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문제 정의
- 또한 가스엔진이 발전기 동체의 부하에 관계없이 정속운전을 유지하기 위한 정속운전시스템을 개발하여 부하에 따른 생산전력을 확인하였다. 본 실험을 통하여 큰 규모의 가스엔진 설비 구성을 위한 기초 자료를 얻고자 하였다.
제안 방법
- LPG에 비해 발열량이 낮은 합성가스를 연료로 사용하기 위하여 개조된 가스엔진에 발전기 동체를 장착하여 발전시스템을 구성하였다. 우선은 국내에서 구할 수 있는 최소규모의 가스엔진인 796 cc 다마스 LPG 소형차 엔진을 구하여 [그림 4]와 같이 개조한 후 사용하였다.
- 우선은 국내에서 구할 수 있는 최소규모의 가스엔진인 796 cc 다마스 LPG 소형차 엔진을 구하여 [그림 4]와 같이 개조한 후 사용하였다. 가스엔진의 연료장치 (gas mixer, vaporizer, pre-heater, regulator & val.,e, fuel tank 등)와 전기장치, 각종 장치를 개조 및 제작하여 가스엔진에 적합한 발전기 동체의 사양을 선정하였고, 이를 가스엔진에 부 착하여 발전기로 개조하였다. 또한 가스엔진이 발전기 동체의 부하에 관계없이 정속운전을 유지하기 위한 정속운전시스템을 개발하여 부하에 따른 생산전력을 확인하였다.
- ,e, fuel tank 등)와 전기장치, 각종 장치를 개조 및 제작하여 가스엔진에 적합한 발전기 동체의 사양을 선정하였고, 이를 가스엔진에 부 착하여 발전기로 개조하였다. 또한 가스엔진이 발전기 동체의 부하에 관계없이 정속운전을 유지하기 위한 정속운전시스템을 개발하여 부하에 따른 생산전력을 확인하였다. 본 실험을 통하여 큰 규모의 가스엔진 설비 구성을 위한 기초 자료를 얻고자 하였다.
- 본 연구의 내용은 전체 석탄가스화로부터 집진과 탈황, 가스엔진 발전시스템 전 체를 순수 국내기술과 국내 제작을 통하여 구현한 것이 핵심으로서, 아직 최적화 되지는 못하였지만 석탄 합성가스를 사용하여 전기생산까지를 구현한 성과를 이루었다. 향후 이들 설비 연계와 운전기술에서 최적화가 이루어지고 국내에서 제작된 설비 및 부품들이 고온고압 및 합성가스의 부식성 조건에서 장기간 기계적 문 제없이 운영될 수 있는 제작기술까지 구현된다면 석탄가스화에 대한 국내 기반기술은 국내에 건설될 석탄 IGCC 발전소뿐만이 아니라 수출용 중소형 석탄가스화 발전시스템에서도 국제적인 경쟁력을 확보할 수 있을 것이다.
- 실험은 석탄 가스화기 시스템이 정상운전 상태에 도달한 후 엔진의 회전속도를 1800 rpm 으로 유지하였을 때 발생되는 전력량을 측정함으로써 수행하였다. 부하량은 켜지는 전구의 수에 따라 나타내었으며 엔진 회전속도, 연료량, 배기가스 농도를 계측하였다. 운전결과, 엔진연소 후 배출되는 CO와 과잉산소의 농도 저감에 대한 가스엔진의 추가 개조가 필요하며 대형 가스엔진에 적용하기 위한 합성가스 정제 등의 기술이 추가로 요구됨을 확인하였다.
- 실험은 석탄 가스화기 시스템이 정상운전 상태에 도달한 후 엔진의 회전속도를 1800 rpm 으로 유지하였을 때 발생되는 전력량을 측정함으로써 수행하였다. 부하량은 켜지는 전구의 수에 따라 나타내었으며 엔진 회전속도, 연료량, 배기가스 농도를 계측하였다.
- 가스엔진의 1, 2차 prototype에 대한 실험결과를 통하여 국내에서 구할 수 있는 가장 큰 천연가스 버스 엔진(11, 149 cc)에 적용할 수 있는 기본 자료를 확로하고 [그림 6]과 같은 가스엔진 시스템을 구성하였다. 이 시스템은 석탄 합성가스 100 NnF을 공급하여 발전을 할 수 있는 시스템으로서, 발생된 전기는 할로겐등과 전열기를 통하여 소모되도록 하였으며 천연가스로도 실험이 가능하여 비교자료 도출이 가능하도록 하였다. 설치된 dual mode의 연료공급과 공급 공기량 및 엔진실 린더 제어의 개념도를 [그림 7]과 나타내었다.
대상 데이터
- 가스엔진의 1, 2차 prototype에 대한 실험결과를 통하여 국내에서 구할 수 있는 가장 큰 천연가스 버스 엔진(11, 149 cc)에 적용할 수 있는 기본 자료를 확로하고 [그림 6]과 같은 가스엔진 시스템을 구성하였다. 이 시스템은 석탄 합성가스 100 NnF을 공급하여 발전을 할 수 있는 시스템으로서, 발생된 전기는 할로겐등과 전열기를 통하여 소모되도록 하였으며 천연가스로도 실험이 가능하여 비교자료 도출이 가능하도록 하였다.
- 실험에 사용한 석탄 합성가스는 [그림 5]의 3톤/일급 석탄가스화 pilot 플랜트에서 인도네시아 아역청탄을 사용하여 생산하였다. 사용된 합성가스의 조성은 CO39.5%, H2 16.1%, CO2 8.75%, N2 30.65%, H2O 5.0%로서 가스의 발열량은 1, 691 kcal/Nrr?이 었다.
- 실험에 사용한 석탄 합성가스는 [그림 5]의 3톤/일급 석탄가스화 pilot 플랜트에서 인도네시아 아역청탄을 사용하여 생산하였다. 사용된 합성가스의 조성은 CO39.
- LPG에 비해 발열량이 낮은 합성가스를 연료로 사용하기 위하여 개조된 가스엔진에 발전기 동체를 장착하여 발전시스템을 구성하였다. 우선은 국내에서 구할 수 있는 최소규모의 가스엔진인 796 cc 다마스 LPG 소형차 엔진을 구하여 [그림 4]와 같이 개조한 후 사용하였다. 가스엔진의 연료장치 (gas mixer, vaporizer, pre-heater, regulator & val.
성능/효과
- 한국이 명목상으로는 OECD 국가이지만, 석탄발전과 같은 주요 에너지시장에서는 자체기술과 자금투자 여력이 선진국 OECD 국가들보다 열악한 현실이므로 비OECD 국가로 구분하는 것이 타당하다고 보여진다. 따라서, 일단은 IGCC기술과 초초임계 발전기술을 사용한 발전소 형태로 가고 이들 기술을 소화 흡수한 연후에 고효율 IGCC와 IGFC (Integrated Gasification Guel Cell) 등으로 발전하는 것이 가장 타당할 것으로 판단된다.
- 부하량은 켜지는 전구의 수에 따라 나타내었으며 엔진 회전속도, 연료량, 배기가스 농도를 계측하였다. 운전결과, 엔진연소 후 배출되는 CO와 과잉산소의 농도 저감에 대한 가스엔진의 추가 개조가 필요하며 대형 가스엔진에 적용하기 위한 합성가스 정제 등의 기술이 추가로 요구됨을 확인하였다.
후속연구
- 가스화용융 기술의 요체는 더러운 시료로 여겨졌던 고유황, 고회분의 저급 석탄 및 도시쓰레기까지도 기존 방식보다 높은 효율을 얻으면서도 향후 강화될 환경 규제치도 만족할 정도로 깨끗한 에너지원으로서 활용할 수 있다는 점이다. 생성가스의 최종 사용처는 발생가스의 정제를 통하면 연료전지의 원료가스로도 적용이 가능하고 암모니아 및 비료생산에도 사용할 수 있다.
- 국내에서 앞으로 30~50년 내에는 발전연료의 최소한 30%는 석탄이 담당해야만 할 상황이고, 그 이후도 획기적인 에너지 전환방법이 개발되지 않는 한 IGCC 기술이 가장 적절한 석탄이용 환경 친화적 발전기술임이 분명하다. 또한, 향후 IGCC 기술이 연료전지에 연계된 고효율의 발전방식으로 향상될 것이므로 향후 석탄발전의 신기술 추이는 IGCC 기술로 나아가리라 판단된다.
- 신석탄발전기술 중에서 어떤 기술을 선택하느냐는 여러 요인에 달려 있으나, 우선적으로는 비용을 더 감수하더라도 효율과 초청정성을 우선할 것이냐 아니면 우선은 기존 방식보다 크게 비싸지 않은 범위에서 효율과 환경청정성을 찾을 것인 가에 달려 있다. 또한, 향후 석탄을 사용하는 경우에는 CO2 문제를 해결하지 못 하면, 장기적으로 석탄을 사용하는 전력생산에 대해서 사회적 저항이 예상되므로 이에 대한 기술적 대안도 포함할 것이냐가 기술 선택에 큰 영향을 미치게 된다.
- 미국의 차세대 석탄발전 플랜트 개발 프로젝 트인 Vision 21에서는 발전만을 대상으로 하는 것이 아니라 현재 원유에서 출발하는 C1 화학의 원료를 IGCC 기술로부터 얻고자 하는 것도 주요 관심대상이다. 이들 결과가 가시화되고 공정신뢰도가 95%에 이르게 되면 전세계적으로 석탄 등 저급 원료의 발전은 이러한 신발전기술이 주도해나갈 것으로 보이며 화학공장에 필요한 여러 원료를 공급하는 고부가가치 산업으로 발전할 것이다.
- 본 연구의 내용은 전체 석탄가스화로부터 집진과 탈황, 가스엔진 발전시스템 전 체를 순수 국내기술과 국내 제작을 통하여 구현한 것이 핵심으로서, 아직 최적화 되지는 못하였지만 석탄 합성가스를 사용하여 전기생산까지를 구현한 성과를 이루었다. 향후 이들 설비 연계와 운전기술에서 최적화가 이루어지고 국내에서 제작된 설비 및 부품들이 고온고압 및 합성가스의 부식성 조건에서 장기간 기계적 문 제없이 운영될 수 있는 제작기술까지 구현된다면 석탄가스화에 대한 국내 기반기술은 국내에 건설될 석탄 IGCC 발전소뿐만이 아니라 수출용 중소형 석탄가스화 발전시스템에서도 국제적인 경쟁력을 확보할 수 있을 것이다.
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