발전사, 수소혼소에 총력

탄소중립으로 인한 수소산업이 크게 일어 나고 있다. 전 세계가 탄소중립의 대안으로 수소를 택하여 수소의 생산 수소를 활용한 발전 수소연료로 가는 자동차등 다양한 해법을 강구 중인 가운데 우리나라도 수소산업의 활성화에 많은 노력을 들이고 있다. 

이러한 가운데 가장 핵심이 되는 것이 수소혼소로서 가스발전소에 LNG와 함께 수소를 섞어 때는 방안이다. 이에 각 발전사들은 수소혼소는 물론 수소 전소 등 수소에 올인하고 있다. 

아예 수소 혼소를 넘어 수소 전소 발전소까지 염두에 두고 연구와 실증에 몰입 중이다. 수명이 다 한 석탄발전소를 수소 전소발전소로 개체한다는 것이다. 많은 양의 그린수소를 확보하기 위해 국제협력으로 태양광 풍력 등에 여건이 좋은 국가와 협약을 맺고 태양광 풍력으로 얻은 전기를 물을 전기분해하여 수소를 얻는데 사용하여 완전 그린수소로 만들겠다는 계획들이 실행되고 있다.

수소의 수송을 위해 수소의 매개체인 암모니아도 확보해야 하므로 암모니아 공장도 물색하거나 실제 부지를 정해 건설에 돌입하는 절차를 밟고 있다.     

한국남부발전

남부발전은 같은 장소에 있는 신인천·서인천 복합에 각각 150MW급 가스터빈 수소혼소 기술개발 및 혼소율 50% 실증의 성공적 수행을 위해 노력하고 있다.

산업통상자원부 주관 정부과제(전담기관 한국에너지기술평가원)로 전력연구원이 주관하고 남부발전, 서부발전, 두산에너빌리티, 한화파워시스템 등 17개 기관이 함께 기존 가스터빈을 50% 이상 수소혼소가 가능하도록 전환하는 기술을 개발, 신인천과 서인천 복합 가스터빈 1기 대상으로 정부과제 실증을 수행한다.

남부발전 관계자는 국내 최초로 시행되는 이번 수소혼소 기술개발은 2030 NDC 달성에도 크게 기여 할 수 있으며, 각 기관과의 협력을 통해 수소발전 산업 생태계를 활성화하고 수소 경제의 First Mover가 될 수 있도록 노력한다고 밝혔다.

NDC (Nationally Determined Contributions)는 파리기후변화협정에 따라 참가국이 스스로 정하는 국가 온실가스 감축목표를 말한다.

남부발전은 ‘무탄소 혼소발전 도입’ 정부정책에 발 맞추어 청정 수소 생산부터 저장 및 활용까지 수소 산업 전주기 벨류체인을 구축하기 위하여 작년 제주에 12.5MW급 아시아 최대규모의 청정수소 생산 실증 국책사업을 수주하였고, 올해 오만 두쿰지역에 약 2GW 규모의 재생에너지 이용 그린 수소 생산을 위한 사업권을 확보하는 등 적극적인 행보를 지속 강화해 나가고 있다.

남부발전은 이에 앞서 연 120만톤 규모의 그린 암모니아를 생산하는 투자개발에 나섰다.

한국남부발전이 동서발전, 포스코홀딩스, 삼성엔지니어링으로 구성된 Team KOREA 및 ENGIE, PTTEP와 다국적 컨소시엄을 구성하여 오만 두쿰 그린수소 생산 독점 사업개발 및 생산권 입찰에 참여, 치열한 경쟁 끝에 사업개발권을 확보했다.

ENGIE는 프랑스 저탄소 에너지 글로벌 선도기업이며, PTTEP는 태국 석유탐사 및 생산회사다.

그린수소는 태양광, 풍력 등 재생에너지 전력을 활용해 물을 전기 분해하여 생산한 탄소배출이 전혀 없는 수소를 말한다.

남부발전 등 다국적 컨소시엄은 21일 오만 현지에서 살림 빈 나세르 알 아루피 오만 에너지광물자원부 장관이 참석한 가운데 오만 두쿰 그린 암모니아 생산을 위한 독점 사업개발 협약서 서명식을 거행했다고 밝혔다.

오만 두쿰 그린수소 생산 프로젝트는 오만 정부가 현지 그린수소 사업 활성화를 위해 설립한 공기업 Hydrom이 발주한 프로젝트로서 오만 수도 무스카트에서 남서쪽으로 약 450km 떨어진 두쿰 경제자유특구 인근 여의도 면적 약 117배(340Km2) 규모에 달하는 부지에 5GW 규모의 재생발전설비와 그린수소 생산을 위한 2GW 규모의 수전해 설비를 건설하여 연간 약 22만톤 규모의 그린수소를 생산하고 해상 운송의 용이성 등을 고려해 두쿰 경제특구에 암모니아 합성 공장을 건설하여 연간 120만톤의 그린암모니아를 생산하는 대형사업이다. 사업기간은 약 47년이며 2027년 착공, 2030년 그린수소를 본격적으로 생산할 예정이다.

본 사업은 국내 수소·암모니아 수요의 80% 이상을 해외에서 조달해야 하는 상황에서 수소·암모니아의 안정적 공급선 확보에 기여할 것으로 예상된다.

또한, 국내 대표기업이 다수의 지분으로 컨소시엄을 구성하여 그린수소·암모니아 Value Chain (개발, 생산, 운송, 유통)의 전주기에 참여함으로써 기후변화 대응 및 탄소중립 목표 달성의 초석을 마련하고 이를 통해 각 기업들의 에너지 전환 및 미래 성장 동력을 제고할 것으로 기대하고 있다.

남부발전은 현지에서 생산된 그린암모니아를 국내로 도입하여 삼척빛드림본부 혼소 등 청정 무탄소 발전용 연료로 활용할 예정으로 탄소중립 달성을 위한 에너지 전환에 기여하고자 오만 그린수소 프로젝트 뿐만 아니라 사우디, 호주, 북미 등에서 안정적이고 경제적인 청정연료를 도입하기 위해 다양한 포트폴리오를 구성중에 있는 것으로 알려졌다.

남부발전은 현재 남부발전이 국책연구과제로 추진 중인 아시아 최대 12.5MW 제주 수전해 실증사업의 건설·운영 노하우를 오만 두쿰 그린수소 생산·도입 사업에 접목하여 사업 성공에 이바지 할 예정이다. 이를 통해 수전해 기자재 국산화 및 양산체계 구축, 한국형 그린수소 생산기술 해외 수출 추진으로 국내 연관 산업 생태계 활성화에도 박차를 가할 계획이다.

수전해란 물을 전기분해 하여 수소를 얻는 기술로써 전해질 종류에 따라 4가지(ALK, PEM, SOEC, AEM) 방식으로 구분한다.

한국서부발전

한국서부발전(사장 박형덕)이 세계 최고 수준의 발전용 가스터빈 수소혼소 기술을 개발하는 정부과제를 수행한다.

서부발전은 7월 11일(화) 대전 전력연구원에서 전력연구원, 한국남부발전, 한화임팩트, 한화파워시스템, 한화에어로스페이스, 두산에너빌리티 등 17개 기업, 연구기관과 150메가와트(MW)급 가스터빈 50% 수소혼소 핵심기술 실증 정부과제 협약을 체결했다.

가스터빈 연료를 천연가스에서 수소로 단계적으로 대체해 질소산화물 배출량을 줄이고 이산화탄소를 배출하지 않는 친환경 기술을 확보하는 게 협약의 목표다.

수소혼소란 가스터빈에 액화천연가스(LNG)와 수소를 혼합해 연소하는 발전기술이다. LNG를 연소하는 기존 방식보다 이산화탄소 배출량이 적어 친환경적이다. 정부의 탄소중립 목표치에 부합하기 위해서는 이산화탄소 배출을 크게 줄여야 하는데 수소혼소 발전은 이 같은 문제를 해결하기 위해 고안됐다. 운영 중이거나 사용이 끝난 가스터빈을 개조해 재사용하는 덕분에 사업비용도 크게 아낄 수 있다.

서부발전은 지난 2021년부터 2년 동안 한화임팩트 사업장에 서부발전 평택1복합 80MW급 퇴역 가스터빈을 활용한 실증설비를 구축한 뒤 올해 4월 수소혼소율 50% 이상 발전 실증에 성공했다. 해당 혼소율은 세계 최고 수준으로 기존 가스터빈 발전에 비해 이산화탄소 배출량을 20% 이상 줄일 수 있다.

서부발전은 80MW급 실증 성공 경험과 축적된 노하우를 바탕으로 한 단계 높은 150MW급 가스터빈에 50% 이상의 수소혼소율을 적용하는 고난도 기술을 개발한다. 기술개발이 끝나면 서인천발전본부에 적용해 발전 실증을 마무리할 계획이다.

발전공기업과 연구기관, 기업 등이 손잡은 이번 대규모 기술협력은 국내 수소산업 생태계의 체질을 근본적으로 개선하는 시금석이 될 전망이다.

서부발전은 미래 에너지산업을 이끌어갈 수소혼소 발전기술을 통해 전력연구원, 민간기업과 함께 사업영역을 국내외로 확장시킬 계획이다. 국가적으로 중요한 탄소중립 이행 핵심기술 확보에 선도적 역할을 다 할 방침이다.

서부발전은 또한 미국에서 현지 에너지 기업과 그린수소·암모니아 사업을 공동 개발한다.

서부발전은 7월 5일 미국 콜로라도주 덴버의 톨그래스에너지(Tallgrass Energy) 본사에서 톨그래스에너지와 ‘미국 그린수소·암모니아 생산사업 개발협력 양해각서(MOU)’에 서명했다. 이는 국내 기업이 미국에서 그린수소 암모니아 생산을 추진하는 첫 사례다.

궁극적인 협력 목표는 양사가 미국에서 공동 생산할 그린수소·암모니아를 톨그래스에너지의 인프라를 이용해 국내로 도입하는 것이다. 이를 위해 서부발전과 톨그래스에너지는 그린수소？암모니아 생산을 위한 포괄적 타당성 연구를 추진하고 그린수소 암모니아 생산에 필요한 재생에너지 발전사업도 모색한다.

서부발전은 지난해 7월 톨그래스에너지의 자회사 톨그래스 엠엘피 오퍼레이션즈(Tallgrass MLP Operations), 한화PSM과 미국 내 수소혼소 가스터빈 성능 개선사업 공동개발을 위한 MOU에 서명한 바 있다.

이번 MOU는 더욱 단단해진 상호 신뢰 관계를 기반으로 탄소중립 실천을 위해 그린수소·암모니아 사업을 추진 중인 서부발전과 탄탄한 에너지 인프라를 갖춘 톨그래스에너지의 이해관계가 맞아 떨어진 결과다.

서부발전은 오는 2035년까지 국내에서 재생에너지 설비용량을 10.7기가와트(GW)까지 확충해 현재 7%인 재생에너지 발전 비율을 23%로 끌어올릴 방침이다. 이를 위해 2030년부터 연간 수소 20만톤, 암모니아 100만톤을 발전연료로 활용한다.

정부의 탄소중립 정책과 수소경제 활성화에 부응하기 위해 청정수소·암모니아의 생산과 도입은 필수적이라는 서부발전은 미국처럼 청정연료 지원정책이 제도화된 곳에서 청정 암모니아를 선제적으로 확보하는 것이 유리하다고 평가했다.