발전용 가스터빈 연소기술, 화력발전소 장착

[산업일보]
우리나라 전체의 발전 설비에서 가스는 32.5%, 발전량으로는 22%를 차지하고 있다. 또한 국내 발전소에서 사용되는 가스터빈 수는 약 50여대다.

현재 연소기와 같은 가스터빈 고온부품의 국내 시장은 1년에 1,000억 원이 넘는 규모다. 가스터빈 연소기는 고온·고압에서 운전되기 때문에 적어도 3년에 한 번씩은 교체를 해야 하며, 이 또한 고가의 외국 제품에 의존해 왔다.

세계적으로 셰일가스 생산량이 증가하면서 발전용 가스터빈의 수요도 커지고 있다. 국내에서도 국가 R&D사업을 통해 가스터빈 국산화 기술 개발에 박차를 가하고 있다.

미래창조과학부 산하 한국기계연구원(원장 임용택, 이하 기계연) 환경기계시스템연구실 김한석 박사팀은 ㈜성일터빈(대표이사 우타관), 한국남동발전㈜(대표이사 허엽)와의 공동 연구를 통해 국내 최초로 국내 설계기술을 적용한 발전용 가스터빈 연소기를 분당복합화력발전소에 설치했다고 밝혔다.

발전용 가스터빈은 고도의 설계기술이 필요한 분야로, 항공기 엔진과 같은 원리로 운전된다. GE/알스톰, 미쓰비시 히타치 파워 시스템스(MHPS), 지멘스 등 세계 주요 회사들만이 본 기술을 독점하고 있으며, 기술 공개를 기피하는 분야로 현재 국내에서 사용하는 발전용 가스터빈은 모두 외국 제품이다.

분당복합화력발전소에 설치돼 있던 가스터빈 연소기도 다국적기업 제품으로, 대당 10억 원을 넘는 교체 비용이 들고 있었으며, 이번 2대의 국산 연소기 설치를 통해 20억의 수입 대체 성과를 거뒀다.

가스터빈 연소기가 작동하면 연소실 내부 화염대의 고온부에서 공해성 물질이 발생하게 된다. 기계연 김한석 박사팀은 연료와 공기를 균일하게 공급해주는 방법으로 연소실 내부의 고온부 발생을 제어함으로써, 기존 연소기와 비교해 공해성 물질을 30%나 저감시키는 결과를 얻었다.

연구책임자인 기계연 김한석 박사는 “실제 화력발전소에 적용될 수 있었던 가장 큰 요인은 발전사의 발전플랜트에 대한 운전특성 자문과 이를 통한 출연연의 원천기술 개발 및 중소기업과의 제품 공동 개발 등 삼박자가 잘 맞아떨어졌기 때문”이라며, “이번 성과가 국내 가스터빈 국산화 개발의 초석이 될 것”이라고 밝혔다.

한국기계연구원 임용택 원장은 “연구원의 중장기 핵심 기술을 육성하는 플래그십 과제로 ‘고효율 발전용 가스터빈’ 기술 개발에 주력하고 있다.”며, “셰일가스 플랜트 기계기술과 연계한 가스터빈 연소 기술 등 가스터빈 관련 기술 개발에 역량을 집중할 계획”이라고 말했다.

한편, 기계연 기술을 이전받아 가스터빈용 연소기를 국산화하는 데 성공한 ㈜성일터빈은 기계연의 연구원 보유기술 및 인프라를 지원받는 KIMM Family 기업으로, 외국에 관련제품 수출을 계획하는 등 국산 기술로 선진국과 당당히 경쟁하며 성장하고 있다.