연료를 연소시켜 발전을 하고 이때 나오는 열을 활용하는 방식으로 열과 전기를 동시에 생산하는 열병합발전은 이를 각각 생산하는 것에 비해 에너지효율을 약 30% 증가시킬 수 있는 고효율 종합에너지 시스템이다.

특히 주로 LNG를 연료로 가스터빈이나 엔진을 돌려 통상 10㎿ 이하의 발전용량을 내는 소형열병합은 공동주택 등 중소단위 지역에 적합해 새로운 집단 에너지의 주력기술로 각광받고 있다.

해외에서는 미국, 유럽을 포함한 선진 13개국이 현재 전체 발전용량의 11%인 열병합 발전 점유율을 2030년 24%까지 확대할 예정이며 이러한 움직임은 후발국가에까지 확대될 것으로 전망된다.

주요 국가의 열병합 성장 가능성은 유럽 15만~25만㎿(2025년), 캐나다 1만5500㎿(2015년), 인도 7500㎿(2015년), 일본 2만9400㎿(2030년)에 이를 것으로 예측되고 있다.

우리 역시 2012년까지 총 발전용량 700MW, 2017년까지 총 2700㎿ 소형열병합을 보급, 확대해 나간다는 정부방침이 서있다.

■ 문제는 상용화 실적

기술개발에서 선진국은 이미 원동기와 소형열병합시스템 기술을 선점하고 원동기 효율과 내구성 향상, 친환경성 제고를 추진하면서 적극적인 마케팅으로 후발국가에 대한 기술지배력 강화에 나서고 있다.

현재 해외 업체들은 가스터빈 효율을 높이면서도 질소산화물(NOx) 배출을 줄이기 위한 기술개발과 함께 하이브리드 시스템 개발에까지 연구영역을 넓히고 있다.

또 전력생산효율을 60% 이상까지 높일 수 있는 고온 연료전지(SOFC)-가스터빈 하이브리드형 열병합발전 시스템 기술개발 역시 추진중에 있다.

국내의 경우 기업 주도로 기술개발이 진행돼 현재 원동기 관련 기술이 일부 개발돼있다.

두산인프라코어는 300㎾급 소형열병합발전용 가스엔진 개발을 완료했고 (주)뉴로스는 55㎾급 마이크로 가스터빈의 실증이 마무리 단계에 있다.

두산중공업도 600여억원을 들여 오는 2011년 완료를 목표로 5㎿급 가스터빈을 개발중이다.

이렇듯 원동기, 폐열회수보일러, 보조기기 등 핵심 구성품 관련 요소기술은 개발완료 단계에 이르렀지만 원동기와 시스템의 국내 시장 상용화 실적이 아직 없는 상황이다.

따라서 실증단지를 구축해 제품의 신뢰성을 검증하고 표준화 및 사업화 실적 확보를 위한 실증시험에 정부지원이 필요하다.

■ 원동기 시장 진출로 수익창출

한국에너지자원기술기획평가원(KETEP, 현 한국에너지기술평가원)의 ‘그린에너지 전략로드맵’에 의하면 소형열병합은 기술과 시장의 성숙도가 높아 상용화와 시장 진출이 조기에 가능하다.

또 개발완료 단계에 있는 핵심구성품 관련 기술을 이용해 그간 전량 수입에 의존해온 원동기 시장에 진출함으로써 국내 업체의 수익 창출도 가능한 것으로 전망된다.

이와 함께 종합효율 80% 이상의 높은 효율을 가정 분산전원뿐 아니라 신재생에너지와의 연계를 위한 연구개발을 추진해 친환경, 고효율의 안정적인 전원을 공급한다는 방침이다.

해외의 기술 선도 기업이 서유럽 및 북미 지역을 선점한 상태지만 이들의 관심이 낮은 동유럽, 러시아, 동남아, 중동 등지 역시 지리적, 환경적, 산업적 여건에서 열병합시스템에 적합해 이들 시장을 대상으로 한 맞춤형 연구개발로 시장진입이 가능하다는 분석이다.

여기에 대량 생산으로 생산단가를 낮춘다면 서유럽, 북미, 일본 등 선진국 시장에서도 선진국 제품과의 경쟁도 가능하며 향후 동유럽, 북유럽, 중국, 동남아 등 후발주자에게 제품 판매, 기술 이전 등의 형태로 수출이 가능할 것으로 보인다.

■ 2020년 세계시장 10% 달성

KETEP은 또 1㎾급 스털링엔진 열병합발전시스템 개발을 비롯한 기술획득을 통해 오는 2020년 세계 소형열병합발전 시장 점유율 10%를 달성한다는 계획이다.

우선 실증을 거쳐 단기 사업화 기술개발, 핵심 원동기 포트폴리오 강화를 위한 모델 다양화 기술개발, 소형 열병합 활성화를 위한 관련 법규 개선 방안을 도출함으로써 국내 소형열병합시장을 구체화해 사업화를 앞당기는 한편 해외시장 진출 기반 구축에 집중한다.

소형 가스터빈 열병합발전시스템 개발, 보급을 위한 통합설계 기술, 저위발열량 연료 연소기술, 통합제어 및 최적운전 기술 과 계통연계기술 등의 핵심기술의 경우 자체개발을 고집하지 않고 국내외 전문기관, 전문업체와의 기술협력을 통해 개발에 따른 위험부담과 비용, 개발 기간을 최대한 줄여 나간다는 방침이다.

중·대형 엔진에 이용되는 밀러사이클 기술, 연료 분사 기술과 예혼합 압축 착화 기술 부문은 국내 산학연 전문연구 인력을 활용하는 한편 해외 선진업체 또는 대학·연구소 등과의 국제 공동연구를 통해 원천기술을 습득하고 밀러사이클 가스엔진의 핵심기술인 VVLT 기술과 EGR 기술은 해외 선진업체와의 기술협력, 공동개발로 가능한 한 단기간 안에 개발을 마칠 계획이다.

1kW급 스털링엔진 열병합발전시스템 개발을 위한 고온고체윤활기술과 저·고온 기체 고체밀봉 기술은 해외 전문업체와의 협력을 통해 확보하며 스털링엔진 열원용 연소기의 개발과 고성능 리니어제너레이터 개발 부문은 국내 산학연 협력을 통해 자체 개발을 추진하게 된다.

■ 사업화를 위한 3단계 전략

정부는 올해부터 2012년까지 소형열병합발전 시스템 실증과 스털링 엔진 핵심기술 개발을 마치고 소형열병합발전시스템을 사업화한다는 방침이다.

이 1단계 기간 동안 소형열병합발전시스템 통합설계 기술을 확보하고 바이오가스, 매립가스(LFG)를 사용하는 가스터빈 열병합시스템을 실증, 사업실적을 쌓고 해외시장 진출의 기반을 마련할 계획이다.

또 실증 성능 시험으로 제품신뢰성을 검증하는 한편 유지보수의 기준을 마련하고 시스템 인증체계 수립과 표준화를 완료해 국내업체를 중심으로 한 공급망을 구축, 경쟁력을 확보한다는 전략이다 .

2단계 2013년부터 2020년까지의 기간에는 국내외 시장 진출 모색이 목표다.

효율과 성능개선, 다양화한 모델을 무기로 동유럽, 러시아, 동남아, 중국 등에 진출을 추진하며 1㎿급 초소형 스털링엔진 열병합발전시스템을 상용화, 현지 열공급업체와의 제휴를 통해 해외시장 진입장벽을 극복한다는 복안이다.

마지막 3단계인 2020년부터 2030년까지는 제품 홍보와 신규시장 창출, 포트폴리오 다양화에 주력하게 되며 열병합발전시스템의 가격과 전기·연료비 합리화를 통한 열병합발전시스템 보급 촉진에 나선다.

이를 위한 정책·제도 개선의 하나로 전기와 연료가격에 연동제가 도입될 예정이다.

이는 연료가격의 변동폭이 전기에 비해 너무 커 사업성이 떨어질 우려가 있다는 판단에 따른 것이다.
또 연동제가 시행되면 난방에너지원이 전기로 전환되면서 에너지원 낭비가 감소되는 효과도 더불어 거둘 수 있다.