글로벌 IGCC 기술 현황과 주요 기업의 가스화 기술 특성, 그리고 국내 IGCC 기술 개발 및 경제성 확보를 위한 정책적 과제 doc_id PCY_201903140519006181_12

Uhde사는 Krupp Koppers의 후신으로 1997년에 가동을 시작한 스페인의 Puertollano에 건설된 300MWe급 IGCC 플랜트에 적용된 PSG(PRENFLO Steam Generation)와 급랭 기술을 채택한 PDQ(PRENFLO Direct Quenching) 분류층 가스화 기술을 보유하고 있다. 이 기술의 가스화기는 멤브레인 벽 채택, 측면에 4개의 버너를 이용한 선회류 생성 등의 구조는 Shell사와 상당히 유사하다고 할 수 있는데, 이는 Uhde사와 Shell사가 2002년에서 2007년 사이에 합병 상태로 있었던 것에 기인한다. Uhde사는 또한 유동층 가스화 기술인 HTW 가스화기 기술을 보유하고 있으며, 분류층과 유동층 가스화기를 합하여 총 100개 이상의 가스화기를 건설한 실적이 있다. 이와 같이 다양한 가스화 기술을 보유하고 있으므로 회재 또는 수분 함유량에 따른 석탄의 특성, 회재의 용융 특성(회재의 변형 온도 또는 유동화 온도), 발전 또는 화학원료 생산 등 합성가스의 응용 분야에 자사 기술의 포트폴리오를 제공하고 있으며, 한국전력(주)와 합작회사인 KEPCO-Uhde를 설립하여 국내외 프로젝트 수주 활동도 진행하고 있다. 1990년대 East China University of Science and Technology(ECUST)의 청정연구소와 Yankuang Coal Mine Group은 공동으로 석탄 가스화 기술 개발에 착수하였는데, 이때까지만 해도 가스화 기술 개발에 있어서 초기 단계로 미국이나 유럽에 비해 수 십년 늦게 기술 개발을 시작하였지만 1990년대 후반 이후 중국 정부의 대폭적인 지원에 힘입어 급속적으로 가스화 기술이 발전되었으며 현재 여러 가스화 기술이 개발되고 있다. 이 중에서 특히 지속적이고 과감하게 가스화기의 격상(Scale-Up)을 시도하여 대용량화를 이루었으며, 상업화 실적이 가장 많은 기술로 ECUST의 OMB(Opposing Multi-Burner) 가스화 기술이 등극했다. 중국에서 개발된 석탄가스화 공정은 대부분 메탄올 제조 공정과 암모니아/요소비료제조용으로 개발되었다. ECUST는 중국의 25개 Project가 수행되고 있는데, 그중 2010년에 10개의 새로운 Project가 건걸되고 있으며, 총 석탄 사용량은 8만톤/일 규모이며, 1개의 석탄가스화의 규모는 대략 750~2,500톤/일 정도이다. KBR(Kellogg, Brown and Root)사의 TRIG(Transport Reactor Integrated Gasification) 기술은 고속 순환 유동층 반응기로 Southern Company사(미국의 전력회사)와 공동으로 DOE의 지원을 받아 개발된 기술이다. KBR사는 반응성이 높은 저급탄(Low Rank Coal) 또는 유동층 기술에 적합한 고회분 석탄 활용에 중점을 두고 있으나, 대형 프로젝트로는 실적이 많지 않다. 저등급 석탄은 불순물 및 기타 특성으로 인해 시장 가치가 떨어지지만, TRIG 기술은 이러한 저등급의 갈탄 등 저질탄도 이용 가능하게 하는 기술이다. 따라서 저질탄이 많은 인도네시아, 호주, 중국, 인도 등에서 사업영역을 확대하고 있다. 현재 미국의 Kemper County에 건설 중인 582 MWe(합성가스로는 524 MWe) IGCC발전소는 이산화탄소 포집공정이 채택된 공정으로, 발열량이 2,570kcal/kg(인수식 기준 수분 45.5%, 가스화기 공급 시 수분 20%)인 저급탄을 사용하고 이산화탄소 포집공정이 인해 발전효율이 비교적 낮은 32.1%(LHV 기준)정도로 예상된다. IGCC 기술은 최근 갑작스럽게 출현한 기술은 아니다. 이미 Shell, GE, Uhde, Conoco-Phillips, 미쓰비시중공업 등 선진국 특정업체들이 원천기술로 보유하고 있으며 이들 업체는 각국 정부 주도로 이미 약 30년 전부터 수조 원의 개발비를 들여 연구개발 과정을 거쳐 현재 상용화 보급되고 있는 실정이다. 이에 비해 국내의 IGCC 관련 기술개발은 2002년까지는 주로 석탄을 이용하여 양질의 합성가스를 제조하는 분야에 국한되어 진행되었으며, 2003~2010년에는 안정적인 연속운전 기술 개발과 함께 합성가스를 이용하여 전기, DME 생산 등 합성가스 활용에 대한 연구와 CO₂ 포집설비를 연계한 기술개발이 진행되고 있다. 우리나라에서 IGCC의 상용화를 위한 기술개발이 본격화된 것은 2006년부터로, 정부는 IGCC 기술의 조기 정착과 설계·운영기술의 자립을 통한 수출상품화 육성을 목표로 2006년 14차 과학기술관계 장관회의와 제4차 국가 에너지자문회의에서 ‘한국형 IGCC 실증플랜트 기술 개발사업’을 의결하고 같은 해 12월부터 본격적으로 추진하였다. IGCC 경제성을 갖기 위해서는 발전원가를 고정비, 원료비, 운전보전비로 세분해 볼 때, 원료비 간의 차이와 고정비+운전보전비 간의 차이의 비교가 경제성 평가에 1차적인 자료를 제공해준다. 즉 (석탄가격-타연료가격)×규모 › (고정비+운전보전비)차이×규모 일 경우 석탄은 경쟁력을 갖게 된다. 특히 국가에서 보조금을 지급한다면, 경제성 확보가 보다 수월해질 것이다. 발전의 경우 원가는 원료비보다는 고정비에 크게 좌우된다. IGCC 발전소는 기존 발전방식과 비교 시 저급 연료를 사용할 수 있고 효율이 높은 기술이기 때문에 원료비 측면에서는 경쟁력을 갖추고 있다. 태안 300MW급 IGCC 건설 경험 및 운전 경험을 통해 비슷한 발전소가 설계된다면 시스템의 추가적인 단순화 및 장비 구입가의 절감 특히, 복합발전 터빈부분의 가격 하락에 힘입어 건설단가는 낮아질 것으로 예상된다. 현재 석유값의 하락과 새로운 신에너지원인 셰일가스의 개발이 IGCC개발 동력을 감소시키고 있지만 앞으로 고유가 시기의 도래 및 기후 변화 체제에 대응하기 위해서는 청정석탄 활용기술 특히 IGCC기술 개발은 계속적으로 이루어져야 된다. 앞에서 살펴본 바와 같이 IGCC는 에너지 선진국에서 이미 30년전에 개발된 기술로, 자원 수입국인 국내의 경우 10여년의 연구개발을 통해, 현재 300MW급 IGCC플랜트가 건설 운영되고 있다. 이 IGCC 플랜트의 실증 실험 및 공정의 안정성이 확보되면 한국형 IGCC의 출현도 예상된다. 이를 위해 정부의 적극적인 지원이 요구된다. 한편 정부의 지원체계는 태양광등 재생에너지와 같은 범주로 이루어지는데, 신에너지와 재생에너지는 발전설비 및 규모 등이 매우 상이한 점을 고려하면 이를 한 가지 법률 및 지원체계로 일괄적으로 지원 또는 규제하는 것은 서로 간섭현상이 발생한다. 따라서 법률 체계를 「신에너지에 관한 개발 및 이용 보급 촉진법과 재생에너지 개발 및 이용 보급 촉진법」으로 구분해 별도의 법체계에서 다루는 것이 바람직하다. 이런 법률 개정에 의거 IEA와 한국 정부 간의 통계의 불합치를 해소하고 국제적 기준에 맞는 에너지 통계의 수립이 가능할 것으로 여겨지며, 또한 화석연료에 기인한 비재생 폐기물에너지 및 IGCC와 같은 열적전환에 의한 에너지원에 대한 통계의 분리는 국가 통계의 신뢰성을 높이고, 정책의 왜곡 현상의 해소 및 효과적인 지원정책을 위해 필요하다. 현재 신재생에너지 보상체계인 REC의 경우 IGCC 발전소가 가동될 때 일시적으로 REC 값을 왜곡시킬 가능성이 있으므로, 이에 따른 REC값 조정 및 Cap으로 규제하는 방법 등이 고려될 수 있다. 또한 판매제한은 REC가격 왜곡을 방지하기 위해 제한을 둔 것이므로, 일정규모만 판매가능하게 하면 가능할 것으로 여겨되는데, 발전소 건설에 7년이 소요되므로 장기적인 과제로 계속적인 연구가 필요하다.