에너지도 재활용! <열병합발전>

 에너지도 재활용!  <열병합발전>

 현재 대한민국은 환경을 위한 에너지 정책을 내세우고 있다. 대표적으로 화력발전 감축, 탈원전, 신재생에너지 전력량 증대가 있다. 그런데 현재 신재생에너지에 대한 인프라가 미흡하여 화력 및 원자력이 생산하는 전력량 전부를 대체할 수는 없다. 화력, 원자력을 제외한 발전 방법 중 전력 생산량, 환경문제, 에너지 효율을 고려했을 때 가장 적합한 방법은 열병합발전이라고 생각한다.

 

열병합이란 무엇인가?

 열병합은 전기 생산과 난방을 동시에 하여 에너지 이용률을 높이는 발전 방법이다. 에너지 효율이 높은 열병합발전 방법을 상세히 알기 위해 일산 열병합발전소에서 근무하시는 실무자와 인터뷰를 진행했다.

[사진1. 일산 열병합발전소 발전 개략도]

출처: 일산 열병합발전소

 열병합발전을 알기 위해선 먼저 복합발전 원리를 이해해야 한다. 열병합발전의 주원료는 LNG이다. 주원료인 LNG를 이용하여 가스터빈을 가동해 1차 전기를 생산한다. 그리고 가스터빈으로부터 생긴 열을 버리지 않고 열 일부를 회수하기 위해 HRSG(Heat Recovery Steam Generator, 배열회수보일러)로 보내 증기를 생산 후 증기터빈을 가동해 2차 전기를 생산한다. 이 발전 방법을 복합발전이라 한다. 복합발전을 하는 이유는 열효율이 증가하기 때문이다. 가스터빈으로만 발전을 했을 경우 열효율은 30%이다. 하지만 가스터빈과 가스터빈을 가동시키는 과정에서 발생한 열을 증기로 만들어 증기터빈을 함께 사용하는 복합발전은 열효율이 50% 가까우며 앞으로 60% 정도까지 향상될 수 있다.

그렇다면 열병합발전은 무엇인가? 복합발전의 과정 중 증기터빈에서 발생한 열을 버리지 않고 열 일부를 이용하여 주민들이 사용하는 물을 난방 시킨 후 난방이 된 물을 한국지역난방공사에 공급하여 난방을 공급한다. 이 과정이 열병합발전 방법이다.

즉, 가스터빈과 증기터빈을 이용하여 전기 생산하는 과정을 복합발전이라 하며 이 복합발전을 통해 물을 난방 시키는 과정을 열병합발전 방법이라고 한다.

[사진 2. 가스터빈 계통도]

출처: 일산 열병합발전소 

[사진 3. 증기터빈 계통도]

출처: 일산 열병합발전소

열병합의 장·단점

 열병합발전은 LNG를 사용하기 때문에 석탄에 비해 친환경적이다. 일반적인 발전소는 가스터빈을 이용하여 전기를 생산 후 가스터빈에서 발생된 열을 외부로 배출하지만 열병합발전 방법은 가스터빈에서 발생된 열 일부를 HRSG(Heat Recovery Steam Generator, 배열회수보일러)를 통해 회수 후 증기를 생산하여 증기터빈을 가동하여 2차 전기를 생산한다. 또 증기터빈에서 발생된 열을 버리지 않고 회수하여 난방을 공급함으로써 열에너지의 이용률 높인다.

[사진 4. HRSG(Heat Recovery Steam Generator, 배열회수보일러)]

출처: 일산 열병합발전소

 하지만 높은 열효율과 열 이용률에 비해 대규모 열병합발전을 사용하는 발전소는 많지 않다. 왜냐하면 타 발전소에 비해 예산이 많이 들기 때문이다. 주원료인 LNG 가격이 다른 원료에 비해 비싸며 가스터빈과 증기터빈 가동 시스템, 한국지역난방공사와 연계적 시스템이 필요하기 때문에 초기 투자비용이 많다. 또한 열병합발전을 통해 얻은 전기 및 난방을 원활하게 공급하기 위해선 신도시와 같은 체계적 관리 시스템이 가능한 지역 조건이 필요하다.

 

열병합의 미래 전망성

 대한민국은 세계와 더불어 에너지 정책 중 신재생에너지 사업에 중점을 두고 있다. 하지만 화력발전 감축, 탈원전에 대응하는 전력량을 태양에너지, 풍력에너지와 같은 신재생에너지로 전부 대체할 수 있는지는 아직 미지수이다. 현재 각 발전소는 정부의 정책에 따라 신재생에너지를 사용하여 전력을 생산하고 있으나 기존의 발전소가 생산하는 전력량에 비해 매우 낮은 수치이다. 또 신재생에너지를 사용하여 전력 공급을 하기 위해서는 기술 개발, 인프라 확보를 위해 초기 투자비용이 많이 든다. 이러한 이유 때문에 발전소에서 근무하는 실무자 분께서는 현재 기술력으로는 신재생에너지를 이용한 발전은 부수적 역할일 뿐이지 메인 발전은 할 수 없다고 말씀하셨다.

[표 1. 동해 바이오 화력발전소 발전현황]

출처: 한국동서발전 홈페이지

[표 2. 당진 화력발전소 발전현황]

출처: 한국동서발전 홈페이지

[표 3. 울산 화력발전소 발전현황]

출처: 한국동서발전 홈페이지

 

열병합과 신재생에너지

 현재의 기술력, 지리적 요인, 가격 때문에 신재생에너지가 메인 발전 담당을 하는 것은 역부족이다. 특히 환경적 요인으로 인해 일정한 전력을 공급하지 못 하는 것이 신재생에너지의 단점이다. 하지만 버려지는 열을 회수하여 열효율을 높인 복합발전, 버려지는 열을 이용하여 열 이용률을 높인 열병합발전을 모체로 두어 신재생에너지를 개량된 발전 방법과 접목시킨다면 미래에는 신재생에너지가 메인 발전이 될 수 있지 않을까?