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세계 최초 드라이 연소식 수소터빈 실증

기사승인 [1450호] 2020.08.25  23:06:41

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- 日, 가와사키중공업 등 NOx 억제·고효율 발전

   
▲ 드라이식 저NOx 수소 전용 연소 가스 터빈의 실증 플랜트

[가스신문=강동수 일본특파원] 일본 신에너지·산업기수종합개발기구(NEDO), 가와사키중공업, 오바야시구미는 세계 최초로 Dry Low Emission(저탄소화합물=저NOx)에 의한 수소 전용 연소 가스터빈의 기술 실증실험에 성공했다고 발표했다.

드라이 연소식은 NOx 배출량을 억제하면서 기존의 물분사식보다 발전효율을 높일 수 있다. 드라이 연소식에 의한 수소 가스터빈을 이용한 코제너레이션시스템의 기술 실증을 올해 가을부터 실시한다. 안정 운용과 발전 효율, 환경부하 저감효과 등을 검증한다.

신기술의 연구・개발을 후원하는 NEDO의 조성사업으로 가와구치중공업과 오바야시구미는 2017년 12월, 고베시 포트 아일랜드에 수소와 천연가스의 혼합연소형 실증 실험용 가스 터빈 코제너레이션을 설치했다. 인근 4개 시설에 열과 전기를 공급하는 실증 실험을 실시했다. 수소와 천연가스의 혼합비율을 자유롭게 변경 가능하고 세계 최초의 수소 전용 연소를 통해 시가지에서의 열전기 병합에 성공했다.

지금까지는 물분사식을 채용했다. 국소적인 고온 연소에 의한 NOx 생성을 억제하기 위해 화염의 고온부에 스프레이 상태의 물을 분사해 NOx 생성을 억제했다. 하지만 물의 분사로 인해 발전 효율이 떨어지는 과제로 갖고 있었다.

   
▲ 극소의 수소 화염을 만들어 역류를 방지하고 연소 안정성을 확보

지난해부터는 물을 분사하지 않는 드라이 연소식의 개발을 진행했다. 드라이식은 이론상 고효율 발전과 NOx 배출량 저감이 양립 가능하나 화염의 역류를 방지하고 국소적인 고온 연소를 억제하면서 연소 안정성을 확보해야 하는 과제가 있었다.

가와사키중공업은 극소의 수소 화염을 발생시키는 ‘마이크로 믹스 연소’를 개발했다. 연료를 태우는 연소기 내에 수밀리미터 단위의 연료 분사구를 수백 개소 설치해 극소의 수소 화염의 수를 극대화했다. 매우 작은 화염 덕택에 화염의 역류에 의한 불안정 연소를 막고 연소 안정성의 확보를 가능하게 했다.

올해 가을부터 고베시 포즈 아이랜드에서 드라이식에 의한 수소 전용 연소 가스 터빈 코제너레이션의 실증 운전을 시행한다. 약 1100㎾의 전력과 증기・온수를 주변 시설에 공급한다. 실증 운전은 2021년 2월까지 실시할 예정이다. 인근 시설의 열・전기의 수요를 관리하고 경제성과 환경성의 관점에서 최적의 제어를 하는 통합형 에너지 관리 시스템의 실증을 실시, 미래의 사업화에 대해 평가한다.

오바야시구미는 액화수소의 냉열을 효과적으로 활용하는 시스템 연구를 행한다. 가스 터빈은 여름철 밖의 기온이 높아지면 흡기구 온도도 상승해 발전 출력이 떨어지게 된다. 이때 증발기에서 방출되는 냉열을 가스 터빈의 흡입구 냉각에 활용해 발전 출력과 발전 효율을 높인다. 액체수소의 냉열을 효과적으로 활용하고 발전 시스템 전체의 고효율화를 목표로 하고 있다.

(일본 가스에너지신문 인용 요약)

강동수 일본특파원 kangtaro@hanmail.net

<저작권자 © 한국가스신문 무단전재 및 재배포금지>
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