[일렉트릭파워 배상훈 기자]발전분야 기술 개발을 촉진하고 기업 간 정보공유를 통해 공동협력을 도출하기 위한 장이 마련됐다. 발전설비에 대한 새로운 기술 습득은 물론 실제 현장에서 사용되는 기술과 정비방법에 관한 정보를 교류하는 데 초점을 맞춰 진행됐다.

올해 6회째 진행된 2019 발전기술세미나는 5월 3일 더케이호텔서울에서 열렸다. 이번 세미나는 한전 전력연구원·민간발전협회·전력문화사 일렉트릭파워가 주최·주관했다.

이날 고인석 전력문화사 일렉트릭파워 회장을 비롯해 김범수 한전 전력연구원 전문기술센터장, 김영국 한전KPS 종합기술원장, 이승재 민간발전협회 부회장 등 200여 명이 참석했다.

고인석 회장은 “최근 정부는 3차 에너지기본계획을 통해 재생에너지 확대 의지를 다시 한번 강조했다”며 “이 같은 계획을 실천하기 위해선 합리적인 전원 구성이 마련돼야 할 것”이라고 말했다.

한편 지난해 2030 국가 온실가스 감축 기본로드맵 수정안이 발표됐다. 정책 정합성 차원에서 발전원별 목표 발전량 비중도 달라질 것으로 보인다. 이와 관련해 정부는 올해 연말 발표예정인 제9차 전력수급기본계획에서 구체적인 수치를 제시할 예정이다.

고인석 회장은 “향후 에너지전환 과정에서 세제 개편, 환경비용 등의 정책적 수단뿐만 아니라 기술개발 및 발전산업 생태계 보전을 위한 단계별 전략이 수립돼야 한다”고 강조했다.

혁신적 오염물질 저감기술 확보 필요
1부 세션에선 ▲가스터빈 운전지원 시스템 및 신뢰성 평가기술(장성호 한전 전력연구원 책임연구원) ▲전력산업과 미세먼지(천성남 한전 전력연구원 책임연구원) ▲발전소 변압기 주요 고장사례(황영하 한국서부발전 부장)에 대한 발표가 진행됐다.

현재 석탄화력발전소 오염물질 배출 허용기준을 살펴보면 황산화물(SOx)은 25ppm, 질소산화물(NOx)은 15ppm, 먼지는 5mg/m³다.

천성남 한전 전력연구원 책임연구원은 “강화되는 배출 허용기준 만족을 위해 탈질기술 등 혁신적 저감기술 확보가 필요하다”고 말했다.

천성남 책임연구원에 따르면 발전소 가동년수에 따른 미세먼지 배출농도는 차이 없는 것으로 나타났다. 가동년수 기준 10년 이하는 2.6mg/m³, 10~20년은 3.1mg/m³, 20~30년은 3.3mg/m³, 30년 이상은 3.3mg/m³를 기록한 바 있다.

탈황설비의 경우 전기집진기 후단의 습식탈황설비에서 습식세정원리에 의해 먼지를 추가로 제거하는 집진효과가 있다.

천성남 책임연구원은 “가동년수 30년 이상 된 노후발전소의 질소산화물 농도는 60.1ppm으로 가동년수 10년 이하 발전소의 질소산화물 농도 33.1ppm의 약 2배”라고 설명했다.

이어 “연소제어에 의한 질소산화물 저감효과 저하 및 질소산화물 저감장치(SCR) 노후화로 인해 탈질효과가 저하됐다”며 “노후발전소에는 질소산화물 제어설비 개선 등의 대책이 요구된다”고 밝혔다.

뿐만 아니라 “가스발전소에 SCR 운영시 5ppm 수준의 질소산화물 배출농도 달성이 가능하다”며 “가스발전소용 질소산화물 저감기술 개발 및 실증이 필요하다”고 제언했다.

기존 화력발전 기술 고도화 절실
2부 세션에선 ▲IoT 기반 전력설비 조기고장경보 시스템(손석만 한전 전력연구원 책임연구원) ▲4차 산업혁명 기술을 활용한 예지보전(오세웅 오닉스인싸이트 대표이사) ▲국내기술 활용 발전소 환경설비 성능 개선으로 미세먼지 배출 획기적 저감(서주식 한국남부발전 차장) ▲Zero Emission을 위한 순산소 가압유동층 발전시스템 개발(김동원 한전 전력연구원 선임연구원)에 대한 발표가 이어졌다.

손석만 한전 전력연구원 책임연구원은 IoT 기반 전력설비 조기고장경보 시스템의 내부적 기대효과로 업무의 효율성 증대 및 비용 절감, 장애예방 및 운영 안정성 확보를 꼽았다.

손석만 책임연구원은 “기기 상태진단에 필요한 데이터와 정보를 현장에서 수집·진단할 수 있다”며 “발전설비 노후화에 따른 경제적 손실비용을 절감할 수 있다”고 말했다.

또한 “이상징후 사전 도출을 통해 장애발생을 실시간으로 대응할 수 있다”고 밝혔다.

그는 또 외부적 기대효과로 기술확보 및 위상 제고, 장애 예방으로 신뢰성 확보를 들었다.

손석만 책임연구원은 “IoT 기술을 이용해 보조기기에서 다양한 데이터 수집이 가능하다”며 “고장진단 알고리즘을 통해 자산설비별 이상상태 실시간 진단 및 예측기술을 확보할 수 있다”고 말했다.

아울러 “보조기기 진단지원 시스템을 통해 발전소의 장애를 예방함으로써 발전소 보조기기 신뢰성이 증대된다”고 말했다.

한편 현 발전시장에선 기존 화력발전 기술의 고도화가 요구되고 있다. 경제성, 환경성, 연료 수급성을 만족해야 하는 상황에서 탈석탄 대응기술 또는 대안기술 개발을 실현하지 않고 신발전시장을 창출하는 것은 어려울 것으로 예측되고 있다.

김동원 한전 전력연구원 선임연구원은 이날 ‘15MWth급 CO₂ 가스화 순산소연소(가압유동층) 복합발전-1단계’ 과제를 추진하고 있다고 밝혔다. 한전 전력연구원은 현재 미국 GTI와 관련 국제공동연구를 추진하고 있다.

이 과제는 지난해 10월부터 내년 9월까지 고효율 Zero Emission 순산소 가압유동층 복합발전 기술개발 및 실증을 목표로 진행 중이다.

확보대상 기술은 ▲FBC·CFB(기포·순환유동층 기술) ▲가압 Oxy-FBC(순산소 유동층 연소) ▲유동층 고온 열분해·CO₂ 가스화 ▲순산소 가스터빈 ▲복합발전 공정시스템 ▲연료 다변화(바이오매스·폐기물) ▲배가스 제로화 기술(탈황·탈질·CO₂ 포집)이다.

순산소 가압유동층 연소(OXY-PFBC) 복합발전 기술은 가압조건(8~10bar)에서 순산소 연소를 통해 배가스 내 잠열회수가 가능하고 별도의 분리설비 없이 CO₂ 직접 포집저장이 가능한 발전방식이다.

또한 CO₂ 가스화·열분해 기술융합을 통해 초청정(Zero Emission) 고효율 복합발전을 구현하는 새로운 발전방식이다.

김동원 선임연구원은 “고효율 신발전 기술 선진화·자립화를 통한 신에너지 기술 선도, 고유의 신발전 브랜드 구축을 통한 발전시장 개척 및 수익창출이 기대된다”고 밝혔다.

이어 “기존 이산화탄소 포집 저장(CCS) 대비 전력생산비용(COE) 20% 이상 저감 등 신발전 운영을 통한 상대적 발전 운영수익 극대화가 기대된다”고 말했다.

2중 안내날개 설치··· 속도분포 개선
3부 세션에선 ▲Landfill Gas 보일러 설비의 손상사례 연구(이창호 한전KPS 부장) ▲탈질설비 최적화 유동해석 절차 및 사례(육진환 한전KPS 차장) ▲석탄화력발전소 환경설비 성능개선 설계(양복연 한국전력기술 차장) ▲가스터빈 연소튜닝 기술을 통한 질소산화물 저감(신주곤 한전 전력연구원 연구원)에 대해 공유했다.

신주곤 연구원은 연소튜닝을 “가스터빈의 안정적 운영을 위해 다양한 연소 불안정 요소를 회피하고 최적화된 연소 조건으로 연료분배비·공기량 등을 제어하는 기술”이라고 정의했다.

신주곤 연구원에 따르면 연소튜닝 파라미터별 연소 불안정 조정을 위해 부하별 파일럿 연료비와 바이패스 밸브개도량을 조정한다.

파일럿 연료비는 파일럿 노즐로 공급되는 연료량을 전체 연료량으로 나눈 값이다. 파일럿 연료의 비율을 늘려 화염 안정성을 도모하는 데 목적이 있다.

바이패스 밸브의 경우 압축공기 일부를 바이패스(bypass) 시켜 터빈 블레이드로 보낸다.

신주곤 연구원은 “질소산화물과 연소불안정성 제어는 파일럿 연료비 조절 및 바이패스 밸브로 흘러나가는 공기량을 조절해 달성할 수 있다”고 말했다.

한편 다수의 논문은 촉매 상단부 유동 불균일이 각종 문제의 근원임을 밝히고 있다.

육진환 한전KPS 차장은 촉매부위 온도 분포가 320~350°C로 편차가 크고, 덕트 버너(Duct burner) 설치 후에도 온도 편차가 줄어들지 않으며, 촉매 전단부에 이물질이 쌓이는 사례를 소개했다.

육진환 차장은 “상용해석코드인 ANSYS CFX 15.0을 사용해 탈질설비 내부 유동장 해석을 수행했다”며 “현시방 유동해석 결과 하단 단면적의 55%가 후단 유동임을 발견했다”고 밝혔다.

이어 “2중 안내 날개(Guide vane)를 설치한 결과 속도분포가 55%에서 90%로 개선됐다”고 말했다.

그는 또 요소수 슬립(slip) 현상이 발생하고 탈질설비 전후 압력강하가 크게 발생하는 사례를 소개했다. 이 경우 Grating 및 안내 날개를 부착해 개선했다.

육진환 차장은 “개선안 속도분포는 촉매 좌측 하단부와 암모니아 슬립이 예상되는 부분의 속도를 키워주는 효과가 있다”고 말했다.

아울러 “스케일을 변경해 보면 암모니아 슬립 부분의 속도를 크게 키워주는 효과를 분명히 볼 수 있다”고 밝혔다.