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가스복합발전소 설계및 운영기술 자립해야

김성철 한국전력 전력연구원 수석연구원

김성철 한국전력 전력연구원 수석연구원 | 기사입력 2014/07/30 [14:00]

가스복합발전소 설계및 운영기술 자립해야

김성철 한국전력 전력연구원 수석연구원

김성철 한국전력 전력연구원 수석연구원 | 입력 : 2014/07/30 [14:00]
▲ 김성철 한국전력 전력연구원 발전연구소 수석연구원     © 국토매일
국내 발전설비 규모는 2013년 기준으로 총 84,370MW이며, 이중에서 석탄화력이 24,533MW로 전체설비의 29%를 점하고 그 다음으로는 가스복합발전이 21,920MW로 26%를 차지하며, 원자력은 세 번째인 20,716MW로서 24.5%를 차지하고 있다.

석탄화력과 원자력발전은 이미 보일러 설계 및 운영기술을 국산화 자립하여 해외에 수출을 하고 있으나, 가스복합발전은 아직도 초보적인 기술단계에 머물러 있는 실정이다.

특히 가스복합화력발전은 국내에서 타 전원에 비해 매우 빠르게 설치가 증가하고 있으며 전 세계적으로도 용량이 확대되고 있다.

특히 세계 경제위기 상황에서도 아시아 등의 개발도상국을 중심으로 한 가스터빈 수주는 증가 추세이며, 유럽은 노후 원자력 및 화력발전 대체 수요로 가스터빈 수요가 증가하고 있고, 중동국가에서도 중대형 가스터빈 수요 증가가 예상된다. 

가스복합발전은 외부로부터 공기를 가스터빈 압축기에서 고압으로 압축하고 압축된 공기와 연료를 연소기에서 연소시켜 고온, 고압의 연소가스를 얻으며 연소가스의 팽창으로 터빈을 회전시켜 발전기로 전기를 생산하는 방식이다.

가스복합발전은 기존의 석탄화력발전에 비하여 설비투자비가 적으며, 건설공기가 짧고, 소요부지 면적이 적으며, 가스를 사용하므로 청정하며 가스터빈으로 전기를 생산한 후 배열회수장치를 거쳐 열을 회수한 후 다시 증기터빈을 사용하여 전기를 생산함으로써 석탄화력보다 약 10% 이상 효율이 높은 장점을 가지고 있어 앞으로도 설치 확대가 전망된다.

요즈음 같이 전기공급 용량이 부족할 때는 시급한 전기 수요처나 전력피크를 감당하기 위해서도 가스복합발전의 보급 확대는 더욱 부각되고 있다. 

한편 국내 5개발전사가 도입하여 운영 중인 가스복합발전소의 가스터빈은 미국 GE, 독일 지멘스, 일본 미쓰비시 중공업, 프랑스의 알스톰등 4개사가 국내에 가스터빈을 공급하고 있으며, 이들 회사 중에서 GE, 지멘스, 미쓰비시 중공업등 3개 회사가 전세계 시장을 선도하며 시장점유율도 약 70%를 차지하면서 해외수요지 생산을 확대하고 있다.

가스터빈 제작사는 터빈 공급 후에는 고가의 부품을 독점 공급함으로써 높은 수익을 얻고 또 정기적인 설비 점검 후에는 연소 정밀조정 기술등의 특화된 운영기술을 패키지화하여  발전사에 제공함으로써 또 다른 수익을 창출하고 있는 실정이다.

그러나 국내 중공업사들은 고온고압의 연소가스로 운전되는 가스터빈 제작 및 설계 기술이 부족하여 해외 가스터빈 제작사의 부품교체와 관련하여 비싼 부품비용을 수용할 수 밖에 없는 현실이다. 
 
가스터빈 기술개발은 열유체, 동역학, 제어 및 소재분야 등의 기계공학 전 분야의 핵심기술이 종합적으로 활용되는 시스템 기술로서 선진국과는 높은 기술격차가 있으며, 국내 기술개발 현황은 두산중공업이 일본 MHI와 면허 생산을 통해 최근에 영월복합발전소에 가스터빈을 공급했으나 원천 기술은 아직도 확보하지 못한 상황이며, 삼성 테크윈은 1.2MW급 소형가스터빈 시제품 개발 경험이 있고 국내 국책연구소는 기초 연구 개발 중에 있다.

향후 가스터빈 전세계 시장은 120∼250MW급과 250MW급 이상의 대형가스 터빈시장이 확대 될 전망이므로, 국내의 산,학,연은 설비 신뢰성 향상과 대체부품 개발을 통해 운영비를 절감하기 위해 고온부품 설계와 제작기술을 우선적으로 개발하여야 하며, 고온부품 수명관리, 정비 기술 및 가스터빈 튜닝 기술과 같은 운영기술 자립을 위하여 노력을 경주해야 한다.

한편 정부는 대형가스터빈 국산화 개발이 대규모 투자가 필요하고 기술 성공에 대한 위험성이 크므로 국가차원의 지원정책이 필요한데, 이는 경제적인 지원을 포함하여 국내기업이 개발한 기술을 적용할 수 있는 여건 제공 및 높은 위험성을 최소화 하기 위한 방안등을 종합적으로 지원하여야만 한다.
 
이를 통해 국내 주요부품과 보조기기 및 핵심 소재인 터빈 주조품의 국산화 자급 체제를 구축하여 국내 중소기업의 집중 육성이 가능해질 것이다. 이는 국내 기업들이 가스터빈시장의 미래 먹거리 창출을 위한 세계시장에 진입하는 계기가 될 것이다.
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