경쟁 치열한 '이산화탄소 미니발전소', 국내 개발 완료 눈앞

한국원자력연구원 선진SMR기술개발부

연구팀이 전력 생산 분기점에 도달하기 위해 외부 열원의 온도를 조절하는 모습 /사진=한국원자력연구원

대형 증기발전소의 10분의 1 크기로 산업용 전력을 생산할 수 있는 한국형 '초임계 이산화탄소 발전 시스템'이 완성 단계에 이르렀다.

한국원자력연구원(이하 원자력연)은 차재은 선진SMR기술개발부 책임연구원이 이끄는 연구팀이 '초임계 이산화탄소 발전 시스템' 실증 시험을 진행한 결과, 생산 전력이 투입 전력을 뛰어넘는 분기점에 도달했다고 23일 밝혔다.

초임계 이산화탄소 발전은 액체와 기체의 성질을 동시에 갖는 '초임계 상태'의 이산화탄소를 이용해 전기를 생산하는 발전시스템이다. 고온·고압 상태를 만들 '압축기', 압축기를 구동할 '구동 터빈', 실제 전력을 생산할 '발전(파워) 터빈'이 시스템의 핵심 시설이다.

지난 4월 발전 터빈 실증 시험에서 100킬로와트(kW) 전력 생산에 성공한 연구팀은 이번엔 압축기 작동을 위한 구동 터빈까지 개발해 발전 시스템에 추가했다. 자체 개발한 구동 터빈으로 압축기를 가동하며 외부 열원(熱原)의 온도와 이산화탄소의 유입량을 서서히 올리는 방식으로 실증 시험을 진행했다.

그 결과 투입한 전력보다 발전 시스템에서 생산한 전력이 커지는 전력 생산 분기점에 도달했다. 차 책임연구원은 "초임계 이산화탄소 발전 시스템에 필요한 모든 핵심 시설을 갖춘 일종의 '미니 발전소'를 완성해 실증했다는 점에서 의미가 있다"며 "최종 정격 출력 시험에서 총출력 500kW를 달성하고, 이를 기반으로 실제 산업군에 적용할 수 있는 메가와트(MW)급 발전 시스템까지 개발할 것"이라고 했다.

초임계 이산화탄소 발전 시스템은 기존 대형 증기발전시스템의 10분의 1에서 20분의 1 정도다. 20~40톤(t)짜리 트럭 1대에 발전기를 싣고 이동할 수 있어 수출에도 유리하다. 차세대 원자로·태양열·선박 배기열 등 다양한 열원과 함께 가동하면 전력 생산량을 크게 늘릴 수 있다.

차 책임연구원은 "미국, 중국 등 초임계 이산화탄소 발전 시스템 개발을 위한 경쟁이 치열한 가운데, 한국에서 고효율 초임계 이산화탄소 발전 시스템 기술을 성공적으로 개발하는 단계까지 온 것"이라고 밝혔다.

박건희 기자 wissen@mt.co.kr