[한스경제=양세훈 기자] 한전KDN(사장 김장현)은 중소기업 핵심기술 유출 예방과 경영정보 보호를 통한 기업 경쟁력 강화를 위해 2023년도 중소기업 기술임치 지원사업을 추진한다고 밝혔다. 그 외 16일 에너지공기업 이슈를 살펴봤다.

◆ 한전KDN, 중소기업 기술임치 지원사업 추진

중소기업기술임치제도는 대·중소기업 간의 양극화 문제와 불공정거래 관행을 해결하기 위해 중소기업의 핵심 자료 및 영업비밀 등 경영정보를 대중소기업농어업협력재단의 ‘기술자료 임치센터’에 보관해 기술 유출의 위험을 줄이고 안전하게 활용할 수 있게 하는 제도다. 

해당 제도를 통해 중소기업은 협력재단에 기술·영업자료를 보관하고, 향후 기술 유출 발생 시 ‘대·중소기업 상생협력 촉진에 관한 법률’에 따라 기술개발 사실과 보유 시점을 증명할 수 있으며 비밀유지가 가능해 특허로 등록하기 어려운 영업기밀, 연구데이터, 아이디어 단계의 자료까지 임치가 가능하다. 

한전KDN은 지난 2018년도부터 총 86개 기업을 대상으로 기술임치를 지원해왔으며, 올해는 총 10건 이상의 임치 희망 기술을 공개 모집하고 임치 수수료를 지원할 예정이다. 

사업에 참여를 희망하는 중소기업은 상생누리 누리집을 통해 오는 25일까지 온라인으로 신청할 수 있다.

김장현 한전KDN 사장은 “중소기업의 경쟁력 제고를 위한 기술보안 관리는 핵심적인 부분”이라며 “앞으로도 공정한 기술거래 문화를 조성하고 중소기업이 안정적인 사업환경에서 성장해 갈 수 있도록 적극적인 지원에 앞장서겠다”라고 말했다.

◆ 남부발전, 부산 공공·민관기관 협업 수산물 소비촉진 자선행사 ‘다함께 차차차’ 시행

한국남부발전(사장 이승우)이 부산지역 공공기관, 민간 회사인 부산항 컨테이너 터미널 운영사와 손잡고 부산의 우수 수산물의 소비 촉진과 저소득가정 아동 영양지원에 나선다.

남부발전은 오는 21일에 부산시 남구 용호별빛공원에서 부산도시공사, 부산항만공사, 한국수산자원공사 및 부산항 컨테이너 터미널 운영사(9개사)와 공동으로 수산물 소비 촉진 행사인 ‘다함께 차차차 시즌 5’를 개최한다고 밝혔다.

‘차칸마음 차칸소비 차칸기부’라는 의미를 지닌 본행사는 어촌 특화 마을 주민들의 수산물 판로개척을 지원하고, 고물가로 소비자들의 지갑이 얇아진 요즘 시민들이 우수 특산품 꾸러미 (건어물/천연 조미료 세트/수산물 밀키트 등)을 50% 할인된 가격에 구매할 수 있도록 하는 행사로, 수익금은 전액 저소득가정 아동의 식사 지원 사업에 사용된다. 

기존 다함께 차차차 시즌 1~4 (2020~2022년 총 4회 시행)가 코로나19로 인해 드라이브 스루 형태로 농수산물을 판매한 비대면 농수산물 장터로 시행된 것과 비교하여, 이번 2023년 시즌 5행사는 지역 어민들을 위한 수산물 지원 특화행사로, 시민들이 가족과 함께 쇼핑과 부대행사를 즐기는 오프라인 문화 참여 행사로 확대 개최된다.

한편 행사에는 사회적경제기업이 참여하는 프리마켓, 팝업 놀이터, VR 체험부스를 비롯해, 마술공연 및 댄스 경연대회 등 가족참여 레크레이션과 푸드드럭 등이 마련되어 어른과 어린이들이 함께 즐길 수 있는 다양한 볼거리, 먹거리가 펼쳐질 예정이다.

이번 행사 때 판매되는 수산물 꾸러미는 행사 홈페이지를 통해 사전 예약신청이 가능하며, 신청 후 현장에서 수령하면 된다. 또한 홈페이지에서는 가족 레크레이션 행사에 대한 사전 신청도 접수 중이다.

남부발전 관계자는 “수산물 소비감소로 침체되어 있는 지역 어민들의 어려움을 나누고 지역 경제 활성화를 도모하는 뜻깊은 행사”라며 “수익금은 결식 위기에 처한 어린이들을 위해 사용되는 만큼 많은 시민들의 관심과 참여를 부탁드린다”고 말했다.

◆ 우주 탐사 핵심전원, 독일도 주목하는 전기연구원 열전발전 기술

한국전기연구원(KERI) 박수동·류병기·정재환 박사팀이 우주 탐사선의 핵심인 원자력전지 성능을 높일 수 있는 ‘신 열전효율 공식 및 고효율 적층형 열전발전소자’를 개발하고, 독일항공우주연구원의 검증까지 받는데 성공했다.

원자력전지는 방사선 에너지를 전기 에너지로 변환하는 발전기로, 우주 탐사선, 탐사로버 등 전력원으로 사용되는 ‘방사성동위원소 열전발전기(RTG)’가 대표적이다. 방사성동위원소(플루토늄-238, 아메리슘-241 등)는 밀폐용기 내에서 스스로 붕괴되며 섭씨 400-700도가 넘는 높은 열을 발생한다. 원자력전지는 이 높은 열과 우주의 낮은 온도 차이를 이용하여 전기를 만들어 내는 원리(열전발전)를 이용한다.

즉, 원자력전지에는 방사성 동위원소를 이용한 ‘발열체’와 이 열을 이용하여 전기를 생산하는 ‘열전발전소자’가 핵심 기술이다. 현재 발열체는 국제적 제약으로 인해 본격적인 개발이 이루어지고 있지 않지만, 국내 열전발전 소자 기술은 KERI를 중심으로 우리나라가 국제적인 경쟁력을 가진 것으로 평가되고 있다.

원자력전지에는 저온부터 고온까지 각 온도대에서 최고 성능을 나타내는 열전반도체들이 적층 형태로 배열된 특징적 구성을 통해 구현된다. 그 이유는 열전반도체 물질의 성능이 온도에 따라 다르기 때문에 온도 분포에 맞게 최고 성능의 반도체를 배치하는 것이 매우 중요하기 때문이다. KERI의 성과는 이러한 온도 분포를 세계최고 수준으로 명확하게 분석하고, 이를 기반으로 최적의 ‘적층형 열전발전소자’를 설계·합성한 것이다.

먼저 연구팀은 학계에서 열전발전 효율성을 입증하는 기존 지표였던 ‘열전성능지수(ZT)’의 오류·한계를 공식적으로 밝혀내고, 정확한 데이터를 산출할 수 있는 ‘신 열전효율 공식’을 개발하는데 성공했다. 이 공식과 KERI가 자체 보유한 열전 적층 설계 프로그램을 이용하면 고효율화를 위한 수백만 개 이상의 열전반도체 적층 조합 예측이 가능하다. 설계·탐색 시간도 수백 배 이상 빠르다. ZT를 기반으로 1개 단위 열전반도체의 성능에 의존하거나, 과거 경험만을 바탕으로 진행했던 기존 방식과 비교하면 엄청난 혁신이다.

KERI 연구팀은 이러한 원천기술을 이용해 설계된 적층형 열전발전소자를 실질적으로 합성하는 데 성공했다. 또한 실험을 통해 섭씨 500도 이상의 조건에서 기존 단일방식 소자보다 효율이 무려 3%이상 높은 것도 확인했다.

뿐만 아니라 수 밀리미터(mm) 높이에서 2~4층의 적층을 가능하게 하는 소자의 설계 및 합성 기술까지 확보함으로써 고효율화는 물론, 소형화·경량화까지 이뤘다. 이는 민수 분야에서도 주목하는 소형 위성, 탐색 로버 등의 보조전원 시장에서도 적용 가능한 국제적으로 경쟁력 있는 성과다.

KERI 박수동 박사는 “우리 연구원은 국내에서 처음으로 열전발전 연구를 수행한 기관으로 오랜 역사와 풍부한 원천 기술 및 실용화 데이터를 보유하고 있다”라며 “이번 성과는 재료과학에 수학과 물리학까지 도입된 융합연구의 결정체”라고 전했다.

KERI의 기술은 산업부 지원으로 이루어진 국제 공동연구를 통해 독일항공우주연구원의 성능 검증까지 마쳤다. 박수동 박사는 지난 9월 말, 독일 드레스덴에서 열린 ‘한-독 열전발전 워크숍’에서 현지 기업들을 대상으로 관련 기술을 소개하고, 호평을 받기도 했다. KERI와 독일항공우주연구원은 ‘소자’ 단위로 범위를 넓힌 이번 성과를 활용해 다른 물질계를 활용한 ‘하이브리드형 적층 복합 열전발전소자’를 함께 개발하겠다는 목표를 공유하는 등 협력 관계를 강화하고 있다.

독일항공우주연구원 쾰른 재료연구소의 열전기능물질 연구부 Pawel Ziolkowski 부부장은 “KERI 열전발전 기술이 국제적으로도 우수한 수준을 자랑한다”라고 밝히며 “신개념 열전방정식이 적용된 소자가 원자력전지의 성능을 크게 높이고, 인류의 우주 탐사 영역을 넓히는 데 기여할 것”이라고 전했다.

연구팀은 이번 성과가 원자력전지를 활용하는 우주항공 및 국방 분야는 물론, 통신 장비 및 광학 장치의 냉각, 전기차 배터리의 온도 제어 등 다양한 산업에도 활용될 수 있을 것으로 보고, 유관기관·기업과의 협력을 강화한다는 계획이다.

◆ 원자력硏, 사용후핵연료 저장용기 핵심 소재 국산화...고성능화로 해외시장 공략

국내 연구진이 원전 사용후핵연료 저장용기의 핵심 소재인 중성자흡수재 국산화에 성공했다. 해외 소재보다 수 배 이상 성능이 높아 전 세계 5조원 규모에 달하는 중성자흡수재 시장의 게임 체인저가 될 것으로 기대된다.
원자력연구원 재료안전기술연구부 천영범 박사팀은 해외 소재 대비 핵반응 제어와 구조적 지지 성능이 모두 향상된 중성자흡수재 ‘코나스(KONAS)’를 개발했다고 16일 밝혔다.

중성자흡수재는 원전 핵연료봉에서 나오는 중성자를 흡수해 핵분열을 억제하는 물질이다. 사용후핵연료 조밀저장대나 건식 저장시설에서 저장용기의 핵심 소재로 쓰인다. 국내서는 미국, 일본 등에서 독점적으로 생산하는 고가의 중성자흡수재를 전량 수입해 사용하고 있다.

해외의 상용화된 알루미늄 붕소탄화물 기반 중성자흡수재는 중성자 흡수 단면적이 크면서도 핵분열을 하지 않아 핵반응 제어 성능은 매우 우수하나, 부서지기 쉬워 구조적 지지 성능이 취약하다는 단점이 있다. 때문에 3중벽 구조의 금속 지지체를 만들어 그 안에 중성자흡수재를 삽입하는데, 이런 3중벽 구조는 붕괴열 방출 효율이 떨어지고, 복잡한 설계로 제작비용이 증가하는 문제가 있었다.

이에 연구팀은 지지체없이 단일벽 바스켓 구조면서 핵반응 제어와 구조적 지지 성능을 동시에 높일 수 있는 원천 소재 개발에 집중했다.

먼저 열역학 계산과 시뮬레이션을 이용한 기초연구를 통해 외부 충격에 강한 타이타늄 금속 기반 최적의 중성자흡수재 물질 조합을 도출했다. 약 400 여종에 대한 합금 제조와 평가를 통해 최적화된 합금 조성과 열처리 기술을 확보하는데 성공했다.

이 시편을 국내 유일의 연구용원자로인 하나로에서 검증한 결과 중성자흡수 성능이 해외 소재 대비 1.6배 이상 높음을 실험적으로 검증했다. 또한, 변형에 저항할 수 있는 힘의 크기인 항복강도는 2배, 끊어지지 않고 늘어나는 비율인 연신율은 20배나 높은 것도 확인했다. 

단일벽 구조의 단일 소재를 통해서도 핵반응 제어 성능과 구조 지지 성능을 한 번에 구현할 수 있음을 보여준 것이다. 이를 통해 안전성과 경제성을 크게 높일 수 있다.

현재까지 전 세계 사용후핵연료 발생량은 약 40만 톤 수준으로 저장을 위한 건식 저장 시장규모는 170조원 이상이며, 저장시설의 성능과 경제성을 좌우하는 중성자흡수재 소재 시장 규모도 5조원에 달한다. 미국, 일본 등 시장 선도 국가에서도 이런 성능을 갖는 중성자흡수재 개발을 추진해왔지만, 개발에 성공하지 못한 점을 고려하면 ‘코나스’가 세계 중성자흡수재 시장의 게임체인저 역할을 할 것으로 기대된다.

연구팀은 세계 최고 성능을 지닌 중성자흡수 구조재의 물질조성 및 제조방법에 대해 국내 특허 출원을 마쳤고, 이번 달 5개국에 해외 특허를 출원할 예정이다. 내년 말까지 제조공정 최적화 등을 추가로 진행한 후 국내 산업체와 연계하여 상용화를 추진할 계획이다.

주한규 한국원자력연구원장은 “앞으로 국내 산업체 기술이전을 추진해 KONAS가 세계 중성자흡수재 시장을 선도할 수 있도록 적극 지원하겠다”라고 밝혔다.

◆ 전력거래소, ‘발전설비 제어시스템 튜닝 기술개발을 통한 발전제약 완화사업’ 착수

동해안, 호남지역 등 발전제약 발생지역의 화력, 원자력 등 전통발전설비의 제어시스템을 안정도 향상 목적으로 정밀튜닝하는 기술개발 사업이 국내 최초로 추진된다. 

전력거래소(이사장 정동희)는 두산에너빌리티㈜, 전기연구원, 아미텍㈜과 공동으로 ‘동·서해안 발전제약 및 재생에너지 출력제어 완화를 위한 발전설비 제어시스템 성능개선 기술개발 사업’의 착수회의를 경남 창원 두산에너빌리티㈜ 본사에서 개최했다고 밝혔다. 

국내 전력계통은 발전단지가 대규모화·밀집화되고, 발전력을 인출하기 위한 송전선로도 대용량화되어 계통고장시의 전력계통 충격이 상대적으로 크다. 이로 인해 다수의 대단위 발전단지에 발전제약 및 SPS(계통안정화장치) 장치가 설치되어 있다.

더욱이 최근 신재생 전원 증가 및 송전망 건설지연 등에 따라 계통불안정 상황은 더욱 악화되어 재생에너지 출력제어 및 전통전원의 발전제약량은 매년 증가 추세에 있다. 이에 따라 계통안정성 향상을 위한 현행의 계통운영상의 대책에 더하여 그간 국내에서는 시도되어 본 적이 없는 취약지역 발전설비의 제어시스템을 계통해석과 설비 영향을 정밀하게 모의하고 튜닝하여, 계통안정성을 향상시킬 수 있는 성능으로 개선하는 기술개발 사업이다.

전력계통 운영과 보강계획을 위한 발전설비 모델과 계통모델의 다양한 시뮬레이션에 사용되는 제어모델 파라미터(이득, 시정수, 제한치 등)를 조정하여 발전설비 운영과 계통제약완화를 동시에 충족하는 기술을 개발하고자 함이다. 본 사업은 시뮬레이션 기반의 제어모델 튜닝과 실제 현장 설비 적용을 통한 검증 시험으로 진행될 예정이다. 

또한 설비튜닝이 불가능한 제어특성에 대해서는 향후 신설될 발전설비를 대상으로 설계·제작시의 요구조건으로 제시하는 장기적 대책도 검토된다.

이날 열린 착수회의에서는 사업의 성공적 수행을 위한 다양한 방안이 논의 되었다. 또한 국내 발전제약 적용 권역별로 진행될 제어시스템 튜닝용 계통해석 계획이 발표되었는데, 특히 재생에너지가 집중적으로 보급되어 있는 호남지역을 우선적으로 발전설비 제어시스템 튜닝 후 계통해석에 의한 발전제약 개선효과를 심도있게 검토하겠다는 발표내용이 이목을 끌었다.

전력거래소 최홍석 계통혁신처장은 “발전설비 튜닝 기술개발 사업이 계통안정도 향상을 위한 새로운 차원의 접근법이니만큼 기존의 계통운영상 대책들과 병행되어서 재생에너지 출력제어 및 전통전원 발전제약 완화에 시너지를 낼 수 있기를 기대한다”면서,“이번 도전을 밑거름으로 발전설비 모델링 및 엔지니어링 기술저변이 확대될 수 있기를 바란다”라고 언급했다.
 

양세훈 기자 twonews@sporbiz.co.kr