▲ 수소 혼소 연소기.(사진=기계연)

[월간수소경제 박상우 기자] 국산 가스터빈용 수소 혼소 연소기가 개발돼 현장 실증에 나선다.

과학기술정보통신부 산하 한국기계연구원(이하 기계연)은 LNG발전에 활용되는 가스터빈용 수소 혼소 연소기를 국내 최초로 개발하고 발전소에 적용하는 실증 과제를 추진한다고 13일 밝혔다.

이번 실증은 산업통상자원부의 ‘300MWe급 발전용 수소혼소 50% 친환경 고효율 가스터빈 연소기 개발’ 과제(2020~2024년)의 지원을 받아 수행된다.

기계연 탄소중립기계연구소 무탄소연료발전연구실의 김민국 실장 연구팀은 지난 2020년 7월부터 13개 산·학·연 공동으로 국산 가스터빈용 친환경 연소기를 수소 30% 혼소 수준으로 개발했다. 이를 토대로 2023년부터 한국동서발전, 두산에너빌리티 등과 협력해 발전소 실증에 착수한다.

수소연료는 산화제인 공기와의 반응성이 높아 고온 및 화염역화를 유발할 위험이 있다. 기계연이 두산에너빌리티가 세계 5번째로 개발한 국내 유일 LNG 발전용 국산 가스터빈을 활용해 개발한 연소기는 이러한 위험을 방지하기 위해 연료분사 방법을 개선하고, 공기와 연료의 혼합도를 제어해 고온으로 인해 발생하는 질소산화물과 연소진동을 동시에 저감했다. 특히, 수소연료를 30% 혼합해 연소하면서도 기존 LNG 가스터빈의 연소성능을 유지했다.

그간 수소 혼소 연소기 개발을 추진했으나 국내에는 연소기 개발에 필요한 연소 시험설비가 없어 성능 검증이 어려웠다. 이번에 개발한 가스터빈용 수소 혼소 연소기는 개발과정 중 독일항공우주센터(DLR)로 옮겨 가스터빈의 실제 운전 조건인 고압 환경의 연소시험을 성공적으로 통과해 성능이 검증됐다. 비록 해외 시험설비를 활용했으나 국내 독자 기술로 수소 혼소 연소기 개발에 성공했다는 점에서 그 의미를 더한다.

가스터빈에 수소를 30% 섞어 연소하면 기존 LNG 발전에 비해 이산화탄소 배출을 10.4% 감축할 수 있다. 기계연은 2024년까지 이산화탄소 배출량을 21.4%까지 줄일 수 있는 수소 50% 혼소 연소기를 개발할 예정이며, 2030년 전까지 탄소를 전혀 배출하지 않는 수소 100% 연소기술 개발을 목표로 연구에 매진하고 있다.

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