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한국형 가스터빈의 속내를 드러다 보다?

기사승인 2019.09.20  04:59:16

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- ‘기계공학의 꽃’ 완성...설계자립화 100%, 국산화율 90%

일본이 한국을 화이트 국가에서 제외하는 테러를 자행하는 일련의 사태을 보면서 우리국민들은 토종 제품을 만들어야 한다는 목소리가 거세지고 있다. 일본의 최근 사태를 겪으면서 정부는 늦었지만 국산화에 올인하겠다는 강력한 의지를 표명하고 있다. 이런 분위기가 일시적이지 않았으면 한다.
이런 가운데 18일 공개된 한국형 가스터빈은 그야말로 국산화의 서막이자 향후 해외사장에서 토종의 매운 맛을 보여줘야 한다는 분위기다.
두산중공업이 대형 가스터빈 국산화를 앞두고 지난 18일 실물을 공개했다. 한국형 가스터빈 국산화로 앞으로 2~3년내에 토종 기술로 만든 가스터빈을 장착해 국내 시장은 물론 해외 시장에서 당당히 경쟁을 할 수 있는 발판을 마련했다는 점에서 대단한 성과로 평가된다. 특히 관심이 모아지는 것이 당장 부품 소재분야에서 완전 국산화가 이뤄지지 않았지만 이번에 실물을 공개하면서 국내 기업과 함께 완전체 국산화를 추진하고 있다는 점이다. 

◆발전용 가스터빈이란?
발전용 가스터빈은 압축된 공기와 연료(국내는 통상 LNG 사용)를 혼합/연소시켜 발생하는 고온·고압의 연소가스[thermal energy]를 터빈의 블레이드를 통해 회전력[mechanical energy]으로 전환시키고, 이때 터빈에 연결된 발전기를 통해 최종적으로 전기에너지[electric energy]를 생성하는 내연기관을 말한다.    

가스터빈은 최첨단 기계기술로 통칭되는 항공기 제트 엔진과 동일한 기술을 기반으로 함. 발전용 가스터빈은 터빈에서 생성된 회전력으로 발전기를 구동하고, 제트 엔진은 추진력으로 활용하는 차이가 있다.

발전용 가스터빈은 전 세계적으로도 미국, 독일, 일본, 이탈리아 정도만 기술을 보유하고 있으며, 이들 국가는 핵심적인 국가 전략상품으로 기술유출을 극도로 제한하고 있음. 일례로, 국내 발전소에서 가스터빈 보수작업시 해외 메이커에서는 국내 발전소 고객사 마저도 작업상황을 볼 수 없도록 차단막을 치고 작업을 할 정도다.

산업용 가스터빈은 통상 5~20MW급을 소형, 30~150MW급을 중형, 150~300MW급을 대형, 300MW급 이상을 초대형 가스터빈으로 구분하고, 가스터빈에 적용된 기술의 수준이나 터빈 입구온도에 따라 D급~H급으로 분류하고 있다.

◆가스터빈 기술은 왜 기술 난이도가 높은가?
발전용 가스터빈은 ‘기계공학의 꽃’이라 불릴 정도로 여러 분야에서 고도의 기술을 필요로 한다. 최신 가스터빈의 경우 핵심 기술은 1,500도 이상의 가혹한 운전조건에서 지속적으로 견디는 초내열 합금 소재 기술, 복잡한 형상의 고온부품을 구현하는 정밀 주조 기술, 대량의 공기를 24:1[최신 압축기 모델 기준]까지 압축하는 축류형 압축기 기술, 배출가스[NOx, CO]를 최소화하는 연소기 기술, 압축기/연소기/터빈의 핵심 구성품을 조합시키는 시스템 인테그레이션 기술이 조화된 최고 난이도 기계기술의 복합체임. 세계적으로도 이 기술을 보유한 회사는 제트기 엔진 3대 메이커 (GE, 롤스로이스, P&W)와 발전용 가스터빈 메이커 (일본 MHPS, 미국 GE, 독일 지멘스)로 매우 제한적이다.

◆발전용 가스터빈 사업의 시장전망은?
전세계적으로 환경과 안전에 대한 중요성이 부각되며 현재 석탄화력 등 전통방식의 fuel에서 신재생에너지로 주요 fuel이 전환하고 있는 추세임. 그 과정에서 신재생에너지의 단점으로 꼽히는 간헐성은 물론 석탄의 환경이슈 등을 극복할 수 있는 fuel로 가스발전이 각광받고 있다.

IHS 케임브리지에너지연구소(CERA) 2018에 따르면 전세계 가스발전 시장은 2018년 1,757GW → 2023년 1,976GW → 2028년 2,189GW으로 매년 40GW 이상이 추가 설치될 것으로 전망된다.

국내 발전시장도 복합화력 및 열병합발전이 확대될 것으로 보인다. 2017년 말 발표된 8차전력수급기본계획과 노후 복합발전소 및 석탄발전소 리파워링을 고려하면 2030년까지 약 18GW의 신규 복합발전소 건설이 전망이다.

◆두산중공업 가스터빈의 경쟁력 및 비전은?
글로벌 가스터빈 시장은 GE, SIEMENS, MHPS 등 소수 가스터빈 OEM사들의 과점 상태로 발전사들은 후발주자에 대한 needs가 있다.

이번에 최종조립을 실시한 DGT6-300H S1 모델은 H급 270MW 모델로 경쟁사 제품과 마찬가지로 단순 효율 40%, 복합 효율 60%로 설계, 제작되고 있음. 현재 H+급의 DGT6-300H S2(380MW) 모델을 병행 개발 중이고, 신재생 발전 증가에 따른 간헐성 대응을 위한 전략 모델로 중형(100MW 모델)도 개발 검토 중이다.

두산중공업은 발전플랜트 전반에 걸쳐 기술과 실적을 보유한 회사로 국내외 주요 발주처들과 Network이 구축되어 있다.

가스터빈 사업은 안정적 운전을 위해 Aftermarket 서비스가 매우 중요함. 두산중공업이 2017년 인수한 미국 DTS는 각종 가스터빈 모델에 대한 서비스 사업 역량이 있음. 두산중공업이 자체 보유한 가스터빈 설계, 제작 역량과 DTS 서비스 역량과의 시너지를 통해 그 동안 OEM사들이 독점하던 핵심부품 공급 및 포괄 정비가 가능하다.

가스터빈 사업은 신재생, 발전서비스 등과 함께 두산중공업의 중장기 신성장 동력 중 하나다. 두산중공업은 발전용 가스터빈 사업을 오는 2026년까지 연매출 3조원 이상의 수출 산업으로 육성해 세계 가스터빈 시장 점유율 7% 달성을 목표로 하고 있다. 이를 통해 2026년 연평균 3만명 이상의 고용효과(한국은행 산업연관표의 고용유발효과 8.3명/10억원 적용)를 기대하고 있다.

◆이번에 개발한 가스터빈의 실증사업 계획은?
현재 개발 중인 초도품의 자체 성능시험이 완료되면 서부발전의 김포열병합발전소(500MW)에서 실증을 수행할 예정이다. 이를 위해 서부발전과 주기기 계약을 앞두고 있음. 2021년 가스터빈 출하 및 설치, 시운전을 거쳐 2023년부터 상업운전을 실시할 예정이다.

가스터빈 산업에 늦게 뛰어든 일본은 실증사업을 활용해 단숨에 Global Player로 도약한 바 있다. 일본 MHPS사는 최신 M501J모델 개발 후, 일본 간사이 전력의 Himeji발전소에 6기 대량 공급을 하며 제품의 성능/품질을 조기에 안정화하고, 이를 바탕으로 전세계 시장에서 56기를 수주했다. 

초도 개발한 최신 가스터빈으로 일본 내 가스터빈 산업을 구축하였을 뿐만 아니라 글로벌 시장에서 GE등 경쟁사를 단숨에 따라 잡을 수 있었다. 미국의 GE도 7FA 초기 모델을 국내 서인천/신인천 복합화력에 16기 대량 공급하였는데, 이를 바탕으로 전세계 시장에 진출해 900기 이상의 7FA계열 가스터빈을 판매했다. 

우리나라도 두산중공업이 230여개 중소/중견기업과 함께 개발중인 후속 모델(380MW급)에 대해 대량 제작 기회가 조기에 확보된다면 대한민국 가스터빈산업이 글로벌 강자로 자리매김하는 초석이 될 수 있다. 이를 위해 ‘대규모 한국형 표준 복합화력 실증 발전소’라는 정부의 정책적인 배려가 9차 전력수급기본계획에 반영되는 것이 중요하다는 점이다.

◆가스터빈 개발을 통해 조성된 국내 산업 생태계 현황은?
가스터빈 개발과제 참여업체 16개, 가공제관 54개, 소재 17개, 기자재 141개, 보조기기 10여개 업체 등 약 230개 이상의 국내업체가 가스터빈 제작 Supply Chain으로 참여 중이다.

◆이번에 개발한 가스터빈의 국산화율은? 
현재 일부 전기제어센서를 제외하면 전부 국산화를 달성했다고 두산은 밝혔다. 설계자립화 100%, 국산화율 90% 이상이라고 강조했다.

일부 고온부품을 일본에서 공급받고 있으나 발전 분야는 핵심 전략물자 대상에 해당되지 않아 현재로선 영향이 없다. 만약 추후 핵심 전략물자 대상에 변동이 생기더라도 일본 공급사가 ICP(내부 자율준수 규정) 등록을 하면 기존처럼 신속하게 수입 가능할 것으로 예상된다고 설명했다.

◆가스발전의 대기오염물질 배출 수준은?
가스발전(LNG)은 황산화물 및 먼지를 거의 배출하지 않아, 석탄발전에 비해 초미세먼지(PM 2.5) 및 대기오염물질 배출이 적다. 산업부가 공개한 ‘발전원별 대기오염물질 비교’ 자료에 따르면 가스발전(LNG)의 초미세먼지(PM 2.5) 배출은 석탄발전의 1/8배, 직접 배출되는 황산화물, 질소산화물 등의 대기오염물질은 석탄발전의 1/3 이하 수준으로 나타났다.

남형권 기자 cabinnam@enertopianews.co.kr

<저작권자 © 에너지타임뉴스 무단전재 및 재배포금지>
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