석탄가스화복합발전(이하 IGCC)은 ‘석탄가스화기술’과 ‘가스터빈복합발전기술’을 통합한 것이다.

석탄을 가스한 후 정제한 가스연료(CO, H2)로 가스터빈을 발전하고 가스화기 및 가스터빈의 배가스열로 증기터빈을 발전하는 것이다.

IGCC는 고효율을 자랑한다. 현재 39∼43% 효율이지만 고성능 GT를 사용할 경우 45∼46%까지 올릴 수 있다.

여기에 탈황률이 99.9%로 친환경적이고 석탄, 바이오매스, 폐기물 등 다양한 연료를 사용할 수 있다는 것도 장점이다. 하지만 높은 투자비와 복잡한 설비 구성과 제어, 설비 최적화, 저비용화가 해결해야 하는 과제다.

IGCC 기술이 주목되기 시작한 것은 지난 1970년대 두 번에 걸친 석유파동과 1980년대에 들어서면서 환경오염 문제가 대두됐기 때문이다.

석탄은 전 세계적으로 고르게 분포돼 있으므로 에너지 수급면에서 석유에 비해 상대적으로 안정적이기 때문에 석유파동에 대한 대안이 될 수 있다는 얘기다.

환경적 측면에서도 미분탄 연소방식에 의한 화력발전이 석탄 내 함유된 S, N 성분을 SOx 및 NOx로 발생시켜 환경오염을 야기하는데 반해 불완전 연소반응에 근거한 석탄가스화에서는 석탄 내 S와 N성분이 H2S와 NH3 형태로 발생돼 이들 가스의 정제가 SOx 및 NOx에 비해 대단히 용이하고 그 효율도 높기 때문에 IGCC 기술의 개발을 추진할 필요성이 커진 것이다.

이런 이유로 미국, 일본 등 선진국을 중심으로 상용화를 위한 개발 경쟁이 가속화되고 있다.
IGCC를 국내 기술화 하기 위한 작업은 지난 14년 동안 진행돼 왔다. 일일 2000톤 석탄을 처리하는 상용급 규모의 IGCC 기술을 개발, 상용화를 준비하고 있는 선진국에 비해 우리는 석탄가스화에 대한 기술개발 투자 규모 및 개발 기간의 열세로 인해 주로 기반기술 및 파일럿급 설비의 설계, 건설 및 운전기술 개발에 주력하고 있다.

하루 1∼3톤급 석탄가스화 설비기반을 갖췄고 하루 50∼100톤급 가스화플랜트를 자체적으로 설계 운용할 수 있는 기술수준을 확보했다.

고온탈황, 고온집진설비의 운전결과 벤치급과 파일럿 규모로는 해외에서도 인정받을 수준에 도달했다. 아시아 지역에서는 일본 다음으로 높은 기술수준을 확보하고 있는 것으로 평가되고 있다.

이와 같이 국내기술로 장기간 100∼200 Nm3/hr 규모의 석탄 합성가스를 공급할 수 있는 설비기술과 운전기술을 확보해 합성가스를 활용한 다양한 기술개발을 추진할 수 있는 국내 설비기반을 갖추게 됨으로써 석탄 합성가스를 이용해 간접액화기술인 DME 제조 기술개발을 진행하고 있다.
제조된 합성가스를 이용, 전기를 생산하기 위해 석탄가스화기에 연계된 소형엔진발전시스템이 개발됐다. 석탄, 중질잔사유, 바이오매스 등 가스화기 연료 변화에 따른 고체시료 및 슬랙의 특성평가 기술 업데이트 및 DB화 구축과 국산탈황제를 적용한 유동층 탈황반응기를 석탄가스화기에 연계하는 실험을 통해 99% 이상의 탈황조건에서 안정적인 장기간 연속운전이 가능하게 됐다.

또한 2012년에 건설되는 IGCC 플랜트의 테스트베드 활용과 IGCC에 포함된 핵심 요소기술을 개발하고 국내 건설시 해외의존도를 낮추는데 기여하기 위한 국내 고유기술 개발도 진행하고 있다.
개발된 가스화용융 기술은 폐기물분야에 적용돼 파일럿 규모의 폐기물 가스화용융 설비를 제작하고 운전기술은 개발 중에 있다. 100톤/일의 폐기물을 처리하는 가스화용융플랜트의 설계기술과 운전기술을 확보해 현재 이 기술은 상용화 단계에 있다.

지난 1992년부터 2002년까지 총 202억원을 투자해 G7 프로젝트로 IGCC 상용화 기반기술 확보를 위한 기초연구가 수행됐다. 그 결과 에너지기술연구원과 고등기술연구원에서 세계적 상용규모의 1/1000 수준인 0.1∼0.2MW(벤치급) 실험용 플랜트 건설·운전기술을 확보했다. 한전 전력연구원은 한전의 기술도입 전략 방침에 따라 IGCC 시스템 설계기술을 외국기술보유사(바첼)의 60% 수준으로 자립했다.

석탄 IGCC 기술은 이산화탄소 배출 저감 및 수소경제시대를 대비한 차세대 발전기술로서 석탄이용분야의 중추적인 기술로 평가되고 있다. 그래서 국내기술 자립이 중요하다.

초기투자비가 기술개발과 상용화에 걸림돌로 작용하고 있지만 우선 발전효율을 높이고 초기 투자비를 낮추는 작업에 역량을 집중해야 한다.

우선적으로 추진되는 300MW IGCC 건설비에 대한 정부지원이 확대돼야 할 것으로 보인다. IGCC 발전소 건설비는 기존 미분탄 발전방식에 비해 현재 가격으로 약 25%이상 비싼데다 운전유지비도 기존의 미분탄방식에 비해 높은 실정이다.

아직까지는 발전소 가동율도 78∼82%로 기존 미분탄발전소(92%)에 비해 낮은 편이다. 국내 기술개발을 통해 이와 같은 조건들을 극복하고 세계 최고 수준의 IGCC 기술개발을 하려면 정부의 예산 지원과 참여기관들의 협력이 필요하다.

이같은 작업이 선행된다면 석탄액화(CTL), 중질잔사유 활용 가스화복합발전, 석탄가스화를 이용한 연료전지 복합발전(IGFC) 등 미래기술 개발도 함께 추진할 수 있고 세계적으로 신 석탄이용기술을 선도할 수 있을 것으로 보인다.