[뉴스토마토 백주아 기자] "수소혼소율 50% 이상으로 가동하는 실증을 하는 프로젝트를 2023년에 시작하고 몇 년 내 수소 100% 전소까지 갈 계획입니다."
지난 30일 방문한 한국서부발전 평택 발전본부에서는 한화임팩트의 대산 실증 프로젝트인 E-class 가스터빈 수소혼소 발전 실증(H2GT Project)을 위한 해체 작업이 진행 중이었다.
한국 서부발전 평택 발전소 가스터빈과 FlameSheet 연소기 모형. 사진/한화임팩트
한화는 서부발전과 80메가와트(MW)급 액화천연가스(LNG) 가스터빈을 수소혼소율 50% 발전이 가능하도록 하는 사업을 추진 중이다. 평택 발전소에 있는 가스터빈은 지난 1994년 발전소 준공 뒤부터 사용된 초창기 모델로, 2017년 조기 운영 폐쇄 이후 4년간 현장 보존되다 좌초자산이 됐다. 터빈 수명이 15~20년임을 감안해도 스크랩하기에는 아까운 만큼 이를 활용할 대안이 필요했다.
열병합 복합 발전에 쓰이는 가스터빈은 고온·고압의 가스를 열에너지를 이용해 터빈을 가동해 기계에너지로 바꾸고 발전기를 통해 전기에너지를 생성하는 장치다. 타 엔진 형식과 비교해 소형·경량으로 높은 출력을 얻을 수 있는 장점 있다. 지난해 국내 발전원별 설비용량 총 134기가와트(GW) 중 40GW(30%)가 LNG복합 방식인만큼 국내 발전 자산 포트폴리에서도 큰 비중을 차지한다.
한화는 연료로 기존 LNG 대신 수소를 활용하는 수소혼소발전을 통해 화석 연료 기반 발전 자산을 친환경 발전 자산으로 전환하는 현실적인 대안을 찾았다. 수소혼소 기술을 활용하면 가스터빈의 장점을 유지하면서 이산화탄소 배출을 획기적으로 줄일 수 있다. 한화가 타겟으로 하는 가스터빈은 F/E 클래스로, 전 세계 가스터빈의 60%~70% 비중을 차지한다. 국내의 경우 절반 정도가 F클래스 터빈이다.
수소를 가스터빈 연료로 사용하기 위해서는 메탄 대비 높은 화염 온도와 속도 변화에 따른 현상을 제어할 수 있는 고도의 기술이 필요하다. 한화는 예혼합연소 방식을 적용해 수소혼소율을 최대 65%까지 높이면서도 질소산화물 배출을 9ppm 이하로 줄였다. 현재는 100% 전소 기술을 개발 중이다. 이 외에도 노후 가스터빈 수명을 15년 이상 연장하고 터빈의 효율·운전 성능도 개선할 수 있는 기술도 보유 중이다. 기존 발전 자산에 보유 중인 기술을 활용해 친환경 발전 전환을 앞당기는 것이다.
송용선 한화 수소사업개발담당 상무는 "수소혼소율은 실험실 단계에서 65%까지 혼소하는데 성공을 했다"면서 "혼소율이 높아지면 질소산화물 높아질 수 있지만 기본적인 탈진 설비 없이 연료 믹싱과 연소기 구조 설계 기술을 적용해 질소산화물 농도도 5.5PPM으로 환경부 규제 수준보다 훨씬 낮은 수준으로 유지된다"고 설명했다.
한화는 평택 발전소 가스터빈을 내년 2월 말까지 평택항에서 대산공장으로 바지선을 이용해 옮겨 개조해 2023년 상반기 실증을 완료할 계획이다. 수소혼소율을 50%~55%까지 유지하면 이산화탄소를 기존 대비 20% 이상 저감할 것으로 예상된다. 이후 한화는 수소와 LNG 혼합연료 공급 시스템, 가스터빈 제어 시스템 운전 데이터를 활용해 한국서부발전 서인천 복합발전소의 모든 가스터빈 8대를 LNG에서 수소로 전환한다는 계획이다.
한화는 현재 유럽과 미국 지역에 상업 가동 중인 가스터빈 수소혼소 발전 상용화 실적을 보유하고 있다. 네덜란드 남부지역 가스터빈 발전소 개조 사업(E클래스)은 123MW급 가스터빈 3기에 수소혼소율 25%를 적용했다. 미국 인디애나 복합화력발전소 개조 사업(F클래스)SMS 1.2기가와트(GW)급 가스터빈 4기에 수소 혼소 5%를 적용하고 있다. 두 발전소 모두 향후 수소 100% 전소를 달성한다는 목표다.
송 상무는 수소혼소 발전 사업 전망에 대해 "기존에 있는 설비를 재활용해 발전사 입장에서 일자리 보전을 할 수 있고 주민 수용성도 높은 편"이라면서 "태양광과 풍력 발전 처럼 일정 기간이 지나 기술이 발전하면 수소 단가도 떨어질 테지만 일정 기간 동안은 인센티브가 필요하다"고 말했다.
평택=백주아 기자 clockwork@etomato.com
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