LNG 복합화력 발전소의 이해-GT, ST, HRSG 및 DH

발전소란 기본 개념은 회전체를 돌려서 전기를 만드는 곳을 말합니다. 발전소에서 전기를 만들기 위해 무엇인가를 회전시키는데 소모되는 연료의 종류나 방법이 무엇인지에 따라 여러 가지 이름으로 불리게 됩니다. 자전거 페달을 밟아서 전기를 만든다면 그것은 인력 발전소라고 불리게 되는 것입니다. 하지만 효율이 좋지 않겠죠.

원자력 발전소

우리나라에는 많은 종류의 발전소가 있지만 그중에서 가장 효율이 좋은 발전소는 당연히 원자력 발전소입니다. 단지 원자를 분해하면서 발생하는 열을 이용하여 터빈의 프로팰러를 돌려 전기를 만드는 것입니다. 하지만 다들 아시다시피 원자력발전소는 너무 위험합니다. 원자력 발전소가 파괴된다면 우리 모두 방사능에 피폭되게 됩니다. 방사능에 피폭되면 몸에 수포가 생기고 혈액의 세포가 죽게 되면서 상처가 치유되지 않고 유전자 변형이 일어나게 되어 죽게 됩니다. 원자력 발전소는 효율이 좋다는 장점 말고는 그 위험성이 너무 크기 때문에 사실상 더 이상 건설하는 것은 지역주민들과의 이해관계를 해결해야 한다는 큰 벽이 있습니다. 원자력 발전소의 연사화 장단점에 대하여 더 궁금하신 경우는 따로 정리해 두었으니 참고하시기 바랍니다.

원자력 발전소의 장점과 단점을 알고 계신가요

 

LNG 복합화력 인란

몇 년 전에는 전력대란으로 여름철에 정정이되기도 하고 앞으로는 전기차의 공급과 수요가 증가하면서 발전소의 필요성이 많이 부각되고 있습니다. 위에서 설명했듯이 효율이 좋지만 폐기물이라던지 위험성을 감수하기에는 현실적으로 숙제가 너무 많습니다.

그래서 우리나라에서 가장 많이 추진되고 있는 발전소의 형태는 바로 LNG 복합화력 발전소입니다. 이전에는 석탄을 연소시켜 발생한 열로 증기를 만들고 증기터빈을 돌려 전기를 생산했습니다. 그러나 이 경우 발생하는 이산화탄소 배출량이 어머어마하기 때문에 오존층 파괴하는 등의 환경문제가 많이 발생하고 민원 또한 큰 문제는 일으키고 있습니다. 하지만 LNG 복합화력발전은 석탄이나 석유가 아닌 천연가스를 이용하여 발전을 하는 가스터빈을 함께 이용합니다.

천연가스를 연소시켜 발생하는 배기가스의 에너지로 가스터빈을 돌려 전기를 생산하고 이때 나온 고온의 배기가스를 이용하여 보일러에서 증기를 만들고 그 증기를 이용하여 스팀터빈을 돌려 한 번도 전기를 생산하는 방식입니다. 가스터빈(GT)과 스팀터빈(ST)을 이용하기 때문에 복합이라는 이름이 붙은 것입니다. 복합화력 발전은 발전기를 가스와 스팀으로 두 가지 에너지로 전기를 만드는 방식이라 Combine cycle power plant로 불립니다. 줄여서 CCPP라고 하는 것이 바로 복합화력입니다.

• 가스터빈(GT)
  • 천연가스를 연소시켜 고온, 고압의 배기가스를 만들고 그 배기가스가 가스터빈 발전기(GTG)의 축과 연결된 터빈 축을 회전시키면서 전기를 만드는 기계입니다.
  • 간단하게 말했지만 가스터빈에 대해서도 구조와 원리, 종류, 기계 공급 회사들에 대하여 자세하게 다뤄 보도록 하겠습니다.

GT(Gas turbine)의 구성과 원리

• 재열회수보일러(HRSG)
  • 가스터빈에서 터빈 축을 회전시키고 나온 배기가스는 여전히 고온, 고압의 기체이기 때문에 대기로 그대로 방출할 경우 환경오염의 원인이 되기도 하지만 그냥 버리기에는 아까운 에너지입니다.
  • 이 고온, 고압의 가스를 이용하여 물을 끓여 증기를 만드는 곳이 바로 Heat recovery steam generator라고 불리는 HRSG입니다.
  • HRSG는 큰 열교환기라고 볼 수 있는데요. 배기가스의 열로 물을 증발시켜서 스팀터빈으로 보내주는 역할을 합니다.
  • HRSG 또한 구조와 원리, 종류에 대해서 추후 자세하게 설명드리겠습니다.

HRSG 종류 및 구성과 원리

• 스팀터빈(ST)
  • HRSG에서 공급된 고온, 고압의 증기를 이요하여 증기터빈 발전기(STG)의 축과 연결된 터빈 축을 회전시키면서 전기를 만드는 기계입니다.
  • 스팀터빈 또한 간단하게 말했지만 그 구성과 원리, 종류가 굉장히 많기 때문에 별도로 다루겠습니다.

ST(Steam turbine)의 구성과 원리

• 지역난방(DH system)
  • 복합화력은 GT, ST, HRSG만을 가지로 운전되는 발전소를 말하지만 여기에서 하나 더 보태서 지역난방시스템을 접목시킬 수 있습니다.
  • 지역난방은 말 그대로 District heating이며 DH라고 부릅니다.
  • HRSG에서 생산된 스팀을 스팀터빈에서 전부 사용하지 않고 일부 추출하여 DH heater에 열을 공급하는 데 사용하고 이 DH heater에 공급되는 증기를 이용하여 우리가 아파트에서 사용하는 온수를 데우는 데 사용하는 것을 지역난방이라고 합니다. 이때의 발전소 형태를 CHP라고 부르며 열병합 발전(Combined heat and power)이라는 의미입니다.

CFBC 보일러와 BFBC 보일러 비교를 통한 발전소 보일러의 이해