에너지硏, 세계 최초 '축류형 초임계 이산화탄소 터빈 발전기술' 개발

한국에너지기술연구원은 고온·고압의 이산화탄소로 터빈을 구동, 전기를 생산하는 '축류형(axial type) 터빈 기반 초임계 이산화탄소 발전 핵심기술'을 세계 최초로 개발했다고 23일 밝혔다.


이 기술은 물의 증기로 터빈을 회전시켜 전기를 생산하는 기존 발전 방식과는 달리 고온·고압 초임계 상태의 이산화탄소로 터빈을 구동, 전기를 생산한다.

한국에너지기술연구원이 세계 최초로 개발한 '축류형 초임계 이산화탄소 발전기술'의 활용분야 개요도.(이미지 출처-초임계 CO2 발전시스템 추진단 주관 정책토론회)/자료제공=한국에너지기술연구원

기존 증기 발전에 비해 발전효율이 2~5% 높아 석탄 등의 에너지원 사용을 줄여 미세먼지와 온실가스를 저감할 수 있다.

국내 발전설비 용량이 약 100GWe임을 감안, 이 발전기술로 기존 증기 발전소를 교체 시 1000MWe급 원자력 발전소 5기의 효과를 낼 수 있을 정도로 발전효율을 높여 전기 요금을 5~15%까지 줄일 수 있을 것을 것으로 기대된다.

연구원 측은 이번 기술의 핵심 성과에 대해 초임계 이산화탄소 터빈 발전기를 축류형(Axial type)으로 개발, 소형 반경류(Radial)형 터빈 기술에만 머물던 기존 기술의 수준에서 벗어나 대형화를 향한 첫 도약을 펼쳤다는 의미가 있다고 설명하고 있다.


축류(Axial)형 터빈을 이용한 발전방식은 터빈을 구동시키는 유체가 회전축 방향으로 흐르는 방식으로 현재 우리나라 전력생산의 90% 이상을 차지하고 있다.

수백 MWe급의 상용 발전 규모에서는 축류형 터빈 기술이 필수지만 전세계 대부분의 초임계 이산화탄소 발전 연구자들은 현재까지 소형 반경류(Radial)형 터빈 기술 개발에 머물러 있는 실정이다.

특히 기술 선도국인 미국에서도 제너럴 일렉트릭사만이 유일하게 축류형 개발을 추진하고 있으나 현재까지 시운전 단계에는 이르지 못한 상태다.

백영진 교수/사진제공=UST

연구진은 초임계 이산화탄소 터빈 기술의 가장 큰 문제였던 축력(Axial force)에 의한 부품파손과 마찰손실(Windage loss)을 고유의 터빈 설계와 운전 전략 개발로 해결했다.

연구책임자인 백영진 박사는 "초임계 이산화탄소 발전기술은 미세먼지 및 온실가스 감축 등 글로벌 청정에너지 이슈 대응은 물론 신산업 창출의 견인차 역할을 할 미래 발전 핵심기술" 이라며 "이번 기술 개발을 계기로 초임계 이산화탄소 터빈 발전기 기술 분야에서 향후 우리나라가 선도적 역할을 할 수 있도록 노력할 것"이라고 말했다.

한편, 현재 UST의 한국에너지기술연구원 캠퍼스 재생에너지공학 전임교원으로 재직 중 백 박사는 이 같은 내용의 '초임계 이산화탄소 이중 브레이튼 사이클 개발 연구' 논문으로 다음 달 2일 '대한기계학회 최우수 논문상'을 받는다.