대형증기터빈의 경우 국내에서는 두산중공업이 유일하게 생산, 상용화하고 있으나 중·소형 증기터빈의 경우 과거에는 경제성이 없어 제작 및 상용화 사례가 전무한 상태다. 또한 중·소형 증기터빈은 해외에서 제품을 도입, 공정용 등으로 일부 활용되고 있으나, 폐압을 활용하는 사례는 찾아보기 어려운 상황이다.
중대형의 경우 유럽 또는 일본산의 증기터빈을 수입해 설치했으며 2㎿급 이하 소형증기터빈의 경우 미국, 유럽, 일본, 인도, 중국 등이 개발해 상용화하고 있으며 향후 국내 에너지비용 상승에 따라 국내유입이 본격화 될 것으로 예상된다. 따라서 소형증기터빈의 국내제작 시 수입대체 효과 및 터빈제작기술과 관련된 기반기술의 축적 및 활용이 가능할 것으로 기대된다.
이에 남부발전과 (주)엑서지엔지니어링 등은 2010년까지 ‘발전폐압회수용 폐압터빈 국산화 개발’을 통해 폐압을 활용, 전력생산과 함께 에너지비용 절감 등의 효과를 기대하고 있다. 여기에다 중·소형터빈 제작을 통한 수입대체, 수입품 가격인하, 관련 기반기술개발 및 상용화로 인한 제조업 부문의 활성화까지 일석다조의 효과를 전망하고 있다. 또 사업장의 소비전력을 대체하거나 기존 한전송전망에 전력을 공급함으로써 분산형전원 역할도 수행이 가능할 것으로 보고 있다.

국내외 관련기술과 특허 현황
최근 일본에서 소형관류보일러를 대상으로 하는 발전시스템 기술 개발 중이 있으며 미국, 인도, 독일 및 일본 등을 중심으로 폐압을 활용한 소형 증기터빈이 상용으로 점차 확산되고 있으며, 기존에 활용되던 증기터빈을 적용해 활용하고 있다.
중·소형 증기터빈은 해외에서 제품을 도입, 공정용 등으로 일부 활용되고 있으나, 폐압을 활용하는 사례는 찾아보기 어려운 상황이다. 이렇다 보니 국내는 증기터빈 자체에 대한 특허는 전무하며, 터빈을 이용한 대용량 발전시스템 또는 증기터빈의 부품에 대한 것들이다.
현재 (주)엑서지엔지니어링에서 폐압회수에 대한 이론정립을 마무리하고 해외터빈을 수입해 화학공정, 발전소 및 소각로 등에 해외 소형 감압터빈을 적용하고 있다. 국내의 K석유화학의 경우 100㎾로부터 1200㎾까지 다양한 종류로 15대의 폐압터빈 설치가 진행 중이며, 연간 약 20억원의 전력생산이 가능할 것으로 보고 있다.

현재 폐압회수용 폐압터빈 국산화 개발과 관련된 특허는 실용신안특허로서 현재 (주)엑서지엔지니어링은 서부발전이 지난 2006년 ‘증기 감압계통 폐압회수용 전력 생산설비를 구비한 발전플랜트’로 보유한 실용신안에 공동 출원인으로 포함돼 있으며, 향후 등록될 특허에는 공동발명자로 등록될 예정이다.
GE, 도시바, 미쯔비시, 웨스팅하우스 등 터빈제작사들에 의한 대용량 터빈과 구성품들에 대한 특허들이 다수 존재하며, 소용량 폐압터빈에 대한 특허는 존재하지 않는다.

현재 국외에서는 폐증기를 발전용으로 활용하는 기술은 이미 개발돼 널리 활용되고 있으며 저질저압의 증기에 활용 가능한 새로운 형태의 폐압회수용 터빈이 개발돼 실용화하고 있는 반면 국내에서는 전문 기술력부재 및 정보부재로 인한 비상용화로 폐증기를 발전용으로 활용하는 기술은 전무한 상태다.
이에 (주)엑서지엔지니어링·남부발전·(주)티씨티 등이 주관기관으로 지난해 11월말부터 2010년 10월말까지 ‘발전폐압회수용 폐압터빈 국산화 개발’이 진행되고 있으며 한국기계연구원과 수원대 산학협력단이 위탁기관으로 참여하고 있다.

구체적으로 1,2차년도인 내년까지는 저압증기용 터빈 노즐 및 블레이드 설계기술과 저압 증기터빈의 성능해석방법 개발을 통해 소용량 증기터빈 설계기술을 개발할 예정이다. 이어 2010년에는 저압증기용 터빈 노즐, 블레이드 및 회전축제작 등 소용량 증기터빈 핵심부품을 제작하고 국산화율 95%이상, 설계수명 15년의 저압증기용 터빈발전기 국산화를 실현할 계획이다.

폐압 터빈 시장성은 얼마나
폐압 발생위치를 대상으로 전력을 생산하는 사업은 간이투자비 회수기간이 2년~4년 이내인 것으로 에너지절약사업 및 기후변화대응사업 등으로 투자가 상대적으로 수월한 편이다. 증기를 에너지로 사용하는 모든 발전플랜트 및 산업체에 적용이 가능해 시장의 활성화 또한 수월할 것으로 평가된다. 그러나 발전설비 및 증기터빈의 기술적 및 시장특성상 개발을 통해 제작기술을 확보하는 방법을 통한 후발업체의 시장진입은 매우 어려운 상황이다.
국내외 시장규모를 환산해보면 국내 산업용 보일러 현장설치기준인 약 2만여대, 수명교체기간 약 15년, 터빈 대당 예상 판매단가 약 3억원으로 가정해 2010년 기준으로 국내 시장은 약 300억원, 2020년 약 3000억원으로 추정된다. 세계시장 규모는 국내 시장 규모의 약 10배로 추정된다.

현재 엑서지엔지니어링에서 해외 제작사로부터 도입, 현장설치가 추진되고 있는 폐압회수설비사업의 연장선상에서 동일한 사업패턴에서 연구를 통해 개발되는 국산 폐압회수터빈을 사용, 발전소 및 다양한 산업체들에 대한 에너지절약시설공사, 에스코사업 및 CDM 사업 등과의 연계 속에서 폐압회수설비사업을 진행할 계획이다.

이번 사업항목은 현재까지 존재하지 않던 새로운 시장으로 단기간에 시장인지도를 높이기 위해 정부의 정책적인 연장선상인 에너지절약 및 기후변화협약과 연계하고, 에너지진단의무화 시책과 연동해 추진함으로써 효과를 극대화시킬 계획이다.
또한 국내에서 독자적으로 대량의 소형 폐압회수터빈을 제작할 수 있도록 단기간에 설비투자를 수행할 계획이다. 여기에다 국산 폐압회수터빈을 활용, 현재의 고가인 해외소형감압터빈을 대체하고, 국내에서 도입된 폐압회수 개념 홍보를 통한 선진해외시장 개척도 준비하고 있다.

추후 예상되는 파급효과는
우선 기술적 측면에서 발전 폐압을 터빈발전시스템의 최적 운영방안기술수준 제시하고 폐압을 위한 핵심 중소형증기터빈 제작기술개발로 국산화 95%이상 실현이 가능할 것으로 보고 있다. 여기에다 감속기, 터빈 및 발전기제어기술, 안전장치 등 주변기기 기술도 파급효과를 볼 수 있을 것으로 전망된다.
산업·경제적 측면에서는 전력생산을 통한 화석연료 대체로 국내 에너지 자립도 향상, 폐압 이용한 터빈발전시스템 장려에 따른 에너지 비용 최소화, 국내 폐압발생처에 적용 시 연간 수천억원의 에너지비용 절감, 제조산업 활성화 등을 기대하고 있다.

정책적인 측면에서는 사업장 소비전력 대체 및 송전망을 통한 전력 공급으로 분산전원역할도 가능하며 핵심 증기터빈 제작기술개발로 발전설비 기술의 자립도 구축할 수 있다.
폐압은 주로 발전플랜트 보조증기계통, 산업체 증기활용중인 모든 사업장 및 산업체 열병합 플랜트 증기계통, 기타 폐증기 배출처 등지에서 발생되며 발전폐압회수용 터빈의 국산화를 통해 폐압발생처에서 전력에너지로 전환하고 국산화율 95%이상 자체제작기술을 보유, 국내터빈제작업체에서 자체 생산이 가능케 될 전망이다.

발전폐압회수용 터빈 국산화에 그치지 않고 소형 감압밸브 대체용 초소용량 증기터빈발전기 표준화 및 대량생산 기술 개발, 가스폐압회수를 위한 터보익스팬더 국산화 기술개발을 진행하게 되며 폐압회수를 위한 증기터빈발전기 국산화기술을 자체 활용, 증기터빈 생산 공장도 가동될 전망이다.