고로 가스 CCPP 발전 기술 발전 가능성

에너지 효율성 및 탄소 감축 협력을 강화하기 위해

미쓰비시 파워 가스터빈 엔지니어링 테크놀로지(난징) 유한회사의 회장인 카와구치 다카히로는 연설에서 "올해 상반기, 수요 감소, 공급 충격 및 신종 코로나 폐렴의 발발로 인해 철강 산업의 이익이 크게 줄었고 제품 가격은 계속 낮게 유지되었습니다. 전 세계적으로 탄소 제로화, 수소 에너지 활용 및 디지털 기술의 급속한 발전은 시장 환경뿐만 아니라 고객 요구사항에도 큰 변화를 가져왔습니다. 복잡한 시장 상황 속에서도 미쓰비시는 중국의 철강 기업들과 손을 잡고 에너지 절약과 탄소 배출 저감에 대한 협력을 강화하려 합니다."라고 말했습니다.

미쓰비시 파워 가스터빈 엔지니어링 테크놀로지(난징) 유한공사의 총경리인 Xu Xiufu는 "전국 탄소 배출권 거래 시장이 개설됨에 따라 CCPP 발전 세트(가스-증기 복합 순환 발전 세트)의 탄소 감축은 자가 발전 외에도 철강 산업의 새로운 수익 포인트가 되며 동시에 기업에 더 많은 사회적 및 환경적 이익을 가져다줄 것입니다. 기존의 생산 공정과 에너지 공급 구조를 변경하지 않는 범위 내에서 CCPP 기술은 철강 산업에서 에너지 절약과 탄소 감축을 실현하는 효과적인 조치 중 하나입니다. 현재까지 국내 미쓰비시 CCPP 발전 세트는 약 2천억 kWh 이상의 전력을 생산했으며, 철강 산업에 대해 표준 석탄 5천8백만 톤 이상을 절감하고, 이산화탄소 배출량을 15억 톤 이상 줄였습니다. 동일한 기간에 건설된 고온 고압 및 초고압 보일러 발전 세트와 비교했을 때, CCPP 발전 세트는 모든 지표에서 30% 이상 앞서 있습니다."라고 말했습니다.

현재까지 다양한 모델의 33대 미쓰비시 CCPP 발전 세트가 국내 철강 기업에 적용되었으며, 그중 30대는 가동 중이고 3대는 건설 중입니다. 가동된 설비의 누적 운전 시간은 237만 시간을 초과하며, 가용성은 99% 이상으로 CCPP 발전 세트의 운전 신뢰성에 대한 철강 업계의 초기 우려를 해소했습니다.

저탄소 기술 개선

저탄소 발전은 환경, 에너지 및 자원 제약의 병목 현상을 해결하고 산업의 고품질 발전을 촉진하는 중요한 내용이자 핵심적인 체현과 최종 목표입니다.

고설(高雪) 원색금속산업규획연구원 부총공정사는 "주요 대중형 철강 기업들은 산업 발전의 선진 수준을 대표한다. 중국철강공업협회가 발표한 데이터에 따르면, 2021년 전국 주요 대중형 철강 기업들의 톤당 종합 에너지 소비량은 549.24kg 표준석탄으로, 2020년과 비교해 0.59kg 표준석탄이 감소하여 0.11% 하락했다. 2015년과 비교했을 때, 톤당 종합 에너지 소비량 감소율은 4%에 달한다."라고 말했다.

고혈은 2020년과 비교했을 때, 2021년에 고로 가스 방출률이 0.39% 포인트 또는 40.17% 감소했으며, 폭발로 가스 방출률은 0.08% 포인트 또는 6.30% 감소했고, 톤당 철수에서 회수된 전환로 가스는 119.2 입방미터에 달하며, 이는 1.40% 증가한 수치라고 소개했다. 산업 내 이차 에너지 활용 수준을 나타내는 폐열 및 자가 발전 비율은 2015년의 44%에서 2021년에는 10% 포인트 증가한 54%로 점차 상승했다.

불완전한 통계에 따르면, 2020년 중국의 주요 제철소에서 총 설치 용량이 6,156MW인 55기의 CCPP 발전 설비가 건설되었습니다. 2020년에는 중국의 주요 제철소에서 총 설치 용량이 2,386MW인 357기의 증기 발전 설비가 건설되었습니다. 2020년 약 700기의 가스 보일러 발전 설비가 건설되었으며, 총 설치 용량은 34,730MW로 전년 대비 3,130MW 증가했습니다. 통계에 따르면, 2021년 전국의 평균 자가 발전 비율은 약 54%에 달할 것입니다.

저탄소 전환 기술의 응용 수준을 향상시키기 위해 고쉐는 세 가지 제안을 제시했다: 첫째, 고로에서 석탄 절약 및 코크스 감축과 같은 선진 공정 기술을 적극적으로 도입하고, 양질의 자동화된 석탄 배분 시스템을 구축하여 석탄 이용 효율성을 높이고 에너지의 효율적인 전환을 추진한다. 둘째, 철강 산업의 최종 에너지 소비에서 전기 에너지 비중을 늘리고, 에너지 이용 효율을 체계적으로 개선하며, CCPP(연료전지 연소 발전)와 같은 고효율 발전 기술을 홍보하고 보급한다. 셋째, 에너지 저장 기술을 적극적으로 발전시키며, 철강 기업의 가스 발전 및 폐열 발전 장치를 기반으로 고체 열 저장 및 용융염 열 저장 기술을 활용하고, 에너지 디지털화 플랫폼에 의존하여 시간대별 요금제, 전력 거래 등을 결합한 다중 에너지 협동 제어 기술을 사용하여 철강 기업의 에너지 시스템 조정 가능성을 강화한다. 이를 통해 철강 기업이 피크 저감 및 계곡 채우기와 같은 중요한 기능을 수행할 수 있으며, 수요 측의 요구에 대응하고 신에너지 소비를 촉진하며, 대규모 재생 에너지 접속으로 인해 발생하는 문제를 해결할 수 있다. 또한 지역별 전원-부하 불일치 문제를 해결하고, 전원-그리드-부하 간 상호 작용 능력을 강화하며, 지역 에너지 사용을 균형 있게 하고 에너지 가치를 높인다.

자가 발전 효율성 향상

「제14차 오년 계획」기간 동안, 탄소 배출 감축과 에너지 소비의 이중 통제 하에 철강 산업의 생산 능력은 엄격히 통제될 것이며, 이는 기업들이 효율성을 높이고, 탄소를 줄이며, 비용을 절감하고 수익성을 증대하도록 더욱 촉진할 것이다.

미쓰비시 파워 가스터빈 엔지니어링 테크놀로지(난징) 유한공사의 용이정 수석 엔지니어는 "에너지 절약과 탄소 감축의 배경 아래에서 철강 산업은 가스를 이용한 자가 발전 비율을 급격히 증가시키고 있으며, 생산 능력에 큰 변화 없이 총 설치된 자가 발전량 대비 '제13차 5개년 계획' 말기에는 12.8% 상승했다. 철강 기업들의 전반적인 자가 발전 수준이 개선되고 있지만, 초초임계 및 하위 임계를 대표하는 중간 매개 변수 발전기는 업계에서 다수를 차지하고 있으며, 발전 효율이 45% 이상인 대형 고효율 CCPP 발전기 세트의 비중은 아직도 비교적 적다. 설치된 대형 CCPP 발전기 세트의 용량은 2983MW이며, 일본 철강 산업의 동일 기간 대형 CCPP 발전기 세트 설치 용량 2363MW와 비교했을 때, 중국의 10억 톤 철강 생산 능력과 일본의 9천만 톤 철강 생산 능력을 분석해 볼 때, 중국 철강 산업의 선진적이고 고효율적인 고로 가스 발전 기술은 여전히 많은 발전 가능성이 있다."

안산 에너지 제어 제2 발전소 운영 구역의 총공정사 강조명은 "안산 철강은 환경 보호와 재생 경제의 발전에 큰 관심을 두고 있으며, 항상 '재생 발전'의 개념을 견지하고 있습니다. 풍부한 가스를 효율적으로 활용하기 위해 풍부한 석탄 가스의 효율적인 활용을 위한 CCPP 발전 공정을 채택했습니다. 전통적인 가스 발전기 세트와 비교했을 때, 180MW CCPP 발전기는 강한 적응 능력과 넓은 고로 가스 열량 범위를 가지고 있습니다; 연소 엔진과 증기 엔진은 이중 축에 배열되어 대중에게 열을 공급할 수 있으며, 석탄 연소 난방 보일러로부터 도시 지역의 대기 오염을 줄입니다; 잠재력을 심층적으로 탐구하고 운영을 최적화함으로써 발전 효율이 47.3% 이상에 달하며, 이는 전통적인 가스 보일러 유닛보다 높습니다."

마안산 강철의 발전부문 소속 연소엔진 공학자 장젠치우는 "회사의 에너지환경부는 국내 최초로 저열량 단일축 M701SDAX 복합순환발전기를 채택했다. 이 발전기는 설계상 정격출력이 183메가와트이며, 설계 열효율은 47% 이상이고, 측정된 효율은 48% 이상이다. 연간 발전량은 약 14억2천7백4십만킬로와트시에 달한다. 이는 철강 생산 과정에서 발생하는 잉여 가스 자원을 완전히 재활용하고 활용하며, 가스 방출을 줄이고 생태환경을 보호하며 자가발전 효율을 향상시키는데 기여한다."라고 말했다.

"마스틸 베이후 전력 플랜트의 183MW CCPP 발전 유닛 가동 이후, 안정적이고 지속적인 장기 생산을 실현했으며, 2022년 1월부터 6월까지 총 7억8천3백만 kWh의 전력을 생산해 부하율 99%를 달성하여 경제적, 사회적, 환경적 혜택에서 승승장구하고 있다."라고 장젠치우는 말했다.

품질 향상과 효율성을 더욱 높이고 탄소 배출 강도를 줄이기 위해 미쓰비시 파워는 현재 철강사들을 위한 더 효율적이고 소형화된 CCPP 발전 세트에 대한 연구 개발 작업을 진행 중이다. 동시에 미쓰비시 파워는 수소와 암모니아를 연료로 사용하는 가스 터빈도 개발하고 있으며, 이 기술은 완전히 탄소가 없는 연료를 사용해 탄소 배출을 제로로 실현할 것이다.