[건설불황 해외서 뚫는다] 두산중공업 ‘초초임계압 발전’ 국가대표급 기술력… 글로벌 도전장

최고 수준의 고효율·친환경 1000MW 석탄화력 국산화…발전플랜트 해외진출 청신호

▲두산중공업은 개발된 핵심기술 및 USC 터빈모델에 대한 검증을 위해 고압터빈(HP)모델 및 45" LSB(Last Stage Bucket)용 저압터빈(LP)모델에 대한 시제품 설계 및 제작, 터빈 실증시험 기술개발 및 성능·신뢰성 검증시험 수행을 거쳤다. 사진은 HP 시제품 제작현장.사진제공 두산중공업

두산중공업은 건설사들과 달리 석탄 화력발전소로 세계적 경쟁력을 확보해 해외시장 진출을 노리고 있다.

이 같은 경쟁력을 갖출 수 있게 된 이유는 세계 최고 증기조건(265㎏/㎠, 610/621도)을 가진 1000MW 초초임계압(USC:Ultra Super Critical) 화력발전시스템의 핵심 설계 기술개발을 완료해 독자적 주기기 모델을 확보했기 때문이다.

초초임계압(USC)발전소란 기존 초임계압(SC)보다 더욱 높아진 증기 압력 246㎏/㎠ 이상이면서 증기온도 593도 이상인 발전소를 말한다. 이는 최신 기술로 외국에서는 미국과 일본 일부 발전소가 이 방식으로 운영되고 있다.

특히 1000MW급 USC는 500MW급이나 800MW급보다 압력이 높고 효율이 올라가는 것이 장점으로 꼽힌다. 이 모델의 효율은 37.6~42.7%로 다른 모델보다 효율이 높다. 또한 터빈도 빨리 돌릴 수 있고 발전기의 힘이 좋다는 게 큰 장점이다. 아울러 저렴한 연료를 사용해도 발전소 가동에는 무리가 없는 것으로 전해졌다.

세계의 에너지 정책은 3E(Energy·Economy·Environment) 기조에 의해 대용량, 고효율, 저비용, 친환경 발전시스템을 요구하고 있다. 이러한 시장 환경에 부응해 고효율의 USC발전시스템을 공급할 수 있는 핵심기술의 확보 여부가 중요하다. 그중에서도 주기기인 보일러와 터빈, 발전기를 공급할 수 있는 설계기술 확보는 향후 발전 시장을 선도하기 위해 필수적인 요소다.

증기온도 600도 이상의 USC 주기기 설계·제작 기술 확보는 많은 시간, 자금, 인력이 투입돼야 하는 기술적 진입 장벽이 매우 높은 기술 분야로 현재 일본 MHI, BHK, IHI의 3대 기업과 유럽의 지멘스(Siemens), 알스톰(Alstom) 등 몇몇 선진사가 독점하고 있다. 그러나 핵심기술은 블랙박스(Black box)화해 엄격히 보호 관리되고 있다.

이러한 이유로 국내에서 독자적 발전기술을 확보해야만 외국 기술에 의한 국내 발전시장의 독점을 방지하고 고부가 발전시장에 독자적 참여가 가능했다.

이에 두산중공업은 지난 2002년부터 본 기술개발을 통해 세계 최고 수준의 고효율, 친환경, 대용량 1000MW급 초초임계압(265kg/㎠, 주증기 610도/ 재열증기 621도) 석탄화력 발전시스템 주기기 설계 및 제작기술을 확보해 현재 신보령 1·2호기를 대상으로 실증사업을 수행하고 있다. 이는 해외 USC 시장에 진출할 수 있는 교두보를 마련한 것이다.

1000MW USC 발전시스템 기술개발은 USC 보일러·터빈·발전기 설계 및 제작에 필요한 핵심 설계기술과 요소기술을 만들었기 때문에 가능했다. 설계 툴(Tool) 개발 및 구축된 설계 인프라를 이용해 개념 및 기본설계를 완료해 주기기 모델을 확보했다고 회사 측은 설명했다.

보일러는 화력발전용 보일러의 대용량, 고효율 및 친환경에 대응하기 위한 화로설계 기술, 고효율 연소시스템 개발, 동특성 해석 기술, 대용량 구조안전성 기술 등의 핵심 기술을 개발해 세계 최고 증기조건을 가진 1000MW USC 보일러의 개념·기본 설계를 완료했다.

개발한 보일러의 성능, 연소, 재질선정, 구조해석 등과 같은 설계기술은 두산밥콕을 포함한 전문기관을 통해 신뢰성을 검증했으며 이를 통해 독자적 USC 보일러 모델을 확보한 것으로 알려졌다.

터빈 분야는 대용량 고온, 고압 증기조건을 만족시키는 증기유로 성능 향상 설계기술, 회전체 시스템의 동특성·안정성 설계기술, 고정체 요소의 구조 신뢰성 설계기술 등과 같은 핵심기술의 개발을 완료해 개발된 기술 구현에 필요한 설계 툴을 자체 확보했다.

또 개발된 핵심기술 및 USC 터빈모델에 대한 검증을 위해 HP모델 및 45" LSB(Last Stage Bucket)용 LP모델에 대한 시제품 설계 및 제작, 터빈 실증시험 기술개발 및 성능·신뢰성 검증시험 수행을 거쳐 1000MW USC 터빈 모델 구축을 완료했다고 두산중공업은 강조했다.

한국전력기술에 용역을 발주해 검토한 결과 증기조건을 250kgf/㎠, 600/600도로 할 경우 현재 상업운전 중인 1000MW급 화력발전소를 기준으로 3개사 이상의 운영실적을 확보하고 있어 안정성과 고효율을 동시에 만족하는 것으로 나타났다.

또 기후변화에 따른 지구온난화 방지를 위한 국제협약에 따라 이산화탄소 발생저감을 위해 점차 고효율화 발전소로 이행하게 된다.

두산중공업 관계자는 “USC 화력발전시스템은 향후 환경규제 법규 강화와 연료비 증가로 인해 이산화탄소 저감 및 경제성이 우수한 고효율 발전플랜트 시장 수요가 확대될 전망이므로 두산중공업의 주력 상품으로서 매출액 증대에 크게 기여할 것”이라며 “발전소의 고효율 친환경화 추세에 대비한 USC 1000MW급 석탄화력발전플랜트 실증을 완료하게 되면 차세대 HSC 석탄화력발전소 기술개발의 근간을 제공함으로써 화력발전 시장에서의 지속적 기술경쟁력 유지를 가능하게 할 것”이라고 말했다.