[에너지데일리 송병훈 기자] 한국전기연구원(KERI, 원장 직무대행 김남균)은 과학기술정보통신부 국가과학기술연구회 산하 정부출연연구기관이다.
1976년 설립 이래 반세기 가까운 기간 동안 ▲전력망 및 신재생에너지 ▲초고압직류송전(HVDC) 및 전력기기 ▲전기추진 및 산업응용(전동기, 로봇, AI 등) 기술 ▲나노신소재 및 배터리 ▲전력반도체 ▲전기기술 기반 융합형 의료기기 등 국가 기본 인프라부터 첨단 기술에 이르기까지 다양한 전기 분야 연구개발(R&D)을 효과적으로 수행해 왔다. 
2023년부터 제15대 김남균 원장 체제를 맞아 ‘미래시대 전기화(Electrification) 세상의 중심 KERI’를 비전으로 달려가고 있으며, 이를 지원하기 위한 대형 인프라 구축에 연이어 나서고 있다.
2024년 새해를 맞아 미래 KERI를 이끌어 나갈 것으로 예상되는 4대 인프라를 소개한다.

▲ 초고압직류송전(HVDC) 시험인프라

KERI가 지난해 4월 구축한 ‘초고압직류송전(HVDC) 시험인프라’는 차세대 전력전송 기술인 ‘HVDC(High Voltage Direct Current)’ 분야 전력기기의 성능을 시험하고 검증하는 곳이다.

HVDC는 발전소에서 생산된 대용량의 전력을 고압 직류로 변환해 원거리까지 전송하는 기술이다. 직류송전은 전력 공급 과정에서 손실이 매우 작아 에너지 효율을 극대화할 수 있고, 케이블을 이용해 장거리 송전이 가능하기 때문에 도심지 설치에 대한 제약이 크지 않다. 전자파의 발생이 매우 작아 사회적 수용성이 높다는 것도 큰 장점이다. 또한 HVDC는 해상풍력 등 신재생에너지가 생산한 전력의 송전에 특화된 기술이기도 하다.

이같은 이유로 현재 전세계 시장에서는 신규 도입되는 전력망에 HVDC 계통을 우선적으로 고려하고 있으며, 우리나라에서도 동해안에서 생산된 전력을 최대 수요처인 수도권에 대용량으로 보내기 위해 HVDC 관련 사업이 진행되는 등 HVDC가 많은 관심을 받고 있다.

HVDC는 국내에서 아직 적용한 사례가 많지 않기 때문에 관련 전력기기·설비의 신뢰성과 안전성에 관한 연구가 더욱 필요하다. 하지만 그동안 우리나라에 HVDC 전력기기의 성능을 검증하기 위한 전문 시험인프라가 없다 보니, 국내 업체들이 해외 시험소를 찾아 시험·인증을 받을 수밖에 없었고, 이로 인한 경제적 부담, 납기 지연, 핵심 설계기술 해외 유출 등 문제가 발생했다.

이에 산업통상자원부, 경상남도, 창원시, KERI가 힘을 모아 약 200억원 규모의 사업비를 투입, 2020년 6월부터 ‘HVDC 시험인프라 구축 사업’을 추진해 왔고, 약 3년 만인 2023년 준공의 결실을 맺었다. 인프라 규모는 부지면적 5643평(1만8622㎡) 및 건축면적 467평(1540㎡)이다.

KERI는 이번 시험인프라가 국내 HVDC 관련 전력기기 업체들의 제품 개발을 신속하게 지원, 기술력을 높이고 수출 역량을 강화하는 데 크게 기여할 것으로 예상하고 있다.

현재 HVDC 시험동 내부에 시험장비 반입까지 모두 마무리한 KERI는 장비 시운전 및 내부 사용절차 등을 거쳐 본격적으로 시험인증 업무를 시작할 계획이다.

▲ 의료·바이오 첨단기기 연구제조센터 구축 사업 선정

KERI와 창원특례시가 산업부 공모 ‘AI·빅데이터 기반 의료·바이오 첨단기기 연구제조센터 구축’ 사업에 선정됐다.

해당 사업은 인공지능(AI)과 빅데이터 기술을 활용해 기존 창원의 제조 산업(정밀기계, 전기·전자 부품 제조 및 가공 등)을 첨단 의료·바이오 기기 산업으로 육성하는 기업지원 프로젝트이며, 2027년까지 국비 포함 총 257억6000만원이 투자되는 대형 사업이다.

이번 사업 선정으로 창원 진해첨단연구단지 내에 ‘의료·바이오 첨단기기 연구제조센터’가 구축된다. 센터 내에는 105억원 규모의 의료기기 개발기업 지원을 위한 장비가 들어서며 지역기업 입주도 추진될 예정이다.

사업 및 센터 주관은 국내유일 전기전문 연구기관인 KERI가 수행한다. 연구원 5개 부서(전기의료기기연구단, 인공지능연구센터, 정밀제어연구센터, 해석기술지원실, 스마트3D프린팅연구팀)가 기업들에게 첨단 의료기기용 부품·모듈·시제품의 제작·설계·가공부터 시뮬레이션, 성능 평가까지 의료기기 제조를 위한 전반적인 기술 지원을 한다.

특히 수십 년간 의료기기 연구 경험을 가지고 있는 KERI 전기의료기기연구단을 중심으로, 첨단화·자동화·소형화·모바일화 등 최근 의료기기 트렌드를 반영한 기술 지원을 펼칠 예정이다. 이를 통해 국내 의료기기 산업의 생산 능력 향상 및 국제 경쟁력을 높일 수 있도록 연구원에서 적극 지원한다는 계획이다.

▲ 전력반도체 대형 인프라 구축 사업 선정

KERI, 경상남도, 부산광역시, 김해시, 경남테크노파크, 부산테크노파크, 동의대학교 산학협력단 등 동남권 전력반도체 산업 육성 및 발전을 위해 힘을 모은 연합팀이 산업통상자원부가 공모한 ‘2023년 산업혁신기반구축 사업’ 대상자로 선정됐다. 

해당 사업은 화합물반도체 기반 차세대 고효율 전력반도체 산업의 ‘전주기 실증 지원 인프라’ 구축을 통해 국내 기업들의 기술 개발 및 사업화 등 각종 업무를 직·간접적으로 지원하는 활동이다. 사업 기간은 2023년 7월부터 2027년 12월까지(4년6개월)이며, 총사업비는 약 282억원(국비 100억원, 지방비·현물 182억원)이다.

전력반도체는 전력이 필요한 곳이면 필수적으로 활용되는 산업의 중요 부품으로, 전류 방향을 조절하고 전력 변환을 제어하는 등 사람의 몸으로 치면 근육과도 같은 역할을 한다. 최근 대부분의 일상에서 전기가 중심이 되는 ‘전기화’ 시대가 가속화되고 있는 만큼 전력반도체의 중요성도 더욱 커지고 있다.

이 중 화합물 전력반도체는 두 종류 이상의 원소 화합물로 구성된 것이다. 실리콘(Si) 등 단일 소재 전력반도체보다 전력 효율과 내구성이 뛰어나며, 대표적으로 실리콘카바이드(탄화규소, SiC) 전력반도체가 있다. 2030년까지 연평균 7%의 성장이 전망되는 화합물 전력반도체 분야 시장 선점을 위해 글로벌 주도권 경쟁이 치열하다. 

우리나라는 KERI가 세계 3번째로 SiC 전력반도체의 국산화에 성공했지만, 고도화 기술 및 특허를 선점하고 있는 유럽과 일본 등 국가로 인해 화합물 전력반도체 수요 대부분을 아직 수입에 의존하고 있는 실정이다. 이에 정부가 화합물 전력반도체 강국 도약을 목표로 향후 5년간 연구개발(R&D)에 총 1384억원에 달하는 자금 지원을 발표했고, 그 일환으로 산업부 공모사업이 진행되게 됐다.

이번 사업 선정으로 경남 김해시 한림면 일대에 부지면적 3300㎡ 및 건축연면적 2640㎡의 ‘차세대 전력반도체 토탈솔루선센터’가 2025년 완공을 목표로 구축된다. 관련 장비는 87억7000만원 규모로 8개 분야 24종이 들어서며, 전력반도체 전주기(소재·웨이퍼 → 설계·칩 → 모듈·패키지 → 신뢰성 인증 → 실증) 통합 기술 지원을 수행한다.

▲ e-나노소재 화학·습식공정 플랫폼

국가전략기술 개발의 핵심 거점이 될 ‘e-나노소재 화학·습식공정 플랫폼’이 지난해 12월 준공됐다.

그동안 국내에는 화학·습식(濕式)공정을 지원할 구심점(인프라)이 거의 없었고, 이는 기업들의 기술력 향상을 막는 큰 원인 중 하나였다, 이에 KERI가 2011년부터 관련 인프라 구축을 추진해 왔고, 2021년부터 과학기술정보통신부 등의 지원을 받아 본격적으로 사업을 시작했다. 이후 2022년 4월 플랫폼 착공식을 거쳐 드디어 2023년 준공하게 됐다. 13년간의 노력의 결실을 맺은 것이다. 총사업비는 3년간 197억5000만원(출연금 및 자체 재원)이고, 연면적은 6243㎡(1891평), 건물 구조는 지상 9층 및 지하 1층이다.

이번에 완공된 ‘e-나노소재 화학·습식공정 플랫폼’은 전기 신소재·부품 분야 기술 경쟁력 확보와 관련 강소기업을 육성하기 위해 구축된 국내 최대 규모의 인프라다. 특히 KERI 개발 기술을 기업체에 이전하고, 성능 검증과 양산화까지 원스톱(One-stop)으로 지원하는 ‘실용화형 솔루션 센터’가 운영된다. 단순 연구개발과 기술이전에서 멈추는 것이 아닌, 기업과의 지속적인 협업을 통해 제품 상업화 시기를 획기적으로 단축한다는 목표다.

이번 플랫폼 건물에는 각종 화학 실험실, 대형장비(pilot plant)실, 항온항습실, 드라이룸, 정밀계측실, 배터리 충·방전 실험실, 전도성·절연성 소재 실험실, 자료분석실 등 연구자 중심의 첨단 설비 실험실이 다수 함께 한다. 이를 통해 국내 연구진이 안정적인 업무 환경에서 국가전략기술 분야 대형성과를 창출할 수 있는 확실한 기반을 가지게 될 것으로 기대하고 있다.
 

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