원자력연, '초임계 이산화탄소 발전 시스템' 전력생산 분기점 도달

[이데일리 강민구 기자] 한국원자력연구원 연구진이 개발한 ‘초임계 이산화탄소 발전 시스템’이 생산 전력이 투입 전력보다 커지는 ‘분기점’에 도달했다. 시험개발연구에 착수한 지 4년 만이다.

초임계 이산화탄소 발전 기술 개발 과제참여자 단체 사진.(왼쪽부터)서한 선임연구원, 정흥준 책임연구원, 박주현 선임연구원, 차재은 책임연구원, 이기쁨 선임연구원, 박수민 박사후연수생.(사진=한국원자력연구원)

원자력연의 차재은 박사 연구팀은 압축기를 작동시키기 위한 ‘구동 터빈’을 개발하고, 시스템 내부에 추가해 압축기가 가동되도록 했다. 압축기 구동 터빈으로 이산화탄소를 순환하고, 압축시켰다. 외부 열원의 온도와 이산화탄소 유량은 서서히 올리면서 시스템을 실증한 결과, ‘전력 생산 분기점’에 도달했다.

지난 4월 차재은 박사 연구팀은 100kW 전력 생산에 성공한 바 있다. 당시 전력을 생산하는 ‘파워 터빈’ 실증에 중점을 두고 외부 모터로 이산화탄소 압축기를 작동시켜 초임계 상태에서 발전시스템의 전력 생산 능력을 확인했다.

일반적으로 수MWe급 이하의 초임계 이산화탄소 발전 시스템은 20~40톤 트레일러 1대에 실을 수 있는 크기로 만들어야 경쟁력이 있다. 기존 증기발전시스템의 10분의 1 수준의 크기이다. 차세대 원자로, 태양열, 선박 배기열, 그리고 석탄 화력 등 다양한 열원과 같이 쓰일 수 있을 정도로 소형화된 발전 시스템이다.

초임계 상태의 이산화탄소는 액체처럼 밀도가 높아 터빈을 돌리는 힘이 일반 수증기보다 강력하다. 따라서 동력 시스템 크기를 작게 만들어도 된다. 기체이기 때문에 마찰과 같은 손실이 적고, 부식 문제로부터 자유롭다.

이번 연구에는 원자력연을 중심으로 진솔터보기계, 한국과학기술원(KAIST), 포항공대가 참여했다.

차재은 선진SMR기술개발부 책임연구원은 “이번 시험을 통해 밀폐형 고효율 초임계 이산화탄소 발전 시스템 개발 기술을 한국에서 처음 성공시킬 수 있는 단계까지 이르렀다”며 “현재 목표로 하는 정격 출력 시험(총 출력 500kW)을 달성하고, MW급 발전시스템 개발을 위해 연구를 지속하겠다”고 말했다.