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국내 발전 산업 ISSUE 및 기술 동향 소개
2018. 4. 20
이 동 현
BACKGROUNDq 신기후 체제
NDC: Nationally Determined Contribution
- 파리 기후변화협약 타결 (‘16.11.4)
ž새로운 글로벌 기후변화 대응체제 출범 (교토의정서 후속)
ž온실가스 감축을 선진국/개도국 등 세계 195개 국가로 확대
ž국가마다 자율적인 감축 목표 제출 (NDC)
- 대한민국의 NDC 목표
ž배출 전망치(BAU) 대비 37% 감축
* 2020년 만료되는 교토 의정서 후속 체제로 新기후체제 목표는 지구 평균기온 상승을 산업화 이전 대비 2℃보다 상당히 낮은 수준으로 유지 목표
https://www.climateinteractive.org/programs/scoreboard/
BACKGROUNDq 신기후 체제
(source: 국가온실가스 대응정책 및 기술동향과 탄소 자원화 전략, 최지나)
CCS 공정 개괄도 (source : greenelectricityglog.co.uk)
7억톤
8.5억톤
* CCU : Carbon Capture and Utilization
* CCS : Carbon Capture and Storage
BACKGROUNDq 신기후 체제
발전원별 이산화탄소 배출량(source: 에너지 경제 신문)
(단위: g/kWh)
BACKGROUNDq 원자력 발전 수용성
동일본 대지진 피해현황(source: 중앙일보)
포항 지진 규모(source: 연합뉴스)
BACKGROUNDq 미세 먼지 ISSUE
(source: SK Innovation blog)
ž노후 석탄발전소 10기 폐지
ž 30년 이상 모든 석탄화력 봄철 가동 중단, LNG 연료 전환
BACKGROUNDq 국내 정책 동향
– 제8차 전력수급 기본계획
→ 수급 안정과 경제성 위주의 기존 수급계획에 반해 환경성, 안전성강화
ž 원전/석탁발전은 단계적 감소, 친환경에너지 확대
ž 노후 석탄발전소 10기 2022년까지 폐지
ž 신재생 에너지는 태양광/풍력을 중심으로 47.2GW의 신규 설비 확충
ž 석탄 발전량 줄이고 LNG 발전량을 늘리는 방안을 제시
2017년 2030년
STEAM TURBINE POWER PLANTqPower cycle for steam turbine
Simple Rankine cycle (source: www.electrical4u.com)
Simple Rankine cycle components (source: www.electrical4u.com)
- 응축 과정에 대규모 냉각수 필요 → 발전소는 주로 해안에 건설
Turbine
Generator
STEAM TURBINE POWER PLANTqPower cycle for steam turbine
국내원자력/석탁 발전소 현황(source www.hani.co.kr/)
STEAM TURBINE POWER PLANTq석탄/원자력 발전
Coal power plant (source: wikipedia)
원자력발전(source: 원자력발전의 원리, Ecomaster)
STEAM TURBINE POWER PLANT
q Revenue forecast
(source: Frost & Sullivan)
STEAM TURBINE POWER PLANT
q Revenue forecast
- 아시아의 절대적 시장 점유(~67%)- 중국, 일본은 가스 발전 확대로 시장 점유율 감소 전망
(source: Frost & Sullivan)
q Market driver
개발 도상국의 전력수요증대 대응 가능한 기술
- 개발 도상국(Non-OECD) 전력수요 증가율 5.3%
- 개발 도상국 필요 전력 전망 1,847 GW(2025) 1,523 GW(2011)
- 석탄의 접근성 용이, 낮은 가격, 국제 거래시장 활성화
노후 발전소 교체 및 가스복합발전 증대
- 1960년대 건설된 북미, 유럽의 노후된 석탄발전소 교체 필요
- 노후된 석탄화력은 주로 가스복합발전으로 교체 예정
- 중국의 노후된 발전소의 설비 교체 프로그램 진행 중
원자력발전의 증가
- 후쿠시마 원전사고로 장기적인 성장은 감소 예상
- 중국, 인도 석탄 화력의 대체원으로 원자력 발전 고려
- 중국은 현재 34기의 원전 가동 중 (20기의 신규 원전 건설중)
- 중동 시장도 원전 발전 규모 증가 전망
스팀터빈 기술& 청정 석탄화력 기술 발전
- 효율 증대를 위한 기술발전 (Supercritical & ultra-supercritical)
- 청정 석탄화력 발전기술 (IGCC, Integrated coal gasification combined cycle)
STEAM TURBINE POWER PLANT
q Market restraints
신기후 체제에 따른국제적인 환경규제 강화
- US EPA 의 강화된 배출가스 규제
- EU의 배출가스 규제 강화, 노후 석탄화력 가동 규제
대형 석탄 화력 발전소건설 자금 부담
- 대형 석탄 화력 발전소의 높은 비용부담, 긴 건설기간으로 신규투자 감소
- 유럽의 경기침체로 인한 대규모 플랜트 투자 감소
- World bank는 신규 석탄화력 발전과 관련된 금융지원 중단
신재생 에너지의경쟁력 강화
- Wind energy는 여전히 높은 생산단가, 기술발전으로 경쟁력 확보 중
- Solar energy 비용은 재료개술의 발달로 화력발전 비용과 비용차이 감소
STEAM TURBINE POWER PLANT
STEAM TURBINE POWER PLANT
q Market share for steam turbine
STEAM TURBINE POWER PLANTqTechnology trends- 환경규제 강화로 인한 steam turbine의 효율 증가를 위한 기술 개발 강화
- Ultra-supercritical (USC) steam turbine은 47%의 효율 달성 (~260bar, 600deg) cf) Sub-critical steam turbine 효율 39% , 노후 화력발전소 USC로 교체(중국)
- 선진국들은 50%의 효율 달성을 위해 기술 개발 중cf) Advanced ultra-supercritical (A-USC) ~700deg, (EU, 미국, 일본, 중국)
* Super critical : 초임계
* Ultra-Super critical : 초초임계
* Advanced Ultra Super critical : ???
STEAM TURBINE POWER PLANTqUSC Steam turbine
GAS TURBINE POWER PLANTqPower cycle for gas turbine
Simple Brayton cycle components Simple Brayton cycle
Turbine
Generator
- 응축 과정 불필요 → 대도시 근처에 발전소 건설 가능
GAS TURBINE POWER PLANTq Gas turbine example
항공기용 Gas turbine(source 한국 GE)
GAS TURBINE POWER PLANTq Gas turbine components
압축기 연소기 터빈
Gas turbine(source: SIEMESS SGT800)
GAS TURBINE POWER PLANTq Comparison with IC engine
IC engine vs Gas turbine(source: GE gas turbine 101)
GAS TURBINE POWER PLANTq Gas turbine components
발전기 감속기 Gas Turbine
Gas turbine power system(source: SIEMESS SGT800)
GAS TURBINE POWER PLANTq Gas turbine combined cycle
Gas TurbineGeneratorSteam turbine
Gas turbine combined cycle(source: GE gas turbine 101)
TIT?
GAS TURBINE POWER PLANTq Gas turbine combined cycle
발전원별 주요 사양(source: 조형희, 한국형가스터빈개발및추진전략)
ž 친환경, 높은 효율, 짧은 건설기간
ž 대량의 냉각수 불필요 (수요처 부근 건설가능), 온수 공급 가능 (열병합 발전)
ž 높은 발전 단가(높은 연료 가격), 낮은 가동율
ž 고온 부품의 주기적 교체 필요
GAS TURBINE POWER PLANT
q Revenue forecast
GAS TURBINE
q Revenue forecast
- 중동 : Oil 가격하락에 따른 경제 성장 둔화, 설비투자 둔화로 점유율 감소 전망- 중국 : 환경 문제로 인한 석탄 화력 대체를 목적으로 가스발전 확대 전망- 일본 : 원자력발전을 가스 발전으로 대체 점유율 증가
BACKGROUND
q Market driver
선진국의 노후 화력 발전소교체 및 환경 규제 강화
- EU와 북미 선진국들의 대형 석탄화력 발전소 교체
- 신기후 체제에 따른 대형 석탄화력 발전소에 대한 배가스 규제
- 선진국들은 신규 발전소를 가스 발전으로 고려
천연가스의 가격 경쟁력강화와 운송 수단 발전
- 전세계적인 Shale gas pipe line 건설 (중앙아시아 → 중국, 러시아→유럽)
- LNG 관련 설비 투자 확대 (미국, 호주, 아프리카의 아시아시장 진입 가능)
- LNG 수송비용의 감소에 따른 가격경쟁력 강화
- 미국의 유럽 수출에 따른 러시아의 수출 가격 인하
신재생 에너지의 보조 수단으로 활용 가능
- 석탄화력에 비해 월등한 Flexibility, Fast start-up time
- 풍력 태양에너지의 보조 수단으로 활용 가능
BACKGROUND
q Market restraints
신재생 에너지의경쟁력 강화 - EU의 신재생 에너지 경쟁력 강화에 따른 가동율 저하
개발도상국의 가스 수송관련 Infra 부족
- 아시아, 아프리카의 개발 도상국의 관련 Infra 부족
- TAPI (Turkmenistan-Afghanistan-Pakistan-India) 과제 지연
- 중국의 LNG 설비 관련 부족
- EU의 러시아 수입의존에 따른 관련 투자 부족
GAS TURBINE POWER PLANT
q Market share for gas turbine
BACKGROUNDqTechnology trends
- Gas turbine의 효율 증가, 친환경, 낮은 정비비용, 유연성 강화를 위한 기술 강화
- 최근 H급 가스터빈 복합 Cycle의 경우 61%의 효율 달성
- 고온/고압용 재료 기술, 냉각 기술, 저 배가스 배출을 위한 연소기술이 필요
- GE의 경우 최근 30min의 start-up time 달성 발표
발전원별 주요 사양(source: 조형희, 한국형가스터빈개발및추진전략)
THANK YOU
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