KEPCO

탄소중립 실현을 앞당길 친환경 발전기술의 핵심 인프라 구축

한전은 5월 20일, 대전 전력연구원 내에 국내 최대 규모의 ‘암모니아 전소버너 테스트베드’를 성공적으로 준공하며, 무탄소 연료 기반의 차세대 발전기술 개발에 본격적인 시동을 걸었다.
이번 테스트베드 준공은 암모니아 100% 연소기술 상용화를 위한 실증연구의 전초기지로, 향후 대형 발전소 적용을 위한 기술 완성도를 높이고, 탄소중립 실현을 위한 국가 전략의 중추적인 역할을 수행하게 된다. 암모니아(NH₃)는 연소 시 이산화탄소(CO₂)를 배출하지 않는 대표적인 무탄소 연료로서, 글로벌 에너지 전환을 이끌 대체연료로 각광받고 있다. 그러나 연소 특성상 점화가 어렵고 반응 속도가 느리며, 고온에서 질소산화물(NOx)이 다량 발생하는 등의 기술적 과제가 뒤따른다. 한전은 이러한 문제를 극복하고 실증 데이터를 확보하기 위해 국내 최대 규모의 암모니아 전소 시험 인프라를 구축하고 본격적인 실험과 기술 고도화에 착수하였다. 참고로 석탄-암모니아 혼소버너는 석탄 버너를 개조하여 석탄과 암모니아를 혼합해 사용하는 방식으로, 탄소 저감의 초기 단계 기술이다. 반면 암모니아 전소버너는 암모니아 100% 연료로만 작동하는 전용 연소기로 CO₂를 전혀 배출하지 않는 무탄소 발전의 핵심 기술이다.
고도화된 설비 구성과 기술적 차별성

이번 테스트베드는 1MWth급 규모의 연소로(직경 1.7m, 길이 7m)를 중심으로, 액체 암모니아 저장 및 기화공급 설비, 연소 가스 분석 및 후처리 시스템 등을 통합적으로 갖추고 있다. 버너는 1차 및 2차로 분리된 공기와 연료 공급이 가능하며, 다양한 조건에서의 연소 안정성 평가 및 환경영향 분석을 정밀하게 수행할 수 있도록 설계되었다.
암모니아 저장설비는 총 740kg 규모로, 히팅 자켓(성능 저하 감소 장치) 및 잔량 계측용 로드셀(센서)을 갖춘 탱크와 함께 최대 400kg/h까지 공급 가능한 기화기 2기를 포함한다. 이외에도 질소 및 공기 기반의 이중 퍼징 설비(유해가스 방지 장치), 전용 UPS, 누출 대응 음압 시스템 및 암모니아 폐가스 처리 장치 등 안전성을 최우선으로 고려한 설비들이 체계적으로 배치되어 있다. 또한, 연소로 내부에는 화염 관측창, 다용도 포트, 온라인 가스 분석기 등이 설치되어 있어 연소 특성, 배출가스 조성, 온도 분포 등을 실시간으로 정밀 분석할 수 있다. 향후 SCR(선택적 촉매 환원) 등 후처리 기술과 연계한 탈질 성능 향상 연구도 병행 추진할 예정이다.
무탄소 발전을 위한 암모니아 직접 연료 활용 석탄화력 적용 개념도
암모니아 전소버너 테스트베드 개요
실증시험 성과와 기술개발 협력

2024년 하반기부터는 비에이치아이(BHI) 및 현대중공업파워시스템(HPS)에서 개발한 시작품을 활용해 본격적인 연소시험이 진행되었다. 암모니아의 낮은 연소성과 높은 점화온도로 인한 화염 안정성 확보의 어려움, 그리고 고농도 질소산화물 발생 등 다양한 기술적 난제를 마주하였으나, 한전은 수많은 시행착오와 정밀한 실험 분석을 통해 해결 방안을 도출하였다. 버너 구조 개선과 운전조건 최적화를 통해 암모니아 100% 전소에 성공하였으며, 중심부 노즐과 Swirler(유체 회전 장치) 설계를 개선하고 Over Fire Air(보조 공기) 주입 조건을 조정한 결과, 화염 안정성을 확보함과 동시에 질소산화물 배출농도를 120ppm 이하로 억제하는 데에도 성공하였다. 이는 암모니아 연소기술 상용화를 가로막던 핵심 과제를 극복한 실질적 성과로 평가된다.
한전은 이러한 시험 결과를 바탕으로 BHI, HPS와 기술협약을 체결하고, 암모니아 전소버너의 설계 고도화 및 발전소 현장 적용을 위한 공동 연구를 활발히 전개하고 있다. 전력연구원은 성능시험과 연소 특성 분석을 주도하며, 민간 기업들은 이를 반영해 시제품을 지속적으로 개선함으로써 기술의 완성도를 높여나가고 있다.
실증 적용 및 기대효과

이번 테스트베드에서 검증된 암모니아 전소버너는 오는 2025년 9월부터 삼척 순환유동층 발전소에 시범 적용될 예정이다. 기동용 버너 1기를 암모니아 전소버너로 교체하여 약 2개월간의 실증 운전을 통해 연소 안정성, 제어성, 환경성을 종합적으로 검증할 계획이다. 이후 2027년부터는 발전소 내 전 기동용 버너(총 32기)를 전면 교체하고, 암모니아 20% 혼소 실증으로 확대 적용함으로써 본격적인 현장 전환을 추진할 예정이다. 이와 같은 실증 계획이 성공적으로 완료되면, 연간 약 100만 톤의 이산화탄소 감축이 가능할 것으로 전망되며, 이는 2030년 국가 온실가스 감축목표(NDC) 달성에도 크게 기여할 것으로 기대된다. 향후에는 국내 주요 발전소는 물론, 해외 발전시장으로의 기술 수출도 모색될 예정이다.한전은 앞으로도 국가 에너지전환 정책에 발맞춰 친환경 연료 기술의 실증과 상용화를 지속적으로 추진하고, 전 세계 탈탄소 흐름을 선도하는 글로벌 에너지 기업으로서의 역할을 강화해 나갈 계획이다.
- 암모니아 전소버너 시험 결과
  (천연가스(NG)와 암모니아 화염 비교)

이전페이지 이동 다음페이지 이동

국내 최대 규모‘암모니아 전소버너 테스트베드’ 준공

국내 최대 규모
‘암모니아 전소버너 테스트베드’ 준공