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HOME KEPRI홍보 보도자료[2020-03-23, 에너지신문 신재생에너지 기술 연재-⑥]2020-04-09 10:18:35
- 작성자 :
- 박상빈
- 조회수 :
- 809
「에너지신문」에 신재생에너지 관련 전력연구원 기술 칼럼 연재
⑥ 섬 지역에 ‘친환경 혼소기술’적용하다
(주소 : http://www.energy-news.co.kr/news/articleView.html?idxno=69513)
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◈ 섬 지역도 깨끗하고 안전한 전력생산 가능해...친환경 혼합연소 가스발전
천연가스(LNG)는 충분한 매장량과 저공해성을 모두 갖춘 차세대 화석연료이다. 특히 고옥탄가(연료의 특성을 나타내는 수치로 높을수록 연료의 이상폭발 없이 안정적인 연소가 가능)와 넓은 연소 한계(연소를 일으킬 수 있는 범위), 그리고 지구온난화 물질인 이산화탄소를 적게 배출하는 특성이 있어, 디젤엔진과 가솔린엔진 모두에 적용이 가능하며 세계적으로 강화되고 있는 환경 규제에 능동적으로 대처할 수 있는 현실적인 대체연료라고 할 수 있다. 국내 섬 지역은 송전선로가 도달하기 힘들어 자체 전력생산을 하고 있으며, 대부분 디젤엔진으로 전력을 생산하고 있어 대기환경규제 강화에 따른 대응책으로 친환경 가스 혼합연소 발전 시스템 개발이 시급한 상황이다.
◈ 증가하는 섬지역 전력 수요... 새로운 발전기술의 개발 필요
국내 섬 지역에서 디젤엔진을 사용하여 전력을 공급하는 곳은 총 100여 곳에 이르고, 전기냉난방 수요, 수산물 가공시설, 관광 숙박업소 건설 등으로 전력수요가 증가하고 있다. 한편, 대부분의 섬지역 발전은 높은 신뢰성을 갖춘 디젤엔진 발전 설비를 사용하고 있으나 대기오염물질을 배출한다는 단점이 있다. 이러한 단점과 국가적 차원의 온실가스 감축 및 미세먼지 저감을 위한 노력에 대응하기 위해 천연가스를 사용한 발전 기술의 개발이 필요한 상황이다.
◈ 천연가스-디젤 혼합연소 시스템이란?
혼합연소(이후 혼소) 엔진은 공기와 천연가스 연료가 흡입관 내에서 미리 섞여 연소실 내부로 유입되고, 피스톤에 의해 압축된 후 디젤 연료를 분사하여 점화 및 발전하는 시스템으로써, 가솔린 엔진과 디젤 엔진의 특성을 모두 가지고 있다.
이 시스템은 디젤연료와 천연가스의 양에 따라 출력을 조절하고, 천연가스를 많이 사용할수록 대기오염물질인 CO2, NOX, SOX 등의 배출 농도가 줄어들게 된다. 또한, 천연가스와 디젤을 혼합 연소하는 혼소운전과 디젤만 연료로 쓰는 디젤전소운전을 자유롭게 전환할 수 있어 연료 확보, 대기환경상태 등 상황에 따른 선택의 폭이 넓고 유연한 대응이 가능하다.
이러한 특성으로 인하여 혼소 발전 기술은 환경문제 등으로 천연가스 사용이 필요한 곳뿐 아니라 가스 공급이 원활하지 못하지만 신뢰성 있는 전력생산이 필요한 곳에서도 적용할 수 있다. 또, 혼소 발전시스템은 기존 엔진 발전에서 실린더 블록, 냉각/윤활 계통, 제너레이터 등 설비의 대대적인 수정을 하지 않고 천연가스 공급 설비와 운전을 제어할 수 있는 장치를 추가함으로써 현장 적용할 수 있다는 장점이 있다.
◈ 전력연구원, 미래 가스혼합연소 신에너지 시스템 개발 성공
전력연구원은 천연가스-디젤 혼소 발전 시스템과 관련하여 다음과 같은 핵심 기술을 개발하였다.
첫째, 천연가스-디젤 혼소 발전 시스템의 통합설계 및 최적운영 기술을 개발하였다. 천연가스의 인화성 및 폭발성을 고려하여 가스누출감지 등 안전설비를 포함한 시스템을 통합 설계함으로써 안전하게 혼소 운전을 할 수 있도록 하였다. 또한, 실시간으로 시스템을 감시 및 분석함으로써 최적 운전과 정비를 제시하여 시스템의 효율적인 운영이 가능하도록 하였다.
둘째, 천연가스-디젤 혼소발전 시스템 시뮬레이터를 개발하였다. 해당 시뮬레이터를 통해 각 변수들의 시스템에 대한 영향을 분석하고 다양한 상황을 예측하여 설계에 반영하였다. 또한, 이 결과를 바탕으로 실제 제어패널을 모사하여 운전원을 교육하고 훈련함으로써 현장 대응능력을 향상할 수 있도록 하였다.
셋째, 천연가스 혼소 발전 시스템은 이산화탄소 20%, 질소산화물 50%, 황산화물 80% 이상 저감될 것으로 기대되고, 그에 따라 섬지역에도 적용될 예정인 환경규제 강화에 능동적이고 선제적인 대응이 가능하도록 하였다.
◈ 자원은 풍부하나 전력설비가 미흡한 동남아 대상 사업 확대 기대...
2019년 전 세계에 보급된 분산발전은 110 GW이며 2028년까지 349GW까지 확대될 것이 예상되며(연간 35% 성장률), 시장규모 기준 2014년 259,200억 원에서 연평균 36% 이상 성장하여 2025년에는 1,044,000억 원으로 급속히 시장이 확대될 전망이다.
전력연구원은 2019년 9월부터 백령도 발전소 1.5MW급 디젤엔진을 대상으로 분산전원 기술인 천연가스 혼소 발전 시스템을 적용하여 2020년 4월 실증을 시작할 예정이다. 백령도에 가스 혼소 발전시스템이 성공적으로 운영되어 핵심 기술 검증 및 장기연속운전 결과가 확보되면 가스가 많고 섬 지형의 한계로 전력망 구축이 힘든, 특히 천연가스 매립 예측지가 많은 인도네시아와 같은 동남아 국가를 대상으로 사업 확대가 가능할 것으로 기대되고 그에 따른 경제적 파급 효과가 클 것으로 예상된다.