미래를 책임질 올해의 우수 전력 기술, 내년부터 ‘기술 확보·성과 창출’ 목적별 과제 지원

지식경제부와 한국에너지기술평가원(이하 에기평)은 11월 8일부터 이틀간 에너지 R&D 성과 전시회를 개최해 신재생에너지, 에너지·자원, 전력·원자력 등 국가 에너지 기술 개발 성과를 한눈에 볼 수 있는 기회를 마련했다. 특히 산업 발전의 핵심인 원천 기술을 확보한 중소기업 Super Star 20에 대한 참관객들의 관심이 뜨거웠다. 무엇보다 대기업의 그늘에 가려진 중소기업의 역량 강화와 부단한 연구 개발로 신규 시장을 개척해 산업발전에 기여하고 있다는 점에서 슈퍼 스타 20에 든 기술이 한 층 빛난다.

한국에너지기술평가원(이하 에기평)은 1988년부터 에너지 분야 기술 개발 지원 사업을 펼치고 있다. 정부가 여기에 쏟아 붓는 예산은 전 세계 5위권의 규모로 시작한 해 대비 10배의 규모로 성장했다. 내년 예산은 8000억 원으로 신규 예산은 2100억 원 정도 책정됐다. 에기평 전략기획팀 이화웅 박사에 따르면 신규 기술 개발에 지원하는 중소기업은 지속적으로 증가하는 추세로 에기평의 지원을 받기 위해 약 5대 1의 경쟁을 뚫어야 한다.
에기평은 현재 내년 공고할 과제를 기획 중으로 12월 말 계획보고서를 완료해 1월 과제 공고를 진행한다. 에기평은 기술 개발지원 과제에 있어 진일보한 정책을 선보일 예정인데 예를 들어 과제 분야를 신재생에너지 분야와 같이 산업 분야별로 설정했다면 내년 공고 과제는 정부 정책 연계성을 더욱 강화해 목적별로 과제를 지원할 방침이다. 이화웅 박사는 "정부 입장은, 예산을 투입했으면 당연히 성과를 묻는다"며 "기술 확보와 성과 지향 두 가지 뚜렷한 목적에 따라, 도전적 목표 의식으로 진행하되 성공 확률은 50%로 낮춘 '원천 기술 확보', 상용 실증 비즈니스 모델 및 사업화 시나리오 제출을 조건으로 하는 '성과 창출'이라는 두 트랙으로 크게 나눴다"고 설명했다. 이에 따라 내년에는 과제 목적별로 공고할 예정이다. 지원자들도 목표를 명확히 할 수 있어 사업을 구체화 할 수 있으며 구체적인 지원을 받을 수 있다.
에기평은 정부의 신규 정책을 반영, 로드맵 연계, 수요 조사 반영 등 과제 뱅크를 정비해 이를 기반으로 매해 과제 기획 방향을 설정한다는 방침이다. 기획 단계에서 단계별 타당성 검토 및 정보공개를 통해 기획 과정의 공정성도 확보한다.
정부 정책의 추진 방향은 지속 가능 발전의 확산촉진이다. ▲그린에너지 산업: 신재생에너지 등 저탄소 에너지원, CCS, CTL 등 청정화 기술, LED 등 효율 향상 기술 및 확산 인프라 ▲기존 산업의 그린화: 제품의 부가가치 제고(하이브리드 자동차 등), 제조 공정의 친환경화, 서비스 등 에너지 저소비 산업으로 구조 전환 ▲사회, 문화적 변화: 수송체계 및 교통문화의 변화, Green home, 주거문화변화 등 Eco-living 확산 등으로 추려진다.
이와 관련 이화웅 박사는 "신재생에너지, 분산전원, 스마트그리드, 높아지는 전력 수요 등을 앞으로 추진해야 할 R&D 키워드로 봐야 한다"며 "이에 맞춰 R&D를 추진, 에너지 기술이 국가 성장 동력으로 이바지하고자 목적 지향형 프로젝트를 추진할 계획"이라고 밝혔다. 박사는 또 "건물 효율 분야는 예산 투입 대비 가장 더딘 분야로 내년에 더욱 R&D를 강화할 계획이며 신재생에너지는 글로벌 금융 위기 등으로 작년에 이어 어려운 상황이 당분간 지속될 것으로 보이나 미래에도 가야 할 방향인 건 분명하므로 지금보다 한 단계 점프 업해야 할 것, 그리고 원자력은 안전 관련 연구 개발이 집중될 것, 태양광·풍력·수소연료전지 3대 신재생에너지의 단위기술 개발은 거의 완료했으며 앞으로 인증 및 실증, 계통 연계 연구 개발을 진행해야 할 것"이라고 언급했다. 연구 개발 도입 단계로 사업화 초읽기 지점에 서 있는 스마트그리드 분야는 연관된 각 기업들이 사업화 연구를 다각도로 하고 있는 만큼 내년에는 사업 모델이 등장하길 기대한다고 했다.
에기평이 선정하는 Super Star 20은 2008년 이후 개발된 에너지 R&D 분야 중 기술 개발 성과가 우수하고 상용화에 성공, 에너지 산업 발전에 크게 기여한 중소기업 20개 기술을 선정한 것이다. 선정과정은 제출 서류 적합 여부 검토 및 매출액, 기업신용등급, 부채 비율 등을 검토하는 서면 검토와 서면 검토 결과를 근거로 장관상과 원장상, 포상 기술을 선정하는 포상 선정위원회 개최를 통해 진행됐다. 국가 산업 발전의 원동력이 되고, 국외로도 전파해 우리나라를 빛낸 올해의 슈퍼 스타 기술 및 제품 몇 가지를 소개한다.

[1] 고압용 MLCC 220×135×10㎜, 0.5㎏
[2] 고용량 하이브리드 커패시터 360×95×180㎜, 5㎏

DC 인버터용 고압 적층 칩 커패시터
국내 유일하게 MLCC(Multi Layer Ceramic Chip Capacitor, 고압 적층 칩 커패시터) 제조 기술을 보유한 삼화콘덴서공업주식회사는 1956년 설립된 이래 전기·전자 부품을 생산, 기술을 선도하며 국내 최초라는 수식어를 달았다. MLCC 원천 기술개발을 이미 1985년에 획득, 에너지 효율 및 고용량 면에서 우수한 기능을 발휘하는 MLCC 생산 기술에 있어 베테랑이다.
MLCC는 최근 트렌드인 신재생에너지 전력 변환, 전기차 등에 적용 가능한 고효율, 고용량, 고압이면서 초박형을 실현하는 점이 강점이다. 산업용 인버터(풍력, 태양광)의 전력 변환 회로에 적용, 기존 커패시터 대비 30% 이상의 체적을 감소하고 전기적 손실을 50% 감소하는 효과를 준다. 전량 수입되는 제품을 소재 및 부품 중심으로 개발해 국산화 및 산업화에 성공했다는 점에서도 인정받는다. 부품의 소형, 고압화 요구에 부응하는 원천 소재 개발로 연간 50억 원, 디스플레이 관련 고압 커패시터시장 20억 원 매출 실현의 생산 효과를 거뒀다.
삼화콘덴서공업은 MLCC 기술이 향후 전기자동차의 효율 향상을 위한 핵심 부품에 적용될 것으로 예상하고 현재 하이브리드 자동차 및 전기자동차의 전력 저장 장치의 핵심 부품 개발을 추진 중이다.
황호진 대표는 "정부 지원 R&D 과제 기획, 선정 및 운영에 있어 기업 중심의 지원과 함께 모니터링을 통해 지속적 지원을 받아 본 과제가 우수 기술로 선정될 수 있었다"며 "원천 기술 확보를 통해 사업화를 시도했으나 어려운 점도 많았다. 그러나 시장환경 변화 및 투자 시기 결정에서 회사 대표를 비롯해 임직원 모두 세계 최고의 기술력으로 회사 경쟁력 강화하자는 마음으로 문제를 해결했다"고 소감을 밝혔다. 이어 "세계 시장에서도 최고의 품질과 가격 경쟁력을 가지도록 노력할 것"이라고 포부를 밝혔다.

3상 4선식 배전계통 다기능 전력 품질 개선 장치
전력 품질과 에너지 솔루션 장치 전문 회사 전력품질기술㈜은 고조파, 무효전력, 에너지, 핵융합, 스마트그리드 분야 차세대 전력 품질 보상장치 기술 개발을 확립했다. 다기능 전력 품질 개선 장치는 직렬 인버터와 병렬 인버터 사이에 함께 공유하고 있는 직류 커패시터를 이등분, 중심선에 병렬 연결해 병렬 인버터에서 상 불평형 전류 및 영상분 고조파 전류도 같이 보상할 수 있도록 설계됐다.
빌딩, 백화점, 관공서 등 단상 비선형 부하를 많이 사용하는 곳이나 대형 공장 및 부하 사용량이 급격하게 변화는 장소 등, 전압 및 전류의 급격한 변동에도 능동적으로 대처할 수 있는 장치다. 또한 계통의 고조파 전류 및 역률 보상과 전압의 변동을 같이 보상해주는 다기능 전력 품질 개선 장치로서, 배전계통의 전력 품질 향상 기술 및 차세대 전력 품질보상 개발 기술을 확립할 수 있다.

계통연계형 태양광 인버터의 고효율 전력변환회로
신재생에너지 관련 전력·전자 전문 기업 ㈜다쓰테크는 회사 기술진 및 외부 기술진의 산학 공동 연구를 진행한 끝에 세계 시장에서도 상위를 차지하는 성능의 태양광 인버터를 개발해 국내뿐 아니라 전 세계 시장으로 제품 출시를 진행하고 있다.
계통 연계형 태양광 인버터에 적용하는 고효율 전력 변환 회로로 기존 대비 전력 변환 효율 97.5%이상, 최대 효율 98.2% 이상 구현한다. 유럽 계통연계 기준에 적합한 누설전류(Residaul current) 기준에 만족하며 수입 대체 효과를 낸다. 또한 고효율에 따른 발전 전력 증가로 투자비 조기 회수 및 국내외 태양광 설치 및 보급 확대에 기여하고 있다.
금만희 대표는 "초고효율 전력 변환 회로를 적용한 제품을 출시해 매출 증대 및 태양광 시설 보급확대에 이바지하고, 이를 통한 이산화탄소 저감 및 환경 보전에 기여할 수 있다는 점에서 뿌듯하다"고 우수 기술 선정 소감을 밝혔다.

㎿급 Multi-Central 방식 고효율 인버터 시스템
태양광 전력 변환 제조 분야 선두 기업인 헥스파워시스템㈜은 태양광 계통 연계형 인버터를 국내 최초로 개발했다. 단상 가정용 3㎾ 소용량에서 삼상 대용량 1㎿까지 생산한다. 세계 선진 수준의 대용량 계통 연계형 인버터 시스템 기술은 단일 용량 500㎾와 낮은 일사량에서도 발전 효율을 극대화할 수 있는 Multi-Central 병렬 운전 방식의 1㎿급 대용량 계통 연계형 인버터 시스템으로, 전력 변환 효율(Euro) 98.5%, MPPT 효율 99.8%, 단독 운전방지 0.19초 및 IEC 62116, EN 50530 국제 규격 등을 확보했다. 헥스파워시스템은 이 기술을 통해 RPS, 스마트그리드 분야 대용량 발전소용 계통 연계형 인버터를 국산화해 수입 대체 효과 및 수출 가능 품목으로 매출 증대를 예상하고 있다. 또한 국내외 시장 확대에 따른 부품 공급사, 제조사 및 SI 업체의 동반 매출 신장 및 고용 창출 효과에 기여하는 바도 크다. 헥스파워시스템은 에너지변환연구소 설립을 통해 지속적인 연구 개발과 기술 혁신을 통해 신기술을 개발해 왔으며 이번 우수 기술 선정을 계기로 신재생에너지 산업 발전을 위한 공헌을 대외적으로 다시금 인정받았다.

Multi-Central 1㎿ 계통 연계형 인버터와 PV-System 구성도.

안산과 우크라이나에 설치한 유니슨 750㎾, 2㎿ 풍력발전기 전경.

1㎾급 저소음 수평축 직접 구동형 풍력발전기
신재생에너지 전문 ㈜서영테크는 AFPM 발전기를 바탕으로 소형 수평축, 수직축 풍력발전 시스템과 그 부품을 생산한다. 이번 우수 기술로 선정된 풍력발전기는 1㎾급 수평축 풍력발전기로 정격 풍속12㎧, 정격 회전수 600rpm, 블레이드 회전 지름 2.3m이다. 발전기는 직접 구동형 AFPM 형태이고, 또한 코어리스 형태로 코깅 토크가 없기에 낮은 풍속에서도 쉽게 기동 가능한 점이 장점이다. 출력은 필요에 따라 계통 연계형과 배터리 충전의 독립형이 가능하며 과풍속 시 시스템 보호를 위해 펄링 시스템을 구비해 정격 풍속 이상에서는 바람 방향을 회피해 출력을 제한한다. 서영테크는 창업 이래 지속적으로 풍력발전 분야 기술력을 축적해왔으며 이를 인정받아 다수의 표창을 수상했다. 90만 달러 상당의 외국 투자 유치 성과와 기후변화 대응 연구 개발 공로로 교과부 장관 표창을 수상한 바 있다.

영구자석동기 발전기(PMSG)형 풍력발전 시스템
1999년 불모지나 다름없던 풍력발전 산업에 진출한 유니슨㈜은 국내 최초로 750㎾급 풍력발전기를 개발, 양산 체제를 구축했다. 풍황 조사부터 풍력발전 시스템 개발, 풍력발전 단지 설계 및 운영, Financing까지 일련의 노하우를 보유한 풍력발전 전문 기업이다. 경상남도 사천시 국내 최대 규모 풍력발전 전용 공장에서 750㎾ 및 2㎿ 풍력발전 시스템과 풍력발전 타워 등 풍력발전기 완제품을 생산해 국내외 판매, 설치한다. 시장 기술을 선도하는 '영구자석동기 발전기(PMSG)'형 풍력발전 시스템 기술의 핵심은 기어박스가 없는 직접 구동형 또는 중저속형 기어박스 기술을 적용해 시스템 내구수명을 증대시키고, 단순하고 신뢰성 있는 동력 전달 시스템 구축(미국 및 국내 특허 등록)으로 시스템 경량화를 확보했다. 영구자석동기발전기(녹색기술인증 획득) 기술을 적용해 높은 전력 효율을 확보했으며, 또한 국제 공인 인증기관으로부터 설계 및 형식 인증서를 획득해 세계 시장의 경쟁력을 확보했다. 김두훈 대표는 "자사의 풍력발전 시스템은 2020년까지 15GW라는 국가 보급 목표 달성을 위한 주력 기종으로, 전력 수급 안정화와 국내외 보급을 통한 수입 대체 및 수출 증대로 침체된 경기 부흥의 기회를 마련하고 일자리 창출 및 CO2 감소 등의 효과가 기대된다"며 "자사의 기술을 기반으로 차세대 대형 풍력 및 저풍속 지역에 최적화된 풍력 발전 시스템 개발 등을 통해 시장 경쟁력 및 점유율을 확대, 2030년 세계 Top 10 풍력발전 제작사 진입을 목표로 전 임직원이 노력을 기울일 것"이라고 포부를 밝혔다.