문서번호	기전설비과-4203
결재일자	2019.4.30.
공개여부	부분공개(5)
방침번호

			시 민
주무관		기전설비과장	생산부장
임은비		조성태	04/30 유병기
협 조

‘상수도사업본부 발족 30년!, 수돗물 통수 111년!, 믿고 마시는 아리수’

탄소포집 기술 활용을 위한

전문가 자문회의 결과 보고

2019. 4

생   산   부

【기전설비과】

탄소포집 기술 활용을 위한

전문가 자문회의 결과 보고

연료전지의 도시가스 사용에 따라 부생되는 이산화탄소에 대한 탄소포집 및 활용(CCUS)기술을 검토하기 위해 개최한 전문가 자문회의 결과를 보고함.

Ⅰ		추진근거

❍ 탄소포집 전문가 자문회의 추진(본부장 지시사항-‘19.3.25)

❍ 탄소포집기술 자문회의 계획(기전설비과-2903, ‘19.4.19)

Ⅱ		회의개요

❍ 일  시 : ‘19.04.24 15시

❍ 장  소 : 상수도사업본부 4층 회의실

❍ 주  제 : 연료전지 설치시 이산화탄소 포집기술 적용 검토

❍ 참석자

- 외  부(4명)

· 한국전력 전력연구원 기후환경연구소 심재구, 이정현 박사

· SK건설 최영철 EM, 김상건 소장

- 내  부(10명)

· 본부장, 부본부장, 생산부장, 기전설비과장, 담당 등

Ⅲ		발표내용

① 연료전지설비 특성 및 사업계획 검토

❍ 암사에 설치예정인 3세대 고체산화물형(SOFC) 연료전지는 전력 발전효율이 우수하고, 설비 부피가 적고, 백연현상이 없으며, 도심에 설치할 수 있을 정도로 우수한 분산형 발전설비임

- 암사에 설치예정인 3세대 고체산화물형 연료전지는 초기 발전효율이 정격의 60%이상을 보이고 있고, 제조사 측에서 보장하는 효율은 55~56%.

- 10m에서 55dBA, 1m에서 65dBA로 주소음 원인은 환풍기(Fan)소음

- 또한 연료전지 스택(모듈50kW)의 교체시 타 형식은 440kW 전체라인을 끄고 교체해야 하나, 3세대는 50kW의 한스택만 끄고 바로 예비분으로 교체하여, 설비가동률을 유지하여 많은 전력생산량이 보증가능.

· 제작사의 유지보수(LTS, Long Term Service)계약단가 : 1MW당 약3.6억원/연 (20MW시 연간 72억원 소요)

· 스택의 교체주기는 5년으로, 유지보수 내역에 교체비용 포함

구분	형식	전해질	이온 전도체	연료	제작사	특 징
1세대	용융탄산염 (MCFC)	탄산리튬/ 탄산칼륨	수소이온	수소 (도시가스에서 개질)	포스코 에너지	발전효율 47% 열병합효율 80% (열 0.39Gcal/MWh)
2세대	인산염 (PAFC)	인산	탄산이온		두산FC	발전효율 41% 열병합효율 90% (열 0.97Gcal/MWh)
3세대	고체산화물 (SOFC)	세라믹 (모래)	산소이원		블룸 에너지	발전효율 56% -

❍ 3세대 연료전지의 배기가스

- 20MW 연료전지 연간 배출가스(165GHW생산, 도시가스27백만㎥소비)

· 휘발성유기화합물(VOCs) : 3.729  kg/연 이하

· 녹스(NOx)              : 1.642  kg/연 이하

· 일산화탄소(CO)         : 3.285  kg/연 이하

· 이산화탄소(CO2)        : 62,337tCO2/MWh이하(제작사 제시)

※ 이산화탄소(CO2)        : 59,565tCO2/MWh이하(환경부 산출)

② 탄소포집 및 활용을 통한 온실가스 감축기술 동향

❍ 친환경에너지 보급과 에너지 시스템의 효율의 증가는 한계가 있고, 그동안 축적된 CO2양 등으로 CCUS 이산화탄소 포집·활용·저장은 필요한 기술

CCUS(Carbon Capture, Utilization, and Storage)는 배기가스와 대기에서 CO2를 제거하는 기술

❍ 이산화탄소의 포집 원리는 흡수제로 이산화탄소를 흡수시킨 후 다시 분리시켜 고순도 이산화탄소를 포집, 분리시 열(스팀), 압력 등의 에너지가 필요

❍ 국내의 CCUS 기술개발은 연간 50,000tCO2을 처리가능 할 정도로 성숙화 됨

- 국내 기술 발전현황

· '02년 2tCO2/일(0.1MW급) Pilot Plant (서울화력발전소-마포)

· '09년 2tCO2/일(0.1MW급) Test Bed (보령화력발전소-충남)

· '13년 200tCO2/일(10MW급) 실증 플랜트 (보령화력화력)

· '16년 180tCO2/일(10MW급) 실증 플랜트 (보령화력화력)

Test Bed	실증 플랜트

※ 2016년 보령 석탄화력 발전소 10MW급

- 발전소에서 배출되는 CO2를 습식아민 흡수제를 사용하여 고순도로 포집하는 기술 5,000시간(208일) 연속운전 달성

· CO2 제거율 90%이상, 포집 CO2 순도 99.9%이상

· CO2 포집량 : 180 tCO2/일, 연간 64,080tCO2 (압축액화 연계)

· CO2 재생에너지 : 2.6GJ/tCO2 (전력변환 0.72kW/tCO2), 연간 46,137kW

❍ 국외의 CCUS 실증사업은 기술 신뢰성이 확보되었고, 세계 최고 경제성을 확보하기 위한 국가/기업 간 경쟁 치열, 대용량 실증 프로젝트로 진전중

- 캐 나 다 (160MW급, 2014년)

- 미    국 (240MW급, 2017년)

- 노르웨이 (  15MW급, 2012년)

- 영    국 (   5MW급, 2011년)

- 중    국 ( 25MW급, 2009년)

- CCUS 기술로 인한 이산화탄소를 음용 수에 재사용할 수 있을 정도로 순도가 확보되었으며, 미국은 생산된 이산화탄소가 원유를 캐는 곳에 사용되어 국가별로 수요에 따라 산업화됨.

❍ CO2 배출권 거래가격의 상승시, 제조업이 주요산업인 우리나라 같은 산업구조에서는 산업계에 주는 영향이 크고, 상수도 같은 사회기반시설의 경우는 배출권구매 증가로, 그 비용이 시민에 물가상승의 부담으로 전가될 가능성이 있음.

Ⅳ		자문내용

① 연료전지 사업

❍ 3세대 연료전지의 설비규격 및 온도는?

- 분당복합화력발전소내 설치된 8.35W의 연료전지의 높이는 약35M로 일반건물 약10층에 해당

- 스택의 내부는 240℃까지는 연소에 의해 이후는 화학반응에 의해 800℃상승, 스택의 외부는 실온과 차이 적음

❍ 3세대 연료전지의 배기가스 열은?

- 약300℃의 고온라인과 약100℃의 저온라인이 합쳐져 125℃로 기체형태로 공기중으로 배출됨.

❍ 발전사업자 측 3세대 연료전지 선호사유는?

- 정부의 보조금(REC 발급)이 전력생산량에 따라 발급됨으로 전력생산효율이 높은 3세대가 발전수익이 크기 때문에 선호.

- 발전사업자의 수익 : 99+69×2(가중치) = 237원/kWh('19년4월기준)

· SMP(전력판매단가 99원/kWh)

SMP(System Marginal Price) : 한국 전력에서 전력을 구매하는 가격

· REC(신재생에너지 공급인증서 판매단가 69원/kWh) ※ 연료전지는 2배 가중치 적용

REC(Renewable Energy Certigicate) : RPS4)제도 의거 신재생설비로 전력을 생산증명서

4) RPS(RPS-Renewable Portfolio Standard) : 신재생에너지 공급의무화제도

② 이산화탄소 포집·활용에 대한 기술

❍ 정수장내 연료전지의 배기가스에 CCUS기술 적용 가능성에 대하여

- CCUS기술 중 고부가제품(탄산칼슘, 중탄산나트륨 등) 생산기술을 적용하기 위해서는 정수장 부지내 화학공장 부지가 확보되어 하여야 하나, 암사 연료전지는 부지가 협소하여 시설불가

- 배기가스에서 이산화탄소를 분리하여 고순도 이산화탄소를 제작하여 판매하는 사업의 경우는 민자에서 투자할 수 있을 정도로 발전되어 있음.

- CCUS기술 중 액화이산화탄소를 제조하는 기술이 가장 추천하나, 직접사용 및 판매를 위해서는 수송을 위하여 액화를 시켜야 하고, 이를 위해서는 고압과 저온이 필요하며, 이 또한 확학공장 부지가 확보가 필요하며 많은 에너지가 소요되어 그만큼 온실가스가 추가로 발생함.

․ 상수도는 원수의 산도(PH)를 낮추기 위해 액화이산화탄소 연1,800톤 소비중

․ 액화 이산화탄소 소비처 : 농업용(성장촉진, 저온 저장), 공업용(용접, 소화, 냉각 용도사용), 의약품용, 식품음료용 등 사용

- 또한 민자사업(외부사업)의 탄소포집 기술의 온실가스 감축실적 인정여부에 대하여 검토 필요(환경부 문의)

③ 자문결론

❍ 국·내외 이산화탄소 포집기술은 상용화 단계로 발전되었음.

❍ 이산화탄소 포집기술 적용시 건설비용과 사용면적이 필요하나 암사의 경우 연료전지 부지는 협소하여 현실적으로 적용 불가함.

❍ 향후 정수상내 연료전지 사업시 CO2 포집기술 적용시 온실가스 감축실적을 받을 수 있는지 검토하여 추진필요

Ⅴ		행정사항

❍ 외부전문가 참석위원 수당지급(총 520,000원)

- 산출내역 : 참석수당 1인 260,000원 × 2명 = 520,000원

· 엔지니어링 기술부분 특급기술자 노임대가 기준 적용

- 예산과목 : 상수도사업비용, 영업비용, 일반관리비, (기본경비), 일반운영비, 사무관리비

붙임 1. 참석자 의견서 1부.

2. 발표자료 각1부.

3. 참석자 서명서 및 수당지급표 1부.