재생에너지 출력 변동에 대응하기 위한 석탄화력 발전소의 유연 운전 기술

국문 초록 (Abstract)

재생에너지의 확대 및 보급은 온실가스 감축을 위한 유일한 대안으로서, 앞으로도 전 세계 모든 국가들에서 더욱 강화되고 지속되어 나갈 것으로 예견된다. 이러한 추세는 앞으로는 재생에너지 설비를 통해 생산되는 에너지(전기, 열)가 국가 에너지망(energy grid)에 연결되어, 재생에너지와 전통적인 화석연료 에너지가 국가나 사회에서 필요로 하는 총 에너지 수요를 같이 담당하는 방식으로 에너지 공급체계와 포트폴리오가 변화될 것임을 의미한다. 그러나 재생에너지를 급격히 확대하고 보급시키고 있는 유럽의 여러 국가와 도시들에서는 재생에너지 설비의 부하 변동성으로 인해, 재생에너지 설비와 같이 전력망(electricity grid)에 묶여 있는 기존의 화력 플랜트들이 매일 출력을 과도한 속도로 증·감발하면서 재생에너지 설비의 부하 변동을 보충하고 총 에너지수요량을 충족시켜 주어야 하는 상황으로 내몰리고 있다. 즉 기존의 화력발전 설비들은 실제 총 전력 수요량에서 재생에너지가 차지하는 그 외 부분에 해당하는 일일 부하 패턴에 따라 수요와 공급의 불일치 부분을 담당하고 있으며, 그 편차는 각 국가별 재생에너지의 확대 경향에 따라 더욱 더 증가될 것으로 기대된다.
기존의 석탄화력 발전소들은 대부분이 기저 부하(base-load)용으로 정격 출력에서 최대의 효율을 달성할 수 있도록 설계, 운영되는 대형 설비들이므로, 부하 변동률도 크지 않고 부하 변동에 걸리는 시간도 상대적으로 긴 편이다. 그러므로 이러한 기존의 화력 발전소 설비들이 앞으로는 재생에너지 부하 변동에 신속히 대응하기 위해서 좀 더 유연한 운전 특성을 가져야 하고, 이를 위해서는 기존 설비들의 개조(retrofit) 및 개량(improvement)과 그에 따른 새로운 운전 기술의 개발/적용이 이루어져야 한다. 이러한 재생에너지 부하 변동에 대응하는 화력 발전소의 새로운 운전 기술을 유연운전 기술(flexible operation techniques)이라 칭하며, 최근 들어 유럽 및 미국의 다수의 화력 발전소에서 다양한 유연 운전 기술에 대한 연구/개발과 그에 따른 실증 적용이 활발히 이루어지고 있다.
그러므로 본 고는 최근에 관심이 집중되고 있는 석탄화력 발전소의 유연 운전 기술들을 소개하고자 한다. 이를 위해서, 먼저 유연 운전 기술의 주요 인자와 기준을 정의하고, 유연 운전 기술의 종류와 특징을 요약하여 설명하고자 한다. 그리고 소개한 유연 운전 기술들이 석탄화력 발전설비들에 어떻게 적용되고 있는지를 설명하고, 유연운전 기술의 적용에 따른 효과들도 검토하고자 한다.