[르포] 고철 덩어리였던 가스터빈, 수소 기술 요람되다

입력 2021-12-01 11:10

한화임팩트, 한국서부발전 노후 가스터빈 활용해 수소혼소 실증사업
2023년 초 연소실험 예정…성공 시 대산공장서 100% 혼소율 목표
최근 美 Linden Cogeneration 수소혼소 가스터빈 개조 사업도 수주

▲한국서부발전 평택1복합 발전소 가스터빈의 모습. (사진제공=한화임팩트)
▲한국서부발전 평택1복합 발전소 가스터빈의 모습. (사진제공=한화임팩트)

수소혼소는 불가능하고 낯선 기술이 아닙니다. 잠재력을 가진 기술입니다.

지난달 30일 한화임팩트 송용선 수소사업개발담당 상무는 한국서부발전 평택사업본부에서 기자들과 만나 수소혼소기술에 대해 설명하며 이같이 밝혔다.

그는 “2030년 국가온실가스감축목표(NDC)가 불가능한 기술을 반영해 도출한 감축안이라는 비판을 받는다”라면서 “수소혼소기술은 불가능한 기술이 아니라는 점을 강조하고 싶다”고 밝혔다.

이어 “수소혼소기술은 가스터빈에 수소만 넣는다고 되는 것이 아니다”라면서 “터빈 동작 온도가 높아지면 질소산화물(NOx) 배출량이 많아지는데 그것을 제어하는 것이 중요하다”고 말했다.

그러면서 “연구 단계에서는 수소혼소율을 65%까지 높이는 데 성공했으며 환경부의 질소산화물 배출 기준인 10ppm을 하회 중”이라고 강조했다.

▲한국서부발전 평택1복합 발전소 가스터빈의 모습. (사진제공=한화임팩트)
▲한국서부발전 평택1복합 발전소 가스터빈의 모습. (사진제공=한화임팩트)

이날 한화임팩트는 수소혼소 실증사업이 진행 중인 한국서부발전 평택1복합 발전소의 80MW급 가스터빈도 기자들에게 공개했다.

이 가스터빈은 아파트 4층 높이에 11m의 폭, 28m의 길이, 300톤(t)의 무게로 거대하면서도 낡은 시설이었다. 외관은 쓸모를 다한 듯 보였지만 이 가스터빈은 조만간 국내 ‘수소혼소’라는 미래 친환경 기술의 요람이 될 예정이다. 한화임팩트가 이 설비를 활용해 수소혼소 발전 실험에 나선 것이다.

1991년에 착공된 이 가스터빈은 착공 3년 뒤인 1994년 6월 준공됐다. 1990년대 후반부터 2010년 초중반까지는 운전되다가 효율이 떨어진다는 판단에 2015년부터는 가동을 멈춘 상태로 보존돼왔다.

한화임팩트가 수소혼소 발전에 가스터빈을 활용하는 것은 무엇보다 소형ㆍ경량으로 높은 출력을 얻을 수 있다는 장점 때문이다.

가스터빈의 에어 덕트에 공기를 주입하면 터빈 안에서 연료와 만난다. 10개의 연소기를 거쳐 연료와 공기가 합쳐지면 가스가 물리 에너지로 바뀐다. 이 에너지가 가스터빈 뒤편에 있는 발전기를 돌리는 식이다.

한화임팩트는 노후한 가스터빈 활용 방안과 탄소배출 저감을 고민하는 발전소들에 수소혼소 기술을 적용할 수 있을 것으로 기대하고 있다. 특히, 부생가스 처리에 어려움을 겪고 있는 정유시설에 추가로 적용할 수 있을 전망이다.

회사 관계자는 “50~55%의 수소혼소율을 목표로 하고 있으며 이를 통해 약 20%의 온실가스를 줄일 것으로 기대한다”면서 “올해 말 정도에 테스트 준비를 해 2023년 2월경 연소실험을 한 뒤, 실험이 성공하면 대산공장에서 100% 전소를 목표로 연구할 것”이라고 밝혔다.

▲수소혼소 발전의 주요부품인 FlameSheet 연소기. (사진제공=한화임팩트)
▲수소혼소 발전의 주요부품인 FlameSheet 연소기. (사진제공=한화임팩트)

한편, 한화임팩트는 최근 미국에서 Linden Cogeneration 수소혼소 가스터빈 개조 사업을 수주했다고 1일 밝혔다. 172MW(메가와트)급 가스터빈 1기에 40% 수준의 수소혼소율을 적용한다.

기존 네덜란드 남부지역 발전소에 적용했던 25%보다 높은 혼소율이다.

한화임팩트는 최신 기술인 FlameSheetTM를 활용해 수소혼소를 적용하면서도 질소산화물 발생을 9ppm 이하로 줄였다고 강조했다.

인근 정유 공장에서 발생하는 부생가스를 연료로 쓸 수 있도록 했다. 부생가스는 태우면 환경오염 물질을 배출하는데, 이를 연료로 활용해 연료비를 낮추면서 오염물질 배출도 최소화한 것이다.

한화임팩트 관계자는 “2023년에는 서부발전 서인천발전본부 가스터빈 1기에 수소혼소 발전을 적용해 연간 이산화탄소 1600만 톤을 줄일 계획”이라며 “탄소 중립을 2050년에서 2047년으로 3년 단축을 목표로 해 탄소중립사회 구현에 앞장서 나갈 계획”이라고 말했다.

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