[ENTECH 후기] 대한민국 발전기술의 미래, 두산에너빌리티&두산퓨얼셀

[ENTECH 후기] 대한민국 발전기술의 미래, 두산에너빌리티&두산퓨얼셀

대학생신재생에너지기자단 27기 권준혁

 

두산, ENTECH에 등장

[자료 1. 두산 에너빌리티 부스]

출처: ⓒ27기 권준혁

2025년 8월 27일부터 29일까지 3일간 부산 벡스코에서 국제환경에너지사업전(ENTECH)이 개최됐다. 환경, 에너지 산업에 종사하는 여러 기업이 자사의 사업과 기술을 전시하는 자리였다. 한국의 대표적인 에너지 기업인 두산에너빌리티 또한 본 행사에 참가했다. 두산에너빌리티의 부스에서는 에너지 AI, 수소 터빈, SMR, 수전해&수소연료전지, 해상풍력 등을 전시했다.

에너지 AI 솔루션

[자료 2. 두산에너빌리티 에너지 AI 전시물]

출처 : ⓒ27기 권준혁

이번 전시에서 두산에너빌리티는 AI를 활용한 여러 솔루션을 선보였다. 먼저, AI manufacturing에서는 로봇을 활용하여 용접을 비롯한 제조 과정을 자동화하여 제품 생산에 들어가는 시간과 비용을 절감한다. AI inspection에서는 제품의 이상을 스스로 감지할 수 있는 AI를 활용하여 제품의 품질을 자동으로 관리한다. 마지막으로 AI operation에서는 AI를 활용한 가상 발전소를 활용해 발전 설비를 계통에 효과적으로 연계하고, 부하 변동에 더 유연하고 정밀하게 대응하여 계통의 안정성을 보장한다. 가상발전소는 다양한 발전 자원을 클라우드 기반의 인공지능 소프트웨어로 통합해 하나의 발전소처럼 관리하는 시스템으로, 신재생에너지 보급 확대로 인해 태양광, 풍력과 같이 간헐성을 띠는 분산형 전원이  늘어날수록 전력 계통 안정화를 위해 반드시 필요한 시스템이다. 이러한 에너지 AI 시스템은 현재 두산에너빌리티의 공장에서 실제로 운영되고 있으며, 일차적으로는 자사에 배치하기 위해 개발된 기술이지만 추후  AI 솔루션화를 통해 상업화될 전망이다.

 

수소 터빈

두산 에너빌리티의 터빈 기술력은 이미 익히 알려져 있다. 이번 전시에서는 그 중에서도 수소 가스 터빈이 이목을 끌었다. 수소 가스 터빈은 다른 발전용 가스 터빈과 마찬가지로 연료를 연소하여 발생하는 고온 고압의 기체로 발전기를 돌려 전기를 생산한다. 기존 가스터빈 발전소들과의 차이점은 수소라는 친환경 연료를 사용하기 때문에 온실 가스 배출이 현저히 줄어든다는 점이다. 수소와 함께 논의되는 청정 연료로 암모니아도 있지만, 암모니아는 비록 이산화탄소가 발생하는 것은 아니지만 질소산화물을 비롯한 대기오염물질이 방출되기 때문에 별도의 대기오염 제어 설비가 필요하다. 반면 수소를 연소할 때에는 대기 오염 물질이 암모니아보다 덜 발생한다는 장점이 있다.

  [자료 3. 두산에너빌리티 수소 터빈 전시물]

출처 : ⓒ27기 권준혁

또한 수소 터빈 발전은 기존 가스 발전 설비의 연소기를 수소 연소기로 교체하면 발전이 가능하기 때문에 기존 인프라를 상당 부분 활용할 수 있다는 장점이 있다. 두산에너빌리티는 2026년까지 수소 연소기의 개발을 완료할 계획이며, 수소 혼소를 방식을 거쳐 궁극적으로는 수소 전소 발전으로 나아갈 계획이다. 수소를 연소하여 에너지를 얻기 때문에 수소의 화학 에너지를 바로 전기 에너지로 변환하는 수소연료전지 발전에 비해 에너지 효율이 떨어진다는 단점이 있지만, 수소연료전지보다 훨씬 큰 규모로 전기를 생산할 수 있어 송전망을 통한 대규모 전력 수급에 유리하다.

 

원자력

두산에너빌리티의 원자력 부스에서는 대형 원전과 차세대 원전으로 불리는 소형모듈원전(SMR)을 전시했다. 해당 부스에서는 전체적으로 대한민국 원전 기술이 매우 우수하며 국제적 경쟁력을 갖추고 있다는 점을 강조했다. SMR이 비록 대형 원전보다 소형화되었다고 해도 과연 주민 수용성 문제를 극복하고 원활하게 입지 부지를 선정할 수 있을지 묻는 질문에는 AI 발전과 산업의 전기화로 전력 수요가 증가하고 있고, 전기를 대량으로 소비하는 첨단 산업 단지를 중심으로 SMR의 입지에 대한 요구가 이미 존재한다며 이러한 수요를 고려할 때 SMR의 입지 부지 선정은 생각만큼 도전적이지는 않을 것이라는 답변을 받았다.

또한 원전의 고준위 방사성 폐기물 문제에 대해서는 올해 초 통과된 '에너지 3법' 중 하나인 '고준위 방사성폐기물 관리에 관한 특별법'을 비롯하여 핵폐기물 중간처리시설의 확충을 지원하기 위한 법적, 제도적 기반이 마련되었으므로 방사성 폐기물을 처리하기 곤란하던 문제가 어느정도 개선될 것으로 기대한다는 답변을 받았다. 원전은 전기를 생산할 수도 있지만, 최근에는 원전에서 발생하는 열과 탄소 배출 없는 전기를 활용해 수소를 생산하여 철강이나 수송 분야에서 필요한 국내 청정 수소 수요를 충당하려는 접근이 많이 이뤄지고 있다. 청정수소는 만드는 과정에서 이산화탄소가 발생하지 않아야 한다는 점과 전기 가격이 수소 가격에 큰 영향을 미친다는 점을 고려하면, 해외 국가들에 비해 재생에너지 발전 비중이 낮고 발전 단가가 높은 우리나라에서는 원전이 청정수소 자급의 핵심 대안이 될 수 있다. 하지만 SMR과 같은 대용량 발전 설비의 출력에 비해 현재 수전해 전해조가 감당할 수 있는 출력이 부족하여, 원자력 수전해의 실현을 위해서는 기술 개발을 통해 전해조의 용량을 크게 늘려야 할 전망이다.

 

수전해&연료전지

[자료  4. 전해조&연료전지 전시물]

출처 : ⓒ27기 권준혁

두산퓨얼셀은 수소 벨류체인의 핵심 단계인 수소 생산과 활용을 담당하는 수전해 설비와 연료전지를 선보였다. 먼저 수전해 설비의 경우 유연한 부하 추종성이 장점으로 알려진 고분자전해질막(PEM) 전해조를 선보였다. PEM 전해조의 기본 개념은 버려지는 재생에너지를 활용해 수소를 생산하여 에너지를 저장&운송하는 것이다. 수소를 통한 잉여 재생에너지 저장은 배터리 방식에 비해 같은 질량에 더 많은 에너지를 저장할 수 있고, 수개월에서 수년에 이르는 장기간 저장이 가능해 계절 간 재생에너지 변동성에 대응할 수 있다는 장점이 있다. 하지만 우리나라는 애초에 재생에너비 발전 비중이 그렇게 높지 않기도 하고, 출력 제한이 발생하긴 하지만 수전해 설비의 높은 가동률을 보장할 만큼 많이 발생하지 않아 PEM 수전해는 아직 경제성이 충분하지 않다. 따라서 두산퓨얼셀의 PEM 전해조는 주로 해외 시장을 타겟으로 삼고 있다고 한다.

또한 두산퓨얼셀은 PCFC나 SOFC와 같은 발전용 연료전지를 개발 및 판매하고 있다. 친환경 연료인 수소를 활용한 연료전지는 ESG 공시, RE100, ETS, 탄소국경세 등으로부터 친환경 노력 이행을 요구받는 기업들이 부지 내에 설치하여 ESG를 달성하고 전기 요금을 절감할 수 있는 하나의 방안이다. 또한 데이터센터와 같이 정전에 민감한 시설의 비상 전원을 공급하는 용도로도 사용될 수 있다. 물론 비상 전원용 전기를 저장할 수 있는 다른 방식으로는 배터리형 ESS도 있지만, 수소 연료전지는 배터리형 ESS와 다르게 화재 위험으로부터 비교적 자유롭고 전기 에너지의 장시간 저장으로 인한 용량 감소 문제가 없다는 장점이 있다. 이처럼 수소연료전지는 AI 발전에 따른 비상 전원 장치에 대한 수요에 힘입어 미래의 유망한 발전원으로 자리잡을 전망이다.