한국서부발전, K가스터빈 상업운전 개시 … 자체기술로 수입대체 효과

2022년 4월 김포열병합발전소에 설치된 'K가스터빈'. 한국서부발전

한국서부발전(사장 박형덕)이 지난해 7월 국산 K가스터빈을 장착한 김포열병합발전소의 상업운전에 성공했다. 사업비 7560억원이 투입된 김포열병합발전소는 김포시 양촌읍 김포학운2 일반산업단지에 위치한다. 이곳에서 생산된 전기는 인근 약 50만가구에, 열은 8만가구에 공급된다.

김포열병합발전소에 설치된 가스터빈은 270㎿급(S1)으로 국내 업체가 제작했다. 그간 국내에 설치된 가스터빈은 전량 외산이다. 기술 개발이 어려워 수입에 의존할 수밖에 없었다.

가스터빈은 섭씨 1500도가 넘는 고온과 고압에서 견뎌야 하고, 부품 간 정교한 설계는 물론 분당 수천 번 회전하는 터빈 날개의 진동제어 등을 해결해야 해서 현재까지 기술 개발에 성공한 나라도 미국과 독일, 일본, 이탈리아 등 4개국밖에 없다. 가스터빈 제작은 그야말로 기계공학의 꽃으로 불린다. 한국이 도전장을 내밀었고, 최근 세계에서 5번째로 발전용 가스터빈을 개발한 국가가 됐다.

특히 탄소중립을 위한 에너지 전환 정책으로 가스복합발전에 대한 중요성이 날로 높아지고 있는 상황에서 발전용 가스터빈의 국산화는 큰 의미가 있다. 한국서부발전은 2013년 발전공기업 중 유일하게 '발전용 고효율 대형가스터빈 개발' 국책과제에 참여했다.

다양한 기관이 참여한 국책과제를 통해 수많은 시행착오 끝에 섭씨 1500도 고열에도 견딜 수 있는 '초내열 합금 소재'를 만들 수 있었다. 그 결과 2019년 9월 국내 첫 대형 가스터빈 개발에 성공했고, 2022년 4월 K가스터빈을 김포열병합발전소 현장에 설치했다.

첫 도전인 만큼 K가스터빈 제작과 운영에 어려움이 많았다. 설치와 운전에 대한 경험이 부족했고, 수많은 시행착오를 겪었다. 한국서부발전은 그간 여러 발전소 건설과 가스터빈 시운전 경험이 있는 최고 직원들을 투입함은 물론, 제작사와 공동으로 가스터빈 공장시험 절차서와 체크리스트를 작성해 현장 실증 전 신뢰도 향상에 역량을 집중했다.

K가스터빈은 정밀 시공과 전기안전공사의 사용 전 검사를 거쳐 지난해 3월 최초 점화에 성공했다. 이후 연소조정시험과 출력변동시험, 비상정지시험 등 필수 운전시험을 마쳤고 시운전 최종 관문인 240시간 연속 자동 운전시험을 통과해 전력계통망 연결에도 성공했다.

시운전 기간 한국서부발전은 기자재 특성에 맞는 유지·관리 기술을 축적해 K가스터빈 운전·정비 절차서를 만들었다. 정비기술 국산화율을 끌어올리기 위한 시도다. 기존 발전용 가스터빈이 수입품이거나 해외 기술로 국내에서 만들어진 것임을 감안하면 의미 있는 노력이며 유지·관리 100% 국산화를 위한 초석이다.

이번 상업운전 성공으로 한국은 미국, 일본, 독일, 이탈리아에 이어 세계에서 5번째로 발전용 가스터빈 기술을 자체 보유한 국가가 됐다. 외국산에 의존해온 가스터빈의 기술 종속으로부터 벗어나 수입대체 효과도 클 것으로 전망된다.

특히 한국서부발전은 향후 차세대 K가스터빈 개발을 위해 전력계통망 연계 운전을 8000시간 추가로 시행한 후 2025년 차세대 모델(S1U)로 교체할 예정이다. S1U 모델은 S1에 비해 터빈의 입구 온도가 섭씨 1600도로 높아지고, 효율(41.8%)과 정격출력(350㎿) 모두 향상된다.

한국서부발전 관계자는 "K발전소 성공은 그동안 외국의 기술 종속으로부터 벗어나 관련 산업의 생태계 육성과 진흥에 기여할 것으로 전망된다"면서 "초기 사업 개발 단계부터 참여한 서부발전만의 축적된 경험을 통해 실증을 넘어 진보된 한국형 표준가스복합의 구축과 확산에 기여하겠다"고 말했다.

[특별취재팀=이윤식 기자 / 이진한 기자 / 홍혜진 기자 / 이희조 기자 / 한상헌 기자]