초록 ▼

● 핵심기술:
○ Oxy-PC 발전시스템 통합기술(공정최적화)
○ ASU, CPU 설계기술
○ Oxy-PC 발전시스템 제어 및 운전기술(Engineering Simulator 포함)
○ Oxy-PC 발전시스템 기본설계 기술
● 최종목표:
[100MWe급 Oxy-PC 발전시스템 기본설계 및 운영 최적화 기술 개발]
○ 100MWe급 Oxy-PC 발전시스템 실증을 위한 기본설계
○ Oxy-PC 발전시스템 통합 Pilot 실험설비 구축 및 안정 운영 최적조건 도출
○ Oxy-PC 발전시스템

● 핵심기술:
○ Oxy-PC 발전시스템 통합기술(공정최적화)
○ ASU, CPU 설계기술
○ Oxy-PC 발전시스템 제어 및 운전기술(Engineering Simulator 포함)
○ Oxy-PC 발전시스템 기본설계 기술
● 최종목표:
[100MWe급 Oxy-PC 발전시스템 기본설계 및 운영 최적화 기술 개발]
○ 100MWe급 Oxy-PC 발전시스템 실증을 위한 기본설계
○ Oxy-PC 발전시스템 통합 Pilot 실험설비 구축 및 안정 운영 최적조건 도출
○ Oxy-PC 발전시스템 부속설비 공정해석 모듈 개발
○ 100MWe급 순산소 연소 발전플랜트 제어 및 운전 기술개발
● 개발내용 및 결과:
본 기술은 대용량 석탄화력 보일러에서 연소에 필요한 산화제를 공기
대신 순산소를 사용 하여 손쉽게 배가스 중의 이산화탄소를 포집하는 기술
○ 순산소 연소 통합 Pilot Plant(0.7MW) 종합준공
○ 순산소 연소 통합 Pilot Plant 시운전
○ Oxy-PC 시스템 공정모델 개발
○ 100MWe 실증플랜트 제어시스템 기본설계
○ Oxy-PC용 Dynamic Engineering Simulator 개발
○ 100MWe Oxy-PC 발전플랜트 기본설계서 작성
○ 실증용 발전플랜트 운전절차서 작성
●기술개발배경:
석탄화력발전 분야는 가장 주요한 온실가스인 CO₂의 최대 배출원이며 고정된 배출원으로서 CO₂의 효과적인 대규모 배출저감 가능한 대상설비이다. 또한 본 기술은 기술적 개발 성공 가능성 및 경제성 등에서 여타의 CCS 기술에 비하여 우수한 것으로 평가 받고 있어 본 기술의 개발에 착수하게 되었음
● 핵심개발기술의 의의:
세계 최초 상용화 가능한 KEPCO형 순산소 연소 발전플랜트 설계 기술 확보
○ Oxy-PC 발전플랜트 EPCM 설계 Tool 확보
○ Oxy-PC 발전플랜트 공정설계 및 운전절차 검증용 시뮬레이터 확보
○ 세계 두 번째 순산소 연소 통합 Pilot Plant 구축(각종 요소기술 개발용)
○ 100MWe 급 실증 발전플랜트 기본설계서 확보
● 적용분야:
○ 신규건설 또는 개조 석탄화력 발전플랜트에 적용 CO₂ 포집
○ 대기오염물질 총량규제 대응방안으로 활용
○ 공기분리, 저온사업, 반도체/우주산업 등 파생분야의 기술개발 촉진

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제출문 ... 2
• 기술개발사업 최종보고서 초록 ... 3
• 기술개발사업 주요 연구성과 ... 6
• 목차 ... 13
• 제 1 장 서론 ... 17
• 제 1 절 개발기술의 중요성 및 필요성 ... 17
• 1. 100MWe급 Oxy-PC 발전시스템 실증을 위한 기본설계 ... 17
• 2. Oxy-PC 발전시스템 통합 Pilot 실험설비 구축 및 안정 운영 최적조건 도출 ... 17
• 3. Oxy-PC 발전시스템 부속설비 공정해석 모듈 개발 ... 18
• 4. Oxy-PC 발전플랜트 제어시스템 기본설계 ... 19
• 5. Dynamic Engineering Simulator Framework ... 19
• 6. Oxy-Mode Simulator 탑재 모델개발 ... 20
• 7. 100MWe급 Oxy-PC 발전시스템용 ASU 및 CPU기본설계 ... 21
• 8. Oxy-PC 발전시스템용 CPU Pilot 장치 제작 및 통합 Pilot 실험설비 구축 ... 23
• 제 2 절 국내 • 외 관련 기술의 현황 ... 24
• 1. 국내 기술 동향 및 수준 ... 24
• 2. 국외 기술 동향 및 수준 ... 29
• 제 3 절 기술개발 시 예상되는 기술적 • 경제적 파급 효과 ... 36
• 1. 기술적 파급효과 ... 36
• 2. 경제적 파급 효과 ... 36
• 제 2 장 기술개발 내용 및 방법 ... 37
• 제 1 절 최종 목표 및 평가 방법 ... 37
• 제 2 절 단계 목표 및 평가 방법 ... 37
• 1. 단계 최종목표 ... 37
• 2. 개발기술의 평가방법 및 평가항목 ... 37
• 제 3 절 연차별 개발 내용 및 개발 범위 ... 38
• 1. 1차년도 ... 38
• 가. 개발목표 ... 38
• 나. 개발내용 및 범위 ... 39
• 2. 2차년도 ... 42
• 가. 개발목표 ... 42
• 나. 개발내용 및 범위 ... 42
• 제 3 장 결과 및 사업화 계획 ... 46
• 제 1 절 연구개발 최종 결과 ... 46
• 1. 연구개발 추진 일정 ... 46
• 2. 연구개발 추진 실적 ... 47
• 가. 100MWe급 Oxy-PC 발전시스템 기본설계 ... 47
• 1) 영동화력 1호기 통풍 계통 현황 ... 47
• 2) 영동화력 1호기 순산소 보일러 Feasibility Study ... 48
• 3) FEED STUDY 성능 설계 변경 사항 ... 52
• 4) 통풍계통 주요기기 설계 ... 54
• 5) 통풍 계통 배관 계측 장치도 및 General Arrangement 작성 ... 64
• 6) 실증용 ASU 기본설계 ... 77
• 7) 실증용 CPU 기본설계 ... 102
• 나. Oxy-PC 통합 Pilot 실험설비 ... 122
• 1) 개요 ... 122
• 2) 실험기능 추가장치 ... 123
• 3) 실험기능 추가장치 시운전 실험 ... 126
• 4) 공기-순산소 연소조건 특성실험 ... 132
• 5) CPU Pilot 장치 공정설계 ... 138
• 6) CO2 회수 Pilot, 주요 기자재 선정 ... 142
• 7) CPU Pilot 장치 상세설계 ... 149
• 8) CPU Pilot 장치 제작 및 설치 ... 151
• 9) CPU Pilot 장치 자동제어시스템 설계 ... 154
• 10) CPU Pilot 장치 테스트 결과 ... 157
• 다. Oxy-PC 발전시스템 제어로직 개발 ... 168
• 1) 영동화력 1호기 공기연소 제어로직 분석 및 시험 ... 168
• 2) 시뮬레이터를 이용한 제어로직 검증절차 설계 ... 174
• 3) 공정모델과 공기연소 제어로직 인터페이스 설계 ... 176
• 4) 공정모델과 공기연소 제어로직 연계시험 ... 179
• 5) Dynamic Engineering Simulator ... 180
• 6) 영동화력 1호기 공정모델 개발 ... 182
• 7) DCS 및 Non-DCS Control Logic 개발 ... 185
• 8) Boiler/Turbine 제어화면 및 DCS I/O Transmitter 개발 ... 187
• 9) Dynamic Engineering Simulator 통합 및 성능시험 ... 191
• 10) Oxy– PC 화로측 1-D Dynamic simulator 개발 ... 195
• 11) 실증 보일러 CFD 해석 ... 220
• 12) ASU, CPU 운전분석 및 제어로직 설계 ... 258
• 13) 순산소 연소모드 제어로직 설계 및 시험 ... 280
• 14) 공기 → 순산소 전환 로직 설계 및 시험 ... 286
• 15) 신규 제어로직 종합시험 및 수정보완 ... 297
• 16) 제어시스템 하드웨어 구성 설계 ... 301
• 17) Air Separator Unit(ASU) 모델 개발 ... 307
• 18) Carbon Process Unit(CPU) 모델 개발 ... 311
• 19) Oxy-PC Boiler Process Model 개발 ... 316
• 20) Oxy-PC Control Logic 검증 ... 329
• 21) 보일러, ASU, CPU 및 환경설비 검증 ... 333
• 라. Oxy-PC 발전시스템 공정해석 ... 336
• 1) 개 요 ... 336
• 2) Oxy-PC 발전시스템 공정해석 개념 ... 337
• 3) Oxy-PC 발전시스템 공정 모델링 ... 341
• 4) 공정해석 결과 ... 374
• 5) 운전변수 민감도 분석 ... 376
• 6) 공정해석 결론 ... 398
• 제2절 연구개발 추진 체계 ... 400
• 1. 연구개발 추진 체계 ... 400
• 2. 기술개발팀 편성도 ... 402
• 제3절 시장 현황 및 사업화 전망 ... 403
• 1. 이산화탄소 포집 ∙ 저장기술의사업화 동향 ... 403
• 가.이산화탄소 포집∙저장기술의동향 ... 403
• 나. 유럽연합의 CCS지침 ... 404
• 1) 입법배경 ... 404
• 2) 적용범위 ... 405
• 3) 이산화탄소 배출시설의 포집시설설치공간의 확보의무 ... 407
• 4) 저장소의 선정과 운영 ... 408
• 5) 운영자의 정기점검의무 ... 410
• 6) 저장소의 폐쇄 ... 411
• 7) 국제법제에 시사점 ... 413
• 다. CCS의 사업화를 위한 국제적 동향 ... 416
• 1) 외국 CCS추진동향 ... 416
• 2) 상용화 프로젝트의 사례 ... 417
• 3) CCS 실증사업의 동향 ... 418
• 4) CCS사업화와 배출권거래제도 ... 420
• 5) CCS사업화와 CDM제도 ... 423
• 2. 순산소연소기술의 실증프랜트의 설치∙운영을 위한 관련법령에 따른 인허가 사항 ... 430
• 가. 현황 ... 430
• 나. 순산소연소기술의 실증플랜트 설치∙운영을 위한 적법성 요건 ... 430
• 1) 일반적 요건 ... 430
• 2) 산소생산설비(ASU)에 관한 법적 요건 ... 431
• 3) 이산화탄소 회수설비(CPU)의 법적 요건 ... 436
• 4) 연소가스 재순환설비(FGR)의 법적 요건 ... 438
• 다. 참여기관의 실증투자 유인방안 ... 439
• 1) 순산소연소 실증플랜트 설치에 따른 문제점 ... 439
• 2) 신에너지 및 재생에너지 개발∙이용∙보급촉진법 ... 439
• 라. 사회적 수용성 제고방안 ... 441