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유튜브 \”RealPars\”의 What is a Gas Turbine?을 한국어로 번역한 영상입니다.
가스터빈 동작을 쉽게 이해할 수 있는 입문자용 영상입니다.
원본 영상 출처 \” https://www.youtube.com/watch?v=BUn5-0VG3Hw\”
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가스터빈 발전기 – 삼성터보서비스(주)
가스터빈 발전기. KAWASAKI GAS TURBINE STANDBY GENERATOR SETS. An Integrated Engineering Manufacturer Spreading. It’s Intersts by Land, Sea and Air.
Source: www.turbosys.com
Date Published: 3/17/2021
View: 3510
가스 터빈 – 위키백과, 우리 모두의 백과사전
가스 터빈(gas turbine 또는 combustion turbine)은 연소가스의 흐름으로부터 에너지를 추출하는 … 이렇게 얻은 에너지로 항공기, 기차, 선박, 발전기, 전차 등을 구동하는데 …
Source: ko.wikipedia.org
Date Published: 5/25/2022
View: 1936
가스터빈 발전기 일반사항
외부에서 인입되는 공기를 가압하여 보내는 장치로서 스크루의 날개 구조로서 고속회전에 견딘다. 2. 연소기. 압축기에서 가압된 흡입공기를 연료를 분사시켜 고온, …
Source: www.eom.co.kr
Date Published: 1/30/2022
View: 6545
‘굿바이 디젤’…가스터빈 발전기 전성시대 ‘눈앞’ – 전기신문
[전기신문 김광국 기자] 가스터빈 발전기가 에너지전환 및 탄소저감을 촉진할 전력산업계 첨병으로 부상하고 있다.국내 발전 부문에서 석탄발전의 …Source: www.electimes.com
Date Published: 12/9/2021
View: 2838
비상용가스터빈 – STX엔진
비상용 가스터빈발전기 (Emergency Gas Turbine Generator): 비상용 가스터빈은 소형 경량인 원동기로서 타 발전설비에 비해 설치장소의 제약이 적고, …
Source: m.stxengine.co.kr
Date Published: 6/16/2021
View: 6152
가스터빈 – 나무위키
내연 기관 가스 터빈은 축류 또는 원심식 압축기를 통해 들어온 압축 공기를 연소실에서 연료와 연소시킨 후, 분사되는 고온 고압의 연소가스가 터빈을 …
Source: namu.wiki
Date Published: 7/23/2021
View: 7331
발전의 심장 ‘가스터빈’, 수소터빈으로 진화한다 – 에너지신문
수소터빈은 가스터빈을 사용해 기존 LNG와 수소를 섞은 연료를 연소(수소 혼소)하는 과정에서 생성되는 고온·고압의 가스를 팽창시켜 발전기를 구동해 …
Source: www.energy-news.co.kr
Date Published: 12/9/2021
View: 9728
비상용 발전기 비교 (디젤 발전기 vs. 가스터빈) – 블로그 – 네이버
먼저 비상용 발전기의 개념을 알아보고, 자주 사용되는 디젤 발전기와 가스터빈 발전기의 원리를 알아보겠습니다. 이를 통해 가스터빈이 최근 대두 …
Source: blog.naver.com
Date Published: 9/4/2022
View: 2738
STANDBY GEN-SET – 비상용 가스터빈 발전기 – 세아엔지니어링
가스터빈 비상용 발전기는 Can type 연소기에 설치한 이중분사 노즐에 따른 연속 연소방식이기 때문에 디젤. 엔진에 비해 시동시 점화실패가 없습니다.
Source: www.seaheng.co.kr
Date Published: 4/29/2021
View: 5765
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주제에 대한 기사 평가 가스 터빈 발전기
- Author: 판매스토리
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- Date Published: 2020. 3. 3.
- Video Url link: https://www.youtube.com/watch?v=Ymty6zr_OSM
위키백과, 우리 모두의 백과사전
가스 터빈(gas turbine 또는 combustion turbine)은 연소가스의 흐름으로부터 에너지를 추출하는 회전동력기관이다. 가스 터빈은 압축기와 터빈 그리고 연소실로 구성되어 있고 압축기에서 압축된 공기가 연료와 혼합되어 연소함으로써 고온 고압의 기체가 팽창하고 이 힘을 이용하여 터빈을 구동한다. 에너지는 샤프트를 통해 토크(torque)로 전달되거나 추력이나 압축 공기 형태로 얻는다. 이렇게 얻은 에너지로 항공기, 기차, 선박, 발전기, 전차 등을 구동하는데 쓰인다
원리 [ 편집 ]
가스 터빈의 원리는 열역학적으로 브레이튼 사이클(Brayton cycle)로 설명된다. 공기는 단열 압축되고 단열으로 팽창하여 연소하며, 단열 팽창하면서 터빈을 돌리고 초기 온도로 돌아간다.
하지만 실제로는 마찰과 와류가 발생하므로
a)비단열 압축을 한다 – 실제 압축된 공기는 브레이튼 사이클의 온도보다 높다. b)비단열 팽창을 한다 – 실제 온도는 팽창과정에서 떨어져 브레이튼 사이클 온도보다 낮다. 또한 실제 가용할 수 있는 압력은 커야 하므로 사이클만큼 팽창하지 못한다. c)연소과정에서 압력손실이 발생한다 – 등압 팽창하지 않고 사이클 압력보다 낮다.
제트 엔진 [ 편집 ]
이 부분의 본문은 이 부분의 본문은 제트 엔진 입니다.
가스 터빈은 엔진의 단위 무게 당 생산할 수 있는 동력이 커서 항공기용 동력 기관으로 적합하다. 따라서 가스 터빈은 터보젯, 터보팬, 터보프롭, 터보샤프트 등 여러 형태로 발전하여 항공기용으로 사용되었다.
흔히 항공기용 가스 터빈과 제트 엔진을 동의어로 알고 있으나, 가스 터빈 중에는 터보젯과 터보팬만을 제트 엔진으로 분류할 수 있을 뿐이고, 반면에 가스 터빈을 사용하지 않는 제트 엔진도 많이 있으므로 구별이 필요하다.
전력용 가스 터빈 [ 편집 ]
전력 생산을 위한 가스 터빈은 트럭에 적재할 수 있는 것부터 크고 복잡한 것까지 다양하다. 일반적으로 발전용 가스 터빈을 이야기할 때에는 수십만kW 출력의 가스 터빈을 말한다. 터빈의 회전 속도는 교류 전압에 적당하고 감속기어가 필요없는 3000 – 3600rpm으로 회전한다. 가스 터빈을 이용한 발전은 40%정도 열효율을 보이고 가스 터빈 복합 발전(combined cycle)을 하면 60%까지 전력을 생산할 수 있다. 전력과 열을 동시에 생산하는 열병합 발전(co-generation)을 하게 되면 80%이상 열효율을 얻을 수 있다.
참조: 전력용가스터빈은 인버터가 필요하게 된다.수만으로 회전하는 회전속도에 직접 발전기에 전달하여 고주파 교류를 발생시키고 이를 다시 정류하여 직류로 바꾼 다음 인버터로 60Hz로 변환하는 방식으로 하면 감속기가 필요가 없게 된다.
마이크로터빈 [ 편집 ]
마이크로터빈(Microturbine)은 가스 터빈을 소형화. 1 kW 미만에서 수백kW의 출력. 분산형 전원과 소규모 열병합 발전용으로 기술적인 장점 및 친환경적인 특성으로 인해 기술개발과 보급이 늘어나는 추세다. 마이크로터빈의 개발보급이 가능하게 된 것은 전력기술의 발전으로 전력망과 계통연계할 수 있게 되면서이다. 전력 스위칭 기술로 발전기가 전력망의 주파수와 동조하지 않아도 되어 발전기가 터빈과 샤프트로 바로 연결될 수 있다. 마이크로터빈 발전은 피스톤 엔진을 사용한 발전기보다 장점이 많다. 크기에 비하여 출력이 크고 연소가 양호하며 구동부분이 적다. 또한 air foil bearing과 공냉식(空冷式)으로 윤활유와 냉각수가 필요없으며, 여름철 잉여열 처리를 위한 냉각탑도 필요없다. 그리고 마이크로터빈은 전력부하 변동에 대하여 로터의 RPM만을 조절함으로써 빠른 응답속도와 넓은 부하추종범위를 가질 수 있는 장점을 지녀 Load Following 용으로도 적용이 많이 된다. 반면 피스톤 엔진의 경우 왕복운동 및 회전운동을 거치는 기계적인 한계로 인해 가스터빈에 비하여 부하추종속도에서의 불리하고, 통상 최고출력대비 50% 이상의 범위에서만 추종이 가능한 운전특성으로 인해 정속도로 운영하는 것이 효율적이다.
보조 동력 기관 [ 편집 ]
보조 동력 장치(APUs;Auxiliary Power Units)는 대형 기계에 보조로 힘을 공급하기 위한 소형 가스 터빈이다. 이것은 비행기의 통기를 위해 압축공기를 공급하거나 보다 큰 제트 엔진을 구동하기 위한 시동 기관으로 사용된다.
(보조 추진 장치(APUs;Auxiliary Propulsion Units)와는 별개임)
기술 발전 [ 편집 ]
가스 터빈 기술은 개발이후 지속적으로 발전하고 있으며 최근에는 소형 가스 터빈의 발전이 두드러지고 있다.CFD나 유한 요소 해석법 같은 컴퓨터 설계로 보다 높은 압축비와 고온에서 작동하고 효율적인 연소와 냉각을 하는 엔진이 개발되고 있다. 1990년대에는 포일 베어링이 채택되어 기름을 사용하지 않고 고온에서 작동할 수 있게 되었다.
한편으로는 전력스위칭기술과 microelectronics가 발전함에 따라 마이크로터빈이 분산형 전원기술로 보급되고 있다.
참고할 문서 [ 편집 ]
가스 터빈 제조사 [ 편집 ]
마이크로터빈 제조사 [ 편집 ]
Capstone Turbine Corporation [4]
가스터빈 공급 [ 편집 ]
‘굿바이 디젤’…가스터빈 발전기 전성시대 ‘눈앞’
가스터빈 발전기의 역할과 기능.(제공=한국유체기계학회)
[전기신문 김광국 기자] 가스터빈 발전기가 에너지전환 및 탄소저감을 촉진할 전력산업계 첨병으로 부상하고 있다.국내 발전 부문에서 석탄발전의 비중을 점차 줄여나감에 따라 LNG를 발전원으로 사용하는 가스터빈의 중요성이 점증하고 있는 것이다. 또한, 친환경성에 더해 발전 소음 저감·설비 부지 축소 등에서도 탁월한 효과를 보임에 따라 민간 부문을 중심으로 저·중용량 설비의 보급도 빠르게 확대되고 있다.
한편 가스터빈의 높은 외산 의존률은 산업생태계 조성을 위해 중장기적으로 풀어야 할 과제로 꼽힌다. 현재 발전용 가스터빈 제조사는 전 세계에 미국의 제너럴일렉트릭(GE), 독일의 지멘스, 일본의 MHPS 등 4개사뿐이다. 국내에서는 이제 사업 초기 단계에 접어든 두산중공업이 유일하다.
◆가스터빈 발전방식은=가스터빈 발전기는 가스터빈을 원동기로 사용하는 발전설비다. 기존 디젤 발전기와 비교해 탄소 배출량이 적고, 시동에 소요되는 시간이 짧아 첨두부하 및 신재생에너지 간헐성 대응에 효율적이라는 평가를 받고 있다. 이 때문에 발전 부문 외에도 최근 급격히 확산되고 있는 민간 인터넷데이터센터(IDC)를 중심으로 비상 발전기로 보급이 확대되고 있는 추세다.
한국유체기계학회가 이달 초 개최한 ‘가스터빈 혁신성장 포럼’에 따르면, 가스터빈 발전방식은 가스터빈과 발전기를 결합한 ‘단순발전’ 방식 외에 가스복합발전·열병합발전 등으로 연계 활용이 가능하다는 점에서 주목도가 높다. 가스복합발전의 경우 가스터빈·발전기를 활용한 단순발전에 더해 배열회수보일러(HRSG)를 결합, 열효율을 극대화한다. 열병합발전은 여기에 지역난방용 열에너지 공급까지 겸함으로써 수요가 늘고 있다.
◆세계 기술, 재생에너지 변동성 대응·탄소저감 ‘초점’=세계 가스터빈 시장의 눈은 발전효율 제고 및 탄소배출 저감을 위한 신기술 개발로 쏠리고 있다.
국외 연구개발 동향을 살펴보면, 크게 ▲하이브리드 가스터빈 ▲수소 가스터빈 ▲1700℃급 요소기술 등으로 구분된다. 먼저 하이브리드 가스터빈은 ESS를 결합해 즉각적인 계통 안정성을 확보하는 것으로 재생에너지 변동성 대응에 초점이 맞춰졌다.
또 수소 가스터빈은 발전원 특성을 활용해 탄소 배출 저감·제로(0)화를 목적으로 개발이 이뤄지고 있다. 특히 전 세계적으로 2030년 이후 수소 시장이 크게 확대될 것으로 예상됨에 따라 글로벌 기업을 중심으로 대형 혼소 및 소형 전소 연소 기술 등 개발이 추진되고 있다.
이밖에 복합발전효율을 67%이상으로 끌어올리기 위한 1700℃급 연소기 설계·고효율 냉각 설계 등의 요소기술 개발도 업계의 주요한 미래 방향성으로 거론된다.
◆시장 진입 앞당길 성과 ‘속속’=현 시점까지는 가스터빈산업에서 한국이 차지하는 부분은 매우 미미하다는 게 전문가들의평가다. 다만 최근 몇 년 새 국내에서도 민·관 부문을 필두로 국산화 및 산업생태계 조성을 앞당길 성과들이 속속 등장하고 있다.
국내 민간 부문에서는 두산중공업이 가스터빈 시장의 문을 두드리고 있다. 현재 정부 국책과제로 270MW급 상용 발전기 개발을 완료한 상황으로 오는 2023~2024년 서부발전과 실증시험에 돌입한다.
정부도 가스터빈산업을 육성하기 위해 박차를 가하고 있다. 지난해 2월 산업통상자원부는 두산중공업, 성일터빈 등 중견·중소 부품기업, 발전5사, 에너지기술평가원 등 산학연과 함께 민관 ‘한국형 표준가스복합 개발 사업화 추진단’을 발족했다.
또 발전5사가 수요기관으로 참여하는 ‘한국형 표준가스복합발전 모델 및 테스트베드’ 구축 사업도 지난 5월 첫발을 뗐다. 개발기간은 오는 2025년 12월까지다.
주원구 한국유체기계학회 가스·스팀터빈 분과 감사(현 연세대 기계공학부 교수)는 “가스터빈은 재생에너지의 변동성 및 간헐성을 보완한다는 점에서 중요성이 더욱 커질 것”이라며 “국내에서도 국부 유출을 막고 신산업 생태계를 창출하기 위한 가스터빈 국산화 및 시장 진입에 서둘러야 한다”고 강조했다.
“가스터빈산업 규모, 에너지전환 흐름에 연동”
“국산 개발제품 시장 진입·생태계 조성 중요”
“미래 발전시장은 탄소배출이 없는 신재생에너지가 지배할 것입니다. 이 과정에서 신재생에너지의 단점을 보완할 발전용 가스터빈의 중요성은 더욱 커질 수밖에 없습니다.”
주원구 한국유체기계학회 가스·스팀터빈 분과 감사(현 연세대 기계공학부 교수)는 가스터빈산업의 전망을 이같이 요약했다. 발전방식의 장점 외에도 전 세계적인 에너지전환 흐름과 맞물려 산업생태계가 확대될 수밖에 없다는 전망이다.
특히 주 감사는 국산 가스터빈 개발의 필요성을 역설했다. 국부유출 방지, 에너지 안보 확립 등의 관점에서도 국내 기업을 중심으로 한 생태계 조성이 필요하다는 주장이다.
주 감사는 “현재 국내 운용 중인 가스터빈 158기는 전량 외산인데, 이에 따른 국부 유출 규모는 약 35조8000억원에 달한다”며 “에너지 안보 확립을 위해 에너지원을 다양화하는 측면에서도 가스터빈 발전산업을 키울 필요가 있다”고 짚었다.
이어 “가스터빈 산업이 육성되면 국내 물량이 시장에 제공됨에 따라 자연스레 관련 생태계가 조성될 것”이라며 “생태계가 구축되면 발전사들은 건설·유지보수 비용 절감 효과를 누릴 수 있고, 국내기업의 실증 및 시장진입에도 도움이 될 수 있다”고 말했다.
또 산업 육성을 위한 산·학·연의 협업 중요성도 언급했다. 주 감사는 “지금은 첫 국산 개발 제품의 성공적인 시장 진입과 선제적인 미래 기술 개발에 집중해야 할 때”라며 “이를 위한 산·학·연 전문가 집단의 협업과 체계적인 추진전략 수립이 병행돼야 한다”고 강조했다.
STX엔진의 육상발전사업은 지난 30년간 디젤엔진 분야에서 축적된 기술과 노하우, 그리고 고객중심의 최적화된 엔지니어링 능력을 바탕으로 LNG 및 바이오연료 등 친환경 발전사업으로 사업을 확대하고 있습니다.
제품소개
비상용 가스터빈발전기 (Emergency Gas Turbine Generator) 비상용 가스터빈은 소형 경량인 원동기로서 타 발전설비에 비해 설치장소의 제약이 적고, 모두 공냉식이므로 냉각수 설비가 불필요 합니다.
신뢰성이 높은 연료분사 시스템과 강력한 연속점화시스템, 그리고 최적의 1축식 시스템으로 회전수 변동이 극히 적어, 순시 100% 부하투입, 차단시에도 주파수 변동율이 4%이하로 안정된 양질의 전기를 공급합니다. 비상용 가스터빈은 왕복운동부분이 없는 회전기계이므로, 진동과 소음이 거의 없고, 연료를 완전연소 시키므로 NOx 및 CO가 적어 배기가스가 깨끗합니다. 주로 병원, 인터넷데이터센터(IDC) 등에 공급되며, 최근 원자력발전소의 Back-up 전원용으로 운송이 용이한 이동형 발전차 형태로 공급되고 있습니다.
모델 및 용량
주요공급실적
연도 프로젝트 계약처 국가 엔진타입 수량 출력(KW) 총 출력(KW) 2018 월성 원자력본부 이동형발전차 한국수력원자력 한국 NGT2-S 7 1,000 7,000 2018 고리 원자력본부 이동형발전차 한국수력원자력 한국 NGT2-S 6 1,000 6,000 2018 한울 원자력본부 이동형발전차 한국수력원자력 한국 NGT2-S 7 1,000 7,000 2018 한빛 원자력본부 이동형발전차 한국수력원자력 한국 NGT2-S 7 1,000 7,000 2017 신한울 1, 2호기 이동형발전차 한국수력원자력 한국 NGT2B-T 1 3,200 3,200 2016 고흥 나로호 우주센터 한국항공우주연구원 한국 NGT3A-S 1 2,000 2,000 2013 고리 원자력본부 이동형발전차 한국수력원자력 한국 NGT2B-T 1 3,200 3,200 2013 월성 원자력본부 이동형발전차 한국수력원자력 한국 NGT2B-T 1 3,200 3,200
담당자 연락처
발전의 심장 ‘가스터빈’, 수소터빈으로 진화한다
GE·지멘스·미쓰비시 3강 체제…두산중공업 도전장
최대 15기 실증 통해 국산 표준복합발전모델 확산
[에너지신문] 정부가 지난해 11월 유엔기후변화협약 사무국에 10월 확정한 ‘2030년 국가 온실가스 감축 목표(NDC)’를 제출했다. 2030년 온실가스 배출을 2018년 대비 40% 감축하는 내용이다.특히 이 계획에는 노후 석탄발전소를 LNG발전으로 교체하겠다는 방침이 명시됐다. LNG발전을 친환경 발전 수단으로 볼 것인가를 놓고 국내외에서 논란이 있는 가운데 국제사회에 LNG 전환 의지를 피력한 셈이다.
▲ 핵심 구성품인 로터 조립체.
석탄 대비 약 45%정도 온실가스 배출량이 낮은 가스터빈은 ‘탄소중립’의 중요한 기술로 자리매김하고 있다. 특히 무탄소 연료인 수소를 사용하는 수소터빈 분야는 ‘탄소중립’ 달성을 위한 필수적인 기술로 새롭게 주목받으며 빠르게 성장할 것으로 전망된다.
수소터빈은 가스터빈을 사용해 기존 LNG와 수소를 섞은 연료를 연소(수소 혼소)하는 과정에서 생성되는 고온·고압의 가스를 팽창시켜 발전기를 구동해 전기를 생산하는 장치다.
수소터빈은 현재 국내 전력 생산량의 약 26%를 차지하는 기존 LNG 복합발전 가스터빈의 일부만을 개조 또는 새로 제작해 사용할 수 있다. 재생에너지의 확대 속도에 맞춰 LNG와 수소를 탄력적으로 혼합해 발전할 수도 있다.
이 기술은 재생에너지의 문제점으로 지목되고 있는 간헐성에 대응하고 탄소중립으로 가는 과정에서 발생할 사회·경제적 비용을 획기적으로 줄이면서 탄소 및 질소산화물 배출을 감축할 수 있는 기술로 이미 상용화 단계에 있다. 태양광과 풍력 등 재생에너지가 안정적으로 전력을 생산하지 못하는 한계를 수소터빈 발전이 극복할 수 있다는 의미다.
기존 석탄발전소 폐쇄에 따른 일자리 감소와 지역경제 침체, 신규 발전소 건설에 따른 민원 등을 고려할 때 기존 LNG 발전소의 가스터빈을 개조 또는 교체해서 탄소 배출을 줄이는 수소터빈기술은 에너지전환 과정에서 사회·경제적 충격을 완화해 줄 것이라는 얘기다.
전 세계적인 저탄소 경제로의 전환 과정속에서 탄소중립을 실현할 수 있는 기술들에 대한 투자 및 연구 활동은 확대될 것이다.
우리나가가 탄소중립 달성을 위해서는 정부의 적극적인 지원 아래 우리 기업들이 보유한 가스터빈 관련 모든 기술을 테이블에 올려놓고 가스터빈에서 수소터빈으로 단계적으로 전환해 가기 위한 치밀한 전략 수립이 필요하다.
발전의 심장 ‘가스터빈’…세계시장 도전장
가스터빈은 복합발전이나 열병합발전소의 심장이다. 4만여개 부품에 가스터빈 내부 블레이드는 450개를 넘는다.
초도 시험을 마친 가스터빈은 1500~1700도의 열을 견디는 초내열 합금 소재 및 정밀 주조 기술, 축류형 압축기 및 배출가스 최소화 연소기, 압축기·연소기·터빈 핵심 구성품을 조합시키는 시스템 통합 등 최고난도 기술을 망라한다.
▲ 두산중공업 직원들이 발전용 대형 터빈의 최종조립 작업을 진행하고 있다.
발전용 가스터빈은 한 번 설치하면 수명이 20~30년에 달한다. 게다가 원천기술 확보도 어려워 진입 장벽이 매우 높은 시장으로 꼽힌다. 가스터빈 시장은 제너럴일렉트릭(GE), 지멘스, 미쓰비시파워(MPW) 등 3대 기업이 세계 시장 점유율 80% 이상을 과점해 오고 있다.
대부분의 전문가들은 2028년까지 가스터빈 글로벌 시장에서 이들 메이저 3사의 3강 체제가 유지될 것으로 전망하고 있으며, 시장 점유율은 82%이상을 과점할 것으로 예측하고 있다.
최근 미쓰비시는 터빈 입구온도 1700도급 가스터빈 개발을 위해 국가프로젝트로 계통과 직접 연결해 검증하는 실증사업을 진행하고 있는 것으로 전해지고 있다.
현재까지 국내 발전시장에 도입된 150여기의 가스터빈도 전량 해외 제품이다. 최근에도 GE는 신세종열병합에, 지멘스는 여주, 청주, 음성열병합발전소에 이들이 개발한 가스터빈 최신기종을 공급했다.
다행히 우리 정부는 지난 2020년 11월 가스터빈 산업 경쟁력 강화방안 발표하고 2030년 가스터빈 산업 글로벌 4강 도약 비전을 제시한 바 있다.
한국형 표준복합모델 구축을 위해 최대 15기의 가스터빈을 실증하고 후속 가스터빈 모델 효율을 63%에서 65%로 향상하고 80MW 중형급 가스터빈 개발 추진과 더불어 2040년까지 대형(300MW급) 수소전소터빈을 개발하겠다는 것이다.
아울러 블레이드·베인·대형디스크 등 핵심 고온 소재부품의 역량 확보를 위한 R&D를 병행하고 부·울·경을 중심으로 가스터빈 혁신 클러스터로 조성하겠다는 계획이다.
두산중공업은 지난 2019년 11월 독자적으로 순수 국내 기술로 270MW급(DGT6-300H S1) 모델을 개발했다. GE, 지멘스, 미쓰비시, 이탈리아 안살도 에네르기아 등에 이은 세계 다섯 번째 쾌거였다.
최근에는 이 가스터빈에 대한 성능 시험을 완료하고, 2023년 상업 가동 예정인 한국서부발전의 495MW급 김포열병합발전소에 적용할 계획이다. 21개 대학과 4개 정부출연연구기관, 230개 중소·중견기업 등이 참여해 이뤄낸 성과다.
그동안 해외기업이 장악해 온 대용량, 고효율 가스터빈 시장에 국내 순수기술의 가스터빈기술이 도전장을 내민 것이다.
두산중공업은 2025년 6월까지 370MW급(DGT6-300H S2) 대형 가스터빈을 개발하고, 2025년말까지 380MW급(DGT6-300H S2+) 대형 가스터빈 표준복합모델을 개발해 한국중부발전의 보령복합화력 5호기 대체 발전소에 적용할 예정이다.
가스터빈에서 수소터빈으로 ‘진화’
발전용 가스터빈은 압축된 공기와 연료를 태워 고온·고압의 연소가스를 만들고, 이를 통해 발전기를 돌려 전기를 생산하는 장비다.
수소터빈은 기존 연료인 LNG 대신 수소를 사용해 운영하는 가스터빈이다. 현재는 연료로 LNG를 사용하지만 여기에 수소를 더하고 궁극적으로는 수소만으로 가동되는 발전용 터빈을 만들겠다는 의미다. 무탄소 수소 연료를 기존 연료에 혼합 적용해 온실가스 배출을 추가적으로 저감하는 친환경 발전기술이다.
LNG를 연료로 하는 가스터빈으로부터 수소터빈으로의 전환을 위한 기술개발이 성공적으로 이뤄질 경우 향후 대용량의 수소인프라를 활용하면서 저탄소 대규모 발전원 구축이 가능하다.
일본 야노경제연구소 분석에 따르면 수소터빈 시장은 2030년 40조원 규모에 달할 전망이다. 세계 가스터빈 시장을 선점하고 있는 글로벌 기업들이 눈독을 들이는 이유다.
주요 가스터빈 제조사들의 수소 혼소 및 전소를 위한 연구개발은 이미 상당한 수준에서 활발히 진행중인 것으로 분석되고 있다.
GE의 최신 가스터빈 기종(7HA.03)과 미쓰비시의 최신 기종(M501JAC)은 2025년 50% 수소 혼소를 목표로 하고 있으며, 지멘스의 최신 기종(SGT6-9000HL)과 두산중공업의 최신기종(DGT6-300H S2+)도 2025년 30% 수소 혼소를 목표로 기술이 개발되고 있다.
GE, 지멘스, 미쓰비시 등 메이저 3사의 경우 아직 대용량 가스터빈의 실증사례는 없지만 산업용 가스터빈(10MW급 이하)에는 혼소율 30%까지 실증이 진행중이며, 항공기 엔진 등에 대한 수소전소 실증도 하고 있는 것으로 알려졌다. 이들 3사는 대용량 발전용 가스터빈의 수소전소는 2030년까지 개발할 계획을 갖고 있다.
전세계적으로 수소혼소 가스터빈의 상업운전도 늘어나고 있다. 네덜란드에 있는 다우-듀폰의 열병합발전소와 미국 인디애나에 있는 복합화력발전소는 기존의 노후 가스터빈을 개조해 5∼30% 수소를 넣은 수소터빈을 상업운전하고 있다.
또 고온 연소로 발생하는 미세먼지인 질소산화물(NOx)도 수소 65% 혼소시 9ppm 이하로 감축할 수 있는 기술이 개발되는 등 별도의 선택적 촉매반응(SCR) 장착없이 질소산화물 배출량을 규제치 이하로 줄일 수 있는 수준에 도달한 것으로 알려진다.
대용량 가스터빈시장에 도전장을 내민 두산중공업은 향후 공급할 가스터빈 모두 2027년까지 수소터빈화하기로 했다. 목표 달성을 위해 우선 2024년까지 수소만을 연료로 사용해 탄소 배출이 전혀없는 5MW급 소형 수소터빈을 개발할 계획이다. 동시에 50%까지 수소와 LNG 혼합연료를 사용하는 300MW급 대형 수소가스터빈용 수소혼합 연소기도 개발할 계획이다.
두산중공업의 2027년 수소전소 터빈 개발 목표는 매우 도전적인 계획이다. 목표가 달성된다면 GE, 지멘스, 미쓰비시의 목표보다 3년 앞서 세계 최초 수소전소터빈화가 가능해 지기 때문이다.
270MW급 김포열병합 적용…380MW급, 보령 5호기 대체
수소터빈, 2030년 40조원 시장규모…수소혼소기술 ‘경쟁’
수소터빈 시장을 주목하라
국내 기업들도 수소터빈 기술을 선제적으로 확보하고, 한국전력과 발전 자회사들도 기존 LNG 발전시설을 개조해 실증에 나서는 등 시장변화를 이끌고 있다.
한국전력 전력연구원은 2021년 8월부터 한국중부발전, 한국서부발전, 한국남부발전, 한국동서발전과 함께 장기 운영중인 천연가스 가스터빈에 수소를 적용하기 위한 ‘가스터빈 수소혼소 한계평가 및 연소 최적화’ 기술개발에 들어갔다.
기존 가스터빈의 수소혼소 전환을 통해 대용량 가스터빈 발전소의 친환경 활용성을 강화하고 온실가스 배출을 저감할 것으로 기대된다.
발전 공기업 5개사의 수소터빈 상호협력 협약 체결로 수소터빈 개발과 실증사업이 가속화되고 있다.
2021년 11월 한국남동발전과 두산중공업은 표준 가스복합발전 테스트 베드 구축과 중소형 수소터빈 기술개발 및 적용을 위한 업무협약을 체결했다.
두산중공업은 국책과제로 진행 중인 한국형 표준 가스복합발전 가스터빈 실증을 위한 기술을 적기에 개발하고, 한국남동발전은 향후 건설예정인 신규 복합화력에 적용할 예정이다.
한국남부발전도 두산중공업과 2021년 10월 ‘국내기술 기반 친환경 수소터빈 발전소 실증사업 추진을 위한 업무협약’을 체결했다. 남부발전과 두산중공업은 2020년부터 5MW급 수소전소터빈 연소기 공동연구개발을 수행하고 있었으며, 이 협약은 그 후속 연구과제 추진을 위한 것이다.
한국중부발전은 2021년 10월 현대제철·두산중공업·현대엔지니어링과 ‘중형급 수소전소터빈사업 협력을 위한 다자간 업무협약(MOU)’을 체결하고, 국내 최초로 중형급(80MW) 수소 전소터빈 실증사업을 진행하고 있다. 2027년까지 충남 당진 지역에 80MW 중형급 수소전소터빈을 적용한 신규 발전소를 건설하고 상용화하는 것을 목표로 한다.
한국동서발전은 2021년 6월 SK가스, 두산중공업과 국내기술 기반 차세대 친환경 수소터빈 실증사업 추진을 위한 업무협약을 체결했다.
2025년 폐지 예정인 동서발전 울산화력본부의 노후 복합화력을 대신해 2027년까지 270MW급 수소터빈으로 전환하기 위한 것으로 100% 수소만을 사용해 전소하는 수소터빈 전환이 목표다.
SK가스는 수소터빈발전소 수소 공급과 기반 구축, 두산중공업은 국내 기술기반 혼소 수소터빈 기술개발과 수소터빈 실증 플랜트 공급을 맡는다.
앞서 2021년 3월 한국서부발전과 한화임팩트는 ‘수소혼소 발전 사업협력 양해각서(MOU)’를 체결하고, 최대 55% 혼소율 발전 실증연구를 진행하고 있다. 이후 2025년까지는 70% 이상의 수소 혼합 연소 실증을 추진한다.
2023년에는 서부발전 서인천발전본부 가스터빈 1기에 수소혼소 발전을 적용해 연간 이산화탄소 1600만톤을 저감할 계획이다.
한화임팩트는 세계 최초로 수소혼소 기술을 상용화한 미국 PSM과 네덜란드 토마센에너지 지분 100%를 인수해 트랙레코드와 원천기술을 보유하고 있다. 두 업체는 현재 유의미한 수소혼소 발전 실증사례를 보유하고 있다.
2021년 12월에는 메이저 가스터빈 OEM사를 제치고 미국 뉴저지에 위치한 린덴 코제너레이션 172MW급 가스터빈 1기에 40% 수준의 수소혼소율을 적용하는 개조사업을 수주했다.
2022년까지 세계 최초로 수소혼소율 40%를 적용한 상업발전 사례가 될 전망이다. SK에코플랜트는 2021년 9월 한국지역난방기술, 두산중공업과 ‘친환경 수소 가스터빈을 이용한 분산형 집단에너지 사업’ 추진을 위한 업무협약(MOU)을 체결했다.
이 협약으로 SK에코플랜트는 Gas & Power 사업그룹에서 추진 중인 다수의 LNG 집단에너지 및 열병합발전 플랜트 EPC(설계·조달·시공) 수행 경험과 역량을 바탕으로 수소에너지 활용을 위한 친환경 수소 공급 기술 및 수소터빈 열병합발전 플랜트 설계 기술을 확보할 방침이다.
한국지역난방기술은 사업 타당성 조사를 수행하고 설계 분야 전반에서 힘을 보태고, 두산중공업은 5MW급 소형 수소 연소기 및 수소터빈 기술을 개발하고 양산 기술을 확보할 예정이다.
한국지역난방공사는 2021년 12월 가스터빈 제작사인 미쓰비시 파워와 정비사인 한전 KPS와 함께 수소 가스터빈 개체 협력 업무협약을 체결했다.
한난은 현재 열병합발전시설 핵심 설비인 가스터빈의 연료로 사용되는 천연가스에 수소를 혼합해 사용할 수 있도록 설비를 순차적으로 개체하고, 향후 수소 전소가 가능한 설비로 전환할 계획이다.
지멘스는 한국가스공사와 수소터빈 발전분야에서 협력하고 있다. 최근 지멘스는 여주열병합발전소, 청주LNG발전소, 음성복합발전소에 최신기종의 가스터빈을 공급했으며, GE의 HA클래스 가스터빈은 안양열병합발전소, 내포열병합발전소, 통영천연가스발전소, 신세종복합발전소에 채택됐다.
지멘스와 GE는 최근 채택된 음성복합, 신세종복합발전소 등의 가스터빈에 대해 수소 혼소기술을 적용하지 않은 것으로 전해지고 있지만 수소 혼소 및 전소를 위한 연구개발을 활발하게 진행중인 것으로 전해진다.
▲ 일본 효고현 다카사오 공장에서 MHPS의 M501JAC 터빈이 생산되고 있다.
풀어야할 과제는
국산 가스터빈과 수소터빈 기술은 앞으로도 풀어야할 많은 숙제를 안고 있다. ‘탄소중립’ 정책에 따라 높은 관심을 모으고 있고, 재생에너지 확대에 따른 계통안정성을 확보하는 등의 장점이 있지만 기존 LNG 발전급의 효율을 내면서도 경제성을 높이는 등 넘어야할 과제가 많다.
당장 수소 가스터빈 등 수소발전 사업의 법적 지원 근거가 들어 있는 수소법 개정안이 국회 문턱을 넘지 못하고 제대로 된 심의조차 이뤄지지 않고 있다.
정부는 2021년 2월 세계 최초로 ‘수소법’(수소경제 육성 및 수소 안전관리에 관한 법률)을 시행했지만 청정수소의 개념 정의와 인증제 도입, 청정수소발전 구매의무 등의 내용이 개정안에 담겨 있어 법안 통과가 시급하다는 것이다.
개발중인 국산 가스터빈 기술에 대한 신뢰성 검증은 반드시 필요하다. 그동안 해외기업의 가스터빈 공급 과점시장이었기에 국산기술에 대해 의구심을 갖는 것은 어쩌면 당연하다.
정부 R&D과제로 개발중인 두산중공업의 가스터빈 모델에 대해 철저한 검증이 필요하다. 현재 두산중공업의 최신기종(DGT6-300H S2+) 모델은 GE, 지멘스, 미쓰비시 파워와 동등 수준의 복합효율 63%를 목표로 진행중이다.
아직 실증되지 않은 국산 가스터빈을 발전사들이 적용하는데 따른 리스크도 잠재한다. 서부발전의 김포열병합발전소에 채택하는 두산중공업의 270MW급 (DGT6-300H S1) 모델의 시험결과 검증은 향후 국산 가스터빈 기술의 신뢰성을 높이는데 매우 중요한 역할을 할 것으로 전망된다.
대용량 가스터빈의 수소 혼소 또는 전소를 위한 근본적 해결과제는 근접 지역에 대규모 수소 생산 및 공급설비, 수송인프라를 갖춰야 한다는 것이다. 석유화학공장 또는 제철소의 부생수소 공급이 가능하거나 개질수소 공급설비 인근이 최적이다.
수소 전소시 고온에 견디는 연소기 소재 개발도 과제다. 가스터빈 공급사의 대용량 수소 혼소 또는 전소 연소 실증도 미흡한 실정이어서 이에 대한 보완이 필요하다. 온실가스 배출 저감 확대와 연소기의 안정적 운영을 위해 수소혼소 연소 최적화를 찾아야 한다.
특히 수소 혼합 연료 적용에 따른 안전성 확보를 위해 수소 공급·안전시스템을 설계하고, 작동 유체 변동에 따른 가스터빈 복합화력의 공정 영향성을 분석해 수소혼소 가스터빈의 기술적 실증이 가능토록 해야 한다.
환경급전, 발전비용 정산 방안 등 정책방안을 마련해 수소발전 기술이 빠르게 정착될 수 있는 기반을 마련해야 한다.
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비상용 발전기 비교 (디젤 발전기 vs. 가스터빈)
비상발전기 (영어: standby generator, or emergency generator)는 상용전원의 공급 중단 시에 대체 전력으로 공급하는 비상전원(예비전원)을 발전하는 장치를 말합니다. 일반적으로 대형 병원, 데이터 센터, 은행, 대형 공장, 백화점, 연구센터 등 Critical Facility라고 할 수 있는 시설에는 비상 발전기가 구비되어 있습니다.
비상발전기의 용량이 전체 건물 부하의 용량을 감당하지 못할 경우, 혹은 건물 상황 상 대형 발전기를 도입하기 어려운 경우에는 여러 대의 발전기를 병렬운전합니다. 이 경우에는 기전력의 크기, 주파수, 위상, 파형, 상 회전 방향 등을 서로 맞춰주는 Synchro 장치가 필요합니다. 다시 말해 Synchro 패널은 병렬 운전 조건이 맞추어졌을 때 병렬 모선으로의 차단기를 Close 시켜 여러 대의 발전기가 부하를 감당할 수 있게 하는 역할을 합니다.
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