KERI 박사가 초전도연구센터에서 실험을 하고 있는 모습.

[창원= 송창범 기자] 1976년 설립돼 무려 40여년이 된 한국전기연구원(KERI)에 대해 국민들은 얼마나 알고 있을까. 전기와 관련된 곳이니, 공기관 중 가장 큰 한국전력의 산하기관 쯤으로 생각할수 있다.

그러나 이는 틀린 답이다. 한국전기연구원은 전기전문 출연연구기관으로 산업계에선 없어선 안될 다양하고도 중요한 역할을 수행하고 있는 곳이다.

전기추진기술개발 사업을 통해 전기선박과 KTX의 핵심기술을 제공했다. 우리가 서울~부산을 단시간에 올갈수 있는 KTX를 타고다니면서, 여기에 한국전기연구원이 큰 역할을 했다는 것은 거의 알지 못한다.

뿐만 아니라 전기기기 시험 인증기술 개발사업에선 세계 3대 기술 인증기관을 달성, 전세계 유명 기업들이 시험을 위해 전기연구원을 찾고 있다는 것 역시 아는 사람이 거의 없다.

기자 역시 미래부 산하 출연연구기관인 이곳에 대해 아는 것이 없었다. 마침 생소하면서 관심이 가는 제목에 끌려 창원으로 향해본다.

전력계통을 통합제어할 수 있는 전력계통운영시스템(EMS) 국산화, 불규칙한 풍력발전단지 전략생산을 통합 제어, 여기에 세계　3번째로 들어선 전기선박 육상시험소까지, 서울서 창원으로 향하는 약 5시간의 버스속에서 궁금증은 더해지고 있었다.

약 5시간만에 도착한 그곳 위치만 봐도 역할의 중요성은 느껴졌다. 두산중공업 등 주요 대기업들이 전기연구원을 둘러싼 형국이다. 전기연구원 측 역시 창원에 설립된 이유에 대해 “전기와 관련 기업들이 많은 곳에 설립하기 위해 이곳 창원이 낙점된 것”이라고 설명했다.

차세대전력망기술개발 사업 등 총 6가지 사업추진 계획을 세우고 있다는 전기연구원. 이제 하나씩 숨은 능력이 무엇인지 직접 눈으로 확인해보기로 했다.

헬륨을 냉각해 액화한 ‘액체 헬륨’을 쏟아 붇자, 종이가 바닥에서 떠있는 모습.

●KERI 궁금증 풀다1- 마술을 현실로… KTX의 숨은공신

종이로 만든 KTX 모형에 헬륨을 냉각해 액화한 ‘액체 헬륨’을 쏟아 붇자, 마치 마술처럼 바닥에서 떠서 움직인다. 바로 이것이 자기부상열차와 현재 우리가 빠른시간에 서울~부산을 갈수 있는 KTX에 적용된 원리라고 한다.

전기연구원에 도착해 처음 찾은 곳은 마술쇼장과 같았다. 이처럼 마술 같은 일을 현실에 적용시키키 위해 연구하고 있는 ‘초전도연구센터’를 찾은 것이다.

저손실·고효율·친환경 기술로 고유가로 인한 에너지자원 위기 및 환경문제 극복에 공헌하기 위한 다양한 연구를 수행하고 있는 곳이란다.

초전도연구동의 설명을 맡은 하동우 센터장은 초등학생처럼 눈빛이 초롱초롱해진 기자를 보자 “전기저항이 ‘0’이 되는 초전도 현상의 특징을 활용한 것”이라며 그 원리에 대해 설명해 준다.

“현 계통에서 구리 케이블로 전력을 송전했을 때 생겨나는 전기손실을 최소화할 수 있도록 초전도 케이블의 개발 및 초전도 선재의 연구 개발을 진행하고 있습니다. 초전도 기술을 활용하면, 기존 구리케이블에 대비해 1/8 정도의 크기로 더 많은 전력을 흘려 보낼 수 있는 것이죠.”

이에 따라 이 연구를 통해 다양한 산업기기의 소형화 및 경량화도 가능해 졌다고 한다. 또 전력저장장치(SMES), 자기부상열차, 전기선박의 추진체인 모터 등에 기술의 접목이 가능하고, 초전도기술을 활용해 기존 의료기기인 MRI, NMR의 신뢰성 및 고효율성을 더욱 높일 수 있다.

이외에도 최근엔 전력계통을 움직이는 두뇌역할을 하고 있는 차세대 전력계통운영시스템(EMS)을 국산화해 성공하는 성과를 내기도 했다.

KERI가 보유한 대전력 합성시험설비.

●KERI 궁금증 풀다2- 장치공장아닌 ‘시험설비’… 시험물량 몰린다

초전도연구동을 나오자, 고층빌딩 높이 크기의 큰 기계가 길을 막았다. 마치 중공업 공장에서만 불수 있는 공정이다. 그런데 이 큰 기계가 시험설비란다.

두번째 찾은 곳은 어마어마한 크기의 시험설비를 갖춘 ‘대전력시험동’이다. 바로 실제 단락사고 모의시험을 통해 전력기기의 성능에 이상이 없는지 검증하는 곳.

이곳 설명을 맡은 최익순 책임은 “전력계통에서 단락(합선) 또는 지락(대지와의 접촉)과 같은 사고가 발생할 경우, 전력기기가 이를 차단해 대형 사고를 방지할 수 있도록 설계됐는지를 시험하게 된다”고 설명해 준다.

하지만 이 큰 시험설비로도 현재 증가하는 시험물량을 적기에 소화하지 못해 추가 증설에 나서고 있다고 한다.

현재 이곳에는 4000MVA급 대전력시험설비(창원)를 갖추고 있고, 경기도 의왕시에도 500MVA 시험설비를 함께 갖추고 있지만, 현재 4000MVA급 대전력시험설비를 추가 증설중이다.

KERI 고전압시험설비.

●KERI 궁금증 풀다3- 우주선서 번개발생… 낙뢰를 대비하라

‘420만 볼트 번개가 내 눈앞에서 발생한다면...’ 이같은 현상이 바로 눈앞에서 펼쳐졌다. 아무리 강심장이라고 하더라도 그냥 서있기란 힘들었다.

이같은 힘의 낙뢰가 발전기에 가해졌을 때, 안전한지에 대한 실험을 하는 곳이 세번째 장소다.

‘고전압시험동’. 인공낙뢰를 만들어내는 이곳에는 우주선과 같은 신기한 시험설비가 우뚝서 있다. 저곳에서 엄청난 힘의 낙뢰가 만들어지는 것이라고 생각하니 아찔하다.

허종철 실장은 일단 안전지대에서 설명을 이어간다. 허 실장은 “이곳은 전력계통 교류전압 칠만 이천볼트(V) 이상에서 칠십육만오천볼트급(765kV-우리나라 최고 계통전압) 기기들의 절연설계 성능을 평가하는 곳”이라고 설명한다.

발전기에서 전력을 소비하는 수용가까지 전력전송을 위해서는 개폐장치, 변압기, 케이블, 절연물 및 철탑금구 장치들이 필요한데, 절연설계가 돼있지 않으면 절연파괴 등 계통 고장을 초래하게 되는 만큼, 이곳에서는 계통의 이상 환경을 모의해 여러가지 전력기기의 절연설계성능을 평가하고 있다고 한다.

엄청난 크기의 우주선 같은 이곳 시험설비는 420만 볼트(V) 번개(낙뢰) 전압 발생장치와 110만 볼트 교류전압 발생장치다. 우수조건을 모의한 분당 5mm이상의 인공강우 발생장치, 기기로부터 발생하는 코로나에 의한 라디오 잡음측정 설비 등도 보유하고 있다.

김종율 박사가 풍력발전단지 출력제어시스템에 관해 설명하고 있다.

●KERI 궁금증 풀다4- 바람을 제어하는 신, 풍력발전제어시스템 개발

최근 전기연구원은 풍력발전단지를 통합운영할 수 있는 운영제어시스템을 개발하고, 상용화를 위한 풍력발전단지 실증적용 연구를 본격 추진키로 했다.

에너지의 중요성이 부각되며 신재생에너지로 가장 부각되고 있는 풍력. 하지만 자연 바람으로 에너지를 만드는 만큼 제어가 불가능. 이를 전기연구원에서 가능하게 만든 것이다.

바로 ‘케이블시험동’이 그 역할을 하고 있었다. 아직 상용화되지 못했지만 대용량 풍력발전단지 전략생산을 통합 제어할수 있는 시스템을 개발했다는 것에 큰 의미가 있어보인다.

차세대전력망 스마트배전연구센터 김종율 박사는 자신감이 차 있었다. 김 박사는 “지멘스, GE 등이 독점하고 있는 풍력발전기 출력제어장치를 국산화했다는 것에 그 의미가 있다”며 “향후 풍력발전기뿐만이 아니라 풍력발전단지의 두뇌역할을 하는 출력제어시스템을 턴키방식으로 수출할 수 있는 길을 확보했다”고 강조했다.

그는 케이블시험동 내 있는 운영제어시스템을 하나씩 짚어가며 “전력공급자인 한전 또는 전력거래소에서 요청하는 그리드코드(Grid Code)에 대응해 필요한 만큼만 풍력발전기에서 발전하도록 출력을 제어하여 계통에 공급하도록 하는 제어 시스템”고 소개했다.

이 풍력발전단지 출력제어시스템은 향후 태양광발전 등 다양한 신재생에너지의 출력제어시스템으로도 활용할 수 있는 기술로, 신재생에너지의 에너지 활용도를 높일 것으로 생각됐다.

전기선박육상시험소(LBTS) 조감도.

●KERI 궁금증 풀다5- 군대를 품다, 군잠수함·전기선박 육상시험소 구축

‘군사 보안’ 국방부의 브리핑을 듣는 듯한 모습이 연출됐다. 북 잠수함과 세계적 잠시함, 그리고 우리나라의 특급 잠수함에 대한 설명이 이어졌다. 그리고 이곳에서 잠수함을 볼수 있을것이란 착각마저 들게하는 설명이었다.

마지막으로 찾은 곳은 ‘전기선박육상시험소(LBTS)’다. 바다는 보이지 않는다. 잠수함은커녕 배도 보이지 않는다. 이곳은 4곳 시험동과 달리 모든게 깨끗하다.

이곳에 나타나 임근희 LBTS TFT팀장은 “국내 최초, 세계적으로 3번째 전기선박 ‘육상’ 시험소”라며 “최근 시험동 건축공사를 완료했고, 여기선 잠수함 장비들만 가져와 실험하는 곳”이라고 의아해하는 기자를 위해 설명을 돕는다.

하지만 시험동 안에 있는 설비들은 그야말로 웅장하다. 잠수함 모형만 없을 뿐, 어디가 잠수함 엔진이고 꼬리인지 알수 있었다.

임 팀장은 “잠수함을 비롯한 전기선박에 탑재되는 전기 추진시스템을 육상시험소에 배치해 여러 가지 운전성능 및 가혹 조건에 대한 성능을 시험하는 설비”라고 설명한다. ‘전기선박 시대’를 대비한 핵심인프라 구축, 잠수함 및 전기선박 추진체계 검증과 관련 핵심기술을 개발하게 된다는 것.

즉 잠수함 추진체계 주요장비의 통합성능의 사전확인, 운영 시나리오별 운전성능 확인, 기술적 위험요서 사전식별 및 대책수립 후 탭재 전 보완, 고장 및 비상상황에 대한 시험수행을 담당하게 된다는 것.

임 팀장은 “LBTS는 세계적으로 잠수함을 건조할 수 있는 몇 개국에서만 보유하고 있고, 국내에서는 처음으로 구축되는 것”이라며 “이를 통해 잠수함 등 전기추진 선박의 성능평가로 기술경쟁력을 강화할 수 있다”고 자신했다.

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