- 순산소 연소 발전기술, 미 에너지기술연구소와 윈윈효과 노려

- 친환경 발전기술 위해 한미가 손잡아 시너지 극대화 해

■ 한국에너지기술연구원(원장 김종남)은 지난 7월 9일 미국 에너지부(Department of Energy) 산하 국립에너지기술연구소와 공동연구개발협정(CRADA*)을 체결을 통해 ‘순산소 연소 발전 기술’ 개발에 박차를 가한다.

* CRADA(Cooperative Research And Development Agreement): 공동연구개발협정, 협력적 연구개발 협정으로 연구기관, 대학, 기업 국가 간의 공동 연구협정을 통해 기술이전을 촉진하기 위한 제도로 미 국립연구소와 국제공동연구 수행을 위해서는 CRADA 체결이 반드시 필요함

□ 에너지연은 해외기관과 국제공동연구를 강화하는 노력을 지속해 온 결과 지난 4월 ‘가스 하이드레이트 기술 공동연구’로 국내에서는 최초로 미국의 국립 에너지 연구기관인 NETL과 CRADA를 체결했으며, 이번 두 번째 협약을 체결함으로써 한미 양국의 기술개발 협력 네트워크를 더욱 공고하게 다지게 되었다.

◯ 미국 국립에너지기술연구소(NETL*)는 미국 에너지부(DOE)의 17개 국립연구소 중 하나로서 국가에너지 안보 목표 달성을 위해 에너지인프라 강화 및 에너지산업 활성화, 효율적인 자원개발 및 에너지 전환 기술 증진과 환경지속성에 역점을 두고 연구하는 세계 최고의 에너지기술연구소이다.

* NETL(National Energy Technology Laboratory): 1910년 설립되어 인력 1,200명 및 USD 11억 달러 예산(FY2020) 규모로 운영되며, 탄소 포집·저장, 환경적으로 지속가능한 화석에너지자원의 생산 및 이용 분야 에 세계적으로 유명한 전문지식과 업적을 제공하고 있음

■ 에너지연 FEP융합연구단 이효진 박사 연구진은 이번 NETL과의 협업을 통해, 순산소 연소 발전소* 모델링 및 공정 최적화 연구를 수행해 최적의 공정 구성 및 운전 조건을 찾고 경제성 평가를 통해 기존 기술과의 경제적 이점을 비교하기 위한 연구를 진행한다.

* 순산소 연소 발전: 연료 연소 시 공기 대신 순수한 산소를 사용함으로써 배기가스 내 이산화탄소 농도를 높여 손쉽게 이산화탄소를 포집하고, 공기연소 대비 굴뚝으로 배출되는 배기가스 양을 80% 감소시켜 초미세먼지 유발 물질인 대기 오염물질 배출량을 저감할 수 있는 초청정 고효율 미래 에너지 기술

□ 순산소 연소 발전소의 효율 향상을 위해서는 발전소를 구성하는 각 기기의 효율 향상뿐 아니라, 각 기기를 연결해 전체 공정을 최적화 하는 것이 필요하다. 하지만 기존 상용 모사프로그램으로 연구를 수행하기에는 한계가 있어, 에너지연은 공동 연구를 통해 NETL에서 개발 중인 소프트웨어 ‘IDAES’를 이용해 순산소 연소 발전소의 전 공정 최적화 연구를 수행한다. 이번 연구를 통해 도출한 최적화된 공정 구성 및 운전 조건은 한국형 상용급 초임계 순산소 순환유동층 발전 플랜트 설계 기준으로 사용할 수 있을 것으로 기대된다.

* IDAES(Institute for the Design of Advanced Energy Systems): 미국 에너지부에서 급변하고 다양화 되는 에너지시스템을 최적으로 설계 및 운전하기 위한 목적으로 개발 중인 새로운 모델링 및 최적화 플랫폼으로 복잡한 대규모 에너지 시스템의 모델링 및 최적화 연구가 가능

□ NETL은 이번 국제공동연구를 통해 순산소 연소발전 실험데이터를 기반으로 한 모델 검증을 할 수 있을 것으로 기대하고 있다. 또한 NETL은 에너지연의 IDAES를 이용한 모델링 및 최적화 연구를 위해 IDAES 공정모델을 제공하고 경제성 평가를 수행할 예정이다.

■ 이번 국제공동 연구가 추진 된 배경에는 FEP융합연구단(단장 이재구)의 우수한 순산소 순환유동층 연소 기술 개발 역량이 있다. FEP융합연구단은 국내 최초로 배가스 재순환 설비를 이용한 순산소 순환유동층 연소 기술 개발에 성공한 바 있다. 현재 에너지연 본원에 2MWe급 순산소 연소 발전 플랜트를 시운전 중에 있으며 NETL측도 미국에서 순산소 연소 개발연구를 수행 중에 있어 국제공동연구 통해 네트워크 및 인력교류를 강화하고 친환경 발전기술에 더욱 고삐를 당길 예정이다.

□ 에너지연의 연구역량이 순산소 연소기술 개발을 위한 실험과 현장적용에 집중되어 있는 반면, NETL은 공정시스템 분야의 뛰어난 연구역량 및 인력을 확보하고 있어 새로운 소프트웨어를 개발하는 등 컴퓨터 기반 엔지니어링 연구관련 세계 최고 수준의 연구를 수행하고 있다.

이처럼 양 기관은 각각의 뛰어난 연구역량 및 인력을 활용해 ‘순산소 연소 발전 기술’ 개발에 시너지를 낼 것으로 기대하다. 연구는 공동으로 펀드를 매칭해 2년간 3억 원 규모의 ‘순산소 연소 발전 기술’ 개발을 위한 공동연구를 수행할 예정이다.