국내 기술로 `초임계 이산화탄소 발전시스템` 전력 생산…첫 `분기점` 달성

원자력연, 실질적 전력생산하는 발전시스템 구축
이산화탄소 압축한 힘으로 전력생산..소형화 장점

한국원자력연구원은 초임계 이산화탄소 발전 시스템 개발을 마치고, 분기점에 도달했다. 사진은 초임계 이산화탄소 발전시스템의 터보기기 설치 모습. 원자력연 제공

차세대 고효율 발전 시스템으로 주목받는 '초임계 이산화탄소 발전 시스템'을 통한 전력 생산이 눈앞으로 다가왔다. 국내 연구진이 연구에 착수한 지 4년 만에 전력 생산 기술을 확보했다.

한국원자력연구원은 차재은 박사 연구팀이 초임계 이산화탄소 발전 시스템 개발을 마치고, 국내 최초로 생산 전력이 투입 전력보다 커지는 분기점 도달에 성공했다고 23일 밝혔다.

초임계 이산화탄소 발전은 액체와 기체의 성질을 동시에 갖는 초임계 상태의 이산화탄소를 이용해 전기를 생산하는 기술이다. 이산화탄소를 초임계 상태로 만들려면 고온과 고압이 필수적으로, 압축기와 구동터빈, 발전 터빈 등으로 구성된다.

앞서 연구팀은 지난 4월 초임계 상태에서 이산화탄소 발전 시스템을 통해 100㎾ 전력 생산에 성공한 바 있다. 이번에는 압축기 작동을 위한 구동 터빈을 개발하고 시스템 내부에 추가해, 투입 전력보다 발전 시스템에서 생산한 전력이 커지는 전력 생산 분기점에 도달했다. 아울러, 외부 열원과 함께 시스템 내부에서 자체적으로 이산화탄소를 압축하는 힘을 공급해 전력을 생산하는 시스템을 완성했다.

기존 증기발전시스템의 10분 1∼20분의 1 정도 크기인 초임계 이산화탄소 발전 시스템은 차세대 원자로, 태양열, 선박 배기열, 석탄 화력 등 다양한 열원과 함께 쓸 수 있을 정도로 소형화가 가능한 게 장점이다. 특히 초임계 상태의 이산화탄소는 액체처럼 밀도가 높아 터빈을 돌리는 힘이 일반 수증기보다 강력해 동력 시스템 크기를 작게 만들 수 있다. 기체이기 때문에 마찰로 인한 손실이 적고 부식 문제도 없다.

차재은 박사는 "밀폐형 고효율 초임계 이산화탄소 발전 시스템 개발을 국내에서 최초로 성공시킬 수 있는 단계까지 이르렀다"며 "앞으로 총출력 500㎾를 달성하고 ㎿급 발전시스템을 개발하는 게 목표"라고 말했다.

이준기기자 bongchu@dt.co.kr