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[2020-03-30, 에너지신문 신재생에너지 기술 연재(월요마당)]2020-04-09 10:19:59


「에너지신문」에 신재생에너지 관련 전력연구원 기술 칼럼 연재
[월요마당] 신재생에너지 확대, 청정발전기술 중요해져
(주소 : http://www.energy-news.co.kr/news/articleView.html?idxno=69659)


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2017년 산업통상자원부에서 중장기 전력수요 전망 및 이에 따른 전력설비 확충을 위해 발표한 제8차 전력수급기본계획은 원전과 석탄발전을 단계적으로 감축하고, 재생에너지는 전체 발전량의 20%까지 확대하는 내용을 담고 있다.

여기에 2030년 신재생에너지 전체 33.5GW의 88%를 태양광과 풍력이 담당할 예정이다. 그런데 신재생에너지인 태양광, 풍력은 날씨에 따라 출력이 크게 변하는 문제가 있다. 신재생에너지의 변동성을 뒷받침할 수 있는 에너지원의 개발이 필요한 상황이다.

석탄발전은 기후 영향을 받지 않으므로 신재생에너지보다 안정적인 전력공급이 가능하고, 가격도 저렴하고 가격 변동도 석유와 비교하면 안정적인 편이다.

하지만 석탄화력발전소가 국내 미세먼지의 주요 배출원 중 하나로 지목되면서 발전소 미세먼지 배출량 파악과 저감 등의 문제를 해결할 수 있는 친환경 석탄발전기술의 개발이 시급한 상황이다.

◈  미세먼지는 적고 이산화탄소 포집은 쉬운 ‘순산소 가압유동층 발전’
순산소 가압유동층 발전 기술은 다양한 에너지원(저급석탄, 바이오매스, 폐기물 연료 등)을 청정에너지로 전환하는 과정에서 발생하는 환경오염 물질을 최소화하고, 에너지 전환 효율을 최대화할 수 있는 기술이다.

유동층 연소기술을 근간으로 하는 이 기술은 순산소 가압 연소 기술의 융합을 통해 초청정, 고효율 복합 발전을 구현하는 신발전 방식으로, 연소를 통해 내부 기체와 고체의 유동조건에서 연료를 태우고, 이때 가열된 입자들이 순환하면서 전열관으로 열이 전달돼 수증기를 발생시키고 이를 통해 터빈을 돌려 전기를 생산하는 기술이다.

이를 활용한 유동층 연소 보일러는 일반 석탄화력발전소와 달리 화염이 발생하지 않으므로 일반적인 연소로 온도가 800~900℃로 운전된다. 낮은 연소 온도로 인해 환경 측면에서는 석회석 첨가에 의한 연소 중 탈황이 가능할 뿐 아니라 연소 중 약 95%이상의 황산화물을 제거할 수 있으며 별도의 배연탈황설치도 필요없다.

결국 유동층 연소보일러 기술에 기반한 ‘순산소 가압유동층 발전’ 기술은 높은 압력의 유동층에서 공기 대신 산소만을 사용, 연료를 태워 이산화탄소만 배출되므로 별도의 이산화탄소 분리가 필요없는 친환경 고효율 발전기술이다.

또한 높은 압력조건에서 운전되므로 고온에서 배기가스 중 수분 잠열회수가 가능해 발전효율이 높을 뿐 아니라 음압으로 운전되는 기존 화력발전소의 경우, 발생하는 침입공기에 의한 이산화탄소 순도 감소 등의 문제에서 자유롭고, 동일 발전용량의 화력발전소에 비해 크기가 4분의 1에 불과, 플랜트 부지 및 건설 비용을 크게 줄일 수 있다.

◈ 청정발전기술로 국내 안정적인 전력공급 가능
우리나라는 에너지 소비의 대부분을 해외에서 수입하므로 경제성 확보 및 에너지 안보 향상을 위해 고효율의 에너지 이용 기술 개발이 요구되고 있다. 또한, 에너지원을 다변화를 통한 국내의 안정적인 전력수급 계획의 수립도 필요한 상황이다.

순산소 가압유동층 보일러는 현재 연소 후 배기가스 중 이산화탄소를 포집하는 발전 방식에 비해 발전소 효율을 5~8% 상승시킬 수 있으며, 저급 연료를 사용함으로써 전력생산단가를 획기적으로 절감할 수 있을 것으로 예측된다.

또한 바이오매스의 혼소도 가능하기 때문에 이산화탄소 배출량을 줄일 수 있고, 미세먼지 배출 저감이 가능하며 각 발전사의 신재생에너지 공급의무화제도(RPS) 제도 대응도 가능해진다.

이처럼 저급 연료 및 폐기물까지 다양한 연료의 활용이 가능한 순산소 가압유동층은 이산화탄소의 실질적인 저감 뿐만 아니라 연료 다변화를 통해 안정적인 에너지안보 달성도 동시에 이룰 수 있는 기술이다.