초임계 이산화탄소 발전 시스템 '분기점' 도달했다

원자력연, 초임계 CO₂ 발전으로 전력생산 가능성 확보

세계 최고 수준 기술력 보유…국내 최초

[대전=뉴시스] 초임계 CO₂ 발전시스템 터보기기(압축기, 압축기 구동 터빈, 파워 터빈) 설치 모습.(사진=원자력연구원 제공) *재판매 및 DB 금지

[대전=뉴시스] 김양수 기자 = 한국원자력연구원은 차재은 박사팀이 초임계 이산화탄소(CO₂) 발전 시스템 개발을 완료하고 국내 처음으로 생산전력이 투입전력보다 커지는 분기점(Break-even Point) 도달에 성공했다고 23일 밝혔다.

이번 성공은 시험개발연구에 착수한 지 4년 만에 발전 시스템에서 순출력을 생산하는 기준점과 운전기술을 확보한 것으로 연구원은 완전 밀폐형 초임계 CO₂ 발전시스템 분야 세계 최고 수준의 기술력을 보유하게 됐다.

초임계 CO₂ 발전은 액체와 기체 성질을 동시에 갖는 초임계 상태의 CO₂로 전기를 생산하는 시스템이다. 이산화탄소를 초임계 상태로 만들려면 고온과 고압이 필수적이기 때문에 이 발전 시스템의 핵심은 ▲CO₂를 고압으로 만들 압축기 ▲압축기를 구동시킬 구동 터빈 ▲CO₂로 전력을 생산할 발전 터빈 등 3가지다.

차 박사팀은 압축기 작동을 위한 구동 터빈을 개발하고 시스템 내부에 추가해 압축기가 가동되도록 했다.
 
이어 압축기 구동 터빈으로 CO₂를 순환해 압축시키는 한편, 외부 열원의 온도와 CO₂ 유량을 서서히 올리면서 시스템을 실증한 결과, 투입한 전력보다 발전 시스템에서 생산한 전력이 커지는 '전력 생산 분기점'에 도달한 것을 확인했다.
 
외부 열원과 함께 시스템 내부에서 자체적으로 CO₂를 압축하는 힘을 공급해 전력을 생산하는 시스템이 완성됐다는 의미다.

이에 앞서 지난 4월 차 박사팀은 100㎾ 전력생산에 성공했다. 당시에는 전력을 생산하는 파워 터빈 실증에 중점을 두고 외부 모터로 CO₂ 압축기를 작동시켜 초임계 상태에서 발전시스템의 전력 생산능력을 확인했었다.

연구팀에 따르면 일반적으로 수㎿e급 이하의 초임계 CO₂ 발전 시스템은 20~40t 트레일러 1대에 실을 수 있는 크기로 만들어야 경쟁력이 있다. 이는 기존 증기발전시스템의 1/10~1/20 크기로 차세대 원자로, 태양열, 선박 배기열, 석탄 화력 등 다양한 열원과 같이 쓰일 수 있는 규모다.

초임계 상태의 CO₂는 액체처럼 밀도가 높아 터빈을 돌리는 힘이 일반 수증기보다 강력하기 때문에 동력 시스템의 크기를 작게 만들 수 있고 기체이기 때문에 마찰과 같은 손실이 적고 부식문제로부터 자유롭다.

이번 연구개발사업에는 ㈜진솔터보기계, 한국과학기술원, 포항공과대학교가 힘을 보탰다.

연구언 선진SMR기술개발부 차재은 책임연구원은 "이번 분기점 달성 시험을 통해 밀폐형 고효율 초임계 CO₂ 발전 시스템 개발 기술을 한국에서 최초로 성공시킬 수 있는 단계까지 이르렀다"며 "현재 목표로 하는 정격 출력 시험(총 출력 500㎾)을 달성하고 ㎿급 발전시스템 개발을 위한 연구를 지속하겠다"고 말했다.


◎공감언론 뉴시스 [email protected]