미래산업을 이끌어갈 두 가지 축으로 강조되고 있는 ‘친환경’, ‘고효율’은 온실가스 저감으로 전 세계가 들썩이고 있는 현 시점에서 모든 기업들의 지향점이 되고 있다.

특히 지금까지 주력 에너지원으로 사용해 온 화석연료의 고갈에 대비하고 차세대 먹거리산업으로 떠오르는 신재생에너지분야를 선점하기 위한 경쟁이 치열하다.

그중 ORC(Organic Rankine Cycle) 발전기술분야에서 두각을 드러내고 있는 기업이 있다. 2013년 소각장 폐열을 이용해 1~2kW급 ORC 발전장치를 기술개발, 그간 해외에 뒤쳐졌던 가정용 ORC 발전기술의 국산화에 성공한 거나백이 그 주인공이다.

거나백(대표 송영길)은 전기자동차용 에어컨, 일체형 냉동기, 마이크로 히터 등 다양한 분야에서 고효율·친환경을 바탕으로한 제품을 선보여왔다.

거나백이 야심차게 추진하고 있는 ORC발전이란 산업체에서 버려지는 미활용열에너지를 회수해 전기에너지를 생산하기 위한 시스템으로 스팀보다 증발온도가 낮은 유기물질을 이용해 발전하는 시스템이다.

쓰레기 소각장뿐 아니라 제철, 제강, 시멘트, 제지, 섬유, 식품가공, 선박폐열 등 다양한 산업체 미활용에너지 재활용에 적용이 가능하며 미국, 유럽, 호주 등 선진국을 중심으로 널리 퍼지고 있다.

기본적으로 스팀발전 사이클과 유사하나 200℃ 이하의 저온성 열에너지로 유기성 작동유체를 가열해 발전한다. 해외 선진국에도 많은 사례가 있지만 국내에는 쓰레기소각장 폐열발전이 대표적이다. 일 80톤의 생활쓰레기가 소각되는데 보일러 상부 스팀발생기에는 205℃의 스팀 7t/h가 발생한다. 스팀터빈으로 유입된 스팀은 320kW의 전력을 발생하고 스팀터빈으로부터 108℃ 스팀 50%가 복수기로 보내져 냉각되는데 나머지 50%는 ORC발전시스템으로 보내 170kW의 전력을 생산하고 있다.

뛰어난 수익창출 모델

거나백은 2013년 ORC m-CHP 기본 특허를 시작으로 유지보수 및 축열조의 효과적인 제어, 순환펌프 보호기능, 유분리기를 구비한 가정용 열병합 발전 시스템 등 총 6건의 ORC특허를 출원하며 국내 시장을 선도하고 있다.

거나백이 개발한 2kW급 ORC m-CHP인 STRAUM은 현재 프로토 타입의 제작을 완료하고 시험·인증을 진행하고 있으며 호주시장 진출을 앞두고 있다. 열원으로 가스를 사용한다.

배가스를 이용하는 20kW ORC 발전기는 ‘유기성 폐자원 에너지화 기술개발사업단’의 지원으로 ‘스크롤 팽창기를 이용한 폐열회수 발전장치 개발’을 맡아 2kW×4 캐스케이드형으로 프로토타입 제작이 완료, 성능시험이 진행되고 있다.

현재 속초시 환경자원사업소에 설치가 완료된 200kW ORC 발전기는 스팀을 이용, 200kW×2 병렬향 레이디얼 인플로우터빈을 채용했으며 6월 중 검사완료 후 본격적인 가동이 시작된다.

열병합발전의 가장 큰 경쟁력은 생산된 전기를 팔아 수익을 올릴 수 있다는 점이다. 이를 이용해 투자비를 회수할 수 있어 경제성이 뛰어난 수익모델로 평가 받는다. 

500kW ORC 폐열발전기를 설치했을 때 투자회수기간은 약 3년으로 계산된다. 발전출력 500kW 중 판매가능 발전량 425kW를 연간 생산하면 339만1,500kW다. 연간 판매수익 3억523만5,000원에 REC 지원금 1억3,566만원을 더해 4억4,089만5,000원을 수익으로 거둬들일 수 있으며 ORC 발전시스템 구입가격 13억원을 회수하는 3년 후부터는 순이익으로 작용한다.