[논문]공급사슬 및 내재역량 분석을 통해 고찰한 국내 가스터빈 산업 국산화 개발 전략

현정우; 이상균; 진환준; 박진호

doi:10.5855/energy.2020.29.1.013

공급사슬 및 내재역량 분석을 통해 고찰한 국내 가스터빈 산업 국산화 개발 전략
Domestic Gas Turbine Industry Development Strategies Based on Domestic Supply Chain and Potential Analysis 원문보기

에너지공학 = Journal of energy engineering, v.29 no.1, 2020년, pp.13 - 24

현정우 (한국산업기술평가관리원) , 이상균 (한국산업기술평가관리원) , 진환준 (한국에너지기술평가원) , 박진호 (영남대학교 화학공학부)

초록
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온실가스 배출을 감축하기 위한 각국의 노력이 활발해 지고 있으며, 그에 따라 석탄발전의 비중을 점차 줄이고 재생에너지 및 천연가스 발전의 비중을 높이려는 노력이 가시화되고 있다. 한국도 유사한 정책을 추구하고 있는데, 현재 LNG 발전 가치사슬 전체에 걸쳐 국산이 차지하는 부분은 매우 미미한 실정이어서 이러한 LNG 발전확대 정책이 국내 산업육성과 괴리는 있지 않은지 우려가 되는 상황이다. 따라서 본 논고에서는 LNG 발전에 사용되고 있는 가스터빈과 고온부품 산업의 국내외 현황을 살펴보고, 국내 가스터빈 산업의 Supply Chain 분석을 통해 국내 산업이 안고 있는 이슈와 문제점을 조사해 보았으며, 이를 기반으로 국내 가스터빈과 고온부품 산업의 활성화 및 국산화를 위한 전략을 제안하였다. 국내 가스터빈 산업육성 전략은 1) 가스터빈 얼라이언스 구성 등을 통한 국내 제조산업 생태계 조성, 2) 가스터빈 및 고온부품 국산화를 위한 전략적 기술개발 지원, 그리고 3) 국내 실증 테스트베드 구축 등 기술 사업화 촉진을 위한 환경 조성으로 요약될 수 있다.

Abstract ▼ AI-Helper

Many countries are actively engaging in the reduction of greenhouse gas emissions, and as part of this effort, gradually reducing the portion of coal power generation and instead increasing the portion of power generations from renewable energy sources and natural gas. Korea is taking a similar policy to expand LNG power generation for the next decade. There is a concern, though, about the policy not being aligned with the domestic industry development, since only a few products are being made in Korea along the LNG power generation industry value chain. Therefore in this paper, we first looked at the current status of the gas turbine and high temperature parts industry used for LNG power generation in Korea, and then looked into the industrial issues and challenges through the analysis of supply chains of the domestic gas turbine industry. Finally, we tried to propose strategies to revitalize and localize the domestic gas turbine and high temperature parts industry. The proposed strategies can be summarized as 1) creation of domestic gas turbine manufacturing ecosystem via construction of gas turbine alliance, 2) strategic R&D support for localization of gas turbine and high temperature parts, and 3) provision of domestic testbeds for technology evaluation and commercialization.

주제어

표/그림 (19)

그림 Fig. 1. 세계 1차에너지 소비 추이¹⁾
그림 Fig. 2. 가스터빈 발전 시장 점유율 예상(2019~2032)³⁾
그림 Fig. 3. 에너지원별 발전량 전망⁵⁾
그림 Fig. 4. 가스복합발전 용량 전망⁶⁾
그림 Fig. 5. 한국과 미국의 에너지원별 LCOE 비교^9),10)
그림 Fig. 6. 국내 에너지원별 발전량 현황¹¹⁾
표 Table 1. 국내 가스터빈 설치 현황¹²⁾
그림 Fig. 7. 연도별 가스터빈 클래스 비중 변화 추이⁵⁾
그림 Fig. 8. 연도별 가스복합발전 효율 추이 (1970~2050)¹³⁾
표 Table 2. 발전용 가스터빈 정부R&D 투자규모 현황('05.1~'19.5) (단위 : 백만원)
표 Table 3. 전원별 세계 발전량 전망¹⁴⁾ (단위: 조kWh)
표 Table 4. 고성능 고온부품별 국내기업 현황
표 Table 5. 고온부품 국산화 실적¹²⁾
표 Table 6. 제조사별 LNG발전용 가스터빈 설치현황¹²⁾
표 Table 7. 국내 LNG 발전용 가스터빈 유지보수 비용 지출 규모¹²⁾
그림 Fig. 9. 가스터빈 주요 구성품
표 Table 8. 국내 가스터빈 공급사슬
그림 Fig. 10. 가스터빈 융합 얼라이언스 추진체계
그림 Fig. 11. 가스터빈 부품 서비스 플랫폼(案)

AI 본문요약
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문제 정의

따라서 본 논고에서는 가스터빈 분야의 대내외 환경분석과 보유역량 분석 그리고 산업 공급사슬 분석을 통해 국내 가스터빈 산업의 현황을 먼저 직시해 보았고, 이를 기반으로 기술 고도화와 국산화 개발을 위한 지원체계 및 생태계 조성방안과 산업 육성 전략을 제안하고자 하였다.
향후 석탄화력 발전을 대체하고 온실가스 발생량을 감축하기 위한 방안의 일환으로 가스복합발전소의 증가가 예상되는 가운데, 발전용 가스터빈 시장은 크게 성장할 것으로 보인다. 본 논고에서는 국내외 발전용 가스터빈 시장과 기술 동향을 살펴보았으며, 정책 현황도 알아보았다. 또한, 주요 제조사가 글로벌 가스터빈 시장을 독과점하고 있는 상황에서 국내 가스터빈 분야의 공급사슬 분석을 통해 국내 가스터빈 시장의 산업 이슈와 문제점을 살펴보았고, 끝으로 국내 가스터빈 및 고온부품 산업의 활성화 및 국산화를 위한 정책을 제안하였다.
이에 본 논고에서는 2단계에 걸친 기술사업화 지원을 위한 환경조성 방안을 제시한다.

제안 방법

일본은 에너지정책 기조(3E+S) 및 2030년 전원 구성 목표를 실현하기 위한 “제5차 에너지기본계획”의 본격 이행을 통해 향후 재생에너지의 주력 전원화를 위해 높은 발전 비용과 송전망 제약 등의 과제를 해결하고 고효율 석탄, LNG 화력발전의 유효 활용 촉진 및 가스 산업의 사업기반 재구축을 추진하고 있다. 또한, 에너지 관계 기술개발 로드맵 수립을 통해 고효율 천연가스 화력발전을 포함한 각 기술과제의 로드맵을 제시하였다.
본 논고에서는 국내외 발전용 가스터빈 시장과 기술 동향을 살펴보았으며, 정책 현황도 알아보았다. 또한, 주요 제조사가 글로벌 가스터빈 시장을 독과점하고 있는 상황에서 국내 가스터빈 분야의 공급사슬 분석을 통해 국내 가스터빈 시장의 산업 이슈와 문제점을 살펴보았고, 끝으로 국내 가스터빈 및 고온부품 산업의 활성화 및 국산화를 위한 정책을 제안하였다.
일본은 1980년대에 가스터빈 개발을 활발히 진행하였으며, Mitsubishi의 경우 미국 웨스팅하우스 모델의 면허생산을 계기로 발전용 가스터빈 세계시장 진입에 성공하였다. 또한, 토호쿠전력은 자사 발전소에 Mitsubishi사 신제품을 설치하여 실증시험을 지원하였으며, 실증시험 시 생산된 전력은 인근 오사카전력에서 구매하는 형태의 협력 체계를 구축하였다. 가까운 장래에 발전용 가스터빈 중 출력이 가장 크고 효율이 가장 높은 JAC (J-series Air Cooled)급 모델을 출시할 계획이다.
본 논고에서 제안하는 가스터빈 융합 얼라이언스 추진체계(Fig. 10)는 ①국산화 추진, ②실증단지 조성, ③국내외 시장개척, ④법 · 제도 개선의 네 가지 핵심 쟁점을 토대로 구성된다.

대상 데이터

일본의 경우, 2011년 국가프로젝트 “1700 ℃급 초고온 가스터빈 요소기술 개발”의 성과를 활용하여 1600 ℃ 고효율기 M501J형 가스터빈을 개발하고 2011년 2월부터 MHPS 다카사고(高砂)제작소 내의 가스터빈 복합화력발전 플랜트 실증설비에서 M501J형 초도품의 시운전을 개시한 바 있다. 그리고 같은 해 7월부터 장기신뢰성 실증운전을 실시하여 2015년 3월말 시점에 기동횟수 186회, 운전시간 20,722시간을 달성하였으며, 총 34대를 발주하였다. 다카 사고제작소에서 실증한 M501J형 상용기는 2013년 8월부터 간사이전력(關西電力)의 히메지(姬路) 제2 발전소에 순차적으로 도입되어 총 6대를 상용 운전 하였다¹⁵⁾.
그리고 같은 해 7월부터 장기신뢰성 실증운전을 실시하여 2015년 3월말 시점에 기동횟수 186회, 운전시간 20,722시간을 달성하였으며, 총 34대를 발주하였다. 다카 사고제작소에서 실증한 M501J형 상용기는 2013년 8월부터 간사이전력(關西電力)의 히메지(姬路) 제2 발전소에 순차적으로 도입되어 총 6대를 상용 운전 하였다¹⁵⁾. 그리고 경제산업성이 직접 실시한 “고효율 가스터빈 기술실증 사업”을 계승하여 현재 NEDO에서 실시하고 있는 1700 ℃급 가스터빈 개발사업 역시 2020년 MHPS 자체 비용으로 건설하는 실증발전설비에서 실증운전을 실행하고, 장기검증시험을 실시하면서 2022년부터 판매를 개시할 계획이다¹⁶⁾.

후속연구

또한, 토호쿠전력은 자사 발전소에 Mitsubishi사 신제품을 설치하여 실증시험을 지원하였으며, 실증시험 시 생산된 전력은 인근 오사카전력에서 구매하는 형태의 협력 체계를 구축하였다. 가까운 장래에 발전용 가스터빈 중 출력이 가장 크고 효율이 가장 높은 JAC (J-series Air Cooled)급 모델을 출시할 계획이다.
따라서 모든 기종들에 대한 고온부품들의 국산화 추진이 필요한 사항이며, 특히 단종된 부품 위주로 우선 국산화를 추진하여 국내 운영 중인 외산부품을 대체하고 해외 진출형 부품을 개발하는 전략이 필요하다. 그리고 D/E급 가스터빈의 해외 운영 실태조사를 통해 국내 기업들이 개발한 고온부품의 해외 판로 개척 및 해외시장 진출 전략 마련도 필요하다고 하겠다.
그리고 경제산업성이 직접 실시한 “고효율 가스터빈 기술실증 사업”을 계승하여 현재 NEDO에서 실시하고 있는 1700 ℃급 가스터빈 개발사업 역시 2020년 MHPS 자체 비용으로 건설하는 실증발전설비에서 실증운전을 실행하고, 장기검증시험을 실시하면서 2022년부터 판매를 개시할 계획이다16).
2% 규모이며, 에너지정책을 산업정책과 연계하여 추진하는 것이 가장 큰 특징이다. 기존 528 GW의 노후 화력발전소를 대체할 가스복합발전소를 매년 15~20 GW 추가할 계획이며, 설비용량은 2020년 1억 kW, 2030년 2억 kW, 2050년에는 3억 kW까지 확대할 계획이다. 또한 대기환경개선정책(석탄으로부터 가스로 전환)의 적극적 추진에 따라 가스 수요가 15% 증가하여 세계 수요증가분의 33%를 중국이 차지하고 있다.
영국은 에너지기후변화부(DECC, Department of Energy and Climate Change)를 신설한 후 기후변화법을 제정하였으며, “탄소 계획”을 수립하여 2009년 대비 2020년까지 35%, 2030년까지 57%의 감축을 목표로 제시하였다. 또한, 2025년까지 단계적으로 진행될 총 19 GW 규모의 석탄화력발전소 폐쇄로 인한 발전량 감소분은 신규 원자력발전소와 가스화력발전소의 건설을 통해 충당할 계획이다.
그리고 국산화 지원체계를 마련하여 단종된 가스터빈의 부품부터 국산화를 추진하고 대체부품의 국산화 전환이 필요하다. 또한, 상용화를 위한 실증 단지 구축을 통해 개발품에 대한 신뢰성을 확보하고 성공적 실증을 통해 초기시장 확보를 도모해야 하며, 가스터빈 부품 서비스 플랫폼을 구축하고 활용하여 글로벌 시장 창출 및 진출의 활로를 개척해야 할 것이다.
11)을 구축하여, 부품 서비스를 위한 체계적 수명주기를 관리하고, 부품 관리 및 부품에 대한 스펙을 해외 바이어들에게 제공하여 제품 홍보 및 활용도 증대를 도모한다. 이러한 가스터빈 부품 서비스 플랫폼은 국내 생산되는 가스터빈 부품들에 대한 설계-생산 계획 및 생산현황을 추적 관리하고, 각 기업들의 생산데이터를 수집 및 관리하며, 국내외 조달, 유통망과 연계하는 기능을 가지게 될 것이다. 또한, 기술연계나 기술이전 등이 필요한 사항에 대해서는 전문가와 협업할 수 있는 기능을 제공함으로써 국내 기업들의 기술 경쟁력 향상도 도모할 수 있다.
한편, 실증 추진을 위한 설비의 경제성 및 신뢰성 제고가 필요하며, 국산 고유모델에 대한 성공적 실증을 통해 초기 시장을 확보하고 성장동력을 제고하는 노력을 경주할 필요가 있다. 그리고 유사산업과의 연계 등을 통한 동반성장 전략도 필요하다고 하겠다.
현재 두산중공업이 추진 중인 기술은 2017년에 기본설계가 완료된 270 MW급 발전용 대형 가스터빈 “DGT6-300H S1”으로서, 단독 효율 40%급 발전용 가스터빈이며, 미국, 독일, 일본, 이탈리아에 이어 세계 5번째 H급 가스터빈 초도품을 독자개발하는데 성공하였다. 해당 초도품은 개발 완료 후 두산중공업이 자체설비를 이용해 성능 및 내구성 시험을 진행한 후, 서부발전이 건설 중인 김포열병합발전소에 설치될 예정이다. 향후 8,000시간 실증(약 2년 소요) 후 2024년 후반기 이후 효율 41.
해당 초도품은 개발 완료 후 두산중공업이 자체설비를 이용해 성능 및 내구성 시험을 진행한 후, 서부발전이 건설 중인 김포열병합발전소에 설치될 예정이다. 향후 8,000시간 실증(약 2년 소요) 후 2024년 후반기 이후 효율 41.7% 이상의 모델 업그레이드를 또한 추진할 계획이다.
향후 석탄화력 발전을 대체하고 온실가스 발생량을 감축하기 위한 방안의 일환으로 가스복합발전소의 증가가 예상되는 가운데, 발전용 가스터빈 시장은 크게 성장할 것으로 보인다. 본 논고에서는 국내외 발전용 가스터빈 시장과 기술 동향을 살펴보았으며, 정책 현황도 알아보았다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	국내 가스터빈 산업의 동향은 어떠한가?	국내 가스터빈 산업은 해외 주요 제조사와의 기술격차 및 장기서비스계약(LTSA)에 의한 제약 조건 아래 관련 기업들의 성장 동력이 매우 취약한 상황이며, 내수시장 확보 역시 한계에 직면하고 있다. 이에 이해관계자들의 협력관계를 통한 상생 방안 마련이 필요한데, 우선 수평적 산업생태계 조성을 통한 체계적 산업 활성화 지원이 이루어져야 할 필요가 있다.
	Mission Innovation 선언에 따른 우리나라의 온실가스 배출량 감축 목표는 무엇인가?	UN 파리협정에 따른 신기후체계 출범으로 2020년 이후의 새 기후변화 체제 수립을 위한 Mission Innovation 선언을 통해 청정에너지 공공 R&D 투자를 5년간 2배 이상의 확대를 노력하기로 약속함으로써 우리나라는 자발적 기여(INDC)를 통해 세계적인 온실가스 감축 노력에 동참하기로 결정한 바 있다. 우리나라는 이에 따라 온실가스 배출량을 2030년까지 BAU(Business As Usual) 대비 37% 이상 감축하기로 하였다. 이에 석탄발전의 비중을 줄이고 천연가스 발전의 비중을 높이고 있어 향후 발전용 가스터빈 시장의 급격한 확대가 전망되고 있다.
	가스터빈 운영비는 어떻게 구성되는가?	가스터빈 운영비는 연료비(~80%), 운전비용(5%), 경상 정비비용(3~5%), 고온부품 구매비용에 해당되는 계획정비비용(3~5%), 기타(~5%)로 구성되며, 지난 25년간 가스터빈 고온부품 조달 등 유지 ․ 보수 비용으로 총 4조 2,104억원을 지출한 것으로 조사된다(Table 7).

참고문헌 (16)

BP Energy Outlook 2019 edition
Gas Turbine World 2016-2025 Market Forecast, 2016.
Worldwide Gas Turbine Forecast, Turbomachinery Magazine, 2018. 11. 15.
BP Statistical Review of World Energy 2019, 2019. 6.
Powering Forward, Gas Power Systems Offerings 2019, GE Marketing, 2019. 4.
New Energy Outlook 2019, BloombergNEF, 2019. 6.
2018년 한국전력통계, 한국전력공사, 2019. 5.
국가통계포털(KOSIS) 에너지원별 발전량
Annual Energy Outlook 2017, EIA, 2017. 4.
균등화 발전원가 해외사례 조사 및 시사점 분석, 한국전력공사, 2018. 1.
국가통계포털(KOSIS) 한국전력통계
발전용 가스터빈 기술수준 및 국내외 시장 - 산업현황 조사 - 분석연구, 한국기계연구원, 2018. 2.
New Energy Outlook 2019, Bloomberg NEF, 2019. 6.
IEA, World Energy Outlook 2017(에너지경제연구원, World Energy market Insights 자료 발췌재인용)
High-efficiency Gas Turbine Development Applying $1600^{\circ}C$ Class"J"Technology, MHPS Technique Report vol. 52, No. 2, 2015
次世代火力？電等技術開？／(2)高？率ガスタ-ビン技術？？事業 NEDO, 2019.8.

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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