[기획] 복합발전의 원리

안녕하세요? 스티밋 뉴비 @kunastory입니다.
이번에는 원자력, 기력과 더불어 우리나라 전력공급의 삼두마차를 이루고 있는 복합발전에 대해 알아보고자 합니다. 복합발전은 대개 청정연료인 천연가스(LNG)를 연료로하여 전력생산을 하고 있으며 도심권에 분포하고 있는게 특징입니다.

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복합발전이란 열효율 향상을 위해 두 종류의 열 사이클을 조합하여 발전하는 것을 말한다.
복합 사이클 중 가장 대표적인 것은 가스터빈 사이클과 증기터빈 사이클을 결합하여 하나의 발전 플랜트로 운용하는 방식이다.
가스터빈을 주체로 하여 복합 사이클을 형성한 이유는 다음과 같다.
가스터빈 효율은 현재의 30%이며,가스터빈의 열 사이클은 브레이튼 사이클(Brayton Cycle)로 압축기,연소기, 터빈을 통해 이루어진다. 터빈으로 공급되는 연소가스 온도가 1,000 C 이상이고, 대기 중으로 배출되는 배기가스 온도는 500 C 이상으로 배기가스 온도가 높기 때문에 배기가스에 남아 있는 많은 열량이 다른 일을하지 않고 대기 중으로 버려지는 결과로 열효율이 낮다.
가스터빈으로부터 버려지는 열량의 일부를 회수하기 위한 방안으로 배기가스를 배열회수보일러(HRSG:heat Recovery Steam Generator)로 보내 증기를 생산하여 증기터빈을 돌린다. 고온 가스를 이용하여 가스사이클에서 한번 발전한 후 증기 사이클에서 다시 이용하여 총 두 번에 걸쳐 전력을 생산하므로 열효율이 높아진다. - 출처 : https://www.koenergy.kr/kosep/hw/fr/pr/prhw03/main.do?menuCd=FN040601

복합발전

[img source : google]
복합발전은 말 그대로 복합적인(?) 발전입니다. 천연가스를 연료로 태워 화염을 생산(연소), 가스터빈을 통해 한번, 가스터빈 배기열로 증기를 생산해 증기터빈을 통해 또 한번 이렇게 두번 발전을 하게 되는 것입니다. 이렇게 되면 에너지효율도 많이 향상되어 약 60%의 효율을 가지게 됩니다. 기력발전의 40%에 비하면 높은 효율입니다.

열병합발전

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복합발전에서 난방열까지 같이 공급하는 발전을 "열병합 발전"이라고 부릅니다. 서울 등 수도권에서 전력생산과 더불어 대단지 수용가에 난방열도 함께 공급하는 경우입니다. 이 경우 열효율은 80%이상입니다. 에너지 이용효율이 상당히 높습니다.

단점으로는 천연가스를 주연료로 쓰다보니 연료비가 높습니다. 즉, 발전원가가 높아 전기요금에 부담을 주는 게 사실입니다. 따라서 전력계통 운영 순서는 원자력, 기력, 복합발전 순이기도 합니다.

또 하나는 가스터빈은 첨단기술을 필요로 합니다. 원자력, 기력발전에 비해 상대적으로 해외 기술의존도가 높으며 정비 비용도 또한 높아 이중고를 겪고 있는 실정입니다.

유연한 발전시스템

복합발전은 위의 몇가지 단점을 제외하면 원자력, 기력발전에 비해 상당히 유연한 발전시스템 구축이 가능합니다. 발전 부지가 작아도 되고, 발전효율도 좋습니다. 특히 건설 기간이 짧습니다. 이런 장점은 에너지 패러다임 변화에 유연하게 적응가능 합니다.

즉, 신재생 에너지 3020(2030년에 신재생 에너지 비율 20% 달성 정부 목표)시대로 가기 위한 중간 단계 혹은 완충 역할을 할 수 있습니다. 탈원전, 탈석탄의 추진의지에는 이러한 복합발전이 있기에 가능합니다. 다만 선진국 수준의 전기 요금 상승이 있을 수 있어 국민적 수용성 문제가 있습니다.

한편으로 미세먼지, 기후변화 등과 같은 인류의 생존문제를 생각해 볼 때 깨끗한 에너지로의 패러다임 전환은 하나의 큰 물결임을 인지하고 유연하게 대처해 나 갈 필요성이 있습니다. 또한 기존의 대용량 발전소에서 공급하는 전통적인 전력 공급 방식에서도 에너지 프로슈머라는 용어를 보듯 에너지 자급자족의 시대로의 변화가 감지되고 있습니다. 우리도 이에 발맞춰 차근차근 준비해 나갈 때입니다 ^^