화력발전에게 ‘탄소중립’이 현실로 다가오고 있다. 건설을 계획 중이거나 현재 운영 중인 발전소는 세계선도급 안전 및 환경 기준과 고도의 경제성을 달성해야 살아남을 수 있을 것으로 보인다. 이에 안정적 전력공급이라는 본연의 역할을 뒷받침하면서도 강화돼가는 발전소 운영상의 제약으로 인해 발전설비의 정확한 성능을 평가하고 개선방향을 제시해 줄 수 있는 성능시험이 더욱 중요해지고 있다.

대한전기협회와 한전 전력연구원, 에네스지는 공동으로 화력분야 탄소중립 정책방향과 시사점에 대해 짚어보고 다양한 지식과 경험을 공유하기 위해 지난 10월 29일 강원 정선 하이원 그랜드호텔에서 ‘제10회 KEPIC 성능시험 워크숍’을 개최했다.

김태형 “탄소중립, 필수 불가결한 요소 … 현재 기술로 달성 어려워”
가장 먼저 김태형 한국남동발전 인재기술개발원 신에너지시스템그룹장이 화력발전 탄소중립 정책방향 및 시사점이란 주제로 발표에 나섰다.

김 그룹장은 “전 세계적으로 ‘탄소중립’이라는 단어가 화두의 중심에 있다”며, “UN 주도하에 강력하게 이를 달성하기 위하여 부과된 의무 감축량의 대응을 위해 수송부문, 주거부문, 산업부문 등에 대한 정책적인 노력이 이뤄지고 있다”고 설명했다. 이어 “우리나라의 이러한 방향성이 바뀔 가능성은 없어 보인다”며, “기후 깡패로 불렸던 중국도 ‘탄소중립’을 선언했고, 유럽의 탄소 국경세 도입 및 화석연료 사용에 대한 투자를 배제하는 ESG 경영 등 수출을 통해 성장하는 우리의 현실에서 ‘탄소중립’은 필수 불가결한 요소인 것만은 분명하다”고 강조했다.

그는 “전력 부문에서도 기존의 화석연료 기반에서 수소 등 무탄소 발전원 및 재생에너지로의 전환이 가속화 되는 실정”이라면서, “현재의 CCUS, 즉 이산화탄소 포집 및 저장, 이용 기술로는 이를 달성하기가 쉽지 않은 상황인 것만은 분명하다”고 지적했다.

이정우 “LNG 발전 · 무탄소 수소터빈 확대 전망 … 개발 제품 실증 예정”

이정우 두산중공업 수석은 ‘H급 대형 가스터빈 개발 현황 및 탄소중립을 위한 수소터빈의 역할’이란 주제발표를 통해 “정부의 에너지 및 탄소중립 정책에 따라 친환경성과 전력공급 안정성 그리고 유연성을 모두 갖춘 LNG 발전과 무탄소 수소터빈이 확대될 것으로 보인다”고 전망했다.

이 수석에 따르면 H급 대형 가스터빈 개발 현황 및 탄소중립을 위한 수소터빈의 역할과 가스터빈 설계·제작 기술은 전 세계 4개국만 보유하던 고난도 기술이다.

이 수석은 “그동안 국내에 설치된 가스터빈은 전량 수입해 왔다”면서 “매년 유지보수를 위한 비용도 해외로 유출됐다”고 말했다. 이어 “해외 의존도 극복을 위해 두산중공업은 지난 5월부터 산업부 국책과제로 발전소 핵심 기자재, 플랜트 최적화 엔지니어링, 환경설비품 등에 대한 국산 표준화를 진행하고 있다”며, “국내 발전 5개사(남부발전, 중부발전, 서부발전, 동서발전, 남동발전)도 과제 참여기업이자 수요기업으로 동참해 개발제품을 실증할 예정”이라고 전했다. 이어 “두산중공업은 친환경 발전원인 수소를 연료로 하는 수소터빈 기술을 개발하고 있다”며, “수소터빈은 탄소중립은 물론 전력공급 안정성과 부하변동 대응을 모두 가능하게 해 수소 경제 전환에 핵심적인 역할을 담당할 것으로 보인다. 수소를 LNG와 혼소해 사용하면 기존 LNG사용에 비해 온실가스 배출을 현저히 줄일 수 있고, 100% 수소만 사용할 경우 온실가스 배출이 전혀 없다”고 말했다.

백세현, 발전시스템 연소열성능 온라인 모니터링 및 시뮬레이션 기법 소개

백세현 한전 전력연구원 책임연구원은 발전시스템 연소열성능 온라인 모니터링 및 시뮬레이션 기법을 소개했다. 백 연구원은 “발전설비에 대한 고전적인 성능진단기법은 인수성능시험, 주기성능시험 및 전력거래를 위한 비용평가 성능시험 등이 있다”며, “시험의 목적은 주로 현재 시점의 발전소 성능의 절대 값을 정확히 평가하는데 중점을 두고 있다”고 설명했다.

이어 “발전소를 운영하는 실무에서는 성능시험 시점에서 성능이 얼마인지 정확히 파악하는 것도 중요하지만 평상시 운전 중에 단위설비들의 열역학적 성능, 물리적 열화상태, 손실요소들을 연속적으로 파악하고 취약설비 및 성능개선 요소를 찾아내는 것도 필요하다”며, “각각의 단위설비별 성능관리 지표 들에 대해 실측성능계산 결과와 기대성능 계산 결과 값의 편차인 이탈성능을 계산하고 편차의 변화경향을 분석하는 것이 핵심”이라고 밝혔다.

MPT-CET 표준 새롭게 개발 … 발전비용 산정 공정성 높여
구도훈 에네스지 수석연구원은 발전비용평가시험의 이해란 주제로 발표를 진행했다. 구 수석연구원에 따르면 ‘비용평가 세부운영규정’에서는 성능시험의 기준 Code로 KEPIC MPT-46(발전플랜트 성능시험)을 규정하고 있다. 성능시험 방법으로는 입출력법을 적용하는 것으로 명기되어있는 반면 KEPIC MPT-46(발전플랜트 성능시험)에서는 균질성상의 고체연료는 간접적인 방법, 즉, 에너지정산법을 적용할 것으로 명기하고 있다. 연료량과 발열량에 대한 불확도가 높기 때문에 이를 측정해 직접 반영하는 입출력법의 불확도가 높아지기 때문이다.

실례로 A발전소 비용평가 성능시험에서는 실제 석탄사용량과 발열량을 이용해 산출한 열효율의 신뢰가 떨어져 해당 발전기의 인수성능시험이나 주기성능진단시험에서 취득한 열효율 등의 일부를 임의 선택해 열효율을 추정한 것으로 확인됐다. 감사원 감사에서도 ‘발전비용평가를 위한 성능시험 기준 불합리’와 성능시험 결과의 신뢰성 결여가 빈번히 발생됨에 따라 균질성상 고체연료를 사용하는 발전기의 비용평가를 위한 성능시험이 제대로 수행될 수 있도록 하려는 개선방안 마련이 시급하다는 지적이 있었다.

이에 대한전기협회는 전력거래소에서 발주된 용역을 통해 현재 유지·관리 중인 KEPIC MPT(성능시험) 표준을 기반으로 더욱 세부적인 기준(에너지정산법의 절차, 산정해야 할 보일러 열손실/열출력 항목과 부가입열 항목 선정, 보정항목 선정, 방열손실과 미측정손실 설정, 유량계 특설 여부, 계통격리 범위 설정, 연료 샘플링 절차 등)을 마련해 MPT-CET(비용평가 성능시험) 표준을 새롭게 개발했다.

구 수석연구원은 “개발된 기술 기준을 통해 어느 기관이 시험을 수행하더라도 시험 수행자의 임의적 판단 요소를 최소화해 발전비용 산정의 공정성 및 신뢰성을 높이고, 점진적으로 성능시험을 수행할 수 있는 역량을 갖춘 인력 및 기관을 확대하는 기반을 구축할 계획”이라고 밝혔다.

이훈 기자 hoon@kea.kr

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