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개요 |
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국내ㆍ외 기술개발 현황 및 동향 |
해외 현황
- 강화되고 있는 국제 환경규제에 대비하여 전력의 안정적 공급과 환경오염물질 감소라는 조건을 만족시키고 기술개발에 따른 파급효과가 큰 기술로 인식이 확산되고 있음
- 발전시장에서 매우 중요한 비중을 차지할 것으로 예상되며 유럽, 미국 등에서 100∼250MW급 대용량 석탄가스화복합발전시스템을 개발, 운전하여 경험 축적으로 미래시장에 대비
- 유럽, 미국, 일본 등지에서 이미 100∼250MW급 대용량 석탄가스화 복합발전시스템을 개발, 건설
- 미 국
- 세계적으로 가장 활발하게 IGCC 상용화 추진중
- 100㎿급 실증연구 실시('84∼'89, Cool Water Plant, Texaco사)
- 2,400톤/일급 루이지아나 가스화 플랜트(160㎿급,Dow(Destec)사에서 실증연구 추진중
- DOE에서 Clean Coal Technology 프로그램으로 5개 프로젝트 (총915㎿) 추진중
- 유 럽
- 네덜란드(SHELL사)는 '72년부터 약 20억불을 투입하여 건식가스화 기술 개발
- 독일(Krupp Koppers사)은 스페인의 ELCOGAS 프로젝트(300㎿)에서 상용규모 IGCC 실증예정
- 이탈리아는 16개국 100개 이상의 은행이 총 38억 $(US $) 투자하여 3개의 대형 IGCC Plant (1,338MW 규모) 건설중
- * 수입되는 전기량을 줄이고 EU 규정에 따른 allowable S emission을 맞추기 위해 전력구입비에서 51.5리라(또는 초기 8년 동안 3.0센트/kWh)의 특혜조치를 시행중
- 일 본
- NEDO 주관하에 9개 전력회사, 전원개발, 전력중앙연구소등 11개 법인으로 구성된 '석탄가스화복합발전기술 연구조합'을 발족시켜 '86년부터 국가보조사업으로 250㎿급 IGCC개발 중
- 200톤/일(가스터빈 13㎿)급 나코소 플랜트를 설치(투자비 590억¥) 시험운전
[해외 가스화 설비 건설 및 운영 현황]
회사명 |
설비명 |
소재지 |
운전시기 |
출력 |
연료공급형태 |
기술수준 |
1. ABB-CE(美) |
Springfield (가스화복합발전) |
일리노이주 스프링필드 |
'95 중반 |
60MWe |
건식분류층, 공기 |
입증설비 |
2. BRITISH GAS(英) |
BGL Gasification (가스화발전) |
스코틀랜드 웨스트필드 |
'74 - '84 (입증 완료) |
27MWe |
건식고정층, 산소 |
상용규모입증 |
3. Shell(네덜란 드) |
Buggenum (가스화복합발전) |
스코틀랜드 웨스트필드 |
'93. 9 (건설중) |
253MWe |
건식분류층, 산소 |
입증 및 상업용 |
4. Destec(美) |
LGTI (가스화복합 발전) |
루이지아나주 플라크마인 |
'87. 4 - (건설중) |
161MWe |
습식분류층, 산소 |
상업용입증 |
5. Destec(美) |
Wabash River (가스화복합발전) |
인디아나주 웨스트테르오트 |
'95. 7 - (계획 확정) |
270MWe |
습식분류층, 산소 |
상업용 Repowering |
6. IGC 연구소 (日) |
200ton/일Pilot Plant (가스화복합 발전) |
후쿠시마, 나고소 |
'91. 6 - (운전중) |
12,5MWe |
건식분류층, 공기 |
시험설비 |
7. Krupp Koppers(獨) |
Lubeck (가스화복합발전) |
독일 Lubeck |
- (설계중) |
320MWe |
건식분류층, 산소 |
입증설비 |
8. Krupp Koppers(獨) |
ELCOGAS (가스화 복합발전) |
스페인 푸에르톨라노 |
- (계약협상중) |
300Mwe |
건식분류층, 산소 |
입증 및 상업용 |
9. RWE (獨) |
KOBRA (가스화복합발전) |
독일 골든버그Hurth |
'96 (계획확정) |
303MWe |
건식유동층, 공기(HTW) |
입증설비 |
10. Sierra Pacific(美) |
Pinon Pine (가스화복합발전) |
네바다주 스트레이카운티 |
'97 (인가단계) |
89MWe |
건식유동층, 공기(KRW) |
입증설비 |
11. Tampella(필란드) |
- (가압가스화) |
필란드 탐페어 |
'91.10 - (운전중) |
10MWt |
건식유동층, 공기(U-gas) |
Pilot Plant |
12. Tampella (美) |
- (가스화복합발전) |
버지니아주 탐스크리크 |
'98. 5 (계약협상중) |
58MWe |
건식유동층, 공기 |
입증설비 |
13. Tampella (美) |
- (가스화복합발전) |
스웨덴 베가 |
'96. 1 (예비시험중) |
60MWe |
건식유동층, 공기 |
입증설비 |
14. Texaco (美) |
Lakeland (가스화 복합발전) |
Polk 발전소, 플로리다주 |
'96. 5 (계획 확정) |
260MWe |
습식분류층, 산소 |
입증설비 |
15. Texaco (美) |
Delaware Clean (가스화복합발전) |
델라웨어시, 미국 |
'96 (계획확정) |
165MWe |
습식분류층, 산소 |
상업용 |
16. Texaco (美) |
Cool Water (가스화복합발전) |
캘리포니아주 다게트 |
'94 - '98 (시험 완료) |
120MWe |
습식분류층, 산소 |
입증설비 |
국내현황
연구비 지원현황
- '88년부터 '2001년까지 석탄이용분야 36개 과제에 25,821백만원을 투자하였으며 그중 15,465백만원을 정부에서 지원
구분\년도 |
'88∼'95 |
'96 |
'97 |
'98 |
'99 |
2000 |
2001 |
계 |
과제수 |
신 규 |
27 |
1 |
5 |
1 |
- |
2 |
- |
36 |
계 속 |
41 |
3 |
2 |
6 |
6 |
1 |
2 |
61 |
계 |
68 |
4 |
7 |
7 |
6 |
3 |
2 |
97 |
사업비 (백만원) |
정 부 |
5,005 |
1,216 |
1,885 |
1,846 |
1,771 |
1,913 |
1,829 |
15,465 |
민 간 |
3,484 |
1,047 |
1,455 |
1,567 |
1,274 |
767 |
762 |
10,356 |
계 |
8,489 |
2,263 |
3,340 |
3,413 |
3,045 |
2,680 |
2,591 |
25,821 |
기술개발현황 및 동향
- '80년대 초부터 대학과 연구소를 중심으로 연구 시작하여 '88년부터 대체에너지개발촉진법에 따라 정부차원에서 기술개발
- 국내 발전소 건설을 위한 기본설계기술 확보를 목표로 기술개발 추진
- 한국전력공사에서 1988년 타당성, 경제성 등의 검토를 위한 기초연구 수행, '92년부터 정부차원의 대체에너지기술개발사업으로 아주대학교에서 3t/d 분류층 석탄가스화 반응장치를 설계
- '90년대 중반부터 한국전력공사를 중심으로 석탄가스 정제기술개발이 활발하게 추진되고 있음
- IGCC용 고온 및 중저온 건식 탈황기술 개발 중(한전, 고려대)
- 현재 고등기술연구원, 에기연을 중심으로 가스화 장치에 대한 연속운전, 신뢰성 확보를 위한 연구 수행
- 3t/d 건식가스화로 및 1t/d 습식 가스화로 설치 및 운전중(2002.12 종료)
- 중장기 전력 전원계획에 따라 환경보전형 발전기술로 IGCC가 채택되어 플랜트 도입시 한국형 IGCC기술 접목으로 기술도입비 절감, 첨단 운전ㆍ건설기술 자립화에 기여
[IGCC 기술개발 기본계획]
제1,2단계(∼'96까지) |
제3단계('97∼'02) |
제4단계('03∼'06) |
- 가스화 복합발전 기반기술 확보
- 벤치규모(3톤/일)가스화
기반 기술
- 핵심 요소 기술개발
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- 가스화 복합발전 요소기술 확보
- 300MW급 IGCC발전시스템
개념 설계 기술확보
- 벤치급 가스화기 운전 특성
기술 확보
- 고온 정제 장치 개발 및 PDU급 파일럿 플랜트 설계
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- 가스화 복합발전 실증 연계기술 및 고효율 신발전 요소기술 개발
- 벤치급 가스화 고온정제 연계
실증기술 확보
- 300MW급 IGCC 설계기술 개발
및 개량 추진
- 소형 가스터빈 및 연료전지 연계 고효율 신발전 공정기술 기반 확보
- 최적 IGCC 공정 평가 능력 개발
- 핵심 요소 기술개발 자립화
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- 실용 액화 공정 기반기술 개발
- 벤치급 액화공정 연속운전 기술
개발
- 고효율 저에너지 소요의 액화
전처리 기술개발
- 액화공정 simulation 기술개발
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- 벤치규모 CWM(Coal Water Mixture) 제조와 연소장치 개발
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- CWM 이용기술 실용화
- 파일럿 규모 CWM 제조장치
및 연소시험
- 실증 규모 플랜트 설계 (산업용, 발전용)
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- CWM 생산 이용 기술 실증화
- 파이럿 규모 연속운전 기술 개발 (산업용, 발전용)
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향후 기술개발 추진계획
- IGCC관련 기술개발 지속추진
- 가스화부분과 고온탈황 부분의 장기적이고 안정적인 연계운전을 위한 연구와 설계기술 개발 및 실험 연구
- 석탄가스에 의한 가스터빈 구동 및 전력생산 시험
- 건설 및 초기투자비를 줄이기 위한 공정의 단순화 설계 기술개발
- 고온건식 탈황제와 transport 탈황장치의 국내고유기술 확보(H2S 누출<20 ppmv)
- 다양한 연료가스(석탄, 중질 잔사유, 석유코크스, 바이오 매스 등)에 대한 고온건식 집진/탈황 적용기술 개발
- 고온정밀정제 기반기술개발(연료전지 연료 및 화학공정용 원료)
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기술개발결과 및 실용화 관련 |
- 국내 기술이 아직 초기단계로 보급실적이 전무하나 한전의 장기전력수급계획에 따르면 향후 상용플랜트 건설되어 운전될 예정으로 미분탄 화력의 상당부분 대체 가능
- 외국 상용화 설비 도입시 한국형 IGCC기술 접목으로 기술도입비 절감, 첨단 운전ㆍ건설기술 자립화 및 각 대상공정 중 주요부위 판단 기준 제공
- 중질잔사유를 이용한 가스화복합발전의 건설을 몇년 전부터 대기업에서 타당성조사를 실시하고 있어 대체에너지개발 및 이용보급촉진법에 중질잔사유를 이용한 가스화에너지가 대체에너지원으로 포함될 경우 조기에 플랜트 건설이 이루어질 것으로 예상됨
- 이 경우 저급원료인 중질잔사유의 원료성분분석, 가스화 기초실험을 기술개발 결과로 활용이 가능하며, 석탄가스화와 같이 상용화 설비 도입시 기술도입비 절감 및 대상공정 중 주요부위 판단 기준 제공이 가능함
- ※ "중질잔사유(重質殘渣油)를 가스화한 에너지"가 대체에너지에 포함
- 대체에너지개발및이용 보급촉진법개정 2002. 3.25 법률 제6672호
- 법 제2조(정의) 1호 바목 : "석탄을 액화ㆍ가스화한 에너지 및 중질잔사유(重質殘渣油)를 가스화한 에너지"
- "중질잔사유"라 함은 원유를 정제하고 남은 최종 잔재물로서, 감압증류과정에서 나오는 감압잔사유 및 아스팔트와 열분해공정에서 나오는 코크·타르·피치 등을 말한다.
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참고 |
가스화복합발전 기술분야
[필요요소기술]
- 추진 개발 분석 및 향후추진계획
- 추진개발 분석
- 가스화 및 고온가스정제의 기반기술을 확보하였고, 벤치급 설비의 연계 연속운전 기술을 개발 중에 있음
- 선진외국과 기술개발 투자의 규모 측면에서 극히 열세에 있어서 상용급의 설비기술까지는 도달치 못하고 있으나, 설계해석과 computer simulation 분야에서는 대등 위치에 도달함
- 일본은 2003년까지 정유공장 중잔유 사용 342MW급 IGCC발전소와 2006년까지 250MW급 석탄 IGCC발전소 건설계획을 진행중임. 국내 상용급 IGCC 발전소도 2010년 이전 건설완공 계획이 유력함.
→ 이에 대비한 시스템 선정과 설계, 시료별 IGCC 운전특성 자료 축적 성과가 있음
- 벤치급 IGCC 연구설비의 연속 운전기술의 기반이 확보됨 → 소형 가스터빈 및 고온형 연료전지와 연계된 고효율 발전기술로 연계하면 차세대 핵심 발전기술 개발이 가능함.
- 고온건식 탈황제 및 BSU급 유동층 탈황공정 개발 → 국내 고유기술 확보단계임
- 고온건식 집진/탈황기술은 단 시간 내에 기술개발 효과를 기대할 수 있음으로 국제 경쟁력을 확보 차원에서 집중 투자가 필요함 → 신뢰도 확보를 위한 PDU급 장치 확보와 운전 필수.
- 향후 추진계획
- 가스화부분과 고온탈황 부분의 장기적이고 안정적인 연계운전을 위한 연구와 설계기술 개발 및 실험 연구
- 석탄가스에의한 가스터빈 구동 및 전력생산 시험
- 가스화 효율향상을 위한 공정변수의 최적화 및 핵심요소설계 기술개발
- 동적 수치 모사 기술
- 건설 및 초기투자비를 줄이기 위한 공정의 단순화 설계 기술개발
- 버너 및 가스화시스템의 최적화를 위한 설계기술개발
- 시스템의 연계성 및 에너지 소비 최적화 기술 개발
- 고온건식 탈황제와 transport 탈황장치의 국내고유기술 확보(H2S 누출<20 ppmv)
- 기타 오염물질(alkali, HCl, NH3)처리 기술개발 및 황회수 기술 개발
- 다양한 연료가스(석탄, 중질 잔사유, 석유코크스, 바이오 매스 등)에 대한 고온건식 집진/탈황 적용기술 개발
- 고온정밀정제 기반기술개발(연료전지 연료 및 화학공정용 원료)
석탄액화공정기술분야
[대상분야기술]
- 추진 기술개발 분석 및 향후 추진계획
- 수송용에너지에서 석유가 차지하고 있는 절대적인 위치와 전량 수입에 의존하고 현실에 비하여, 사업규모는 미미하며 과제추진도 일관성이 있게 진행되지 못한 부분이 있음. 국내연구진도 고갈 상태임
- 이는 1990년대에 국제공급과 가격이 안정됨에 따라서 석탄액화의 경제성이 떨어지고 선진국에서의 연구개발사업도 부진하게 되었으며 그에 따라서 국내에서 액화기술에 대한 관심도 엷어지고 기업체의 과제 참여가 이루어지지 않은 결과로 사료됨
- 단시간에 이러한 여건에 변화를 기대할 수는 없으나 과제의 중요성에 비추어 볼 때
- 선진국의 기술개발 현황을 심층 깊게 지속적으로 조사하고
- 핵심기술에 대한 최소한의 연구개발역량의 국내 유지를 위하여 정책적으로, 기업체 참여 여부에 관계없이 중규모의 단위연구과제 1개 이상과 이와는 별도로 1개 이상의 학술진흥사업을 체계적, 지속적으로 진행시킬 필요가 있음.
- 기반기술의 축적에 중점을 두고 에너지 효율적 신공정 기술 idea 개발에 중점을 둘 필요가 있음.
예로 미국과 일본은 낮은 온도와 낮은 압력에서의 효과적 석탄액화 공정개발에 중점 두고 있음
- 석탄을 수입하여 사용하는 국내 현실에서 해외 석탄산지에 액화공정을 설치하는 방안의 검토 필요. 일본은 중국 만주에 일본자체 기술을 적용하여 국내 울산정유공장 생산 원유량의 수배에 달하는 생산능력의 액화공장의 추진을 미국과 경합 중에 있었으나 현재는 보류 상태임
CWM 이용기술
[대상 기술]
- 추진 기술개발 분석 및 향후 추진계획
- CWM 연료의 제조, 저장, 수송, 연소 기술개발을 위한 연구가 각대학에서 기초단계의 연구가 수행되었고 에너지연은 소규모의 파일롯 플랜트 단계 연구가 수행되어 관련 기술개발이 이루어졌음
- CWM 연구 수행은 각 연구기관간 유기적 관련성을 갖고 추진되었다기보다는 개별적인 수행이 이루어진 것으로 분석됨
- '90년대 들어 CWM 기술개발을 위한 연구가 지속되지 못하고 중단될 것은 환경규제가 강화되어 석탄 사용이 허용되지 않았으며, 오일가격의 안정세에 영향이 있는 것으로 간주됨
- CWM의 상용화 달성을 위해서는 산업체, 발전소에 대량 공급을 위한 인프라 구축이 선행되어야하며, CWM의 제조 저장 수송 연소에 대한 장기간의 실증플랜트 실험이 따라야함
- CWM을 산업체, 일반 발전소 외에 습식 가스화복합발전(IGCC)에 적용이 대두되는바 이를 위한 기술개발이 지속되어야 함
- CWM의 제조는 역청탄(Bituminous)을 대상으로 하였으나 근래 고수분함유의 아역청탄(Sub-bituminous)을 HWD(Hot Water Drying) Process에 의해 CWM을 제조하는 기술이 개발되어 Alaska에 대형의 제조플랜트 건설을 검토 중인 바 이를 수송하여 사용 방안도 고려할 수 있음
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