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문제 정의
- 발전플랜트 건설과 관련하여 해방 후 발전소 종류별 건설실적 및 현황, 플랜트 건설 주체, 기술력 확보 현황 및 역량 등을 조사∙정리해봄으로서 플랜트건설 기술역량 확보 및 자립에 얼마나 많은 자랑스럽고 영광스러운 노력과 인내를 하여왔는지를 살펴보고 지속적인 성장을 위한 향후 과제를 제시하고자 한다.
- 1990년대 분당, 일산, 평촌, 부천 등 대규모 신도시가 개발되면서 전기와 열을 동시 생산하는 집단에너지 복합화력 발전소를 건설하였다. 분당복합 1,2 단계 960MW, 일산복합 1,2단계 700MW, 안양복합 480MW, 부천복합 450MW 등이 이러한 목적으로 건설되었다.
제안 방법
- 고리 3,4호기 계약을 Non-Turnkey 방식으로 결정하고 미국의 BECHTEL과 설계, 구매지원, 시공감리 등의 기술용역계약을 체결하였다. 전체 사업관리와 주기 기를 포함한 모든 기자재 구매는 BECHTEL의 도움을 받아 한전이 수행하고, 종합설계는 BECHTEL이 수행하면서 한전기술 기술진 50명을 기술전수(OJT) 하여 향후 기술자립화의 기틀을 마련하였으며, 시공은 현대건설이 담당하였다.
- 단기간 고품질의 대규모 발전소 건설을 위한 전략으로 석탄화력발전소와 원자력발전소 설계표준화를 수행하여 발전소 종합설계기술, 주기기인 보일러와 터빈∙발전기∙원자로∙각종 BOP 등의 설계 및 제작기술 자립산화의 토대를 만들었다.
- 부산화력 1,2호기(철거, 60MW×2, 무연탄) 공사에서 BECHTEL의 하청으로 대림산업은 안벽축조, 부두설치, 해면 준설공사 등 토목공사에 참여하였고, 3,4호기 공사에서는 독일의 SIEMENS의 하청으로 토목, 건축공사 전체를 수행하여 발전소 건설 기술을 축적하였다.
- 온실가스 배출 감축을 위한 교토 프로토콜(Kyoto Protocol) 이행과 연료가격 상승, 대지 확보 등의 문제로 석탄화력발전소의 고효율화, 대용량화가 요구되어 단위용량을 1,000MW로 증대시키고 증기조건을 개선 (온도 600℃도 이상, 압력 250㎏/㎠ 이상)한 초초임계압 설계로 발전 효율 45%이상인 고효율 친환경 설계표준화를 수행하였다. 현재 건설 중인 당진화력 9,10호기, 신보령화력 1,2호기, 태안화력 9,10호기, 삼척화력 1,2호기 등 8기 8,000MW가 초초임계압 표준석탄화력 발전소이다.
- 1,000MW급 가압경수로인 OPR1000은 총 12기가 한국전력기술의 독자적인 역량으로 설계되었으며, 가동률과 안전성 측면에서 세계 최고 수준의 실적을 자랑하고 있다. 이후 OPR1000은 기술성과 경제성을 향상시키고, 국제경쟁력을 확보한 개량형 OPR1000 (Improved OPR1000)을 개발하고 신고리 1,2호기, 신월성 1,2호기 등에 적용하였고, 북한 경수로사업(KEDO 원전 사업)에도 적용하였다.
- 환경과 안전은 아무리 강조하여도 늘 모자라는 것은 사실이지만, 이를 회피하기 위하여 원시 사회로 회귀할 수는 없지 않은가? 화력발전소의 환경과 안전의 문제는 환경 규제(Environment Standards), 발전소 설계 및 운용으로 준수가 가능하다. 정부가 추진하고 있는 환경∙안전우선 에너지 정책으로 기존의 석탄화력발전플랜트 건설 계획이 중단 되거나 연료 전환 위기에 처해있어, 현재 운용되고 있는 발전소의 대기 환경오염물질 배출 농도와 대안을 살펴본다.
- 제2세대 초초임계압 표준석탄화력발전소는 증기온도를 566℃로 높여 열효율을 2.5% 향상시키는 개량형 기술을 적용하여 보령 5~8호기, 태안 7,8호기, 당진 7,8호기, 하동 7,8호기(이상 각 550MW급), 영흥 1~6호기 (각 870MW급)에 적용한 총 16기 10,500MW를 순차적 으로 건설하였다.
- 폭발적으로 증대되는 전력수요에 대비하여 대규모 석탄화력발전소 건설을 계획하고 500MW 초임계압 주기운전용 석탄화력발전소 표준화설계 모델을 개발하였다.
대상 데이터
- 중수로형 원자력발전소로서 캐나다원자력공사 (AECL)가 주계약자로서 원자로 부문의 제작공급과 발전소 건설의 책임을 맡았고 영국의 PARSONS와 GE가 터빈발전기와 옥외 변전설비를 각각 공급하였다. 국내 시공업체로는 현대건설과 동아건설이 AECL의 하청으로 참여하였다.
- 설상가상으로 1950년 6.25전쟁으로 남한의 전력시설 대부분이 파괴되어 암흑 천지였다.
- 우리나라 최초의 원자력발전소인 고리1호기(587MW, 폐지)는 1970년 착공되어 1978년 4월에 준공되었고, 2호기는(650MW) 1983년 7월에 준공되었다.
- 현대건설과 동아건설이 일부 하청으로 참여했을 뿐 모두 외국회사 주도로 건설되었다. 월성원자력발전소 1,2호기(677MW)는 1977년 5월 착공하여 1983년 4월 준공되었으며, 캐나다의 AECL과 한국전력기술이 설계를, 시공은 현대건설이 수행하였다.
성능/효과
- KSNP는‘최적 경수로’라는 의미를 담은 OPR1000으로 명칭을 변경하고, 한울 5,6, 한빛 5,6 등 총 6기의 반복 설계를 통해 선행 호기의 제반 문제점을 지속적으로 개선하여 반영함으로써 최적의 경제성과 안전성을 갖추게 되었다.
- 그 결과로 한국표준형 초임계압 주기운전용 500MW,800MW, 1,000MW 석탄화력발전소와 원자력발전소 KSNP², OPR1000³, APR1400⁴등 독자모델을 개발하여 우리기술로 표준석탄화력발전소와 표준원자력발전소를 성공적으로 건설하였으며, 이들 발전소의 효율, 가동률, 운전 및 보수의 용이성, 안정성 등이 세계 최고 수준으로 운용되고 있다.
- 발전원별 전력생산량을 보면 발전단가가 가장 싼 원자력발전소가 30.4%, 유연탄발전소가 39.1%를 차지하고 있어, 원자력과 유연탄화력의 설비용량 점유율 51%대비 전력생산량은 69.4%로써 전력 생산단가가 싼 유연탄화력과 원자력 발전소의 전력생산량이 절대적으로 높아 계통 기여도가 매우 큼을 알 수 있다.
- 셋째, 국가 에너지 정책의 기본은 경제성, 안정성, 환경과 안전으로 Portfolio가 적절하게 구성되어야 한다.
- 위에서 살펴 본 바와 같이 발전플랜트 건설 사업은 일제 강점기와 한국전쟁의 암흑에서 깨어나 대한민국의 경제개발과 선진화라는 기회의 시대를 꿰차고 화력∙원자력∙수력∙신재생 등 발전플랜트 건설과 관련한 기획, 설계, 구매, 시공, 시운전, 사업관리 등의 플랜트 Life Cycle 전체를 수행할 수 있는 국제적인 시장 경쟁력을 갖춤으로서 無에서 有를 창조한(전쟁의 암흑기에서 용기와 인내와 노력과 지혜와 사명감으로 발전플랜트 건설기술을 기술선진국의 반석 위에 올린) 자랑스럽고 영광스러운 역사를 기록하였다.
- 이러한 표준화설계 및 표준석탄화발전소를 연달아 건설함으로서 종합설계기술의 자립은 물론 건설 공기단축과 건설비 절감, 기자재의 국산화 촉진, 주요 부품의 호환성 제고, 예비품의 재고 감축, 발전소의 고효율 운전, 신뢰성과 이용률 향상 등을 이룩할 수 있었다.
- 한국표준형원전(KSNP → OPR1000)은 1980년대 말부터 시작하여 2013년 1월 신월성 2호기가 준공될 때까지 20여년간 총 12기, 12,000MW로서 영광 3~6호기, 울진3~6호기, 신고리 1,2호기, 신월성 1,2호기가 건설되었다. 이를 통하여 한국전력기술은 원자로 계통설계를 포함한 원자력발전소 설계 완전 자립화를 이룩하였고 두산중공업은 표준원전 건설에 참여하여 터빈발전기를 비롯한 주기기 설계 및 생산능력을 갖추게 되었으며, 국내의 시공 가능업체도 7-8개사로 확대되었다.
- 고리 3,4호기 계약을 Non-Turnkey 방식으로 결정하고 미국의 BECHTEL과 설계, 구매지원, 시공감리 등의 기술용역계약을 체결하였다. 전체 사업관리와 주기 기를 포함한 모든 기자재 구매는 BECHTEL의 도움을 받아 한전이 수행하고, 종합설계는 BECHTEL이 수행하면서 한전기술 기술진 50명을 기술전수(OJT) 하여 향후 기술자립화의 기틀을 마련하였으며, 시공은 현대건설이 담당하였다.
- 표준형발전소의 용량은 500MW, 증기조건은 초임계압(538℃, 246㎏/㎠)을 채택하여 효율을 41%까지 상승 시키는 효과를 얻을 수 있었다.
후속연구
- 둘째, 발전사업자가 환경설비뿐만 아니라 보일러 및 연소계통 설비를 보강∙개선은 물론 발전소 설비 전체를 진단하여 성능개선과 수명을 연장하는 발전소 재생 (Plant Rehabilitation)을 허용하게 함으로서 발전소의 Performance Upgrade와 플랜트를 재생(Plant Rehabilitation)하는 프로젝트 기술을 개발하고 경험과 실적을 쌓게 한다.
- 첫째, 필요하다면 기존화력발전소의 환경 규제치 (Environmental Standards)를 강화하여 운용하게 함으로서 SOx∙NOx∙Dust 등 환경설비를 보강∙개선하는 발전소의 Performance Upgrade 프로젝트 기술을 개발하고 경험과 실적을 쌓게 한다.
- 지역별로 바람자원이 풍부한 제주도가 22개소 272MW로 가장 많고, 강원도 16개소 251MW, 경상북도 10개소 198MW로 이들 3개도가 전체의 70%를 차지하고 있다. 향후 풍력발전은 2-3MW 급의 육상용 발전기와 5MW이상의 해상용 발전기가 주류를 이룰 것이다.
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