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<기획>한전 전력연구원, 발전소 저탄장 최적 소화기술 개발 및 실증 착수
 

발전 5사 에너지손실 비용 연간 1350억원 절감효과 기대
지구온난화 막기 위한 친환경 전력설비 도입 및 유해가스 분해 기술 개발
국내 발전소 확대 적용을 위한 발전기 제작사별 DB 구축 및 실증 수행

 

한국전력(대표이사 사장 정승일) 전력연구원은 한국남동발전, 한국동서발전, 한국서부발전, 한국중부발전과 함께 석탄화력발전소 전용으로 젖음성 및 침투성을 증가시켜 자연발화탄을 최적으로 소화하고 발화 확산을 방지하기 위한 ‘발화탄 최적 소화기술 개발 및 실증 연구’에 착수했다.


석탄 중 낮은 등급의 아역청탄은 표면에 공기 중의 산소 및 수분이 잘 흡착되고, 산소를 흡착한 석탄 표면은 산화 반응으로 인해 표면 온도가 올라가면서 자연발화가 발생한다.


현재 발전소에서는 기름 성질의 소수성인 자연발화탄을 친수성의 일반 수돗물로 소화하여, 소화능은 매우 낮고 고압 소화수 사용량은 대폭 증가하는 반면, 불완전한 소화로 인해 소화 지점에서 다시 자연발화가 재발하는 문제점이 있다.


이에 전력연구원은 기름 성질의 자연발화 발생탄에 젖음성과 침투성이 뛰어나고, 석탄화력발전소의 보일러 연소 및 환경기준에 적합한 고효율 저비용 석탄 전용 소화기술을 개발 후 현장에 적용할 계획이다.


저탄장 소화기술은 ▲ 자연발화가 이미 시작된 상태로 저장되는 저온 발화탄의 표면온도를 감지하는 감시시스템과 발화탄 전용 소화수 제조기술이 필요하며 ▲ 소화수를 분사하여 불을 끈 석탄의 저장기간 중 재발화 발생여부, 발생위치, 발생시기 및 내부온도를 예측할 수 있는 자연발화 확산예측 대응 시뮬레이터로 구성된다.


이 기술은 화력발전소의 미분기, 보일러 연소 및 환경기준에 적합한 계면활성제 및 전해질을 이용해 발화탄의 표면장력을 줄여서 젖음성과 접촉성을 증가시켰다.


또한 석탄더미 표면에서 내부 1.5m 깊이까지 균일하게 침투시킬 수 있는 “발화탄 전용 소화수”를 개발할 계획이다.


기존 소화수 사용량이 10%이하까지 감소되고 악취가스인 66종의 휘발성 유기물질(VOC) 발생량이 90%이상 감소할 것으로 예상된다.


1.4MW급 시험연소로에서 소화수의 소화능 및 침투능 검증, 미분기, 보일러 연소 및 환경성 평가를 통해 석탄화력 설비에 적합한 발전소 전용 소화수를 개발 후, 2023년까지 발전 4사의 본부급 발전소에 현장 실증 및 적용을 추진할 계획이다.


한전 전력연구원 관계자는 “국내 석탄화력발전소는 석탄을 전량 해외 수입에 의존하고 있으며, 자연발화 때문에 약 1~5%의 석탄 열량손실이 발생한다”며 “향후 발화탄 소화기술이 국내 발전소에 확대 적용되면 발전 5사의 석탄 손실비용을 연간 약 1,350억원 절감할 것”이라고 말했다.

 

지구온난화 방지를 위한 친환경 기술 개발 앞장
한전 전력연구원이 지구온난화 유발물질이지만 절연 성능이 우수해 전력설비에 쓰이는 육불화황(SF6)의 사용을 줄이기 위한 연구에 박차를 가해 성과를 내고 있다.


개폐기 개폐기는 전력설비의 보호 및 안정적인 운영을 위해 전기의 흐름을 제어하는 스위치 등 전력 설비의 내부에 채워 절연 용도로 활용되는 육불화황 가스는 지구온난화지수 지구온난화지수는 이산화탄소 기준으로 특정 가스가 지구온난화에 얼마나 영향을 미치는지 측정하는 지수가 이산화탄소의 2만3900배인 온실가스임. 수명이 다한 개폐기를 폐기할 때 육불화황 가스가 대기에 누출될 경우 환경에 악영향을 끼칠 수 있다.


이에 따라 한전은 지구온난화 방지를 위해 육불화황을 사용하지 않는 친환경 개폐기의 개발 및 적용, 기기 교체로 인해 발생하는 육불화황은 분해 및 재활용하는 연구를 수행하고 있다.


한편 한전 전력연구원은 비츠로이엠(주), 한국전기연구원, 한양대학교, 한국전기산업진흥회와 공동으로 2020년 육불화황을 사용하지 않는 친환경 개폐기의 개발을 완료했다.


진공을 사용하는 친환경 개폐기는 육불화황을 절연물질로 사용하는 개폐기와 비교해 고압으로 갈수록 절연특성이 떨어지는 단점이 있어 그 동안 72.5kV 이하 전력 설비에서만 사용해 왔다.


한전 전력연구원 등은 전자기장 시뮬레이션과 실험을 통해 진공에서도 전류를 잘 차단할 수 있도록 차단기 내부 전극 소재를 사용해 세계 최초로 170kV 이상에서 사용할 수 있는 친환경 개폐기를 개발했다.


한전은 현장 실증을 거쳐서 2023년부터 육불화황을 사용하지 않는 친환경 개폐기를 국내 전력계통에 전면 도입할 계획이다.

 

친환경 개폐기 도입 버려지는 육불화황 분해시스템 개발
향후 친환경 개폐기 사용에 따라 폐기되는 전력 설비와 함께 발생하는 연간 60여 톤의 육불화황을 안전하게 처리하기 위한 기술의 개발도 필수적이다.


전력연구원은 육불화황을 고온에서 열분해하고, 유독성 분해 가스를 냉각 및 중화해 무해화하는 시스템을 개발 중이다.


절연 성능이 우수하고 폭발 등의 사고 우려가 적은 육불화황은 안전한 만큼 반응성이 낮아 분해가 어렵다.


불화수소를 사용한 육불화황의 분해는 반도체 등 전자산업에서 이미 사용하고 있다. 하지만 저농도 육불화황 처리에 특화되어 있으며 처리비용도 비싼 단점이 있다.


전력연구원은 고농도 육불화황을 1,200℃에서 빠르게 열분해하는 방식을 통해 분해비용을 낮출 계획이다.


한전 전력연구원은 오는 2022년까지 하루에 100kg 분량의 육불화황을 분해할 수 있는 설비를 구축하고 실증에 들어갈 예정이다.


육불화황 분해시스템의 개발이 완료되면 연간 66억 원의 온실가스 배출권 구매 비용의 절감이 가능하다.


또한, 개발 기술은 에어컨 냉매 가스 등 다양한 온실가스 분해에도 적용할 수 있어 국내 온실가스 감축 목표 달성에 이바지할 것으로 기대된다.


한편 전력연구원은 지난 2019년 폐기된 개폐기에서 육불화황을 회수하여 재사용하는 “육불화황 정제장치”를 이미 개발 완료한 바 있다.


영하 100도에서 육불화황이 고체로 존재하고 불순물은 가스 상태로 존재하는 특성을 이용한 육불화황 정제기술은 기체 불순물은 배출하고 고순도의 육불화황을 회수하여 재활용하는 기술이다.


한국전력이 개발한 육불화황 정제장치는 폐기된 배전설비에서 시간당 40kg, 99.9% 이상의 순도로 정제할 수 있고 회수율도 95% 이상이다.


한국전력 설비진단처는 2019년부터 “육불화황 정제장치”를 현장적용 중이며 2020년 약 16톤의 육불화황을 정제할 계획이다.


전력연구원 관계자는 “지구온난화에 악영향을 끼치는 육불화황의 사용을 줄이기 위해 한전은 친환경 개폐기, 육불화황 분해 및 정제기술 개발에 앞장서고 있다”라며 “육불화황 외에도 지구온난화를 방지할 수 있는 발전소 발생 이산화탄소 포집 기술 등 다양한 기술 개발에 총력을 다하겠다”고 말했다.

 

지능형 디지털 발전소 구현 발전기 기계적 건전성 평가
한국전력 전력연구원은 지능형 로봇 기반 대용량 발전기 고정자의 체결강도를 평가할 수 있는 시스템을 개발하고 2021년 4월 영흥화력발전소에 실증했다.


국내 발전소 대용량 발전기에는 고정자 권선을 보호하고 지지하기 위해 웨지(wedge)를 활용하여 고정하고 있다.


현재 웨지 검사방법은 전문가의 수동타격에 의한 청음분석을 통해 주관적으로 정상/주의/불량을 평가하고 있으나, 본 웨지 체결강도 평가 로봇 적용으로 정량적 검사를 통해 정밀도 및 재현성을 확보할 수 있다.


전력연구원은 웨지 강도 검사로봇을 활용하여 국내 최초로 발전기 배플(Baffle)을 통과할 수 있는 로봇을 개발했다.


지난 4월 870MW급 영흥화력발전소 대용량 발전기에 시스템을 실증했다.


기존의 수기저장 진단데이터를 인공지능(CNN) 기법을 활용해 디지털신호로 변환하고, 발전기 수동타격 검사 대비 웨지검사 로봇의 평가결과가 94% 일치하는 것을 확인했다.


전력연구원은 향후 발전기 제작사별 웨지검사 로봇 시스템의 실효성을 검증할 뿐 아니라 검사속도 개선을 통한 작업 효율성을 향상할 계획임. 또한 가스터빈용 발전기 웨지검사 등 대상설비 확대를 위한 기술개발 및 발전사,민간(IPP),해외 발전사로 확대 적용할 예정이다.


전력연구원 관계자는 “발전기 웨지의 정성적 평가로 정비 의사결정에 어려움이 있어서 이 시스템이 적용되면 발전기 웨지의 상태를 정밀하고 정량적으로 분석할 수 있다”며 “발전기 불시고장 예방 및 안정적 전력공급에 크게 기여 할 수 있을 것”이라고 말했다.

 

 

 
윤민호 기자
작성일자 : 2021-06-24(제354호)


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