<원자력B-2> 미래 원자력 기술 동향 (12월 2일 13:30~16:00 203회의장)

한국표준형 증기발생기 2차측 Tube Sheet 바닥 육안검사 및 이물질 제거용 원격제어 로봇 개발(한전KPS 기술연구원 김경섭)

한전KPS㈜ 기술연구원에서는 ‘한국표준형 증기발생기 2차측 Tube Sheet 바닥 육안검사 및 이물질 제거용 원격제어 로봇(KIIS)’을 개발해 성능검증을 마치고 현장적용을 추진하고 있다. KIIS는 지금까지 적절한 육안검사 및 이물질 제거 작업을 수행할 수 없었던 한국표준형 증기발생기 FOSAR를 목적으로 세계 최초로 개발된 로봇장치이다.

 유형의 증기발생기는 매주기마다 FOSAR(육안검사 및 이물질 제거작업) 작업을 통해 증기발생기의 건전성을 확보하고 있으나, 한국표준형 증기발생기는 구조적인 문제와 이에 따른 검사장비 부재로 인해 FOSAR를 수행할 수 없었다. 특히, 울진3호기의 경우에는 시운전시 유입된 수십 개의 이물질이 존재하고 있음에도 적절한 조치를 취할 수 없었다. 또한 국내외에서 수행되고 있는 대부분의 FOSAR는 작업자가 산업용 내시경 장치를 직접 증기발생기에 삽입하여 조작하는 수작업 방식이어서 작업자의 많은 선량의 방사선 쪼임이 불가피했다.

KIIS는 한국표준형 증기발생기의 전열관 다발 육안검사와 이물질 제거를 통해 안전성 확보에 크게 기여할 수 있으며, 원격 제어를 통해 작업자의 방사선 쪼임을 방지하는 대표적인 친환경 첨단 정비기술의 표본이 될 것이다. KIIS는 한전KPS기술연구원에서 독자기술로 개발해 국내뿐만 아니라 미국, 유럽, 일본 등 해외에 각각 2건씩의 특허 등록 및 출원을 했다.

<신재생/환경C-1> 기후변화 대응(12월 2일 10:00~12:05 201회의장)

탄소비용이 도매전력시장에 미치는 영향(김욱 한국남부발전)

행 전력시장의 구조가 유지된 상태에서 탄소배출권 시장이 개설되었을 때 원자력의 수익은 크게 증가하는데 비해 석탄화력의 수익구조는 크게 악화될 가능성이 있음을 의미한다. LNG복합의 경우는 일반적으로 시장가격을 결정하는 한계발전기의 특성을 가지고 있어 수익구조에 큰 변화가 없을 것으로 판단된다. 반면 국제경쟁력이나 수요의 가격민감도가 거의 없는 전력산업의 특성상 계통전체의 전가율은 1.0을 상회할 것으로 예상되어 소비자 요금에 탄소비용이 전가되지 않을 경우 한전 판매부문의 수익은 크게 악화될 것으로 예상된다.  따라서, 배출권 거래제도 또는 탄소세 제도를 전력부문에 도입하는 것은 다음과 같은 제도와 병행되어 진행이 되어야만 현실적인 CO2 배출량 감축에 기여를 할 것으로 판단된다.

첫째, 배출권 구입비용으로 인해 상승되는 도매전력요금이 소비자요금에 반영되도록 소비자요금 제도가 개선되어야 한다. (표 5)와 (표 6)에 나타낸 바와 같이 배출권 구입비용으로 인해 시장한계가격이 상승하게 되는데, 이러한 시장한계가격의 상승이 소비자요금에 반영될 수 있도록 시장이 설계되면 소비자들의 합리적인 전기사용을 유인하여 전기사용량 및 탄소배출량의 감소로 이어질 수 있을 것이다.

둘째, 현재 발전량 LNG에만 부과되고 있는 특소세 및 수입부과금에 대한 세제개편을 검토할 필요가 있다. 이 경우 석탄화력과 LNG 복합화력의 발전단가의 차이가 크게 감소하여 보다 낮은 배출권 가격에서도 급전순위가 변경될 수 있어, 석탄화력 발전소들이 탄소배출량을 감축시키기 위한 유인효과로 작용할 것으로 판단된다.

셋째, 미래의 전원구성의 비율은 원자력, LNG, 신재생 등으로 전환이 필요하다. 이는 CCS 등과 같이 CO2 저감 옵션이 포함되지 않은 석탄발전기의 경우는 상당히 제한적으로 시장진입을 검토할 필요성이 있다는 것을 의미한다. 즉, 석탄화력의 신규건설시 시행되는 경제성 평가에는 반드시 탄소비용으로 인한 수익 악화를 고려해 건설계획이 수립되어야 한다.

<화력발전E-2> 발전설비 운영(12월 2일 13:30~16:00 208회의장)

국내최초 500MW급 유연탄발전소 성능개선 및 수명연장 사례(최용진 중부발전 발전운영팀 과장)

령화력 1,2호기는 1983년, 1984년 준공되어 20년 이상 사용한 발전소로서 터빈 정밀성능진단 결과 주요부품이 경년열화 되었고, 보일러에서 발생된 고형물질이 터빈 블레이드에 침식을 일으켜 효율이 설계치 대비 1.12% 저하된 것으로 판명되어 터빈의 고, 중압 터빈과 저압터빈의 최종단의 교체가 필요했다.

1990년대 초에 개발되어 최근 발전소에 적용되고 있는 최신기술인 Dense Pack 터빈으로의 교체와 더불어 고형물질에 견딜 수 있는 HP-HVOF 코팅기술의 적용과 블레이드 체결방식을Integral Type으로 개선 적용하였고, 보일러 튜브 일부 재질격상 등을 함으로써, 개선전 대비 2호기 효율이 1.72%p 상승하였으며, 1호기도 인수성능시험이 완료되어 최종 검토 중이나 2호기와 비슷하게 상승할 것으로 보인다,

또한 출력은 510에서 535㎿ 로 25㎿ 상승하였다. 국내 최초로 시도된 성능개선의 성공적 수행은 경제수명이 경과된 다른 발전회사의 터빈에도 적용될 것으로 기대되며, 이로 인한 자원재활용 및 신규 발전소 건설 억제는 국가경제에도 기여하는 바가 크다고 하겠다.

<글로벌A-3> 에너지정책 및 기술개발(12월 3일 09:35~12:05 105회의장)

스마트그리드 도입시 첨두부하용발전소의 영향과 대책(정성우 한국남부발전)

후변화협약, 소비자선택권 확대, 신재생에너지 증가 등 전력산업환경이 급격하게 변화하고 있다.  이러한 변화를 수용하기 위해 스마트그리드(smart grid) 가 국내외적으로 화두가 되고 있으며, 정보통신기술(ICT)이 발달한 우리나라가 G8확대정상회의에서 선도국가로 지정되어 국가적차원에서 스마트그리드 프로젝트를 추진하고 있다. 스마트그리드는 전력산업전반에 막대한 영향을 끼칠 것으로 예상된다.

스마트그리드에서 정보통신기술을 활용하여 전력공급자와 소비자간 양방향 통신을 통한 실시간 요금제 도입으로 효율적 전기사용이 예상된다. 또한, 신기술개발로 전력손실감소, 신재생에너지의 적극수용, 전기자동차(양수발전소 를 대신 한 심야부하) 보급으로 첨두부하용발전소(양수, 복합) 이용률의 급격한 저하가 예상된다. 전기자동차의 경우 GM사의 Volt(밧데리16KWh, 2010년 시판예정)가 9만대 정도가 보급되면 양수발전설비(3,900MW)가 필요 없을 것으로 전망된다.

새로운 패러다임인 스마트그리드하에서 첨두부하용발전소가 지속적으로 운영되기 위해 전기충전업(가칭)에 진출을 위한 법적.제도적 기반마련 및 전력직거래, 소비자요구에 부응하는 프리미업급 전기품질과 서비스 차별화 등으로 경쟁심화에 능동적으로 대비해야 한다.

<원자력B-3> 원전 운영능력 향상(12월 3일 09:35~12:05 203회의장)

경수로 통합 노심관리시스템 개발(양승태 한수원 원자력발전기술원)

수원은 지속적인 가동원전 증가에도 운영실적을 더욱 향상시키고 해외 원전수출 추진을 위해 지속적인 운영 기술과 프로세스의 혁신을 추진하고 있다. 이러한 운영기술 선진화와 프로세스 혁신의 중심기관으로 원자력발전기술원(NETEC)은 액트(주)와 공동으로 노심 설계사와의 협업 개선, 운영사 자체 노심설계 검토 및 관련 프로세스 운영을 위한 도구로서 인트라넷 기반의 통합노심관리시스템을 개발했다.

통합 노심관리시스템의 효과=독자적 설계검토 프로세스로 설계사와의 협업이 강화되고, 형상 변화를 가장 잘 아는 운영자가 설계입력을 독립적으로 기술 검토해 노심설계 신뢰성 향상. 경미한 설계오류 사례에는 임계붕소농도 불일치 등 주로 설계 출력분포가 실제 출력분포와 일치하지 않아 발생하는 노심운영 유연성(Flexibility)의 제한 사례이다.

본 시스템을 통해 상기 문제뿐 아니라AOA(축방향출력분포 비정상)나 수화학, 재질이나 연소도, 열성층화 발생 여부, SOER경험 등 중요 설계입력을 검토하고 위험도평가 등을 통해 혹시 발생 가능한 연료손상 사례를 사전에 방지. 현장의 핵설계 코드 운영으로 주기길이 전체에 걸친 출력분포 예측 및 대응력이 향상돼 전반적으로 비정상시 노심운영 역량 향상. 독립적인 장전모형 검토 능력은 안전성과 경제성의 주기 최적화 설계를 유도한다. 즉 노심 구성품, 농축도 및 잉여반응도 조합, 장전모형개선 등 다양한 노심설계 입력인자의 변화관리를 통해 원전 경쟁력을 향상시킨다. 독립적인 설계운영 능력은 중장기 미래 연료주기 및 설계운영 전략 수립의 기반 기술로서 한수원이 세계적인 원전 운영자로 성장하는데 기반 기술이 된다.

통상 16~18개월 단위로 재장전(Refueling)을 수행하는 경수로에서 주요 설비개선이 없는 한 매주기 설계형상 변화 요인으로 가장 중요한 검토 대상은 노심설계 변화다. 즉 노심의 잉여 반응도와 노심 구성품, 재질, 수화학, 장전모형 변화에 따라 재장전 이후 원전은 모든 시간대별 출력분포와 안전해석 결과치 등이 매주기 노심설계 특성에 따라 바뀌게 된다. 더욱이 주기별로 다양한 운영전략이 시도되고 있는 최근의 추세에 따라 이러한 재장전 노심설계 자체 검토 도구와 검토 프로세스, 그리고 10CFR50.59에 따른 설계 형상(콘텐츠) 변화 관리를 위한 웹기반의 소프트웨어에 대한 필요성이 점점 중요해지고 있다.

이에 한수원 원자력발전기술원에서는 체계적인 형상관리가 용이하고, 저비용 및 보안성이 우수한 인트라넷 기반의 통합노심관리시스템을 구축하였다. 그 효용성은 최적 장전모형 유도 효과에만 한정하여 계산해보더라도, 전체 18기 경수로에 대해 연간 4일 정도의 주기길이 개선 효과로 연간 약 34억원의 경제적 효과가 기대된다. 통합노심관리시스템의 개발은 한수원의 자체 노심설계 운영능력과 노심관리 프로세스를 개선시켜 원전 노심 안전성 향상과 주기비 최적화에 실질적인 도움이 될 것이다.

<신재생/환경C-2> 신재생에너지(12월3일 09:35~12:05 201회의장)

국내 발전부문에서의 목재펠릿 경제성 연구(정남영 한국중부발전 글로벌전략실)

리나라는 세계 10위의 온실가스 배출국이며, 에너지 자원의 빈국으로서 기후변화 대응 및 에너지 확보를 위한 “저탄소 녹색성장” 정책을 적극적으로 시행하고 있다.

저탄소 녹색성장 정책의 일환으로 ‘12년부터는 국내 발전부문을 대상으로 신재생에너지 공급의무제(RPS)를 시행할 계획이나, 신재생에너지 자원의 부족, 기술수준의 한계 등으로 국내 발전부문에서의 RPS 공급의무율 달성에는 어려움이 예상된다.

미국, 유럽 등 해외선진국에서는 이미 ’90년대 후반부터 RPS를 시행하고 있으며, RPS의 효과적인 대응수단으로 바이오매스의 혼소를 시행하고 있다.

목질계 등 바이오매스는 탄소중립(Carbon Neutral) 특성으로 인해 이산화탄소배출이 거의 없고, 기존의 석탄화력 발전소에 혼소하는 경우에는 별도의 설비개조가 필요 없으므로 초기투자비 등을 절감할 수 있다. 특히 목재펠릿의 경우에는 목재칩, 하수슬러지 등 타 바이오매스 연료에 비해 에너지 밀도가 높고, 안정적인 연료수급이 가능하므로 국제적으로 목재펠릿의 사용량이 지속적으로 증가하고 있는 추세이다.

목재펠릿의 경제성은 기존 유연탄과 비교했을 경우, 단순 연료비는 유연탄에 비해 비싼 편이나, 향후 기후변화 및 RPS 시행시 의무화되는 CO2 편익과 신재생에너지 인증서(REC) 요금 등을 고려했을 경우에는 경쟁력이 있으며, 발전원가면에 있어서도 태양광, 풍력, 소수력, 조력 등 타 신재생에너지 전원에 비교하여 저렴한 수준이다.

따라서 국내 발전부문에서는 향후 RPS 공급의무량 이행을 위한 목재펠릿의 적극적인 활용이 필요하며, 정부에서도 해외 목재펠릿 자원개발, 국내 목재펠릿 관련 인프라 구축 등 적극적인 정책수립이 요구된다.