쉽게 읽는 수소에너지
수소터빈
오늘은 수소경제가 왔을 때,
주요한 역할을 담당할 것이 분명한 수소터빈에 대해서 알아보겠습니다.
발전업계, 수소 엔진·터빈 도입 가속…첫 수소전소발전소 추진 < 시장 < NEWS < 기사본문 - 월간수소경제
수소터빈을 이해하기 위해서는
먼저 터빈이 무엇인지 알아야겠지요.
터빈(Turbine)은
유체의 흐름으로부터 에너지를 뽑아내는 회전기관으로
소용돌이라는 뜻의 라틴어 Turbo가 어원입니다.
무슨 말인지 모르시겠죠...
자, 다시 쉽게..
유체, 그러니까 어떤 흐르는 물질이 있는데요
이 물질이 날개들이 모여있는 곳을 지나가면서
날개를 뱅글뱅글 돌려요.
아래 사진을 보면 이해가 되실 겁니다.
UAE 원전에 설치되는 1450MW급 터빈입니다 보시면 아시겠지만
기다란 축 위에 수많은 날개들이 돌돌돌돌 박혀있지요?
이 날개 사이사이가 틈이 있어서
유체가 슝~ 지나가면
저 날개들이 뱅글뱅글 돌고,
뱅글뱅글 도는 회전 운동이 발전기에 연결되어 전기를 생산합니다.
가장 초기의 터빈은 풍차, 물레바퀴라고 합니다.
풍차는 바람이 날개를 돌려서,
물레바퀴는 물이 날개를 돌려서,
아래에 돌을 움직여 곡식을 빻는 일명, 방앗간이지요.
풍차 내부의 돌이에요위에서 터빈 설명을 드리면서
어떤 흐르는 물질..이라고 했던, 그 유체의 종류에 따라
가스터빈, 증기터빈(혹은 스팀터빈) 등
우리가 흔히 들어본 이름이 붙여집니다.
간단하게,
가스터빈은 연소된 가스가,
증기터빈은 증기가
저 회전날개를 지나가는 겁니다.
좀 더 자세하게..
가스터빈은
압축기에서 공기를 쫘악~ 눌러서
연소실로 보내고, 이곳에서 연료를 뿌리고, 태웁니다.
그러면 매우 높은 온도와 높은 압력을 가진 연소가스가 나오죠.
고온고압의 기체는 팽창하죠?
팽창하는 연소가스를 슝~ 내보냅니다.
이 연소가스가 터빈을 돌립니다.
이때 연료는 비교적 공해가 적다는 천연가스가 사용됩니다.
증기터빈은
석탄이나 기름으로 보일러를 데웁니다.
보일러에서 데워진 물은 수증기가 되지요.
보일러라고 하니까 귀뚜라미를 생각하시는 분도 있을 테고,
물을 데우면 100도.. 이런 생각도 하시겠지만
증기터빈은 600도가 훨씬 넘는 온도랍니다. (쏘핫)
원자로에서 핵분열 때 나오는 에너지로 증기를 만들기도 하는데
어쨌든, 이 증기가 터빈을 돌리는 겁니다.
가스터빈은
처음 터빈을 돌릴 때 1,000도가 넘는 온도예요.
그래서 터빈을 마구마구 돌려서 전기를 생산하고
터빈의 끝에서 배출되는 가스의 온도가 생각보다 낮지 않아요.
온도라는 건 열이고, 열이라는 건 에너지입니다.
즉, 쓰고 남은 가스가 아직도 에너지가 많이 있는데
그냥 버리면 아까운 거잖아요.
그래서 그 가스를 보일러에 다시 넣어서 증기를 만들고
증기터빈을 돌리는 데 사용했죠.
그게 바로 복합발전입니다.
가스터빈 + 증기터빈 = 복합발전
이제, 터빈이 이해가 되셨죠?
그럼 수소터빈은?
맞습니다. 유체가 수소인 터빈입니다.
정확히는
가스터빈을 사용해
기존 액화천연가스와 수소를 섞은(혼소)
혹은 수소 100%(전소)를 연소시켜
고온 고압의 가스를 만들어 터빈을 돌리는 겁니다.
그런데..
그게 뭐 대단하다는 듯이 이야기를 하는지 모르시겠죠?
증기도 슝~ 보내면 되고,
가스도 태워서 슝~ 보면 되는데
수소도 태워서 슝~ 보내면 되잖소
라고 생각하시는 분들이 많으실 겁니다.
수소는 가스보다 폭발력이 강합니다.
그리고, 수소는 다른 연료들과 다르게
매우 매우 빠른 연소속도를 갖고 있습니다.
그래서, 다른 연료에 비해 연소가 잘 안 되는 상황일 때
(다른 연료들도 연소가 잘 안 되는 상황은 있지만)
발생하는 주파수가 고주파 영역이라
약한 진동에도 피해가 크고,
사전적인 모니터링도 어렵습니다.
사실, 공학하신 분들께서 하시는 말씀 중에
기계공학의 꽃은 터빈이다..라는 말이 있어요.
눈에 보이지 않는 가스나 공기의 흐름을 읽어내야 하는
매우 고난도 기술의 집합체이고,
그만큼 예민한 기계가 터빈인데
거기에 더 예민한 수소를 집어넣으니
예민 x 예민 초 예민한 기계가 된 거죠.
그러면 이 예민 끝판왕 수소터빈을 만들려는 이유는 뭘까요?
(알면서 뭘 묻냐.. 이런 느낌이긴 하지만..)
100MW급 터빈을 기준으로,
수소혼소 비율이 0% 일 때, 이산화탄소 배출량은 47만 톤
수소혼소 비율이 35% 일 때, 이산화탄소 배출량은 40만 톤
수소혼소 비율이 70% 일 때, 이산화탄소 배출량은 30만 톤
수소혼소 비율이 100% 일 때, 이산화탄소 배출량은 0만 톤
이기 때문입니다.
수소 100%로 터빈을 돌리면 이산화탄소가 ZERO!
그래서 수소를 조금씩 조금씩 섞어서 시도해 보는 중인데
글로벌 가스터빈 제조기업은인
GE버노바, 지멘스에너지는 2027년까지,
미쓰비시히타치파워시스템도 2027년 정도에,
수소 100%로 돌아가는 터빈을 개발 완료하겠다고 했습니다.
국내에서는
두산에너빌리티가 2027년 400MW급 수소 전소 터빈 개발 완료를 목표로
50% 수소 혼소 및 수소 전소 연소기를 동시 개발 중입니다.
동서발전-두산에너빌리티, 300MW 수소터빈 개발 시동... 남동발전도 '도입' 가능 < 공기업 < 경제·부동산 < 기사본문 - 데일리한국
한화임팩트는 수소 60%까지 섞어서 연소하는 기술을 구현한 데 이어
80MW급의 100% 수소 전소 실증에 성공했다고 발표했고요.
한화임팩트-한화파워시스템의 수소전소터빈 실증이 특별한 이유 < 경제일반 < 경제·부동산 < 기사본문 - 데일리한국
수소 혼소 기술은
이미 글로벌 기업뿐만 아니라 국내 기업들도 갖추었기 때문에
상용화가 빠르게 진행될 것으로 보입니다.
실제로, 적용하는 발전소들이 기사에 보이기도 하고요.
수소경제가 사그라들었나.. 싶어도..
기업들은 차근차근 미래를 준비하고 있답니다.
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