21일 산업통상자원부, 한국서부발전, 한화임팩트 등에 따르면 한화임팩트는 이날 충남 서산 소재 대산공장에서 이옥헌 산업부 수소경제정책관, 김태균 한국전력 기술혁신본부장, 김희철 한화임팩트 대표이사, 손영창 한화파워시스템 대표이사 등이 참석한 가운데 수소터빈 발전 실증 기념식을 가졌다.
수소 혼소 터빈은 가스터빈에 액화천연가스(LNG)와 수소를 혼합해 연소시켜 전기를 생산하는 발전기다. 기자가 이날 수소터빈 발전 설비를 방문해 직접 확인한 수소 혼소율은 51%대였다. 한화임팩트는 서부발전과 80메가와트(MW)급 중형 LNG 가스터빈에 수소를 최대 59.5%까지 혼소하는 기술을 실증했다. 상업 운전이 가능한 중대형 가스터빈에서 60%에 육박하는 수소 혼소 발전 실증에 성공한 것은 세계 최초다. 일본(1MW), 이탈리아(11MW) 등은 혼소율 100%를 실증했으나 아직 소형 규모이며 네덜란드(140MW), 미국(150MW) 등은 혼소율 40% 수준이라는 것이 한화임팩트의 설명이다.
59.5% 혼소율에서 LNG 전소(100%) 발전 대비 배출가스 내 이산화탄소 저감율은 실증 목표 최고 수준인 22%였다. 대기오염물질(NOx) 배출량은 국내 LNG 가스터빈 발전소의 대기오염물질(NOx) 배출허용기준 20ppm 대비 약 30% 수준인 6ppm 이하로 저감했다.
온실가스 배출량을 감축하면서 안정적인 발전 출력을 유지하기 위해서는 화염 제어 기술이 관건이다. NOx는 연소기 내 화염의 온도가 높아질수록 더 많이 배출되는데, 수소는 LNG보다 화염 온도가 높고 7~8배 빠른 속도로 연소돼 연소기의 화염이 연료 공급장치로 역류해 손상을 입히는 '화염 역화' 현상을 야기한다. 한화임팩트는 별도의 저감장치 없이 연소 조건을 제어해 저공해 연소가 가능하도록 하는 연소기 기술을 개발해 배출가스 내 NOx를 6ppm 이하로 저감했다.
한화임팩트는 실증 시험을 위해 서부발전의 평택1복합 발전 설비에서 노후돼 운행 정지한 LNG 가스 터빈을 재배치해 국산 기술로 터빈 구동을 위한 보조기기들을 구축했다. 수명 연한이 거의 다 된 LNG 가스터빈 수명을 20년 이상 연장한 것이다. 운전을 위한 연료는 한화 계열사의 부생가스에서 나온 수소로 조달했다.
송용선 한화파워시스템 수소사업부 상무는 "새로운 발전기로 발전소를 새로 짓는다는 관점 보다는 기존에 이용하던 가스터빈 연소기를 교체해서 활용할 수 있다"며 "한국에 가장 많은 발전원 중 하나가 가스터빈인데 이를 친환경 발전으로 전환할 수 있다"고 설명했다.
한화임펙트는 서부발전과 상업 운전 중인 150MW급 서인천복합발전에 혼소 발전 기술을 적용하는 방안을 공동개발할 계획이다. 또한, 국내 8개 중소·중견기업과 협력해 F급(150MW) 가스터빈에 수소혼소 연소가 가능한 기술개발 및 실증을 위한 국책 사업을 진행 중이다.
권창원 서부발전 복합운영부장은 "서인천 가스터빈은 평택과 기본적인 구조가 같은 대신 용량이 크고 연속 온도가 높다"며 "그렇다 보니 또 다른 테스트가 필요한 상황이고 정부 연구개발(R&D)로 진행할 예정"이라고 밝혔다.
수소 혼소 발전은 온실가스 감축과 수소 생태계 확장에 기여하는 기술이다. 정부는 2030년까지 국가온실가스를 2018년 대비 40% 감축키로 했다. 수소터빈 발전은 무탄소 발전 인프라를 구축해 탄소중립을 이루기까지의 징검다리 역할을 하며, 수소 전소(100%) 발전에 성공할 경우 그 자체로 탄소중립이 가능한 기술로 꼽힌다. 정부의 전력수급기본계획에 수소·암모니아 혼소 발전을 온실가스 감축 수단으로 제시돼 있다. 국내외 청정수소 생산기지 구축, 연료공급 인프라 건설 등 대규모 투자 유치도 장점으로 꼽힌다.
이옥헌 산업부 수소경제정책관은 "수소·암모니아 발전 비중을 2030년 2.1%, 2036년 7.1%로 확대해 나갈 계획"이라며 "향후 글로벌 수소발전시장이 급격히 성장할 것으로 예상됨에 따라 우리 기업이 수소터빈 시장을 선도해 나가길 기대한다"고 말했다.
서산=정석준기자 mp1256@dt.co.kr
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