특히 7차전력수급기본계획에는 IGCC 추가 건설 계획이 잡혀 있어서 향후 추가 발전소가 더 건설될 것으로 예상된다. 남해IGCC(가칭)가 7차 전력수급기본계획에 진입한 사업이며 향후 8차 전력수급기본계획에도 추가로 IGCC 사업이 반영 될 가능성이 크다. 이에 현재 태안 IGCC 실증플랜트 건설 사업과 IGCC 필요성, 특징, 국내 및 해외 현황, 정책지원 등에 대해 살펴본다. /편집자 주
한국서부발전(사장 정하황)은 지난해 8월22일 태안 IGCC상업운전을 개시했다.
온실가스 저감 및 청정석탄 활용기술을 확보하기 위해 정부연구과제인 ‘한국형 실증플랜트 기술개발 사업’으로 추진된 태안 IGCC 발전소 건설은 서부발전을 비롯해 두산중공업, 국내 연구기관, 대학 등이 참여하는 국내 최대 규모의 국가 연구사업이다.
태안 IGCC 실증플랜트는 지난 2011년 11월 착공 이후 57개월 동안 건설장비 4만9,000대, 연인원 61만명의 건설인력이 투입돼 지난해 4월 천연가스를 이용한 가스터빈 발전 개시, 9월 가스화플랜트 최초 점화에 이어 종합적인 시험운전 및 법정검사를 완료하고 드디어 상업운전을 시작하게 됐다.
IGCC 발전기술은 합성가스를 생산한 후 연소하기 전에 공해물질을 쉽게 제거할 수 있어 석탄화력의 주오염물질인 황산화물, 질소산화물 및 먼지를 천연가스 수준까지 크게 줄일 수 있다.
또한 향후 CO₂ 포집설비와 연계될 경우 기존 석탄화력 보다 훨씬 적은 비용으로 온실가스를 포집할 수 있으며 설비 대용량화와 고성능 가스터빈 개발 시 효율 48~50% 달성이 가능한 미래형 발전기술이다.
이와 함께 합성가스를 이용한 대체천연가스(SNG), 석탄액화(CTL), 수소 및 다양한 화학원료를 생산하는 기술에도 적용이 가능하다.
앞으로 가스화플랜트에 다양한 연료 및 원료를 동시에 생산하는 병산 시스템을 구축할 경우 비용절감과 에너지 전환효율을 향상시킬 수 있으며 나아가 합성가스와 연료전지를 융합한 석탄가스화연료전지(IGFC) 적용 등 다양한 연계기술 접목도 가능하다.
서부발전의 관계자는 “국내 최초로 정부연구과제로 추진되는 사업의 특성상 건설 및 시운전 과정에서 수많은 어려움이 있었다”라며 “앞으로 10개월의 실증운전을 통해 안정된 운영기술을 확보, 연구과제를 완료하고 국내외 IGCC 발전기술을 선도해 나갈 것”이라고 말했다.
■서부발전 최종 진도회의 마련
서부발전은 지난달 태안 본사에서 20개 참여기관 약 100여명이 참석한 가운데 한국형 IGCC 실증사업의 기술개발 최종 진도회의를 개최했다.
국내 최초의 IGCC 실증플랜트는 서부발전 태안발전본부 내에 소재하고 있으며 지난 2011년 11월 착공이후 57개월 동안 건설장비 4만9,000대, 연인원 61만명의 건설인력을 투입해 지난해 8월 준공했다.
진도회의에 참석한 김동섭 서부발전 기술본부장은 “현재는 실증운전을 통해 설비최적화와 운영기술 확보로 안정화를 찾아가고 있다”라며 “특히 지난 3월부터 현재까지 최장 연속운전을 시행하고 있어 초년도 이용률 목표를 무난히 달성할 것으로 전망된다”고 전했다.
서부발전은 IGCC의 기술성 확보 노력과 더불어 경제성 확보를 위한 대정부 정책건의를 지속적으로 수행해 왔으며 지난 2월에는 IGCC용 유연탄 개별소비세 면세 성과를 일궈냄으로써 향후 석탄화력을 대체할 IGCC 확대보급에 크게 공헌했다는 평가를 받고 있다.
서부발전은 참여기관의 연구성과물을 종합하고 집대성함으로써 기술개발을 성공적으로 마무리할 예정이다.
■국내외 현황 및 전망
IGCC플랜트는 현재 전세계적으로 14기(5기 상업운전)가 운전 중이며 중국, 호주 및 미국은 정부지원하에 IGCC와 CCS를 연계하는 프로젝트를 진행 중이다.
발전연료의 97%를 해외수입에 의존하는 우리나라에서는 안정적인 에너지 수급을 위해 매장량이 풍부하고 저렴한 가격과 우수한 공급 안정성 때문에 석탄은 매우 유용한 자원이다.
또한 제2차 국가에너지기본계획에 따르면 2035년까지 석탄사용이 연평균 1.24%씩 지속적으로 증가할 것으로 전망하고 있으며 차세대 고효율 청정석탄 발전기술인 IGCC는 향후 성장가능성이 높은 기술로 평가되고 있다.
최근 발표된 국가 온실가스 감축정책에 따르면 2030년까지 BAU(배출전망치) 대비 37%를 감축할 계획이며 온실가스 감축에 대한 정부의지가 확고한 상황에서 CO₂포집에 유리한 IGCC는 시장규모 확대가 예상된다.
현재 세계적으로 6기의 IGCC 플랜트가 가동되고 있으며 일본은 Nakoso IGCC 실증연구 종료(2013년) 후 2020년까지 후쿠시마 지역에 Hirono와 Nakoso IGCC 2기 건설계획을 발표했다.
또한 자원매장량, 에너지소비구조, 해외에너지의존도 측면에서 우리나라와 흡사한 일본은 지속적으로 IGCC 및 연관기술 개발과 후속호기 도입을 추진하고 있으며 이것은 우리나라에 시사하는 바가 크다.
한국동서발전(사장 김용진)이 400MW급 친환경 IGCC(석탄가스화 복합발전)발전소를 남해에 구축한다. 이번 MOU를 통해 경상남도와 남해군은 인허가 및 사업지원 등 사업전반에 대한 행정지원을 하게 되며 한전, 동서발전, 포스코건설, 두산중공업은 사업타당성 조사 공동수행을 시작으로 성공적인 사업 추진을 위해 협력할 계획이다.
향후 CO₂ 포집설비와 연계될 경우 기존 석탄화력보다 적은 비용으로 온실가스를 포집할 수 있으며 화학연료 생산·석탄액화·합성 천연가스 생산 등 적용분야가 다양한 기술적인 특성도 지니고 있다.
남해 IGCC발전사업은 경상남도 남해군 서면 중현리 일원에 설비용량 400MW급(송전단 기준) 발전소 건설을 목표로 추진된다.
이번 사업이 성공적으로 추진될 경우 신성장 동력의 부재로 침체된 남해군 지역경제 활성화에 크게 기여할 것으로 기대하고 있다.
■특징
IGCC는 고온·고압에서 석탄을 가스화시켜 합성가스를 제조한 후 깨끗하게 정제해 사용하는 공정 특성상 황산화물, 질소산화물, 먼지 등을 천연가스 수준으로 감소시킬 수 있으며 고압에서 CO₂를 제거하기 때문에 기존 석탄화력대비 CCS 기술적용이 유리하다.
IGCC는 이러한 기술 특징 때문에 친환경발전이 가능해 청정석탄이용 기술 중에서 가장 핵심기술로 평가받는다.
■고효율 저공해 석탄발전기술
IGCC는 현재 순 발전효율이 약 42%로 기존 석탄화력발전 효율 38~40%대비 높은 수준이며 향후 설비의 대용량화 및 고성능 가스터빈 기술개발 시 효율 48∼50% 달성이 가능하다.
기존 발전설비와 달리 연료를 연소하기 전에 공해물질을 쉽게 제거할 수 있어 황산화물, 질소산화물, 먼지를 LNG 수준까지 줄일 수 있다.
또한 기존 석탄화력대비 물 사용량도 20~40% 가량 줄일 수 있는 장점이 있다.
특히 IGCC는 이산화탄소 포집설비와 연계시 기존 석탄화력에 비해 저비용으로 이산화탄소를 제거할 수 있어 약 15%의 발전단가 감소가 가능하다. 최근 각국 정부에서 IGCC 투자의 가장 중요한 원동력이 되고 있다.
■노후석탄화력 대체기술 급부상
오는 2020년 기준 우리나라 전체 발전기의 38.9%가 20년 이상, 15.7%가 30년 이상을 차지함에 따라 발전기가 빠르게 노후화되고 있으며 CO₂규제 강화, 아시아지역의 경제성장 및 노후 석탄발전설비 대체 수요를 고려할 경우 오는 2020년 이후로 IGCC 시장이 크게 성장할 것으로 예상된다. 노후 석탄발전소를 IGCC로 대체시 온실가스 약 10%가 감축이 가능하다.
■고부가가치 석탄가스화 기술
전기생산과 다양한 연료 및 원료를 동시에 생산하는 병산(Polygeneration) 시스템을 구축할 경우 비용절감과 에너지 전환효율을 향상할 수 있다.
또한 석탄액화(CTL) 플랜트와 연계해 액체연료 생산으로 석유 대체가 가능하며 합성가스를 연료전지에 공급, 전력을 생산하는 효율 55% 이상의 획기적인 발전시스템으로 평가받는 석탄가스화 연료전지(IGFC) 개발, 이산화탄소의 포집 및 저장기술(CCS) 적용 등 다양한 연계기술 접목이 가능하다.
■정책지원
기존 석탄화력발전기술은 지난 30년 이상 동안 설비 신뢰도 향상을 위한 기술개발이 꾸준히 진행돼 이용률 90% 이상에 도달했으나 IGCC 기술은 상용급 규모로 운영된 시간이 짧아 아직 플랜트 가동률이 75~85% 수준에 머물러 있어 이를 향상시키기 위한 운영기술, 정비기술 및 단위부품 국산화기술 개발에 지속적인 투자가 절실한 상황이다.
청정석탄화력기술로서 중요한 의미를 갖는 IGCC가 확대보급 되기 위해서는 유연탄 개별소비세 면세, 신재생에너지공급인증서(REC) 의무이행비용 보전, REC 가중치 상향조정을 통해 전력시장에서 원가 회수 등 정책지원이 시급한 상황이다.