[일렉트릭파워 배상훈 기자]우리나라 경제 성장을 뒷받침한 전력산업은 기후위기와 국제정세 변화 속에서 전환점을 맞고 있다. 정부는 현실적인 탄소중립 이행방안 마련과 에너지 안보 확립이라는 두 마리 토끼를 잡기 위해 주력하고 있다.

이 같은 상황에서 국내 발전설비 기술개발 현황과 적용사례를 공유하는 자리가 마련됐다. 참석자들은 우수한 발전기술을 공유하고 기술 개선 고도화를 위해 상호 소통했다.

5월 26일 더케이호텔서울에선 ‘2022 발전기술 세미나’가 열렸다. 이 세미나는 한전 전력연구원·민간발전협회·전력문화사 일렉트릭파워가 공동으로 개최했다.

이 자리에는 유연백 민간발전협회 상근부회장, 주용진 한전 전력연구원 발전기술연구소장 등 관계자 130여 명이 참석했다.

유연백 민간발전협회 상근부회장은 “재생에너지 확대, 탈탄소화는 물론 복잡한 대내외 에너지 환경 변화에 대응하기 위해 합리적인 에너지믹스가 뒷받침돼야 한다”고 말했다.

특히 “에너지 정책은 시대별 경제발전과 산업구조, 대내외 상황에 따라 달라질 수 있다”면서도 “에너지 공급 안정성 확보라는 기본원칙은 변할 수 없다”고 강조했다.

그는 또 “전력의 안정적인 공급과 함께 지속가능한 에너지전환 시대를 열어가기 위해선 전력인 모두의 역량과 마음을 모아야 할 때”라고 밝혔다.

주용진 한전 전력연구원 발전기술연구소장도 “전 세계적으로 탄소중립이 가장 큰 화두가 되고 있다”며 “탄소중립을 조기에 달성하는데 발전분야가 가장 큰 영향을 미칠 것”이라고 전망했다.

이어 매년 열리는 발전기술 세미나가 탄소중립을 조기에 달성할 수 있는 기술교류의 장이 되길 기대했다.

“연소동압 감시, 고온부품 손상 방지”
가스터빈 블레이드는 1,350°C의 고온에서 3,600RPM으로 고속 회전한다. 국외 제작사에서 전량 수입하고 있다.

다만 국산 가스터빈 블레이드 시제품 개발시 성능검증이 곤란한 단점이 있다. 발전사의 경우 성능 미검증 시제품 장착에 따른 설비파손 우려도 있다. 품질평가기준과 성능검증 기술이 부재한 점도 문제점으로 꼽히고 있다.

국산 가스터빈 블레이드 상용화를 위해서라도 블레이드 시제품 성능검증 기술을 조기에 확보할 필요가 있다.

정진성 한전 전력연구원 책임연구원은 이번 세미나에서 ‘가스터빈 블레이드 국산 시제품 신뢰성 평가 기술’에 대해 발표했다.

가스터빈 블레이드 성능검증 기술은 블레이드 시제품을 장착해 고온고속회전, 고온 열피로, 대형진동가진 시험을 실시하고 블레이드 품질과 성능을 평가하는 기술이다.

정진성 책임연구원은 “이 기술을 가스터빈 블레이드 성능 검증과 소재 물성평가에 활용할 계획”이라고 밝혔다.

또한 “1,500°C급 시제품 블레이드 성능 검증, 국내 중소기업 기술지원에 활용될 것”이라며 “국산 시제품 활용성을 높이고 OEM 블레이드 수명평가를 통해 사용주기 연장을 검토하게 된다”고 설명했다.

한편 ‘가스터빈 동압센서 건전성 평가장치 개발’에 대한 발표도 이어졌다. 가스터빈 연소기 내부 연소현상 계측과 연소튜닝 작업시 연소동압 계측센서는 필수다. 동압센서는 연소기 내부 연소현상에 의한 연소동압을 정밀하게 계측하는 센서다.

신주곤 한전 전력연구원 선임연구원은 “실시간 연소동압 감시는 연소기 고온부품 손상을 방지한다”고 밝혔다.

업계에 따르면 연소동압 이상신호 발생시 센서 제작사를 통한 성능평가 요청 외에 자체시험장치는 부재한 상황이다. 센서 제작사 평가 요청시 해외배송은 기본이고 성능평가 소요시간도 약 10일 소요된다.

신주곤 선임연구원은 “가스터빈 제작사 권고에 따라 동압센서의 단순 주기적 교체로 운영비가 투입되고 있다”고 말했다.

이와 관련해 발전용 가스터빈 동압센서는 메깃(Meggitt)사와 PCB사에서 공급하고 있다 개당 3,000만원 정도 책정돼 있다. 가스터빈 1기당 14~20개 설치하는 것으로 알려져 있다.

동압센서 건전성 평가장치 현장활용 방안은 두 가지가 있다. 먼저 예방정비시 연소기 케이스에서 분해된 센서가 대상이다.

두 번째는 예방정비시 연소기 케이스에 장착된 센서가 대상이다. 이는 현장 활용성 제고를 위해 평가 1·2로 세분화했다. 평가 1에선 공압·음압 평가장치, 평가 2에선 수압 평가장치에 대해 분석한다.

신주곤 선임연구원은 “공압 평가장치는 4bar로 가압해 압축공기를 분사한다”며 “0.5bar의 압력파를 생성해 센서 민감도를 측정한다”고 설명했다. 이어 “음압 평가장치는 5kHz의 사인(Sine)파를 발생한다”며 “센서 주파수 대역 측정이 가능하다”고 말했다.

수압 평가장치의 경우 동압측정튜브에서 20bar로 가압해 작동유체를 분사한다. 아울러 압력파를 생성하고 전파해 압력파를 계측·비교한다.

신주곤 선임연구원은 신품 동압센서에 대해 “동압센서 제작사 FAT(Factory Acceptance Test)를 통과한 제품”이라며 “높은 재현성, 높은 신속성, 높은 편의성을 확보할 수 있었다”고 밝혔다.

실시간 소비연료 성상 예측기술 개발
기력발전 운영환경 변화로 인해 저품위연료에 대한 혼합비중이 확대되고 있다. 때문에 보일러 화로 하부에서의 발열 지연으로 인한 국부과열 등 연소 불안정 현상이 발생한 바 있다.

특히 연소 불안정 현상에 의한 오염물질과 전열면 회분 고착량을 낮추고 지속해서 열효율을 관리할 필요가 있다. 국부과열은 오염물질 발생, 전열면 회분 고착은 열효율 저하 원인이다.

김진수 한전 전력연구원 일반연구원은 “보일러 연소 최적화에 필요한 실시간 소비연료 성상 데이터가 없는 상황”이라며 “시료취득시점(연료혼합설비)부터 연소시점(보일러)까지 수시간, 성상분석 결과 산출에 수일이 걸린다”고 우려했다.

이에 한전 전력연구원은 기력발전 연소 최적화를 위해 ‘실시간 소비연료 성상 예측기술’을 개발했다.

김진수 일반연구원은 “오랜 경험의 발전현장 관리자는 연소 관련 운전 데이터 경향으로부터 소비연료를 추정한다”며 “발전현장 관리자의 추정 능력을 모방하는 가상계측(Data-driven Sensing) 기술을 개발하게 됐다”고 밝혔다.

이어 “인공신경망 기반 가상계측 모델을 활용해 다양한 보일러 운전과 소비연료 성상 조건에 유연성을 부여했다”고 말했다.

실시간 소비연료 성상 예측기술은 소비연료 성상 데이터를 운전 데이터 시계열로 조정한다. 또한 사일로 적재량 변화와 연료공급기 공급량 데이터를 활용한다.

아울러 가우시안 확률 과정 기반의 데이터 선형화 처리 기법을 활용했다. 운전 데이터 변동성을 낮추는 동시에 안정적 증감 특성을 지닌 학습 데이터도 확보했다.

김진수 일반연구원은 “1:1 모델 학습·예측 과정에서 산출되는 오차를 참고해 각 성상 항목의 예측에 기여하는 다수의 운전 데이터 항목을 선정했다”며 “신경망 구조 탐색을 통해 가상계측 모델 예측 성능을 최적화했다”고 말했다.

특히 “발전현장 운전정보 시스템과 연계해 실시간으로 소비연료 성상을 산출하고 있다”며 “예측결과 오차율은 3% 이내”라고 설명했다.

향후 한전 전력연구원은 연소 최적화 어플리케이션과 연계해 회분 고착·오염물질 저감이 가능한 운전조작 조건 가이던스를 제공할 계획이다. 열효율 관리 어플리케이션과 연계해 보일러 운전 중 실시간 열효율 관리체계도 구축한다.

김진수 일반연구원은 “발전현장 연료정보 시스템과 연계해 암모니아(NH₃) 혼소 등 소비연료 다변화에 대응할 것”이라고 밝혔다.

배관 내·외부 CFRP 보수 실증 중
원자력발전소 해수배관은 원전 안전등급기기 등을 냉각하는데 필요한 해수를 취수하는 설비다. 탄소강 배관 내부에 부식방지를 위해 내부 피막재로 피복돼 있다.

정광운 한전KPS 선임연구원은 ‘발전설비 대구경 배관 누설부위 CFRP 보수 기술’에 대해 발표했다. 이 기술은 안전등급 해수배관 손상부위 긴급복구대책을 확보하고 원전의 안정적 운영에 기여하는 게 목적이다.

그는 “해수배관 CFRP 보수 기술기준(CC N-871)을 분석했다”며 “정비대상 배관을 선정했다”고 말했다.

한전KPS는 대구경 배관 내·외부 CFRP 보수 정비방법을 선정했다. 내부는 핸드레이업 또는 인퓨전, 외부는 인퓨전 방식이다.

현재 대구경 배관 내·외부 CFRP 보수 실증시험을 진행하고 있다. 외부는 24인치 배관 인퓨전 CFRP 보수 검증을 완료했다. 이는 위상배열 초음파탐상검사(PAUT)가 가능하다. 내부는 36인치 배관 핸드레이업 CFRP 보수 실증시험이 진행 중이다.

정광운 선임연구원은 “배관 내·외부 CFRP 보수부위 PAUT 기술을 개발하고 있다”며 “2·3등급 해수배관 CFRP 보수방법에 대한 케픽(KEPIC) 적용사례를 개발하고 있다”고 밝혔다.

또한 “원자력·화력발전 분야 대구경 배관 보수와 예방정비에 활용 가능하다”고 제언했다.

한편 이번 세미나에선 ▲발전설비 조기경보 앱(Siren-X) 개발 ▲석탄화력 유연운전용 SCR 환경설비 최적화 기술 ▲부유식 수상태양광 유지관리 기술개발 현황 ▲운전유형에 따른 증기터빈 로터 건전성 평가 등 다양한 주제발표가 이뤄졌다.