한화임팩트, 가스터빈 절반 수소로 채웠다…“이산화탄소 22%↓”

[충남 서산=이데일리 강신우 기자] “멈췄던 가스터빈의 심장(연소기)을 독자 개발(국산화)한 친환경 터빈으로 교체해 온실가스를 줄이는 데 앞장서겠다.”

한화임팩트 대산 사업장에 있는 중대형(80MW)급 가스터빈. 한화임팩트는 이 발전 시설을 활용해 세계 최고 혼소율인 59.5% 수소 혼소 발전 실증에 성공했다. (사진=강신우 기자)

한화임팩트가 80MW(메가와트)급 중대형 가스터빈에 친환경 에너지원인 수소를 섞는 비율인 혼소율을 59.5%까지 끌어 올렸다. 2021년8월 한국서부발전과 함께 수소터빈 발전 사용화를 위한 기술 실증을 시작한 지 약 3년 만이다. 실제 상업 운전이 가능한 중대형 가스터빈에서 약 60% 수준의 수소 혼소 발전 실증에 성공한 것은 이번이 세계 최초다.

이번 시험에서 한화는 서부발전의 평택1복합 발전 설비(1994년 준공)에서 노후되어 운행 정지한 LNG 가스터빈을 한화임팩트 대산사업장으로 재배치해 활용했다.

한화와 한국서부발전은 21일 충남 서산시에 있는 한화임팩트 대산 사업장에서 열린 ‘대산 수소터빈발전 실증 기념식’에 앞서 기자 브리핑에서 이같이 밝혔다. 수소혼소 가스터빈은 기존 천연가스와 수소를 함께 태워 발전하는 방식이다. 수소 비율이 높을수록 탄소배출 농도도 낮아지는 효과가 있다.

앞서 정부는 연구개발(R&D)과 발전 현장 실증을 통해 오는 2026년까지 수소 혼소 기술을 확보하고 2028년부터 수소·암모니아 발전의 상용화를 추진하기로 했다. 또한 수소발전 입찰 시장을 개설해 해외 수소 도입을 위한 시범사업, 인프라 구축 등 청정수소 생태계 구축을 지원한다. 수소발전 입찰 시장은 수소 또는 수소화합물(암모니아 등)을 연료로 생산된 전기를 구매·공급하는 제도이다.

송용선 한화파워시스템 수소사업개발팀 상무는 “이번 수소 혼소율 59.5% 달성으로 이산화탄소(CO2)는 22%, 대기오염물질(NOx)은 6ppm 이하로 줄였다. 국내 천연가스(LNG) 가스터빈 발전소의 대기오염물질 배출허용기준 20ppm 대비 약 30%가량을 별도의 저감장치 없이 달성한 것”이라고 설명했다.

천연가스(LNG)와 수소를 섞는 혼소 장치.(사진=강신우 기자)

한화임팩트가 수소 혼소율을 획기적으로 높인 것은 ‘수소 연소기 기술’과 ‘화염 제어 기술’ 덕이다. 수소는 LNG보다 7~8배나 빠른 속도로 연소되기 때문에 연소기의 화염이 연료 공급장치로 역류해 손상을 입히는 데 이러한 ‘화염 역화 현상’을 제어하는 것이 수소 혼소율을 높이는 핵심 기술이다.

한화임팩트는 향후 수소 100%를 연료로 사용하는 무탄소 발전 기술의 개발을 위해 대상 실증 사이트에서 수소 전소에 도전한다. 이 기술을 기반으로 국내는 물론 글로벌 시장을 대상으로 수소 발전사업을 확대해 나갈 계획이다. 한화임팩트 관계자는 “올해말 수소 전소 테스트를 거쳐 이르면 2027년 수소터빈 발전의 상용화를 목표로 하고 있다”고 밝혔다.

한화임팩트는 또 상업 운전 중인 서인천복합발전(150MW급)에 혼소 발전 기술을 적용하는 방안을 서부발전과 공동개발 할 계획이다.

수소 혼소 발전은 탄소중립으로의 속도감 있는 진행을 위해 가장 경제적이고 효과적인 방안으로 평가 받는다. 현재 가동 중인 LNG 가스터빈의 연간 온실가스 배출량은 약 6600만t으로 이 LNG 가스터빈을 모두 수소 50% 혼소 터빈으로 개조하면 LNG 발전 부문에서 연간 약 1600만t 이상의 온실가스 감축이 가능하다. 이는 조정된 2030 국가 온실가스 감축목표(NDC) 중 전환(발전) 부문에서 감축해야하는 온실가스 배출량(약 1억2000만t)의 13%에 해당한다.

이옥헌 산업부 수소경제정책관은 “수소·암모니아 발전 비중을 2030년 2.1%, 2036년 7.1%로 확대해 나갈 계획”이라며 “향후 글로벌 수소발전시장이 급격히 성장할 것으로 예상되면서 우리 기업이 수소터빈 시장을 선도해 나가길 기대한다”고 말했다.