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“신재생에너지 증가에 따라 발생할 수 있는 전기품질의 저하 문제와 전력계통 수용 능력을 키우는데 연구 역량 집중…”

1961년 한전 전기시험소로 출범하여 1993년 대덕연구단지에 건립된 한전 전력연구원이 문재인 정부의 에너지전환정책과 발맞춰 굵직굵직한 성과를 내고 있다. 지난 2018년 세계 최초로 8.5kW 염전 태양광을 준공하고 10kW 규모의 도로 태양광을 한전 본사에 설치했으며 세계 최대 규모인 1MW 이산화탄소 분리막 설비를 당진화력본부에 준공하여 실증에 들어가는 등 온실가스와 미세먼지 감축을 위한 친환경 에너지 기술 개발이 성과를 내고 있다.

또한 세계 최초로 전력 소프트웨어 공용플랫폼을 개발하여 전사에 확대 적용하는 등 에너지신산업 확산을 위한 디지털 플랫폼 기술을 개발하기도 했다. 한국공학한림원에서 발표한 대한민국 산업발전사에서 산업기틀을 다지고 경제발전을 이끈 ‘대한민국 100대 기술’에 4개가 선정될 정도로 국내 최고의 기술을 보유하고 있는 연구 조직으로 거듭나고 있다.

이에 김숙철 전력연구원장으로부터 최근의 성과에 대해 알아보았다. 김숙철 원장은 한전 기술처 근무 당시 공중 태양광발전 특허를 취득하는 등 재생에너지 분야에 관심이 많은 인물이다. 특히 이명박 정부 시절 시작된 서남해안풍력발전사업단에 파견 나가 기본 틀을 잡았던 일화는 잘 알려져 있다. 다음은 일문일답이다.  

Q. 취임 1년이 됐다. 그동안 관심을 갖고 추진한 부분은 무엇인가.

가장 관심 있는 부분은 전력연구원이 보유하고 있는 기술의 ‘사업화’와 ‘연구소 기업'이다.
연구소 기업은 전력연구원이 민간기업과 공동으로 설립하는 것으로 한전이 20%의 지분을 투자한다. 국내 대부분의 연구원은 좋은 기술이 있어도 상용화에 이르지 못하고 기술이전이나 특허를 내는 수준에서 끝나는 경우가 많다. 기술에 대한 지속적인 관리와 투자가 연구원 고유 업무에서 벗어난다는 시각도 있고 관련 인력도 부족해 유지보수는 물론 상용화도 힘들기 때문이다.

반면, 중소기업은 판매와 영업 및 유지보수가 가능한 인력은 있어도 혁신적인 기술을 검증받을 수 있는 실험장비와 인프라가 부족, 상용화까지 나아가지 못하는 경우가 많다.
연구소 기업은 기술의 상용화와 사업화 등을 담당할 수 있는 중소기업, 기술의 개발, 검증, 실험을 할 수 있는 연구원을 결합했기 때문에 잠재력이 다른 기업들과 비교해 크다고 볼 수 있다. 작년 기준 연구원에서 진행 중인 연구과제는 200여개로 앞으로 지속적인 사업기술 발굴을 통해 연구소 기업을 계속 늘려나갈 계획이다.

Q. 지난해 성과는.

원장 취임 이후 인공지능, 정보통신기술, 신재생에너지와 관련된 에너지 분야 미래성장동력 창출을 위해 노력했다. 4차 산업혁명 시대가 본격 도래하면서 기술 분야 간 장벽이 허물어지면서 새로운 기술이 폭발적으로 늘어나고 있으므로 이를 대비할 수 있는 연구를 지속해서 기획, 발굴해야 한다고 강조했다.

빠르게 변화하는 기술 흐름을 파악하고자 매주 전 연구원이 참여하는 “KEPRI Friday 세미나”를 열고 있는데 어느덧 30회에 이르고 있다. 세미나를 통한 지속적인 교류는 국내 일자리 창출과 미래먹거리 핵심기술이 될 수 있는 연구과제 개발에 큰 도움이 되고 있다.

또한 한전 기술기획처장으로 근무하면서 한전의 기술정책 및 기술 개발전략 수립, 미래성장 기술 발굴, 지적재산 사업화 전략 수립 및 시행 경험이 전력연구원장 임무를 안정적으로 수행하고 양질의 성과를 배출할 수 있는 밑바탕이 됐다고 본다.
지난해 1월에는 미생물을 이용하여 이산화탄소를 메탄가스로 전환하는 설비를 국내 최초로 실증했으며 3월에는 역시 국내 최초 해상풍력단지 환경 모니터링 시스템을 개발했다.

향후 신재생에너지가 확대되면 필수적으로 갖춰야 할 전력설비인 국내 최대 규모의 고압 직류 케이블시험장도 4월에 구축했으며 인공지능 전력망에 적용되는 무선 통신용 칩도 개발했다. 지난해 8월에는 인공지능 기반 보일러 감시시스템을 대만에 수출하는 쾌거를 달성했으며 9월에는 연료전지-배터리 복합 시스템개발을 완료했다.

짧은 기간 동안 우수한 성과를 거둘 수 있었던 것은 전력연구원의 우수한 연구 인력들의 도움이 있었기에 가능했다. 앞으로도 우수한 전력연구원 인력 및 학계, 산업계를 아우르는 네트워크를 바탕으로 꾸준한 연구성과를 내고자 한다.

Q. 미세먼지와 안전, 직류(DC), 신재생 비중 증가 등 과거와는 다른 내용에 대한 연구 필요성이 높아지고 있다. 대응 방안이 궁금하다.

전력연구원은 신재생에너지 증가에 따라서 발생할 수 있는 전기품질의 저하 문제와 전력계통 수용 능력을 키우는데 연구 역량을 집중하고 있다. 이는 매우 중요한 문제다. 

신재생발전은 기후에 의존하는 간헐적 발전 특성으로 변동이 매우 큰 에너지다. 발전출력을 정확하게 예측할 수 없으므로 신재생에너지가 늘어날수록 전력계통에는 다양한 이슈가 발생할 수 있다. 전력연구원은 이러한 문제를 해결하기 위해 인공지능 기반의 실시간 전력계통운영시스템과 가스터빈, ESS(에너지저장장치)와 같은 유연성 제공 자원에 연구를 집중하고 있다.

신재생에너지와 같은 분산형 전원을 효과적으로 운영할 수 있는 스마트그리드 전력시스템 및 운영 플랫폼 상품화를 완료하여 현장에서 활용 중이며 인공지능 활용 배전설비 영상진단 사업화 기술 개발도 완료한 상태다. ICT와 센서로 축적된 데이터 및 인공지능 알고리즘을 바탕으로 전력계통에 발생할 수 있는 문제점을 예측할 수 있는 제어시스템을 통해 전기품질 저하 문제를 해결할 것이다.

재생에너지 확대를 위해서는 전력 생산뿐만 아니라 생산된 전기를 거래하고 배분할 수 있는 지능화된 전력망과 거래 시스템, 시장의 운영을 위한 재생에너지의 예측, 생산자와 소비자가 참여하는 새로운 서비스 방법과 인프라 등 기존 전력망의 모든 기술과 정보통신 기술이 융합되어야 한다.

Q. 신재생 관련 전력연구원의 연구 분야는.

전력연구원은 재생에너지 3020로드맵 이행에 발맞춰 신재생에너지 확대를 위한 신기술 발굴에 앞장서고 있다.

태양광, 풍력과 같은 에너지원에 대한 연구뿐만 아니라 재생에너지 확대에 따른 전력품질 저하도 고려하여 에너지의 생산과 소비까지 이어지는 전체 가치사슬을 매끄럽게 하나로 묶는 연구개발을 수행하고 있다.

해상풍력 기술개발과 관련, 석션버켓 해상풍력시스템을 개발하여 2017년 미국토목학회로부터 풍력 분야 우수 프로젝트상을 수상하는 등 성과를 거두었다. 석션버켓 해상풍력시스템은 해상풍력발전기 기초구조물에 펌프를 이용해 구조물 내외부 수압 차이만을 이용해 하부기초를 설치하는 기술로 설치시간을 8시간 가량 획기적으로 줄이는 기술이다. 석션버켓 해상풍력시스템을 서남해 해상풍력 발전단지의 지지구조에 적용하면 기존 기술 대비 1500억원의 건설비용절감이 가능하다.

전력연구원은 풍력발전분야 시공기술 뿐만 아니라 해상풍력단지의 개발이 해양환경에 끼치는 영향을 평가할 수 있는 해상풍력 환경모니터링 시스템도 구축하여 국내 해상풍력확대에 기여하고 있다.

차세대 에너지저장장치의 개발을 위한 그래핀 슈퍼커패시터 대용량 모듈, 에너지저장장치 진단 및 운용 신뢰성 향상, 망간전지 기반의 이차전지 개발 등을 통해 에너지저장장치의 성능개선연구를 진행하고 있다. 또한 전지를 활용한 전기화학적 에너지 저장장치는 용량이 증가할수록 비용이 증가하고 운영 난이도가 올라가는 단점을 보완하기 위해 해수양수발전 연구도 계획 중이다. 전력연구원은 다양한 방식의 에너지저장장치 신기술 발굴을 통해 가격경쟁력 확보와 이를 통한 재생에너지 보급 확대에 기여할 방침이다. 

Q. 에너지신산업분야 핵심 연구 분야는 무엇인가.

2000년대 들어 에너지신산업은 다른 산업과의 융합을 통해 급성장하고 있다. 기존 전기자동차 기술은 제조업 영역에 머물러있었지만 현재는 통신사, 플랫폼개발자, IoT, 인공지능 서비스사가 함께 연구개발을 하고 있다.

전력연구원은 이와 같이 다양한 분야와의 융합을 에너지신산업분야의 핵심으로 파악하고 연구개발을 수행 중이다. 2018년에는 전기차-전력망 통합시스템을 개발하여 전기차 배터리를 사용해 소비자도 에너지를 판매하는 새로운 시장을 개척했다. 전기차-전력망 통합시스템은 현대자동차, 명지대학교 등 20여개 다양한 분야의 기업 및 대학이 참여하여 진행했으며 ESS, 통신시스템, 빅데이터, IoT 등의 기술이 통합된 기술이다.

또한 에너지의 형태가 다양해지고 신재생에너지가 확대되면서 이를 통합하고 관리할 수 있는 디지털 플랫폼이 에너지신산업 분야의 핵심으로 떠오르고 있다. 전력연구원은 세계 최초로 전력 소프트웨어 공용플랫폼을 개발하여 전사에 확대 적용하는 등 에너지신산업 확산을 위한 디지털 플랫폼 기술을 개발, 구축했다.

전력연구원은 송전과 배전분야의 연구개발은 물론 소비 분야의 연구개발을 통한 전력산업의 디지털플랫폼개발 개발에 매진하여 디지털 변환을 선도하고 있다. 디지털변전소, 직류배전, 사물인터넷 등 새로운 전력 공급과 소비 형태를 만들어내는 플랫폼 개발과 에너지신산업 확산에 기여하고자 한다.

Q. 끝으로 덧붙일 말은.

전력연구원은 그 동안 전력 에너지 분야의 아이디어를 찾아내고 기술 융복합을 통해 전력과 에너지 기술의 혁신을 선도했다.

앞으로 전력산업의 비전과 한전의 경영방침을 지속적으로 확인하고 전력산업 구성원과 유기적인 협조 체계를 구축, 전력산업 내부의 다양한 구성원 뿐만 아니라 다양한 배경을 가진 우리 사회의 구성원들과 같이 머리를 맞대고 토론과 협업 네트워크를 구축할 것이다. 이를 바탕으로 미래의 분권적 전력망으로 변화하는데 필요한 역할과 기술을 모색하여 전력연구원이 모든 전력분야 기술의 집합소가 되도록 할 것이다.

대전=이만섭 기자