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더 리더

송영길 거나백 대표

“ORC m-CHP로 전세계 발전보일러시장 선점”
세계 최초 2kW급 ORC m-CHP 개발 성공
수십kW 중소형 ORC 폐열발전기 개발 집중
속초시 환경자원사업소에 170kW ORC 시공


ORC 전문기업으로 성장 중인 (주)거나백은 지난 2003년 영세한 국내 자동차 부품업체들의 수출을 돕기위해 설립됐다. 송영길 대표를 비롯해 회사 구성원들은 전공분야에 맞게 전기자동차 및 냉동탑차 등의 공조장치 개발에 많은 관심과 심혈을 기울여 왔다.


이런 와중에 송영길 대표는 지난 2009년 호주 g-TET사의 한국대표부를 맡으며 운명처럼 ORC(Organic Rankine Cycle: 유기랭킨사이클)을 만났다. 이때부터 사실상 거나백의 사업방향 및 운명이 바뀌었다.


송 대표는 “자체적으로 100kW급 ORC발전시스템을 구축해 그 가능성을 직접 체험했다”라며 “이후 중소기업청과 환경부의 기술개발 지원사업을 통해 세계 최초로 2kW급 ORC m-CHP 개발을 성공적으로 마쳤다”고 밝혔다.


거나백은 현재 하수 슬러지 건조 폐열로부터 20kW급 발전용량의 ORC발전시스템을 자체 개발해 시험 중에 있으며 ORC분야에 총 8종의 특허출원 및 등록을 완료했다.


‘보다 건강한 세상을 위하여’라는 슬로건을 내걸고 있는 송 대표는 “ORC발전시스템 국산화를 꾸준히 추진하고 있다”라며 “중대형 ORC시스템을 속초시에 설치해 쓰레기 소각열로부터 170kW를 발전하고 있으며 이중 약 130kW를 한전에 매전하고 있다”고 밝혔다.


속초시에서 ORC발전이 안정적으로 돌아가면서 쓰레기 소각장 및 하수 슬러치 처리장 등 몇 군데에서 낮은 등급의 폐열을 이용해 발전하는 ORC폐열발전설비 구축의사를 밝히고 있다고 송 대표는 설명했다.


ORC, 미래가치 높아
송 대표는 “폐열을 이용하기 때문에 환경문제가 전혀 야기되지 않는다”라며 “스팀을 이용할 경우 낮게는 0.5kg/㎠의 스팀압에서도 발전이 가능하기 때문에 ORC발전시스템에 대한 미래적 가치는 앞으로 더욱 높아질 것”이라고 강조했다.


ORC는 한마디로 냉동사이클을 거꾸로 돌리는 구조로 이뤄져 있다. 펌프에서 가압된 액체 상태의 작동유체는 증발기로 보내지고 증발기 내의 작동유체는 외부로부터 주어진 열에 의해 기화된다. 이때 작동유체를 기화시키는데 필요한 열에너지의 정도가 스팀에 비해 현저히 낮아도 되기 때문에 대부분의 경우 열원으로서 폐열을 이용하게 된다.


증발기 내에서 기화된 작동유체는 팽창기로 유입돼 팽창기를 회전시키고 팽창기와 연결된 발전기에 의해 발전하는 구조다. 팽창기를 빠져나온 작동유체는 온도와 압력이 많이 줄어들었지만 여전히 기체상태를 유지하게 된다. 이를 액화시키기 위해 응축기로 보내지게 되고 응축기에서 열교환을 통해 액화된 작동유체는 펌프에 의해 가압된 후 다시 증발기로 보내진다. 이때 응축기에서 작동유체의 열에너지를 흡수한 냉각수는 필요에 따라 온수 난방에 사용될 수 있어 완벽한 열병합시스템을 구성하게 된다.


발전효율은 열원부와 냉각부의 온도차에 따라 달라지며 R245fa를 냉매로 사용하는 경우 카르노 사이클 상으로는 27%까지 가능한 것으로 알려져 있다. 송 대표는 “무엇보다 중요한 것은 여타 발전시스템에서는 발전해 낼 수 없는 낮은 온도에서도 전기에너지를 만들어 낼 수 있다는 것”이라며 “지금까지 보고된 바에 의하면 85℃의 지열열원에서도 발전이 가능하다”고 밝혔다.


ORC m-CHP 양산 준비
거나백은 가정에서 전기와 온수, 난방을 해결할 수 있는 초소형 ORC열병합발전기(ORC m-CHP) ‘슈트라움(STRAUM)’을 개발했다. 슈트라움은 지난 2014년 6월부터 2016년 5월까지 중기청 지원 융복합기술개발사업으로 추진됐다. 지난 2월 기술개발 평가에서 ‘성공’으로 판명돼 양산 및 인증 등을 준비 중이다.


송 대표는 “개념 정립단계에서 제작된 1세대 시작품부터 제품 양산을 염두에 둔 5세대 시작품까지 수많은 개발과 수정을 거친 끝에 국내 최초로 2kW급 발전, 30kW 열공급이 가능한 ORC방식의 m-CHP가 마침내 탄생했다”라며 “현재로써는 양산성을 고려한 제품을 설계 중이며 시험이나 특수목적의 ORC m-CHP시장에 판매하고 있다”고 밝혔다.


개발된 ORC m-CHP는 호주의 한 기업과 수출을 타진하는 등 다양한 판로를 모색 중이다. 향후 양산체계가 갖춰지면 전용 보일러 및 팽창기 개발 등 ORC m-CHP를 위해 설계된 부품 채용을 통해 최종 소비자가격을 200만원 미만으로 공급할 수 있을 것으로 보고 있다.


다양한 폐열활용 ORC 개발
거나백이 심혈을 기울이고 있는 또 하나의 ORC 관련 분야는 수십kW급 발전이 가능한 중소형 ORC 폐열발전기다.


송 대표는 “공장에서 프로세스를 마치고 버려지는 스팀, 쓰레기 소각열로 생산된 스팀, 하수슬러지 건조열 등 우리 주변에는 아직도 많은 폐열들이 아무 의미없이 버려지고 있다”라며 “ORC 폐열발전기는 이렇게 버려지는 열에너지로부터 전기에너지를 생산해 낼 수 있다”고 밝혔다.


실제로 거나백은 환경부 산하 ‘유기성 폐자원 에너지화사업단’에서 주관하는 유기성 폐자원 에너지화 기술개발 사업에 한국종합기술과 함께 참여해 ‘스크롤 팽창기를 이용한 폐열회수 발전장치 개발’ 과제 중 세부과제를 수행하고 있으며 현재 시스템 구축을 마치고 시운전 중이다.


송 대표는 “이번 과제를 통해 제작된 ORC발전설비는 오창하수처리장에 설치돼 하수슬러지 건조열을 이용해 최대 20kW발전을 할 예정”이라며 “거나백의 최종목표는 ORC 전용터빈을 팽창기로 하는 ORC발전설비의 자체 설계 및 제작 국산화에 있다”고 강조했다. 거나백은 현재 터빈제어와 인버터제어 문제를 해결하고 있다.




170kW급 ORC, 국내 유통
송 대표는 “호주의 g-TET사가 제작한 170kW급 ORC발전설비를 국내 유통하는 역할도 수행하고 있다”고 밝혔다.


국내 최초로 속초시 환경자원사업소(이하 사업소)에 170kW ORC 폐열발전설비를 납품, 시공했으며 전기안전공사의 사용 전 검사를 필한 후 현재 안정적인 운전을 하고 있다. 속초시 환경자원사업소에 설치한 ORC발전설비는 총 생산전력 170kW 중 소내전력을 제외하고 평균 130kW의 전기를 한전에 매전하고 있다. 3만rpm으로 회전하는 터빈에서 발전된 전력은 인버터를 거쳐 최종 380V AC/60Hz로 변환돼 그리드로 송전된다.


사업소에 설치된 ORC 폐열발전설비는 쓰레기 소각열로 만들어진 7ton/hr의 스팀을 1차로 스팀터빈에서 최대 320kW를 발전하는데 사용하고 이 과정에서 나오는 약 0.5kg/㎠의 스팀 3.5ton/hr로 170kW를 발전한다.


송 대표는 “사업소에 설치된 ORC발전설비가 성공적으로 가동하기 시작한 후 이에 대한 문의가 쇄도하고 있다”고 강조했다.



세계 발전보일러시장 선점한다
거나백은 ORC시스템 중 초소형 ORC m-CHP를 통해 세계 발전보일러시장을 선점하는 계획을 갖고 있다.


송 대표는 “기존 m-CHP에 비해 월등히 저렴한 가격구조를 갖고 있는 ORC m-CHP는 경제성 평가에 있어서 타의 추종을 불허한다”라며 “여기에 양산 물량에 맞춰 보일러, 팽창기 등을 전용으로 개발해 탑재할 경우 그 파급 위력은 실로 클 것”이라고 강조했다.