수명끝난 LNG터빈에 수소연료 60% 쓰자…온실가스 22%↓

충남 서산소대 한화임팩트 대산공장에 위치한 수소터빈발전소. 이날 수소터빈발전소는 수소혼소율 51%대를 기록 중이었다. /사진=김훈남 기자

한화임팩트와 한국서부발전이 세계 최초로 80㎿(메가와트) 중대형급 가스터빈 발전소에서 60% 가까운 수소연료 사용에 성공했다. 노후화된 LNG(액화천연가스) 터빈을 개조해 기존 화석연료 발전을 청정에너지인 수소발전으로 전환하는 방식이다. LNG 발전 대비 22% 온실가스 감축 효과를 확인한 데다 탄소중립 시대 사용량이 줄어드는 LNG발전터빈을 청정발전기로 재활용할 길을 열었다는 평가가 나온다.

노후 가스발전이 청정수소발전으로…세계 첫 59.5% 수소연료 사용한화임팩트와 한국서부발전은 21일 오후 2시 충남 서산 소재 한화임팩트 대산 사업장에서 '대산 수소터빈발전 실증 기념식'을 열었다. 이번 행사는 한화 대산 공장에서 실증작업 중인 80㎿ 가스터빈에서 수소 혼소(혼합연소)율 59.5% 실증 성공을 기념하기 위해 마련됐다.


그동안 실험실 단계 소규모 설비나 일부 40% 이하 수소 혼소 상용화 사례는 있었으나 중대형 터빈에서 50% 이상 수소혼소에 성공한 것은 이번이 처음이다.

한화임팩트와 서부발전은 2017년까지 운전을 마치고 폐지(폐기) 예정이던 서부발전 평택발전소의 LNG 가스터빈 4대 중 1기를 2021년 발전소에서 분리한 뒤 지난해 부생수소 공급이 가능한 대산 공장으로 옮겨왔다.

수소는 LNG에 비해 화염이 퍼지는 속도가 8~10배가량 빠르고 온도가 200도(℃) 높은 탓에 기존 LNG 연소기 대신 한화임팩트에서 개발한 수소 터빈용 연소기를 설치하고 노후 부품을 교체했다고 회사 측은 설명했다.'


송용선 한화파워시스템 수소사업부 상무는 "한화의 수소터빈기술을 활용한 연소기 등 주요 부품을 교체하면 기존 자산을 좌초자산으로 하지 않고 친환경 발전으로 전활 할 수 있다"며 "실제 발전에서 적용 사례 가운데 대산 수소터빈발전소의 수소혼소율이 전(全) 세계에서 가장 높다"고 설명했다.

한화임팩트와 한국서부발전은 올해 말까지 100% 수소 전소 발전 실증에 도전하는 한편 서인천복합발전소 소재 150㎿급 가스 터빈을 수소 터빈 발전으로 전환하는 2단계 실증사업을 추진 중이다.
화석연료 'LNG' 대체하는 '수소'…탄소·질소산화물 두마리 토끼 잡는다

송용선 한화파워시스템 수소사업부 상무다 21일 충남 서산 소재 한화임팩트 대상사업장에서 수소터빈발전 실증 사례와 한화임팩트의 수소공급망 확대 비전 등을 설명하고 있다. /사진=김훈남 기자

LNG 연료를 수소로 대체하는 기술은 2030년 국가온실가스감축목표(NDC)와 2050 탄소중립 목표 달성을 위한 주요 기술로 꼽힌다. NDC 기준 전환(발전) 부문의 탄소배출 감축 목표는 2018년 대비 45.9%로 산업 등 다른 부문에 비해 가장 많은 온실가스를 줄여야 한다.

현재 발전 분야 온실가스 배출량의 3분의 1 정도를 차지하는 LNG 발전에서의 온실가스 감축을 위한 기술로 수소터빈발전이 주목받는 이유다. 2050년 탄소중립을 위한 발전 목표를 고려해도 무탄소 가스터빈, 즉 수소터빈발전이 전체 전력의 21.5%까지 생산해야 한다.

이번 대산 수소 터빈 발전소의 사례를 살펴보면 59.5% 혼소율 기준 기존 LNG 발전 대비 이산화탄소(CO₂) 배출량이 22% 줄어드는 것으로 나타났다. 또 발전과정에서 나오는 질소산화물(NOx)은 환경부 배출 허용기준 20ppm의 3분의 1수준인 6ppm으로 줄어들었다. 기존 발전소의 경우 질소산화물 대기 배출을 막기 위한 별도의 탈질설비가 필요하지만 대산 수소터빈발전의 경우 설비없이 기준치 이하 질소산화물 배출이 가능하다고 한다.

다만 수소 터빈 발전이 기존 LNG발전을 성공적으로 대체하기 위해선 국내 수소공급망(밸류체인) 조성이 필수다. 현재 수소가격은 LNG에 비해 5~6배가량 비싼 탓에 부생수소 등 기존 공정에서 수소를 확보하는 경우를 제외하면 수소터빈발전 운영이 어렵다는 설명이다. 송용선 상무는 "국내 가스터빈 중 좌초자산이 될 가능성이 있는 81기를 수소발전으로 전환하면 수소가 연간 600만톤 필요하다"며 "수소 생산은 물론 전환, 운송, 보관, 발전 등 모든 밸류체인 형성에 속도를 내야한다"고 설명했다.

이옥헌 산업부 수소경제정책관은 이날 기념식에서 "수소발전은 원전·재생에너지와 함께 무탄소발전의 하나로 세계적 주목을 받고 있다"며 "수소발전은 대규모 사용처로 생산과 유통 등 수소 생태계 확산에 기여하고 부품 개조만으로 기존 발전망을 사용할 수 있는 만큼 현실적인 탄소중립 방안"이라고 강조했다.