석탄가스화복합발전

     

석탄가스화복합발전

(IGCC : Integrated Gasfication Conbined Cycle)

석탄을 증기 및 산소와 함께 고온․고압의 가스화기에서 불완전 연소시켜 합성가스인 일산화탄소와 수소를 제조하여 가스터빈을 구동하며, 폐열로 증기를 생산하여 증기터빈을 구동하는 복합발전 시스템을 말한다

 

합성천연가스 (SNG : synthetic natural gas)

석유나 석탄 등을 원료로 만들어지는 가스를 말한다.

메탄이 주성분인 천연가스와 성분이 비슷하며. SNG의 S는 synthetic(합성) 또는 substitute(대체)의 뜻으로 합성천연가스 혹은 대체천연가스라 한다.

 

석탄액화기술 (CTL : Coal to Liqid)

고체상태인 석탄을 휘발유 및 디젤유 등의 액체연료로 전환시키기 위하여 고온 (430-460℃) 및 고압 (약100-280기압)의 반응조건 하에서 수소를 첨가시켜서 생성물의 수소/탄소-비를 1.5 - 2.0 정도로 증가시킴으로써 에너지 밀도가 높고 수송 및 보관이 용이한 청정 인조원유를 제조하는 기술이다. 석탄을 직접 녹여 액화시키는 직접액화기술과 가스화한 후 액화시키는 간접액화기술로 분류된다.

 

석탄가스화 (Gasification of coal)

고온에서 석탄에 산소, 수소, 공기, 수증기 등을 단독 또는 병용하여 반응시켜 수소, 일산화탄소, 메탄 등을 주성분으로 하는 합성가스를 얻는 기술로 먼지와 황산화물 등의 석탄 공해를 해결할 수 있으며, 석탄액화에 비해 기술의 안정성, 경제성 면에서 높게 평가되고 있다.

 

탄소포집저장

(CCS : Carbon Capture and Storage)

지구온난화의 원인물질인 대량의 이산화탄소가 대기에 배출되기 전에 고농도로 포집 후 압축 수송해 지층 또는 해양에 저장하는 기술이다.

 

수소에너지 (Hydrogen energy)

수소에너지기술은 물,유기물,화석연료 등의 화합물 형태로 존재하는 수소를 분리,생산해서 이용하는기술이며, 이 에너지는 원료에 자원적인 제약이 없고, 태워도 생성물은 물뿐이므로 깨끗하며 자연의 순환을 교란시키지 않고, 파이프 수송이 가능하므로 경제적이고 효율적 수송이 가능하며, 에너지 저장의 수단이 된다는 특색을 가지고 있다. 열원으로서의 이용 이외에 자동차연료, 항공기연료 등으로 이용분야가 넓다.

 

수소 스테이션 (Hydrogen station)

수소연료전지 차량에 연료인 수소를 충전할 수 있게 수소를 제조,주입하는 수소충전소. 차량에 수소를 충전할 수 있게 소형의 수소 제조,저장,분배 장치로 구성된다.

 

셰일가스 (Shale gas)

오랜 세월동안 모래와 진흙이 쌓여 단단하게 굳은 탄화수소가 퇴적암(셰일)층에 매장되어 있는 가스를 말하며, 탄화수소가 풍부한 셰일층(근원암)에서 개발, 생산하는 천연가스를 말한다. 셰일이란 우리말로 혈암(頁岩)이라고 하며, 입자 크기가 작은 진흙이 뭉쳐져서 형성된 퇴적암의 일종으로 셰일가스는 이 혈암에서 추출되는 가스를 말하는 것이다. 전통적인 가스전과는 다른 암반층으로부터 채취하기 때문에 비전통 천연가스로 불린다. 난방ㆍ발전용으로 쓰이는 메탄 70∼90%, 석유화학 원료인 에탄 5%, LPG 제조에 쓰이는 콘덴세이트 5∼25%로 구성돼 있다. 유전이나 가스전에서 채굴하는 기존 가스와 화학적 성분이 동일해 난방용 연료나 석유화학 원료로 사용할 수 있다.

 

HVDC 및 FACTS

1 HVDC

(직류송전시스템, High Voltage Direct Current)

직류송전시스템이란, 발전소에서 생산되는 교류전력을 직류로 변환시켜서 송전한 후 수전점에서 교류로 재 변환시켜 전력을 공급하는 방식을 말한다. 이러한 송전방식은 교류송전기술에 비하여 리액턴스 성분에 의한 영향이 없기 때문에 선로의 열용량까지 전력전송량을 증가시킬 수 있으며, 전력전송의 방향 및 크기를 고속으로 제어할 수 있어 계통안정도를 향상시킬 수 있다는 장점이 있다.

반도체 및 전력전자기술의 혁신적인 발달은 HVDC 시스템 성능과 신뢰성, 그리고 경제성을 크게 향상시키고 있으며, 현재 장거리 대전력 전송, 주파수 변환, 비동기 연계등의 목적에 널리 이용되고 있다.

 

2 직류송전의 특징

동일한 전력을 전송할 경우에 HVDC 송전망은 AC에 비해 철탑 크기 및 소요부지가 작다. AC 송전과 비교하여 HVDC의 이점을 크게 경제적 요인과 기술적 요인으로 나누어보면 다음과 같다.

1) 경제적 요인

(1) 낮은 투자비

HVDC의 경제성을 AC 방식과의 단순 비교설명하기는 어렵다. AC 대신 HVDC를 선택하는 이유는 각각의 사례마다 모두 다르고 투자비 규모도 많은 차이를 보일 수 있다. HVDC 시스템은 초기에 변환소 건설비용으로 인해 투자비용이 높지만, 장거리 전력전송에 있어서는 교류송전에 비해 가격이 저렴해 진다. 일반적으로 가공선을 이용한 전력전송의 경우에는 600∼800km 이상의 장거리 송전의 경우에 HVDC 방식이 경제적일 수 있다. 케이블을 이용한 전력전송의 경우에는 50km 이상의 경우에 HVDC를 사용하는 것이 경제적일 수 있다.

 

(2) 낮은 전송손실

표피효과, 리액턴스 성분에 의한 손실이 없기 때문에 동 일한 전력량에 대하여 HVDC 송전선에서의 손실이 AC 송전선보다 적게 발생한다. 전력변환과정(converter station) 에서의 손실은 전류형의 경우, 전송전력의 약 0.7%, 전압형의 경우, 약 1.0%정도만을 차지한다. 특히 장거리 대전력 전송에서 더욱 유리하다.

 

2) 기술적 요인

(1)비동기 연계(asynchronous connection)

서로 다른 전력계통을 교류로 직접 연계할 때에는 두 계통의 주파수와 위상이 같아야 하며, 한쪽 전력계통의 전압이나 주파수 변동 등이 연계되어있는 다른 전력계통에 직접적으로 영향을 끼치게 된다. 그러나, 직류계통으로 연계할 경우 위에서 언급된 상호 영향의 문제는 존재하지 않게 되는데 그 이유는 다음과 같다.

첫째, 전송전력의 크기와 방향이 전력용 반도체 소자로 구성된 전력변환기에 의해 고속(수백ms이내)으로 제어되어 계통간의 상호 영향을 신속히 차단할 수 있기 때문이다. 교류 계통의 경우 전송전력의 크기와 방향은 두 지점의 전압 크기, 위상차, 선로의 임피던스에 의해 결정되며 임의로 제어할 수 없다.

둘째, HVDC 송전의 경우 두 계통의 전압위상을 일치시킬 필요가 없게 된다. 남북한이 직류로 연계되어 있으면 남북한의 전력계통은 독립적으로 운영이 가능하다.

 

(2) 낮은 단락전류

대용량의 AC계통으로 발전소와 부하중심지가 연결되면, 단락전류가 수전단측에서 증가하게 된다. 큰 단락전류는 큰 용량의 차단기 및 기타 설비를 요구하게 된다.

HVDC 계통은 컨버터의 제어와 DC에 의한 AC 계통 분할 효과로 인하여 단락전류의 크기가 작아진다. 신규 증설 발전소를 HVDC를 이용하여 기존의 AC 계통에 연결할 경우 단락전류의 증가에 의해 야기되는 문제들을 피할 수 있다. 또한, 기존의 AC 계통을 Back-to-Back HVDC로 분리할 경우 계통 분할 효과로 단락전류의 크기를 감소시킬 수 있다.

 

(3) 높은 제어성(controllability)

HVDC는 정전력제어(constant power control), 정주파수제어(constant frequency control) 등 AC 계통 특성에 맞는 여러 가지 제어방식이 가능하다. 또한 고속 제어 특성을 이용하여 AC 계통의 감쇠제어(damping control) 등 안정화 제어도 가능하다. 이를 통하여 AC 계통의 송전용량을 증대시킬 수 있다.

 

(4) 장거리 해저(수중) 송전

DC의 경우 케이블의 정전용량에 의한 영향이 없다. 해저 송전의 경우 케이블의 사용이 불가피하기 때문에 HVDC를 사용하는 것이 AC에 비해 확실히 유리하다.