한전 전력연구원(원장 최인규)은 국내 기술로 개발한 1,000MW 초초임계압(USC, Ultra Super Critical) 석탄화력발전소로 현재 한국중부발전이 건설중인 신보령 제1호기에 적용할 ▲지능형 운영지원시스템 ▲운전원 훈련용 USC 화력발전 시뮬레이터를 개발해 신보령화력에 설치했다.

신보령화력 1호기는 국내 최초로 전력연구원·두산중공업·한국전력기술 등이 공동으로 개발한 한국형 모델을 실증하기 위해 건설중인 USC 석탄화력발전소로 기존발전소보다 4%이상 효율을 높임으로써 발전소에서 발생하는 이산화탄소를 연간 70만톤 가량 줄일 수 있는 세계 최고효율의 청정화력 발전소다.

1,000MW 초초임계압(USC, Ultra Super Critical) 석탄화력발전기술은 전력연구원·두산중공업·한국전력기술 등이 산업부(한국에너지기술평가원) 지원 정부과제로 지난 2002년부터 2008년까지 한국형 USC 모델개발에 성공하고, 국내 최초로 2010년부터 시작해 2016년과 2017년 각각 준공할 예정인 신보령 1,2호기에 적용·실증할 예정이다.

USC는 기존 화력발전 방식으로 제작된 500MW급(보령 7·8호기)과 비교해, 신보령 1·2호기는 증기 온도가 566~593도에서 610~621도로 올라갔고, 압력은 246㎏/㎠에서 265㎏/㎠으로 높아졌으며, 발전 효율도 국내 기존 설비보다 4% 가량 높다.

이번에 전력연구원에서 개발해 지난 8월 현장에 설치한 '지능형 통합 운영지원시스템'은 발전소의 운전현황을 동일하게 모사할 수 있는 운전 및 연소시뮬레이션 기능을 포함하고 있다.

뿐만 아니라 본 시스템은 발전소의 핵심설비인 터빈, 보일러, 발전기의 운전상태를 실시간으로 감시해 이상상태가 발생하면 즉각 운전원에게 알려줘 예방조치를 취할 수 있고, 사고가  발생하면 사고의 원인을 진단하여 정비원이 조치할 수 있는 툴이 탑재돼 있어 운전과 정비의 편의성을 대폭 향상시켰다.

또 이번에 개발한 시스템에는 ▲세계 최초로 개발한 보일러 진동감시시스템 ▲패턴 인식을 통한 터빈의 이상상태 진단기술 ▲기계적 특성평가에 의한 변압기 진단기술 ▲국내 최초로 개발한 전동기 자가발전용 과열감시 센서 기술 등의 기능이 포함돼 있어 발전소 운영기술을 한 단계 높일 수 있는 계기를 마련했다.

이외에도, 전력연구원은 신보령 1호기의 상업운전 이전에 발전소의 두뇌 역할을 하는 제어시스템의 제어 로직 검증 등을 수행할 수 있는  '운전원 훈련용 USC 화력발전 시뮬레이터'를 개발했다. 시뮬레이터는 중앙제어실과 똑같은 환경을 모사해 올해 6월부터 시운전 요원 훈련에 활용하고 있다. 향후 정상 가동 중 운전 실수에 의한 사고 방지에도 크게 기여할 것이라는 전망이다.

특히, 연소전문가를 위한 '연소시뮬레이션 기술'은 혼탄평가, 열성능해석, 3차원 화로해석 등의 모듈로 구성돼 있으며, 증기측의 열물질평형계산과 화염측의 연소CFD 해석을 연계해 연소문제를 해결할 수 있다.

전력연구원은 '1,000MW급 USC 화력발전 실증운영기술'을 개발해 국내 기술로 처음 짓는 신보령 1호기의 성공적인 시운전과 상업운전을 할 수 있도록 지원을 아끼지 않을 것이라고 밝혔다.

무엇보다, 개발 시스템은 화력발전소에 IoT기술을 접목해 개발함으로써 향후 건설되는 1,000MW급 대용량 석탄화력에 확대 적용할 수 있어, 발전소의 고장정지 예방과 운영비 절감에 크게 기여할 것이라는 전망이다. 뿐 아니라  과학적 방법에 의한 체계적 발전소 운영이 가능해 화력 발전소의 지능화에 한층 기여할 것으로 기대된다.