국산 가스터빈용 30% 수소혼소 연소기 개발 완료

[아이뉴스24 최상국 기자] 국산 가스터빈용 수소 혼소 연소기가 개발 완료돼 발전소 현장 실증에 나선다. LNG 발전용 가스터빈에 수소연료를 혼합해 연소하면 그만큼 이산화탄소 배출을 줄일 수 있어 탄소중립에 기여할 것으로 기대된다.

한국기계연구원(원장 박상진)은 12일 대전 본원에서 ‘300MW급 가스터빈 수소혼소 연소기 개발 성과 보고회’를 개최하고, 내년부터 한국동서발전에서 이를 실증할 계획이라고 밝혔다.

기계연 탄소중립기계연구소 무탄소연료발전연구실 김민국 실장 연구팀은 지난 2020년 7월부터 13개 산·학·연 공동으로 국산 가스터빈용 친환경 연소기를 개발했다. 두산에너빌리티가 세계 5번째로 개발한 LNG 발전용 가스터빈을 활용해 수소연료를 30% 섞어 태우면서도 기존 LNG 가스터빈의 연소성능을 유지할 수 있게 만들었다.

수소연료는 산화제인 공기와의 반응성이 높아, 고온 및 화염역화(연소실 화염이 연료분사 노즐 안으로 들어오는 현상)를 유발할 위험이 있다. 기계연은 이러한 위험을 방지하기 위해 연료분사 방법을 개선하고, 공기와 연료의 혼합도를 제어해 고온으로 인해 발생하는 질소산화물과 화염역화로 발생하는 진동을 동시에 줄이는 데 성공했다.

성능 검증은 해외에서 진행했다. 기계연에 따르면 국내에는 연소기 개발에 필요한 연소 시험설비가 없어 독일항공우주센터(DLR)로 연소기를 옮겨 가스터빈의 실제 운전 조건인 고압 환경의 연소시험을 진행하고 성능을 검증했다.

가스터빈에 수소를 30% 섞어 연소할 경우 기존 LNG발전에 비해 이산화탄소 배출을 10.4% 감축할 수 있다. 수소 50%일 경우 21.4%까지 줄일 수 있다.

김민국 실장은 "연구실 실험에서는 80% 혼소까지도 가능한 수준"이라면서 "우선 30% 혼소 연소기를 실제 발전소 규모에서 실증하면서 2024년까지 50% 혼소 연소기를 개발하고 2030년까지 탄소를 전혀 배출하지 않는 수소 100% 연소기술을 개발하는 것이 목표"라고 소개했다.

이 날 성과 보고회에서는 기계연의 기술발표에 이어 두산에너빌리티의 고압 연소시험 결과와 한국동서발전의 수소혼소 가스터빈 발전소 실증 계획 발표가 이어졌다.

박상진 기계연 원장은 “친환경･무탄소 에너지 사회로의 전환을 위해서는 중･대형 가스터빈의 수소 연료전환 기술 개발과 발전소 실증이 필수로, 터빈 제작사인 두산에너빌리티와 수요처인 한국동서발전의 실증 의지가 높아 조기에 수소터빈 국산 기술 확보가 가능할 것”이라며 “후발주자로 시작한 LNG용 가스터빈 기술과 달리 선진국과 동등한 수준의 무탄소 가스터빈 기술을 확보한 상황에서 실증사업을 통해 상용화가 가속화될 수 있다면 대한민국의 차세대 신성장 산업으로 자리 잡을 것”이라고 말했다.