석탄 가스화 복합 발전(2010, 고3, 4월)

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석탄은 석유에 비해 지구상에 고르게 분포되어 있고 가채 연수가 140년 이상 남아 있지만, ‘환경오염의 주범’이라는 굴레에서 벗어나지 못해 왔다. 그러나 최근 고유가 상황에서 청정 석탄 기술의 발전에 힘입어 석탄이 새롭게 주목받고 있다. 청정 석탄 기술이란, 석탄 사용 시 유해 물질의 발생을 최소화하는 기술을 말한다. 이 중 석탄 가스화 복합 발전(IGCC)은 석탄을 가스화한 뒤 가스 터빈과 증기 터빈으로 이루어지는 복합 사이클을 통해 전력을 생산하는 시스템이다.

IGCC는 석탄 가스화 장치, 가스 정제 장치, 가스 터빈 및 증기 터빈 등으로 구성되어 있다. IGCC의 공정을 구체적으로 살펴보면, 먼저 석탄 가스화 장치에서 고분자 상태의 천연 석탄을 고온ᆞ고압 상태에서 불완전 연소시켜 발전 연료로 사용하기 위한 가연성 기체로 변환시킨다. 원료 석탄을 분쇄한 후, 석탄을 가스화하기 위해 가스 화제(공기ᆞ산소)와 함께 석탄 가스화 장치로 공급하면, 산화ᆞ환원 반응에 의하여 주성분이 수소와 일산화탄소로 이루어진 연료 가스가 생산된다. 생산된 연료 가스에는 분진, 황 화합물, 산성 가스 등의 유해 물질이 포함되어 있어 가스 터빈을 비롯한 기기를 손상시킬 뿐만 아니라, 대기 중으로 배출되면 환경오염을 야기한다. 따라서 가스 정제 장치를 거쳐 이러한 유해 물질을 제거해야 하는데, 이 과정에서 의약품, 화약 등의 산업 원료로 사용되는 순수 유황이 부산물로 생성된다. 정제된 연료 가스는 가스 터빈으로 유입되어 1차적으로 전력을 생산하는 데 쓰인다. 이러한 1차발전 단계 이후 가스 터빈에서 발생한 열을 재활용해 증기를 발생시키고, 이것으로 증기 터빈을 돌려 2차 전력을 생산한다.

IGCC는 이러한 과정을 통해 2차에 걸쳐 전력을 생산할 수 있으므로 석탄을 직접 태워서 전력을 생산하는 미분탄 화력 발전보다 에너지 효율을 높일 수 있다.

IGCC는 가스화된 석탄이 연소되기 전에 이산화탄소를 분리하는 공정을 사용하는데, 이는 석탄을 연소한 후 이산화탄소를 분리하는 미분탄 화력 발전보다 용이한 방식이다. 때문에 발전소에서 배출되는 이산화탄소의 90% 이상을 제거할 수 있어 차세대 석탄 발전 기술로 각광받고 있다. IGCC는 설비가 복잡하여 기존 방식보다 초기 투자비용이 크지만 이산화탄소를 분리하기 위해 추가되는 비용은 적으므로 총 비용 측면에서는 유리할 것이다.

― 이진욱 외, '석탄 가스화 복합 발전 시스템'