[발송배전기술사 실전문제해설] [문제21] 석탄가스화 복합사이클 발전의 기본원리 및 특징에 관하여 설명하시오. IGCC ( Integrated Gasification Combined-Cycle )

출처 -- 남해시대

 

본 글은 신들의 정원 – 강화풀밭농원 (최진만 기술사)에게서 가져왔음을 알린다.

 

[문제21] 석탄가스화 복합사이클 발전의 기본원리 및 특징에 관하여 논하라. IGCC ( Integrated Gasification Combined-Cycle )

 

1.배     경

 

석유자원은 그 이용의 편이와 환경상 문제등에 있어 석탄자원보다 많은 장점을 가지고 있다. 그러나 석유자원의 고갈과 가격의 불안정 등에 따라 석유자원을 대체 할 수 있는 자원개발을 필요로 하였고 이의 일환으로 석탄의 가스화연구가 시작되었다. 석탄가스화란 고체연료인 석탄을 직접기체연료로 사용하거나,또는 합성기체연료,화학제품등의 원료로 사용할수 있도록 기체상태로 전환시켜주는 것을 말한다. 석탄가스의 주된 성분은 CO,H2이다.

 

2.원리 및 구성

 

IGCC의 기본원리는 복합사이클화력과 같다. 다만 연료의 공급에 있어서 석탄을 가스화하는 공정이 추가된것 뿐이다. 프랜트는 석탄을 가스화 하는 공정과 복합사이클 발전공정으로 다음과 같이 구성된다.

 

                          

즉 기존 복합화력은 량질의 LNG연료를 사용하여 직접 터어빈을 돌린후 배기가스를 증기보일러에 투입하여 잉여 에너지를 흡수시키는 과정이었으나 IGCC는 석탄 또는 오리멀죤과 같은 저질의 연료를 고온으로 열분해하여 석탄가스(주성분은 CO,H2)를 발생시키고, 생성된 가스를 가스정제설비에서 분진,유해가스등의 성분을 제거하여 청정가스화 시킨후 복합발전용 터어빈 연료로 사용하는 것이 다를 뿐이다. 

 

* IGCC Plant는 설비의 구성요소가 매우 복잡한 대규모 Plant로서 각 구성요소의 운전성능,내용수명등이 다양하여 각 설비의 최적조건과 전체 System적인 최적조건의 구성이 매우 어려운 특징을 갖는다. 따라서 각 Plant의 특징을 충분히 고려한 System의 구성이 매우 중요한 설계요건이 된다. 

 

3.특     징

 

 3-1.연료의 공급 및 가격의 안정성

석탄의 가스화는 저질탄의 경우에도 사용이 용이하므로 석탄의 이용확대 및 탄종확대가 가능하여 공급 및 가격 안정을 기할수 있다.

 

 3-2.열효율 향상 및 원가절감

석탄가스는 고품질의 연료이다. 따라서 가스터어빈 연료로 사용될수 있어 복합사이클의 적용이 가능하므로 석탄화력에 비하여 대폭적인 효율향상과 전력의 생산원가 절감이 기대된다.

 

☞ 석탄가스화 복합발전을 할경우 전기생산효율이 40-45%정도로 기존 미분탄연소 발전방식의 효율 28-38%보다 무척높다.

 

 3-3.환경적 제약의 극복

가스화 공정에서 연료를 청정화 하였기 때문에 대기 환경오염 및 지역환경의 문제에 대하여 각종 제약을 극복할수 있어 입지확보의 원활(Clean Energy로서의 이미지 확립) 까지도 기대된다.

 

☞ 대기오염의 주역인 아황산가스 질소산화물 및 석탄회등의 발생도 선진국 환경규제치의 10분의1 수준으로 아주 낮은 것으로 평가되고 있다.

 

 

 3-4.우수한 부하 추종성으로 계통운영의 원활

가스터어빈 발전의 특성으로 부하응답성의 향상이 기대되고(미들 공급력으로서의 대응도 가능) 수요에 근접한 입지의 선정으로 계통운영의 합리화를 기할 수 있다. (부하 변동폭:정격용량의 20%,부하변동율: 정격용량의 4%/분)

 

* 가스화 복합발전의 향후 개발과제

     - 1400℃급 이상에서 운전가능한 고온 가스터빈

     - 고온,고압,고유황분의 건식가스 정제설비

     - 고성능 가스화로의 기술확립

     - 대규모 설비의 System 구성 기술

     - 가스의 열량변화에 대응한 안정된 운전 System

     - 저렴한 산소공급

 

 

4.향후전망

 

석탄가스화 기술은 세계적인 유류파동 이후 선진각국에서 연구개발에 박차를 가하여 왔으나 유류가격의 안정과 더불어 연구,개발이 거의 중지상태에 있었다. 이는 가스화 기술개발에 많은 비용이 요구되고 그 결과에 대하여도 낙관할수 없는 실정이었기 때문이다. 특히 현재까지 개발된 기술정도로는 기술성과 경제성면에 있어서 만족되지 못하고 있는 실정이다.

그러나 석유자원의 고갈에 대비한 대체 및 신에너지의 개발과 이용이라는 측면에서 매우 가치있는 기술로서 계속 주목하여야 할 것이다. 또한 직접가스를 연소하여 가스터빈 연료로 사용할수도 있지만 연료전지등의 신발전방식에의 적용이 더욱 기대되고 있음.

 

* 미국,일본등에서는 90년대 중반을 본격 상용화 목표로 추진중에 있다.