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초소형 가스터빈용 재생열교환기의 최적화

전문가 제언: ○ 보다 속도가 빠른 군용 항공기의 제트엔진에 사용할 목적으로 처음 개발된 가스터빈은 이제는 민간용 항공기 및 선박의 추진뿐만 아니라 대규모의 발전소에 이르기까지 그 활용범위가 넓다. 특히 연료로서 천연가스, 석유가스, 디젤, 등유, 바이오가스 등을 다양하게 사용할 수 있다는 장점이 있다.

○ 마이크로가스터빈은 발전용량이 수천 kW에서 수 kW에 달하는 것으로서, 일반적으로 열효율이 25～35%이나 복합주기 열병합발전을 하는 경우 열효율이 80%에 달해, 최근에는 선진국을 중심으로 마이크로가스터빈의 보급이 활발하게 이루어지고 있으며, 특히 전력망이 형성되지 않은 지역에서의 분산형 전원으로서 기대가 높아지고 있다.

○ 이러한 마이크로가스터빈의 성능을 바탕으로 이를 다시 손바닥 크기 혹은 손가락 크기로 소형화한 초소형 가스터빈의 개발을 위한 노력이 미국과 일본에서 이루어지고 있다. 기존의 휴대용 전자기기의 건전지는 수명이 짧아 수시로 충전을 해야 하는 바, 미국의 MIT에서는 미국 국방부의 지원 아래 통신장비뿐만 아니라, 병사들이 사용하는 GPS, 야간투시경에 사용할 수 있는 마이크로 가스터빈을 개발하고 있다.

○ 이는 최근에 이르러 비약적으로 발전한 마이크로 전자기계 시스템(MEMS)에 힘입은 바 크다. 그러나 초소형 가스터빈은 열효율이 낮아, 이를 개선하기 위해서는 재생열교환기의 채택이 불가피하며, 손바닥 크기의 가스터빈에는 OSF 열교환기, 그리고 손가락 크기 가스터빈에는 마이크로채널 혹은 미세 열교환기가 제안되고 있다.

○ 우리나라는 외환위기 이후 아파트 단지, 호텔, 병원 등을 중심으로 열병합발전용의 마이크로 가스터빈 설치가 증가하고 있다. 그러나 마이크로가스터빈에 대한 기술이 취약하여 대부분 수입으로 충당하고 있으며 시공만 국내업체가 담당하는 형편이다. 우선 초소형 보다는 수십 kW 용량의 마이크로가스터빈의 개발을 통하여 기술을 확립할 필요가 있다.

○ 휴대용 전자기기에 사용되는 건전지를 대체할 수 있는 수단으로 개발이 추진되고 있는 것은 연료전지 및 초소형 마이크로가스터빈이며, 아직은 그 전망이 불투명하다. 특히 경제성 있게 제조를 하기 위해서는 연료전지나 초소형 가스터빈이나 해결해야 할 기술적 과제가 많으며, 선진국에서의 개발정보를 잘 추적하여 타당성이 있을 때 진입하는 것이 바람직하다.

저자: Takao NAGASAKI
자료유형: 학술정보