KERI는 실현 가능하면서도 대규모 파급효과가 기대되는 연구과제를 집중 선정하고 인류와 국가사회에 기여하는 대형 성과창출을 위해 연구개발에 매진하고 있다. 이를 통해 첨단 전기기술을 보다 손쉽고, 안전하고, 편리하고, 지속적으로 이용할 수 있는 환경을 구축함으로써 우리 국민들의 편리한 삶, 행복한 삶, 건강한 삶, 풍요로운 삶의 실현에 기여하는 한편, 국민에게 사랑받는 세계 일류 정부출연연구소로 굳건히 자리매김한다는 목표다.
중심 연구분야는 차세대전력망 및 신재생에너지, 초고압직류송전(HVDC), 전기추진 및 산업응용 기술, 나노신소재 및 배터리, 전기기술 기반 융합형 의료기기 등이다.
그동안 △765kV 초고압 전력설비 국산화 △차세대 전력계통운영시스템(EMS) △원전 계측제어시스템(I&C) △한국형 배전자동화(KODAS) 기술 △펨토체 레이저 광원 기술 △자기부상열차 자기부상제어시스템 △전기차용 탄화규소(SiC) 전력반도체 공정 기술 △고압직류송전(HVDC)용 직류차단기 기술 등 공공의 이익과 관련된 분야에서 선진국들과 경쟁이 가능하고 업계가 주목하는 대형 원천기술들을 확보하는 한편, 산업계 기술이전을 통해 국가산업발전에 기여하고 있다.
KERI는 또한 전력기기에 대한 국가공인시험인증기관이자 세계 3대 국제공인시험인증기관으로서 세계적 경쟁력과 신뢰성을 확보하고 있다. 세계 중전기기 산업계의 ‘G10’이라 불리는 ‘세계단락시험협의체(STL)’ 정회원 자격 획득을 통해 KERI의 시험성적서가 전세계 시장에서 통용되게 함으로써 국내 중전기기업체의 해외시장 개척에 기여하고 있다.
아울러 최근에는 중전기기산업계의 오랜 숙원이었던 4000MVA 대전력설비 증설을 성공적으로 마무리함으로써 보다 질 높은 서비스를 제공하고 2025년까지 세계 최고의 시험인증기관으로 자리매김하기 위한 기반을 구축했다.
-한국전기연구원 2017년 중점분야
올해로 창립 40주년을 맞이하는 KERI는 다가오는 4차 산업혁명의 물결에 효과적으로 대응하기 위한 막중한 책임을 가지고 연구업무에 집중할 계획이다.
이에 KERI 박경엽 원장은 올해 신년사를 통해 앞으로는 로봇과 에너지, 의료기기 산업이 국내 산업과 R&D의 핵심 분야가 될 것으로 예상하고, 로봇·에너지·의료기기를 중장기 연구성과 창출 주력 분야로 선정, 집중 투자할 계획을 천명한 바 있다.
이러한 움직임에 맞춰 KERI는 지난 3월 ㈜인더스마트, 중앙보훈병원, 한국과학기술연구원(KIST), 서울대학교병원과 함께 ‘스마트 의지(義肢, 잃은 팔이나 다리의 부분을 보충하는 기구) 개발을 위한 협약’을 체결했다.
이번 협약을 통해 똑똑한(스마트) 로봇을 통해 절단 장애인들의 손과 발이 되어주는 의지 기술의 상용화가 앞당겨질 전망이다. 영화에서만 보던 사이보그 팔다리가 사람의 몸에 부착되어 물건을 만지고, 달리는 일이 현실화 될 것으로 기대된다.
앞으로 미래 산업은 인공지능(AI), 사물인터넷(IoT), 통신 및 센서 관련 기술들이 결합된 로봇기술과 에너지 관련 기술을 빼놓고는 논할 수 없고, 새로운 변화의 물결에도 대응하기 어렵다. 또한 급격한 노령화 사회 진입이 현실로 다가옴에 따라 다양한 의료기기들의 중요성도 더욱 높아질 것으로 예상된다.
이들 분야는 KERI가 이미 기반 기술을 갖고 있는 분야이긴 하지만, 향후 더욱 더 주력해야 할 분야들이기 때문에 국가·사회적으로 파급효과가 크고 세계를 선도할 수 있는 가치있는 연구성과를 창출하기 위해 많은 노력을 기울일 예정이다.
-고출력 전자기펄스(HPEMP) 보호용 핵심소자 기술 개발 및 기술이전
개발된 대용량 바리스터 시제품
KERI가 2016년 11월, 고출력 전자기펄스(HPEMP: High Power Electromagnetic Pulse) 및 직격뢰로부터 핵심시설물을 보호하는 장비인 바리스터(Varistor) 제조기술을 국산화 개발하고 관련 전문기업인 ㈜아이스펙에 기술이전 했다. 착수기술료 5.5억원(VAT 포함)에 해당 부품 매출액에 따른 일정비율의 경상기술료를 지급받는 조건이다.
기상이변과 낙뢰 발생의 증가로 각종 기간시설물 및 전자기기에 대한 낙뢰피해가 급증하고 있다. 또한 최근 불안한 국제정세 및 남북관계 상황과 소형·경량 고출력/광대역 전자기펄스 발생시스템 기술의 발달로, 국가기간시설에 대한 은밀한 HPEMP 공격 가능성이 증가하고 있어 HPEMP 공격과 테러에 대한 정부차원의 보호대책이 요구된다. 특히 관련 기술은 국가 안보 차원의 기술보안(수출금지)으로 인해 국가 간의 기술교류가 불가능한 분야로, 독자적인 원천 대체기술을 확보할 필요가 있다.
KERI 전기환경연구센터가 개발한 기술은 고출력 전자기펄스(HPEMP) 보호장치 및 서지보호기(SPD: Surge Protective Device)의 핵심소자인 바리스터(Varistor) 제조 기술이다. HPEMP 보호 장치에 요구되는 바리스터는 매우 큰 에너지내량이 요구된다. 기존 바리스터로는 요구 성능을 충족시킬 수 없어 단일소자 형태의 에너지내량이 큰 대용량 바리스터의 개발이 필수적이다.
대용량 바리스터 개발을 위한 필요 핵심기술
대용량 바리스터 핵심기술 확보를 위해서는 재료조성 뿐만 아니라 소성 및 성형프로세스 기술, 전극/단자 패턴 설계기술, 성능평가기술이 요구되며, 특히 물리적, 화학적 기술기반의 과도전자계 해석기술 및 열 해석기술이 필요하다.
연구팀은 그동안 축적한 기반기술을 바탕으로 공정 프로세스에 필요한 설비를 구축하고, 국내에서 유일하게 바리스터 상용화 경험이 있는 외부전문가와의 협업을 통해 다수의 소용량 바리스터 소자를 병렬접속한 형태가 아닌 단일소자의 형태의 대용량 바리스터 제조 기술을 확보할 수 있었다.
이를 통해 현재 해외 선도기업의 제품수준 이상인 50kA(킬로암페어)급의 대용량 바리스터 생산기술을 개발하는데 성공했다. 이는 현존하는 단일소자 대용량(Iimp) 바리스터 중 최대 전류내량인 50 kA로 기존소자(25 kA)보다 2배 크다. 단일소자 형태의 바리스터로는 세계 최고 에너지내량의 성능을 갖고 있어 해외시장에서 경쟁우위를 확보할 것으로 예상된다.
기존 선도업체의 대용량 바리스터에 비해 약 2배의 전류밀도를 가지고 있고, 동일 면적의 일반적인 바리스터에 비해 약 16배 에너지내량을 가지고 있다.
해당 기술 적용 사업분야 및 제품
이 기술은 고출력 전자기펄스(HPEMP)에 대한 방호 및 직격뢰 보호가 요구되는 국가 핵심 주요시설 등에 적용이 가능하며, 특히 HPEMP 보호장치, 직격뢰 보호용 1등급 서지보호기(SPD) 등에 적용할 수 있다. 최근 국내외적으로 직격뢰가 자주 발생하는 풍력발전설비 및 태양광발전 설비 등 대형 신재생에너지 설비의 보급이 활발해짐에 따라 이들 설비보호용 1등급 SPD의 수요도 급증할 것으로 예상된다.
개발된 대용량 바리스터를 적용한 HPEMP 보호장치 및 서지보호장치의 신뢰성 향상은 국가 중요시설을 더욱 안정적으로 운용할 수 있게 할 것이다.
특히 무기급 HPEMP 공격에 대응한 대규모 정전사고, 유무선 통신장해, 항공/교통사고, 수자원/가스공급 중단사고 등 총체적인 재난/재해 예방 및 체계적 관리 기반 마련에 기여할 것으로 기대된다.
한편 KERI로부터 관련 기술을 이전받은 ㈜아이스펙은 최근 1250A급 대용량 HEMP 차단 필터를 국산화했다고 밝혔다. 이 필터는 내부 시설로 유입될 수 있는 과도한 전압 및 전류, 전자파 노이즈 등을 차단해서 핵심 장비 및 장비 내부 부품과 저장 정보를 보호해 주는 제품이다.
저용량 EMP 차단 필터는 이미 국산화됐지만 대용량 HEMP 필터는 전량 유럽과 미국에서 수입해 사용해 왔다. 이로 인해 국가 기간 시설 정보가 수입 업체에 공개되는 부작용도 있었지만 ㈜아이스펙은 기술이전 후 약 8개월 만에 대용량 HEMP 필터 상품화에 성공했다.
㈜아이스펙은 이 HEMP 필터로 미군 EMP 방호 시설 시험 규격(MIL-STD-188-125-1)의 펄스 전류 주입(PCI) 성능 인증을 받았고, 삽입 손실 및 누설전류 특성 또한 우수하다는 확인을 받았다.
㈜아이스펙은 향후 HEMP 수요 증가에 따라 더욱 높은 출력에 대응할 수 있는 초고출력 전자기펄스(SHEMP) 필터도 국산화한다는 계획이다.
-전기전자소자용 잉크기반 다중소재 3D 프린팅 기술 개발
잉크기반 고정밀 3D 프린터 시제품
3차원 프린팅에 대한 관심이 높아지고 있는 가운데, KERI는 그래핀, 탄소나노튜브(CNT), 금속 등 다양한 소재를 이용하여 머리카락보다 훨씬 가는 굵기의 3차원(3D) 기능성 구조체를 제작할 수 있는 3D 프린팅 기술들을 세계 최초로 개발했다.
이 기술은 고해상도, 고전도도를 갖는 탄소나노튜브 3차원 마이크로 구조물 제작이 가능한 CNT 잉크 및 3D 프린팅 기술이다. 3D 프린팅용 무가열 은(Ag) 잉크도 개발돼 별도의 열처리가 필요 없이 전도도를 갖는 잉크로 열에 취약한 기판(장갑, 고분자)에 전기배선 프린팅이 가능하다.
초미세 노즐과 잉크 역할을 하는 ‘산화 그래핀’, ‘탄소나노튜브(CNT)’ 용액을 활용해 마이크로 및 나노미터급의 극미세 3차원 구조체를 간단한 공정으로 제작할 수 있다. 이 기술을 통해 제작된 그래핀, 탄소나노튜브 미세 구조체는 전기 전도성이 뛰어나 전기가 잘 통하고, 화학적·구조적 안정도가 높다. 열적·기계적 특성도 우수하여 휘거나 구부러지는 등의 충격에도 강한 특성을 갖는다.
KERI의 3D프린팅 기술들은 기존의 거시적인 구조물을 제작하는 것에 그쳤던 3D 프린팅 기술의 한계를 넘어, 다양한 소재로 마이크로나 나노미터 수준의 3차원 기능성 미세구조물을 제작할 수 있어 3차원 패터닝(patterning)을 위한 마땅한 기술이 없었던 인쇄전자 분야에 새로운 패러다임을 제공할 것으로 기대되고 있다.
관련 기술은 지난 7월, 창원산단 내 전자부품 제조업체인 대건테크에 기술이전 됐다. 대건테크는 KERI로부터 이전받은 기술을 적용한 제품을 다가오는 11월경 출시한다는 계획이다.
-4000MVA 대전력시험설비 증설 완공
대전력시험설비 모습.
가정용 전기기기나 조명기기, 전지 등을 제외하고 전기에너지의 생산·공급·이용에 소요되는 기계, 또는 전기에너지를 생산·공급·이용·운용·제어하거나 기계적·물리적 에너지로 변환시키는 기계 및 전선류를 중전기기(重電機器)라고 일컫는다. 이러한 중전기기의 생산과 수출을 위해 기기의 안정성과 신뢰성을 평가하는 핵심설비가 바로 ‘대전력시험설비’다.
‘4000MVA 대전력시험설비 증설사업’은 중전기기 시험인증에 필수적인 핵심 시험설비를 35년만에 2배로 증설한 대형사업이다. KERI가 국내에서 유일하게 보유한 대전력시험설비의 노후화에 따른 불시 고장에 대비하고, 국내 100여개 기업의 공동 활용으로 인한 만성적인 시험적체를 해소하고자 무려 1600억원의 예산이 투입됐다.
KERI는 2016년 6월 사업을 성공리에 완료하고 본격적으로 상용운전을 시작했다. 증설사업 완공을 통해 시험용량이 2배 수준으로 증가함에 따라, 많은 기업들이 시험 적체로 인한 부담을 해소하고 외국 시험소에 대한 의존도를 낮추어 국제 경쟁력 강화에 기여할 수 있게 됐다. 또한 이를 통해 세계 3대 공인 시험인증 기관으로서의 KERI 위상을 더욱 확고히 하게 됐다.
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