Korean Chemical Engineering Research

(1)

국내탄용 미분탄 보일러의 순환유동층 전환에 따른 경제성 평가

이종민^†·김동원·김재성·김종진·김형석*

한전전력연구원수화력발전연구소

305-380 대전시유성구문지동 103-16

*^{한국전력기술}(^주)

446-912 경기도용인시기흥구마북동 360-9 (2006^년 2^월 2^일^접수, 2006^년 6^월 15^일^채택)

Economic Feasibility of Conversion of the Pulverized Coal Firing Boiler using Korean Anthracite into a Circulating Fluidized Bed Boiler

Jong-Min Lee^†, Dong-Won Kim, Jae-Sung Kim, Jong-Jin Kim and Hyeng-Seok Kim*

Power Generation Laboratory, Korea Electric Power Research Institute, KEPCO, 103-16, Moonji-dong, Yuseong-gu, Daejeon 305-380, Korea

*Korea Power Engineering Company, 360-9, Mabuk-dong, Giheung-gu, Yongin, Gyeonggi-do, 446-912, Korea (Received 2 February 2006; accepted 15 June 2006)

요 약

국내무연탄을사용하는미분탄화력보일러(^영동화력 2^호기)^를^대상으로^비교적^고효율, ^{저비용으로}^전기를^생산하

는청정보일러인순환유동층보일러로의전환시경제성평가및민감도분석을수행하였다. 경제성평가는크게순환 유동층보일러로의전환시와기존의미분탄보일러를유지시에각각의투자금액에대한경제성평가와이의비교를 수행하였으며, 더불어전력시장의상황변화에따른경제성민감도분석을수행하였다. ^경제성^평가^결과, ^현^상태에

서는전력산업기반기금이지원을받고있는무연탄발전사업의특성상기존보일러를유지하는것이경제성지표가 더좋은것으로평가되었으나, 전력산업기반기금의지원형태및그규모에따라순환유동층으로의전환이장기적발 전사업및기반기금의효율적집행그리고국가에너지이용률에있어더좋은경제지표를나타내는것으로평가되었다.

Abstract −The economical efficiency of conversion of the PC (pulverized coal) firing boiler to the CFB (circulating fluidized bed) boiler which used Koran anthracite as fuel was evaluated. The economic feasibility study was also carried out with regard to maintenance of the existing PC boiler. The sensitivity of economical efficiency with variation of the electric power and coal industry and the policy of government was analyzed and compared. As a results of the evaluation, the economical efficiency of maintenance of the existing PC boiler was higher than that of conversion to the CFB boiler because of the special policy of the government for Korean anthracite. However, the conversion to the CFB boiler was more economically attractive from a point of view of effective use of energy resources and future electric power industry. Additionally, the fund support for electric power industry using Korean anthracite would be effective as chang- ing the policy of the government.

Key words: CFB, Economical Efficiency, Conversion, Korean Anthracite

1. 서 론

1970^년대의^오일쇼크^이후 2000^년대^들어^또다시^불어^닥친^오

일가격의급상승은점차강화되고있는에너지관련환경규제법 규와더불어국내외에너지원의소비형태와그효율관리에큰변 화를가져오고있다. ^이러한^변화는^국내에서^생산되는^주요^화석

에너지인무연탄의효율적, ^환경적^그리고^경제적^사용에도^큰^영

향을미치고있다. 그러나이러한고유가의국제에너지정세속에

서친환경적에너지소비구현을위한대안은그다지많지않으며,

특히저급국내무연탄을효율적으로연소할수있는기술은유동

층연소기술이가장적합한발전방식으로평가되고있다[1-4].

유동층연소기술은비교적광범위한종류의화석연료를사용할 수있어연료제약성이적을뿐아니라, 고효율발전을가능케하여 에너지원의소비를줄일수있고, ^더불어^별도의^탈황^및^탈질^설비

없이환경규제를만족시킬수있는에너지전환기술이다[5-6]. ^이

는저급석탄등의비교적저가이면서도지역적으로도편재되어있 지않은연료를고효율, 청정화시켜이용할수있음을의미할뿐만 아니라, ^이외에^{바이오매스}, RDF ^및 RPF ^등의^폐기물^그리고^폐슬

†To whom correspondence should be addressed.

E-mail: [email protected]

(2)

490 이종민·김동원·김재성·김종진·김형석 러지및폐유등을연료로사용할수있어, ^일부^재생^연료를^사용

함으로써얻어지는 CO2저감효과를얻을수있는기술로도평가 되고있다[7-8].

국내저급무연탄을이용하는발전보일러는크게동해화력의 순환유동층(200 MWe × 2^기) ^보일러와^영동화력(125 MWe × 1^기,

200 MWe ×1기) 및서천화력(200 MWe × 2기)의미분탄보일러가

있다. 이중동해화력을제외하고는전형적인무연탄용미분탄화 력방식으로그효율및운영의경제성에있어동해화력순환유동 층에비해다소떨어지는것으로평가되고있다. ^가장^큰^요인은^미

분탄화력의경우저급연료로부터오는연소제약성으로인해 30％ 이상의보조연료(오일) 도움으로화염을생성시켜연소를이루는반 면, 순환유동층의경우보조연료없이저급무연탄만의단독연소 가가능할뿐만아니라, ^연소^시^연료의^체류시간^증대로^인한^연소

효율의상승에도큰영향을미치는것으로평가되고있다. 또한, 순

환유동층보일러는 DeSOx 및 DeNOx 설비없이환경적요건을만

족하여운전할수있을뿐만아니라, 연료의미분화에필요한볼밀 공정없이굵은입도를그대로사용할수있어연료처리공정에드 는비용도절감할수있는효율적발전시스템으로알려져있다[9].

한편, 국내무연탄을사용하는발전보일러는비교적고가의저 급무연탄을정책적으로사용하는대신전력기반기금에서무연탄 지원사업의일환으로일부연료비보상을받아발전하는방식을띄 고있다. ^이는^무연탄^수급^및^배분과^이의^효율적^사용에^대한^공

익적목표를적극지향해야하는당위성을지니고있으나, 향후기 반기금의무연탄지원정책지원변화에대비하고더불어기술적,

경제적그리고환경적특성의이해를통한발전설비의향후나아 갈바를모색하여가장효율적인에너지생산설비를갖추는것이 필요하다할것이다.

이에본연구에서는영동화력미분탄화력발전소를대상모델로 하여비교적효율이높고친환경적운영이가능한순환유동층으로 전환하였을경우의경제적타당성을검토하여, 국가에너지원및이 를이용한발전산업그리고관련정책결정의기본자료로활용될 수있도록하였다.

2. 경제성 평가 2-1. 유동층보일러로의전환시기술실현성

경제성평가에앞서본연구에서는영동화력발전소내에유동층 보일러의도입에관한기술실현성에대해사전검토하였다. Fig. 1

에나타낸바와같이보일러형태는영동화력 2호기(200 MWe)를

대상으로한미분탄화력보일러에서동해화력과동일한형태의순

환유동층(200 MWe)으로의바꾸는것을기본전환모델로설정하였

다. 순환유동층보일러는영동화력발전소내빈공간에새롭게건 설하여기존터빈과연계하는것으로계획하여건설중에전력생산 의중단을최소화하였으며, ^이는^현재^{기반기금에서}^지원하고^있

는용량요금(CP; capacity payment - ^{발전입찰에}^참여한^발전기들

의시간별공급가능용량에대한보상기준가격)의지원혜택을발 전사가최대한받을수있는방식으로경제성이가장있는것으로 판단된다. 순환유동층보일러의추가건설및터빈과의연계는 Fig. 2

에나타낸바와같이발전소부지내의빈공간을확보하여새로운 순환유동층보일러를건설하는것이바람직한것으로판단되었다.

2-2.경제성분석방법

경제성분석을위해본연구에서는다음과같은개념의지표를 도입하여경제성평가를수행하였다.

Fig. 1. Conversion of the pulverized coal firing boiler to the CFB boiler.

(3)

Fig. 2. Layout of the construction of a CFB boiler in the Youngdong power plant.

(4)

492 이종민·김동원·김재성·김종진·김형석 내부수익률(IRR: internal rate of return): ^당초^투자에^소요되는

지출액의그투자로부터기대되는현금유입액의현재가치를동일 하게만드는수익률로써다음과같은수식으로표현된다.

(1) It: t년도에투자로부터기대되는현금유입액

Ot: t년도에소요되는투자지출액 (=현금유출액) n: ^기간

r: 내부수익률 (경제적혹은재무적수익률)

내부수익률은상기식에서수치해석방식에의하여산출하게되 며, ^투자(^안)^의^{내부수익률이}^기업의^기준^{할인율보다}^고율인^경우

그투자는경제성이있고, 작으면경제성이없는것으로평가하였다.

○재무수익률(FIRR: financial internal rate of return): 현재상태에 서무역및조세제도, 가격구조를전제로기업자금의흐름, 즉재무 적현금흐름표를작성하고, ^이에^의하여^{내부수익률}^법으로^재무

적수익률을산정하는방법으로상기의 IRR과마찬가지로기준할 인율과비교하여그경제성을평가하였다.

○자본회수기간: 총투자비(life cycle cost)와전력판매단가에따

른 cash flow를기준으로누적현금흐름이총투자비를회수한기

간을의미하며, ^{일반적으로}^동일^조건에서^자본회수^기간이^짧을수

록경제성이큰것으로평가된다.

○수익/비용비(B/C Ratio: benefit/cost ratio) 수익대비비용의비 율로총현금흐름이존재하는경제수명기간동안발생하는수익에 대한현재가치로의환산을통한총누적값과, ^비용에^대한^현재^가

치로의환산을통한총누적값의비를의미하며, 이값이 1보다클 경우수익률이있는것으로평가하였다.

○순현재가치(NPV: net present value): 할인율과경제기간동안의 지출(^음수)^과^수입(^양수)^을^사용하여^투자의^현재^가치를^나타낸^값

으로, B/C ratio에서계산한수익의현재가치총합과비용의현재

가치총합의차이로도계산할수있다. 순현재가치는총투자에대 한가치를현재가치로환산하여그크기로경제성판단의지표로 삼을수있으며, ^더불어^각^{시나리오에}^따른^{순현재가치}^비교를^통

한경제성선정에활용하였다.

한편, 본연구에서는유동층보일러로의전환시각종정책및경 제환경변화에따른경제성영향을평가하기위해경제성평가시 기준값-^{건설공사비}, ^이용률, ^연료비, ^용량요금^및^입찰률^등-^에^대한

민감도분석을통해그영향을나타내었다.

2-3. 경제성분석기준

영동화력 2^호기^보일러의^유동층^{보일러로의}^전환은^앞서^기술

실현성에서고찰한바와같이, 기존의영동화력 2호기보일러를지 속적으로운전하는한편, 빈부지에순환유동층보일러를건설하여 완공한후기존터빈과의연계를통해전력생산의공백없이, 즉

overhaul ^기간만을^고려한^건설^연계^방식으로^완료하는^것으로^설

정하였다.

이러한기본건설계획에따라경제성분석은크게다음의두가 지흐름을선정하여각각의경제성과그리고상호경제성을비교,

평가하는방식을취하였다. ^첫^번째^경제성^분석은^기존^보일러를

순환유동층으로전환하였을경우에따른총투자비에대한경제성

을평가하는방식으로이루어졌다. ^이는^기존의^발전^설비^운영과

상관없이완공후상업운전에들어가기까지의총투자비에대한 향후수익구조를분석하여그경제성을평가하는것으로전환에 따른자본회수기간이라든지내부수익률등을평가하여투자에따 른경제성을판단하는것이다. ^두^번째^경제성^분석은^기존^발전소

의지속운전시의경제성을평가하는방식으로, 지속적인운전을 하기위해현재요구되고있는영동화력의환경개선설비도입에 따른비용을투자로고려하여이에대한수익구조를분석한후그 경제성을평가하였다. ^수익^구조^분석^시기는^{순환유동층}^보일러의

상업운전시기와동일하게산정하였으며, 이를통해두가지경우 에있어서각각의경제성에대한의미와이의비교를통한상호우 위의경제성을파악하여분석을수행하였다. 각각의경제성분석평

가에사용한가정은 Table 1^과 2^에^나타낸^바와^같다. ^유동층^신규

설비도입시의경제성평가에사용한기준값들은유사순환유동층

(동해화력) 보일러설비의실적값을사용하였으며, 기존보일러를 유지하여지속적으로사용하는경우에는현영동화력보일러의실 적값을고려하여분석하였다. 순환유동층전환에따른총건설투

자비는순수건설비(100,597^백만^원)^와^건설^기간^동안의^이자(5,202

It

1 r+

( )ⁿ

---

t 1=

∑n Ot

1 r+

( )ⁿ

---

t 1=

∑n

=

Table 1. Assumption for conversion to a CFB boiler 11) boiler type CFB boiler, 200 MWe 12) construction time (period) 2006 (3 years) 13) economic life 30 year 14) rate of a loan 90％

15) depreciation (salvage value) straight line method (0％) 16) power consumption in plant 10.5％

17) O&M cost 14,236 million￦/year 18) plant efficiency 36.8％

19) plant availability 70.3％

10) bidding rate 95％ (average value of the power plant firing Korean anthracite)

11) fuel cost anthracite - 35.66^￦ /kWh bituminous coal - 16.38^￦ /kWh 12) BLMP 20.1^￦ /kWh (average of 2003) 13) CP 20.49^￦ /kWh (based on base load boiler) 14) total capital cost 122,079 million^￦

Table 2. Assumption for using the existing PC boiler

11) boiler type PC boiler (Youngdong #2), 200 MWe 12) construction time 2008

13) economic life 2019 discontinuance 14) rate of a loan 0％

15) depreciation (salvage value) straight line method (0％) 16) power consumption in plant 10.5％

17) O&M cost 17,727 million￦/year 18) plant efficiency 35.9％

19) plant availability 66.1％

10) bidding rate 95％

11) fuel cost anthracite - 36.62￦/kWh (65％ load) oil - 80.74￦ /kWh (35％ load)

12) BLMP 20.1￦ /kWh

13) CP 20.49￦ /kWh

14) total capital cost 26,280 million￦

(5)

백만원) ^그리고^건설^완료시에^폐기되는^영동화력 2^호기의^잔존가

치(16,280백만원)를투자비로고려하여경제성평가를수행하였다.

영동화력 2호기보일러를그대로유지하는경우의총투자비는운

전유지를위해도입되는환경설비(DeNOx system) 투자비(10,000

백만원)^와^잔존^가치(16,280^백만^원)^를^고려하여^경제성^평가를^수

행하였다. 한편, 본경제성평가에서는투자금액의연간할인률을

8％로가정하여분석하였으며, 경제성평가시주요지표인 FIRR은 연간할인률보다높은경우에경제성이존재하는것으로판단하였다.

순환유동층전환에따른공정도입시보일러효율은 90.85^％를,

그리고무연탄발열량은 5971.5 kcal/kg, 터빈효율은 45.04％의값

을사용하였으며, 이는유사설비실적값및실제영동화력에서이 용되고있는수치를활용한것이다. 그리고무연탄소비에따른전 력산업기반기금의지원금은발전수익으로표현될수있으며, ^지원

금산정은다음과같이정의된다.

전력산업기반기금지원금 =

[^{발전연료비}⁻^{기저한계가격}(BLMP)] ×^발전량 (2)

본연구에서는상기의경제성분석기준에따라유동층전환시 총투자비에대한경제성여부와, ^기존^설비를^{유지하였을}^경우의

경제성그리고각각의경제성에대한비교를통해그타당성을분 석·평가하였다.

3. 결과 및 고찰

3-1.유동층보일러로의전환/기존설비유지에따른경제성평가 영동화력보일러(2호기)를순환유동층보일러로전환하였을경우 와, 기존보일러를그대로유지하여사용하였을경우의경제성지

표를 Fig. 3(a)^와 (b)^에^{나타내었다}. ^그림에서^볼^수^있듯이^앞서^기

술한가정및시나리오를이용하였을경우, 결론적으로다음과같 은경제성분석이가능하였다. 먼저기존의미분탄보일러를순환 유동층보일러로전환하였을경우, 세후 FIRR이 12.07％, NPV가

478^억^원^그리고 B/C ratio^가 1.072, ^투자금액^{회수기간이} 8^년으로

평가되어비교적경제성이좋은것으로판단되었다. 한편, 기존보 일러를지속적으로사용하는경우에는, 세후 FIRR이 51.62％, NPV

가 614억원그리고 B/C ratio가 1.125, 투자금액회수기간이 2년으 로투자비대비상당히높은경제성을갖는것으로나타났다. ^이는

보일러효율및이용률그리고운영비용에있어순환유동층보일 러로의전환에비해좋지않은조건임에도불구하고보일러의수익 구조가기반기금지원구조와맞물려있어효율등의기타조건의

좋고나쁨에크게상관이없는구조로되어있기때문이다. ^즉, (2)^식

에서표현한바와같이효율등의운전조건이떨어지는경우에는 발전연료비의값이상대적으로높게나와전력기반기금의지원규 모가더욱커지는현상을나타내기때문이다. 이러한분석결과에 서알수있듯이발전보일러를운영하는발전사입장에서는각각 의경우에대해모두투자비대비사업성이있는것으로판단할수 있으나, 그경제성지표에있어서는기존보일러를그대로유지하 여사용하는것이보다경제성이큰것으로판단되었다.

Fig. 4^는^각각의^경우에^대한^현금^흐름도를^나타낸^것이다. ^앞서

투자금액회수기간에서도살펴본바와같이순환유동층보일러로 전환을하였을경우에는공사시작후 11년그리고상업운전후

8년간마이너스현금흐름을갖는반면, 기존설비유지시에는 2년

의마이너스현금흐름만갖는것으로나타났다. 현금수익은전력 기반기금의상대적인보정지원으로인해유동층으로전환의경우 나기존보일러설비를유지하나크게영향을받지않는것으로나

타났다. 그러나기존보일러를유지하여사용하는경우에는 2019년

보일러폐지이후에는수익창출구조가없어지기때문에이후의

발전소운영대책마련이필요한것으로나타났다. 한편, Fig. 4에

나타낸바와같이순환유동층보일러로전환하는경우에는 2019^년

이후터빈수명연장을통한지속적인발전환경구현을고려하야 만하며, 이때의현금수익구조는단순터빈수명연장비용인 54억

Fig. 3. Evaluation of the economical efficiency. (a) FIRR and (b) B/C ratio and NPV.

Fig. 4. Accumulated payback for maintenance of the existing PC boiler and conversion to the CFB boiler.

(6)

494 이종민·김동원·김재성·김종진·김형석 원만큼일시적으로감소하는것으로나타났으나큰영향을미치지

는않는것으로나타났다.

3-2. 순환유동층 보일러로의전환시경제성민감도분석

Fig. 5(a)^와 (b)^는^기존^보일러를^{순환유동층으로}^전환시^총투자

금액에따른이용률및입찰률변화에대해재무수익률을나타낸 것이다. 이용률및입찰률은발전설비에배분되는국내탄의연료 량과설비의안정적운전가능성에영향을받는인자로서, 이용률 이나입찰률이낮아지는경우로는국내탄배분정책의변화로탄 수급량에문제가발생하거나, 설비의안정성에문제가발생하는경 우가이에해당한다. 그림에서볼수있듯이유동층전환에대한총 투자비 100％를기준으로볼때, 약 135％까지총투자비의증가가 일어나고, ^더불어^이용률이 55^％로^{감소한다고}^하더라도^재무수익

률면에서연간할인율 8％를상회하기때문에경제성이있는것을 알수있다. 반면, 입찰률의변화에대해서는총투자금액과입찰률 에따라경제성의여부가달라지며, 현재의투자금액일경우(100％),

입찰률이 75％이하일경우에는경제성이없는것으로분석되었다.

이는입찰률에따라전력산업기반기금에서지원되는용량요금(CP)

의지원여부가결정되기때문인것으로입찰률은발전사업에있어 매우큰수익구조의한인자임을알수있다.

Fig. 6은총투자금액과용량요금(CP) 변화에따른재무수익률을

나타낸것이다. 그림에서보는바와같이기준투자금액(100％) 대 비기준용량요금인 20.49원/kW의 85％인 17.42원/kW까지도수익 성이있는것으로나타났으며, 기준용량요금(20.49원/kW) 대비총 투자금액이 135^％까지^{증가하더라도}^경제성이^있는^것으로^평가되

었다. 이는전력기반기금에서지원하는용량요금의변화에따라발 전수익증감에는크게영향을받으나급격하게지원폭이감소하지 않는한경제성이있음을알수있다.

한편, ^{순환유동층에서의}^유, ^무연탄의^혼소는^비교적^가격이^낮은

유연탄의사용을통한국가에너지경제면에서의이익과더불어향 후무연탄수급이원활치않을경우의연료다변화정책에서매우

중요한인자로작용한다[10]. 이는앞서고찰한발전설비의이용률

과입찰률의감소를막을수있는대안이기도하며, ^이의^기술적^기

반만 갖춰진다고 하면유연탄의 혼소뿐만 아니라 RDF(refuse derived fuel), RPF(recycled plastic fuel), wastes 및 biomass 등의혼 소를통한경제성개선에큰영향을미칠것으로판단된다. 그러나

Fig. 7^에서^보는^바와^같이^유, ^무연탄의^혼소율(co-combustion ratio;

무연탄전소일경우 100％기준)에따라서는재무수익률이변화가

Fig. 5. Effect of capital cost on FIRR with (a) availability ratio and (b) bidding rate for conversion to the CFB boiler.

Fig. 6. Effect of capital cost on FIRR with CP for conversion to the CFB boiler.

Fig. 7. Effect of capital cost on FIRR with co-combustion ration for conversion to the CFB boiler.

(7)

거의없는것을고찰할수있다. ^이는^발전^운영수익^중^{전력산업기}

반기금의무연탄사용에관한지원제도와관련이크며, 이제도에 의해연료비의감소부분이전력산업기반기금의지원감소로이루어 지기때문에발전운영상의전체재무수익률에는큰영향을미치지 않는것으로나타났다. ^그러나^{국가에너지}^설비의^최적^사용^및^전

력산업기반기금의최적지원효과를나타내기위해서는유, 무연탄 의혼소가상당부분필요할것으로판단된다.

3-3.기존 보일러의유지에 대한경제성민감도 분석

Fig. 8(a)와 (b)는기존미분탄보일러를유지할경우에총투자금

액대비이용률과입찰률의변화에따른재무수익률의민감도를나 타낸것이다. 기존보일러에서의이용률과입찰률의변화는앞서고 찰한바와같이무연탄수급에있어불안정한상황이도래하거나 전력산업기반기금의정책상무연탄의배분을효율이높은보일러

(타순환유동층보일러)에많이책정할경우부득이하게이용률과 입찰률의감소를가져올수있다. 이러한경우그림에서보는바와 같이비교적큰폭으로재무수익률이감소함을볼수있다. 특히총 투자금액변화에대한민감도보다이용률및입찰률변화에따른 재무수익률의감소폭이더욱큰것을볼수있어향후무연탄정책

적상황에따라설비의유지에따른경제성폭이크게변화할수있

음을알수있다. ^이러한^경우^수익/^비용비(B/C ratio) ^및^순현재가

치(NPV)는그변화에따라순환유동층으로전환하였을경우보다

더낮아지는상황이도래할수있으며이를 Fig. 9의 (a)와 (b)에나

타내었다. Fig. 9(a)는수익/비용비를나타낸것으로이용률과입찰

률의상호변화에따라진하게색칠되어있는영역에있는조건일 경우에는순환유동층으로전환하는경우가수익/비용비가큰것으 로평가되었다. 예로, 현재의이용률에서입찰률이 75％이하로떨 어지면순환유동층으로의전환이수익/비용비가더큰것을알수

있다. Fig. 9(b)^의^{순현재가치도} (a)^와^{마찬가지로}^진하게^색칠되어

있는영역의조건일경우순환유동층으로전환하는것이순현재가 치가더큰것으로평가되었다. 그러므로상기의자료로부터국내 탄용미분탄보일러의운영에있어전력산업기반기금정책및석탄 수급상황의변화를예측한이용률과입찰률의감소를추정하여순 환유동층보일러로의전환시기및조건을산정하는것이가장효 과적이고경제적수익을창출할수있는방법으로판단된다.

Fig. 10의 (a)와 (b)는기존미분탄보일러의잔존가치(salvage value)

에따라기존설비를유지하는경우와순환유동층으로전환하였을 경우의수익/^비용비와^{순현재가치를}^{총투자금액에}^대비하여^분석한

그림이다. 잔존가치가적은경우에기존설비의유지시나순환유동

Fig. 8. Effect of capital cost on FIRR with (a) availability ratio and (b) bidding rate for maintenance of the existing PC boiler.

Fig. 9. Effect of availability ratio on B/C ratio with bidding rate for maintenance of the existing PC boiler.

(8)

496 이종민·김동원·김재성·김종진·김형석

층전환시에모두경제성지표가큰것으로나타났으며, 잔존가치 에따른변화폭은수익/^비용비에 ^있어서는^{순환유동층}^전환하는

경우가약간작은것으로, 그리고순현재가치는두경우모두비 슷한폭으로변화하는것으로분석되었다. 한편, Fig. 10에서볼 수있듯이총투자금액비가감소함에따라순환유동층전환시의수 익/^비용비와^{순현재가치가}^기존^발전^설비를^유지하는^것에^대해

서점차그경제지표의차이폭이줄어드는것을알수있다. 이 는발전사의측면에서총투자금액은물가혹은건설단가가낮아 지지않는한변화하지않는인자이긴하나, 기술보급의일반화 에따른건설단가의 낮아짐과더불어무연탄을이용한발전사업 의특수한상황에따라전력기반기금의건설비지원을통한총투 자금액의감소가일어난다면순환유동층 전환에따른경제성지 표가기존보일러를유지하는경우보다높아질수있는것으로나 타났다.

3-4.전력산업기반기금의지원측면에대한경제성민감도분석 전력산업기반기금은앞서고찰한바와같이무연탄사용에따른 연료비손실액을무연탄발전사에지원하는정책을펴고있다. 그

러나 Table 3에서보는바와같이각발전보일러형태및그운영

에따라기반지원액은다른것으로나타나고있다. ^전체^발전용^무

연탄소비량의 44％를차지하는동해화력순환유동층의경우에는 전체지원된기금의 26％정도를지원받는반면, 본유동층전환의 모델인영동화력미분탄보일러의경우에는 24％의무연탄소비를 하고약 35^％의^{기반지원금을}^받고^있는^것으로^나타나^{상대적으로}

많은지원을받는것으로보고되고있다. 이는각발전시스템에따 라효율에따른연료비손실액이차이가나는것으로이해할수있 으며, 이에따른전력산업기반기금정책의효율적집행도재고하여 야할것으로판단된다. ^즉, ^국내^무연탄의^생산에^따른^적정^소비

를효율적으로유도해야하는한편, 발전시스템의낮은효율로인한 무연탄소비에따른연료비손실액이클경우의대책마련또한기 반기금의정책적측면에서고려해야할필요성이있다.

Fig. 11은국내탄용미분탄발전보일러인영동화력 2호기를대

상으로전력산업기반기금의정책변화적용을예시하여기반기금의

지출저감에대해도시한것이다. 영동화력 1, 2호기의 2003년도

석탄 소비량은 65만톤, 기금지원액은 590억원이며, 발전용량

(200 MWe/325 MWe)에따라 2호기(200 MWe)에해당하는석탄사

용량및지원기금액을고려하면 40^만^톤의^석탄^소비량^그리고 363

억원의기금이지원된것으로추정된다. 이러한상황이보일러폐 지년도까지지속된다면 Fig. 11에서보는바와같이영동화력 2호 기를대상으로매년 360억원정도의기반기금이지원되고총 5,000억 원에해당하는기반지원액이발생한다. ^그러나^영동화력 2^호기를

순환유동층보일러로개조하였을경우에는매년 140억원(동해유 동층보일러의석탄소비량대비기반기금지원액고려)정도의지 원액만소요될것으로예측된다. 이러한지원액저감을위해서는순 환유동층으로의전환을유도해야하며, ^이는 Fig. 10^에^나타낸^바와 Fig. 10. Effect of availability ratio on NPV with bidding rate for mainte-

nance of the existing PC boiler.

Table 3. Coal consumption and fund supported by government in 2003

Donghae Seochen Youngdong Total

Coal consumption [10,000 ton] 123(44％) 87(32％) 65(24％) 275(100％)

Fund supported [million won] 43,125(26％) 64,217(39％) 59,036(35％) 166,378(100％)

Fund supported for CFB conversion[million won] 43,125 30,503 22,789 96,417

Fig. 11. Comparison of fund supported by government between conversion to the CFB boiler and maintenance of existing PC boiler.

(9)

같이총건설투자금액의지원을통한발전사의경제성확보측면이 고려되어야만가능할것으로판단된다. 이에 Fig. 11에나타낸바와 같이기반기금에서 3년에걸쳐매년 130억원씩건설비를지원해 주는경우초기건설비지원으로인한기반지원금은증가하나건설 이후매년 220^억^원^정도의^지원액을^절감할^수^있어^{궁극적으로}

폐지년기준 2,000억원의기반지원액을절감할수있는것으로나

타났다.

이상에서고찰한바와같이국내탄용미분탄화력보일러의순환 유동층보일러로의전환은전력산업기반기금의효율적집행에따른 지원액의절감효과와더불어국가에너지자원의효율적이용이라 는측면에서매우중요한사안으로판단되며, 이에대해최적의에 너지활용안을정책적으로도출함이바람직한것으로판단된다.

4. 결 론

국내무연탄을사용하는미분탄화력보일러(영동화력 2호기)를 대상으로순환유동층보일러로의전환시경제성평가및민감도 분석을수행하였다. ^{순환유동층으로}^{전환하였을}^경우의^경제성^지

표는세후 FIRR이 12.07％, NPV가 478억원그리고 B/C ratio가

1.072, 투자금액회수기간이 8년으로평가되어비교적투자대비경

제성이좋은것으로판단되었다. 그러나기존보일러를유지할경우 세후 FIRR^이 51.62^％, NPV^가 614^억^원, B/C ratio^가 1.125, ^투자금

액회수기간이 2년으로순환유동층으로전환하는것에비해경제성 지표가더좋은것으로평가되었다. 하지만, 민감도분석결과, 기존 미분탄보일러를유지하여사용하는경우에는석탄수급및전력산 업기반기금지원정책변화에따른상황인자변화에대해경제성 지표가순환유동층보일러로의전환시보다더낮은상황도도래하 는것으로나타나정책및발전상황에따른보일러전환정책이필 요한것으로평가되었다. 특히, 전력산업기반기금의지원을받고있 는무연탄발전사업의특성상기반기금의지원형태및그규모에 따라순환유동층으로의전환이장기적발전사업및기반기금의효 율적집행그리고국가에너지이용률에있어더좋은경제지표를 나타내는것으로평가되었다.

감 사

본연구는전력산업기반기금의전력산업연구개발사업의일환으 로수행되었으며, 이에감사드립니다.

참고문헌

1. Petzel, H. K., VGB Kraftwerkstechnik, ⁴, 73(1995).

2. Lee, J. M. and Kim, J. S., “Simulation of the 200 MWe Tonghae Thermal Power Plant Circulating Fluidized Bed Combustor by using IEA-CFBC Model,”Korean J. Chem. Eng., ¹⁶(5), 640-645 (1999).

3. Lee, J.-M. and Kim, J.-S., “Simulation of the Tonghae Thermal Power Plant CFB by using IEA-CFBC Model -Determination of the CFB Combustor Performance with Cyclone Modification-,”

HWAHAK KONGHAK, 38(1), 53-61(2000).

4. Lee, S. H., Lee, J. M., Kim, J. S., Choi, J. H. and Kim, S. D.,

“Combustion Characteristics of Anthracite Coal in the D CFB Boiler,”HWAHAK KONGHAK, 38(4), 516-522(2000).

5. Stamatelopoulos, G. N., Seeber, J. and Skowyra, R. S., Proceed- ings of the 18th International Conference on FBC, Toronto, Can- ada, FBC2005-78081(2005).

6. Lee, J. M., the 37th KOSEN Webzine (www.kosen21.org), Korea (2005).

7. Choi, J. H., Lee, S. D. and Choi, S. M., “Combustion Character- istics of Waste Fuels in a Fluidized Bed,”HWAHAK KONGHAK,

40(4), 523-528(2002).

8. Silvernnoinen, J., Ropo, J., Nurminen, R. V., Aho, M., Vainikka, P. and Ferrer, E., Proceedings of the 18th international conference on FBC, Toronto, Canada, FBC2005-78120(2005).

9. Jo, H. R., Hong, E. G. and Hwang, K. W., KEPRI Report, TM.

C97GS04.G2001.031, Taejon, Korea(2001).

10. Kim, J. S., Lee, J. M. and Kim, D. W., KEPRI Report, TM.04GK09.

R2005.410, Taejon, Korea(2005).