천연가스, 원전
2023.9.21 목 18:52
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국내 최초 150㎿ 가스터빈 수소혼소 50% 실증 추진
2023년 07월 16일 (일) 16:17:34 전력경제 epetimes@epetimes.com

KEPRI-서부·남부발전-제조사 등 17곳 
리트로핏 기술개발·실증 연구과제 협약
노후 가스터빈 수소혼소 전환 촉발 예상
국내 기술 자립도 높이고 탄소중립 기여 

   
 가스터빈 수소혼소 리트로핏 기술개발 및 실증 협약식 기념사진. (왼쪽에서 아홉 번째 김태균 한전 기술혁신본부장, 일곱 번째 한화파워시스템 이종수 수소사업부장, 여덟 번째 엄경일 한국서부발전 기술안전부사장, 열 번째 심재원 한국남부발전 기술안전부사장, 열 한번째 두산에너빌리티 박홍욱 부사장 등)

국내 최초로 수소혼소율 50% 이상인 150MW급 가스터빈을 실증하는 연구 프로젝트가 추진된다.
전력그룹사와 제조사, 산학연이 11일 대전 전력연구원에서 ‘150MW급 가스터빈 수소혼소 리트로핏(Retrofit) 기술개발 및 실증’ 연구과제 협약을 맺었다.
이 프로젝트는 한국 전력연구원이 주관하고 한국서부발전, 한국남부발전 등 발전회사와 한화파워시스템, 두산에너빌리티 등 17개 기관이 함께 연구를 수행한다.
가스터빈 연료를 천연가스에서 수소로 단계적으로 대체, 질소산화물 배출량을 줄이고 이산화탄소를 배출하지 않는 친환경 기술을 확보하는 게 협약의 목표다.
전력연구원은 발전사가 보유한 가스터빈을 대상으로 저비용 수소혼소가 가능하도록 2021년부터 F급 가스터빈 3개 기종에 대한 수소혼소 한계평가를 수행하며 운영기술을 개발해왔다.
이번 연구로 기존 가스터빈을 50% 이상의 수소혼소가 가능하도록 전환하는 기술을 개발하고, 서인천과 신인천 복합 가스터빈 각 1호기를 대상으로 실증할 계획이다.
100MW급 이상인 대형 가스터빈을 대상으로 50% 수소혼소 장기 실증을 성공할 경우, 세계적인 수준의 수소혼소 기술을 국산화한 것으로서 국가 온실가스 저감 목표 달성에도 크게 기여할 것으로 내다보인다. 
기존 설비의 활용으로 친환경 발전의 경제성 향상에 이바지하는 것도 기대효과 중의 하나다. 를 모은다.
특히, 서인천과 신인천 복합화력은 총 16기, 3.6GW의 발전용량을 보유해 수소혼소 가스터빈 전환의 최적 지역으로 거론돼 왔다. 
향후 수소혼소가 16기에 모두 확대 적용될 경우, 단일 수소인프라로 공급이 가능해지며 대용량 수소발전의 복합화 구축을 통해 추가 설비건설에 대한 비용을 절감할 수 있다. 
수도권 지역의 친환경 발전 기술력 확보로 에너지 소비가 많은 도심지에 원활한 전력공급이 가능해진다.
발전공기업과 연구기관, 기업 등이 손잡은 이번 대규모 기술협력은 국내 수소산업 생태계의 체질을 근본적으로 개선하는 시금석이 될 전망이다.
한전 전력연구원 관계자는 “이번 협약을 통해 가스터빈 복합화력 부문의 친환경화를 위한 협력체계를 공고히 하고, 핵심기술을 확보해 국내 기술 자립도를 높이고 발전분야 탄소중립의 실현에 기여하고자 한다”라고 밝혔다.
서부발전은 지난 2021년부터 2년 동안 한화임팩트 사업장에 서부발전 평택1복합 80MW급 퇴역 가스터빈을 활용한 실증설비를 구축한 뒤 올해 4월 수소혼소율 50% 이상 발전 실증에 성공했다. 
해당 혼소율은 세계 최고 수준으로 기존 가스터빈 발전에 비해 이산화탄소 배출량을 20% 이상 줄일 수 있다.
서부발전은 80MW급 실증 성공 경험과 축적된 노하우를 바탕으로 한 단계 높은 150MW급 가스터빈에 50% 이상의 수소혼소율을 적용하는 고난도 기술을 개발한다. 
기술개발이 끝나면 서인천발전본부에 적용해 발전 실증을 마무리할 계획이다.
엄경일 서부발전 기술안전부사장은 “미래 에너지산업을 이끌어갈 수소혼소 발전기술을 통해 전력연구원, 민간기업과 함께 사업영역을 국내외로 확장시킬 계획”이라며 “국가적으로 중요한 탄소중립 이행 핵심기술 확보에 선도적 역할을 하겠다”고 말했다.
한국남부발전은 150MW 수소혼소 50% 기술개발 및 실증 추진으로 2027년부터는 국내에서 최초로 수소혼소 발전 상업운전을 시행할 예정이다.
남부발전 관계자는 “이번 수소혼소 기술 개발은 100% 국산 설계 및 제작 기술을 활용하여 국가 온실가스 저감 목표 달성에도 크게 기여 할 수 있을 것”이라며 “공동참여 기관과의 협력을 통해 국내 수소발전 산업 생태계를 조성하고 수소발전 시장을 선도할 수 있도록 노력하겠다“라고 말했다. 
남부발전은 ‘무탄소 혼소발전 도입’ 정부정책에 발 맞춰 연료전환을 위한 수소사업 전주기 생태계 구축을 위해 다양한 수소사업을 추진하고 있다. 
국내외 청정 수소 공급망 구축을 위해 2022년에는 제주에 12.5MW급 아시아 최대규모의 청정수소 생산 실증 국책사업을 수주하고, 올해는 오만 두쿰지역에 약 2GW 규모의 재생에너지 이용 그린 수소 생산을 위한 사업권을 확보하는 등 에너지 영토 확장에 힘쓰고 있다.
한편 수소는 이산화탄소를 배출하지 않는 무탄소 연료로, 최근 가스터빈 복합화력의 온실가스를 저감하는 수단으로 주목받고 있다. 
대용량 가스터빈 복합화력은 효율과 유연운전 특성이 우수한 설비로 수소혼소의 파급 효과가 커 각국은 관련 기술 확보에 주력하고 있는 상황이다.
수소는 기존 연료인 천연가스와 특성이 달라 가스터빈에 적용하기 위해서는 가스터빈 연소기 개조, 수소 혼소 운영, 천연가스-수소 혼합 공급, 수소 안전관리 등의 기술이 확보돼야 한다. 
전 세계적으로 가스터빈 수소혼소와 관련된 시장은 지속적으로 성장할 전망이다.
국내 또한 제10차 전력수급기본계획에 수소혼소 발전량을 2030년 6.1TWh, 2036년 26.5TWh로 크게 늘 것으로 예측된다. 
이에 대응하기 위해 가스터빈 제작사를 중심으로 신규 수소혼소 가스터빈을 활용한 30~50% 혼소 연소기술이 개발됐다. 
하지만 기존 설비의 활용문제와 비용으로 인해 기존의 가스터빈을 수소혼소로 전환하는 기술의 필요성이 높아지고 있다.
전력그룹사는 가스터빈 복합화력의 이용률을 향상시키면서 온실가스를 저감하고자 하는데, 노후 가스터빈을 수소혼소로 전환하는 기술은 이 두 가지 현안을 해결할 수 있는 좋은 방안으로 꼽힌다.

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