국내 발전 산업 ISSUE 및 기술 동향 소개

2018. 4. 20

이 동 현

BACKGROUNDq 신기후 체제

NDC: Nationally Determined Contribution

- 파리 기후변화협약 타결 (‘16.11.4)

ž새로운 글로벌 기후변화 대응체제 출범 (교토의정서 후속)

ž온실가스 감축을 선진국/개도국 등 세계 195개 국가로 확대

ž국가마다 자율적인 감축 목표 제출 (NDC)

- 대한민국의 NDC 목표

ž배출 전망치(BAU) 대비 37% 감축

* 2020년 만료되는 교토 의정서 후속 체제로 新기후체제 목표는 지구 평균기온 상승을 산업화 이전 대비 2℃보다 상당히 낮은 수준으로 유지 목표

https://www.climateinteractive.org/programs/scoreboard/

BACKGROUNDq 신기후 체제

(source: 국가온실가스 대응정책 및 기술동향과 탄소 자원화 전략, 최지나)

CCS 공정 개괄도 (source : greenelectricityglog.co.uk)

7억톤

8.5억톤

* CCU : Carbon Capture and Utilization

* CCS : Carbon Capture and Storage

BACKGROUNDq 신기후 체제

발전원별 이산화탄소 배출량(source: 에너지 경제 신문)

(단위: g/kWh)

BACKGROUNDq 원자력 발전 수용성

동일본 대지진 피해현황(source: 중앙일보)

포항 지진 규모(source: 연합뉴스)

BACKGROUNDq 미세 먼지 ISSUE

(source: SK Innovation blog)

ž노후 석탄발전소 10기 폐지

ž 30년 이상 모든 석탄화력 봄철 가동 중단, LNG 연료 전환

BACKGROUNDq 국내 정책 동향

– 제8차 전력수급 기본계획

→ 수급 안정과 경제성 위주의 기존 수급계획에 반해 환경성, 안전성강화

ž 원전/석탁발전은 단계적 감소, 친환경에너지 확대

ž 노후 석탄발전소 10기 2022년까지 폐지

ž 신재생 에너지는 태양광/풍력을 중심으로 47.2GW의 신규 설비 확충

ž 석탄 발전량 줄이고 LNG 발전량을 늘리는 방안을 제시

2017년 2030년

STEAM TURBINE POWER PLANTqPower cycle for steam turbine

Simple Rankine cycle (source: www.electrical4u.com)

Simple Rankine cycle components (source: www.electrical4u.com)

- 응축 과정에 대규모 냉각수 필요 → 발전소는 주로 해안에 건설

Turbine

Generator

STEAM TURBINE POWER PLANTqPower cycle for steam turbine

국내원자력/석탁 발전소 현황(source www.hani.co.kr/)

STEAM TURBINE POWER PLANTq석탄/원자력 발전

Coal power plant (source: wikipedia)

원자력발전(source: 원자력발전의 원리, Ecomaster)

STEAM TURBINE POWER PLANT

q Revenue forecast

(source: Frost & Sullivan)

STEAM TURBINE POWER PLANT

q Revenue forecast

- 아시아의 절대적 시장 점유(~67%)- 중국, 일본은 가스 발전 확대로 시장 점유율 감소 전망

(source: Frost & Sullivan)

q Market driver

개발 도상국의 전력수요증대 대응 가능한 기술

- 개발 도상국(Non-OECD) 전력수요 증가율 5.3%

- 개발 도상국 필요 전력 전망 1,847 GW(2025) 1,523 GW(2011)

- 석탄의 접근성 용이, 낮은 가격, 국제 거래시장 활성화

노후 발전소 교체 및 가스복합발전 증대

- 1960년대 건설된 북미, 유럽의 노후된 석탄발전소 교체 필요

- 노후된 석탄화력은 주로 가스복합발전으로 교체 예정

- 중국의 노후된 발전소의 설비 교체 프로그램 진행 중

원자력발전의 증가

- 후쿠시마 원전사고로 장기적인 성장은 감소 예상

- 중국, 인도 석탄 화력의 대체원으로 원자력 발전 고려

- 중국은 현재 34기의 원전 가동 중 (20기의 신규 원전 건설중)

- 중동 시장도 원전 발전 규모 증가 전망

스팀터빈 기술& 청정 석탄화력 기술 발전

- 효율 증대를 위한 기술발전 (Supercritical & ultra-supercritical)

- 청정 석탄화력 발전기술 (IGCC, Integrated coal gasification combined cycle)

STEAM TURBINE POWER PLANT

q Market restraints

신기후 체제에 따른국제적인 환경규제 강화

- US EPA 의 강화된 배출가스 규제

- EU의 배출가스 규제 강화, 노후 석탄화력 가동 규제

대형 석탄 화력 발전소건설 자금 부담

- 대형 석탄 화력 발전소의 높은 비용부담, 긴 건설기간으로 신규투자 감소

- 유럽의 경기침체로 인한 대규모 플랜트 투자 감소

- World bank는 신규 석탄화력 발전과 관련된 금융지원 중단

신재생 에너지의경쟁력 강화

- Wind energy는 여전히 높은 생산단가, 기술발전으로 경쟁력 확보 중

- Solar energy 비용은 재료개술의 발달로 화력발전 비용과 비용차이 감소

STEAM TURBINE POWER PLANT

STEAM TURBINE POWER PLANT

q Market share for steam turbine

STEAM TURBINE POWER PLANTqTechnology trends- 환경규제 강화로 인한 steam turbine의 효율 증가를 위한 기술 개발 강화

- Ultra-supercritical (USC) steam turbine은 47%의 효율 달성 (~260bar, 600deg) cf) Sub-critical steam turbine 효율 39% , 노후 화력발전소 USC로 교체(중국)

- 선진국들은 50%의 효율 달성을 위해 기술 개발 중cf) Advanced ultra-supercritical (A-USC) ~700deg, (EU, 미국, 일본, 중국)

* Super critical : 초임계

* Ultra-Super critical : 초초임계

* Advanced Ultra Super critical : ???

STEAM TURBINE POWER PLANTqUSC Steam turbine

GAS TURBINE POWER PLANTqPower cycle for gas turbine

Simple Brayton cycle components Simple Brayton cycle

Turbine

Generator

- 응축 과정 불필요 → 대도시 근처에 발전소 건설 가능

GAS TURBINE POWER PLANTq Gas turbine example

항공기용 Gas turbine(source 한국 GE)

GAS TURBINE POWER PLANTq Gas turbine components

압축기 연소기 터빈

Gas turbine(source: SIEMESS SGT800)

GAS TURBINE POWER PLANTq Comparison with IC engine

IC engine vs Gas turbine(source: GE gas turbine 101)

GAS TURBINE POWER PLANTq Gas turbine components

발전기 감속기 Gas Turbine

Gas turbine power system(source: SIEMESS SGT800)

GAS TURBINE POWER PLANTq Gas turbine combined cycle

Gas TurbineGeneratorSteam turbine

Gas turbine combined cycle(source: GE gas turbine 101)

TIT?

GAS TURBINE POWER PLANTq Gas turbine combined cycle

발전원별 주요 사양(source: 조형희, 한국형가스터빈개발및추진전략)

ž 친환경, 높은 효율, 짧은 건설기간

ž 대량의 냉각수 불필요 (수요처 부근 건설가능), 온수 공급 가능 (열병합 발전)

ž 높은 발전 단가(높은 연료 가격), 낮은 가동율

ž 고온 부품의 주기적 교체 필요

GAS TURBINE POWER PLANT

q Revenue forecast

GAS TURBINE

q Revenue forecast

- 중동 : Oil 가격하락에 따른 경제 성장 둔화, 설비투자 둔화로 점유율 감소 전망- 중국 : 환경 문제로 인한 석탄 화력 대체를 목적으로 가스발전 확대 전망- 일본 : 원자력발전을 가스 발전으로 대체 점유율 증가

BACKGROUND

q Market driver

선진국의 노후 화력 발전소교체 및 환경 규제 강화

- EU와 북미 선진국들의 대형 석탄화력 발전소 교체

- 신기후 체제에 따른 대형 석탄화력 발전소에 대한 배가스 규제

- 선진국들은 신규 발전소를 가스 발전으로 고려

천연가스의 가격 경쟁력강화와 운송 수단 발전

- 전세계적인 Shale gas pipe line 건설 (중앙아시아 → 중국, 러시아→유럽)

- LNG 관련 설비 투자 확대 (미국, 호주, 아프리카의 아시아시장 진입 가능)

- LNG 수송비용의 감소에 따른 가격경쟁력 강화

- 미국의 유럽 수출에 따른 러시아의 수출 가격 인하

신재생 에너지의 보조 수단으로 활용 가능

- 석탄화력에 비해 월등한 Flexibility, Fast start-up time

- 풍력 태양에너지의 보조 수단으로 활용 가능

BACKGROUND

q Market restraints

신재생 에너지의경쟁력 강화 - EU의 신재생 에너지 경쟁력 강화에 따른 가동율 저하

개발도상국의 가스 수송관련 Infra 부족

- 아시아, 아프리카의 개발 도상국의 관련 Infra 부족

- TAPI (Turkmenistan-Afghanistan-Pakistan-India) 과제 지연

- 중국의 LNG 설비 관련 부족

- EU의 러시아 수입의존에 따른 관련 투자 부족

GAS TURBINE POWER PLANT

q Market share for gas turbine

BACKGROUNDqTechnology trends

- Gas turbine의 효율 증가, 친환경, 낮은 정비비용, 유연성 강화를 위한 기술 강화

- 최근 H급 가스터빈 복합 Cycle의 경우 61%의 효율 달성

- 고온/고압용 재료 기술, 냉각 기술, 저 배가스 배출을 위한 연소기술이 필요

- GE의 경우 최근 30min의 start-up time 달성 발표

발전원별 주요 사양(source: 조형희, 한국형가스터빈개발및추진전략)

THANK YOU

31