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분석초점
[초점] 전력·에너지산업, '제4차 산업혁명'을 혁신한다
- 한국전력 전력연구원
기후변화 대응 핵심 이슈 해결, 새로운 비즈니스 모델 창출
인공지능, 사물인터넷 등 제4차 산업혁명 기술개발 역량 집중
송병훈 기자  |  hornet@energydaily.co.kr
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승인 2017.10.13  08:54:55
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[에너지데일리 송병훈 기자] 지난 1961년 한국전력공사의 기업부설연구소로 출발한 한국전력 전력연구원은 전력·에너지 분야의 기술개발을 책임지고 있는 한국전력공사의 핵심 브레인으로, '전력기술의 새 지평을 열어가는 세계 정상의 연구원'이라는 비전하에 전력기술의 발전과 국가경제 발전을 견인하고 있다.
전력연구원은 기후변화 대응, 에너지안보 강화, 에너지효율 향상 등 전력·에너지 분야 핵심 이슈를 해결하고 새로운 비즈니스 모델을 창출함은 물론 인공지능, 사물인터넷, 빅데이터, 가상현실 등 제4차 산업혁명 관련 기술 개발에 핵심역량을 집중, 글로벌 전력산업 혁명을 선도해 나간다는 방침이다.
전력연구원의 제4차 산업혁명 관련 주요 R&D 내용들을 지면에 담았다. 또한 전력연구원은 이같은 성과들을 오는 11월1일부터 3일까지 광주 김대중컨벤션센터에서 진행되는 '빛가람 국제 전력기술 엑스포(BIXPO 2017)'에서 전시, 발표할 예정이다.

   
▲ 대전 유성구 문지로에 위치한 한전 전력연구원 전경
드론과 로봇 이용 전력설비 감시

전력연구원은 지난 5월 송전선을 자동으로 점검하기 위한 '드론을 이용한 송전선로 자동 감시운영기술'을 국내 최초로 개발하고 시험비행에 성공했다. 송전선로용 드론 운영기술은 지상에 설치된 1대의 제어시스템에서 비행 중인 여러 대의 드론을 동시에 제어하며, 자체 개발한 GPS 좌표측정기와 지상제어시스템을 이용, 선로 점검을 위한 비행경로를 생성하면 여러 대의 드론이 생성된 경로를 따라 자동 비행하면서 송전선로를 보다 효율적이고 안전하게 점검할 수 있다.

또한 정밀한 위치 데이터를 이용하여 실시간으로 원격측정이 가능한 드론의 특성을 이용, 해상풍력 및 화력 등 신재생에너지와 발전단지 주변 해역에서 빠르게 변화하는 해양환경을 실시간으로 모니터링하기 위한 해수 수온모니터링 기술을 개발중에 있다.

이와 함께 화력발전소의 운영에도 로봇 적용을 추진하고 있다. 대표적으로는 원격자장 로봇스캐너를 이용해 보일러 튜브의 결함을 평가하는 기술을 꼽을 수 있다. 현재 육안검사와 튜브의 두께측정검사 등 인력을 통해 수행하고 있는 검사의 단점인 느린 검사 속도와 인력의 접근성 문제를 개선, 검사시간은 기존 66%로 줄이면서 검사의 정확성은 2배 이상 개선할 예정이다.

   
▲ 자율비행 드론 이용 송전선로 점검 모습
전력망을 통한 초연결사회

◎ 사물인터넷(IoT)과 센서 기술 = 전력연구원은 전력분야에 사물인터넷 기술을 적용하기 위해 네트워킹과 플랫폼 운영 규격을 제정하고, 개발용 시스템인 표준모델을 개발 신규 디바이스 및 서비스를 검증·실증할 수 있는 '전력 IoT 에너지플랫폼' 표준모델을 개발한데 이어 사물인터넷 시범 사업에 적용을 목표로 플라스틱 절연체와 전기 배선 소재를 동시에 인쇄할 수 있는 전자회로 3D 프린팅 공정기술을 이용한 전력 센서를 개발중이다.

특히 '전력 IoT 에너지플랫폼'의 통신규격 및 개발환경 등을 사물인터넷 관련 협의체인 SPIN 홈페이지를 통해 산업체에 공개하고, 전력연구원과 전력시험센터(고창) 및 창조경제혁신센터(나주)에 각종 시험장비 등이 설치된 '전력 사물인터넷 오픈랩'을 구축, 산·학·연 개발자가 설비 및 서비스 개발을 위해 사용할 수 있도록 했다.

◎ 빅데이터와 인공지능 이용 전력설비 진단·운용 = 전력연구원은 화력발전소의 터빈, 보일러, 발전기, 발전소 성능 등 분산된 제어시스템의 정보를 하나로 집약하고, 전력연구원이 보유한 진단 기술 노하우를 합쳐 발전소의 운영관리 및 효율제고 등 자산관리를 가능하게 하는 Intelligent Digital Power Plant(IDPP)를 개발중이다. 또한 시각동기화장치를 통해 인공위성으로부터 받는 신호를 이용, 전국적 단위의 송전망 상태를 감시하고 분석할 수 있는 빅데이터 기반 전력계통 상황인지 기술을 개발하고 있다.

지난 4월에는 배전용 전력설비의 열화 상태를 자동으로 진단할 수 있는 ‘배전설비 자동진단시스템’을 국내 최초로 개발했다. 이 시스템은 인공지능이 적용된 영상분석기술을 이용, 자동으로 전력설비를 인식하고 열화상태를 진단한다. 국내 최초로 인공지능 광학영상 분석 기술을 적용, 전력설비 인식률 향상과 인식 시간 단축 등 최적의 영상분석 기술을 확보했다.

이와 함께 2020년까지 전국에 2250만대가 설치될 스마트 계량기의 원격검침 데이터를 통합관리하고 실시간 처리를 통해 고객에게 계량데이터 서비스를 제공하는 AMI 계량데이터 통합관리 시스템도 개발했다. 하루 26억건 이상의 빅데이터 처리에 적합하게 분산·병렬처리 환경으로 구축, 스마트 계량기 확대보급에 유연하게 확장이 가능하다.

◎ 스마트 캠퍼스와 스마트 시티 = 가사도에 적용된 독립형 마이크로그리드와 달리 연계형 마이크로그리드는 단독 운영과 전력망과 연계 운영 등 다양한 운전방법을 제공하며, 수요자원 관리 등 에너지 자원의 최적화를 위한 방법을 제공한다. 그 중 대학교 내의 건물들을 하나로 묶어 운영하는 캠퍼스 마이크로그리드는 가장 빠른 속도로 성정하는 시장으로, 전력연구원은 국내 마이크로그리드 기술의 시장경쟝력을 확보하기 위해 광주·전남지역의 대학교를 대상으로 스마트 에너지 캠퍼스를 구축하고 있다.

전력연구원은 스마트 에너지 캠퍼스 내 다중 마이크로그리드를 통합 운영할 수 있는 운영규칙 및 제도 설계와 플랫폼, 응용 프로그램, 외부시스템 연계 등 마이크로그리드 운영시스템을 개발하고 있다. 또한 태양광발전기 등 신재생 발전원을 설치하고, 프로슈머인 대학과 한국전력 사이의 에너지 거래 등을 위한 웹 기반의 운영시스템 기술을 개발, 2019년까지 실증을 완료할 예정이다.

또한 스마트 시티 구현을 위한 도시에너지 자원 통합운영 플랫폼과 서비스도 개발중에 있다. 도시 단위의 에너지관리시스템을 개발하고, 도시지역의 가상발전소(VPP) 최적 운영기술을 실증할 계획이다. 이를 통해 스마트시티의 이산화탄소 배출량을 줄이는 동시에 에너지비용 및 전력피크를 절감하고, 도시의 에너지 자립률을 향상시킬 예정이다.

   
 
직류배전 기술 개발 및 세계 최대 규모 실증

전력연구원은 지난 2014년 저압 직류배전의 실계통 적용 연구에 착수, 지난 9월 전남 서거차도에서 세계 최대 규모의 직류 배전망 구축 기공식을 개최하,고 도서지역 직류배전망 실증사업인 서거차도 'DC 아일랜드' 구축에 착수했다. 전력연구원은 서거차도에 직류 배전선로 구축과 함께 200kW 태양광발전, 100kW 풍력발전기, 1.5MWh 용량의 ESS를 설치하는 한편, 서거차도 주민들에게는 전기카트용 직류 전기충전기, 직류 가로등 및 직류 가전제품을 보급할 계획이다.

전력연구원은 또 직류배전용 13.2kV급 전력용 반도체 변압기 개발 및 원천기술을 확보하고, 효율을 98% 이상으로 향상시키는 3상 AC/DC 전력변환기, 직류 대용량 수용가 연계 수배전시스템, 직류배전망 계통 및 기기 보호가 가능한 반도체 차단기 등 핵심기기를 개발중이다.

직류배전은 태양광 등 직류를 생산하는 신재생에너지와 배터리를 사용하는 에너지저장시스템 등과 직접 연결이 가능하며, LED 조명, 각종 디지털 기기, 전기자동차 등에 직접 직류를 공급할 수 있어 직류 부하 증가에 효과적으로 대응할 수 있다. 전력연구원은 이번 실증을 통해 세계적으로 초기단계에 있는 직류배전망 사업을 선도한다는 방침이다.

   
▲ CO2 분리막 포집설비 공정개념도
이산화탄소(CO2) 포집 및 재활용

전력연구원은 기존 기술대비 이산화탄소 포집비용 등을 절감한 혁신적 기술력을 확보했다. 습식 포집 기술은 10MW 이산화탄소 포집플랜트를 구축, 장시간 연속운전(5000시간)에 성공했다. 개발된 흡수제는 90% 이상의 포집효율과 상용흡수제 대비 35% 에너지 절감을 보이며, 일일 180톤 이상의 이산화탄소를 포집한다. 이 기술은 중국에도 수출, 실증을 위한 연구개발 중이다.

또 건식 포집 기술은 세계 최초·최대 규모인 10MW 이산화탄소 포집플랜트를 장시간(2300시간) 연속운전기록을 확보했다. 세계 최고 성능인 80% 이상의 이산화탄소 제거율을 자랑하며 포집된 이산화탄소는 99% 이상의 고순도로 액화돼 재사용된다.

차세대 포집기술인 이산화탄소 분리막 기술은 세계 최초로 실증용 설비 및 성능평가 인프라를 운영중이다. 저에너지형 분리막 공정 기본설계를 완료하고 세계 최대규모인 1MW 포집플랜트가 오는 10월 준공될 예정이다.

또한 고효율 탄산화 공정 등을 통해 이산화탄소를 산업용 고부가 화합물로 바꿔 생산하는 원천기술을 확보했으며, 2018년까지 연간 150톤 규모의 중탄산나트륨 생산실증플랜트를 구축할 계획이다. 최근에는 미생물을 이용해 이산화탄소를 천연가스의 주성분인 메탄가스로 전환, 천연가스 발전 등에 활용할 수 있게 하는 '이산화탄소 바이오메탄화 기술' 개발에 착수했다.
 

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