[2024 인천 미래에너지포럼] 장중철 에기평 청정화력PD “혼소발전, 연료비 증가율보다 온실가스 감축률 더 높아”

▲장중철 한국에너지기술평가원 청정화력PD가 12일 인천광역시(인천테크노파크)가 주최하고, 한국가스기술공사,·한국남동발전·한국석유공사·H2KOREA·인하대·에너지경제신문이 공동 주관한 '2024 인천 미래에너지포럼'에 참석, '수소·암모니아 혼소발전 추진 현황'을 주제로 발표하고 있다. 사진= 송기우 기자

온실가스 감축을 위해 석탄발전과 액화천연가스(LNG) 발전에 각각 암모니아와 수소를 혼소해 실증한 결과 연료비 증가율 대비 온실가스 감축율이 더 높게 나타났다. 다만, 그린암모니아의 경우 생산에 상당한 재생에너지 전력이 소요되기 때문에 실효성 의문이 제기되고 있어 이에 대한 극복방안이 필요하다는 의견이 나온다.

장중철 한국에너지기술평가원 청정화력PD는 12일 인천시 홀리데이인 인천송도 호텔에서 열린 '2024 인천미래에너지포럼'에서 '수소·암모니아 혼소발전 추진 현황' 발표를 통해 “석탄발전기에 암모니아를 혼소하면 발전 성능의 변화없이 대기오염을 줄일 수 있다"며 핵심 기술은 △혼소량에 따른 화염-연소 안정성 △질소산화물(NOx) 생성 저감 및 환경 최적화 △실증설비 구축안 및 혼소 시나리오라고 설명했다.

장 PD에 따르면 석탄발전기의 암모니아 혼소율을 높일 때 발열량은 대동소이하다. 총연료비와 킬로와트시(kWh)당 연료비는 1.3배 증가한 것에 비해 온실가스 감축량은 2배 증가해 경제지표보다 더 좋은 증가를 보였다.

보령 석탄발전 7·8호기(500MW×2)를 10년 운영 기준으로 할 경우 연료단가(톤당)는 석탄 100% 전소 시 12만6477원, 암모니아 10% 혼소 시 17만4507원, 암모니아 20% 혼소 시 22만2716원으로 나타났다. 온실가스 배출량(MWh당)은 각각 0.831톤, 0.748톤, 0.665톤으로 나타났다. 이에 따른 온실가스 감축량(연간)은 10% 혼소 시 52만톤, 20% 혼소 시 109만톤을 보였다.

현재 석탄발전소(초초임계압(USC)급 미분탄) 암모니아 혼소 기술개발은 USC 1GW 20%를 목표로 2027년 혼소 실증을 하고, 2028년 이후 상용화에 나설 계획인 것으로 알려졌다. 두산에너빌리티와 BHI는 혼소율 30%까지 파일럿 시험을 통해 110ppm(현 보일러 성능수준, 탈질설비 처리 후 15ppm 이하 배출) 이하의 성능을 달성했다.

향후 실증 방향은 혼소율 부문의 경우 20% 이상 달성을 위해 실 보일러에서 20% 혼소율 검증 후 파일럿 시험성능 검증 수준인 30%로 상향해 검증한다. 인프라 부문의 경우 청정수소발전시장 입찰 후 보일러 개조 비용 800억원과 암모니아 공급 인프라 구축 비용 2300억원이 필요할 것으로 예상된다. 대상은 중부발전 신보령#2호기와 동서발전 당진#9호기이다.

발전공기업 가운데 동서발전은 2027년 말까지 당진 #9호기 실증을 위한 제1 부두, 제1 저탄장 부지 3만톤급 탱크 2기 등 인프라를 구축할 계획이다. 중부발전은 2027년 말까지 신보령 #2호기 실증을 위해 보령 2부두 기능 변경, 3만톤급 탱크 2기를 구축한다. 남동발전은 영흥지역의 석유공사 암모니아 비축기지 건설과 연계한 암모니아 발전 계획을 수립하고 있다.

석탄발전의 암모니아 혼소를 위한 인프라 구축 비용은 신규 항만 7000억원(허브터미널 구축 시), 석탄 항만 개조 400억원, 저장탱크 3.5만톤 650억원, 기화기 2단 70억원, 이송배관 km당 30억원, 기존 보일러 개조에 500억~800억원이 소요될 것으로 추정된다.

장 PD는 “LNG 가스터빈의 수소 혼소율에 따른 부피 유량은 50% 혼소 시 LNG는 23% 감소하고 전체 유량은 154%로 증가했고, 100% 전소 시 부피 유량은 약 3.4배 증가한다"고 밝혔다. 질량 유량은 50% 혼소 시 LNG는 78.6%로 감소하고 수소 유량은 10%를 점유하며, 100% 전소 시 38%로 감소하는 것으로 나타났다.

장 PD는 암모니아 혼소에 대한 비판론도 있다는 점을 소개했다.

그린수소로부터 암모니아를 생산하고 재생에너지로 하버-보쉬(Haber-Bosch) 공정에 전력을 공급하는 것이 가능하지만, 경제성 있는 그린암모니아는 실험실 및 파일럿 프로젝트 외부에서는 거의 존재하지 않는다는 의견이 있다.

이에 대해 장 PD는 “많은 국가들이 신규 사업개발 및 인프라 구축에 투자를 추진해 2030년 이후부터 그린 수소 및 암모니아의 생산량이 지속적으로 증가할 것으로 분석되고 있다"고 말했다.

윤병효 기자 chyybh@ekn.kr