IGCC 석탄가스화발전

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가스화 복합발전 (IGCC, Integrated Gasification Combined Cycle)

석탄, 중질잔사유 등의 저급원료를 가스화 및 정제과정을 통해 청정한 연료가스로 전환, 복합 발전하는 기술. 

기존 석탄화력발전소에서는 석탄을 태워 발생하는 열로 증기를 발생시켜 증기터빈을 돌려 전기를 생산하는데 반해,

IGCC는 저급원료(주로 석탄)을 고온에서 산소와 부분연소 반응을 일으켜 CO와 H2가 주성분인 합성가스(Syngas)를 만든 뒤 이 가스로 가스터빈을 돌리는 방식으로 전기를 생산해 냅니다.

그리고 가스터빈에서 방출되는 배기가스의 열을 모아 증기터빈을 돌려 한 번 더 전기를 생산한다. 

이런 과정을 거치면 현재 30%대인 기존 석탄화력발전의 열효율을 40% 대로 올릴 수 있을 뿐만 아니라 이산화탄소는 35%, 황화합물은 99%까지 줄일 수 있다.

뿐만 아니라 석탄액화기술(CTL)을 사용하면 합성가스에서 석유를 뽑아낼 수 있다. 석탄을 가스화한 뒤 주성분인 일산화탄소와 수소를 코발트 또는 철을 촉매로 사용해 반응을 일으키면 디젤이나 가솔린 같은 다양한 합성석유를 추출해 낼 수 있다.

IGCC는 기존 석탄 화력발전과 비교하여 다양한 저급탄 사용이 가능하며, 발전 효율이 높고, 물 사용량, Ash 배출량 및 유해질 배출량이 적을 뿐만 아니라 설치 면적 또한 좁아 친환경 고효율 발전기술로 전세계적인 관심이 집중되고 있는 기술이다.

또한, 연소전(Pre-Combustion) 포집기술로 대표되는 IGCC+CCS(Carbon Capture & Storage)기술은 가스화플랜트 공정을 통과한 연료가스 중 60% 가량을 차지하는 CO(일산화탄소)를 가스터빈 연소전, H2(수소)와 CO2(이산화탄소)로 전환하여, 목표로하는 CO2를 손쉽게 분리/포집하는 기술이다. CO2전환 기술로는 흡착 기술, 흡수 기술, 막분리 기술 등이 포함된다.

^[각주:1]

IGCC 기술의 장점

IGCC 발전은 세계적으로 널리 분포하고 매장량이 풍부한 석탄 자원을 이용할 수 있다는 점에서 가장 큰 장점이 있습니다. 현재 운용 중에 있는 화력발전소에서는 회(灰) 부착문제로 인해 회융점이 낮은 석탄을 사용하기 어려우나 IGCC에서는 사용이 가능하므로 에너지 수급 안정성 확보와 이용 탄종의 확대에 기여할 수 있는 장점이 있습니다.

또한 IGCC는 열효율이 높아 단위 발전전력량당 이산화탄소, 황산화물, 질소산화물, 분진의 발생량을 저감할 수 있고 플랜트 출력에 대한 증기터빈 출력의 비가 낮아 온배수의 발생량을 저감할 수 있는 등 환경성이 매우 우수합니다. 또한 이산화탄소 분리저장기술, 수소생산기술, 연료전지와 연계한 시스템 등에 응용이 가능한 미래형 발전의 중추적인 기술로 주목을 받고 있습니다.

^[각주:2]

IGCC 기술의 역사

석탄가스화 기술은 200여년 전인 1792년 영국의 윌리엄 머독에 의해 발명돼 가정용 및 가로등에 석탄가스를 연료로 사용하면서 시작됐습니다. 근대적인 석탄가스화 장치는 석탄 매장량이 풍부한 독일에서 본격적으로 개발돼 1920년 이후 대기압에서 운전되는 소규모 고정층, 유동층형 가스화기기가 상업화됐는데요. 1950∼1960년대 미국 및 중동에서 저렴한 천연가스 및 다량의 석유가 발견돼 개발이 다소 주춤하기도 했으나 1973년 1차 석유파동 이후 다시 관심이 모아지면서 선진국에서 많은 연구비를 투입, 기술개발한 결과 대형 석탄가스화 플랜트가 상업화 단계에 이르게 됐습니다.

1980년대 말부터는 전력생산을 목적으로 고온 고압에서 운전되는 분류층 석탄가스화 기술을 개발하기 시작해 현재 상업용 복합발전에 적용하고 있습니다. 현재의 석탄가스화 복합발전은 산소를 산화제로 해 미분탄을 가스화기 상부 혹은 하부로 동시에 주입시키는 분류층 석탄가스화기가 상업화에 이용되고 있는 상황입니다.

IGCC의 원리

IGCC는 크게 가스화, 정제 및 발전 공정으로 나뉜다. 

가스화 공정을 통해 석탄 등 저급 원료는 산소와 부분연소 반응을 일으켜 일산화탄소(CO) 50%와 수소(H2) 30%로 구성된 합성가스(Syngas)로 전환되며, 정제공정을 통해 청정해진 합성가스는 복합발전 시스템을 거쳐 최종 전기로 전환된다.

가스화 공정 중 부가적으로 발생한 황화합물들은 정제공정을 통해 제거/회수한다.

^[각주:3]

^[각주:4]

IGCC 계통

기존 발전 플랜트와 달리, IGCC는 저급 원료를 청정한 연료가스로 전환하는 가스화플랜트 공정이 있다. 가스화플랜트 공정은 후단 설비 및 구성 변화에 따라 발전뿐만 아니라 화학제품, 수소, 합성천연가스, 합성석유 등의 다양한 제품 생산이 가능하다.

^[각주:5]

IGCC 국내 현황

태안에 한국서부발전에서 300 MW 급 IGCC를 설립 중이다.

❍ 사 업 명 : 태안 IGCC 1호기 실증플랜트 건설

❍ 사업목적 : 온실가스 감축, 신·재생 에너지 보급 목표 달성을 위한 한국형 IGCC Plant 건설 및 설계기술 자립 실현

❍ 위    치 : 충남 태안군 원북면 방갈리 831-3번지(81,320㎡, 약 2만5천평)

❍ 설비형식 : 석탄가스화 복합발전 (Integrated Gasification Combined Cycle)

❍ 설비용량 : 300MW급 (GT : 230MW, ST : 150MW)

❍ 사용연료 : 석탄 (약 3,000톤/일, 약 91만톤/년)

❍ 공사기간 : ‘11.11 ~ ’15.11 (49개월)

❍ 총투자비 : 1조 3,672억원 (정부 : 1,106억원, 서부 : 1조 2,566억원)

❍ 설    계 : 공정기술 (Shell社), 종합설계용역 (한국전력기술) 

❍ 주 기 기 : 가스화플랜트 (두산중공업), 복합발전플랜트 (GE社)산소플랜트 (두산건설, Air Products社)

IGCC 응용기술

^[각주:6]

^[각주:7]

^[각주:8]

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2014. 05. 26 작성

1. http://www.doosan.com/doosanheavybiz/kr/services/green_energy/igcc.page? [본문으로]
2. http://www.igcc.or.kr/skill1_4 [본문으로]
3. http://www.doosan.com/doosanheavybiz/kr/services/green_energy/igcc.page? [본문으로]
4. http://www.igcc.or.kr/skill1_1 [본문으로]
5. http://goo.gl/ayOX0P [본문으로]
6. http://www.igcc.or.kr/skill2 [본문으로]
7. http://www.igcc.or.kr/skill2 [본문으로]
8. http://www.igcc.or.kr/skill2 [본문으로]