한화·서부발전, 수소 50% 이상 혼소 80MW급 수소 가스터빈 개발

수명이 다해 폐지하는 액화천연가스(LNG) 터빈에 수소를 50% 이상 섞어서 연료로 쓸 수 있는 80MW급 수소 가스터빈을 국내 기술로 개발해 실증을 마쳤다.

한화임팩트와 한국서부발전은 21일 충남 서산시 대산공장에서 대산수소터빈발전소 실증 기념식을 개최했다.

21일 한화임팩트 대산공장 수소가스터빈발전 실증 기념식에서 이완섭 서산시장, 이옥헌 산업통상자원부 수소경제정책관, 김희철 한화임팩트 사장, 박형덕 서부발전 사장, 전형식 충청남도 정무부지사, 문재도 H2KOREA 회장(왼쪽 다섯 번째부터)을 비롯한 참석자들이 기념 버튼을 누르고 있다.

한화임팩트는 서부발전과 손잡고 80MW급 중형 LNG 가스터빈을 기준으로 세계 최고 혼소율인 59.5%의 수소 혼소 발전에 성공했다. 59.5%의 수소 혼소율로 발전하는 동안 LNG로 발전할 때보다 배출가스 내 이산화탄소(CO2) 저감율은 실증 목표 최고 수준인 22%, 질소산화물(NOx) 산화물은 6ppm 이하로 줄었다.

송용선 한화파워시스템 수소사업부 상무는 “국내 LNG 가스터빈 발전소의 대기오염물질(NOx) 배출허용기준 20ppm의 30% 수준을 별도 저감장치 없이 달성했다”며 “미국과 유럽·일본 등 주요 선진국을 중심으로 수소 혼소 기술 연구가 광범위하게 진행되고 있지만, 이러한 기술적 장벽을 넘어 실제 상업 운전이 가능한 중대형 가스터빈에서 60%에 육박하는 수소 혼소 발전 실증에 성공한 것은 한화가 세계 최초”라고 설명했다.

수소 혼소발전 59.5% 달성은 한화의 ‘수소 연소기 기술’과 ‘화염 제어 기술’에 기반한다.

송 상무는 “수소는 LNG보다 화염 온도가 높은 특성이 있는데, 한화는 별도 저감장치 없이 연소 조건을 제어해 저공해 연소를 가능하게 하는 연소기 기술을 개발해 배출가스 내 NOx를 6ppm 이하로 저감했다”고 전했다. 송 상무는 이어 “수소는 LNG보다 7~8배 빠른 속도로 연소되기 때문에 연소기 화염이 연료 공급장치로 역류해 손상을 입히는 ‘화염 역화(Flashback)’ 현상을 제어하는 화염 제어기술도 보유하고 있다”고 덧붙였다.

한화임팩트와 서부발전의 수소터빈발전 실증 성공은 국내 중소·중견기업과 협력을 통한 국산화가 기반이 됐다. 실증 시험을 위해 한화는 서부발전의 평택1복합 발전 설비(1994년 준공)에서 노후해 운행 정지한 LNG 가스터빈을 한화임팩트 대산사업장으로 재배치했다. 이어 가스터빈 원제작사 기술 의존 없이, 한화의 독자적인 수소 연소기 기술을 더해 혼소 발전이 가능한 혼소 터빈으로 재생했다. 터빈을 구동하기 위한 보조기기는 국내 기업과 협력해 국산 기술로 구축했다. 운전을 위한 연료는 한화토탈의 부생가스에서 나온 수소로 조달했다.

박형덕 한국서부발전 사장이 21일 대산 수소가스터빈발전 실증 기념식에서 기념사를 하고 있다.

문재도 H2KOREA 회장이 21일 대산 수소가스터빈발전 실증 기념식에서 축사를 하고 있다.

한화임팩트는 국내 8개 중소·중견기업과 협력해 F급(150MW) 가스터빈에 수소혼소 연소가 가능한 기술개발·실증을 위한 국책 사업을 진행하고 있다. 대산 실증 사업으로 확보한 수소 혼소 기술 국산화에 더해 국책 사업을 통한 제작 국산화를 완성함으로써 수소 경제 생태계의 성장에 따라 중소기업의 일자리를 창출하고 부품 사업을 확대한다는 계획이다.

한화임팩트는 상업 운전 중인 서인천복합발전(150MW)에 혼소 발전 기술이 적용되는 방안을 서부발전과 공동개발 할 계획이다.

송 상무는 “한화의 수소터빈기술과 터빈 수명연장 재생 기술을 동시에 적용하면 이산화탄소 저감 뿐만 아니라 수명 연한이 도래해 좌초자산화 위기에 놓인 LNG 가스터빈에 수명연장 기술을 적용해 고가의 고온 부품과 로터의 수명을 20년 이상 연장할 수 있다”고 전했다.

또 수소 100%를 연료로 사용하는 무탄소 발전 기술개발을 위해 대산 실증 사이트에서 100% 전소에 도전한다. 이 기술을 기반으로 국내와 글로벌 시장을 대상으로 무탄소 발전사업을 확대해 나가기로 했다.