에너지전환·탄소저감 따라 산업 주목도 급상승
시동 시간 짧아 신재생 간헐성 보완효과 탁월
두산중공업, 270MW급 필두 시장 진입 ‘속도’

[전기신문 김광국 기자] 가스터빈 발전기가 에너지전환 및 탄소저감을 촉진할 전력산업계 첨병으로 부상하고 있다.

국내 발전 부문에서 석탄발전의 비중을 점차 줄여나감에 따라 LNG를 발전원으로 사용하는 가스터빈의 중요성이 점증하고 있는 것이다. 또한, 친환경성에 더해 발전 소음 저감·설비 부지 축소 등에서도 탁월한 효과를 보임에 따라 민간 부문을 중심으로 저·중용량 설비의 보급도 빠르게 확대되고 있다.

한편 가스터빈의 높은 외산 의존률은 산업생태계 조성을 위해 중장기적으로 풀어야 할 과제로 꼽힌다. 현재 발전용 가스터빈 제조사는 전 세계에 미국의 제너럴일렉트릭(GE), 독일의 지멘스, 일본의 MHPS 등 4개사뿐이다. 국내에서는 이제 사업 초기 단계에 접어든 두산중공업이 유일하다.

◆가스터빈 발전방식은=가스터빈 발전기는 가스터빈을 원동기로 사용하는 발전설비다. 기존 디젤 발전기와 비교해 탄소 배출량이 적고, 시동에 소요되는 시간이 짧아 첨두부하 및 신재생에너지 간헐성 대응에 효율적이라는 평가를 받고 있다. 이 때문에 발전 부문 외에도 최근 급격히 확산되고 있는 민간 인터넷데이터센터(IDC)를 중심으로 비상 발전기로 보급이 확대되고 있는 추세다.

한국유체기계학회가 이달 초 개최한 ‘가스터빈 혁신성장 포럼’에 따르면, 가스터빈 발전방식은 가스터빈과 발전기를 결합한 ‘단순발전’ 방식 외에 가스복합발전·열병합발전 등으로 연계 활용이 가능하다는 점에서 주목도가 높다. 가스복합발전의 경우 가스터빈·발전기를 활용한 단순발전에 더해 배열회수보일러(HRSG)를 결합, 열효율을 극대화한다. 열병합발전은 여기에 지역난방용 열에너지 공급까지 겸함으로써 수요가 늘고 있다.

◆세계 기술, 재생에너지 변동성 대응·탄소저감 ‘초점’=세계 가스터빈 시장의 눈은 발전효율 제고 및 탄소배출 저감을 위한 신기술 개발로 쏠리고 있다.

국외 연구개발 동향을 살펴보면, 크게 ▲하이브리드 가스터빈 ▲수소 가스터빈 ▲1700℃급 요소기술 등으로 구분된다. 먼저 하이브리드 가스터빈은 ESS를 결합해 즉각적인 계통 안정성을 확보하는 것으로 재생에너지 변동성 대응에 초점이 맞춰졌다.

또 수소 가스터빈은 발전원 특성을 활용해 탄소 배출 저감·제로(0)화를 목적으로 개발이 이뤄지고 있다. 특히 전 세계적으로 2030년 이후 수소 시장이 크게 확대될 것으로 예상됨에 따라 글로벌 기업을 중심으로 대형 혼소 및 소형 전소 연소 기술 등 개발이 추진되고 있다.

이밖에 복합발전효율을 67%이상으로 끌어올리기 위한 1700℃급 연소기 설계·고효율 냉각 설계 등의 요소기술 개발도 업계의 주요한 미래 방향성으로 거론된다.

◆시장 진입 앞당길 성과 ‘속속’=현 시점까지는 가스터빈산업에서 한국이 차지하는 부분은 매우 미미하다는 게 전문가들의평가다. 다만 최근 몇 년 새 국내에서도 민·관 부문을 필두로 국산화 및 산업생태계 조성을 앞당길 성과들이 속속 등장하고 있다.

국내 민간 부문에서는 두산중공업이 가스터빈 시장의 문을 두드리고 있다. 현재 정부 국책과제로 270MW급 상용 발전기 개발을 완료한 상황으로 오는 2023~2024년 서부발전과 실증시험에 돌입한다.

정부도 가스터빈산업을 육성하기 위해 박차를 가하고 있다. 지난해 2월 산업통상자원부는 두산중공업, 성일터빈 등 중견·중소 부품기업, 발전5사, 에너지기술평가원 등 산학연과 함께 민관 ‘한국형 표준가스복합 개발 사업화 추진단’을 발족했다.

또 발전5사가 수요기관으로 참여하는 ‘한국형 표준가스복합발전 모델 및 테스트베드’ 구축 사업도 지난 5월 첫발을 뗐다. 개발기간은 오는 2025년 12월까지다.

주원구 한국유체기계학회 가스·스팀터빈 분과 감사(현 연세대 기계공학부 교수)는 “가스터빈은 재생에너지의 변동성 및 간헐성을 보완한다는 점에서 중요성이 더욱 커질 것”이라며 “국내에서도 국부 유출을 막고 신산업 생태계를 창출하기 위한 가스터빈 국산화 및 시장 진입에 서둘러야 한다”고 강조했다.

“가스터빈산업 규모, 에너지전환 흐름에 연동”

“국산 개발제품 시장 진입·생태계 조성 중요”

“미래 발전시장은 탄소배출이 없는 신재생에너지가 지배할 것입니다. 이 과정에서 신재생에너지의 단점을 보완할 발전용 가스터빈의 중요성은 더욱 커질 수밖에 없습니다.”

주원구 한국유체기계학회 가스·스팀터빈 분과 감사(현 연세대 기계공학부 교수)는 가스터빈산업의 전망을 이같이 요약했다. 발전방식의 장점 외에도 전 세계적인 에너지전환 흐름과 맞물려 산업생태계가 확대될 수밖에 없다는 전망이다.

특히 주 감사는 국산 가스터빈 개발의 필요성을 역설했다. 국부유출 방지, 에너지 안보 확립 등의 관점에서도 국내 기업을 중심으로 한 생태계 조성이 필요하다는 주장이다.

주 감사는 “현재 국내 운용 중인 가스터빈 158기는 전량 외산인데, 이에 따른 국부 유출 규모는 약 35조8000억원에 달한다”며 “에너지 안보 확립을 위해 에너지원을 다양화하는 측면에서도 가스터빈 발전산업을 키울 필요가 있다”고 짚었다.

이어 “가스터빈 산업이 육성되면 국내 물량이 시장에 제공됨에 따라 자연스레 관련 생태계가 조성될 것”이라며 “생태계가 구축되면 발전사들은 건설·유지보수 비용 절감 효과를 누릴 수 있고, 국내기업의 실증 및 시장진입에도 도움이 될 수 있다”고 말했다.

또 산업 육성을 위한 산·학·연의 협업 중요성도 언급했다. 주 감사는 “지금은 첫 국산 개발 제품의 성공적인 시장 진입과 선제적인 미래 기술 개발에 집중해야 할 때”라며 “이를 위한 산·학·연 전문가 집단의 협업과 체계적인 추진전략 수립이 병행돼야 한다”고 강조했다.