다니아 비치 클린에너지센터,
GE의 7HA.03 가스터빈 첫 상업 운전 시작

GE의 7HA.03은 운영 중에 있는 가스터빈 중 가장 크고, 최고의 효율성과 유연성을 자랑하는 60헤르츠(Hz) 발전 시장용 가스터빈

GE(NYSE : GE)와 미국 최대 전력 회사인 플로리다 파워&라이트 컴퍼니(Florida Power & Light Company, 이하 FPL)가 지난 6월 14일, 플로리다주 포트 로더데일(Fort Lauderdale) 인근에 위치한 FPL 다니아 비치 클린에너지센터(이하, 다니아 비치)에서 GE 7HA.03 가스터빈의 세계 첫 상업 운전을 시작했다고 밝혔다.

GE 7HA.03 가스터빈은 전 세계 운영 중인 가스터빈 중 가장 크고 가장 효율적이며 유연한 60헤르츠(Hz) 발전 시장용 가스터빈이다. 두 대의 GE 7HA.03 가스터빈으로 구동되는 다니아 비치는 약 1,260 메가와트(MW)에 달하는 전력을 생산할 수 있으며, 이는 약 25만 가구에 전력을 공급하는 규모다. 금번 발전소 현대화 사업으로 다니아 비치는 기존 대비 배출가스를 70% 줄일 수 있게 되었으며, FPL이 빠르게 성장하는 플로리다주   (특히 마이애미 데이드 카운티와 브로워드 카운티)에 필요한 전력을 안정적이고 경제적으로 공급할 수 있도록 지원한다.

FPL의 에릭 실라지(Eric Silagy) 회장 겸 최고경영자는 “FPL은 금번 다니와 비치 프로젝트 등 지난 20여 년 동안 비효율적인 노후 발전소를 고효율의 클린에너지센터로 교체해, 당사가 보유한 발전소를 체계적으로 현대화하는데 노력해왔다”며, “이는 고객에게 수십 억 달러의 연료 절감 효과를 의미한다. 또 FPL의 고효율 발전소는 수천만 톤의 이산화탄소 배출을 억제했다. GE의 최첨단 HA 기술을 통해 다니아 비치 클린에너지센터는 세계에서 가장 효율성이 높은 발전소 중 하나로 거듭나 고객에게 비용 절감 혜택을 제공하고, 환경 발자국을 줄일 수 있게 되었다”고 말했다.
다니아 비치 클린에너지 센터는 24시간 내내 전력 생산이 가능하고, FPL이 진행하고 있는 미국에서 가장 큰 규모의 태양광 발전 사업을 지속적으로 확장할 수 있도록 지원한다. FPL은 다니아 비치와 같은 천연가스 발전소가 약간의 개조 작업을 통해 향후 천연가스를 대체해 수소를 연료로 발전할 수 있을 것으로 기대하고 있다.

GE는 전력산업의 탈탄소화에 있어 독보적인 입지를 보유하고 있다. 가스발전을 활용해 추가로 탄소 배출을 줄이기 위해, GE의 7HA.03 가스터빈은 천연가스와 혼합 시 최대 50%(체적기준)까지 수소를 연소할 수 있다. 이는 DLN2.6e 연소 시스템이 장착되어 있기 때문이다. 이 연소 시스템은 다니아 비치에 도입된 7HA.03 가스터빈의 표준 사양이기도 하다. 수소 기반 발전은 가스터빈이 탄소집약도를 감소시키는 잠재력을 가지며, 단순한 가교 기술이 아닌 최종 목적지 기술로서 자리할 수 있음을 의미한다.

7HA.03 가스터빈은 64% 이상의 순복합발전 효율, 분당 75메가와트(MW)의 출력 증감발률과 강화된 유연성과 같은 업계 최고의 성능을 자랑하며, 이러한 성능은 미국 사우스캐롤라이나주 그린빌에 위치한 GE의 테스트 스탠드 7에서 실증했다. 이곳은 세계에서 가장 크고 종합적인 풀 스피드, 최대 부하 가스터빈 테스트 시설이다. 이곳 그린빌 시설에서 7HA.03 가스터빈의 테스트가 진행되는 동시에 다니아 비치에서는 7HA.03 가스터빈 설치 작업이 진행되었는데, 이 과정에서 얻은 철저한 테스팅과 러닝 프로그램을 통해 발전소 현장 팀은 즉각적인 혜택을 얻을 수 있었다.

예를 들면, GE는 터빈 제어시스템 세팅을 검증하고, 터빈의 운영성과 신뢰도를 향상시키기 위해 시스템 소프트웨어를 조정했다. 또한 7HA.03 가스터빈의 공장 테스트를 통해 60헤르츠(Hz) 발전 시장에서 가스로 발전하는데 가장 낮은 비용을 제공하는 것을 확인했다. FPL과 GE는 발전소 수명 기간 동안 최대 3억 3천만 달러 이상의 비용을 절감할 수 있을 것으로 기대한다. GE의 테스트 스탠드 시설은 GE와 고객이 수천 시간의 현장 운영을 시물레이션할 수 있도록 해, 실제 발전소가 상업 운전을 시작하기 전 최적의 성능을 파악할 수 있다.

GE 가스파워 아메리카 에릭 그레이(Eric Gray) 사장 겸 최고경영자는 “전 세계 운영 중인 가스터빈 중 가장 진보된 최신의 60헤르츠(Hz) 발전 시장용 가스터빈을 계획된 일정대로 성공적으로 상업 운전에 돌입한 것을 축하하며, 이는 HA 가스터빈 시리즈의 중요한 이정표이다”며, “이번 프로젝트는 FPL과의 오랜 성공적인 협력 관계를 기반으로 하며, FPL과 GE의 필드 서비스 기업인 필드코어(FieldCore), GE의 현장 팀, 테스트 스탠드 시설의 엔지니어링 및 테스트 팀의 훌륭한 팀워크의 결과다. 이러한 놀라운 기술을 안전하고 예정된 일정에 공급할 수 있다는 것은 우리가 함께 이룬 성과이며, FPL 시스템 전반에 걸쳐 새로운 수준의 발전 안정성, 탄소 배출 성능 및 신뢰도를 제공할 것이다”고 말했다.

품질은 이번 프로젝트의 핵심이다. GE의 7HA.03 가스터빈은 모듈 설계 기반의 프로세스가 적용되었고, 발전소 건설에 필요한 대규모 파트와 부품이 사전 제조되어 현장에서 조립 설치되었다. 여기에는 가스터빈을 덮는 인클로저도 포함되는데, 컨테이너 크기의 여러 부품으로 나누어 운송해 현장에서 조립할 수 있도록 했다. 이러한 모듈식 방식은 GE의 F클래스 터빈에 비해 약 8주가 단축된 향상된 발전소 경제성과 설치 공기 단축을 가능하게 한다.

GE의 HA 가스터빈 시리즈는 전 세계 20개국의 50개가 넘는 고객사로부터 137대를 수주했다. 2022년 5월 기준, 총 69대의 HA 가스터빈에서 130만 시간 이상의 상업 운전 시간을 축적했다. 상업 운전 중인 HA 가스터빈은 전 세계 36기가와트(GW)에 상당하는 전력을 공급하고 있으며, 이는 2,700만 미국 가구에 전력을 공급하는 규모(지난 2019년에 대비 두 배로 증가한 수치)다.

ETRI, 탄소중립 위한
마이크로그리드 국제표준 개발

한국전자통신연구원(ETRI)이 마이크로그리드 시스템의 핵심 요소인 에너지저장장치(ESS)와 수요반응(DR) 기술 2건에 대한 국제표준이 국제전기표준화위원회(IEC) 기술위원회에서 승인됐다고 밝혔다. 탄소중립 실현을 위한 국제사회의 노력에 따라 스마트그리드 기술의 중요성이 나날이 커지고 있고, 마이크로그리드는 작은 단위의 스마트그리드로, 대규모 전력 시스템으로부터 독립된 소규모 전력 시스템을 의미한다.

마이크로그리드는 전력 수용가(소비자)와 에너지원(공급자), 에너지저장장치 및 에너지관리시스템을 갖춰 자체적으로 운용이 가능하며, 대규모 전력 시스템과의 연계도 가능하다. 금번 ETRI가 개발하여 제정된 마이크로그리드 국제표준은 에너지저장장치를 전력수요관리와 비상 전원 용도로 활용하기 위한 요구사항 및 유즈케이스(Use Case) 정의와 공장과 같은 산업 시설의 수요반응(DR) 기반의 에너지 관리 시스템 정의 등 2건이다.

마이크로그리드의 핵심 요소 중 에너지저장장치는 생산된 에너지를 저장한 후 발전이 되지 않거나, 사용량이 몰리는 시간에 에너지를 방전하여 발전량을 일정하게 유지하는 기능을 수행한다. 이를 통해 과잉 생산되어 남는 에너지의 낭비를 방지하고, 안정적이고 효율적인 에너지 활용을 가능케 한다. 연구진은 에너지저장장치의 보급을 위해 사용되는 디젤발전기 기반의 비상전원 시스템 구조를 분석하고, 이를 에너지저장장치 기반의 시스템에 적용하기 위한 요구사항과 지침을 개발하여 국제표준으로 승인받았다. 향후 에너지저장장치 기반 시스템이 보급되면 현재의 시스템 대비 상당한 탄소저감 효과가 있을 것으로 기대하고 있다.

더욱이 에너지저장장치 기술의 IEC 국제표준이 한국의 주도로 개발되어 승인된 것은 이번이 처음이다. 또한, ETRI는 한양대학교와의 협업을 통해 전력 사용량이 많은 산업 시설에서의 수요반응 기반 에너지 관리 시스템 역시 국제표준으로 승인받아 발간하였다. 공장과 같은 제조업체는 운영 및 생산 과정에서 일반 소비자보다 월등히 많은 전력을 소모한다. 이에 따라 산업용 소비자를 위해 특화된 에너지 관리 시스템이 필수적이며, 이를 구축하기 위해선 스마트그리드와 제조업체 사이의 인터페이스 표준화가 필요하다.

ETRI 표준연구본부 강신각 본부장은 “전 세계적으로 기후변화 대응을 위해 탄소중립 기술 개발이 활발히 이루어지고 있다. 탄소중립 실현을 위해 필수적인 마이크로그리드 기술의 국제표준이 국내 연구진의 주도로 개발·승인되어 매우 뜻깊은 성과로 생각한다. 향후 스마트그리드까지 연계하여 전력 시장의 지능화, 효율화에 기여할 수 있도록 노력하겠다”고 밝혔다.

연구진은 향후 AI 기반의 스마트홈 에너지관리 기술의 국제표준 승인을 추진하는 동시에, 건물에너지관리시스템(BEMS) 및 공장에너지관리시스템(FEMS) 등 마이크로그리드 핵심·응용 기술에 대한 국제표준을 후속적으로 연이어 개발할 계획이다. 또 본 연구는 산업통상자원부와 한국에너지기술평가원이 지원하는 ‘마이크로그리드 국제표준화 기반 구축’ 연구과제를 통해 개발되었다.

남부발전-두산퓨얼셀-삼성물산-에너지硏,
청정수소 연료전지 개발·전환 위한 업무협약
- 연료전지 연계 CCU 기술 개발과 청정수소 연료전지 전환 위해 협력키로
- 그린 수소·블루 수소 기반한 무탄소 전원 위한 수소경제 인프라 조성 기대

한국남부발전㈜(사장 이승우, 이하 ‘남부발전’)이 공공·민간·연구기관과 맞손을 잡고 청정수소에 기반한 연료전지 개발과 전환을 위한 협력에 나선다.
남부발전은 지난 6월 3일 서울 동대문 두산타워에서 두산퓨얼셀, 삼성물산, 한국에너지기술연구원(이하 ‘에너지硏’)과 함께 청정수소 연료전지 개발 및 전환을 위한 업무협약(MOU)’를 체결했다고 밝혔다.
이번 협약은 수소법 개정에 따라 청정수소 등급별 인증제 신설, 수소 발전량 공급 등 국내 수소경제 활성화 정책에 부응하기 위해 네 기관이 공동 협력하는데 뜻이 모이면서 추진됐다.
네 기관은 협약 체결에 따라 앞으로 ▲연료전지 연계 이산화탄소 포집·활용(CCU, Carbon Capture and Utilization) 기술 개발 ▲기존에 운영 중인 수소 연료전지의 청정수소(블루 수소·그린 수소) 전환 ▲무탄소·저탄소 연료전지 실증사업 추진 등을 위해 협력한다.
블루 수소(Blue Hydrogen)와 그린 수소(Green Hydrogen)는 새롭게 주목받고 있는 대표적인 청정수소로서 블루 수소는 천연가스 개질수소 등 전통적인 수소 생산 과정 중에 발생하는 탄소를 포집·저장해 탄소 배출을 줄인 수소이다. 그린 수소는 태양광이나 풍력 등 재생에너지에서 나온 전기로 물을 전기 분해해 생산한 수소를 의미한다.
남부발전은 두산퓨얼셀·에너지硏과 함께 연료전지와 연계한 CCU 기술을 공동 개발해 남부발전이 기존에 운영 중인 연료전지 단지들을 블루 수소로 운영되는 연료전지 단지로 탈바꿈해 나갈 예정이다.
남부발전과 두산퓨얼셀은 안정적인 수소 운반체인 암모니아를 이용하는 연료전지 실증사업도 진행하기로 했다. 암모니아는 수소에 비해 액화가 쉽고 에너지 밀도가 높아 효율적인 수송이 가능하고, 분해 비용도 저렴하다.
또한, 남부발전은 삼성물산과 함께 암모니아를 활용해 해외로부터 청정수소를 국내에 도입할 수 있도록 조달 체계를 다변화해 나갈 예정이다.
남부발전 심재원 사업본부장은 “청정수소 연료전지 전환은 기후 위기를 극복하기 위해 선택이 아닌 필수 사항이 됐다”라며 “이번 협약을 통해 청정수소 연료전지 전환을 위한 기반을 구축해 정부 탄소중립 정책에 이바지할 수 있도록 하겠다”라고 말했다.

Yokogawa, 폐기물 에너지화 및 바이오매스 발전소를 위한
최적화 기술 공급업체 Dublix 인수

Yokogawa가 최근 폐기물 에너지화(Waste-to-energy, WTE) 및 바이오매스 발전소의 효율성을 개선하는 솔루션 제공 업체인 덴마크 회사 Dublix Technology ApS의 지분 전체를 인수했다고 발표했다. Yokogawa의 제어, 모니터링 및 유지보수 시스템 라인업에 Dublix의 연소 제어 및 보일러 성능 향상 솔루션을 추가하게 되면 WTE및 바이오매스 발전소에 더 높은 수익성을 내면서 효율적인 솔루션을 제공할 수 있다.
WTE 및 바이오매스 발전소는 생활 폐기물, 폐목재, 목재 알갱이, 야자 씨앗, 바가스(Bagasse) 및 왕겨와 같은 연료를 소각한다. 이러한 연료는 대부분 비화석으로 구성되어 있기 때문에 화석연료로 인한 CO2가 더 적게 발생한다. 또한 이러한 종류의 연료는 다른 재생 가능 에너지원에 비해 안정적인 전력 공급을 제공하기 때문에 인근 지역사회에 전력을 공급하는 분산형 전력원으로서 수요가 증가하고 있다.
이 연료원에 의존하는 플랜트는 보일러에서 증기를 생산하기 위해 연소를 진행하고, 증기 터빈은 전기를 생산하는 발전기의 회전 샤프트를 구동하기 위해 증기에서 에너지를 추출한다. 발전소의 한 가지 문제는 연료의 연소가 다양한 발열량 및 수분 함량과 함께 일관성 없는 구성으로 인해 불안정할 수 있으며, 이로 인해 생성된 증기양이 크게 변동할 수 있다는 것이다. 고품질 전력 공급을 위한 안정적인 증기 생성을 달성하려면 연소 과정을 제어하기 위한 고효율 수단을 마련하는 것이 바람직하다.
Dublix는 WTE 및 바이오매스 발전소 모두의 환경적 영향을 줄이는 동시에 가용성과 효율성을 개선하는 설계, 운영, 유지보수 및 맞춤형 솔루션을 제공하여 시장의 다양한 요구를 충족한다. Dublix는 유럽, 북미 및 아시아에서 운영되고 있다.
Dublix의 FuzEvent™는 독점적인 예측 제어 기술을 사용하고 회사의 프로세스 노하우를 활용하는 고성능 고급 연소 제어 소프트웨어 솔루션이다. 숙련된 직원이 수행한 운영 절차의 과거 운영 데이터 및 분석을 기반으로 하는 이 소프트웨어를 통해 운영자는 24시간 최적의 효율성으로 플랜트를 운영할 수 있다. 증기를 안정적으로 공급하고 그 활용을 극대화함으로써 소프트웨어는 발전 효율을 개선하고, 연소 용량을 늘리며, 플랜트 운영자의 수익성을 개선하는 데 도움이 된다. 또한 불완전 연소로 인한 질소 산화물(NOx) 및 기타 유해 가스의 배출도 감소할 수 있다.
Dublix의 DD-Jet™ 시스템은 보일러의 열린 통로 부분을 청소하는 데 가장 효과적인 솔루션으로 입증되었다. WTE 플랜트가 효율적으로 작동하려면 연소 과정의 결과로 보일러 내벽에 쉽게 축적되는 비산회와 침전물을 제거하기 위해 보일러를 정기적으로 청소해야 한다. 회전하는 노즐에서 분사되는 물을 사용하는 DD-Jet 시스템은 멀리 떨어져 있는 접근하기 어려운 위치에서도 보일러 벽에 축적된 물질을 제거하는 데 효과적이며, 플랜트 작동 중에도 제거할 수 있다. 이는 보일러 효율성을 향상하고, 보일러가 생성할 수 있는 증기의 양을 늘리고, 부식을 줄이며, 수명을 연장하고, 예기치 않은 중단을 방지한다. Dublix는 FuzEvent 및 DD-Jet 솔루션 외에도 효율성을 개선하고, WTE 및 바이오매스 발전소의 수익성 있는 운영을 보장할 수 있는 다양한 보일러 연소 제어 솔루션을 보유하고 있다.
Yokogawa는 전 세계 WTE 및 바이오매스 연소 시장을 대상으로 통합 생산 제어 시스템, 데이터 측정 및 시설 유지 관리 솔루션을 제공하고 있다. Yokogawa는 Dublix를 자회사로 두고 글로벌 네트워크를 활용하여 신규 및 기존 WTE 및 바이오매스 발전소의 운영, 성능 및 수익성을 개선하는 광범위한 솔루션을 전 세계 고객에게 제공할 수 있다. 기업에 재생 가능 에너지의 안정적인 공급을 보장하고, 화석 CO2 및 NOX 배출량을 줄일 수 있도록 지원함으로써 Yokogawa는 2050년 지속 가능성에 대한 “3가지 목표”와 UN의 지속 가능한 개발 목표 달성에 기여할 것이다.