이에 따라 차세대 석탄발전 방식으로 유망한 PFBC (Pressurized Fluidized Bed Combustion, 가압유동층 복합발전)기술의 판세도 변화를 가져오고 있다. 1970년대 초부터 PFBC 기술개발을 추진한 ABB-Carbon은 미국의 Tidd(70 MW), 스웨덴 Vartan(135 MW), 스페인 Escatron(79 MW), 일본 Wakamatsu(71 MW) 및 Karita (360 MW) 발전소에 기술을 공급한 PFBC분야의 독보적인 선두주자였다. 그러나 ABB의 PFBC기술을 인수한, 새로 출범한 Alstom Power사는 기업의 주력 사업분야에서 PFBC business를 제외할 전망이다. 이의 배경은 유럽과 미국시장의 PFBC 붐이 조성되지 않고, 또한 자사내의 CFBC(상압순환유동층)기술과의 대 고객 입장정리 측면이 있는 것으로 알려지고 있다.
이러한 결과로서 PFBC 기술분야에서는 일본이 집중적인 조명을 받게 되었다. 일본은 현재 전세계에서 가동중인 총 983 MW(7기)의 PFBC중에서 70%에 해당하는 695 MW(3기)를 가동중이다. 일본의 PFBC 기술보유사는 이시가와지마하리마 중공업(IHI), 히타치 중공업(Hitachi) 및 미츠비시 중공업(MHI)사이다. 이중에서 IHI는 ABB-Carbon의 Licensee로서 Wakamatsu(71 MW) 및 Karita (360 MW) PFBC 발전소의 설계 및 설비공급을 담당하였으며, Hitachi는 자체 기술개발에 의하여 Osaki (250 MW) 발전소를 건설 가동중이다. 일본의 중공업사는 자사의 축적된 발전설비 설계 및 제작경험에 따라 기존의 미분탄화력(pulverized coal firing) 발전소와 유사성이 있는 PFBC 기술의 선발주자를 따라 잡고 있다. 일본이 석탄가스화 복합발전(IGCC, Integrated Gasification Combined Cycle) 기술보다 PFBC기술에 치중하는 이유는 IGCC는 가스터빈(gas turbine) 대 증기 터빈(steam turbine)의 출력비율이 6대4인 반면, PFBC는 반대로 2대8로서 가스터빈의 비중이 낮아 미국에 비하여 상대적으로 열세인 개스터빈의 기술력 때문이라는 속설이 있다.
독자들의 이해를 돕기 위하여 PFBC기술의 특성을 소개한다. PFBC는 가압된 연소로 내에서 석탄(연료)을 탈황제와 함께 유동화 상태에서 연소시키는 방식으로 여기서 발생되는 증기를 이용하여 증기터빈을 구동하고 고압의 연소가스는 함유된 분진이 제거된 후 가스터빈을 구동하는 고효율 복합발전 방식이다. 저발열량 연료, petroleum coke, 고형폐기물 등의 다양한 연료의 연소가 가능하며, 연소온도가 800∼900℃ 정도로 회분의 용융온도보다 낮아 회분용융에 기인하는 slagging 또는 fouling이 일어나지 않고, 공기 중의 질소가 산화되지 않아 열적 질소산화물(Thermal NOx)이 거의 발생하지 않는다. 그리고 황산화물(SOx)의 배출저감을 위한 별도의 설비를 추가할 필요가 없는데 이는 연료중의 유황성분이 석회석 또는 백운석과 같은 탈황제와 반응하여 보일러 노내에서 99% 까지 제거될 수 있기 때문이다. 유동층 연소로는 단위 부피당 열출력이 크고 열전도도가 높으며, 연소로 내에서의 열전달이 균일하게 이루어지는 특성이 있어 종래의 미분탄 발전과 비교하여 동일열량일 경우 전열면적을 줄일 수 있으므로 보다 콤팩트한 설계가 가능하며 3∼4% 효율이 더 높다. 이외에도 배출되는 회는 방수성이 뛰어나고 강도가 높아 우수한 건축자재로의 재활용이 가능하다.
이러한 PFBC의 우수한 기술특성에 우수한 따라 정부의 제5차 장기전력수급계획에 건설이 예정된 3기의 300MW급 청정석탄발전소(CCT)의 적용기술 후보로서 반영되어 있다. 이에 세계에서 가장 활발히 PFBC 기술을 개발 및 적용하고 있는 일본의 최근 PFBC 상용설비 건설, 운전현황 및 향후전망에 관한 집중적인 조사와 분석을 통하여 향후 PFBC 기술의 국내 도입 및 건설 시 최적 기술의 선정 및 국내 기술확보의 전략을 사전에 수립함으로써 국내 및 아시아 지역 PFBC 기술시장의 교두보 구축에 대비하여야 할 필요가 있다.
김종진 한전 전력연구원 책임연구원
(E-mail : jjkim@kepri.re.kr)
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