안전-친환경 연료전지발전으로 수도권 최적의 분산형 에너지 운영
분당 성남시 소비전력 85% 공급…난방열 100% 공급하는 소금 같은 존재
가동 30년 설계수명 다해 최신설비 교체 계획…수도권 최첨단 발전소 기대
연료전지 1세대 인산형, 3세대 고체산화물형 가동…2세대 용융탄산염형 기동 경험 보유
[산경e뉴스] 경기도, 성남시 분당 등 대규모 아파트단지가 들어선 100만 수도권 남부지역의 광역정전을 일차적으로 막는 일등공신 분당발전본부(966MW)가 재생에너지 3025 로드맵 달성을 위한 그린뉴딜 산업을 선도하고 있다.
한국남동발전이 분당 신도시 열공급과 수도권 전력보강을 위해 1991년 착공, 1993년 1블럭 준공, 1997년 2블럭 준공 이후 올해 30년째인 분당발전본부는 설계수명이 다했지만 여전히 수도권 에너지 공급 시설로 기능하고 있다.
지난해 신사옥 준공에 이어 현재 현대화 사업의 성공적 추진을 위해 산업부 등 유관기관과 협의중에 있다. 윤석열 차기 정부에서도 연료전지 사업은 지속될 전망이다. 이에 봄기운이 완연한 지난 24일 분당발전본부를 방문해 현장을 둘러보았다.
중대재해처벌법 시행 이후 분당발전본부는 연일 직원들 안전재해 교육, 기관장 안전현장 순회가 이어지고 있었다.
지난해 11월 취임한 한민수 분당발전본부장은 이날도 안전재해 교육과 현장점검을 하느라 정신이 없었다.
한 본부장은 “중대재해처벌법 시행에 발맞춰 취임 이후 현장 안전점검을 일상화하고 있다”며 “안전학습조직 구성, 협력회사 합동 안전간담회 등 사업장 내에서 발생할 수 있는 중대재해를 사전에 예방할 수 있도록 최선의 노력을 다하고 있다“고 말했다.
노력의 일환으로 분당발전본부는 지난달 24일 복합화력 맞춤형 안전체험교육을 위한 ‘안전C&E센터’를 개소했다.
안전C&E센터는 안전통제체험(Control&Experience)센터를 줄인 말로 밀폐공간 작업 등 각종 위험 상황에 대비해 안전작업을 유도하고 이를 체험하도록 한 공간이다.
한 본부장은 “키오스크 안전교육존, VR 체험존, 복합가스발전 특화 안전체험존 등 3개의 체험 지역으로 구성, 근로자들의 안전의식 고취와 안전문화에 정착에 기여할 것으로 기대한다”고 밝혔다.
분당발전본부는 성남시(분당) 난방열 공급과 수도권 전력망 안정을 위해 필수적인 발전소다.
분당에 위치한 분당발전본부는 총 대지면적 28만1271 평방미터(약 8만5000평) 중 21만3578평방미터(6만4000평)를 사용한다. 나머지 대지는 가스공사와 지역난방공사가 나눠 사용한다.
분당발전본부는 남동발전이 보유한 발전소 중 청정연료인 LNG를 사용하는 유일한 복합화력발전소다.
또한 국내 발전사 가운데 가장 먼저 연료전지 발전(0.3MW)을 가동(2006년)함으로써 신재생 에너지전환정책의 기준이자 바로미터가 됐다.
분당발전본부는 지난 1993년 1블럭에 가스터빈 5대와 증기터빈 1대를 준공했고 이어 1997년 2블럭에 가스터빈 3대와 증기터빈 1대를 추가로 설치했다.
1블럭의 발전설비용량은 57만kW, 2블럭은 35만kW로 총 92만kW에 달한다.
분당발전본부는 전기만 생산하지 않고 난방열을 함께 생산하는 열병합발전소다.
전기와 열을 동시에 생산하다보니 종합효율이 76.5%로 일반석탄화력(약 40%)보다 2배 가량 높다.
분당발전본부의 수익구조도 전기판매보다 난방열 판매가 더 높은 이유다. 분당, 성남시 소비전력의 85%를 공급하고 난방열 100%를 공급하는 이 지역에 없어서는 안될 존재가 됐다.
생산된 열은 소비자에게 직접 판매하지 않고 발전소 바로 옆에 위치한 지역난방공사를 통해 주변지역 대단위 아파트 단지 약 16만5000세대에 공급하고 있다.
분당 신도시에 위치한 분당발전본부는 수요처가 인근에 있다 보니 송변전 손실이 적고 도심의 전력계통 안정화에 기여하는 바가 크다.
분산형 전원의 최적화 모델을 보여주고 있다.
분당발전본부의 최대 자랑거리는 연료전지 발전이다. 가장 먼저, 가장 효율적으로, 가장 친환경적으로 운영하고 있다.
석탄화력은 화석연료로 열에너지를 얻고 이를 스팀으로 운동시켜 전기를 얻는다. 전기효율이 30~35%로 낮다.
연료전지는 수소를 연료로 화학반응을 거쳐 바로 전기와 열을 낸다. 전기효율도 석탄화력이나 원전보다 높은 42~60%다. 복합발전시 효율은 70~90%까지 올라간다.
연료전지 발전은 수소와 산소의 산화/환원 반응등 전기화학반응을 통해 전기를 생성하는 방식을 쓴다. 이 과정에서 열과 물이 발생한다.
연료전지 최대 장점은 최적의 분산 에너지라는 점이다.
2012년 10월 미국 뉴욕 허리케인 샌디 피해시 대부분 지역이 정전됐지만 연료전지 설치 건물은 정상 가동됐다.
연료전지는 도심 인근에 설치 가능해 전기에너지의 장거리 송전에 따른 손실이 없고 송전설비 설치 및 유지관리를 위한 비용과 이에 따른 사회적 비용을 절감할 수 있는 가장 효과적인 분산 에너지로 각광받고 있다.
분당 연료전지 발전설비 용량은 42.23MW다. 본부에 39.59MW, 안산에 2.64MW를 운영하고 있다.
2006년 10월 연료전지 1단계(0.3MW)를 국내에서 남동발전이 최초로 준공했다.
연료전지 2단계(3.08MW)는 2013년 4월에 준공됐다. 연료전지 3단계(5.72MW)는 2016년 9월, 4단계(17.72MW)-5단계(5.72MW)-6단계(8.35MW)는 2018년 연달아 준공했다.
안산(2.64㎿), 여수 1단계(9.68㎿), 화성(19.8㎿)까지 합치면 현재까지 남동발전 연료전지 누적 설치 용량은 71.71MW에 이른다.
남동발전은 1세대 인산형(PAFC), 3세대 고체산화물형(SOFC) 등 두 가지 형태의 연료전지를 현재 가동 중이다. 2세대 용융탄산염형(MCFC)의 경우 제작사 제품 단종에 따른 운영불가로 분당발전본부에서 폐기된 상태지만 1~3세대 연료전지 가동 경험을 보유하고 있다.
지난 2018년 분당발전본부가 6단계 연료전지 사업을 완료하며 국내 최초로 3세대 제품인 고체산화물형(SOFC) 연료전지를 준공했다.
남동발전은 오는 2023년까지 충남 대산에 19.8㎿ PAFC 연료전지(현대오일뱅크)를, 경남 함안에 19.8㎿ SOFC 연료전지(BHI, 경남에너지)를 구축할 예정이다.
남동발전은 재생에너지 등을 활용한 국산고체산화물(SOEC) 수전해 시스템, 제주 송전 제약 재생에너지를 활용한 그린수소 생산시스템 등 수소생산을 위한 기술 개발에도 돌입했다.
기계연구원, 두산중공업, 서울대, 인하대, 카이스트, 세종대 등과는 수소를 연료로 하는 발전용 가스터빈 연소기 기술 개발도 추진 중이다.
300㎿급 고효율 가스터빈을 대상으로 50%까지 수소 혼소가 가능한 친환경 연소기를 개발하는 프로젝트다.
2020년 7월에는 LNG복합발전소에 고효율 탈질설비 설치를 완료했고 지난해 6월 본부 신사옥을 30년만에 새로 준공했다.
분당발전본부는 도심에 위치한 발전소인 만큼 대기오염 방지를 위해 질소산화물(NOx) 저감연소설비를 운용하고 종합폐수처리장을 통해 수질오염을 막고 있다.
또 실시간 환경감시시스템(TMS)과 굴뚝배출가스 측정기를 설치해 환경 물질 저감에 기여하고 있다.
이러한 노력 덕에 환경부 주관 ‘녹색기업’에 6차례 연속 지정됐고 국제 환경경영시스템인 ISO 14001도 획득했다.
실제 질소산화물(NOx) 법적 배출농도의 규제치는 34ppm이지만 분당 LNG복합화력은 현재 10ppm이하로 운전하고 있다. 이는 2000cc LPG자동차 배출농도 규제치 240ppm과 비교하면 아주 낮은 수준에 불과한 것이다.
모든 건물의 조명등도 절전형 LED형광등으로 전면 교체했고 지속적 유지보수를 통해 노후 설비를 최적의 상태로 발전운영하고 있다.
준공 30년이 되어 설계수명에 도달한 상황에서 분당발전본부는 현대화 사업을 추진 중이며 최신설비 도입으로 오염물질 배출이 획기적으로 줄어들고 굴뚝이 줄어드는 것은 물론, 외관도 아름답게 개선해 지역사회의 큰 호응이 기대된다.