국내 최초로 지어진 300MW급 태안IGCC 실증플랜트 전경

최근 들어 사회적 이슈로 부각된 미세먼지로 인해 석탄화력이 ‘도마 위’에 오른 가운데, 그 대안으로 친환경·고효율 발전설비인 석탄가스화복합발전(IGCC: Integrated Coal Gasification Combined Cycle)이 새롭게 주목받고 있다.
또한 수소를 대량 생산할 수 있는 발전설비로 정부가 의욕적으로 추진하는 수소경제에도 부응할 것이라는 전망이다.
현재 우리나라에는 한국서부발전이 지난 2016년 8월 충청남도 태안에 국내 최초로 300MW급 태안IGCC 실증플랜트를 준공한 후 1년의 실증운전을 거쳐 성공적으로 운영해 오고 있다.
IGCC의 석탄가스화 기술은 석탄을 공기와 혼합해 완전 연소시키는 기존 석탄화력에 반해 석탄에 적은 양의 산소를 공급해 부분 연소시킴으로써 합성가스(CO, H₂가 주성분)를 만든다.
이렇게 만들어진 합성가스는 고성능 세라믹 필터와 물리화학적 용매를 사용하는 환경설비를 통해 가스터빈에서 사용 가능토록 깨끗하게 정제된다.
공해물질 제거 후 깨끗하게 정제된 합성가스를 발전연료로 사용, 일반적인 석탄화력 발전소에서 발생하는 황산화물(SOx), 질소산화물(NOx), 먼지 등을 천연가스 발전소 수준으로 크게 줄일 수 있는 친환경기술이다.
향후 이산화탄소 포집설비 연계 시 기존 석탄화력 발전소보다 경제적으로 온실가스 포집이 가능하다.
최신 1,000MW 석탄화력 발전의 효율이 42%인데 반해 IGCC는 설비 대용량화와 고성능 가스터빈의 개발에 따라 효율을 45~48%까지 달성할 수 있는 미래형 고효율 발전기술이다.
신개념의 발전설비인 IGCC는 전 세계적으로도 미국, 일본 등 7개국에서만이 설비를 운영하고 있다.
우리나라와 에너지 수급 구조가 비슷한 일본에서는 IGCC 설비를 확대하는 추세다.
후쿠시마, 히로노에 500MW급 IGCC 2기를 건설 중이다.
가스화기, 합성가스용 고효율 가스터빈, IGFC(석탄가스화 연료전지) 등IGCC 관련기술 개발에도 적극적이다.
아울러, IGCC의 핵심기술인 석탄가스화에 의해 생산된 합성가스는 발전시스템에 이용하는 것뿐만 아니라 합성천연가스(SNG, Synthetic Natural Gas, 메탄), 석탄액화석유(CTL, Coal To Liquid), 수소 및 암모니아, 메탄올, 요소 등 화학원료 생산이 가능해 병산(Poly-Generation) 시스템을 구축할 경우 투자비 절감과 에너지 효율 향상의 두 마리 토끼를 잡을 수 있다.
특히, 최근에 이슈가 되고 있는 수소와 관련해서는 정제된 합성가스의 수성가스변위 반응(Water Gas Shift Reaction)을 통해 수소를 대량으로 생산할 수 있다.
이렇게 생산된 수소를 연료전지(IGFC)에 사용함으로써 기존의 천연가스를 사용하는 것보다 값싸게 전기를 생산하거나 압축, 저장하여 수소충전소 등의 수요처에 공급하는 것도 가능하다.
서부발전은 이러한 점에 착안, ▲합성가스 정제를 통한 연료전지용 고순도 수소생산과 ▲합성가스의 수성가스변위 반응에 촉매 대신 해양 미생물을 이용하는 바이오 수소생산 등 투-트렉으로 수소 생산기술 개발을 추진 중이다.
합성가스 정제 연료전지용 수소생산 기술의 경우 지난해 6월 순도 99.99%의 수소 생산에 성공한 바 있다.
서부발전은 올해 9월 100kW급 연료전지와 연계해 전력생산시험을 진행한 후 2025년까지 10MW까지 확대키로 했다.
해양 미생물 이용 수소생산 기술은 (주)경동엔지니어링과 협력해 올해 3월 1톤/일(300톤/년)용량의 실증설비 건설에 착공, 12월까지 실증운전 완료 후 경제성 평가를 거쳐 2025년에는 1,000톤/년 규모로 증설할 계획이다.
서부발전 관계자는 “석탄을 청정하게 사용할 수 있고 다양한 기술적 잠재 가치를 가진 IGCC를 지속적으로 발전시켜 나간다면 석탄화력의 대안으로써 국가에너지 안보에도 기여할 수 있을 것”이라고 말하며, “이를 위해 설비 대용량화와 표준화를 통한 보급 확대로 건설비를 낮추는 노력과 REC(신재생에너지 공급인증) 이행비용 보전, REC 가중치 상향 등 정책적 지원이 필요하다”고 말했다.  

IGCC 석탄가스화 기술 기반의 Poly-Generation 시스템 구성도