청정석탄발전 기술 및 시장 분석

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ISBN 978-89-6211-661-8

2010 정보분석보고서

청정석탄발전

기술 및 시장분석

-배국진

한국과학기술정보연구원

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Table of

1

청정석탄발전의

개요

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03 1. 청정석탄발전의 개요

☐ 청정석탄발전이란

_?

○ 고효율화 및 CCS(Carbon Capture & Stroage ; 이산화탄소 포집 및 저장) 기술 등을 통해 기존 석탄화력발전에 비해 연소효율을 높임으로서 에너지 생산효율을 획기적으로 개선하고 연소로 인해 발생하는 이산화탄소 등 온실가스 발생을 저 감하는 고효율 발전 방식을 의미함_. ○ 청정석탄발전 기술의 구분 및 계통도 - 청정석탄발전은 아래 그림과 같이 크게 석탄 업그레이드 기술, 기존발전소의 효 율향상 기술_{, 첨단기술 및 제로에미션 기술로 구분됨.} - 이중 석탄 업그레이드 기술 및 효율향상 기술은 이미 상용 플랜트들이 가동 중 에 있는 반면 첨단 기술 및 제로 에미션 기술들은 대부분 상용전 단계로 개발 중에 있는 기술들이라 할 수 있음_. - 이산화탄소 저감 측면에서 보면 석탄 업그레이드 기술은 10% 정도, 효율 향상 기술은 _{20%정도의 저감 효과가 있으며, 첨단기술은 25%이상, 제로에미션 기술} 은 _{99%까지의 저감효과를 볼 수 있음.}

< CCT(Clean Coal Technology : 청정석탄 기술) 구분 >

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- 아래의 석탄화력발전 기술 계통도를 보면 석탄화력발전은 우선 변환 방식에 따 라 연소와 가스화 기술로 나뉘고 연소의 경우 미분탄 연소와 유동층 연소로 나 뉘고 다시 운전압에 따라 보다 세분화됨_. - 전력생산 측면에서는 가스터빈, 스팀터빈, 복합방식으로 이산화탄소 포집 측면 에서는 전연소_{, 후연소 등로 나뉘게 됨.} < 석탄화력발전 기술 계통도 > 자료 _{: Frost&Sullivan, 2009} ○ 첨단 기술의 경우 초임계압(Supercritical, 이하 SC) 기술은 상용단계이며, 초초임 계압_{(Ultracritical, 이하 USC) 및 석탄가스화, IGCC 기술 위주로 상용화를 위한} 기술개발 중에 있음_.

○ CCS로 대표되는 제로에미션 기술의 경우 배기가스 탈황 및 탈질 기술은 이미 오래전부터 적용되어 왔으나 _{CCS 기술의 경우는 아직 대규모 상용규모의 검증} 이 이루어지지 않은 상태임_.

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05

○ 현재 USC, IGCC 등의 첨단기술 및 CCS 기술 위주로 상용화를 위해 선진국 및 주요 기업들은 노력을 경주 중이며_{, 특히, 중단기적으로는 USC 등의 첨단기술} 이_{, 장기적으로는 CCS 기술이 화두라고 할 수 있음.}

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2

시장동향

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09 2. 시장동향

☐ 석탄화력발전의 향후 전망

○ 석탄사용량은 2007년 대비 2035년에는 56% 정도 증가할 것으로 예상됨. - 이중 85%가 중국 및 인도에서의 증가량임. < 에너지원별 소비량 전망 > 자료_{: US EIA, 2010} <발전량 전망> 자료_{: US EIA, 2010}

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010

○ 석탄을 포함한 화석연료는 2030년 이후에도 발전부문에서 60% 이상을 차지하는 주력 에너지원의 역할을 할 것으로 예상됨_. - 특히, 석탄이 차지하는 비중은 CO2 배출에 대한 우려에도 불구하고 여전히 상 당히 높은 비중을 차지할 것으로 예상됨_. ○ 석탄은 CO2 배출에서 약점을 가지고 있지만, 매장량, 지역적 고른 분포, 가격 경쟁 력 등으로 인해 향후에도 에너지원 믹스에서 중요한 위치를 점할 것으로 예상됨_. < 에너지원에 따른 경쟁력 비교 > 주_{) 경쟁력이 높을수록 ★이 많음} 자료 _{: Frost&Sullivan, 2008} < 세계 화석연료 매장량 및 분포 > 자료 _{: LG Business Insight, 2007} 에너지원 공급 가격경쟁력 가격안정성 _{CO2 방출량} 석탄 _★★★★ _★★★ _★★ -가스 _★ _★★ _★ _★ 재생에너지 _★★★★ _★ _★★★★ _★★★★ 원자력 _★★★ _★ _★★★ _★★★★

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011 ☐ 주요 대륙

_{(국가)별 석탄화력발전 관련 동향}

○ 중국 - 중국은 석탄화력발전 성장을 주도하고 있으며, 소규모 발전소 건설 관련 프로 그램을 중단하고 _{6,000MW급 이상의 초임계압 석탄화력발전소 건설을 진행하} 고 있음_. - 2025년에 이르면 중국의 총 발전용량은 2,400GW에 이를 것으로 전망됨. ○ 인도 - 인도의 경우 수년간의 높은 GDP 성장으로 인해 전력의 수요/공급이 불균형을 이루고 있어_{, 정부는 4,000MW급의 대형 석탄화력발전소 6기를 건설하겠다고} 발표 ○ 러시아 - 정부는 더 많은 천연가스 수출을 위해 2006년 27%인 석탄화력발전의 비중을 2015년에 37%까지 끌어올리겠다고 발표 ○ 유럽 - 새로운 석탄화력발전소 건설을 계획 중으로, 주로 동유럽을 중심으로 석탄 중 갈탄을 연료원으로 하는 발전소가 계획 및 건설 중에 있음_. ○ 북미 - 경탄(hard coal)의 사용량이 점진적으로 증가하고 있는 추세 ○ 남미 - 칠레가 신규 석탄화력발전 건설 계획을 가지고 주도

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012

< 대륙별 석탄화력발전 규모 전망 > 자료 _{: Frost&Sullivan, 2010} ○ 남아프리카공화국 - 경제 성장과 에너지 수요의 급증이 에너지 수요를 견인 ○ 북아프리카 - 모로코 등의 에너지 수요 증가로 석탄 화력발전 용량의 증가가 예상

☐ 시장 기회요인 및 위협요인

○ 기회요인 ∙ 전력수요의 증가 : 특히, 중국, 인도 등의 지역을 중심으로 가파른 전력수요 증가 예상 ∙ 기후변화 및 지구온난화로 인한 청정화 요구 : 이산화탄소 감축 의무이행으로 인한 이산화탄소 저감 기술의 개발/채용 요구 발생

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013

∙ 청정기술 적용시의 낮은 오염 배출 : 새로운 기술의 적용가능성으로 인한 매력도 증가. 특히, CCS 적용시 청정연료 로서의 가능성 ∙ 연료로서의 높은 경쟁력 : 풍부한 매장량, 고른 지역적 매장분포, 효용성 있는 가격 < 시장 기회요인 및 위협요인 >

자료 _{: Frost&Sullivan, 2008. Dec 및 2009. Dec를 재구성}

○ 위협요인 ∙ 천연가스/원자력 발전과의 경쟁 : 천연가스 발전과의 가격경쟁(천연가스 발전이 보다 청정) 원자력 발전이 신규 석탄화력발전 수요를 흡수할 가능성 ∙ 높은 비용 : 청정기술 채용시의 비용 상승(특히, CCS 적용시) IGCC의 경우도 기존 미분탄연소 대비 40～60% 비용 상승

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014

∙ 실증 플랜트 부족 : CCS를 적용한 대규모 실증 플랜트가 부족. 현재 선진국의 경우 IGCC, CCS 기술을 결합한 플랜트를 건설 및 계획 중 ∙ CO2 저장의 입증문제 : 현재까지 CO2 장기저장에 대한 신뢰성 확보 부족

☐ 시장 전망

주요 청정석탄기술별 및 국내 석탄화력발전 시장전망을 살펴보면 아래와 같음_.

USC

○ 석탄화력설비의 신규시장규모는 전세계적으로 연간 43GW이고, 노후설비의 Retrofit 시장규모는 연간 28GW 규모로 추정됨. < USC 시장규모 전망> 자료 _{: KETEP, 2010}

○ 현재는 석탄 발전분야에서 미분탄 연소(Pulverized Coal Comubtion, PCC) 플랜 트가 대세를 이루고 있음_. - 하지만, 2015년부터는 초임계압(SC) 및 초초임계압(USC) PCC 플랜트가 함께 성 장하기 시작해서_{, 2030년에는 지배적인 기술이 될 것으로 전망됨.} 2016년 -2020년 -2025년 시장규모 (천억원) 국내 ₃₂ ₆₄ ₃₂ 해외 ₆₄₀ _1,920 _3,584 시장 점유율 (%) 국내 ₁₀₀ ₁₀₀ ₁₀₀ 해외 ₁₀ ₁₅ ₁₅ 매출액_(천억원) ₉₆ ₃₁₄ ₅₇₀

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015

- 유동층 연소(Fluidized bed combustion, FBC)의 경우 니치 영역(저급연료)에서 사용될 것으로 예상됨_.

IGCC

○ 석탄가스화 복합발전(Integrated Gasification Combined Cycle, IGCC)의 경우 2020년부터 실제적인 기여를 할 것으로 기대됨. < IGCC 시장규모 > 2010년 (상용화시점) 2020년 2030년 시장 규모 (경유기준) 국내_{(백만 불)} ₂₄₈ _1,270 _1,794 국외_{(백만 불)} _13,925 _26,660 _43,144 시장 점유율 국내_(%) ₈₀ ₁₀₀ ₁₀₀ 국외_(%) ₂ ₅ ₁₀ 생산규모 내수(억원) 1,980 12,700 17,944 수출_(억원) ₂₄₈ _13,330 _25,200 예상매출액_(억원) _2,228 _39,360 _43,144 자료 _{: 지식경제부, 한국에너지기술평가원, 2009} ○ 하지만, 국내의 경우 현재 기술상황 및 국내 여건을 고려할 때 중소용량의 IGCC, PFBC보다는 1000MW의 대용량 전력공급시스템인 USC 화력발전이 적합 한 것으로 평가되고 있음_. ○ CCS 채용을 고려할 경우, CCS를 채용하지 않은 발전시설은 2015년 이후 급격히 감소하고 _{CCS를 채용한 IGCC가 CCS를 채용한 PCC를 앞지르기 시작할 것으로} 예상됨_.

CCS

○ CCS 시장은 대량 배출원 중 배출량의 70% 이상을 차지하고 있는 발전분야가 주도할 것으로 예상됨_.

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016

- IEA 자료(IEA Database 2009자료를 활용)에 따르면 2030년까지의 CO2 배출량

을 예측하면 _{2006년 29GtCO}₂_{, 2015년 33.1GtCO}₂_{, 2030년 40.4GtCO}₂로 증가할 것으로 전망됨_. - 이중에서 IEA의 BlueMap 시나리오에 의거 총 배출량 중 10～15%를 발전용 CCS 로 처리한다고 하면 _{2030년까지 약 1,170기의 포집 프랜트(500MW급)가 건설되어} 야 함_. - 이를 CO2 포집 플랜트 1기당 3,000~5,000억원으로 환산하면 플랜트 시장만 약 350조(1기당 3,000억원 기준) 이상의 시장이 형성될 수 있음. (※ 2008년 McKinsey에서도 비슷한 규모로 분석함.) < CCS 기술 시장 예측(2021년~2030년) > 낙관적시나리오 중립적시나리오 보수적시나리오 CCS 시장 (억원) 기술시장 _10,683,794 _9,712,540 _8,741,286 포집플랜트 시장 _4,686,000 _4,260,000 _3,834,000 흡수제 시장 _777,667 _706,970 _636,273 수송 시장 _2,149,466 _1,954,060 _1,758,654 저장 시장 _3,070,661 _2,791,510 _2,512,359

주_{) 회수비용 : 15$/tCO}₂_{, 수송비용 : 6$/tCO}₂_{, 저장비용 : 10$/tCO}₂

국내화력발전 시장규모 전망

○ 제4차 전력수급기본계획에 따르면 정부는 2009～2022년에 걸쳐 석탄화력발전 설 비 건설에 총 _{5조7천여억원을, IGCC를 포함함 청정석탄기술에 1조4천여억원을} 투자할 예정임_. - 국내에서도 석탄화력설비는 전원 믹스에서 중요 위치를 유지하며, 이산화탄소 감축을 위해 노후된 아임계압 및 초임계압 표준화력설비를 고효율 _{USC 화력설} 비 등으로 교체하면 연간 _{1GW 이상의 수요가 발생할 것으로 예상됨.}

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017

< 국내 화력발전 시장규모 현황 및 전망 > 주 _{1) 설비용량은 2015～2015년은 제3차 전력수급계획을, 2016년부터는 제4차 전력수급계획을 반영했} 으며, Retrofit은 가동연수 25년 이상 발전소를 대상으로 하였음. 2) 설비가격은 1GW당 1.6조원의 불변가격 적용 자료 _{: KETEP, 2010} ○ 또한, “CCS 종합추진계획(‘10.7월)”에 따르면 2030년까지 시장규모를 550조로 전 망하고 _{10년간(’10～‘19) 2조 3천억원(정부 1조 2천억원, 민간 1조 1천억원)을 투} 자할 계획에 있음_. - 녹색위는 IEA 자료를 인용해 CCS 플랜트 시장이 ‘20년 100기 → ’30년 850기 → ‘50년 3,400기로 급속히 성장할 것으로 전망하고 있음. 구분 _{2010~2015년 2015~2020년 2021~2025년 2026~2030년} 계 용량_¹⁾ (GW) 신규석탄 _5.74 _5.74 _11.48 Retrofit 1 4 5 5.6 15.6 가격_{²⁾ (백억원)} _1,078 _1,558 ₈₀₀ ₈₉₆ _4,332

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3

기술의 경쟁관계

및 기술별

주요기업

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021 3. 기술의 경쟁관계 및 기술별 주요기업

○ 현재의 석탄화력발전 방식별로 발전효율을 비교하면 USC가 높고, 경제성 측면 역시 _{USC 기술이 기존의 미분탄 화력발전기술인 아임계압과 초임계압 기술에} 비해 초기 투자비용이 증가되지만_{, IGCC 등 경쟁기술에 비해 초기투자비용과} 운영비용이 저렴하여 상대적으로 경쟁력이 우수한 것으로 알려져 있음_. ○ 하지만, 장기적으로는 투자/운전 비용, 효율 등의 측면에서 IGCC가 점점 경쟁력 을 가지게 될 것으로 예상되며_{, CCS를 결합하는 경우는 또 상황이 바뀌기 때문} 에 전략적 선택이 필요함_. ○ 향후에도 천연가스를 사용하는 NGCC는 비용/발전효율 측면에서 경쟁력을 보유 할 것으로 전망됨_. < 발전형태별 경제성 비교 > Investment cost USD/kw O&M cost USD/kw/yr Net efficiency % 2010 2050 2010 2050 2010 2050 SC PCC 2,100 1,650 42 32 42 42 USC PCC 2,200 1,700 44 34 46 52 IGCC 2,400 1,850 72 56 42 54 NGCC 900 750 27 23 57 63 Investment cost USD/kw O&M cost USD/kw/yr Net efficiency % 2010 2050 2010 2050 2010 2050 SC PCC+post-comb capture 3,400 2,500 102 75 36 44 USC PCC+axy-fuelling 3,700 2,700 111 81 36 44 IGCC+pre-comb capture 3,200 2,450 96 74 33 48 NGCC+post-comb capture 1,450 1,100 44 33 49 56 NGCC+axy-fuelling 1,650 1,350 50 41 47 54 자료_{: IEA, 2010}

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022

< 2010년 미국에서 신규 건설 발표된 석탄화력플랜트 기술별 현황 > Technology Lissings Operat ional (Since 2000)

Progressing Announced Total Proposed Jan 2009 Jan 2010 (Change) Jan 2009 Jan 2010 (Change) June 2009 Oct 2009 (Change) PC Subcritical 23 18 11(-7) 16 13(-3) 34 24(-10) CFB 10 14 6(-8) 10 11(1) 18 17(-7) PC Supercritical 2 10 8(-2) 9 7(-1) 17 15(-2) IGCC 1 6 6(0) 13 15(0) 21 21(2) 자료 _{: NETL, 2010} ○ 미국의 경우를 살펴보면 아직 기존 석탄화력 방식인 PC(Pulverized Combustion) 아임계압 방식이 가장 많이 진행되고 있지만 환경평가 등에서 인허가를 받지 못 하고 있는 것으로 알려지고 있어_{, 초초임계는 아직 아니지만 PC 초임계압과} IGCC 방식의 비중이 상당히 높아졌음을 알 수 있음.

☐

_USC

○ USC의 경우 일본 및 유럽이 가장 앞서 있으며, 중국도 해외기술을 도입하여 여 러 기의 _{USC 발전소를 운영하며 자체설계 및 제작을 추진 자국기술화에 노력을} 기울이고 있음_. ○ 일본의 경우 미쯔비시 중공업과 히다치사가 기술 주도 기업임. ○ 국내 두산도 두산 바브콕을 통해 원천기술을 보유한 미쯔비시-바브콕 인수하여 기술력 확보한 것으로 알려져 있음_. < 1,000MW급 USC 석탄화력발전 부문별 국내기업 > 자료_{: KETEP, 2010}

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023 ☐

_IGCC

○ 해외의 경우 GE, Conono-Phillips, Shell, Plenflo 등이 정부와 연계하여 IGCC 플 랜트의 건설 및 운전에 집중 투자하고 있음_.

- Simens사의 Future Energy 가스화 기술 부상

- 일본 미쯔비시중공업 상업용 석탄 IGCC 기술 판매(2009) ○ 국내의 경우 두산중공업, 서부발전, 한국전력을 중심으로 300MW 실증플랜트에 집중 투자하고 있으며_{, SK에너지, POSCO가 석탄가스화 기술 보유를 장기적으} 로 추진하고 있음_. - 두산중공업은 Shell과의 가스화 공정 라이선스, 가스화기 엔지니어링 컨설팅 및 ’14년까지의 실증운영을 통해 가스화기 제작 시장의 글로벌 리더로 나설 계획에 있는 것으로 알려져 있음_.

- 삼성ENG, 미국(GE, 가스화기), 호주(Perdaman Chemicals, Coal-to-Rrea, Shells 사 가스화기_{)의 석탄가스화 프로젝트 수주(2009)}

○ IGCC의 핵심인 가스화 block 이외 설비는 중국에서 대량건설을 거치면서 off-the-shelf 구매단계로 진입하고 있어, 향후 건설비 저감 가능성이 높음.

< IGCC 핵심설비 및 공정별 국내기업>

자료 _{: 지식경제부, 한국에너지기술평가원, 2009}

○ 국내의 경우 Supply Chain상의 모든 부문이 기술 수준이 낮아 R&D가 필요한 상황이며_{, 특히 IGCC 핵심설비 및 공정에 대한 R&D가 필요}

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024

○ 주요 상업용 석탄가스화 기술 판매회사

☐

_CCS

○ CO2포집 분야의 기술은 기존의 아민흡수제 및 개량제를 이용한 상용화가 일본 미쯔비시 중공업을 중심으로 상용화 되었고_{, 독일 Vattenfall 주도로 30MW 석탄} 화력 발전소용 보일러 버너 설비의 순산소 연소 실증을 하고 있는 수준임_. - CCS 밸류체인별 주요 기술개발업체를 살펴보면, CO2포집 분야에는 미쯔비시중

공업_{, E.ON, Linde, Praxair, UOP LLC, Air Products & Chemicals, 두산밥콕 등} 이_{, CO}₂수송 분야에는 _{Dakota Gasification Company, Kinder Morgan, Anthony} Vender 등이, CO2저장 분야에는 Statoilhydro, EnCana, ENI 등이 있음.

○ 현재 국내 CCS 기술은 기술개발 및 실증 단계에 있으며, 한국에너지기술연구원 을 중심으로 _{CCS 기술이 10년 이상 개발되고 있는 실정이나 현재까지 업체를} 통해 상용화된 사례는 없는 실정임_. - 두산중공업의 경우 CCS 원천기술을 보유한 카나다 HTC와 기술협약(지분 15% 확보_{)하고 순산소 연소기술(Oxy-fuel) 개발에 주력하여 상당한 기술력을 확보한} 것으로 알려져 있으며_{, 전력연구원과 IGCC 기술 개발 추진 및 미국 전력회사인} Basin Electric으로부터 120MW급 CCS 설비 엔지니어링(기획,설계) 프로젝트를 수주한 상태임 미국 - GE Energy(이전 Texaco) - Conoco-Philips(이전 DOW) - KRW : 유동층, 120MW급 Demo단계(중국 광동에 건설 추진) - U-gas : 유동층, 최대 수백톤/일급 EU

- Shell - Siemens(이전 Future Energy) - Uhde(Plenflo) : 2009년 사업 재개 - Lurgi(Air Liquide 그룹이 인수, 2009년 사업 재개) 일본 - 미쯔비시 중공업(MHI) - J-Coal(Hitachi) : 최대 1,000톤/일급 중국

- TPRI(Thermal Power Research Institute)

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4

주요기술별

기술개발동향

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027 4. 주요기술별 기술개발동향

☐

_USC

○ 일본과 유럽의 USC 화력발전 원천기술은 정부지원을 바탕으로 기술개발 전주기 를 _{20여년에 걸쳐 단계적으로 수행해서 확보하였으며, 유럽과 일본은 USC 기술} 개발과 동일하게 정부주도로 _{700℃급 HSC(Hyper-Critical Combustion, 극초임계} 압_{) 화력발전 기술개발로드맵을 수립해 추진 중임.} - 700℃급 HSC 화력발전 상용화를 위해서는 적합한 구조용 내열재료 개발이 필요 <일본의 화력발전기술개발 로드맵> 자료 _{: KETEP 2010}

○ 초임계압 발전기술의 기술독립, USC-PC 기술완성을 위해서는 Architecture Eng. 기술_{, 터빈 및 보일러 고온/고압부의 핵심 요소기술, 재료 선정, 기기 신뢰성 검} 증 기술 등을 확보해야 함_.

○ 국내 현황

- 종합설계 분야

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028

통해 초임계압 발전 기술은 확보_{, 현대엔지니어링㈜은 발전 AE 기술은 있지만,} 초임계압에 대한 경험은 전무 - 터빈/보일러 분야 : 두산중공업이 기술도입(GE(터빈), Alstom(보일러))을 통해 초임계압 발전에 대해 서는 기술독립단계임_. < 국내 1,000MW급 USC 석탄화력발전 기술력 > 분야 표준화력 발전소 (500MW) USC 화력발전소¹⁾ 2010년²⁾ 2017년³⁾ 발전소 종합설계 _(A/E) ₁₀₀ ₉₃ ₉₀ 보일러 설계 100 90 98 제작 ₁₀₀ ₉₀ ₁₀₀ 터번 설계 98 85 95 제작 ₁₀₀ ₈₅ ₁₀₀ 발전기 설계 98 85 95 제작 ₁₀₀ ₉₅ ₁₀₀ I & C 설계 95 82 90 제작 ₁₀₀ ₉₀ ₁₀₀ 부품소재 터번/발전기 97 90 100 보일러 ₁₀₀ ₉₀ ₁₀₀ 주 1) 1,000MW, 265㎏/㎠/610℃/621℃ 2) 표준 500MW 기술을 100으로 할 경우, 2005년도의 USC기술개발 진행 중 기술 수준 3) 2015년 USC 기술개발 사용화 성공시 선진국(100) 대비 기술 수준 4) 보일러 압력부에 사용되는 무계목 강관은 전량 수입(국내 생산설비 없음.) 자료_{: KETEP, 2010}

☐

_IGCC

○ IGCC 발전기술은 고온가스 정제설비의 적용 및 합성가스용 가스터빈의 개발이 완료될 경우 발전효율이 현재보다 대폭 상승하여 _{45%이상의 발전효율을 실현할} 수 있을 것으로 예상됨_. ○ 현재까지 개발된 석탄가스화 기술은 약 30여종이 있으며, 상용화된 기술을 기준 으로 분류하면 고정층_{(Fixed Bed), 유동층(Fluidized Bed) 및 분류층(Entrained}

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029

Flow) 등으로 분류할 수 있으며, 발전용 대형 가스화 기술은 분류층 (Entrained Flow)이 실증에 성공하였고, 향후 가스화 기술을 주도할 것으로 전망됨. ○ IGCC 발전 기술은 미국, 독일, 네덜란드, 일본이 각국 정부지원에 힘입어 차세 대 환경친화적 발전기술로서 상용화 바로 전단계인 실증 플랜트의 설계_/건설/ 운전 단계에 이르렀으며_{, 현재 300MW급 실증플랜트 5기(미국 2기, 일본, 네덜란} 드_{, 스페인 각각 1기)가 운전 중임.} - 미국 : DOE 프로젝트(상용급 석탄 가스화 플랜트에 대한 건설비와 운영비의 50%까지 정부에서 지원_{), Vision21 프로그램(고효율(60%)의 fuel-flexible 기술개발 추진} - 일본 : Sunshine 프로젝트(200톤/일급 규모의 석탄 가스화 플랜트 건설(정부지원 90%)), 총 사업비의 30%를 정부에서 지원받아 250MW급 석탄 IGCC 발전플랜 트 건설 완료_{(시운전 중)} - 네덜란드, 독일, 스페일, 이탈리아 중심으로 IGCC 실증 플랜트 건설/운영 계획 < 300MW급 IGCC 플랜트 기술력 > 상세핵심기술 기술격차_{(연) 기술수준(%)} 현 최고 대표 기술 국내 국외 플랜트 종합설계 ₃₀ ₇₀ _KOPEC _Bechtel/Uhde - 300MW 가스화플랜트 제작 건설을 위한 설계 5 N/A N/A Uhde/Foster Weeler - 개념 기본설계 기술개발 10 50 전력연구원 _Shel - 핵심기자재 설계기술 개발 6 N/A N/A Shel 사업관리 ₃₀ ₇₀ 서부발전 _Bechtel 가스화 설비 제작 ₄₀ ₆₀ _N/A _Shel

시공 ₃₀ ₇₀ _-

-시문전 ₄₀ ₆₀ _-

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030

< IGCC 핵심설비/공정 기술력 > 핵심기술 비중_(%) 설비/공정 국산화율(%) 설계 제작_/생산 IGCC 가스화 ₅₀ _46.2 _57.0 정제 ₁₅ _54.8 _62.1 공기분리 ₅ _48.6 _59.5 발전 ₂₀ _63.6 _65.6 시스템운전 ₁₀ _62.4 _67.2 IGCC 분야외 국산화율 52.7 60.6 자료 _{: 지식경제부, 한국에너지기술평가원, 2009}

☐

_CCS

○ CO2 포집 ∙연소후 회수 - 포집 분야중 기업의 기술개발이 가장 활발한 분야로 단기내 상용화 기대 - 신규 흡수제 및 흡수공정에 대한 실증 프로젝트 진행 (KS-1, KM- CER, Linde 초저온 회수공정 등₎ ∙연소전 회수 - IGCC 적용 연소전 회수기술개발 - 신규 흡수제 및 흡수공정에 대한 실증 추진 ∙순산소연소 - 순산소 연소 공정 실증단계 - 40MW급 석탄화력발전소용 보일러 버너 설비의 순산소연소 실험 성공 ○ CO2 수송 ∙파이프라인 - 기존 석유/가스 수송관을 이용한 석유회수증진(EOR)을 위한 CO2 수송 기술 상용화

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∙수송선 - LPG수송선을 활용한 CO2 수송선 기술 상용화 - Anthony Vender사가 최초로 CO2 전용 수송선 운영 ○ CO2 저장 ∙지중저장 - 석유회수증진(EOR)은 상용단계에 이름 - 대염수층 등 CO2저장을 위한 저장기술은 10년 이상의 대규모 실증경험을 바탕 으로 실증 마무리 및 초기 상용화 단계 ∙해양저장 - 해양저장은 기초연구개발단계로 산업계의 진출이 미미하나, Exxon 등의 에너 지 기업이 해양저장의 잠재역량을 고려하여 꾸준한 관심을 보임_. ○ CCS의 채용을 고려할 경우에도 대부분의 첨단기술들이 2015～2030년 사이에 적 어도 특정 시장에서는 가격경쟁력을 가질 것으로 예상됨_. < 발전기술의 가격경쟁력 > 자료_{: IEA, 2006}

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5

종합

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035 5. 종합

○ 재생가능에너지원이 대량으로 경제성 있게 공급되기 전까지는 에너지원으로 매장량이 풍부한 석탄의 활용이 불가피한 것으로 보임_. - 현재 전망으론 2030년 이후에도 여전히 석탄이 상당한 비중을 차지할 것으로 예상됨_.

○ 현재 석탄화력발전에서 USC, IGCC, Oxy-fuel 기술이 차세대 기술이며, 향후 주력 기술추세는 _{USC와 IGCC로 보여짐.} ○ 청정석탄발전 분야도 선진국 기술보유사 중심의 판매자 시장으로 재편 중으 로 미국_{, 유럽이 가장 앞서가고 일본이 추격중인 상황임.} ○ 기술선진국들은 국가 지원 대규모 실증사업을 기술선점 및 자국 이산화탄소 문제 해결방안으로 추진 - 민간주도 실증사업에 미국의 경우 50%, 일본의 경우 30～90%정도를 정부에 서 지원 ○ 중국기술의 부상 - 청정석탄발전은 석탄발전소 건설이 급증하고 있는 중국, 인도 시장의 성장가 능성이 가장 큰 상황으로 향후 _{10년 동안 중국, 인도 등의 아시아 국가들이} 석탄화력발전에 가장 많은 투자 예상되어 세계 주요 기업들의 타겟이 되고 있음_. - 이러한 상황을 고려할 때 국내의 경우 USC와 IGCC 등 상업용 설비 건설비 가 수천억원에 이르는 청정석탄발전 플랜트 산업의 성격을 고려할 때_{, 수} 십_{～수백톤/일 규모의 기술실증 기회가 제공되지 않으면 5～10년 사이에 중} 국기술에 뒤처질 수 가능성도 있음_.

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< 석탄화력발전 기기시장의 주요 특성 > 자료 _{: Frost&Sullivan, 2010} ○ 국내의 1,000MW급 USC와 300MW급 IGCC 청정석탄발전소 1호기 건설은 해 외기술을 도입하여 건설될 계획이므로_{, 중국의 석탄가스화기 예에서 보듯이} 이들 기술을 흡수하여 한국형으로 개선할 기술개발 분야에 대한 조기투자를 통한 원천기술 확보 노력이 필요한 것으로 판단됨_. - SK에너지, 두산중공업, 한전에서 추진하는 상용급 바로 직전의 해외기술을 확보하여 _{scale-up 개량하여 상용급 기술로 만들겠다는 전략은 일본에서 지} 난 _{20여년간 성공하였던 전략으로 신규진입 시 고려해보아야 할 전략으로} 판단됨_.

- EPC(Engineering Procurement & Construction) 전문업체의 중요성

: 핵심설비와 기술부분은 해외업체에 의존하더라도 전체 플랜트의 EPC가 가 능한 기술수준에 도달하면 자체기술의 확보가 용이해지는 측면이 있음도 고려해야 함_. ○ CCS를 적용한 zero-emission 기술이 2020년을 기점으로 유럽연합, 미국, 호주 를 중심으로 상용화가 예상됨_. - 향후 10여년간 CO2 회수처리 기술의 기술적 검증이 완료된 후 시장진입이 시작되고_{, 이어 CO}₂ 회수처리 기술의 경제성이 점차 확보되면_{, 2030년 이후} CO2 회수처리 기술 시장이 성숙단계로 접어들 것으로 전망됨.

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037 < 참고문헌 >

Frost&Sullivan, Clean Coal Technologies - Commercialization and Implementation Status and Future Trends(Technical Insigths), 2009. Dec.

U.S. Energy Information Administration, International Energy Outlook 2010 With Projections to 2035, 2010. May

Frost&Sullivan, Clean Coal Technologies - A Strategic Snapshot, 2008. Dec

성동원_{, “고유가시대, 석탄은 석유를 대체할 수 있을까, LG Business Insight, 2007. 9.} 5.

Frost&Sullivan, Outlook for the Energy & Power Industry, 2010, June 지식경제부_{, 제4차 전력수급기본계획(2008～2022년), 2008. 12} 한국에너지기술평가원_{, “1000MW 초초임계압(USC) 화력발전 상용화 기술개발” 상세} 기획 보고서 _{- (수화력) 분과 -, 2010. 3} 지식경제부_{, 한국에너지기술평가원, “그린에너지 전략 로드맵 - IGCC", 2009. 5} 윤용승_{, “국내외 석탄가스화 기술과 프로젝트 현황”, 2010 그린에너지 국제비즈니스} 컨퍼런스 _{- ‘석탄가스화 이용기술과 연계산업“, 2010. 4. 7} 지식경제부_{, 한국에너지기술평가원, “그린에너지 전략 로드맵 - CCS", 2009. 5} 박정훈_{, 백일현, “이산화탄소 포집기술 : 연소전 CO2 포집기술 현황 및 전망”, 공업} 화학전망_{, Vol.12, No.1, 2009} 녹색성장위원회_{, “국가 CCS 종합추진계획” 보도자료, 2010. 7. 12}

International Energy Agency, "Energy Technology Perspective 2010 - Scenarios & Strategies to 2050", 2010

National Energy Technology Laboratory, "Tracking New Coal-Fired Power Plants", 2010. Jan.

청정석탄발전 기술 및 시장 분석

2010 정보분석보고서