'초임계 CO2 발전' 상용화 바짝···투입량보다 더 많은 전력 생산

■원자력硏 국내 첫 순출력 도달
고효율 발전소 소형화 장점도
발전시스템 최고 기술력 확보

[서울경제]

수증기 대신 초임계 이산화탄소를 사용해 전력 생산의 효율을 높인 차세대 발전 기술이 상용화에 한 걸음 가까워졌다. 국내 연구진이 에너지 투입량보다 생산량이 더 많아지는 분기점을 돌파해 실질적인 전력 생산 가능성을 확인했다.

한국원자력연구원이 개발해 에너지 분기점을 돌파한 초임계 이산화탄소 발전 시스템. 사진 제공=한국원자력연구원

한국원자력연구원은 차재은 선진SMR기술개발부 책임연구원 연구팀이 국내 최초로 초임계 이산화탄소 발전 시스템의 분기점 도달에 성공했다고 23일 밝혔다.

분기점은 발전소를 돌리는 데 드는 전력보다 발전소를 통해 만들어지는 전력이 더 많아지는 경계를 말한다. 원자력연은 “시험 개발 연구에 착수한 지 4년 만에 순출력을 생산하는 기준점과 운전 기술을 확보했다”며 “완전한 밀폐형 초임계 이산화탄소 발전 시스템 분야에서 세계 최고 수준의 기술력을 확보한 것”이라고 강조했다.

초임계 이산화탄소 발전은 수증기를 초임계 이산화탄소로 대체한 발전 방식이다. 일반적인 발전은 화력이나 원자력 등으로 물을 끓여 수증기를 만든 후 이 수증기가 터빈을 돌려 전기를 만드는 원리로 이뤄진다. 수증기 대신 초임계 이산화탄소를 사용하면 전력 효율이 더 높아진다. 초임계 이산화탄소는 특정 온도와 압력 조건에서 액체처럼 밀도가 높으면서도 기체처럼 점성이 작은 상태의 이산화탄소를 말한다. 기체인 수증기와 비교해 밀도가 높은 만큼 터빈을 돌리는 힘이 강하다. 또 점성이 작으면 마찰도 작아 전력 손실을 줄일 수 있다는 장점이 있다.

한국원자력연구원 연구진이 초임계 이산화탄소 발전 시스템을 시험하고 있다. 사진 제공=한국원자력연구원

다만 그만큼 에너지 투입도 늘어나 분기점 돌파가 과제였다. 연구팀은 외부 열원과 함께 발전 시스템 내부에서 자체적으로 이산화탄소 기체를 압축하는 힘을 공급해 분기점 도달에 성공했다. 압축기 구동 터빈으로 이산화탄소를 순환·압축시키는 한편 외부 열원의 온도와 이산화탄소 유량을 서서히 올리면서 시스템을 실증했다. 앞서 4월에는 100㎾ 전력 생산에 성공하며 초임계 이산화탄소 발전 시스템의 전력 생산능력을 확인한 바 있다.

초임계 이산화탄소 발전은 효율이 높을 뿐 아니라 발전소를 소형화할 수 있다는 장점도 있다. 수MWe급 이하의 초임계 이산화탄소 발전 시스템은 20~40톤 트레일러 1대에 실을 수 있는 크기로 기존 증기 발전 시스템의 10분의 1에서 20분의 1 크기에 불과하다는 게 연구팀 설명이다. 차 책임연구원은 “분기점 달성 시험을 통해 밀폐형 고효율 초임계 이산화탄소 발전 시스템 개발 기술을 한국에서 최초로 성공시킬 수 있는 단계까지 이르렀다”며 “500㎾의 정격 출력을 달성하고 ㎿급 발전 시스템 개발을 위해 연구를 지속하겠다”고 말했다.

김윤수 기자 sookim@sedaily.com