기존 석탄화력 대비 고효율·친환경… 2015년 실증플랜트 준공
'한국형 표준모델' 개발 완성 목표, 연관산업 해외 진출도 기대
[에너지데일리 송병훈 기자] 최근 청정석탄 이용기술의 핵심으로 떠오르는 석탄가스화 복합발전(Integrated Gasification Combined Cycle, IGCC)이 주목을 받고 있다.
이같은 관심을 반영하듯 미국 에너지 리서치 회사인 EER은 IGCC 시장을 2030년까지 전세계적으로 400GW, 1200조원 규모로 추정하고 있다.
우리나라는 지난 2006년부터 정부가 주도하는 신재생에너지 연구개발사업의 일환으로 시작돼 그동안 에너지기술평가원 주관으로 한국서부발전, 두산중공업 등이 기술을 개발해오고 있다.
서부발전 태안화력 인근 부지에 300MW급 규모로 2015년 11월 준공 예정인 국내 첫 석탄가스화 실증플랜트. IGCC에 대해 보다 자세히 알아본다.
석탄은 석유, 천연가스에 비해 이산화탄소, 황산화물 등 오염물질이 상대적으로 많다. 따라서 친환경에 대한 요구가 높아지면서 에너지원으로 기피대상이 돼 왔던 것이 사실이다.
그러나 매장량이 풍부하고 전 세계적으로 생산량이 편중되지 않으며, 저렴한 가격과 우수한 공급 안정성 때문에 발전연료의 97%를 수입에 의존하는 우리나라에서는 지속적으로 수요가 증가할 전망이다. 이에 따라 청정석탄 이용기술을 개발하기 위해 우리나라도 많은 노력을 하고 있고, 세계적으로 석유화학시대에서 석탄화학시대로 큰 변화가 일어나고 있다.
IGCC는 고온·고압 하에서 석탄을 산소, 수증기와 반응시켜 합성가스(CO+H2)를 생산하고, 이를 연료로 가스터빈과 증기터빈을 구동하는 복합발전시스템이다. 특히 기존 석탄화력에 비해 효율이 높고 공해배출이 적은 친환경 청정발전기술이다.
저렴한 운영비와 큰 발전규모로 각광받던 원전의 인기가 2011년 일본 후쿠시마 원전 사고의 영향으로 주춤거리면서 온실가스 감축을 위한 IGCC 기술이 제조명을 받게 된 것이다.
▲ 고효율·저공해… 기후변화 대응력 높아
IGCC는 현재 순 발전효율이 약 42%로 기존 석탄화력발전 효율 38~40% 대비 높은 수준이다. 여기에 향후 설비의 대용량화 및 고성능 가스터빈 기술개발이 이뤄질 경우 효율은 48~50%까지 높아진다.
석탄가스화 발전을 세부적으로 살펴보면 합성가스 생산, 오염가스 정제, 정제가스 연소단계로 이루어진다. 기존 발전설비와 달리 연료를 연소하기 전에 공해물질을 쉽게 제거할 수 있어 황산화물, 질소산화물, 먼지를 청정연료인 LNG 수준까지 줄일 수 있다. 또한 기존 석탄화력 대비 물 사용량도 20~40% 가량 줄일 수 있는 장점도 있다.
특히 IGCC는 이산화탄소 포집설비(CCS)와 연계시 기존 석탄화력에 비해 저비용으로 이산화탄소를 제거할 수 있어 약 15%의 발전단가 감소가 가능하다.
서부발전 관계자는 "지구온난화의 주범인 이산화탄소 제거비용을 포함할 경우 IGCC의 성장 잠재력이 매우 높고, 실제 이같은 점이 각국 정부에서 IGCC 투자하는 중요한 원동력이 되고 있다"고 말했다.
IGCC는 이와 함께 석탄화력발전의 환경성 문제를 개선하기 위해 개발되고 있는 청정 석탄활용기술 중 가장 상용화에 근접한 발전형식으로 알려져 있어 향후 석탄화력 발전형식의 주류로서 실용화가 가속화될 전망이다. 또 노후 석탄발전소를 IGCC로 대체시 온실가스 약 10%가 감축이 가능하다.
서부발전이 2011년 시작해 2015년 11월 태안화력발전소에 준공할 예정인 IGCC 실증플랜트는 국내 최초로 건설되는(세계적으로 7번째) 300MW급의 상용화 플랜트다.
태안 IGCC는 총 공사비 약 1조3000억원, 연인원 29만명이 투입되는 대규모 공사로 현재 건설공정률 81%를 기록하고 있다.
서부발전은 플랜트 준공 후 1년간의 실증운전을 통해 운전기술 확보하고 ‘한국형 IGCC 표준모델’ 개발을 완성한다는 방침이다.
현재 세계적으로는 Shell, GE, Uhde, Conoco-Phillips, 미쓰비시중공업 등 선진국 특정업체만이 보유한 원천기술이며, 이들 업체는 각국 정부 주도로 약 30년 이상 수조원의 개발비를 들여 실증플랜트를 현재 상용화 중이다.
따라서 우리나라도 선진국과의 기술격차를 줄이기 위해 IGCC 플랜트 설계, 제작 및 운영기술을 확보하기 위해 2006년 제14차 과학기술관계 장관회의 및 제4차 국가에너지자문회의에서 의결, IGCC 실증연구를 국책과제로 추진 중에 있다.
▲ 연관산업도 다양
IGCC 기술의 핵심인 석탄가스화 기술은 발전시스템에 적용 뿐만 아니라 합성가스 생산을 통한 대체천연가스(SNG), 청정연료(DME), 수소 생산이 가능하며 암모니아, 메탄올, 요소, 비료 등 화학원료를 생산하는 기술로 확대되고 있다. 또한 전기생산과 다양한 연료 및 원료를 동시에 생산하는 병산(Polygeneration) 시스템을 구축할 경우 비용절감과 에너지 전환 효율을 향상할 수 있다.
나아가 석탄액화(CTL) 플랜트와의 연계를 통한 액체연료 생산으로 석유 대체가 가능하며, 합성가스를 연료전지에 공급해 전력을 생산하는 석탄가스화 연료전지(IGFC) 개발, 이산화탄소의 포집 및 저장기술(CCS) 적용 등 다양한 연계기술 접목이 가능하다.
또한 300MW급 한국형 IGCC 설계·제작·운영기술이 확보되면 최근 에너지 수요가 급격히 증가하고 있는 중국 및 인도 등 아시아 시장을 포함한 세계 에너지시장에 고부가가치 플랜트의 수출은 물론 석탄합성가스를 이용한 화학플랜트용 석탄가스화기 및 정제설비 등 관련 플랜트 수출에 일익을 담당할 것으로 기대된다.
두산중공업 관계자는 “태안 석탄가스화 발전이 실증에 성공할 경우 국내에서 후속호기 제작은 물론 해외 수출도 기대된다”고 말했다.
