청정 발전의 성과, IGCC의 발전과 도전

청정 발전의 성과, IGCC의 발전과 도전

대학생신재생에너지기자단 24기 박선혜
 

[석탄 화력의 단점을 보완한 기술, IGCC]

서부발전소의 태안 IGCC 발전소가 준공된 지 어 8년이 지났다. IGCC는 석탄 가스화 복합화력발전소의 줄임말로 석탄을 고온, 고압에서 가스화시켜 연료로 사용하는 청정석탄 화력 발전 기술이다. IGCC 발전 기술은 합성가스를 생산한 후 연소하기 전에 공해물질을 쉽게 제거할 수 있다. 그러므로 석탄 화력의 주 오염물질인 황산화물과 같은 먼지를 천연가스로 만들 수 있다. 또한 한국전력기술의 공식 홈페이지에 따르면 IGCC는 석탄 발전에 비해 높은 발전효율을 가지고 있고, 직접적인 연소 발전에 대해서는 산화율 90% 이상, 질소산화물 75% 이상, 이산화탄소 25%의 저감이 가능하다. IGCC가 CO₂ 포집 설비와 연계될  기존 발전설비보다 훨씬 적은 비용으로 온실가스를 포집할 수 있다. 서부발전의 IGCC 발전소는 국내 최초의 상업용 IGCC 플랜트로, 석탄을 가스화해 전력을 생산하는 친환경 발전소로 평가받고 있다. 관계자에 따르면 국내 최초로 정부 연구관 제로 추진되었던 사업이고 특성상 건설 및 시운전 과정에서 많은 어려움을 겪었다고 토로하였다.

[자료 1. 서부발전소의 IGCC 발전소]

출처 : 네이버뉴스

 
[IGCC가 정확히 무엇일까?]

전통적인 석탄 발전은 미세하게 분쇄된 석탄을 보일러에서 연소시켜 고온의 증기를 발생시키고, 이 증기가 증기터빈을 돌려 전기를 생산한다. 반면, IGCC는 석탄을 가스화하여 얻은 합성가스를 가스터빈에서 연소하여 1차 전력을 생산한다. 그다음으로 가스터빈의 뜨거운 배기가스를 배열회수 보일러로 보내 추가로 고온의 증기를 생성하고, 이 증기가 증기터빈을 구동하여 2차 전력을 생산한다. 더욱이 IGCC는 가스화기에서 나오는 황화수소(H2S)와 같은 산성가스를 제거해야 하는데 산가스제거장치를 통해 이를 제거할 수 있다. 가스터빈에서 방출되는 배기가스의 열로 터빈을 한 번 더 돌린다는 점에서 친환경과 경제성 면에서도 이득인 부분이다.

[자료 2. IGCC 개요도]

출처 : The Korean Institute of Electrical Engineers

IGCC 기술과 기존 화력발전소의 구체적인 차이점은 무엇일까? 가장 먼저, 석탄 미세 먼지의 근원인 재와 같은 성분 70%를 가스화 단계에서 슬래깅 상태로 배출시킬 수 있다는 것이다. 여기서 슬래깅은 석탄이나 금속을 연소할 때 재가 녹아 붙는 현상을 뜻한다. 또한 합성가스와 함께 배출되는 30%의 재는 필터 혹은 스크러버 기술을 통해서 전처리 적으로 완벽한 제거가 가능하다. 이와 같은 몇 겹의 필터링 방식은 미세먼지를 효과적으로 제거할 수 있다고 한다. 실제로 다양한 발전원들에 비해 IGCC의 배출 수준이 매우 우수하다는 결과가 발표된 바 있다. 두 번째로는 앞서 언급했던 고효율 발전이다. 복합발전의 효율은 가스 효율과 비례다. 서부발전의 IGCC 효율은 42%인 것으로 알려져 있다. 하지만 가스터빈의 등급에 따라 최대 57% 효이 발생할 수 있을뿐더러 고체산화물 연료전지까지 붙게 된다면 60%까지 효율을 끌어올릴 수 있다. 또한 IGCC는 CCS와 CCU 기술과의 연계가 용이하다. 합성가스는 정제공정을 거칠 때 이산화탄소를 쉽게 포집할 수 있다는 장점을 가지고 있으므 이산화탄소 포집에 대한 잠재력이 크다고 볼 수 있다. 
 

[무고장 연속기록 이어가던 서부발전, 발전설비 가동중단하기도]

2020년 기준 태안 IGCC 발전소는 3천 시간 연속 무고장이라는 기록을 세우기도 했다. IGCC는 가스화기, 가스정제설비, 복합설비, 산소 설비 등 발전 및 화학 설비가 연결되어 있어 유지, 보수에 민감하다. '3천 시간 무고장 연속운전'이라는 타이틀을 가질 수 있었던 데에는  IGCC의 고장사례와 해외 선행 플랜트 운영 사례를 면밀히 분석해 가스화기 내화재를 국산화하는 등 총 240건의 설비개선이 있었기에 가능한 것으로 분석되었다. 한편, 2021년 태안 IGCC에서 폭발음과 함께 화재가 발생한 바 있었다. 당일은 평일보다 전력수요가 적은 주말이었는데, 태안 2, 4, 6호기가 정지 중인 상황에 발생했다. 당시 발생했던 화재로 인해 380MW 규모 발전설비 운영을 잠시 중단한 바 있다. 이렇듯 고장사례와 선행 플랜트 운영 경험을 통해 설비의 신뢰도를 높였지만, 여전히 유지 보수의 중요성은 강조된다. 앞으로 더 고도화된 기술력과 안정적인 보수 관리로 효율적인 전력 생산이 원활히 이루어졌으면 하는 바람이다.

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IGCC에 대한 기사 더 알아보기
1. "IGCC 발전, 한국의 에너지를 발전하다", 11기 최혜선, https://renewableenergyfollowers.tistory.com/2388

IGCC 발전, 한국의 에너지를 발전하다

2. "[ENTECH 후기] 한국남부발전, 한국남동발전, 한국서부발전", 18기 김민주 서현영 19기 권승호 김아현, https://renewableenergyfollowers.tistory.com/3486

[ENTECH 후기] 한국남부발전, 한국남동발전, 한국서부발전

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참고문헌
[석탄 화력의 단점을 보완한 기술, IGCC]
1) 김병욱 기자,  "[5월 특집] 한국형 IGCC, 끝이 없다", 투데이에너지, 2017.05.10, https://www.todayenergy.kr/news/articleView.html?idxno=123371
2) 한국전력기술, "IGCC", https://www.kepco-enc.com/menu.es?mid=a10303030200
[IGCC가 정확히 무엇일까?]
1) 서동균 청정발전연구소/선임연구원, "친환경 석탄이용을 위한 가스화복합발전(IGCC) 기술", The Korean Institute of Electrical Engineers, https://koreascience.kr/article/JAKO201831960579656.pdf
[무고장 연속기록 이어가던 서부발전, 발전설비 가동 중단하기도]
1) 윤기창 기자, "서부발전, 태안IGCC ‘무고장 연속운전’ 세계기록 경신", 금강일보, 2021.01.31, https://www.ggilbo.com/news/articleView.html?idxno=825289
2) 이상복 기자, "태안IGCC서 폭발·화재…380MW 발전설비 가동중단", 이투뉴스, 2023.01.08, https://www.e2news.com/news/articleView.html?idxno=249695