폐열에서 에너지 창출

열병합발전이 폐열 에너지를 활용하는 방법


  • 산업 에너지 효율을 통해 온실가스 감축 기회 창출
  • 복합 사이클 기술은 폐열을 포집하여 유용한 에너지를 생산
  • 열병합발전 기술은 에너지와 석유·가스 생산 공정을 위한 열을 생산

재닛 E. 핀헤로 |

지구상에 존재하는 귀중한 천연자원의 낭비를 줄이는 것은 필수적이다. 산업의 에너지 효율은 기후 변화의 영향을 완화하기 위한 우선순위로 간주된다.

세계경제포럼 (WEF)에 따르면 제조·생산 부문은 전 세계 이산화탄소 배출의 20%를 차지한다. 산업에서 에너지 생산 연료의 활용을 극대화하면 온실가스 배출을 크게 감축할 수 있다.

이는 산업에서 사용되지 않고 폐기되는 열을 포집하여 유용한 에너지로 전환함으로써 실현 가능하다. 그 방법은 다음과 같다.


전통 발전 강화

전통 산업 화력발전은 탄소 기반 에너지원을 통해 열을 생산하고, 이 열로 물을 끓여 증기를 발생시키며, 증기는 터빈 구동에 사용된다.

터빈은 발전기를 구동하고, 발전기는 결과적으로 전기를 생산한다. 이 프로세스의 각 전력 생산 단계에는 폐열을 발생시키는 비효율이 존재한다.

연소 터빈 기반 발전소의 전력은 단순 또는 복합 사이클 프로세스로 생성된다. 단순 사이클에서 연소 터빈은 전력을 생산하지만 상당한 양의 열이 소모되고 낭비된다.

활용 극대화

복합 사이클에서는 가스터빈의 폐열이 포집되어 증기 생산에 사용되며, 생산된 증기는 증기 터빈을 통해 추가적 전력 생산에 활용된다. 결과적으로 복합 사이클은 터빈 연료에서 더 많은 에너지를 만들어내지만, 이는 전력생산 수요를 충족하는 데 그친다.

열병합발전 시스템은 높은 에너지 효율을 가지고 있다. 이 시스템은 복합 사이클 및 열병합발전으로 알려진 프로세스를 통해 비효율을 줄인다.

이러한 효율 시스템은 산업 발전소의 배기 스트림에서 발생하는 폐열을 활용한다. 열이 대기 중으로 빠져 나가지 않게 하고 포집하여 생산 공정에 효과적으로 사용하는 것이다.


배출 감축과 에너지 생산 확대

추가적 이점은 동일한 연료에서 유용한 열과 전기를 동시에 생산할 수 있다는 점이다. 더 적은 연료로 더 많은 에너지를 생산할 수 있으며, 이는 배출 감축에 기여한다.

아람코 수석 엔지니어인 칼리드 Y. 알 카타니 (Khalid Y. Al-Qahtani)는 아람코의 에너지 효율 전략은 운영 중인 플랜트에서 100% 자급을 달성하는 것이라고 설명한다. “열병합발전 시스템은 탄화수소 생산 시설에서 전력 생산과 열처리 자급을 달성하려는 아람코 전략의 핵심이다”라고 알 카타니는 말한다.

지평선위의 사우디아라비아 국가 전력망

아람코는 에너지와 석유·가스 생산 공정을 위한 열을 생산하기 위해 열병합발전 시스템을 적용하여 기존 발전소를 개조하고 있다. 알 카타니는 “아람코는 운영 공정에서 발생하는 부산물로 전기를 생산함으로써 사우디아라비아의 국가 전력망에서 발생하는 배출과 에너지 소비를 줄일 수 있다”라고 덧붙였다.


전면 개선된 아람코의 자잔정유콤플렉스

고도화된 환경적 사고

아람코 열병합발전의 각 시설은 맞춤화 설계되어 있다. 각 열병합발전소는 잉여 에너지를 면밀히 모니터링한 후, 다른 용도로 활용하여 회사의 지속적 에너지 집약도 감소에 도움을 준다.

아람코가 전면 개선하여 새로 건설한 자잔정유콤플렉스는 환경 보호를 위한 선도적 산업 설계를 갖추고 있다. 정유 시설, 가스 플랜트, 발전소로 구성된 이 단지는 동일 시설 내에서 다수의 부산물을 생산함으로써 탄화수소의 가치를 극대화하도록 구축되어 있다.

정유시설 옆에는 세계 최대 규모 중 하나인 가스화복합발전소 (IGCC)가 있으며, 여기에는 대형 열병합발전소가 구축되어 있다. 중질잔사유에서 생산된 합성가스가 5개 블록으로 구성된 3.8GW 복합발전소에 에너지를 공급한다.

이 발전소에서 가동되는 10개의 가스터빈과 5개의 증기 터빈은 정유시설 및 국가 전력망에 공급할 전력과 정유시설을 위한 증기를 생산한다. 이는 탄화수소의 활용을 극대화하기 위한 “스마트 설계”를 기반으로 한다.


산업의 에너지 집약도 감소

천연자원의 효율적 사용은 보다 지속가능한 삶을 위해 사회가 직면한 핵심 도전과제이다. 에너지 효율은 기후 변화의 영향을 완화하기 위한 경제적 우선과제이다.

산업용 열병합발전 기술은 운영 중인 플랜트의 에너지 집약도를 낮추는 것을 목표로 한다. 아람코는 열병합발전을 통해 플랜트 운영 과정에서 발생하는 부산물로 전기를 생산할 수 있다.

결과적으로 이는 사우디아라비아 국내 전력공급에 기여하는 동시에, 사우디아라비아 국가 전력망에서 아람코의 에너지 소비를 줄이는 것을 목표로 한다.

탄소발자국을 줄이는 방법에는 열병합발전 외에도 폐기물 재활용, 성실한 유지보수, 현지 조달 및 탄소 포집 등이 있다.