서부발전, 태안IGCC 내부역량·운영기술 고도화
서부발전, 태안IGCC 내부역량·운영기술 고도화
  • 배상훈 기자
  • 승인 2020.05.07 09:56
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산·학·연 합동으로 설비 개선방안 수립해 적용
대용량 수소생산 가능한 IGCC 기술도입 필요
이정수 한국서부발전 태안발전본부 IGCC발전처장
이정수 한국서부발전 태안발전본부 IGCC발전처장

[일렉트릭파워 배상훈 기자]380MW 규모의 한국서부발전 태안IGCC(석탄가스화복합발전)에는 가스화기, 가스정제설비, 복합설비, 산소설비 등 다양한 설비가 복잡하게 연결돼 있다. 이는 상호 운전조건을 맞추기 어려운 특징이 있다.

상업운전 20년 이상인 미국IGCC의 경우 이 같은 문제로 인해 최장연속운전이 2,088시간에 불과하다. 세계적으로 최장연속운전에 성공한 일본의 나코소IGCC는 준공 후 5년 만에 3,917시간을 달성했다.

이정수 한국서부발전 태안발전본부 IGCC발전처장은 “가스화 기술은 고온·고압에서 가스화 반응이 매우 빨라 연속운전을 위한 제어 및 운전기술 고도화가 필요하다”며 “탄종에 따른 운전변수도 다양해 일반 석탄화력발전보다 컨트롤이 어렵다”고 밝혔다.

이어 “태안IGCC는 상용화 초기단계시 설계·제작·운전 경험이 전혀 없어 다양한 설비 고장으로 어려움을 겪었다”면서도 “분야별로 취약한 부분을 개선하기 위해 체계적인 노력을 수행했다”고 말했다.

서부발전은 태안IGCC 준공 이후 그동안 발생했던 고장사례와 해외 선행 플랜트 고장사례를 면밀히 분석했다. 또한 설비개선, 재질변경 등을 수행해 고장을 미연에 방지했다.

특히 공정사, 제작사, 한국전력기술, 고등기술연구원 등 산·학·연 합동으로 설비 개선방안을 수립하고 이를 설비에 적용했다. 뿐만 아니라 정비자재를 조기에 확보해 운전 중 발생하는 고장에 신속하게 대처했다. 주요 정비용 자재는 국산화해 조달기간과 정비시간을 단축했다.

이정수 처장은 “발전기술원 운전능력 향상 차원에서 시뮬레이터를 활용해 비상상황에 대한 대처능력을 키웠다”며 “공정사와의 인력교류는 물론 해외 심포지엄과 해외교육에 참여해 내부역량 및 운영기술을 고도화했다”고 말했다.

태안IGCC, 무고장 연속운전 3,000시간 달성
국내 유일의 서부발전 태안IGCC는 최근 무고장 연속운전 3,000시간을 달성했다. 태안IGCC는 세계적으로 일곱 번째이자 국내 최초의 IGCC발전소다.

기존 석탄화력은 석탄을 공기와 혼합해 완전히 연소하는 방식이다. IGCC는 석탄을 고온·고압에서 불완전 연소시켜 일산화탄소(CO)와 수소(H₂)가 주성분인 합성가스를 만든다. 이어 환경설비를 통해 정제된 연료로 변환시켜 복합발전기를 구동·발전하는 방식이다.

2016년 8월 준공된 태안IGCC는 상용화 초기단계에 설계·제작·운전 경험이 없어서 여러 설비 고장으로 어려움을 겪었다. 하지만 지속적인 설비 개선과 운전기술 향상을 거쳐 3년 만에 연속운전 3,000시간을 달성했다. 현재 안정화 단계에 진입한 상태다.

3,000시간 연속운전은 미국 등 IGCC 선진국에서도 쉽게 달성하기 어려운 운영 실적이다.

IGCC는 기존 석탄화력보다 발전효율이 높다. 또한 석탄화력에서 배출하는 황산화물, 질소산화물, 미세먼지를 LNG복합화력 수준까지 크게 줄일 수 있는 친환경 발전설비다. 이산화탄소 포집설비 연계시 기존 석탄화력발전소보다 경제적으로 온실가스 포집이 가능하다.

최신 1,000MW 석탄화력발전 효율의 경우 42% 정도다. 하지만 IGCC는 설비 대용량화 및 고성능 가스터빈 개발에 따라 효율을 45~48%까지 달성할 수 있다.

IGCC는 합성가스를 이용해 수소연료 뿐만 아니라 석탄가스화연료전지(IGFC), 대체천연가스(SNG), 석탄액화(CTL), 암모니아·메탄올·요소·비료 등 화학원료를 생산하는 기술로도 확대할 수 있다.

전기와 다양한 화학원료를 동시에 생산하는 병산(Poly-generation) 시스템을 구축하면 비용절감과 함께 에너지전환 효율도 높일 수 있다.

이정수 처장은 “태안IGCC 무고장 연속운전 3,000시간 달성은 그동안 기울인 노력의 결과”라며 “건설부터 시운전, 운영에 이르기까지 묵묵히 자신의 자리에서 최선을 다한 모든 관계자에게 감사하다”고 말했다.

바이오 수소생산 기술 개발 등 추진
현재 상업운전 중인 IGCC의 세계 최장 무고장 연속운전시간은 2013년 일본 나코소IGCC와 2018년 중국 톈진IGCC가 달성한 3,917시간이다.

이외에도 서부발전은 ▲IGCC에서 생산한 합성가스 내 일산화탄소와 해양 미생물을 활용한 바이오 수소생산 기술 개발 ▲합성가스 정제를 통한 연료전지용 고순도 수소생산을 추진하고 있다.

이정수 처장은 “태안IGCC는 앞으로도 무고장 연속운전을 계속해 5월 25일 4,000시간 무고장 연속운전 달성을 목표하고 있다”며 “안정적인 설비 운영을 위해 노력하겠다”고 말했다.

아울러 “향후 노천탄광 등이 있는 해외에 IGCC 플랜트를 직접 수출하거나 현지에 석탄가스화 설비를 건설해 석탄으로 수소와 LNG 주성분인 메탄(CH₄)을 만들어 국내에 반입하는 방법도 가능할 것”이라고 전망했다.

한국서부발전 태안IGCC 무고장 연속운전 3,000시간 달성 현황
한국서부발전 태안IGCC 무고장 연속운전 3,000시간 달성 현황

IGCC 설비이용률 80% 달성 목표
‘K1 IGCC 2180’ 추진전략은 국내 유일 태안IGCC의 설비이용률을 2021년까지 80% 달성하기 위한 추진전략이다.

서부발전은 태안IGCC 연속운전 4,000시간을 달성하기 위해 설비신뢰도 확보, 운전기술 고도화 등 5대 분야 70개 추진과제를 발굴했다. 이어 서부발전 본사와 사업소가 협업해 과제를 수행하고 있다.

70개 추진과제는 핵심과제 10건, 중점과제 20건, 일반과제 40건으로 구성돼 있다.

서부발전은 설비신뢰도를 확보하기 위해 ▲장기운전 저해설비에 대한 예비기 신설 ▲부식에 취약한 설비의 재질 격상 ▲출력상향 저해요인 해소 ▲취약설비 설비개선을 추진한다.

운전기술 고도화를 위해선 한국형 IGCC플랜트 운전역량 강화 툴을 개발할 방침이다. 또한 설비감시, 예측진단 역량 강화를 통해 운영기술 자립을 이룰 계획이다.

이정수 처장은 “핵심 기자재 국산화 개발, 탄종 다변화, 소내전력 절감 등 자구노력을 통해 발전원가를 절감할 것”이라고 말했다.

이어 “산업재해 사전예방 차원에서 안전관리를 고도화할 것”이라며 “근로환경을 개선해 구성원 만족도를 높이는 등 안전제일 사업장을 구현할 것”이라고 강조했다.

마지막으로 서부발전은 공정사-제작사 간 협업체계 확대와 해외 최신기술 습득을 위해 지속해서 국내외 관련 심포지엄 참석, 국제 IGCC 심포지엄 개최 등을 통해 국내외 인적·기술적 네트워크를 구축한다.

이정수 처장은 “주기적인 실적 점검과 성과 분석을 바탕으로 체계적인 관리를 수행할 것”이라고 말했다.

휴대용 무선 CCTV 도입··· 안전 사각지대 해소
서부발전 태안IGCC는 기존 화력발전소와 다르게 화학플랜트와 동일한 안전 기준을 적용하고 있다. 지난해 900여 건의 안전시설 보강, 제도 개선 등을 실시했다. 그 결과 4년 연속 중대재해 ‘제로’를 달성했다.

이정수 처장은 “올해도 근로자에게 안전한 작업현장을 제공하기 위해 지속해서 위험요소를 발굴하고 개선하기 위한 노력을 기울이고 있다”고 말했다.

또한 “발전소 최초로 휴대용 무선 CCTV를 도입해 안전 사각지대를 해소했다”며 “3대 악성 재난 중 하나인 추락사고를 방지하기 위해 183개소에 수직사다리 안전블록 및 고소지역 다공판을 설치하고 있다”고 설명했다.

한편 서부발전은 공사금액이 적은 계약자의 안전대책 이행을 도모하기 위해 안전용품 대여제도를 시행하고 있다. 특히 IGCC 관련 작업시 꼭 필요한 복합가스감지기부터 밀폐작업용 공기호흡기까지 작업 특성에 맞는 안전용품을 대여해 상생안전을 실천하고 있다.

이정수 처장은 “재해발생 빈도가 높은 계획예방정비공사 기간에는 IGCC 발전소 직원뿐만 아니라 사외 전문가, 협력사와 합동 안전패트롤을 운영한다”며 “현장 중심의 안전관리를 시행하고 있다”고 밝혔다.

태안IGCC, 정부 R&D과제로 추진
IGCC라는 새로운 설비를 국내에 도입하고 안정화 단계에 도달하는 과정에서 협력사와의 소통과 협력은 필수다.

서부발전은 매일 진행되는 공정안전소통회의에서 협력사와 당면한 문제점, 해결 방안, 작업절차 등을 공유하고 있다.

이정수 처장은 “안전근로협의체, 안전의견 청취함, 안전신고센터, 위험작업거부 신고전화 등 협력사와 상시 소통이 가능하도록 채널을 다수 확보했다”며 “협력사의 요청과 건의사항을 지속해서 수용함으로써 작업 중 발생할 수 있는 불편사항을 최소화하고 있다”고 밝혔다.

한편 태안IGCC는 기후변화협약에 따른 온실가스 감축의무 부담과 신재생에너지 보급확대 정책에 부응하기 위해 2006년부터 정부 R&D과제로 추진됐다.

서부발전은 ‘한국형 IGCC 실증플랜트 기술개발사업’을 총괄 주관하면서 2006년 12월부터 2010년 4월까지 진행된 1단계에서 가스화 공정기술을 도입해 가스화플랜트 기본설계를 완료했다.

2011년 2월부터 2017년 10월까지 진행된 2단계에선 실증플랜트 종합설계·제작·건설을 성공적으로 추진했다.

이정수 처장은 “IGCC는 석탄회, 슬래그, 황산 등의 부산물을 재활용할 수 있다”며 “미래 청정발전으로 기대되는 에너지원”이라고 밝혔다.

지역사회 밀착형 지원사업 시행
서부발전의 사회공헌 표어는 ‘에너지로 더 나은 미래를 창출하는 행복파트너’다. 지역사회와 상생하기 위해 주력하고 있다. 지역사회의 신뢰와 공감을 확산하기 위해 지역발전, 사회봉사, 일자리 창출 등 다양한 분야에서 사회공헌활동을 펼치고 있다.

그 일환으로 서부발전은 태안발전본부에서 나오는 온배수를 활용해 최신 식물재배 환경제어기술이 더해진 한국형 스마트 팜 건설을 지원했다. 그 결과 지역농가는 지난해 농산물 138톤을 출하해 약 1억5,000만원의 매출을 달성했다.

또한 화훼농가 소득증대를 위해 온라인 판매 플랫폼 구축을 지원했다. 화훼농가는 지난해 약 2억4,000만원의 매출을 올렸다.

이정수 처장은 “어족자원 확보를 위한 치어·수산종자 방류, 취약계층 복지증진 사업, 장애인 일자리 창출을 위한 커피숍·구두수선소·푸드트럭 운영 지원 등 지역사회 밀착형 지원사업을 시행하고 있다”고 말했다.

이어 “발전소 주변에 있는 농가의 농번기 일손지원, 주변 바닷가 환경정화활동, 재능기부 등 지역사회 일원으로서 다양한 역할을 수행하고 있다”고 밝혔다.

한편 기후변화 협약, 미세먼지 등 사회적 문제로 석탄화력발전소의 수명연장과 신규 석탄화력발전소의 확대 건설은 어려운 상황이다.

IGCC는 석탄을 이용해 발전하기 때문에 석탄발전과 유사하다고 생각할 수 있다. 하지만 IGCC는 석탄을 원료로 복합발전에 사용되는 연료(합성가스)를 생산하는 미래형 고효율 복합발전 기술이다.

이정수 처장은 “국가의 에너지 안보 측면에서 매장량이 가장 풍부한 석탄을 활용한 청정발전형식인 IGCC 발전소의 확대는 필요하다”고 말했다.

특히 “황산화물, 질소산화물, 먼지 배출치가 천연가스 복합발전과 유사한 친환경 발전소”라며 “정부의 수소경제에 부응하기 위해 대용량 수소생산이 가능한 IGCC 기술도입이 필요하다”고 제언했다.

한국서부발전 태안IGCC 전경
한국서부발전 태안IGCC 전경

 


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