광주과학기술원 기계공학부 강상규 교수 - 친환경 에너지 시대, 다양한 에너지 시스템 최적화로 앞당긴다
광주과학기술원 기계공학부 강상규 교수 - 친환경 에너지 시대, 다양한 에너지 시스템 최적화로 앞당긴다
  • 박소연 기자
  • 승인 2020.08.03 08:40
  • 댓글 0
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에너지의 날 특집
광주과학기술원 기계공학부 강상규 교수 ⓒ박소연 기자
광주과학기술원 기계공학부 강상규 교수 ⓒ박소연 기자

친환경 에너지로의 전환은 시대적 과제가 되었다. 새로운 에너지 시대의 패권을 차지하기 위한 전 세계적 관심이 뜨겁다. 광주과학기술원 기계공학부 강상규 교수는 다양한 에너지 시스템의 최적화를 연구하며 보다 효율적인 에너지 활용을 고민하고 있었다. 나아가 국가 전체의 그린 에너지 시스템을 설계해보고 싶다는 포부를 전하는 그다.

 

다양한 에너지 시스템 연구, 학문적 깊이에 실용성 더한다

강상규 교수가 이끄는 지능형 파워 및 에너지 시스템 연구실(이하 IPES)은 다양한 에너지 시스템(동력 및 발전 시스템)에 관한 연구를 수행한다. 주요 연구 분야로 수소 활용 시스템인 다양한 유형의 연료전지 시스템(차량용 및 발전용)을 비롯해 수소 생산 시스템 중 천연가스 개질 시스템과 수전해 그린 수소 생산 시스템, 수소 저장 시스템, 재생에너지 등 분산발전원의 전력 거래를 가능케 하는 가상 발전 플랜트 등을 꼽을 수 있다. 강 교수는 다양한 에너지 시스템에 관한 디지털 트윈(수치해석 또는 인공지능 기반 모델링)을 개발하여 시스템 최적 설계 및 제어 알고리즘을 개발하고, 에너지 시스템 기술경제성 분석, 이산화탄소 배출량을 정량적으로 파악할 수 있는 환경 영향 평가 등이 주된 연구 내용이라 소개했다.

다양한 에너지 시스템에 관한 예측 모델링을 확보하고, 데이터베이스를 구축하여 도시 및 국가의 그린 에너지 시스템을 설계 및 운영하는 것이 목표입니다. 이러한 연구를 수행하는 과정에서 우수한 논문을 다수 게재하고, 이러한 내용들이 실제 산업분야에까지 연계되어 활용되는 데 주안점을 두고 있습니다.”

강 교수는 정부출연연구소에서 연구를 이어오다 최근 상아탑으로 자리를 옮겼다. 자신이 연구하고자 하는 주제에 깊이를 더하고, 후학을 배출하며 연구의 폭을 넓히고자 함이다. 그는 세계 유수의 매체에 논문을 게재하는 동안 성취감과 함께 도전의식을 느끼게 되었다며, 앞으로도 양질의 논문을 발표하며 학문적 발전에 이바지하고 싶다고 전했다. 학문적 깊이를 가진 논문을 펼치는 외에도 강 교수는 실용성에 초점을 맞추고 있었다. 실제로도 대기업 및 중소기업으로부터 협업 관련 요청이 지속되는 한편, 강연이나 자문 활동도 꾸준히 이어가는 모습이다. 강 교수는 다양한 분야를 다루고 있는 만큼 꾸준히 사회적 이슈나 산업 및 연구 트렌드를 읽어가며 자신의 연구에 적용하고 있다고 설명했다. 이러한 노력은 다양한 에너지 분야의 학문적 깊이는 물론 통찰력을 더해줄 것으로 기대된다. 그는 남들이 보지 못하는 시각을 토대로 산업계에 실질적 도움을 줄 수 있었으면 한다는 바람을 전했다.

에너지 시스템의 성공은 최적화에 달려있습니다. 이를 학문적으로 풀어가면서도 실산업에 적용했을 때 경제성을 최대한으로 끌어낼 수 있어야 하죠. 비록 예상을 빗나가는 결과라 할지라도 미래의 누군가에겐 시행착오를 줄여줄 수 있기에 연구에 깊이를 더하고자 노력하고 있습니다. 이를 통해 하나의 문제도 다양한 시각에서 바라보며 진단을 내릴 수 있는 통찰력을 갖는 것이 목표죠.”

 

광주과학기술원 기계공학부 강상규 교수 ⓒ박소연 기자
광주과학기술원 기계공학부 강상규 교수 ⓒ박소연 기자

우리나라의 수소사회 진입 가속화에 기여할 것

강상규 교수는 최근 수소경제위원회 생산·활용 분야 민간위원으로 위촉, 활동을 시작했다. 수소경제위원회는 8개 관계부처 장관과 산업계·학계·시민단체 등 분야별 최고의 민간 전문가로 구성된 대한민국 수소경제 컨트롤타워다. ‘수소경제 육성 및 수소 안전관리에 관한 법률에 따라 수소경제 기본계획을 수립해 시행·점검·평가한다. 정책조정, 국가 간 협력, 생태계 구축 등 수소경제 선도국가로 도약하기 위한 주요정책을 수립해 추진한다. 강 교수는 세부 안건들은 세부 안건별 위원회의 공정한 심사를 통해 선정 및 제안되며, 수소경제위원회에서 최종 검토 및 의결의 과정을 거치게 된다고 설명했다. 이러한 과정에서 수소 전문가로 구성된 민간위원들은 우리나라가 수소사회로 나아가는 것을 가속화하기 위한 여러 사회적 캠페인이나 정책들을 정부위원에게 제안하고, 정부위원들은 이러한 안건들을 검토해 실제 정부 정책 입안에 반영한다. 그는 1차 위원회에서 이러한 과정을 지켜보며 막중한 책임감을 느꼈다는 소감을 전했다. 국내 수소 경제 활성화를 위해 필요한 정책적 부분에 관한 깊은 고민을 이어가겠다는 다짐과 함께였다.

이밖에도 강 교수는 가스공사 수전해 수소 생산 기술 자문위원 및 해수부의 친환경 수소 선박 예타 기획위원으로 활동 중이다. 더불어 수소 연료전지와 수전해 그린수소 생산 관련 연구 과제를 꾸준히 수행하는 한편, 재생에너지와 연계하여 수소 융·복합 발전시스템이 적용될 수 있는 비즈니스 모델을 개발하는 등 왕성한 활동을 펼치고 있다.

에너지 분야에 있어 4차 산업혁명의 핵심은 에너지 수요를 정확하게 예측하는데 있다고 봅니다. 불필요한 에너지 생산을 줄이고, 수요 에너지에 대응할 수 있는 최적 에너지 시스템을 공급해야죠.”

강 교수는 스마트 에너지 시스템의 핵심은 에너지 수요와 공급의 밸런스를 유지하는데 있다고 진단했다. 이에 IPES 또한 에너지 수요에 관한 예측 정확도를 극대화하는데 집중하고 있다. 그는 수요 에너지의 특성을 정확하게 파악하여 최적 에너지 공급원을 개발하여 에너지 공급원의 최적 설계와 최적 운전 전략을 도출하고자 한다고 설명했다. 에너지 공급원에 따라 발전 특성이 다른 만큼 수요 에너지의 에너지 변동성을 정확하게 파악하여 공급 에너지원을 최적화하는 작업이 필요한 까닭이다. 강 교수는 가정, 건물 단위에서부터 도시, 국가 전체에 이르는 전체 에너지 수요와 전력 공급 그리드를 모델링 및 시뮬레이션하며 전략을 마련하는데 기여하고자 한다는 포부를 전했다.

수소에너지 저장 시스템과 스마트 에너지 시스템 분야를 연구하는 가운데 강 교수는 가상발전플랜트를 개발하고 있는 국내 중소기업에 주주로서 참여하여 실제 인공지능을 활용해 재생에너지의 수익이 되는 계통한계가격을 예측하는 모델을 개발, 제공하기도 했다. 그는 수소저장시스템 대부분이 열을 활용하는 시스템이라며, 최적 열관리 시스템 개발은 IPES가 강점을 나타내는 분야인 만큼 관련 연구를 수행하고자 준비 중이라 전했다.

 

친환경 에너지 시대, 최적화 통해 효율 높여야

최근 정부가 포스트 코로나 시대의 새로운 성장 동력으로 한국형 그린뉴딜을 제시한 가운데 강상규 교수는 이에 대한 견해를 내놓기도 했다. 그린뉴딜의 성공을 위해서는 우리나라 전력구조가 중앙집중 발전식에서 분산발전방식으로 바뀌어야 한다는 것이다. 이러한 변화를 성공적으로 이끌기 위해서는 우리나라의 전력 판매 및 거래 형식 또한 변경되어야 한다. 강 교수는 분산발전원들의 거래 및 P2P 거래 등이 활성화되는 시기가 앞당겨져야 신재생에너지 및 그린에너지 사회로 보다 빠르게 다가설 수 있을 것이라 내다봤다. 물론 이러한 과정에는 여러 기관들의 이해관계나 환경적 제약들이 얽혀 있는 만큼 단시간에 풀어내기는 어렵겠지만 통일된 방향성을 갖고 정부 차원의 지속적 노력이 이어져야 한다고 말하는 그다.

기본적으로 친환경 에너지 기술은 기존 에너지원에 비해 경제성이 부족할 수밖에 없습니다. 이에 정부 관계 부처의 지원 및 국회 법 개정 등 친환경 에너지 기술의 개발 및 보급을 유도할 수 있는 정책적 보조금 등이 수반되어야 할 것입니다. 또한 이러한 지원은 장기적 관점에서 이뤄져야 하며, 그린에너지에 관한 국민들의 인식 또한 변화가 필요합니다.”

강 교수는 그린 수소를 생산하기 위하여 부하변동 대응형 고성능 알칼라인 수전해 시스템을 연구하고 있다. 재생에너지는 부하에 동기화되어 운전되는 것이 아니고 자연환경조건에 의하여 발전되는 것이기 때문에 부하보다 부족하게 생산되는 경우도 있지만, 잉여전력이 발생되는 경우가 있다. 잉여전력이 발생하는 경우 이를 수전해 시스템에 공급하여 수소를 생산할 수 있다. 해당 연구는 수소 경제성을 확보하기 위한 고효율 수전해 시스템 개발을 목표로 한다. 이를 위해 강 교수가 개발한 재생에너지-수전해 시스템 디지털 트윈은 실제 장치와 동일하게 작동할 수 있어 실험으로 수행하였을 때에 비해 소요비용과 시간을 줄일 수 있고, 실험으로는 파악할 수 없는 내부인자들의 상호관계를 파악할 수 있다는 장점이 있다. 본 연구는 유수의 해외 저널에 게재하기 위하여 제출한 상태이다. 강 교수는 향후 모든 수전해 시스템의 디지털 트윈을 개발하여 다양한 재생에너지 발전특성에 최적화된 파워투가스(Power-to-Gas, P2G) 시스템을 개발하고자 한다고 전했다.

삼중열병합 고온 연료전지 시스템연구 또한 강 교수의 대표적 업적 중 하나다. 삼중열병합 연료전지 시스템은 연료전지와 냉난방 시스템을 연계하여 발전 시 생성되는 배열을 냉·난방열로 활용하여 시스템 효율을 극대화하는 것을 말한다. 강 교수는 건물의 냉난방 에너지 부하를 예측하고, 삼중열병합 연료전지 시스템의 설계 및 운전 알고리즘을 최적화하는 연구를 진행하고 있으며, 해외 유수의 저널에 개재하고 있다. IPES는 이와 관련한 연구를 최근 시설원예에 적용시킨 프로젝트로 확장시켜 진행 중이다.

 

광주과학기술원 기계공학부 강상규 교수 ⓒ박소연 기자
광주과학기술원 기계공학부 강상규 교수 ⓒ박소연 기자

다양한 기회 제공하며 동기 부여할 수 있는 교육자 될 것

교수의 본분은 학생들을 교육하는데 있습니다. 학생들이 국내 친환경 에너지 산업 확대에 기여할 수 있도록 연료전지 시스템 등 에너지 시스템과 관련한 모든 연구를 지도하고 있죠. 특히 학문적 깊이를 더하고자 우수한 해외저널에 양질의 논문을 게재하도록 독려하고 있습니다.”

후학양성에 뜻을 두고 학교로 온 강상규 교수는 학생의 수준에 맞춰 세심하게 지도해나가고 있었다. 실제로 아무리 바쁘더라도 새벽 2, 3시까지도 직접 학생들이 헤매고 있는 부분을 함께 고민하고, 직접 시연하며 이들을 이끌어가는 모습이다. 그는 사회에 나갔을 때 바로 기여할 수 있는 연구원들을 육성하고자 한다고 밝혔다. 그간 대규모 컨소시엄으로 구성된 국책과제를 수행해온데다 다양한 산학연 네트워크를 확보하고 있는 만큼 학생들에게 많은 기회를 주고자 노력하는 강교수다. 그는 작은 고민도 쉽게 나눌 수 있는 친근한 선배인 동시에 잘못된 점은 호되게 질책하는 엄한 스승이 되고 싶다며, 교육자로서 첫 계단을 밟고 있는 만큼 제자들과 함께 성장하겠다는 포부를 전했다.

석사 시절, 지도교수님과 함께한 해외 연수 경험이 제게는 큰 동기부여가 되었습니다. 제가 성장할 수 있었던 계기들을 되짚으며 학생들에게 동일한 기회를 주고자 합니다.” 끝으로 강 교수는 연구자로서 지구상에 존재하는 모든 에너지원들에 대한 디지털 트윈 개발을 완성하여 그린 시티 및 그린 국가를 설계, 운영한다는 꿈을 그렸다. 자신이 보유한 에너지 모델을 DB화하여 사업화하는 것 또한 그의 목표 중 하나다. 학문적 깊이와 이를 꿰뚫는 통찰이 더해진 강 교수의 연구와 교육이 친환경 에너지 기술의 진보를 앞당기길 기대한다.


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