올 상반기 전국을 뒤덮은 미세먼지로 국민건강이 위협받으며 정부가 미세먼지 원인 중 하나로 지목된 석탄화력발전소 관련 대책을 내놨다. 정부가 발표한 ‘석탄발전 처리 및 오염물질 감축계획’에 따르면 가동된 지 30년이 넘은 10기 발전소 중 8기는 수명종료 시점에 맞춰 순차적으로 모두 폐쇄하고 2기는 연료를 석탄에서 바이오매스로 전환한다.

20년 이상 된 발전소 8기는 환경설비를 전면 교체하는 성능개선에 착수하고, 20년 미만 발전소는 오염물질 감축과 효율개선을 추진한다. 이를 통해 2030년에는 2015년 대비 미세먼지 24%를 비롯해 황산화물 16%, 질소산화물 57%를 각각 감축할 계획이다. 이를 실천하기 위해 오염물질감축, 연료전환, 성능개선 등 친환경 발전기술이 총동원될 예정이다. 최근 들어 주목 받고 있는 친환경 발전기술을 소개한다.

태안화력발전소에 설치한 전기집진기

초미세먼지까지 잡는다<습식·건식 전기집진기, 탈황설비, 탈질설비, CCS>
미세먼지는 지름이 10㎛(마이크로미터, 1㎛=1000분의 1㎜) 이하의 먼지로 PM(Particulate Matter)10으로도 불린다.  미세먼지 중 입자의 크기가 더 작은 미세먼지를 초미세먼지라 부르며, 이는 지름 2.5㎛ 이하의 먼지로서 PM2.5이다. 발전소는 이러한 미세먼지를 제거하기 위해 전기집진기(ESP, ElectroStatic Precipitator)를 장착한다.

전기집진기는 연소가스에 함유된 분진, 검댕 등의 입자물질을 정전기력을 이용해 포집, 제거하는 장치이다. 크게 습식 방식과 건식 방식으로 분류할 수 있으며, 두산중공업은 두 방식 모두 기술력을 보유하고 있다. 건식 전기집진기의 미세먼지 제거율은 99%, 초미세먼지 제거율은 95% 수준이다. 반면 습식 전기집진기 기술을 사용하면 미세먼지 제거율은 건식과 동일한 상태에서 초미세먼지 제거율을 96~99%까지 향상시킬 수 있다.

현재 습식 방식은 일본, 미국, 유럽 등 일부 국가에서 사용되고 있지만 아직 국내 대형발전소에 사용된 사례는 없다. 국내에는 초미세먼지 관련 규제가 없고, 건식 대비 높은 도입비용으로 인해 습식 전기집진장치는 도입되지 못하고 있다. 전기집진기는 2014년부터 5년간 연평균 5.8% 성장해 2019년 약 13조원의 시장이 형성될 것으로 전망된다

두산중공업은 발전소에서 배출하는 또 다른 오염물질인 질소산화물과 아황산가스를 제거하는 시설도 생산하고 있다. 질소산화물은 산성비와 광화학스모그 원인 중 하나일 뿐만 아니라 대기중의 오존층도 파괴하는 환경오염물질이다. 탈질설비(SCR, Selective Catalytic NOx Reduction System)는 질소산화물(NOx)을 제거하는 기술로서, 연소가스에 포함된 질소산화물을 질소와 물로 전환시킨다.

탈질설비는 2014년부터 5년간 연평균 5.0% 성장해 2019년 약 16조원의 시장이 형성될 것으로 전망된다. 탈황설비(FGD, Flue Gas Desulfurization)는 배기가스에 포함된 아황산가스를 제거한다. 아황산가스에 석회석 슬러리를 접촉해 화학반응을 일으켜 아황산가스를 제거하고 부산물로 석고를 생성하여 배출하는 설비이다. 탈황설비는 2014년부터 5년간 연평균 5.9% 성장해 2019년 약 12조원의 시장이 형성될 것으로 전망된다.

영흥화력발전소에 설치한 탈황설비

노후 발전소를 새 발전소로 <연료전환, 성능개선 기술>
정부는 30년 이상 된 노후발전소 가운데 영동화력발전소는 연료를 전환할 계획이라고 밝혔다. 두산중공업이 참여하는 영동화력 1호기 연료전환 사업은 기존 석탄을 연료로 하는 석탄화력발전소를 바이오매스 발전소로 전환하는 프로젝트이다.

바이오매스란 식물, 동물과 같은 생물체에서 얻어지는 에너지원을 말하는데 석탄, LNG 등 화석연료 대비 황산화물, 질소산화물 등 대기오염 배출량이 65%~75% 이상 적어 친환경 연료로 일컬어 진다. 영동화력이 바이오매스 발전소로 거듭나면 남동발전은 연간 이산화탄소 86만톤을 감축하고, 127만 REC(신재생에너지공급인증서, Renewable Energy Certificate)를 확보할 수 있다.

20년 이상 가동된 발전소를 대상으로 실시할 성능개선 사업도 오염물질 배출 감축 효과가 클 전망이다. 우선 노후 환경설비를 전면 교체할 계획이다. 최신 기술이 적용된 환경설비를 도입하는 만큼 오염물질 제거율은 대폭 향상된다. 또한 발전효율 향상을 위해 터빈과 같은 발전소 주요 기기도 교체하기로 했다. 발전효율이 올라가면 기존 대비 더 적은 연료로도 동일한 전력을 생산할 수 있게 되어 결과적으로 오염물질배출 감축 효과를 가져온다.

베트남 몽중2화력발전소에 설치한 탈질설비

신재생에너지로 저탄소·친환경 발전 <풍력, ESS>
정부는 감축계획을 발표하며 석탄발전을 제한하는 대신 증가하는 전력수요는 저탄소·친환경 발전원으로 최대한 충당하겠다고 밝혔다. 풍력, 태양광으로 대표되는 신재생에너지가 저탄소·친환경 발전원으로 인정받고 있는 가운데 경제성이 확보된 풍력발전이 특히 주목 받고 있다.

국내 풍력발전 시장에서 두산중공업은 꾸준한 실적을 거두고 있다. 2011년 국내 최초로 3MW급 육·해상풍력시스템인 'WinDS3000TM'을 개발해 국제인증을 받았다. 현재 WinDS3000TM 17기(51MW)를 운전하고 있으며, 52기(156MW)는 건설 중에 있다. 현재까지 국내 기업 중 최대 실적인 207MW의 계약을 체결했다.

또한 국내에서 해상풍력발전 관련 계약실적은 물론 시공, 운영 경험을 확보한 기업은 두산중공업이 유일하다. 두산중공업은 지난 3월 한국전력과 ‘해외 풍력발전 사업에 대한 공동 개발, 건설과 운영 등 상호 협력을 위한 업무협약’을 체결했다. 국내 유일의 해외 풍력사업 개발자인 한국전력과의 업무협약을 통해 두산중공업은 해외 풍력발전 시장 진출의 발판을 마련했다.

제주 월정 앞바다에 설치한 3MW 풍력발전기

신재생에너지의 전력공급을 안정화 할 수 있는 기술로 에너지저장장치(ESS, Energy Storage System)가 부상하고 있다. ESS는 전력 사용량이 적은 시간에 배터리에 전기를 비축해 두었다가 사용량이 많은 시간에 전기를 공급해 에너지 효율을 높이는 설비이다. 특히 출력이 일정하지 않은 풍력과 태양광과 같은 신재생에너지는 ESS를 통해 전력을 안정적으로 공급할 수 있다.

두산중공업은 최근 미국의 에너지저장장치(ESS, Energy Storage System) 소프트웨어 원천기술 보유업체인 원에너지시스템즈를 인수했다고 밝혔다. 원에너지시스템즈는 지난 2011년 설립된, ESS와 관련한 토털 솔루션을 제공하는 회사로 마이크로소프트(Microsoft)와 전기차로 유명한 테슬라(Tesla) 출신 엔지니어들이 설립했다. 이번 인수로 ESS  분야에서 업계 최고 수준의 컨트롤 시스템 소프트웨어 기술을 확보하게 됐으며, ESS의 설계, 설치, 시운전 등의 과정을 일괄 수행할 수 있게 되었다.