다.
한전전력연구원이 개발한 스털링 엔진을 이용한 발전 시스템은 세계 최초로 500℃ 이하의 디젤발전기의 배기가스를 이용하여 3kW의 전력을 생산할 수 있다.
높은 온도에서 작동하는 일반적인 발전소와 달리 500℃의 낮은 온도에서 동작하는 스털링 엔진의 변환 효율을 높이기 위해 전력연구원은 부품간의 간격을 십만분의 1cm까지 정밀 가공하는 한편, 피스톤-실린더 간 마찰 문제를 해결할 수 있는 가스베어링 윤활기술을 개발하여 3kW 출력을 달성하는데 성공했다.
기존 상용 스털링 엔진은 700℃에서 동작하는 반면 500℃이하의 디젤발전기의 배기가스를 이용한 사례는 이번이 처음이다.
국내에서는 2009년 경동나비엔이 한국기계연구원, 한국에너지기술연구원, 한국가스안전공사와 함께 1kW의 전기를 생산하는 가정용 스털링엔진을 개발한 바 있으며 네덜란드의 레메하(Remeha)가 2011년 출력 1kW의 스털링 엔진을 상용화하여 현재까지 3000여대를 판매했다.
스털링 엔진을 이용한 발전 시스템은 내연발전소에서 배기가스를 통해 버려지는 열의 일부를 이용하여 전기를 생산할 수 있어 내연발전소 효율이 8% 향상될 것으로 기대된다.
가정용 가스보일러에 이 기술을 적용할 경우 연간 1톤의 온실가스 저감이 가능하다.
한전은 향후 디젤엔진 외에도 태양열, 공장 및 가정용 보일러에서 버려지는 열을 사용하는 대형 및 소형 스털링 엔진을 개발하여 기술이전 등을 통해 사업화할 예정이다.
김숙철 한전전력연구원장은 “스털링엔진 기술은 신재생에너지와 에너지 하베스팅 분야의 새로운 시장 창출이 가능한 저탄소, 친환경 발전 기술”로 “내연발전소의 에너지 효율 제고는 물론 에너지신산업 확산에 기여할 것”이라고 말했다.