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CO2 무배출 고효율 IGFC의 설계비교

전문가 제언: ○ 10여 년 전부터 미국 DOE의 SECA계획과 같은 선진국의 개발의지로 SOFC성능이 급속히 향상되어, 분산전원뿐 아니라 IGCC에 SOFC를 결합해서 발전효율 증가(60% 이상), 거의 CO2의 무배출(1.4kg/MWh)과 저비용(8센트/kWh)의 IGFC가 가장 이상적인 차세대 발전시스템으로 간주되고 있다(IGCC : 300kg/MWh, 10센트/kWh : NETL 2009).

○ IGFC의 선두주자인 미국은 2015년까지 50㎿의 실증을 완료하고 2025년에는 500㎿의 상용화를 목표로 하고, 일본은 EAGLE계획으로 2006년에 석탄 150톤/일 규모의 파일럿 IGFC을 실험하고 2020년에는 500㎿급을 실증할 계획이다. 우리는 2020년까지 IGFC의 단위공정을 개발할 계획으로 전력연구원 등에서 연구하고 있다.

○ 본문은 두 개의 가스화기와 가압 SOFC를 결합한 IGFC로 SOFC 전단에서 가스정제와 유화물을 처리하고(유황 1ppm 이하), CO2는 SOFC 후단에서 MDEA로 포집해 61.5%의 발전효율(HHV), 90%의 CO2포집, 0.8V의 SOFC 작동전압, 10기압의 작동압력, 500mW/㎠의 전력밀도를 달성하는 기준설계모델을 비교, 제시하고 있다.

- 가압 SOFC는 상압보다 발전효율이 10% 증가하고, 음극 배기가스를 촉매 가스화기로 순환하는 경우가 SOFC로 순환하는 것보다 효과적이며, 확장기 도핑 사이클 전단에 메탄화반응기를 설치하면 효율은 감소하나 메탄량을 조절할 수 있어 안정된 부하운전이 가능하다. 두 개의 가스화기와 CO2를 MDEA 습식법으로 제거하는 단점이 있으나 많은 참고가 될 것이다.

○ IGFC는 실증개발 단계이므로 많은 공정들이 연구되고 있다. 최근에는 이온전도성 분리 막(산소, 수소 등)이 개발되어 순산소를 저렴하게 생산할 수 있고 CO2도 수소에서 쉽게 분리할 수 있게 되었다. 우리나라는 석탄가스화발전이 약 10년 늦으므로 IGCC에 IGFC를 연계할 수 있도록 관련 연구들의 긴밀한 협력체계와 APPCDC의 협조와 지원을 적극 활용해서 개발을 앞당겨야 한다.

저자: Mu Li,AshokD. Rao, Jacob Brouwer,G. Scott Samuelsen
자료유형: 학술정보