미국·일본 등 7개국에서만 설비 운영
[일렉트릭파워 배상훈 기자]한국서부발전(사장 김병숙)은 2016년 8월 충청남도 태안에 국내 최초로 300MW급 석탄가스화복합발전(IGCC) 실증플랜트를 준공했다. 또한 1년간 실증운전 과정을 거쳐 성공적으로 운영하고 있다.
기존 석탄화력은 석탄을 공기와 혼합해 완전히 연소한다. 하지만 IGCC 석탄가스화 기술은 석탄에 적은 양의 산소를 공급해 부분 연소함으로써 일산화탄소(CO), 수소(H₂)가 주성분인 합성가스를 만든다.
이렇게 만들어진 합성가스는 고성능 세라믹 필터와 물리화학적 용매를 사용하는 환경설비를 거쳐 가스터빈에서 사용할 수 있도록 깨끗하게 정제된다.
IGCC는 공해물질 제거 후 깨끗하게 정제된 합성가스를 발전연료로 사용한다. 일반적인 석탄화력발전소에서 발생하는 황산화물(SOx), 질소산화물(NOx), 먼지 등을 천연가스발전소 수준으로 크게 줄일 수 있는 친환경 기술이다.
향후 이산화탄소 포집설비 연계시 기존 석탄화력발전소보다 경제적으로 온실가스 포집이 가능하다. 최신 1,000MW 석탄화력발전 효율이 42%인데 반해 IGCC는 설비 대용량화 및 고성능 가스터빈 개발에 따라 효율을 45~48%까지 달성할 수 있다.
자료제공·한국서부발전
합성천연가스 등 화학원료 생산 가능
IGCC는 신개념 발전설비다. 현재 미국, 일본 등 7개국에서만 설비를 운영하고 있다. 우리나라와 에너지 수급 구조가 비슷한 일본에선 후쿠시마와 히로노에 500MW급 IGCC 2기를 건설하는 등 IGCC 설비를 확대하고 있다.
아울러 가스화기, 합성가스용 고효율 가스터빈, IGFC(석탄가스화 연료전지) 등 IGCC 관련기술 개발을 위해 적극적으로 나서고 있다.
한편 IGCC 핵심기술인 석탄가스화에 의해 생산된 합성가스는 발전시스템에 활용된다. 뿐만 아니라 합성천연가스, 석탄액화석유, 수소·암모니아, 메탄올, 요소 등 화학원료 생산이 가능하다.
병산(Poly-Generation) 시스템을 구축할 경우 투자비 절감, 에너지 효율 향상이라는 두 마리 토끼를 잡을 수 있다. 특히 최근 언급되고 있는 수소와 관련해 정제된 합성가스의 수성가스변위 반응(Water Gas Shift Reaction)을 거쳐 수소를 대량 생산할 수 있다.
이렇게 생산된 수소는 연료전지(IGFC)에 사용해 전기를 생산하도록 하거나 압축·저장해 수소충전소 등 수요처에 공급하는 것도 가능하다.
수소 생산기술 개발 추진
서부발전은 ▲합성가스 정제를 통한 연료전지용 고순도 수소생산 ▲합성가스의 수성가스변위 반응에 촉매 대신 해양 미생물을 이용하는 바이오 수소생산 등 두 단계(Two-Track)로 수소 생산기술 개발을 추진하고 있다.
먼저 합성가스 정제 연료전지용 수소생산 기술은 지난해 6월 순도 99.99%의 수소 생산에 성공한 바 있다. 올해 9월 100kW급 연료전지와 연계해 전력생산시험을 진행한 후 2025년까지 10MW 규모로 확대할 예정이다.
해양 미생물 이용 수소생산 기술 확보를 위해선 올해 3월 경동엔지니어링과 협력해 1톤/일 용량의 실증설비를 착공한 바 있다. 올해 12월까지 실증운전 완료 후 경제성 평가를 거쳐 2025년까지 1,000톤/년 규모로 증설할 예정이다.
서부발전 관계자는 “석탄을 청정하게 사용할 수 있고 다양한 기술적 잠재 가치를 가진 IGCC를 지속해서 발전시켜 나간다면 석탄화력의 대안으로써 국가에너지 안보에도 기여할 수 있을 것”이라고 말했다.
또한 “설비 대용량화와 표준화를 통한 보급 확대로 건설비를 낮추는 노력, 신재생에너지 공급인증서(REC) 이행비용 보전, REC 가중치 상향 등 정책적 지원이 필요하다”고 밝혔다.
