한화그룹, 무탄소 발전 현실화…중대형급 수소터빈 전소 실증

한화임팩트·한화파워시스템, 100% 수소로 가스터빈 가동
발생 이산화탄소 '0' 확인

한화임팩트 대산사업장 내 위치한 수소터빈 실증 현장. /한화임팩트

한화그룹이 친환경 발전을 현실화하고 있다. 한화임팩트와 한화파워시스템이 80MW 중대형급 가스터빈을 100% 수소 연료만으로 가동하는 수소 전소 실증에 성공하면서다. 이산화탄소도 발생하지 않은 사실을 확인해, 이번 실증을 바탕으로 내년 시장 진입을 추진한다는 계획이다.

20일 한화임팩트·한화파워시스템에 따르면 지난달 대산사업장 내 위치한 수소터빈 실증 현장에서 80MW 중대형급 가스터빈을 활용해 수소 혼소율을 100%까지 끌어올린 수소 전소에 성공했다. 수소 연료만으로 작동하는 수소터빈 가동에 성공한 것이다.

앞서 한화임팩트와 한화파워시스템은 올해 4월 한국서부발전과 함께 동일한 터빈으로 세계 최초 80MW 중대형급 가스터빈의 수소 혼소율 60% 발전 실증에 성공한 바 있다.

'수소 혼소 발전'이란 LNG를 연료로 전기를 발생시키던 기존 가스터빈을 개조해 LNG와 수소를 섞어 발전하는 것을 의미한다. 수소 비율을 100%까지 올려 LNG 없이 수소만으로 터빈이 작동하면 '수소 전소'다.

기존 LNG를 태워 작동하던 기존 가스터빈에서 수소 혼소 혹은 전소가 가능하려면 '수소 연소기 기술'과 '화염 제어 기술'이 필수적이다. 한화는 해당 분야에서 보유한 세계적 기술력을 기반으로 이번 수소 전소 실증을 성공시켰다.

지난 4월 수소 혼소율 60%의 수소터빈 발전 실증 당시, LNG 발전과 비교해 이산화탄소(CO2) 배출은 22% 줄었고 질소산화물(NOx) 배출량은 6ppm 이하로 확인됐다. 화염 온도가 높은 수소 연료 특성상 연료 내 수소의 양이 늘어날수록 LNG 100% 발전 대비 질소산화물은 더 많이 발생하게 된다. 하지만 한화의 수소터빈 발전은 탄소 저감 효과는 물론 별도 저감장치 없이 연소 조건을 제어해 저공해 연소가 가능하도록 해 기술적으로 높은 평가를 받았다.

특히 이번 수소 100% 전소 실증 테스트에서는 친환경 발전의 핵심인 무탄소·저공해 발전에 한걸음 더 다가선 성과를 거뒀다. 터빈을 가동하는 동안 발생한 배출가스 내 이산화탄소 비율은 0.04%로 공기 중에서 유입된 양을 제외하고 연소 중 이산화탄소 발생량은 '0'이었다. 질소산화물 배출량은 별도의 저감 장치 없이 9ppm 이하로 확인됐다.

한화의 수소터빈 기술은 기존 발전 설비 내 노후화된 터빈의 수명을 연장시킨다는 점에서 경제적 효과도 상당할 것이라는 평가다. 아울러 수명 연한이 도래해 좌초자산화의 위기에 놓인 LNG 가스터빈에 수명 연장 기술을 적용함으로써, 고가의 고온 부품 및 로터의 수명을 20년 이상 연장하고 수소 혼소 및 전소 발전이 가능하도록 개조해 친환경성도 확보했다.

한화임팩트와 한화파워시스템은 진정한 무탄소 발전에 다가서기 위해 노력을 이어갈 예정이다. 이번 실증 성공을 통해 한화가 보유한 세계 최고 수준의 수소 연소 및 화염 제어 기술이 수소 100% 전소에도 동일하게 적용됨을 확인하였다. 앞으로 양사는 국내 업체들과의 협력을 통해 `24년 정부 정책으로 예정되어 있는 청정수소발전 시장 진입을 추진할 계획이다.