中, 초임계 이산화탄소 발전소 첫 상업 가동 시작

이산화탄소 압력 73기압 이상 온도 31도 이상으로 초임계 상태 만들어
액체처럼 밀도 높아져 많은 에너지 저장…기체처럼 점도 낮아 흐름저항 낮아
발전 효율 85% 증가 순 발전량 50% 이상 증가…필요 면적은 50% 줄어

ⓒ뉴시스

중국 남서부 구이저우(貴州)성에서 20일에 초임계 이산화탄소(CO₂) 발전소가 상업적 운영을 시작, 이 혁신적인 기술의 중국 최초 상업적 적용 사례를 기록했다.

현재 상업적으로 운영 중인 이 장치는 구이저우성 류판수이(六盤水)시에 위치한 서우강수이청철강유한공사가 운영하는 공장에서 소결 폐열을 활용한 초임계 이산화탄소 발전 기술 실증 프로젝트로, 개발사인 중국원자력공사(CNNC) 산하 중국원자력연구소는 소결 폐열을 활용한 초임계 이산화탄소 발전 기술 실증 프로젝트라고 말했다.

이 프로젝트의 이름은 차오탄1이며, 각 설비는 15㎿의 발전 용량을 갖추고 있다.

“이 프로젝트는 고효율, 컴팩트한 시스템, 더 적은 보조 시스템, 더 빠른 응답 속도로 특징지어지는 혁신적 발전 기술인 초임계 이산화탄소 발전 기술의 사용을 강조해준다”고 차오탄1의 수석 과학자겸 수석 디자이너 황옌핑은 말했다.

그는 “이 프로젝트의 상업적 운영은 이 혁신적 기술이 실험실에서 상업적 구현으로 처음 전환됐음을 의미하는 이정표”라고 덧붙였다.

전 세계적으로 전력는 생산을 위한 끊임없는 노력과 탐구가 이뤄지고 있다. 지금까지 화력, 원자력 또는 다양한 폐열 증기 동력을 통한 발전 원리는 물을 증기로 가열하고 터빈을 회전시켜 전기를 생산하는 ‘물을 끓이는 것’과 유사하지만 “초임계 이산화탄소 발전은 혁신적 열전 변환 기술”이라고 황옌핑은 말했다.

그는 CO₂의 작동 압력이 73기압을 초과하고 온도가 31도를 초과하면 초임계 상태에 들어간다고 설명했다. 그러면 CO₂는 밀도가 증가, 액체 상태에 가까워져 더 많은 에너지를 저장할 수 있고 점도도 기체에 가까운 매우 낮게 유지돼 흐름 저항이 작아진다.

황은 “마치 건장한 남자가 윤활유를 바른 자전거로 장거리를 질주하는 것과 같다”고 비유했다.

기존의 소결 폐열 증기 발전 기술과 비교했을 때 차오탄1은 발전 효율을 85% 이상, 순 발전량을 50% 이상 증가시킨 반면 필요한 바닥 면적을 50% 줄였다.

현재 소결 공정 하에서 이 프로젝트는 연간 7000만㎾/h 이상의 전력을 생산할 수 있으며, 이를 통해 약 3000만 위안(약 63억2000만원)의 수익을 추가할 수 있다고 셔우강수이청 철강유한공사는 밝혔다.

중국 원자력 연구소는 2009년에 세계 최첨단 초임계 이산화탄소 전력 변환 기술에 대한 연구를 시작했으며, 2023년 류판수이에 실증 프로젝트 건설을 시작했다.

초임계 이산화탄소 발전은 혁신적인 기술을 넘어 산업 폐열을 효율적으로 전력으로 전환하여 탄소배출 총량을 억제하고, 탄소배출 강도로 관리하는 국가의 2중 탄소 목표 달성에 크게 기여할 것으로 기대된다.

황은 “폐열 발전 외에도 이 기술은 더욱 광범위한 응용 가능성을 가지고 있다”며, 이 기술이 전 세계적으로 중-소규모 전원과 중-고온 열원의 효율적 활용이라는 기술적 병목 현상을 극복하는 데 도움이 된다고 말했다.

CNNC는 지난해 용융염 에너지 저장과 초임계 이산화탄소 발전 기술을 통합한 실증 프로젝트를 시작했으며, 2028년까지 예정된 실증 작업을 진행할 계획이다.

“앞으로 초임계 이산화탄소 발전 기술은 여러 열원과 통합돼 발전 시스템을 형성하고 태양열 발전, 폐열 회수, 에너지 저장 및 기타 분야로 응용 분야를 확장할 것”이라고 황옌핑은 덧붙였다.

[구이양(중국 구이저우성)=신화/뉴시스]