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Oct 26, 2023

두산에너지, 국내 가스터빈 엔진 생산의 새로운 시대를 열다

두산에너빌리티는 지난 7월 28일 국내 최초로 생산한 270MW급 가스터빈 엔진의 240시간 연속 운전 테스트를 마치고 김포에서 상업운전을 시작했다.

두산에너빌리티는 지난 7월 28일, 한국서부발전(KOWEPO)이 운영하는 김포열병합발전소에서 국내 최초로 생산한 270MW급 가스터빈 엔진의 240시간 연속 운전시험을 완료하고 상업운전을 시작했다. 이번 성과를 통해 KOWEPO는 인근 지역 약 50만 가구에 전력을, 8만 가구에 난방을 공급할 수 있을 것으로 기대하고 있다.

종종 “기계공학의 보석”으로 불리는 가스터빈은 액화천연가스(LNG) 발전소에서 전기를 생산하는 데 사용되는 동력 장치입니다. 기존의 화력발전소나 원자력 발전소에서는 석탄을 태우거나 핵분열을 이용해 증기를 생산한 후 터빈 블레이드의 회전에 동력을 공급합니다. 결과적으로 터빈에 연결된 발전기가 회전하여 전기가 생성됩니다.

LNG 추진 발전소는 다른 접근 방식으로 운영됩니다. 가스 터빈 내에서는 천연 가스와 압축 공기가 동시에 유입되고 점화되어 연료가 연소됩니다. 생성된 고온 및 고압의 배기 가스는 채널을 통해 가스 터빈 자체를 회전시킨 다음 연결된 발전기를 구동합니다. 특히, 이 공정에는 별도의 증기 생성이 포함되지 않아 가스터빈의 경량화 및 관리 용이성에 기여합니다. 예를 들어, 김포발전소에 적용된 가스터빈은 길이 11.5m, 무게 330톤으로 기존 증기터빈(길이 12m, 무게 500톤)에 비해 작고 가볍다.

또한 놀라운 효율성을 자랑합니다. 전기와 열이 모두 공급되는 열병합발전소에서 가스터빈은 발전 후에도 높은 수준을 유지하는 배기가스의 잔열을 활용합니다. 이 잔여 에너지는 증기 터빈을 구동하는 데 활용되어 전체 효율을 효과적으로 극대화합니다. 김포발전소도 비슷한 원리로 운영되고 있다.

문제는 섭씨 1,500도가 넘는 배기가스의 극심한 열을 견딜 수 있는 소재를 만드는 것이 어렵다는 데 있습니다. 이러한 복잡성으로 인해 전 세계적으로 가스 터빈 제조업체 수가 제한되었습니다. 실제로 미국 제너럴일렉트릭(GE), 일본 미쓰비시파워, 독일 지멘스 등 5개 기업만이 존재한다. 옵션이 부족하기 때문에 국내 발전소에 설치된 가스터빈 150여 대가 모두 외국산이다. 유지보수 및 수리에 드는 막대한 비용에도 불구하고 이들 외국 제조업체에 의존하는 것 외에는 대안이 없었습니다.

두산은 오랜 시행착오 끝에 섭씨 1500도까지 견딜 수 있는 '초내열 합금 소재'를 개발했다. 과열을 방지하기 위해 회사는 가스터빈 블레이드 내에 통로를 만들어 찬 공기가 통과할 수 있도록 했습니다. 이러한 끊임없는 노력으로 두산에너빌리티는 2019년 9월 국산 최초의 대규모 가스터빈 개발이라는 이정표를 달성하는 성공을 거두었습니다.

두산에너지는 이를 기회로 가스터빈을 핵심 사업으로 더욱 발전시키겠다는 계획이다. 회사 관계자는 “2030년까지 국내 발전소 건설 계획을 검토해 보면 국산 가스터빈을 활용하면 약 10조원 규모의 상당한 수입대체 효과를 거둘 수 있다”고 말했다.

최근에는 천연가스와 수소를 혼합한 '수소 블렌드'를 활용하는 수소 터빈 개발이 추진되고 있습니다. 두산중공업은 “2027년까지 세계 최초로 400MW급 초대형 수소발전 터빈을 개발하는 것이 목표”라고 밝혔다.