서울대 한승용 교수팀, 영국과 2단계 협력
세계 최초 상업 핵융합 발전소 건설 목표
세계 최초 상업 핵융합 발전소 건설 목표
서울대학교 초전도응용연구센터는 영국 원자력청 산하 'STEP(Spherical Tokamak for Energy Production)' 프로그램을 주도하는 UKIFS와 1단계 공동연구를 통해 세계 최고 성능의 핵융합용 고온초전도 케이블 개발에 성공하고, 이를 기반으로 고온초전도 케이블 장선화 기술 개발을 위한 2단계 협력 계약을 체결했다고 29일 밝혔다.
STEP은 영국 원자력청이 이끌고 있는 영국의 전략적 대형 인프라 국가사업으로, 2040년까지 세계 최초의 상업용 핵융합 발전소 건설을 목표로 한다.
이 사업은 3단계로 구성돼 있으며 현재 1단계(2019-2025)에는 2억2천만 파운드(한화 약 3,900억원)가 투입돼 노팅엄셔지역 웨스트 버튼에 건설될 고온초전도 자석 기반 핵융합 프로토타입 발전소 개념 설계가 진행 중이다.
강력한 고온초전도 자석 기술을 위해 영국이 택한 곳은 서울대 초전도응용연구센터, 한승용 교수 연구팀이다. 서울대 초전도응용연구센터와 영국 원자력청은 2024년 6월부터 2025년 3월까지 100만 파운드(한화 약 18억원) 규모의 공동연구협약을 통해, 핵융합 시스템의 핵심부품인 대전류 고온초전도 케이블을 공동으로 수행했다.
최근 인공지능 기술의 대중화와 데이터 센터 수요의 폭증으로 인해 전 세계적으로 전력난이 심화되는 가운데 핵융합 발전은 청정에너지원으로 미래 전력난 해결의 게임체인처로 주목받고 있다.
특히 초전도 자석의 강한 자기장을 이용해 핵융합의 원료인 플라즈마를 제어하는 '자기장 가둠' 방식은 국제핵융합실험로(ITER) 등 여러 핵융합 시스템에 채택되고 있다.
그러나 초전도 자석의 대형화와 그로 인한 막대한 건설비용은 상용화 시점을 2050년 이후로 늦추는 주요 요인으로 작용하고 있다. 이러한 한계를 극복하기 위해 서울대 전기정보공학부 한승용 교수가 제안한 '무절연 고온초전도' 기술을 활용하면 기존 초전도 자석의 크기를 5분의1 이하로 줄이고, 건설과 운전 비용을 획기적으로 절감할 수 있는 '소형 핵융합'이 가능하다는 분석이 나온 것이다.
STEP 프로그램은 이 같은 글로벌 전략 흐름의 일환으로, 4인 가구 기준 20만 가구 이상에 전력을 공급할 수 있는 100MW 이상의 핵융합 발전소의 상용화 시점을 2040년대로 앞당기는 것을 목표로 삼고 있다.
2024년 6월부터 진행된 1단계 협력에서 서울대는 영국원자력청과 공동으로 3.6 미터급 고온초전도 대전류 케이블 시제품을 설계했으며, 서울대 초전도응용연구실이 자체 개발하고 공과대학 전력연구소에 설치된 케이블 제조 장비를 활용해 직접 시제품을 제작했다.
완성된 시제품 케이블은 2025년 7월 세계적인 초전도 케이블 시험기관인 스위스 로잔연방공대(EPFL) 산하 SULTAN 시험센터에서 성능평가가 수행됐고, SULTAN 설비가 제공할 수 있는 최대 외부 자기장인 10.8톤, 91kA 운전전류 환경에서 단위 미터당 100톤의 전자기력을 견디는 세계 최고 성능을 달성했다.
또한 정격운전 조건에서 1,300회의 반복실험에서도 성능저하가 전혀 관측되지 않는 등 시제품 케이블의 높은 성능과 신뢰성은 SULTAN 설비가 1992년 가동된 이래 고온초전도 케이블 부분에서 유례가 없는 성과로 평가되고 있다.
특히 이러한 우수한 성능지표들은 서울대 초전도 응용 연구실이 자체 개발한 고온초전도 케이블 해석 소프트웨어를 통해 사전에 예측됐으며, 실제 SULTAN 시험을 통해 그 예측의 정확성이 입증됐다는 점에서 더욱 주목을 받고 있다.
서울대와 영국원자력청은 이 같은 1단계의 성과를 바탕으로 개발된 고온초전도 케이블 시제품의 성능 고도화 및 장선화를 위한 62억원 규모 2단계 기술개발 협약을 체결하고 2단계에선 실제 STEP 핵융합 시스템에 적용 될 수 있는 수십 미터급 고온초전도 케이블을 설계한다.
또한 상용화를 대비한 장선화 제조 기술과 극저온 성능 평가 시스템을 개발하는 것을 목표로 한다. 아울러 양 기관은 STEP 핵융합 시스템의 핵심인 TF 고온초전도 자석의 프로토타입 설계, 제작, 평가에 관한 협력 범위도 확대한다는 계획이다.
이를 통해 향후 양국 간 소형 핵융합 기술 협력의 깊이를 더하고, 기술적 수월성 제고에도 기여할 것으로 기대되고 있다.
한승용 교수는 "지난 수년간의 많은 디테일들이 집약됐다는 점이 기존 고온초전도 케이블들과 크게 차이가 난다고 볼 수 있다"며 "핵융합뿐만 아니라 최근에는 AI데이터센터나 바이오 등 전류케이블 수요가 확대된 만큼 높은 수준의 원천기술을 제공해주는 게 우리의 역할이라 생각한다"고 전했다.
영상취재 이성근, 영상편집 노수경
STEP은 영국 원자력청이 이끌고 있는 영국의 전략적 대형 인프라 국가사업으로, 2040년까지 세계 최초의 상업용 핵융합 발전소 건설을 목표로 한다.
이 사업은 3단계로 구성돼 있으며 현재 1단계(2019-2025)에는 2억2천만 파운드(한화 약 3,900억원)가 투입돼 노팅엄셔지역 웨스트 버튼에 건설될 고온초전도 자석 기반 핵융합 프로토타입 발전소 개념 설계가 진행 중이다.
강력한 고온초전도 자석 기술을 위해 영국이 택한 곳은 서울대 초전도응용연구센터, 한승용 교수 연구팀이다. 서울대 초전도응용연구센터와 영국 원자력청은 2024년 6월부터 2025년 3월까지 100만 파운드(한화 약 18억원) 규모의 공동연구협약을 통해, 핵융합 시스템의 핵심부품인 대전류 고온초전도 케이블을 공동으로 수행했다.
최근 인공지능 기술의 대중화와 데이터 센터 수요의 폭증으로 인해 전 세계적으로 전력난이 심화되는 가운데 핵융합 발전은 청정에너지원으로 미래 전력난 해결의 게임체인처로 주목받고 있다.
특히 초전도 자석의 강한 자기장을 이용해 핵융합의 원료인 플라즈마를 제어하는 '자기장 가둠' 방식은 국제핵융합실험로(ITER) 등 여러 핵융합 시스템에 채택되고 있다.
그러나 초전도 자석의 대형화와 그로 인한 막대한 건설비용은 상용화 시점을 2050년 이후로 늦추는 주요 요인으로 작용하고 있다. 이러한 한계를 극복하기 위해 서울대 전기정보공학부 한승용 교수가 제안한 '무절연 고온초전도' 기술을 활용하면 기존 초전도 자석의 크기를 5분의1 이하로 줄이고, 건설과 운전 비용을 획기적으로 절감할 수 있는 '소형 핵융합'이 가능하다는 분석이 나온 것이다.
STEP 프로그램은 이 같은 글로벌 전략 흐름의 일환으로, 4인 가구 기준 20만 가구 이상에 전력을 공급할 수 있는 100MW 이상의 핵융합 발전소의 상용화 시점을 2040년대로 앞당기는 것을 목표로 삼고 있다.
2024년 6월부터 진행된 1단계 협력에서 서울대는 영국원자력청과 공동으로 3.6 미터급 고온초전도 대전류 케이블 시제품을 설계했으며, 서울대 초전도응용연구실이 자체 개발하고 공과대학 전력연구소에 설치된 케이블 제조 장비를 활용해 직접 시제품을 제작했다.
완성된 시제품 케이블은 2025년 7월 세계적인 초전도 케이블 시험기관인 스위스 로잔연방공대(EPFL) 산하 SULTAN 시험센터에서 성능평가가 수행됐고, SULTAN 설비가 제공할 수 있는 최대 외부 자기장인 10.8톤, 91kA 운전전류 환경에서 단위 미터당 100톤의 전자기력을 견디는 세계 최고 성능을 달성했다.
또한 정격운전 조건에서 1,300회의 반복실험에서도 성능저하가 전혀 관측되지 않는 등 시제품 케이블의 높은 성능과 신뢰성은 SULTAN 설비가 1992년 가동된 이래 고온초전도 케이블 부분에서 유례가 없는 성과로 평가되고 있다.
특히 이러한 우수한 성능지표들은 서울대 초전도 응용 연구실이 자체 개발한 고온초전도 케이블 해석 소프트웨어를 통해 사전에 예측됐으며, 실제 SULTAN 시험을 통해 그 예측의 정확성이 입증됐다는 점에서 더욱 주목을 받고 있다.
서울대와 영국원자력청은 이 같은 1단계의 성과를 바탕으로 개발된 고온초전도 케이블 시제품의 성능 고도화 및 장선화를 위한 62억원 규모 2단계 기술개발 협약을 체결하고 2단계에선 실제 STEP 핵융합 시스템에 적용 될 수 있는 수십 미터급 고온초전도 케이블을 설계한다.
또한 상용화를 대비한 장선화 제조 기술과 극저온 성능 평가 시스템을 개발하는 것을 목표로 한다. 아울러 양 기관은 STEP 핵융합 시스템의 핵심인 TF 고온초전도 자석의 프로토타입 설계, 제작, 평가에 관한 협력 범위도 확대한다는 계획이다.
이를 통해 향후 양국 간 소형 핵융합 기술 협력의 깊이를 더하고, 기술적 수월성 제고에도 기여할 것으로 기대되고 있다.
한승용 교수는 "지난 수년간의 많은 디테일들이 집약됐다는 점이 기존 고온초전도 케이블들과 크게 차이가 난다고 볼 수 있다"며 "핵융합뿐만 아니라 최근에는 AI데이터센터나 바이오 등 전류케이블 수요가 확대된 만큼 높은 수준의 원천기술을 제공해주는 게 우리의 역할이라 생각한다"고 전했다.
영상취재 이성근, 영상편집 노수경
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