2025년까지 매체순환연소 증기생산 실증완료 후 사업화 추진키로

매체순환연소 기술 개념도

한국전력과 한국서부발전이 가스발전 및 분산전원 확대 에너지전환 대응을 위해 ‘3MW 매체순환연소 증기생산 기술개발’에 착수했다.
매체순환연소 기술개발은 산업통상자원부가 지원하는 한국에너지기술평가원 ‘가스 발전/스팀생산 설비 연소 중 이산화탄소 포집·활용 기술개발사업’으로 추진된다.
한국전력 주관으로 한국서부발전, 한국전력기술, 한국에너지기술연구원, 부흥산업사, 연합안전엔지니어링, 건국대학교, 영남대학교가 참여한다.
현재 상용 운전 중인 가스복합발전은 효율은 높으나, 대규모 발전에 최적화된 기술로 수십 MW급 분산전원 규모에서는 효율이 낮아 적합하지 않다.
게다가 미세먼지와 이산화탄소를 저감하기 위해서는 별도의 이산화탄소 포집설비를 설치해야 하기 때문에 경제성이 감소하는 문제가 있다.
매체순환연소기술은 차세대 친환경 발전기술로서 금속산화물의 산화·환원 반응을 이용한 순산소 연소기술이다.
질소산화물의 발생이 거의 없으며, 포집설비 없이 공정 내에서 이산화탄소를 원천적으로 분리할 수 있는 친환경 에너지 기술이다.
매체순환연소기술은 두 개의 반응기(공기반응기, 연료반응기)로 구성되며, 공기반응기에서는 산소전달입자(금속산화물)에 포함된 금속성분이 공기중의 산소와 반응해 금속산화물로 산화돼 환원반응기로 이송된다.
연료반응기에서는 산소전달입자가 제공하는 순산소와 연료가 반응해, 이산화탄소와 물을 생성하고 환원된 금속산화물은 다시 산화반응기로 재순환된다.
미세먼지 유발물질인 질소산화물의 발생 원인인 공기 중 질소와 산소의 고온 접촉을 원천적으로 배제함으로써, 질소산화물 저감설비 없이 배출규제치 이하의 낮은 질소산화물 연소가 가능하기 때문에 미세먼지 저감에 크게 기여할 수 있다.
이산화탄소 포집설비의 경우 규모가 작을수록 경제성이 감소하고 포집량 대비 운영비의 비율이 증가한다.
별도의 이산화탄소 포집설비가 필요 없기 때문에 수십 MW급 분산전원규모 발전에 적합하다.
한국전력과 서부발전은 2023년 3MWth 매체순환연소 시범 플랜트를 울산에 구축하기로 했다.
세계 최초로 증기생산 실증운전을 통해 2025년까지 상용급 매체순환연소 발전시스템 설계를 완료하고 분산전원급 발전설비를 실증할 계획이다.
향후 원천분리된 이산화탄소는 동일부지에 설치예정인 이산화탄소 활용공정 등에 이용한다.
매체순환연소 기술개발을 통해 미세먼지 유발물질의 발생 원인인 공기 중 질소와 산소의 고온 접촉을 원천적으로 배제함으로써, 질소산화물 저감설비 없이 배출규제치 이하의 저 질소산화물 연소가 가능하기 때문에 미세먼지 저감에 기여할 수 있다.
이 기술을 적용 시에는 발전량 1MWe 기준 약 10억 원의 이산화탄소 설치비용 절감 및 연간 약 5천톤의 온실가스 배출 감축이 예상된다.
주관기관인 한국전력과 서부발전 관계자는 “매체순환 연소기술은 온실가스 및 미세먼지를 배출하지 않는 친환경 발전기술로, 발전분야 뿐만 아니라 산업 분야에도 확대 적용이 가능하다”라며, “정부에서 추진하는 에너지전환 및 온실가스 저감 정책에 기여할 것이다”라고 밝혔다.