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[Biz 뷰] 쓸모 다한 가스터빈을 버려야 할까

최종수정 2021.12.05 12:10 기사입력 2021.12.05 12:10

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국내 발전설비 3분의 1이 LNG에 의존
탄소중립 시나리오 무탄소 가스터빈 비중↑
기존 가스터빈 LNG+수소 혼소토록 개조

한국서부발전 평택발전본부 1복합 제2가스터빈. GE가 제작한 설비로 1990년대 후반 가동을 시작해 2017년 가동을 멈췄다. 한화와 함께 수소 혼소 비율을 50%로 개조하는 사업을 최근 시작했다.<사진제공:한화임팩트>

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[아시아경제 최대열 기자] 국내 발전연료 가운데 전기를 가장 많이 만들어내는 건 액화천연가스(LNG)다. 발전설비 기준 31% 정도를 책임진다. 석탄(무연탄 포함)이 28%, 원자력이 17% 정도다. 우리나라는 이웃 일본·중국과 함께 LNG를 많이쓰는 대표적인 라다. 기존 석탄이나 석유에 상대적으로 오염물질 배출이 적어 앞으로도 LNG는 쓰임새가 늘어날 것으로 업계에서는 내다본다. 다만 전량 수입에 의존해햐 하고 가격변동폭이 큰 게 단점이다.


LNG를 연료로 전기나 열을 만들 때 필요한 설비가 가스터빈이다. 기본 원리는 단순하다. 연료를 태워 회전체를 가동시켜 열과 전기를 얻는 식이다. 발전용 가스터빈은 현대 공학이 일궈낸 첨단기술이 집약돼 있어 기계공학의 꽃이라 불린다. 전체 부품수만 4만여개에 달하고 50㎝ 남짓한 부품(블레이드) 하나 가격만 중형차 한 대 값이다. 미국(GE)과 독일(지멘스), 일본(미쓰비시), 이탈리아(안살도) 기업이 시장을 쥐고 있다.

두산중공업이 자체 제작한 발전용 가스터빈<사진제공:두산중공업>

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2050년까지 탄소중립을 달성하겠다는 목적을 달성하기 위해선 탄소 중심의 발전설비를 바꿔나가야 한다. 정부가 지난 10월 하순 확정한 중장기 계획에 따르면, 전환부문(발전)은 탄소를 아예 배출하지 않거나(A안) LNG 등 극히 일부만 남겨두고(B안) 대부분을 재생에너지로 충당해야 한다.


눈에 띄는 건 무탄소 가스터빈 비중을 높게 잡아둔 점이다. A안에 따르면 우리나라 전체 전기 소비량 가운데 22% 정도, B안에서도 14% 정도를 무탄소 가스터빈이 책임지도록 했다. 태양광·풍력 등 재생에너지 다음으로 비중이 높다. 수소처럼 탄소를 배출하지 않는 연료로 가스터빈을 돌려 전기를 얻겠다는 구상이다. 기존에 LNG나 경유를 태워 돌리던 가스터빈을 수소를 섞어쓰거나 수소만으로 작동하도록 고쳐쓰는 방안도 있다.


통상 가스터빈 수명은 15~20년 정도로 본다. 실제 설비가 낡아 쓰지 못하는 것보다는 효율이 떨어져 쓰지 않는 경우가 대부분이다. 국내 전력체계는 경제급전, 즉 싸게 만든 전기를 먼저 쓰는 방식이다. 효율이 높은 최신 설비가 들여오면서 오래된 설비는 뒷전으로 밀린다는 얘기다. 대체적으로 클수록 효율이 좋다.

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업계에 따르면 국내 가동중인 가스터빈 158기 가운데 15년이 넘은 설비가 75기로 절반에 달한다. 터빈입구 온도에 따른 분류체계로는 상대적으로 온도가 낮은 F나 D·E클래스가 대부분이다. 한화가 올해 상반기 인수한 가스터빈 개조업체 PSM·토마센에너지가 주타깃으로 삼는 것도 이 부분이다. 경제성이 떨어진데다 빡빡해진 환경규제로 운용이 애매해진 가스터빈을 LNG와 수소를 섞은 연료로 가동할 수 있게 바꾸는 작업을 한다.


LNG에 섞는 수소 비율이 높을수록 이산화탄소 배출량이 줄어든다. 수소를 절반가량 섞으면 이산화탄소 배출량이 20~30% 정도, 80%를 섞으면 절반 이상 줄어든다. 아예 수소만 연료로 쓰는 것도 기술적으로 가능하다. 비용도 줄인다. 통상 LNG발전소를 짓는 데 1㎾당 1000달러 정도가 드는 점을 감안하면 100㎿ 규모 발전소에 1200억원 정도가 든다. 수소 혼소(혼합연소)가 가능하도록 터빈을 개조하는 비용은 이보다 절반 이하 수준인 것으로 알려져 있다.


미국 뉴저지주에 있는 린덴 코제너레이션 발전소. 한화는 최근 이 발전소의 가스터빈을 수소혼소가 가능하도록 하는 프로젝트를 수주했다. 개조 후 수소혼소비율은 40%로 현재 상업가동중인 발전소에 이 정도 수소혼소 비율로 개조하는 건 이번이 세계 최초다.<사진제공:한화임팩트>

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관건은 수소 혼소 비율을 끌어올리는 기술개발과 함께 수소 생산·공급 인프라를 확충하는 일이다. PSM이 2019년 개조한 미국의 복합화력발전소는 설비상 수소 혼소 비율을 35%까지 가능토록 했으나 정작 수소가 부족해 혼소 비율을 5%로 맞춰 가동하고 있다. 이 발전소나 앞서 세계 최초로 수소혼소가 가능토록 설비를 고친 네덜란드의 열병합발전소 모두 향후 중장기적으로 100% 수소만으로 가동하는 것을 목표로 하고 있다.


최대열 기자 dychoi@asiae.co.kr

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