남부발전 삼척빛드림본부, "환경·에너지 안보를 선도하다"

無회사장 친환경발전소...석탄재 전량 재활용
순환유동층 연소방식 사용...저열량석탄 완전연소 가능

▲삼척시 원덕읍 호산리에 위치한 남부발전(주) 삼척빛드림본부, 삼척빛드림본부는 연돌(굴뚝, 양쪽 옆 기둥)과 건물(제어동)을 통합한 신개념 종합사옥으로 설계됐다.

[삼척=에너지경제신문 박에스더 기자] 기후 변화 대응을 위해 화력에너지를 버리는 것이 아니라 화력발전소에서 온실가스, 미세먼지가 배출되지 않도록 친환경적으로 바꿔나가기 위한 기술개발 시도가 끊임없이 이어지고 있다.

삼척시 원덕읍 호산리에 위치한 남부발전㈜삼척빛드림본부는 동해안의 경관과 환경 등을 고려한 친환경 발전소를 목표로 설계됐다.

석탄을 주 연료로 전기를 생산하는 화력발전소로 최근 3년간(2019∼2021년) 1350만톤(450만톤/년)의 석탄을 사용해 2500만톤(830만톤/년)의 탄소를 배출하고 있다. 탄소 배출 저감을 위해 우드펠릿 혼소 및 암모니아 혼소기술 개발을 진행 중이다. 이를 통해 2030년까지 탄소 배출량을 2021년 대비 약 30% 감축(200만톤)함으로써 정부의 2030 온실가스감축 및 2050 탄소중립실현을 선도하는 사업장을 목표로 하고 있다.

석탄을 연소해 전기를 생산하는 일반적인 화력발전소에는 필연적으로 비산재(Fly ash)와 바닥재(Bottom Ash)라는 석탄재 부산물이 발생한다. 이를 처리하기 위해 대규모의 매립장인 회사장을 운영하게 된다.

이와 달리 친환경발전소를 목표로 건설된 삼척빛드림본부는 국내 유일의 석탄재 매립장이 없는 無회사장 발전소이다. 석탄 연소 후 발생한 석탄재를 전량 즉시 재활용함으로써 석탄재를 매립할 필요가 없다.

■ 석탄재 전량 재활용...삼척에코건자재, 지난해 100만톤 재활용 달성

삼척빛드림본부에서는 2021년도 기준 연간 50만톤의 석탄재가 발생했다. 발생비율은 비산재 80%, 바닥재가 20% 수준이다. 발생한 석탄재 전량을 다양한 재활용처에 공급하고 있다.

비산재는 전기집진기를 이용해 포집하고 있다. 정전기를 일으켜 미세먼지를 부착시켜 포집 후 레미콘 혼화재, 고화재 및 건설 현장의 성토재 등으로 재활용한다.

바닥재는 혼합시멘트인 고로스래그시멘트에 사용되는 석고의 대체재나 타 순환유동층 보일러의 모래(Bed Material)로 활용된다.

▲삼척에코건자재는 삼척빛드림본부와 남부발전 그리고 KC그린소재 등이 출자해 지난 2014년 설립한 국내 최초 유동층 석탄재 재활용 전문업체로 주로 정제회, 잔골재 등 건축자재를 생산하고 있다. 올해 12월까지 석탄재 재활용 200만톤을 목표로 한다.

삼척빛드림본부는 남부발전과 KC그린소재 등이 출자해 지난 2014년 삼척에코건자재를 설립했다. 국내 최초 유동층 석탄재 재활용 전문업체로 주로 정제회, 잔골재 등 건축자재를 생산하고 있다.

삼척에코건자재는 지난해 석탄재 재활용 100만 톤을 달성했다. 올해 12월까지 200만톤 달성을 목표로 하고 있다.

이기우 본부장은 "타 발전소는 석탄재를 묻어 공원이나 제2발전소를 만들기도 한다. 하지만 삼척빛드림본부는 부지 축소 및 동해안 환경보호를 위해 부산물을 자원으로 재활용하도록 설계됐다"며 "무회장발전소로서 보일러 특성상 노 내 탈황으로 석탄재에 생석회 성분이 많은 특성을 활용해 국내 최초로 폐광산 친환경 복원재로 재활용하는 방안을 개발 중이다. 뿐만 아니라 친환경 인공토양 제조사업 등 재활용 다각화를 위한 연구에 힘쓰고 있다"고 전했다.

이어 "발전소 운영 초기에는 세계 최대 규모 순환유동층 보일러라는 설비 특성상 발생하는 석탄재가 기존 발전소에서 생산되는 석탄재와 색상, 비중, KS 품질 규격 등이 달라 재활용에 여러 어려움이 있었다"며 그러나 "포기하지 않고 삼척에코건자재(주)와 유기적인 협업을 통해 생산 설비 및 운영 방법을 지속적으로 개선하고, KS 규격개정(순환유동층 보일러 발생 석탄재 재활용 명시) 및 에코건자재 생산품(정제회, 잔골재)의 환경표지 인증 획득 등의 노력을 기울여 석탄재 재활용을 점진적으로 늘려온 결과 2021년 09월 석탄재 100만톤 재활용이라는 쾌거를 달성했다. 앞으로도 환경친화적 건자재 생산과 끊임없는 재활용기술 연구개발을 통한 혁신으로 석탄재의 안정적 재활용에 만전을 기할 것"이라고 덧붙였다.

삼척빛드림본부는 이 밖에도 빗물, 폐수와 같은 버려질 수 있는 물의 재활용을 극대화해 발전용수를 생산하고 있다. 빗물은 침전, 여과처리로 불순물을 제거하여 빗물 저장조에 저장한 후 발전용수생산을 위한 원수로 활용하고 있습니다. 이를 통해 해수담수화설비 운전이 줄어들게 되어 원수 생산을 위한 전력량 및 비용 절감에 많은 도움이 되고 있다.

빛드림본부는 국내 최초 해수 담수화 설비로 발전용수를 확보해 발전소에서 발생하는 폐수는 외부로 배출하지 않고 전량 해수담수화설비로 이송해 재사용하는 무방류 시스템 채용 등 환경친화적으로 운영하고 있다.

▲이기우 남부발전 삼척빛드림본부장

■ 순환유동층 연소방식 사용, 에너지안보도 지킨다.

화력발전소에서 석탄을 이용해 에너지를 생산하는 연소방식에는 미분탄 연소방식과 순환유동층 연소방식이 있다. 미분탄 연소방식은 석탄을 밀가루처럼 곱게 빻아서 연소하는 방식이다. 이에 비해 순환유동층 연소방식은 매화 열매 알맹이 형태의 석탄을 연소하는 방식을 말한다.

상대적으로 크기가 큰 석탄을 이용하는 순환유동층 연소방식에서는 연소를 쉽게 하기 위해 모래(Bed Material)를 보일러 내에 주입해 사용하는 것이 특징이다. 보일러 내에서 뜨겁게 달궈진 모래는 석탄의 분쇄와 연소를 돕고 보일러 튜브 내 물을 데우는데 도움을 준다. 이러한 연소방식은 고열량탄 뿐만 아니라 저열량 탄도 연소할 수 있어 다양한 연료를 사용할 수 있는 것이 장점이다.

순환유동층 보일러는 완전연소가 될 때까지 연료를 순화시키며 연소하는 방식을 사용해 저열량 연료를 효과적으로 연소 가능하다. 뿐만 아니라 노 내의 체류시간이 길어 연소로에 탈황제(석회석)을 직접 주입해 연소 중 탈황이 가능하다. 탈황을 하는 이유는 석탄이 연소 되고 나오는 배기가스 중 SO2가 발생한다. 이 SO2는 산성비와 호흡기 및 피부질환의 주요 원인물질이다.

이기우 본부장은 "최근 우크라이나 사태로 인해 에너지 공급망 불안이 고조되고 있다. 미분탄 연소방식에 사용되는 고열량 석탄 가격이 전년 대비 최대 5배까지 급등했다. 반면 삼척본부의 유동층 연소방식에서 사용하는 저열량 석탄 가격은 상승폭이 그 절반 수준으로 에너지 가격안정과 에너지 안보 측면에서 유리함을 보인다"고 강조했다.

▲이기우 본부장이 지형을 활용해 혁신적 계단식 구조로 공사비 절감 및 발전 설비 운전 효율을 높인 삼척빛드림본부를 배경으로 포즈를 취하고 있다.

ess003@ekn.kr