가스터빈 마켓 및 연구 동향

2018.10.31.  KERC 멘토 신동혁

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가스터빈은 열역학 법칙을 통해서 알려진 특성, “엔진이 고온 혹은 고압에서 작동하게 되면 효율이 높아진다”라는 특징을 이용하고 있다. 이에 가스터빈에서는, 연료를 태우기 전에, 압축기를 이용하여 공기의 온도와 압력을 올린 후 연소를 시키고, 터빈을 이용하여 추력이나 전기를 발생시키는 구조를 가지고 있다. 따라서 이에 동반하는 높은 효율과 높은 출력 때문에 전기발전이나 비행기엔진에 많이 사용되고 있다.

현재 가스터빈의 세계 시장은 300억 달러 (약 한화 34조원)에 달하고 있고, 앞으로 계속 커져나갈 것으로 보인다. 가장 큰 요인으로는 가스터빈을 사용하는 전기 발전과 비행기엔진의 전망이 매우 좋기 때문이다.

전기발전에서 가스터빈은 주로 천연가스 발전소에서 사용되며, 이는 석탄이나 석유를 이용한 발전보다 2배 적은 온실가스를 방출한다. 지구온난화 방지정책에 따라서, 기존 석탄/석유 발전소들이 가스터빈을 이용하는 천연가스 발전소로 많이 변경되어가는 추세이며, 많은 전문가들은 앞으로 20년 동안 천연가스를 이용한 전기발전이 지속적으로 늘어날 것으로 보고 있다.

현대의 민간비행기 엔진은 대부분 가스터빈을 핵심기술로 사용하는 터보프롭이나 터보제트 엔진을 사용하고 있다. 항공여행은 점점 더 값싸지고, 대중화되어 가고 있다. 국제 항공 운송 협회는 비행승객이 20년 후에는 현재보다 2배로 많아질 것이라고 보고 있으며, 이에 따른 비행기 엔진 수요도 동시에 증가할 것으로 보인다.

최근 유럽에서 지원된 가스터빈 관련 대형 연구 과제를 보면, 대부분 연소불안정성에 관한 연구라는 것을 알 수 있다. 연소불안정성은 압력과 화학반응의 상호작용으로 인해 연소기내의 압력과 온도가 비정상적으로 올라가는 현상을 말한다. 많은 연구자들이 이에 관해 연구를 하고 있지만, 아직 설계 전에 연소불안정성을 예측하는데 많은 어려움을 겪고 있다. 현재 지원된 과제들은 기계 학습(Machine learning)이나 슈퍼컴퓨터 계산(supercomputing)을 통해 연소불안정성을 설계 단계에서 예측하려는 시도를 하고 있다.

우리나라도 현재 두산 중공업과 한화중공업이 각각 발전용 가스터빈과 비행기용 가스터빈을 개발 중에 있다. 앞으로 가스터빈의 수요가 계속 증가할 것으로 예측되고 있고, 그 중에 연소불안정성이 가장 큰 기술적 문제로 인식되고 있다. 두 기업들이 향후에 높은 효율에 오염물질을 적게 배출하면서 안정적인 가스터빈을 개발하게 된다면, 한국 경제에 큰 도움을 줄 수 있을 것이라 예상된다.

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