전력망 – 포커스온경제 통합 검색

전체기사보기
2024-11-22 (금)

검색

99.6% 반사율 '초백색 세라믹' 개발⋯건물 냉각 혁신

99.6%라는 최고의 반사율로 건물을 시원하게 하는 혁신적인 '초(超)백색 세라믹'이 개발됐다. 홍콩의 과학자들이 햇빛과 열을 99.6% 반사해 건물을 획기적으로 냉각시킬 수 있는 새로운 초백색 세라믹 소재를 시연했다고 과학전문 매체 뉴아틀라스가 지난 12일(현지시간) 보도했다. 딱정벌레의 특성에서 영감을 받은 이 소재는 나노 구조 기술을 활용해 그 효과를 발휘하며, 외부 환경 조건에 견딜 수 있는 강한 내구력을 지녔다. 또한, 이 소재의 생산 과정은 상대적으로 간단하여 대량 생산으로 확장이 용이하다는 장점이 있다. 사람들은 집이 너무 더워지면 종종 에어컨을 먼저 켜곤 한다. 이는 즉각적인 냉방 효과를 가져올 수 있지만, 건물의 냉난방 비용이 전체 에너지 비용의 큰 부분을 차지하기 때문에 에너지 효율성은 낮은 편이다. 과학자들은 에너지 소모가 적으면서도 실내 온도를 수동적으로 조절하는 대체 방법을 찾고 있다. 그이러한 방법 중 하나는 건물과 옥상을 밝은 색으로 칠하는 것이다. 기본 물리학 원리에 따르면, 밝은 색상은 어두운 색상보다 빛을 덜 흡수하기 때문에 실내를 더 시원하게 유지할 수 있다. 이러한 원리를 바탕으로 최근에는 태양광을 95% 이상 반사하는 '초백색 페인트'가 개발됐다. 앞서 미국 퍼듀대학교의 연구팀은 2020년 10월, 햇빛의 95.5%를 반사하고 열을 거의 흡수하지 않는 초백색 페인트를 개발했다. 연구에 따르면, 이 페인트를 적용한 표면은 밤에는 주변보다 약 10도(°C) 낮은 온도를 기록했고, 낮 시간에는 태양이 가장 높은 위치에 있을 때도 온도가 최소 1.7°C 낮았다. 이 페인트는 자외선 흡수를 최소화하기 위해 시중 페인트에 주로 사용되는 이산화티타늄 대신 탄산칼슘을 충전제로 사용했다. 그 결과, 이 초백색 페인트는 햇빛을 80~90% 반사하는 기존의 열 차단 페인트들보다 훨씬 높은 빛 반사율을 달성했다 그러나 이러한 페인트는 건물의 냉각 효과를 상당히 개선할 수 있지만, 코팅 솔루션은 건물의 내구성과 관련된 문제들이 발생할 가능성이 있다. 최근 홍콩 시티대학교(CityU)의 과학자들은 다른 페인트보다 성능이 뛰어난 새로운 냉각 세라믹 소재를 개발했다. 이 소재는 단순한 흰색 페인트가 아니라 나노 구조에서 높은 반사율을 달성하는 것이 특징이다. 사이포칠러스 딱정벌레에서 영감을 얻은 이 소재는 거의 모든 스펙트럼의 햇빛을 효율적으로 산란시킨다. 이 연구의 결과로, 개발된 소재의 태양 반사율은 99.6%로 사상 최고치를 기록했으며, 적외선 열 방출량도 96.5%에 달하는 것으로 나타났다. 이 연구는 '사이언스' 저널에 게재됐다. 홍콩 시티 대학교 연구팀은 알루미나 소재가 태양열 흡수를 줄일 뿐만 아니라 날씨에 따라 냉각 세라믹의 내구성을 높여준다고 말했다. 다른 패시브 쿨링 소재와 코팅의 약점인 자외선 노출로 인한 성능 저하를 방지하고 표면에서 수분 증발 속도를 높여 증발 냉각의 보너스 효과를 더한다. 게다가 1000°C(1832°F) 이상의 온도에서도 견딜 수 있는 내화성까지 자랑한다. 이 연구의 공동 교신저자인 에드윈 초치얀 교수는 "이 냉각 세라믹의 장점은 고성능 PRC와 실제 환경에서의 애플리케이션에 대한 요구 사항을 모두 충족한다는 점"이라고 말했다. 초치얀 교수는 "우리의 실험에 따르면 냉각 세라믹을 주택 지붕에 적용하면 공간 냉각을 위해 20% 이상의 전기 절감을 달성할 수 있으며, 이는 기존의 능동 냉각 전략에 대한 사람들의 의존도를 줄이는 데 있어 냉각 세라믹의 큰 잠재력을 확인하고 전력망 과부하, 온실가스 배출과 도시 열섬을 피할 수 있는 지속 가능한 솔루션을 제공한다"고 설명했다. 연구팀은 또 알루미나와 같은 일반적인 재료와 상 반전 및 소결의 2단계 공정을 사용해 이 소재를 대량으로 쉽게 생산할 수 있다고 설명했다. 그리고 흰색 세라믹 기반의 소재에 다른 재료를 추가하면 다양한 색상과 패턴의 제품을 만들수 있다고 덧붙였다.
- IT/바이오
2023-11-14
풍력 발전, 에너지 비용 절감은 허상?

최근 몇 년 동안, 많은 그린 에너지 지지자들은 석유나 가스와 같은 화석 연료에 비해 재생 가능 에너지원이 더 저렴한 대안이라고 주장해 왔다. 그러나 영국 매체 스파이크트는 지난 11월 1일, 풍력발전 등 재생 가능 에너지원이 더 저렴한 대안이라는 의견이 사실과 다르다고 보도했다. 최근 영국에서 풍력 발전과 관련된 두 가지 뉴스는 그린 에너지 지지자들의 주장에 의문을 제기했다. 첫 번째 보도는, 영국 정부는 지난 9월 해상 풍력 발전을 위한 계약 경매에서 어떤 계약도 성사시키지 못했다는 것이다. 기업들은 정부가 설정한 전기 요금이 해상 풍력 프로젝트를 경제적으로 실행 가능하게 만들기에 충분하지 않다고 주장했다. 두 번째는 10월 말, 영국 최대 발전소 운영업체인 독일 전기 대기업 RWE가 정부에 해상 풍력 발전소에서 얻는 전기 요금을 최대 70% 더 인상해줄 것을 요청했다. 톰 글로버(Tom Glover) RWE UK 사장은 개발업체가 정부가 설정한 44파운드(약 7만1000원)/MWh(메가와트시) 대신 65~75파운드(약 10만5000원~12만1000원)/MWh를 지급받아야 한다고 말했다. 이러한 뉴스는 풍력 발전이 에너지 비용을 절감하지 못할 것으로 예상되는 이유를 시사한다. 풍력 발전은 여전히 상대적으로 비용이 높으며, 정부 보조금 없이는 경제적으로 실행이 어려운 경우가 많다. 풍력 발전의 또다른 단점은 발전량이 날씨 조건에 따라 달라지므로, 전력망을 안정적으로 공급하기 위해 가스 화력 발전소와 같은 화석 연료 발전소의 보조가 여전히 필요하다. 이러한 이유로 영국에서는 풍력 발전이 단기적으로 에너지 비용 절감에 크게 기여하지 못할 것으로 보인다. 한국의 풍력 발전 현황 한편, 한국의 풍력 발전은 최근 몇 년 동안 급속도로 성장하고 있다. 2022년 기준으로 한국의 풍력 발전 설비 용량은 14.5GW(기가와트)이며, 이는 전체 발전 설비 용량의 약 7.4%를 차지한다. 그러나 한국의 풍력 발전은 아직 초기 단계에 있으며 경제적으로 완전히 자립하기에는 어려움이 있다. 한국에너지공단에 따르면, 2022년 기준 한국의 풍력 발전 전기 평준화 비용(LCOE)은 MWh당 118.5달러로, 화력 발전(44.1달러/MWh)보다 약 2.6배 높다. 풍력 발전이 에너지 비용을 절감하기 위해서는 기술 개발을 통해 비용을 낮추고, 발전량을 안정적으로 유지하기 위한 추가적인 기술 개발을 통해 백업 발전소의 필요성을 줄여야 한다. 또한, 풍력 발전을 다른 재생 가능 에너지원과 통합하여 에너지 시스템의 효율성을 높이는 것이 필요하지만, 이러한 방안이 쉽지 않을 것으로 보인다.
- 산업
2023-11-10
바나듐 플로우 배터리, 신재생 에너지의 미래를 열다

영국의 배터리 기업인 인비니티 에너지 시스템(Invinity Energy Systems PLC, 이하 인비니티)은 바나듐 플로우 배터리를 활용하여 신재생 에너지를 효율적으로 관리하며, 전력 네트워크의 안정성을 강화하는 혁신적인 기술을 개발하는 데 성공했다. 영국 기술전문매체 프로액티브인베스터스에 따르면 바나듐 플로우 베터리 관련 기술은 대용량 에너지 저장 시스템(ESS)으로 구현되어 재생 에너지의 효과적인 활용을 가능하게 한다. 바나듐은 은빛 회색의 금속으로, 강철 제련이나 연소 과정을 통해 얻어지거나 우라늄 광산에서 추출된다. 바나듐 레독스 배터리는 바나듐을 전해액으로 사용하며, 양극과 음극을 별도의 탱크에 저장함으로써 리튬 이온 배터리처럼 화재나 폭발의 위험 없이 안전하게 작동한다. 이러한 배터리는 바나듐 플로우 배터리(VFB) 또는 바나듐 레독스 플로우 배터리(VRFB)로도 알려져 있다. 바나듐 플로우 배터리는 환경에 친화적이며, 장기적인 에너지 저장에 적합하게 설계돼 다양한 응용 분야에서 활용된다. 전력 그리드의 에너지 저장, 재생 가능 에너지의 통합, 급속 충전 인프라 지원, 산업용 에너지 저장 등 여러 분야에서 이 배터리의 활용성이 증명되고 있다. 이 배터리의 주요 장점은 장기적인 에너지 저장 능력, 안정성, 수천 번의 충방전 수명, 그리고 용량 감소가 최소화된 구조다. 또한, 이 배터리는 환경 친화적이고, 재활용이 가능하며, 빠른 충전이 가능하다는 장점도 가지고 있다. 인비니티는 최근 캐나다의 재생 에너지 프로젝트 개발 회사인 엘리멘탈 에너지(Elemental Energy)에 8.4 MWh 바나듐 플로우 배터리 공급 계약을 체결했다. 해당 배터리는 앨버타의 차피스 레이크 솔라 스토리지(Chappice Lake Solar Storage) 프로젝트에서 활용되어, 앨버타 전력망에 경제적이면서도 환경 친화적인 전력을 제공할 예정이다. 이로써 재생 에너지의 효율적 활용과 전력망의 안정성이 강화될 것으로 예상된다. 인비니티는 이런 프로젝트들을 통해 다양한 분야에 걸쳐 안정적이고 지속 가능한 에너지 솔루션을 제공하는 능력을 갖추었음을 증명하고 있다. 바나듐 플로우 배터리는 신재생 에너지 산업의 미래를 밝히는 중요한 역할을 할 것으로 기대된다.
- IT/바이오
2023-09-07
두산에너빌리티, 국내 최초 'K-가스터빈' 상업운전 개시

중공업계 큰손 두산에너빌리티가 국내에서 첫 270MW 국산 가스터빈의 상업운전을 성공적으로 시작했다. 미국 에너지 전문 매체 파워매거진은 지난 2일(현지시간) 두산에너빌리티의 'K-가스터빈' 첫 상업운전 성공을 통해 한국이 세계 가스터빈 기술 시장에서 탄탄한 기반을 구축하고 있다고 보도했다. 이 매체에 따르면, 두산에너빌리티는 380MW H급 '초대형' 가스터빈 시장을 개척할 대형 복합화력 가스터빈 발전소 첫 계약도 체결했다. 지난 6월에는 공기업인 한국중부발전과 충청남도 보령시에 569MW급 보령신복합화력발전소 건설 계약을 2억1300만 달러에 체결, 2026년 6월 가동을 목표로 한다. 이번 계약에는 증기터빈과 배열회수보일러(HRSG) 공급도 포함된다. 또한, 두산에너빌리티는 지난 7월 28일 한국서부발전과 공동으로 개발한 경기도 김포 열병합발전소에서 270MW급 가스터빈의 상업운전에 들어갔다. 국내 가스터빈 기술 자체 개발 두산에너빌리티의 이러한 성과는 2022년 3월까지 두산중공업으로 알려진 이 회사의 끈질긴 기술 개발 노력의 결과다. 1896년 설립해 한국의 대형 석탄 발전소 건설을 주도해 온 두산에너빌리티는 1990년대부터 국내 가스터빈 기술 개발에 집중해 왔다. 특히 2005년, 두산중공업은 5MW급 가스터빈을 자체 개발함으로써 기술력을 입증했다. 2013년, 두산중공업은 산업통상자원부(이하 '산자부')와 한국에너지기술연구원이 해외 수입 의존도를 낮추기 위해 추진한 국책 과제인 국내 가스터빈 산업 육성에 중추적인 역할을 해왔다. 두산의 목표는 세계 최대 가스터빈 OEM 업체인 제너럴 일렉트릭, 지멘스 에너지, 미쓰비시 파워, 안살도 에너지아 등이 본사를 두고 있는 미국, 독일, 일본, 이탈리아 등 국제 무대에서 경쟁할 수 있는 가스터빈 산업을 육성하는 것이었다. 'K-가스터빈' 첫 상업 운전 이정표 두산에너빌리티에 따르면 270MW급 DGT6-300H.S1의 효율은 40%가 넘는다. 2022년 3월 첫 번째 점화 이후의 테스트는 국가에서 요구하는 연소 조절 테스트, 출력 변동 테스트, 그리고 비상 정지 테스트를 포함했다고 한국서부발전(KOWEPO)이 밝혔다. 한국서부발전은 두산 본사가 있는 경상남도 창원 공장에서 제조 과정에서 가스터빈의 신뢰성을 평가하고 유지하기 위해 3000개 이상의 계측기를 설치했다고 전했다. 이제 한국서부발전은 국가 전력망과 연계한 8000시간의 실증 운전을 통해 '차세대 K-가스터빈' 개발에 도움이 될 데이터를 확보하고 수출을 뒷받침할 계획이다. 아울러 두산에너빌리티는 시장의 요구에 따라 1500℃ 이상의 고온에서도 견딜 수 있도록 설계된 초합금 소재를 적용하고 43% 이상의 효율을 갖춘 380㎿급 H급 모델인 DGT6-300H.S2 개발에 착수했다. 두산에너빌리티는 최근 한국중부발전과 맺은 계약에 증기터빈과 배열회수보일러(HRSG) 공급도 포함돼 보령 신복합화력발전소는 한국형 표준 복합화력 가스터빈(CCGT) 모델이 탑재된 세계 최초의 프로젝트가 될 것으로 전망된다. 회사 측은 2021년부터 국내 산업계, 학계, 연구계 등 340여 개 기관의 전문성을 활용해 CCGT 모델을 개발해왔다고 밝혔다. 이러한 노력은 신뢰성을 확보하는 데 결정적이었다고 말했다. 또한 "지금까지 국내 가스복합화력발전소는 다양한 형태의 외국산 가스터빈 모델을 적용했기 때문에 효율적인 유지보수 서비스에 많은 어려움이 있었다"고 전했다. 100% 수소연료 가스터빈 개발 추진 두산에너빌리티는 2027년 12월까지 진행되는 국책과제의 일환으로 국내 협력사와 함께 수소를 50%까지 공동 연소할 수 있는 복합화력 가스터빈 개발을 추진 중이다. 이를 위해 한국동서발전은 울산복합화력발전소의 25년 된 E급 가스터빈을 270MW급 H급 수소 가스터빈으로 전환할 예정이다. 두산은 이러한 전환을 통해 상당한 비용 절감 효과를 거둘 수 있을 것으로 전망하고 있다. 회사 측은 "고효율 H급 수소 가스터빈 사용 시, 기존 E급 수소 가스터빈에 비해 연간 최대 약 700억 원(약 5300만 달러)의 연료비를 절감 가능하다"고 밝혔다. 단, 이는 상반기 한국가스공사의 평균 연료비와 수소 비용을 기반으로 하며, 수소 가스터빈의 연간 가동률을 50%로 설정한 가정이다. 또한, "수소를 연료 혼합의 50%로 사용할 경우 기존 100% LNG 연료 가스터빈과 비교해 탄소 배출을 최대 21.4% 줄일 수 있다"고 덧붙였다. 마지막으로 두산에너빌리티와 한국 파트너들은 2027년 12월까지 400MW급 '초대형' 100% 수소 연료 가스터빈을 별도로 개발하고 있다. 두산은 "2026년까지 100% 수소 연료 가스터빈의 핵심 부품인 연소기 개발을 완료하는 것이 목표"라고 밝혔다.
- 산업
2023-09-04