두산중공업, 세계 5번째 발전용 대형 가스터빈 개발... 1조원 투자 (영상)
두산중공업, 세계 5번째 발전용 대형 가스터빈 개발... 1조원 투자 (영상)
  • 창원=이정민 기자
  • 승인 2019.09.19 09:00
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국책과제인 270MW급 대형 가스터빈 최종조립 현장 공개
첨단 기계공학 집약해 6년 만에 완성 앞둬
두산중공업 직원들이 발전용 대형 가스터빈의 최종조립 작업을 진행하고 있다. / 제공=두산중공업
두산중공업 직원들이 발전용 대형 가스터빈의 최종조립 작업을 진행하고 있다. / 제공=두산중공업

[한스경제=이정민 기자] 두산중공업이 우리나라에서는 처음으로 발전용 대형 가스터빈을 개발했다. 1조원을 투입해 6년 만에 거둔 결실이다.

두산중공업은 경상남도 창원시에 위치한 본사에서 산업통상자원부와 한국에너지기술평가원의 지원을 받아 국책과제로 개발 중인 '발전용 대형 가스터빈' 초도품의 최종조립 행사를 19일 개최했다.

두산중공업이 개발한 발전용 가스터빈은 압축된 공기와 연료를 혼합 연소 시켜 발생하는 고온고압 연소 가스를 터빈 블레이드(날개)를 통해 회전력으로 전환하고, 터빈에 연결된 발전기를 통해 전기에너지를 생성하는 내연기관이다.

가스터빈으로 생산된 가스발전(LNG) 초미세먼지(PM 2.5) 배출은 석탄발전의 8분의 1배, 직접 배출되는 황산화물, 질소화물 등 대기오염물질은 석탄 발전의 3분의 1 이하 수준이다.

지난 2013년 정부는 해외 제품에 의존했던 발전용 가스터빈 국산화를 목적으로 국책과제를 진행하면서 두산중공업도 참여했다. 사업 추진비용은 정부가 약 600억 원을 투자하고, 두산중공업은 자체적으로 1조 원 규모 연구개발비를 투자했다. 이번 국책과제에는 두산중공업과 21개 국내 대학, 4개 정부출연 연구소, 13개 중소·중견기업 발전사가 함께 참여했다.

가스터빈은 현재 제조 공정률 약 95% 수준으로 연내 사내 성능 실험에 돌입할 예정이다. 실험에 성공하면 한국은 미국, 독일, 일본, 이탈리아와 함께 발전용 대형 가스터빈 기술을 보유한 5개 국가에 이름을 올리게 된다.

 

두산중공업 직원들이 발전용 대형 가스터빈의 최종조립 작업을 진행하고 있다. / 제공=두산중공업
두산중공업 직원들이 발전용 대형 가스터빈의 최종조립 작업을 진행하고 있다. / 제공=두산중공업

발전용 가스터빈은 '기계공학의 꽃'... 항공 제트엔진보다 높은 기술력 요구

발전용 가스터빈은 기계공학 여러 분야에서 고도의 기술을 필요로 한다. 가스터빈의 경우 1500도 이상 고온 조건에서 지속해서 운전할 수 있어야 한다.

보통 소재는 온도를 견디지 못하기 때문에 고온에서도 안정적인 운전을 할 수 있는 소재를 개발하는 등 최고 난도 기술력을 필요로 한다. 세계적으로 이 기술을 보유한 회사는 제트기 엔진 3대 메이커(GE, 롤스로이스, P&G)와 발전용 가스터빈 메이커(일본 MHPS, 미국 GE, 독일 지멘스) 뿐이다.

두산중공업이 개발한 DGR6-300H S1 모델은 출력 270메가와트(MW), 복합발전효율 60% 이상의 대용량, 고효율 가스터빈이다. 부품 수만 4만여 개에 이른다. 가스터빈 내부에 450개가 넘는 블레이드가 있는데 1개 가격이 중형차 1대 가격과 맞먹는다.

최신 가스터빈의 경우 핵심 기술은 △1500도 이상의 가혹한 운전조건에서 지속해서 견디는 '초내열 합금 소재 기술' △복잡한 형상의 고온용 부품을 구현하는 '정밀 주조 기술' △대량의 공기를 24대 1(최신 압축기 모델 기준)까지 압축하는 '축류 형 압축기 기술' △배출 가수를 최소화하는 '연소기 기술' △압축기/연소기/터빈의 핵심 구성품을 조합시키는 '시스템 인테그레이션 기술'이 조화된 최고 난도 기계기술의 복합체다.

이종옥 두산중공업 기술연구원 박사(상무)는 "발전용 가스터빈은 항공기 제트엔진을 모태로 출발했지만, 시장의 요구에 따라 급격한 기술발전을 이뤄냈다"며 "1500도가 넘는 고온에서 안정성과 내구성을 보증하는 첨단소재 기술 등 이번에 개발한 270MW 모델에 적용한 일부 기술은 항공용 제트엔진의 기술력을 넘어섰다"고 말했다.

두산중공업은 이 모델 외에도 시장 변화를 선제적으로 반영한 최신 사양의 후속 가스터빈 모델(380MW급), 신재생 발전의 단점으로 꼽히는 간헐성 보완하기 위한 100MW급 중형 모델 개발도 함께 추진하고 있다.

 

두산중공업 직원들이 발전용 대형 가스터빈의 최종조립 작업을 진행하고 있다. / 제공=두산중공업
두산중공업 직원들이 발전용 대형 가스터빈의 최종조립 작업을 진행하고 있다. / 제공=두산중공업

기존 국내 가스터빈 전량 수입 의존... 2030년까지 약 10조 원 수입대체 효과 기대

현재 국내 발전소에서 운영되고 있는 가스터빈은 총 149기로 전량 해외 기업 제품이다. 가스터빈 구매 비용 약 8.1조 원에 유지보수, 부대 및 기타비용 약 4.2조 원을 고려하면 약 12.3조 원에 이른다.

2017년 말 발표된 8차 전력수급기본계획과 노후 된 복합발전소, 석탄발전소 리파워링을 고려하면 가스터빈이 필요한 신규 복합발전소는 2030년까지 약 18GW 규모로 건설될 전망이다.

18기가와트(GW) 복합발전소 증설에 국내산 가스터빈을 사용할 경우 약 10조 원의 수입대체 효과가 기대된다. (kW 당 USD 480. / 1 USD=1150원 기준)

여기에 유지보수, 부품교체 등 서비스사업과 해외시장진출까지 고려하면 그 파급효과는 훨씬 커진다. 미국의 IHS 케임브리지에너지연구소(CERA)는 전 세계적으로 2018년부터 2028년까지 총 432GW의 가스발전이 신규 설치될 것으로 전망했다. 두산중공업은 국내외 적극적인 수주 활동을 통해 2026년까지 가스터빈 사업을 연 매출 3조 원, 연 3 만 명 이상의 고용유발 효과를 창출하는 주요 사업으로 육성해나갈 계획이다.

독자 모델 품고 가스터빈 서비스 시장 공략까지 준비 마쳐

두산중공업은 가스터빈을 회사의 주력 사업으로 키우고자 꾸준한 노력을 기울였다. 창원 본사는 물론 미국 플로리다, 스위스 바덴에 발전용 대형 가스터빈 개발을 위한 별도의 R&D 센터를 설립했다.

또한 1000억 원 이상을 투자해 창원 본사에 정격부하(Full Speed Full Load) 시험장을 준공했다. 이곳에서 3000개 이상의 센서를 통해 가스터빈의 진동, 응력, 압력, 유체와 금속의 온도를 모니터링하는 등 종합적인 성능시험을 진행할 수 있다.

두산중공업은 가스터빈 서비스 시장 공략도 일찌감치 준비하고 있다. 가스터빈 제조사들은 기기 공급뿐만 아니라 공급 후 유지보수 부품교체 등의 서비스 사업을 통해 지속적인 수익을 창출하고 있다.

두산중공업은 2017년 미국에서 가스터빈 핵심부품에 대한 정비, 부품교체, 성능개선 등 서비스 사업을 운영하는 DTS(Doosan Turbomachinery Services)를 인수했다. DTS는 현재 국내 상업 운전 중인 대부분 가스터빈 모델에 서비스를 제공할 수 있는 기술력을 보유하고 있다.

박지원 두산중공업 회장은 "격변하는 시장 환경 속에서 사업 포트폴리오를 확대하고 다각화하는 노력을 펼쳐왔는데, 오랜 노력 끝에 발전용 가스터빈을 개발하게 됨으로써 매우 중대한 하나의 결실을 보았다"면서 "지속적인 변화와 혁신을 통해 다른 분야에서도 의미 있는 성과를 내놓을 것"이라고 말했다. 아울러 "이번 가스터빈 개발은, 국내 230여 개 중소/중견기업이 참여하는 산업 생태계 구축으로 이어진다는 점에서도 의의가 크다"고 덧붙였다.