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【포커스】 기존의 발전설비로 탄소중립에 이르는 기술
2022-01-01

기존의 발전설비로 탄소중립에 이르는 기술 
환경설비 성능 개선하는 신기술, 가스복합발전 실증 등

탄소중립 목표를 실현하기 위해 에너지 전환에 속도를 더하고 있는 가운데, 기존의 발전소 성능을 개선하고 환경 체질을 개선함으로써 환경적 제약을 해결하려는 시도가 이루어지고 있다. 한전KPS는 한계수명에 도달한 발전설비의 성능을 복원시키고 터빈효율을 높여 에너지 비용을 낮추는 발전소 합리화 사업을 추진하고 있다. 한국남부발전과 한국남동발전은 오염물질을 제거하는 성능을 높이는 기술개발을 추진해 오고 있다. 특히 한국남부발전이 개발한 탈질장치는 요소수 대신 암모니아를 사용해 공급망 불안의 해소에도 도움이 될 것으로 보인다. 한국남동발전은 두산중공업과 탄소중립 실현에 중요한 역할을 할 것으로 기대를 모으고 있는 중소형 수소터빈 개발에도 착수했다. 이외에도, 한국지역난방공사가 국내 최초로 구역전기를 활용한 IT센터를 유치함으로써 분산전원의 잠재력을 확인하는 계기가 됐다.
 
정리 강창대 기자

발전소 합리화 사업
발·송전설비 정비 전문회사인 한전KPS가 노후 발전소에 잇따라 새 생명을 불어넣고 있다. 작년 12월 9일, 한전KPS는 380억 원 규모의 포스코 광양제철소 기력2발전 합리화사업 계약을 체결했다고 밝혔다. 한전KPS는 기력2발전의 100 ㎿급 2기의 성능개선공사를 2021년 12월부터 2023년 7월까지 약 1년 8개월간에 걸쳐 시행할 계획이다. 발전소 합리화사업은 한계수명에 도달한 발전설비의 성능을 복원시키고 터빈효율을 높여 에너지 비용을 낮추는 성능개선공사를 말한다.

한전KPS는 지난해 코로나로 인한 해외 주기자재 조달의 어려움 속에서도 이미 공인된 기술력을 기반으로 비대면 공장검수 등의 신개념 사업추진방식을 도입해 광양제철소 기력1발전 합리화사업을 성공적으로 완료한 바 있다. 이로써 한전KPS는 국내외 화력 및 원자력발전소 정비분야의 전문인력과 노하우를 바탕으로 발전설비의 잔존수명을 평가하고 저하된 성능을 향상시키는 성능개선 분야의 전문정비회사로서 위상을 높이는 계기를 얻게 됐다.

탈질 성능 높이고 대외의존 낮추는 기술
발전소 탈질설비는 대기오염물질인 질소산화물 배출량을 줄여주는 설비다. 이때 요소수나 암모니아수 약품이 사용된다. 그간 한국남부발전㈜(남부발전)은 대외 의존도가 높은 요소수대신 암모니아수를 사용하는 ‘FAST-SCR 융합 탈질장치’ 개발해 현장에 적용해 왔다. FAST-SCR 융합 탈질장치는 LNG 발전소 초기기동 때 발생하는 고농도 질소산화물과 황연 현상을 해결하기 위한 기술이다. 이 장치는 작년 11월 독일에서 열린 국제 발명전시회에서 금상과 특별상을 수상한 우수한 기술로 평가된다.

작년 11월 4일부터 7일까지 독일 뉘른베르크에서 개최된 ‘2021년 국제 발명전시회’에서 남부발전은 출품작 2개에 대해 각각 금상과 특별상을 모두 수상했다. 당시 국제 발명전시회에는 약 30여 개국에서 총 700점 이상의 특허 발명품이 출품됐다. 남부발전은 이 전시회에 중소기업과 공동으로 연구 개발한 Fast-SCR 융합 탈질장치와 ‘IoT 기반 원통형 탈황설비 정비용 안전인증 비계’ 등 두 가지 발명품을 출품했다. Fast-SCR 융합 탈질장치는 기존의 기술보다 탈질 성능이 최대 20%까지 향상됐다. 그리고 설치비용은 40%, 운영비용은 80%까지 절감할 수 있을 뿐만 아니라, 질소산화물을 배출 허용기준 농도 이하로 유지할 수 있다. IoT 기반 탈황설비 정비용 비계는 원통형의 특수한 탈황설비에 맞춘 설계를 적용한 기술이다. 안전하게 작업 능률을 높이기 위해 간편하게 비계를 접거나 펼칠 수 있도록 해, 비계의 설치·해체를 용이하게 했다. 또한, IoT 기술을 접목해 하중과 화상 감지 데이터를 수집하고 분석할 수 있는 안전관리 시스템을 갖춘 발명품이다.

무엇보다도, 이번 요소수 대란을 겪으며 Fast-SCR 융합 탈질장치가 암모니아수를 약품으로 사용한다는 점이 큰 장점으로 부각됐다. 암모니아는 수급 불안 상황이 발생하더라도 수입처를 다변화할 수 있는 품목이기 때문이다. 이에 남부발전은 ‘FAST-SCR 융합 탈질장치’를 확대할 방침이다.

최근에 요소수 공급대란이 발생하자 국내 운송과 생산 부문 등 광범위한 영역이 큰 타격을 입었다. 남부발전은 작년 11월 22일 신인천빛드림본부에서 이승우 나부발전 사장의 주관으로 암모니아수를 사용하는 ‘FAST-SCR 융합 탈질장치’ 운전성능을 현장에서 참관했다. 더불어 이날, 개선된 오염물질 배출농도를 직접 확인하고, 요소수 수급 해결 모색을 위한 회의를 개최하기도 했다.

남부발전은 영월과 남제주의 2개 빛드림본부의 탈질설비 약품을 암모니아로 대체하겠다고 밝혔다. 이를 위해 저장탱크의 용도를 전환하는 등 즉시 설비개선을 결정했다. 최근의 요소수 공급 불안을 해소하고 탈질설비의 성능을 개선하기 위해서다.

석탄화력의 오염물질 낮추기 위한 노력
한국남동발전(남동발전)은 대기환경 개선을 위해 석탄화력의 미세먼지를 저감시키기 위한 노력을 펼치고 있다. 남동발전 영흥발전본부는 환경설비로 석탄발전의 미세먼지 배출을 줄이고 있지만, 여전히 천연가스 복합발전에 비해서는 높다. 이에 남동발전은 석탄화력의 한계를 극복하고자 석탄화력의 환경설비 개선, 운영방법 개선, 신기술 개발 등 3가지 방향으로 환경체질 개선을 진행해 가시적 성과들을 확보해 나가고 있다.
한국남부발전 이승우 사장(사진 가운데)이 신인천빛드림본부‘FAST-SCR 융합 탈질장치’설치현장에서 운전성능 및 가동현황을 참관하고 있다.

첫 번째, 설비개선은 영흥발전본부 1, 2호기의 황산화물, 질소산화물을 제거하는 환경설비를 최신식 설비로 도입하는 것이다. 남동발전은 작년 11월에 최신식 환경설비에 착공했으며, 오는 2022년 하반기에 준공할 예정이다. 이를 통해 기존 노후 설비 철거와 현존하는 최신 기술을 적용함으로써 초미세먼지를 약 50% 가량 추가적으로 저감할 계획이다.

두 번째, 남동발전의 사내벤처 과제로 추진된 미세먼지제거 촉진제의 실증사업을 통해 운영개선에 나설 방침이다. 촉진제는 황산화물 제거과정에 투입되어 반응을 촉진시켜 동일한 시간 및 설비 규모에서 더 많은 황산화물을 제거하는 역할을 한다. 이를 통해 초미세먼지(황산화물)의 40% 추가 저감 성과를 획득한 바 있다.

세 번째, 남동발전은 신기술 개발을 통해 혁신적인 기술개발에 모든 역량을 집중할 계획이라고 밝혔다. 대표적으로 기존 환경설비에 더해 국내 석탄화력에서는 적용 사례가 없는 ‘오존 활용 산화흡수법 기술’을 현장에 적용할 계획이다. 남동발전은 지난 2019년부터 DST, 한국전력기술, 유니온, 공주대학교 등 4개 기관들과 협업체계를 구축해 해당 기술의 필요성을 제기했고, 지난 2019년 정부 현장연구과제에 선정됐다. 이에 지난 2019년 10월부터 2021년 9월까지 영흥발전본부에 해당 설비의 약 1,000분의 1 규모로 모사설비를 설치해 최적반응 오존 농도 연구를 시작해 초미세먼지 제거율을 99%까지 달성했다. 이는 천연가스 복합화력의 배출량보다 적은 수치이다. 남동발전 영흥발전본부는 이를 확대하고자 현재 870 ㎿ 수준의 실증 설비 설치를 추진하고 있다. 해당 실증설비는 1년간의 건설, 2년간의 연구를 통해 최적의 운영능력을 배양해 3년 뒤인 2024년에 최종 성과가 발표될 예정이다.
한국남부발전이‘FAST-SCR 융합 탈질장치’협력사인 ㈜이엠코를 방문해 소통 간담회를 갖고 있다.

탄소중립의 열쇠 중소형 수소터빈
한편, 남동발전은 두산중공업과 분산에너지 활성화를 통한 탄소중립 목표를 달성하기 위해 중소형 수소터빈 개발에 함께 나선다고 밝혔다. 양사는 작년 11월 29일 남 창원시 두산중공업 본사에서 김회천 한국남동발전 사장과 정연인 두산중공업 사장을 비롯, 양 기관 관계자들이 참석한 가운데 ‘탄소중립과 에너지전환을 위한 개술개발 및 실증’ 업무협약을 체결했다.

이번 협약은 표준 가스복합발전 테스트 베드 구축과 중소형 수소터빈 기술개발 및 적용을 위해 진행됐다. 협약에 따라 두산중공업은 국책과제로 진행 중인 한국형 표준 가스복합발전 가스터빈 실증을 위한 기술을 적기에 개발하고, 한국남동발전은 향후 건설예정인 신규 복합화력에 이러한 기술을 적용할 예정이다. 또한, 양 사는 노후발전소 가스터빈 재활용을 통해 중소형 수소 터빈 기술개발 및 실증을 진행하고, 이를 통해 분산형 전원 클러스터 기반 구축, 분산에너지 활성화를 위한 분산형 전원사업 개발에도 적극적으로 협력하기로 했다.

분산에너지는 향후 에너지 패러다임 변화에 선제적 대응을 위해 체계적으로 확보할 필요성이 제기되고 있어 이번 협약을 통해 양사는 중소형 수소터빈을 활용한 분산 에너지 보급 확대에 기여할 것으로 기대하고 있다.
한국남동발전 전경.

구역전기 활용하는 IT센터 첫 사례
한국지역난방공사(한난)는 국내 최초로 구역전기를 활용한 IT센터 유치에 성공했다고 작년 12월 9일에 밝히기도 했다. 한난은 고양삼송, 동남권 유통단지, 상암2지구 세 곳에서 총 138 ㎿의 열병합발전설비를 통해 약 4만 7,000세대에 전기를 안정적으로 생산해 직접 판매하는 구역전기 사업을 수행하고 있다. 특히, 지난해 황창화 한난 사장은 “공급설비 용량부족 등의 문제로 구역전기 신규 사용신청이 제한되는 일이 없도록 공급방안의 적극적인 검토가 필요하다”면서 구역전기 사업의 경쟁력 강화를 지속적으로 강조한 바 있다.

이에 한난은 구역전기사업의 경영 여건 개선과 한국형 IT 뉴딜(디지털) 정책에 부응하고자 고양삼송지구 내 ‘IT센터 유치’를 목표로 노력했으며, 한국토지주택공사와 설비 안전성을 적극적으로 홍보해 왔고, 지난 5월 IT센터 건립을 희망하는 업체의 구역전기 사용신청을 받아 최종적으로 IT센터 유치에 성공했다.
2025년에 준공 예정인 IT센터 조감도.

한난 측은 이번에 국내에서는 처음으로 구역전기를 활용하는 IT센터를 유치한 것과 관련해 설비의 안정성 등 한난 구역전기 사업의 우수성을 인정받는 계기가 될 것으로 기대를 내비쳤다. 이번 IT센터 유치를 통해 한난은 구역전기사업 추진 기반을 강화해 향후 탄소중립 에너지 리더로서 역할을 충실히 수행할 계획이다.

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