新사업 ‘수소’에 도전하는 발전공기업들

[에너지신문] 지난해 정부가 발표한 '제1차 수소경제 이행 기본계획'에 따르면 수소차, 연료전지 등 다양한 수요 확대로 국내 수소 공급량은 2020년 연 22만톤 수준에서 2030년 390만톤, 2050년 2790만톤으로 늘어날 전망이다.

이를 위해 블루수소의 국내 생산은 물론 재생에너지 자원이 풍부한 국가에서 저렴하게 그린수소를 생산하고, 이를 액화수소나 암모니아 등의 형태로 변형해 국내에 도입하는 방안이 현재 다각적으로 검토 중이다.

특히 발전공기업들이 수소연료전지 발전설비 구축, 수소혼소 발전 실증 등 수소 관련 사업에 본격적으로 나서며 향후 국내 수소산업 인프라 구축에 청신호가 켜지고 있다는 평가다.

민간과 수소혼소 발전 실증 협력 강화
수소혼소 발전은 수소 연료를 사용해 온실가스를 크게 줄일 수 있는 차세대 발전방식으로 관심을 모은다. 기존 가스터빈을 일부 개조해 친환경 에너지원으로 바꿀 수 있고, 기존 전력인프라를 그대로 사용하기 때문에 투자비용 역시 크게 절감할 수 있다.

서부발전은 수소혼소 발전 기술개발 및 상용화에 적극적으로 나서고 있다. 특히 국내 민간기업들과 실증사업 협력은 국내 수소경제 생태계를 육성하는 공기업-민간기업 협력사례로 주목받고 있다.

서부발전은 지난 7월 한화임팩트, 한화파워시스템, 선보유니텍, 성일터빈 등 10개사와 ‘수소혼소 발전 실증 기술협력 협약’을 체결한 바 있다.

서부발전과 한화임팩트가 추진 중인 수소혼소 발전 실증사업에 협약기업들이 참여. 가스터빈 수소혼소 발전실증 정부과제 추진, 수소혼소 발전기술 개발 및 국산화를 위해 상호 협력할 예정이다.

글로벌 탄소중립 흐름에 따라 국내 전력 분야는 수소발전 기술개발 및 실증에 관심을 보이고 있다. 다만 국내 기술은 아직 초기단계다. 가스터빈 수소혼소 발전 실증 사례가 많지 않고 기술개발 초기 실증이 이뤄지는 수준이다.

서부발전과 민간기업들이 공동 추진하는 가스터빈 수소혼소 발전 실증사업은 대-중소기업간 협업을 통해 국내 발전분야의 수소경제 생태계 조성과 탄소중립 달성을 위한 견인차 역할을 할 것으로 기대된다. 협약기업들은 수소혼소 가스터빈의 핵심부품을 제작하고 기자재 국산화도 추진한다.

서부발전은 평택1복합에서 운영하다 폐지된 80MW급 노후 가스터빈을 수소 가스터빈으로 개조한 뒤 수소 연료 비율을 50% 수준으로 실증한다. 이후 실제 운영 중인 발전소에 수소혼소 기술을 확대 적용할 계획이다.

향후 수소 연료의 비율을 단계적으로 높여 오직 수소로만 발전하는 가스터빈을 개발하는 게 최종 목표다. 수소전소 발전 실증까지 성공하면 이산화탄소를 전혀 배출하지 않는 친환경 발전원이 탄생할 것으로 기대된다.

혁신적 수소발전 및 선제적 인프라 구축
남부발전은 최근 탄소중립 이행과 수소에너지 시장선도를 위한 ‘KOSPO 수소사업 추진전략’을 선포했다.

지난 2017년부터 수소연료를 도입, 단일단지 기준 세계 최대규모인 약 80MW급 신인천빛드림 수소연료전지 발전단지를 준공한 바 있는 남부발전은 지난해 발전사 최초 수소사업 전담 조직 신설로 국내 수소경제 활성화를 위한 수소사업 로드맵을 수립하는 등 혁신을 시도하고 있다.

남부발전은 수소법 개정을 포함한 정부 에너지정책 및 국내외 수소 관련 사업 현황 등을 반영, △혁신적 수소발전 △선제적 인프라 구축 △글로벌 공급망 확보 △전사적 사업역량 강화라는 4대 전략목표 및 12대 전략과제를 수립했다.

이를 토대로 암모니아 및 수소 혼·전소 발전 상용화, 수소·암모니아 터미널 건설, 해외 청정수소 도입 등의 사업을 통해 글로벌 수소시장 주도권 확보를 목표로 추진해 나갈 계획이다.

남부발전은 올해도 수소생산과 암모니아 활용을 위해 제주도 내 아시아 최대규모인 12.5MW급 재생에너지 연계형 그린수소 생산설비 구축과 국내 최초 암모니아 혼소 인프라 구축사업 등을 추진한다.

2030년 연료전지 및 수소·암모니아 혼소 발전 1.7GW 목표 달성을 통해 에너지 공기업으로서 글로벌 수소경제를 선도해 나간다는 계획이다.

남부발전은 롯데케미칼, 롯데정밀화학 등 롯데그룹 화학군과 손잡고 청정수소·암모니아 생산 및 활용 사업에도 나선다. 이들 3사는 △해외 청정수소·암모니아 생산 공동개발 △암모니아 인프라 설비 운영 기술정보 교류 △수소·암모니아 활용사업 협력, △수소·암모니아 관련 공동 연구개발에 협력한다.

한편 남부발전은 지난 3월 국고보조 지정사업인 ‘암모니아 발전기반 인프라 구축’사업 수행기관으로 선정된 바 있으며, 국내 최초 석탄화력발전소암모니아 혼소발전 인프라 구축 및 실증을 추진할 예정이다.

‘무탄소 연료 인프라 구축’ 본격 시동
동발전은 지난 10일 석유공사와 ‘청정수소·암모니아 사업협력’을 위한 업무협약을 체결했다.

양 사는 청정수소·암모니아 인수 허브 인프라 구축사업을 함께 개발한다. 세부적으로는 △청정수소·암모니아 인수·저장·유통시설 구축 및 운영 △청정수소·암모니아 도입 및 운송 △청정수소·암모니아 혼소발전 실증 △청정 암모니아 크래킹을 통한 수소생산 및 실증 등 활용 △기타 청정수소·암모니아 관련 사업 및 기술에 대한 인프라 구축사업을 추진해 나갈 예정이다.

우선 청정수소·암모니아를 인수하기 위한 인프라 구축사업 공동개발의 사전 타당성 조사를 추진하고, 그 결과에 따라 사업추진의 방향성 설정과 세부적인 사업추진계획을 수립할 계획이다.

이와 함께 남동발전은 SK E&S, SK플러그 하이버스와 그린수소·암모니아 사업을 공동 추진키로 했다. 이들 3사는 국내외에서 생산된 그린수소와 암모니아를 혼소발전에 활용하는 방안을 모색한다.

남동발전은 생산된 그린수소 및 암모니아를 국내에서 운영 중인 석탄 및 가스 발전설비의 혼소 연료로 구매, 사용할 계획이다. 이를 통해 기존 발전설비를 적은 비용으로 개조, 수소와 암모니아를 기존 연료인 석탄 및 천연가스와 함께 연소시켜 온실가스 발생량을 획기적으로 줄일 수 있을 전망이다.

그린수소 실증연구센터, 수소 전주기 연구 박차
국내 최대 연료전지 발전사업자인 한수원은 수소 전주기 연구의 본격적인 실행을 위해 ‘그린수소 실증연구센터’를 준공했다.

한수원에 따르면 그린수소 실증연구센터는 전기를 수소로 전환해주는 수전해 설비를 비롯해 생산된 수소를 저장하는 탱크와 수소를 활용하는 연료전지 등을 갖추고 있으며 이러한 설비들을 유기적으로 운전할 수 있도록 통합제어시스템이 구축돼 있다.

한수원은 그린수소 실증연구센터를 활용해 수소 전주기 실증과 각종 연구를 수행할 예정으로, 연말까지 재생에너지와 연계한 MW급 수전해시스템 기본설계와 운영기술을 개발한다는 계획이다.

아울러 한수원은 최근 막을 내린 국내 최대 수소산업전시회 ‘2022 H2 MEE’에 참여, 현재 추진 중인 한수원형(型) 수소융복합 사업모델 중 바이오가스 등을 활용한 바이오융복합 사업모델과 청정수소 생산 R&D 분야를 중심으로 한수원형 수소 사업을 설명하고, 수소 전문기업들과 사업상담을 통해 협력 강화에 나섰다.

경기그린, 노을그린 등 현재 약 150MW 규모의 연료전지 발전소를 운영 중인 한수원은 이같은 사업 경험을 바탕으로 수소생산 및 활용 분야와 연계한 수소융복합 사업을 적극 추진한다는 계획이다.