전력산업 사외공모 기초연구 RFP

1. 제안기술 개요

①과 제 명	단체-01	수소연료전지용 차세대 비백금계 촉매 원천기술 개발
②기술분야	□ 융복합				■ 에너지 신산업			□ 전력망효율화/기타
③기술단계	□ TRL(1)		□ TRL(2)		■ TRL(3)	□ TRL(4)		□ TRL(5)	□ TRL(6)
④과제규모	단체과제			연구비 : 600백만원			기간 : 36개월

2. 제안기술의 개발목표 및 내용

⑤개발목표

ㅇ 고성능/내구성 산소전극용 비백금 촉매 및 전극 설계·제조 기술 개발

- 고분자 전해질막 연료전지 (PEMFC)의 가격 저감을 위해 백금 계열의 촉매를 제외한 비귀금속 (Co, Fe, Cu 등) 기반 촉매를 개발하여 차세대 비백금계 촉매 원천기술 확보 및 국내 기술 경쟁력 제고

- 비백금계 촉매 활용 고성능 전극구조 설계 및 제조 기술 개발을 통한 실질적인 단위전지 성능 및 내구성 확보

⑥KPI

성능지표 (KPI)		현수준	목 표	측정방법
1	단전지 MEA 성능 A/cm2 @0.6V (Non-iR-free)	0.5	0.6	단전지 온도 80°C 면적 최소 5.0 cm2 이상 Anode: 0.2 mg/cm2 H2 flow@200 sccm, 100% RH, 1.0 bar Cathode: ~4 mg/cm2 Air flow@200sccm, 100% RH, 1.0 bar
2	백금 대비 단전지 MEA 최대 출력, mV/cm2 (%) (Non-iR-free)	35~45	45~50	단전지 온도 80°C 면적 최소 5.0 cm2 이상 Anode: 0.2 mg/cm2 H2 flow@200 sccm, 100% RH, 1.0 bar Cathode: ~4 mg/cm2 Air flow@200sccm, 100% RH, 1.0 bar
3	단전지 장기간 작동 후 성능감소 @0.8A/cm2 (Non-iR-free)	<20%	<15%	100시간의 장기성능 평가 전후 iV curve 비교

⑦연구개발

내   용

ㅇ [M1] PEMFC용 고성능/고내구성 비백금 촉매 설계 및 제조 기술 개발

- 성능/내구성 극대화를 위한 nano-promotor 적용 신규 비귀금속 촉매 설계

- MEA 전극 구조를 고려한 다공성 탄소지지체 기반 촉매-지지체 복합 구조 설계

- 신개념 비백금 촉매 제조를 위한 화학적 합성법 및 후처리 공정 개발

ㅇ [M2] 개발된 촉매의 활성점 및 반응메커니즘 분석을 통한 촉매 구조 최적화

- 촉매 활성점 및 반응메커니즘 분석을 위한 새로운 전기화학/물리화학 분석법 개발

- 활성점 및 반응메커니즘 분석 결과를 기반으로 촉매-지지체 복합 구조 최적화

ㅇ [M3] 개발된 촉매를 적용한 전극제조 기술 개발 및 단위전지 성능/내구성 확보

- 개발 촉매 적용 전극 내 이오노머 컨택 및 기공 확보를 위한 신규 전극 구조 설계

- MEA 내 물관리를 위한 전극 구조 제어 기술 및 고성능/고내구성 MEA 개발

⑧주요성과물

주요 연구성과물		활용 방안
1	비백금 촉매 및 전극 설계·제조 기술	연료전지 및 수전해용 비백금 촉매 개발을 위한 핵심 기술 제공
2	연료전지용 비백금 촉매	알칼라인 연료전지, 알칼라인 수전해 등
3	연료전지용 비백금 MEA	알칼라인 연료전지, 알칼라인 수전해 등

논 문	SCI(E) 5건	인력양성	석/박사과정 7명 참여
특 허	3건	기 타	-

⓽지원규모

/참여기관

ㅇ 지원규모 : 최대 36개월, 6.0억원 이내[2억원/년 이내]

ㅇ 추진체계 : 2개 대학 이상 컨소시움

전력산업 사외공모 기초연구 RFP

1. 제안기술 개요

①과 제 명	단체-02	AI 기반 신재생 연계 ESS의 재해 예방기술 개발
②기술분야	■ 융복합				□ 에너지 신산업			□ 전력망효율화/기타
③기술단계	□ TRL(1)		□ TRL(2)		□ TRL(3)	■ TRL(4)		□ TRL(5)	□ TRL(6)
④과제규모	단체과제			연구비 : 600백만원			기간 : 36개월

2. 제안기술의 개발목표 및 내용

⑤개발목표

ㅇ ESS 운영 시 발생되는 화재사고에 대한 사전예측 및 방지를 위한 AI 기반 신재생 연계 ESS의 재해 예방 원천기술 확보

- 신재생에너지 연계형 ESS에서 발생되는 화재사고를 진단하고 재해 발생 가능성 저감을 위한 기술 확보방안 제시

⑥KPI

성능지표 (KPI)		현수준	목 표	측정방법
1	DC 아크 특성 검출 신뢰도	제어설비 미적용	≥ 90 %	키트판 제작 검증
2	고전압 유입방호 체계	제어설비 미적용	100 %	시뮬레이션 검증
3	신재생 연계 ESS의 등전위 신뢰성	설비 별 독립접지	100 %
4	배터리 임피던스 변동 추적	SOH 관리	≥ 90 %
5	인공지능 기반 이상탐지 검출률	-	≥ 80 %
6	인공지능 기반 이상탐지 지연시간	-	5초 이내

⑦연구개발

내   용

ㅇ [M1] 직류 시스템에 대한 아크 감지 기술 개발

- 아크 감지를 위한 차단 알고리즘 개발 및 검증

· 직류 시스템의 간헐적 단락에 의해 발생하는 아크에 대한 대책방안 수립

· 단일 및 다중 채널, 직렬 및 병렬 아크 발생 특성 감지 및 차단 알고리즘 개발

- 아크검출에 대한 인공지능 판독 알고리즘 개발 및 검증

· 딥러닝을 통한 아크 특성(주파수, Shape) 추정 및 예측 알고리즘 개발

ㅇ [M2] ESS의 제어 및 통신 회로에 대한 Surge 방호 기술 개발

- 직격뢰 및 유도뢰부터 보호할 수 있는 등전위 기본설계

- PCS로부터 발생되는 스위칭 주파수 제거를 위한 필터 알고리즘 개발

· IGBT의 스위칭 서지 제거 및 흡수를 할 수 있는 필터 설계 방안

ㅇ [M3] 배터리 충전불균형(Voltage unballance 등)에 대한 감시체계 개발

- ESS 요소별 상호작용과 충전 속도간 상관관계 분석

- Lab 규모 BMS의 셀전압 검출 Data를 이용한 배터리 임피던스 추적관리

· 셀전압 변화추이를 이용한 배터리 임피던스 측정 알고리즘 개발

- 딥러닝 기반 실시간 배터리 임피던스 변동 추적 및 이상 탐지 알고리즘

· 셀전압 누적 DATA를 딥러닝 기반 감시체계를 적용 불량 셀 및 모듈 검출

⑧주요성과물

주요 연구성과물		활용 방안
1	DC 아크 특성 검출 신뢰도	전기화재 감시체계 확보
2	직류 시스템에 대한 아크 감지 알고리즘	인공지능 기반 로봇 화재 및 산불 감지
3	인공지능 기반 배터리 이상 감시 시스템
4	고전압 유입방호 체계	외부유입 임펄스 전압에 대한 방호체계
5	태양광 및 ESS 설비의 등전위 신뢰성
6	배터리 임피던스 변동 추적	배터리 성능 및 열화감시

논 문	SCI(E) 5건	인력양성	박사과정 1명, 석사과정 3명 참여
특 허	3건	기 타	-

⓽지원규모

/참여기관

ㅇ 지원규모 : 최대 36개월, 6.0억원 이내[2억원/년 이내]

ㅇ 추진체계 : 2개 대학 이상 컨소시움

전력산업 사외공모 기초연구 RFP

1. 제안기술 개요

①과 제 명	단체-03	한국형 Net-zero 전력망 개념 설계 및 기술적 타당성 검증
②기술분야	□ 융복합				□ 에너지 신산업			■ 전력망효율화/기타
③기술단계	□ TRL(1)		■ TRL(2)		□ TRL(3)	□ TRL(4)		□ TRL(5)	□ TRL(6)
④과제규모	단체과제			연구비 : 500백만원			기간 : 24개월

2. 제안기술의 개발목표 및 내용

⑤개발목표

ㅇ인버터 기반 재생e 비중 80%의 한국형 Net-zero전력망 개념설계 및

기술적 타당성 검토

- 인버터 기반 재생e 비중 80%의 한국형 Net-zero 전력망 개념 설계

- 한국형 Net-zero 전력망 구축 가능성 및 기술적 타당성 검토

- Net-zero 전력망 구축을 위한 요소기술 항목 도출 및 現수준 분석

“한국형 Net Zero 전력망”이란? 원전(15%)ㆍ수소(5%) 外 재생e로만 전력

공급이 가능한 전력공급 체계

⑥KPI

성능지표 (KPI)		현수준	목 표	측정방법
1	스마트 인버터 제어(모델링) 정밀도	0%	80%	인버터 연계 모선 3상 지락고장 시 전류출력 차이(설계-모의)/설계 또는 계통 주파수 변화 시 인버터 주파수 응답특성 차이(설계-모의)/설계
2	Net-zero전력망 해석능력 확보	0%	98%	벤치마킹 전력망(인버터 80%) 해석결과(전압원+인버터 기동→전압원 제거)중 전압원 제거 이후 안정화 되는 비율
3	한국형 Net-zero전력망 안정도 확보 수준	0%	90%	중요 상정고장 발생 이후 안정화 여부 확인

⑦연구개발

내   용

ㅇ [M1] 인버터 기반 재생e 비중 80%의 한국형 Net-zero 전력망 개념 설계

- 2050년 까지 재생e 비중 증가 및 전력수급 환경 변화 시나리오 수립

- 재생e 비중 증가 시나리오(환경부 민간포럼 제안)에 따른 전력망 운영

환경 변화 분석

- 시나리오별 경제성과 안정성을 고려한 전력공급체계(전력망) 개념 설계

(스마트 인버터, 동기조상기(플라이휠 포함), BESS 및 수소변환과

같은 모든 기술적 Option 활용)

- 계통계획 및 운영 DB 확보방안 제시

ㅇ [M2] 한국형 Net-zero 전력망 구축 가능성 및 기술적 타당성 검토

- 시나리오별 전력공급체계 개념 설계(안)에 대한 정밀해석용 모델링

(벤치마킹 시스템 우선 대상 후, 한전 상세 또는 축약 전력망 대상,

EMT급 해석용 모델, 한전 실시간 시뮬레이터 활용 가능)

- EMT급 정밀해석을 통한 한국형 Net-zero 전력망 기술적 타당성 검토

⑦연구개발

내   용

ㅇ [M3] Net-zero 전력망 구축을 위한 요소기술 항목 도출 및 現수준 분석

- Net-zero 전력망 구성 설비 제작, 전력계통 유연성 향상, 관성 및

안정도 확보 등 관련 기술

⑧주요성과물

주요 연구성과물		활용 방안
1	재생e 확대 시나리오 별 전력공급체계 개념설계(안)	재생e 수용성 증대 및 중장기 전력망 구축 방안 수립 시 활용
2	한국형 Net-zero 전력망 개념설계(안)에 대한 EMT급 정밀해석 모델 구축	전력연구원 실시간 계통해석 시뮬레이터 활용 한국형 Net-zero 전력망 기술적 타당성 검증
3	한국형 Net-zero 전력망 구축을 위한 요소기술 도출 및 현수준 분석 보고서	전력기술 개발 로드맵 수립 시 활용

논 문	SCI(E) 4건	인력양성	박사과정 2명, 석사과정 1명 참여
특 허	2건	기 타	-

⓽지원규모

/참여기관

ㅇ 지원규모 : 최대 24개월, 5.0억원 이내[1차년도 2억원, 2차년도 3억원 이내]

ㅇ 추진체계 : 2개 대학 이상 컨소시움

전력산업 사외공모 기초연구 RFP

1. 제안기술 개요

①과 제 명	단체-04	전산모사를 통한 SF6 대체 친환경 절연가스 후보발굴 및 특성평가
②기술분야	□ 융복합				■ 에너지 신산업			□ 전력망효율화/기타
③기술단계	■ TRL(1)		□ TRL(2)		□ TRL(3)	□ TRL(4)		□ TRL(5)	□ TRL(6)
④과제규모	단체과제			연구비 : 600백만원			기간 : 36개월

2. 제안기술의 개발목표 및 내용

⑤개발목표

ㅇ 전산모사를 통한 SF6 대체 신절연 가스 특성평가 원천기술 확보

- 절연가스에 대한 전산화학적 해석기법 정립

- Perfluorocarbon(이하 PFC) 기반 혼합가스의 열적,화학적,전기적 특성 평가 기술 개발 및 SF6 대체 후보물질 도출

- 기 개발 PFC의 수명평가를 통한 평가기술의 정합성 분석

⑥KPI

성능지표 (KPI)		현수준	목 표	측정방법
1	열적,화학적,전기적 분해 특성 평가 기술	유전강도, 전자친화도, rho, cp, 온도별 분해물	GWP, 유전강도, 전자친화도, rho, cp, 점도, 온도별 분해물 둥	특성평가기술 확보 여부 (혼합가스 포함)
2	PFC 특성 평가	C4F7N 및 C5F10O에 대한 특성평가	PFC 혼합가스 10종 이상 특성평가표	SF6 대체가능 PFC 혼합가스 제시 여부 (C4F7N 및 C5F10O 포함)
3	실험평가 결과와의 정합성	-	실험/측정값 오차 10% 이내	자외선 노출 하에 C4F7N 및 C5F10O대상 수명

⑦연구개발

내   용

ㅇ [M1] 절연가스에 대한 전산화학적 해석기법 정립

- 전산모사를 통한 SF6, PFC기반 혼합가스 절연,차단특성, 연구 동향 분석

- 전산모사를 통한 PFC 합성가능도 분석을 포함한 해석 프로세스 정립

ㅇ [M2] 전산모사를 통한 PFC 기반 혼합가스의 열적,화학적,전기적  특성 평가 기술 개발

- GWP 등 절연가스의 환경영향 평가기술 개발

- 유전강도, 전자친화도 등 절연/소호성능 평가기술 개발

- rho, cp, 점도 등 열 및 동역학적 특성 평가가술 개발

- 포화증기압(-40 ~ 100℃) 및 열분해( ~ 3,000K) 특성평가기술 개발

- 합성가능 PFC에 대한 열적, 화학적, 전기적 특성평가

- SF6 대체가능 PFC 혼합가스 후보물질 도출

ㅇ [M3] 수명평가를 통한 절연가스 전산화학적 평가기술의 정합성 분석

- 전산모사를 통한 자외선 하에서의 PFC 수명평가기법 개발

- 실험을 통한 자외선하의 기 개발 PFC 수명과의 비교를 통한 정합성 분석

⑧주요성과물

주요 연구성과물		활용 방안
1	전산모사를 통한 절연가스 열적, 화학적, 전기적 특성평가기법	친환경 전력기기(GIS, 변압기) 개발
2	SF6 대체가능 PFC 혼합가스 후보물질 및 특성평가결과	SF6 대체 PFC 제조공정 개발 친환경 전력기기(GIS, 변압기) 개발

논 문	SCI(E) 9건	인력양성	박사과정 3명, 석사과정 6명 참여
특 허	3건	기 타	-

⓽지원규모

/참여기관

ㅇ 지원규모 : 최대 36개월, 6.0억원 이내 [2억원/년 이내]

ㅇ 추진체계 : 2개 대학 이상 컨소시움

전력산업 사외공모 기초연구 RFP

1. 제안기술 개요

①과 제 명	단체-05	지형적 요소 및 배경 기상장 특성을 고려한 빅데이터 기반 전국적 강풍·돌풍 모델 개발
②기술분야	■ 융복합				□ 에너지 신산업			□ 전력망효율화/기타
③기술단계	□ TRL(1)		■ TRL(2)		□ TRL(3)	□ TRL(4)		□ TRL(5)	□ TRL(6)
④과제규모	단체과제			연구비 : 500백만원			기간 : 24개월

2. 제안기술의 개발목표 및 내용

⑤개발목표

ㅇ 전력 분야에 적합한 돌풍 정의 재정립 및 지형적 요소와 배경대기장에 따른 전국적 강풍·돌풍 모델 개발을 위한 원천기술 확보

- 과거 바람으로 인한 전력시설피해 경우들에 대한 진단능력으로 검증

- 생산된 분포도는 피해 최소화를 위해 사용될 실용적 정보

- 돌풍에 대한 정보는 난류 관측 한계를 극복한 보다 현실적 극한값 생산

⑥KPI

성능지표 (KPI)		현수준	목 표	측정방법
1	강풍지도 정확도	-	≥ 80 %	과거 강풍피해 이벤트시 값들과 비교
2	돌풍지도 정확도	-	≥ 70 %

⑦연구개발

내   용

ㅇ [M1] 전력시설 피해방지의 실용적 측면에서 강풍과 돌풍 재정립

- 통상적 정의에서 벗어나, 전력시설 피해 측면에서의 정의

※ 강풍: 10분 평균값 14ms-1 이상/돌풍: 1분 평균값 20ms-1 이상(기상청)

- Sampling frequency와 평균에 의한 smoothing 한계 극복 방안 도출

ㅇ [M2] 바람 관측 및 분석 빅데이터 수집 및 데이터 전처리 (확보방안 제시)

- 기상청 지상관측망 데이터 수집

- 계절별·월별 한반도 지배적인 배경 기상장 데이터 수집

- 데이터 정제, 통합, 축소, 변화, 이산화 등 전처리

ㅇ [M3] 바람 빅데이터 기반 강풍·돌풍 모델 개발 및 성능평가

- 특정 지역의 저형상 배경대기장에 따른 강풍 및 돌풍 정보 생산

- 모델 개발 및 성능평가

· 강풍·돌풍에 의한 전력시설 피해 이벤트 수집 및 추정

· 발생 이벤트 및 추정값에 대한 신뢰도평가

⑧주요성과물

주요 연구성과물		활용 방안
1	강풍 지도	주력과제, 풍력에너지 자원개발
2	돌풍 지도	주력과제, 풍력에너지 품질평가
3	강풍·돌풍 모델	배경대기에 따른 강풍·돌풍지도 생산

논 문	SCI(E) 4건	인력양성	박사과정 1명, 석사과정 3명 참여
특 허	2건	기 타	-

⓽지원규모

/참여기관

ㅇ 지원규모 : 최대 24개월, 5.0억원 이내[1차년도 2억원/2차년도 3억원 이내]

ㅇ 추진체계 : 2개 대학 이상 컨소시움

전력산업 사외공모 기초연구 RFP

1. 제안기술 개요

①과 제 명	단체-06	20 MW급 초대형 해상풍력 발전시스템 개념설계
②기술분야	□ 융복합				■ 에너지 신산업			□ 전력망효율화/기타
③기술단계	□ TRL(1)		□ TRL(2)		■ TRL(3)	□ TRL(4)		□ TRL(5)	□ TRL(6)
④과제규모	단체과제			연구비 : 600백만원			기간 : 36개월

2. 제안기술의 개발목표 및 내용

⑤개발목표

ㅇ 20 MW 용량의 초대형 해상풍력 발전시스템 개념설계 및 경제성 평가

- 20 MW 용량에 가장 적합한 드라이브 트레인 개념 설계

- 블레이드 설계를 포함한 시스템 개념설계 및 경제성 평가

- 시스템 하중해석 및 드라이브 트레인 등 부품 설계규격 개발

- 블레이드, 증속기, 발전기, 피치 및 요 장치, 베어링 등에 대한 추가 연구개발 방향 제안

⑥KPI

성능지표 (KPI)		현수준	목 표	측정방법
1	이용률 @ 6.5 m/s	30%	35%이상	이용률 계산결과
2	대형 블레이드 개념설계	100m	130m이상	블레이드 개발방안
3	대용량 발전기 개념설계	8MW	20MW	발전기 개발방안
4	대형 베어링 개념설계	8MW	20MW	베어링 개발방안

⑦연구개발

내   용

ㅇ [M1] 20 MW급 해상풍력시스템 공력/구조 개념설계

- 블레이드 기본설계 제시 및 정격 회전속도 등 시스템 규격 선정

- 하중해석을 위한 시스템 모델 구성 및 개발 방향 제안

- 여러 가지 바람 조건에서 시스템 하중해석

ㅇ [M2] 20 MW급 발전기에 대한 개념설계 (규격포함) 및 제어기술 개발

- 대형 발전기 및 인버터의 개념설계 및 제어알고리즘, 개발 방향 제안

ㅇ [M3] 핵심 기계 요소부품에 대한 개념설계

- 시장동향 분석 및 풍력발전기의 장단점 분석을 통한 최적화 드라이브 트레인 개념 도출 및 개발 방안 제안

- 베어링, 증속기, 피치/요 장치 개념설계, 규격 도출 및 제작성 평가

- 풍력발전 DB 확보 방안 제시

⑧주요성과물

주요 연구성과물		활용 방안
1	20 MW급 풍력터빈 개념설계	기본설계 및 시제품 개발에 활용
2	요소부품 규격서	요소부품 개발에 활용
3	핵심부품 개발 방안	시제품 개발에 활용

논 문	SCI(E) 5건	인력양성	석/박사과정 8명 참여
특 허	3건	기 타	-

⓽지원규모

/참여기관

ㅇ 지원규모 : 최대 36개월, 6.0억원 이내 [2억원/년 이내]

ㅇ 추진체계 : 2개 대학 이상 컨소시움

전력산업 사외공모 기초연구 RFP

1. 제안기술 개요

①과 제 명	단체-07	내연기관용 질소산화물 직접분해 촉매 기술개발
②기술분야	□ 융복합				■ 에너지 신산업			□ 전력망효율화/기타
③기술단계	□ TRL(1)		□ TRL(2)		■ TRL(3)	□ TRL(4)		□ TRL(5)	□ TRL(6)
④과제규모	단체과제			연구비 : 600백만원			기간 : 36개월

2. 제안기술의 개발목표 및 내용

⑤개발목표

ㅇ 내연기관용 질소산화물 직접분해 촉매 핵심소재 개발

- 엔진 배가스 내 포함된 질소산화물을 환원제 주입 없이, 질소 및 산소로 분해하는 직접분해 공정의 상용화를 위한 촉매 핵심소재 개발

- 배기가스 조성(비활성인자 포함) 및 구조체 촉매(honeycomb 등) 연계 실질적인 조건에서의 평가 통한 직접분해용 촉매 핵심소재 개발

⑥KPI

성능지표 (KPI)		현수준	목 표	측정방법
1	NOx 분해율 (%)	40	60	배기가스 조성 및 구조체 촉매 조건 하에서 촉매 분해성능 평가
2	촉매 내구평가 (h)	5	50	배기가스 조성 및 구조체 촉매 조건 하에서 촉매 내구성능 평가
3	내연기관 배출특성 분석	-	확보	내연기관 종류 및 운전조건에 따른 배기가스 배출특성 분석

⑦연구개발

내   용

ㅇ [M1] 내연기관용 직접분해 촉매 개념설계

- 내연기관 종류 및 운전조건별 배출특성 분석

- 운전온도/배가스 조성 등 설계인자 고려 촉매 설계

- 배가스 조성 및 구조체 촉매 조건 반영 촉매 스크리닝

ㅇ [M2] 공정 상용화 위한 고효율 최적 촉매 후보 선정

- 양산·상업화 고려 촉매 핵심소재 선정 및 후보군 도출

- 조촉매, 조성최적화 통한 최적 촉매 후보 확보

- 배가스 성분(O2, H2O, SO2, CO2 등)별 영향성 평가

ㅇ [M3] 직접분해 촉매 장기내구 및 비활성화 평가

- 최적 직접분해 촉매 장기내구 평가

- 비활성화 원인규명 및 피독인자별 영향성 평가

- 직접분해 촉매 내구개선 방안 도출

⑧주요성과물

주요 연구성과물		활용 방안
1	내연기관 배출특성 분석	내연기관용 직접분해 촉매공정 개발 등
2	직접분해용 촉매 핵심조성
3	촉매 장기내구평가 결과

논 문	SCI(E) 5건	인력양성	석/박사과정 6명 참여
특 허	3건	기 타	-

⓽지원규모

/참여기관

ㅇ 지원규모 : 최대 36개월, 6.0억원 이내[2억원/년 이내]

ㅇ 추진체계 : 2개 대학 이상 컨소시움