[월간수소경제 편집부] 일본 신에너지·산업기술종합개발기구(NEDO), 가와사키중공업, 오바야시상사는 세계 최초로 ‘수소 전용 건식 저 NOx 연소 기술’을 적용한 가스터빈의 기술 실증실험에 성공했다고 발표했다.

드라이 연소식은 질소산화물(NOx)의 배출량을 억제하면서 기존의 물분사식보다 발전효율을 높일 수 있다. 

일본 신기술의 연구개발을 후원하는 NEDO의 조성사업으로, 가와사키중공업과 오바야시상사는 2017년 12월, 고베시 포트아일랜드에 수소와 천연가스의 혼합연소형 가스터빈을 설치한 바 있다. 

2018년 봄에는 100% 수소만으로 연료를 공급하는 열병합 가스터빈 발전으로 포트아일랜드 인근의 4개 공공시설에 열과 전력을 동시에 공급했다. 이는 수소 전용 연소를 통해 도심에서 열병합 발전에 성공한 세계 최초의 사례에 든다.

다만, 화염의 고온부에 스프레이 형태로 물을 뿌리는 물분사식으로 NOx 생성을 억제해 발전효율이 떨어진다는 문제를 안고 있었다.

가와사키중공업은 이를 극복하기 위해 지난해부터 물을 분사하지 않는, 드라이 연소식 개발을 진행해왔다. 

드라이 연소방식은 이론상 고효율 발전과 NOx 배출량 저감이 가능하나, 화염의 역류를 방지하고 일정 부분 고온 연소를 억제하면서 연소 안정성을 확보해야 하는 과제를 안고 있었다.

가와사키중공업은 극소의 미세한 수소 화염을 발생시키는 ‘마이크로믹스(Micromix) 연소법’을 통해 연료를 태우는 연소기 안에 수밀리미터 단위의 연료 분사구를 수백 개 설치하는 방식으로 이를 해결했다. 

미세 화염이 화염의 역류에 의한 불안정 연소를 막고, 연소 안정성도 확보할 수 있게 됐다.

올 가을부터 고베에서 드라이식 수소 전용 연소 가스터빈의 실증 운전에 들어가 약 1,100kW의 전력과 증기・온수를 인근 시설에 공급하게 된다. 실증 운전은 내년 2월까지 예정되어 있다. 

또 오바야시상사는 액화수소의 냉열을 효과적으로 활용하는 시스템 연구를 수행하고 있다. 

가스터빈은 여름철 외부 기온이 올라가면 흡기구 온도가 상승해 발전 출력이 떨어지게 된다. 이때 액화수소 증발기에서 나오는 냉열을 가스터빈의 흡입구 냉각에 활용해 발전 출력과 효율을 높이는 방식이다. 

액화수소의 냉열을 활용해 열병합 발전시스템의 전체 효율을 높이는 흥미로운 실증사업으로, 향후 호주에서 고베항으로 수입하게 될 액화수소를 연료로 활용할 것으로 보인다.