발전소 미세먼지 배출 특성평가 및 주변국 영향 분석

전기신문 게재(http://www.electimes.com/article.asp?aid=1574311359190117002)
  - 발전소 배출 총 먼지 농도는 배출허용기준치 대비 1/2수준
  - 발전소 주변지역의 2차 미세먼지 생성량은 인근 공단지역의 1/8 수준
  - 미세먼지 배출계수는 0.177 톤/GWh(‘15)에서 0.096 톤/GWh(’18)으로 저감 확인

미세먼지로 인해 겨울은 삼한사온이 아닌 ‘삼한사미’(3일간 춥고 4일간 미세먼지라는 신조어)의 계절로 불리고 있다. 또한, 최근 ‘에어노마드족’, ‘피미족’(미세먼지를 피해 깨끗한 곳으로 떠나는 사람들), ‘맘부격차’(빈부격차에 맘(엄마)이 붙어, 미세먼지를 피해 해외로 피한다는 뜻), ‘플랜테리어’(식물 인테리어. 공기 정화 효과를 가진 식물로 집 안을 꾸미는 것) 등 신조어가 등장하는 등 미세먼지 이슈가 전 국민의 관심사로 자리 잡은 지 오래다. 이를 증명이라도 하듯, 세계 대기오염 조사기관 ‘에어비주얼(Air Visual)’이 73개국 3,000개 도시를 대상으로 연평균 초미세먼지(PM 2.5) 농도를 분석한 ‘2018 세계 공기질 보고서’에 따르면, 서울이 초미세먼지 농도가 27번째로 높은 곳으로 조사됐다.
미세먼지를 일으키는 최대 요인으로 석탄화력발전소가 지목되면서 우리나라는 석탄화력발전소에 대한 환경 규제를 강화함과 동시에 미세먼지 발생의 주범으로 지목된 30년 이상 가동한 노후 석탄발전소를 조기 폐쇄하기로 하였다. 그리고 국가기후환경회의에서는 이번 겨울부터 고농도 미세먼지가 발생하는 기간 중에 석탄화력발전소를 최대 27기까지 가동 중단하거나 출력을 최대 80%로 낮춰 운전하는 상한 제약 등을 본격 시행키로 했다고 밝혔다.
이러한 규제나 정부의 정책방향에 맞춰 한전과 발전 5사 등 전력그룹사는 미세먼지 특별대책 기구를 운영함과 동시에 미세먼지 저감 신기술을 공동 개발하는 등 미세먼지 배출 감축에 박차를 가하고 있다. 또한 각 발전사별로 환경보전을 최우선 과제로 설정하고 탈질, 탈황, 집진설비 등 각종 최신 환경오염 방지 설비와 환경감시시스템을 능동적으로 구축하기 위해 총력전을 펼치고 있다. 이들 환경설비는 기술개발 등 지속적인 성능 개선을 통해 먼지 99.99%, 황산화물 98%, 질소산화물 95%에 이르는 제거율을 나타내고 있다. 그 결과 먼지, 황산화물, 질소산화물은 법적 허용기준치보다 25~50% 이하로 나타나는 등 자발적으로 오염물질 배출을 최소화하고 있다.

특히, 한전 전력연구원은 각종 오염원에 대한 정확한 측정과 발생 과정의 분석 없이는 효과적 처방이나 개선책 제시가 어렵다는 사실에 주목하고, 대기환경영향평가의 기초이자 핵심인 정확한 배출량 산정을 실시하였다. 미세먼지 측정을 위한 측정 설비와 이동측정차량 등 미세먼지 측정 인프라를 구축하고 이를 이용하여 발전소 주변지역에 영향을 주는 주변 배출원이나 외부 영향을 과학적으로 검증하기 위해 미세먼지 공간 분포 특성평가와 오염물질 거동평가를 수행하였다. 그리고 미국 전력중앙연구소(EPRI)와 공동으로 중국 등 동북아 지역에서 발생한 미세먼지가 국내에 미치는 영향과 발전소가 국내에 미치는 기여도를 모델링 등을 통해 평가하였다. 전력연구원은 지금까지 수행한 연구를 통해 다음과 같은 연구 결과를 찾아 내었다.
먼저, 국내 최고의 미세먼지 측정 평가 인프라를 구축하고 최초로 석탄화력과 중유화력 전수를 대상으로 2017년부터 2019년 상반기까지 미세먼지 배출량을 측정하고 DB를 구축하였다.

전력연구원이 구축한 미세먼지측정인프라. 이동측정차량 2대,

기상장비 및 측정분석기 25종으로 구성되어 있다.

이들 발전소 굴뚝에서 배출되는 총먼지 농도는 4 mg/m3 이하로 이들 발전설비에 대해 정하고 있는 총 먼지 배출허용기준인 10~15 mg/m3과 비교하여 1/2 이하 수준임을 확인하였다. 또한 가스발전소를 제외하고 석탄 및 중유 발전소의 굴뚝 배출 미세먼지 농도 특성이 비슷하여 탈질설비, 전기집진기 및 탈황설비와 같은 오염제어설비를 통해 미세먼지의 배출농도를 낮출 수 있음을 확인하였다. 2018년 민간 포함 석탄발전소의 초미세먼지 배출계수는 0.096 톤/GWh로 나타나 2015년도의 0.177 톤/GWh와 비교하면 약 45% 정도 감소되었는데 이는 석탄화력발전소 오염물질 제어설비의 성능 개선을 위한 투자 등에 기인한 것으로 평가되었다.

국내 74기 발전소를 대상으로 전력연구원에서 실측한 총먼지 농도는 4 mg/m3 이하로

배출허용기준 10~15 mg/m3 대비 1/2 이하 수준으로 확인됨

전력연구원에서 산정한 미세먼지 배출계수는 석탄화력은 0.0087 kg/MWh,

중유화력은 0.0097 kg/MWh로 나타남

발전소에서 배출되는 미세먼지의 효과적인 제어 및 관리를 위해서는 정확한 측정이 우선되어야 한다. 현재 황산화물, 질소산화물, 먼지 등 발전소 배출 미세먼지 농도는 자동 연속 측정이 아닌 수동으로 간헐적으로 측정되고 있다. 향후 미세먼지에 대한 관리강화에 대비하여 전력연구원에서는 광산란법을 기반으로 미세먼지 자동연속 측정기술을 개발하고 시제품을 한국중부발전(주) 신보령발전본부 2호기와 한국남부발전(주) 삼척그린파워발전소 2호기에서 실증 운영 중이며 표준화 절차를 거쳐 전국 발전소로 확대 적용할 예정이다.
둘째, 발전소 주변 지역에서 미세먼지와 미세먼지를 만드는 전구물질 농도를 측정하고 DB를 구축하였다. 발전소 주변 지역의 미세먼지와 전구물질 농도는 주변 공단 등과 비교하여 낮은 농도 값을 보였으며 미세먼지와 전구물질의 성분 분석 자료로부터 배출원을 식별하고 기여도를 평가하여 발전소 보다는 주변 공단 등의 오염원과 중국 등 외부 유입 영향이 크다는 것을 확인하였다. 특히 고농도 미세먼지 발생일 동안 산화도가 높은 유기성 성분의 함량이 높아지는 사실로부터 이 기간 중에는 상대적으로 장시간 체류한 미세먼지가 많고 중국 등으로부터 유입된 미세먼지의 영향을 받음을 과학적으로 설명할 수 있는 자료를 확보하였다. 또한 화학공단에서 평가한 2차 미세먼지 생성량은 발전소 주변 지역에서 평가한 그것에 비해 8배 이상 높게 나타나 대기 중에서 만들어지는 2차 미세먼지의 기원과 이를 정량화한 결과를 얻기도 했다. 이와 같은 결과는 발전사 뿐 아니라 국가적으로도 효과적인 미세먼지 관리 방안수립에 중요한 정보가 될 것이다.

이동측정차량이용 오염물질 공간 분포 확인(좌),
발전소 주변지역의 2차 미세먼지 생성량은 인근 공단지역의 1/8 수준임(우)

셋째, 미세먼지 기여율을 산정하기 위해 모델링 기술을 이용하여 국내외 영향과 국내 배출원 및 지역별 영향을 평가하였다. 중국을 포함한 동북아 지역 국가들의 2016년도 미세먼지 농도 및 기상자료 등을 기반으로 EPRI와 공동으로 영향을 평가한 결과 연평균 기여율은 우리나라가 39.8%, 중국이 40% 그리고 북한 일본 등 나머지 국가들이 20.2% 영향을 주는 것으로 나타났다. 특히 2016년 1년 동안 고농도 미세먼지가 발생한 10일을 대상으로 평가한 결과 우리나라의 영향이 평균 29%, 중국의 영향이 평균 62%, 최대 80%로 중국의 영향이 크게 증가하는 것을 확인하였다. 국외 유입을 제외한 국내 배출원만을 대상으로 한 미세먼지 기여율 평가에서는 산업 분야의 영향이 가장 크게 나타나는데, 발전 분야는 약 9% 수준인 것으로 나타나 배출량 기준으로 산정한 발전소 기여율 13~15% 수준보다는 적게 나타났다.

2016년 1년 동안 고농도 미세먼지가 발생한 10일을 대상으로 평가한 결과

연평균 미세먼지 국내외 기여율은 국내 40%, 국외 60%로 나타남(좌),
국내 발생원중 발전소 영향은 약 9% 수준임(우)

모든 석탄 및 중유 발전소에 대한 배출량 평가 그리고 미세먼지 농도에 대한 발전소 기여율 평가 자료 등의 공개는 효과적인 대기 중 미세먼지 저감을 위한 정보를 제공함은 물론 국민들에게 객관적인 미세먼지 정보를 치우침 없이 공유하는 기회가 된다. 미세먼지 문제 해결을 위한 과학적이며 전략적 대응방안 수립에 활용할 수 있도록 전력연구원은 확보한 자료를 전문가를 포함한 국민 누구에게나 공개할 것이다.
지금까지 전력연구원은 미세먼지가 국가적 아젠다로 부각한 이후 3년여의 짧은 기간 동안 우리나라 발전소 미세먼지 현황 파악을 완료하고, 이에 기반하여 2020년부터는 미세먼지 저감을 위한 효과적인 저감기술 개발을 본격화할 예정이다. 발전소 굴뚝 배출미세먼지 외에 저탄장 등 기타 배출점에서 발생하는 미세먼지 저감, 기존 전기집진기로는 걸러내기 어려운 미세먼지의 효과적 포집을 위한 입자응집 조대화 기술, 배출 당시 미세먼지가 아니지만 나중에 미세먼지를 만드는 전구물질의 제어. 그리고 대기 중에서 많은 미세먼지 성분의 많은 부분을 차지하는 유기성 미세먼지 거동 연구 등을 수행할 예정이다.
이를 통해 한국전력공사가 우리나라 미세먼지 문제해결을 위한 중심적인 역할을 하고 전력연구원이 효과적인 미세먼지 저감을 위한 기술적 수단을 제공하는 원천이 되도록 할 계획이다. 또한 전력 분야가 목표로 하고 있는 2018년 대비 2030년 약 70% 미세먼지 감축 목표를 효과적으로 달성하는데 선도적 역할을 할 것이다.