가스터빈 운전중 연소코팅 '수명 개선'… 세계최초 기술

한전 전력연구원, 국산화 성공… 보령·분당 복합화력 실증 완료 분해없이 도포, 연료비↓ 효율↑… 사우디 등 해외시장 진출 기대

현재 국내의 복합발전은 전체 발전량의 약 27%를 차지하고 있다. 하지만 복합발전용 가스터빈은 GE 등 외국 제조사로부터 전량 수입되고 있다. 약 1000억원 이상 부품 교체나 정비 비용으로 빠져나가는 상황이다. 가스터빈에 사용되는 고온 부품은 1000도 이상의 고운 연소가스에 지속적으로 노출되기 때문에 고온 부식, 산화 등의 열화현상으로 수명이 2~3년에 불과하다. 고가의 핵심부품은 외국 제조사에서 독점하고 있어 국산화가 주요 당면과제다.

▲ 한전 전력연구원은 최근 이란 전력청, 사우디아라비아 등과 가스터빈 연소코팅 기술 수출을 위한 업무 협의를 진행하고 있다.

▲세계 최초 가스터빈 연소코팅 기술 개발=한전 전력연구원 미래기술연구소는 세계 최초로 가스터빈 운전 중 연소코팅 기술을 개발, 보령과 분당 복합화력에 성공적으로 실증했다.

이 기술은 가스터빈을 운전하면서 액상 코팅제를 연소실에 분무·산화시켜 부품 표면에 산화물을 도포, 가스터빈의 수명과 효율성을 향상시키는 것이다.

분당 복합화력발전소의 100㎿급 가스터빈인 ABB GT11N을 대상으로 세계 최초로 개발 적용했고, 보령 복합화력발전소의 가스터빈에 8차례 걸쳐 현장 실증을 완료했다.

그동안 가스터빈은 정지 상태에서 분해한 뒤 코팅했지만 운전 중에 코팅하는 기술을 개발함으로써 가스터빈 효율 0.64%포인트 향상, 연료비 2.1% 절감의 성과를 거뒀다.

더욱이 코팅 주기를 선택할 수 있어 2013년 독일 뉘른베르크 국제 발명전시회에서 은상을 받는 등 기술력 또한 인정받았다.

가스터빈과 같이 1000℃ 이상의 고온에서 장시간 사용하기 위해서는 추가로 열차폐 코팅(thermal barrier coating) 등으로 부품을 보호한다.

가스터빈의 열차폐 코팅 재료로는 보통 아트리아로 안정화된 지르코니아(yttria-stabilized-zirconia, YSZ)를 사용하지만 YSZ 재료 특성 탓에 가스터빈 부품의 열화 및 손상을 가져오는 단점이 있었다.

따라서 가스터빈의 고온 산화 및 부식 환경에서 장시간 사용할 수 있는 열차폐 코팅 기술 개발이 필요했던 것이다.

한전 전력연구원 가스터빈 연구팀은 코팅 방법 개발을 위해 대상 가스터빈 모델의 고온 부품인 연소기를 역설계했다.

블레이드와 베인의 냉각구조와 형상을 확인하고, 코팅제의 공급 위치, 절차, 주입량, 빈도 등 주요 요소를 결정해 대상 가스터빈 전용 코팅제를 개발한 것이다.

또 특정 열화시험을 통한 코팅제 내구성 평가로 후보군을 도출한 뒤 실험용인 10㎾급 소형 가스터빈을 활용, 분무 특성을 평가하고 100㎾급 가스터빈에서 코팅제를 검증했다.

▲기술개발 기대효과=현재 세계적으로 5만대 이상의 가스터빈이 운전되고 있다.

이 기술을 이용해 가스터빈 재생·정비 시장이나 구형 가스터빈의 업그레이드 시장에 진출할 수 있어 한전과 국내업체의 동반 해외시장 진출이 가능하다. 한전 전력연구원은 롤스로이스, MHPS 등 해외의 터빈 제작사, 해외 발전사 등에 기술의 우수성을 알리고 있다.

최근에는 이란 전력청, 사우디아라비아 등과 기술 수출을 위한 업무 협의를 진행하고 있다.

한전 전력연구원 관계자는 “지난 1월에 사우디아라비아 관계자들이 전력연구원을 찾아 기술 설명회를 진행했다”며 “한전이 운영하는 해외 발전소의 효율 향상과 연료비 절감을 통한 수익률을 높이기 위해 이 기술의 적용을 추진하고 있다”고 말했다.

이영록 기자 idolnamba2002@