한국원자력연구원은 차세대 초임계(액체와 기체 성질을 동시에 갖는 상태) 이산화탄소 발전 시스템을 통해 100킬로와트(kWe)의 전력을 생산하는 데 성공했다고 4일 밝혔다.

이산화탄소는 증기보다 낮은 온도에서도 초임계 상태에 도달할 수 있어 높은 열효율을 낼 수 있다. 이에 증기 대신 이산화탄소를 가열해 전기를 생산하는 초임계 이산화탄소 발전 기술이 차세대 발전 시스템으로 주목받고 있다.

연구팀은 2020년 초임계 상태의 이산화탄소 유체를 고압으로 압축하는 압축기를 개발한 데 이어 올해 고압의 유체를 이용해 전기를 생산하는 터빈 개발을 완료했다.

회전축과 회전체(날개), 축을 지지하는 베어링으로 구성된 터빈은 이산화탄소가 오가는 입구와 출구를 대칭 형태로 만들어 균형을 잃지 않도록 설계했다. 4만 RPM(분당 회전수)의 고속 회전 상태에서도 축과 회전체 제어가 쉬워 효율적으로 전력 생산이 가능하다. 이번에 개발한 초임계 이산화탄소 발전시스템은 기존 증기 발전시스템보다 효율이 높고 10분의 1 크기로 소형화가 가능하다.

태양열, 고온 연료 전지, 엔진 배기열, 가스 터빈 배기열, 석탄 화력 등 다양한 열원을 이용해 전기를 생산할 수 있다.

이번 연구에는 진솔터보기계, 한국과학기술원(KAIST), 포항공과대(POSTECH)가 함께 컨소시엄으로 참여했다.

조진영 선진원자로연구소장은 "올해 안에 500킬로와트의 전력을 생산하는 것을 목표로 하고 있다"며 "앞으로 차세대 원자로와 SMR(소형모듈원자로) 발전시스템에 적용하기 위한 연구를 추진할 계획"이라고 말했다.