한전 전력연구원은 한국전력의 기업부설 연구소로 우리나라에서 유일하게 전력산업 가치사슬의 모든 분야 연구를 수행하고 있으며 이를 산업현장에 활용할 수 있는 기관이다. 한전 전력연구원은 국가 경제의 기반이 되는 전력산업의 지속 성장과 탈탄소화를 위해 중장기 R&D 전략을 수립하고, 최근에는 특히 경영 효율 향상, 공급안정 및 고장감소, 안전 재난 대응, 미래 전력망 구축, 탄소 중립 선도를 위한 연구에 매진하고 있다.
① 경영 효율 향상 R&D
경영 효율 향상 R&D는 전력산업 전 주기에 걸친 투자 비용 및 운영비용 절감, 업무 효율 제고를 목적으로 한다. 송전용량 확대, 송·배전 설비 통합 자산관리, 디지털화, 자동화 성능검증 기술, 차세대 배전망 관리시스템(ADMS01) 등이 대표적이다. 송전용량 확대는 설비를 추가하지 않고 기존 설비의 성능이나 운영 기준을 개선하고, 노후화된 경우 효율이 좋은 설비로 교체하는 방식을 의미한다. 세부적으로는 송전설비의 고효율·대용량화, 송전선로 실시간 동적 허용 용량 산정, 그래핀을 적용한 신전선 개발 등 다방면에서 송전용량 증대와 효율 개선을 위한 노력이 진행 중이다.
또한 상태 기반 설비관리 개념에서 리스크 기반 자산관리 개념으로의 전환을 위해 송·변·배전 핵심 설비에 대한 리스크 평가기술을 개발했다. 자산 성능평가(APM02)의 경우 송전선로 3종, 변전설비 2종, 배전설비 5종에 대한 자체 엔진 개발을 완료하여 한전에 최적화된 알고리즘을 자체 투자계획 최적화 시스템에 탑재하였다. 이외에도 데이터 연계에 필요한 다양한 전력 서비스 플랫폼, IDPP03 플랫폼, 발전사 맞춤형 디지털 플랫폼(HUB-PoP for Gen), 스마트그린 산단 마이크로그리드 에너지관리시스템(MG EMS04)을 구축하였다.
② 공급안정 및 고장감소
전기공급 안정성에 문제 발생을 최소화하고 고장을 줄이기 위해서는 전력 설비의 설계기준 강화와 설비 상태 정밀 진단을 통한 고장률 저감, 고장파급 최소화가 핵심적이다. 따라서 설비고장 예방·진단 고도화, 발전소 감시 및 진단·운영, 송·변전 설비 진단 및 성능평가, 배전망 고장 예방 및 보호, 전력 구조물 최적 설계 등에 R&D 역량을 집중하고 있다. 대표적으로 안정적인 대용량 전력 공급에 필요한 HVDC05 기술을 개발하고 있으며 올해에는 200MW급 전압형 변환설비의 국산화에 성공하여 양주 변전소에 적용하였다.
뿐만 아니라 전압형 HVDC 계통 적용을 위한 전 주기 기술을 개발했다. 지금은 이를 바탕으로 재생에너지 수용성 향상과 수도권 전력수송을 위한 직류송전 기반 기술을 연구 중이다. 변전 분야에서는 차단기 위상 제어기, SF6 Free 친환경 가스 변압기 등 새로운 기기를 개발하고 있으며, IEC 6185006 통신 기술을 전면적으로 적용하는 Full 디지털변전소 구축을 추진하고 있다. 배전급에서는 분산 전원, EV 등 에너지 신사업 솔루션이 급증하면서, 이에 대한 전력 계통 복잡성 해소 및 효율 개선을 위한 다양한 운영 기술 개발에 집중하고 있다. 송·변전과 마찬가지로 AC-MVDC07 혼·복합 배전 계통을 구성하여 비상시 안정적 전력 수급을 위한 제어기능과 유연성을 대폭 강화하였다.
③ 안전 재난 대응
최근 산업 전반에서 중요한 이슈로 부각되고 있는 안전 재난 대응 분야는 가장 시급하고 꼭 필요한 R&D 분야이다. 전력 설비는 특수한 작업환경으로 인해 일반적인 상용 로봇의 적용이 어렵기 때문에 전력 환경에 적합한 로봇 시스템 개발이 요구된다. 한전 전력연구원에서는 위험 요소를 사전에 인지하여 위험한 작업은 로봇으로 대체하고, 대규모 재난·재해에 대응할 수 있는 기술 개발에 집중하고 있다.
예를 들어 자율 비행 드론이 송전선로를 따라 자동으로 비행하면서 설비 순시 또는 점검을 수행하는 기술, 로봇이 터널식 전력구를 자동 순시하면서 케이블, 접속함 등 설비를 점검하는 기술, 변전소를 침입하는 불법 드론을 레이더, RF 감지기 등으로 사전에 탐지하고 이를 무력화하기 위한 방호 드론을 운영하는 안티 드론 솔루션 개발, 배전 선로에 간접활선 작업자의 중량 공구 사용을 보조하는 간접활선 보조 암(arm), 지진·낙뢰 관측시스템 관련 R&D 등이 있다.
④ 미래 전력망 구축
미래 전력망 구축은 전력 생산, 수송, 소비 전 분야의 급격한 환경변화에 대비하여 유연하고 안정적인 전력망 구축과 대용량 재생에너지 수용에 필요한 고신뢰도 전력망 구현을 목표로 한다. 한전 전력연구원에서는 재생에너지의 실시간 제어 및 전력망 고정밀 감시, 배터리 ESS 제어 및 진단 기술, HVDC 및 FACTS08 기술을 활용한 전력수송 능력 확대, 친환경 변전설비 및 환경 조화형 철탑 설계 등 재생에너지 수용력 증대와 전력 설비 고효율화로 많은 투자비를 절감하였다.
또한 계통 유연성과 복원력 증대를 위한 실시간 정밀 해석, 예측 기반의 재생에너지 감시·제어 시스템 성능 고도화, 다양한 에너지 저장 및 변환 기술 최적 조합을 통한 전력망 유연성 증대 기술 등을 연구하고 있다. 또한 대용량 슈퍼커패시터 개발로 서로 다른 운전 특성을 가진 슈퍼커패시터와 LiB(배터리) 간의 협조 운전을 통해 계통 안정화용 ESS의 효율적인 운영에 기여하고자 한다.
⑤ 탄소 중립 선도
전력 분야는 탄소 중립에서 많은 비중을 차지하는 분야로, 2050년 Carbon Free 달성을 위해 탄소 저감과 무탄소 전력망 달성을 목표로 하고 있다. 이를 위해 해상풍력 시공 효율화, 태양광 효율 및 이용률 증대, 화력발전 CO2 포집 및 활용, 에너지 통합관리 기술, 전기자동차 스마트 충·방전 기술 등 다양한 관련 R&D를 진행 중이다. CO2 포집 기술은 화력발전소 등 대규모 발전원에서 발생하는 CO2를 포집하여 직접적으로 감축하는 기술이다.
연소 후 습식 CO2 포집 기술은 보령화력에 설치된 국내 최대 규모의 10MW급 포집 플랜트에서, 세계 최고 성능으로 누적 3만 시간 운전을 통하여 성능을 입증하였다. 또한 전력 설비의 절연체로 사용하는 대표적인 온실가스인 SF6 회수·정제설비의 개발을 완료하여 옥천 기후변화 대응센터에 현장 적용하였다. 이 외에도 산화환원 소재를 이용한 블루수소09 생산기술은 고순도의 수소 생산과 CO2 분리가 동시에 가능한 기술로, 한전 전력연구원에서는 이 중 내구성과 산화환원 성능이 우수한 소재를 개발했다.
이 밖에 서남해 해상풍력 실증단지 개발에 필요한자원분석 및 단지 설계를 수행하였으며, 설치비용 절감을 위하여 신개념 석션버켓 지지구조 현장 실증과 다목적 일괄 설치 시스템 개발을 완료했다. 태양광의 경우에는 광전변환 효율이 높고 상대적으로 저가이며 경량으로 투명하게 제조가 가능한 페로브스카이트 태양전지를 이용해 유리 창호형 태양전지를 개발하고 있다.
이처럼 한전 전력연구원은 미래에너지인 그린수소, 블루수소 연구와 에너지 저장 기술 등 에너지 전환, 탄소 중립, 디지털 전환의 성패를 결정할 핵심 R&D 기술을 개발 중이다. 또한 시스템 전반의 탄소 중립 실현을 위해 미래 전력망 기술 개발 및 신재생 에너지 수용성 확보에도 박차를 가하고 있다. 한전 전력연구원의 연구 성과는 한전의 비용 절감과 수익 창출을 직접적인 목표로 하고 있지만, 이는 결국 국가 경제에 기여하고 한국의 전력산업 발전을 선도하는 길이기도 하다. 한전 전력연구원은 앞으로도 효율적이고 친환경적인 에너지 솔루션 확보를 위해 지속적으로 노력하고자 한다.
01 ADMS(Advanced Distribution Management System) : 차세대 배전망 관리시스템
02 APM(Asset Performance Management) : 자산 성능평가
03 IDPP(Intelligent Digital Power Plant) : 지능형 디지털 발전소
04 MG EMS(Micro Grid Energy Management System) : 마이크로그리드 에너지관리시스템
05 HVDC(High Voltage Direct Current) : 초고압 직류송전
06 IEC 61850 : 변전소 자동화를 위한 IEC 표준으로 변전소 기기간 표준 통신 프로토콜
07 MVDC(Medium Voltage Direct Current) : 1.5~100kV 사이 전기를 직류로 공급하는 시스템
08 FACTS(Flexible AC Transmission System) : 유연송전시스템
09 블루수소 : 그레이수소를 만드는 과정에서 나오는 이산화탄소를 포집 · 저장(CCS)해 배출을 줄이는 방식으로 생산한 수소
