천연가스산업 경쟁력 위해 기술개발·노하우로 승부

밸류체인 부문별로 30년 간 지속적 연구 매진
미래 먹거리 위한 중장기 심층 연구와 글로벌화 주력

지난 10여 년간 세계 에너지 시장의 판도를 뒤흔든 것은 셰일가스이며 이 셰일가스 개발을 가능하게 만든 것은 수평시추 및 수압파쇄 기술이다.  화학물질이 첨가된 대량의 물을 사용하면서 환경파괴 논란이 있지만 이것을 최대한 줄여 나가는 것도 역시 기술력이다.

작금의 에너지 산업에서 가장 큰 이슈 중 하나가 또 기후변화 협약이며 이에 따른 신재생 에너지의 확대사용과 단가를 낮추는데 필요한 것도 역시 기술개발이다. 특히 풍력과 태양력의 발전단가가 기술개발로 크게 낮아지고 있는 추세이다.

이런 식으로 에너지 자원의 가치 안에 기술이 차지하는 비중이 절대적이어서 큰 수익을 올리려면 많은 기술과 노하우를 가지고 있어야 한다. 한국가스공사는 초기부터 연구원을 설립하여 지난 30여 년간 지속적인 연구개발을 수행해 왔다.  설비운영기술에 치중하여 국내 천연가스 산업이 정상적인 궤도에 올라서는데 매우 중요한 역할을 한 동시에 기술을 보유하기 위한 노력에 주력하여 LNG탱크와 플랜트분야에 성과를 보이고 있고 지금은 국외의 메이저들까지 우리 기술에 관심을 가지게 되었다.

가스기술연구원의 5개 연구센터는 천연가스산업의 밸류체인 별로 분야를 구분하여 연구를 담당하고 있으며 센터별 연구 분야를 자세히 소개함으로써 기술정보를 공유하고 발전적 네트워킹을 촉구하고자 한다.

자원기술연구센터

천연가스 상류부문의 핵심기술 개발을 목표로 2006년부터 전통 유/가스자원 및 셰일가스, 석탄층 메탄가스 등 비전통 가스자원 확보개발 기술을 연구하고 있다. 연구원들은 지질, 탐사, 저류, 생산 공학 등 다양한 분야의 전공자들로 구성되어 있다.

이를 위해 중장기 개발 로드맵을 구성하고 가스전 생산시스템 설계, 유/가스전 평가 및 생산증진 기술개발, 셰일가스 개발 및 생산 기술개발, 석탄층 메탄가스 생산계획수립 기술개발 등의 다양한 기술개발 목표를 설정하였다.

현재까지 이라크 및 모잠비크 광구 등 전통가스 저류층에 대한 지속적인 연구를 통해 저류층 평가 및 생산성 분석/증진 기술을 축적하고 있다. 비전통가스 기술개발을 위해서는 셰일가스 과제를 통해 전 세계적으로 이슈가 되고 있는 셰일 저류층 특화기술 확보에 많은 노력을 기울였으며, 석탄층 메탄가스 연구를 통해 몽골, 인도네시아, 호주 등의 실증광구 대상으로 다양한 조건의 생산 최적화 기술을 확보하고 있다.

LNG기술연구센터 

초저온 분야의 기초연구를 기반으로 LNG 분석 및 물성, 기자재 개발 및 시험평가 기술 확립을 해왔고 2000년에 인천생산기지 내에 파일럿 LNG저장탱크를, 최근에는 독자 개발한 LNG액화플랜트(KSMR, Kogas Single Mixed Refrigerant) 테스트베드를 건설하여 운영 중에 있다. 이를 통하여 얻어진 기술과 노하우를 바탕으로 30여명의 연구원이 LNG 생산 및 운송과 관련된 기반기술연구 및 개발업무, 기술자문 업무를 수행하고 있으며, 개발된 기술의 상용화 연구에 박차를 가하고 있다. 주로 LNG산업의 핵심이 되는 LNG 액화플랜트 설계기술, LNG터미널 및 저장탱크 설계기술, LNG선 화물창(KC-1) 개발기술 등 실제 개발 프로젝트가 진행 중에 있다.

한국가스공사는 초기 해외기술을 수입하여 LNG 저장설비를 건설하고 1986년 최초 공급을 시작하였다. 해외 설계 기술을 기본으로 건설 시공 감리를 수행하고 LNG 탱크 운영에 따른 경험과 노하우를 축적하던 1996년에 ‘LNG저장탱크국산화 프로젝트’를 시작하였다. 9% Ni형 LNG 저장탱크와 멤브레인 탱크의 독자 개발을 목표로 하여 세계에서 세 번째로 두기종의 개발 및 상용화에 성공함으로써 완전한 기술적 자립을 이뤘다. 현재 가스공사는 총 72기의 탱크를 운영하고 있으며, 이중에서 자체 설계한 탱크는 총 39기이다. 태국 PTT 2기, 중국 장수 1기, 싱가폴 SLNG 3기 등의 해외 LNG저장탱크설계 실적도 보유하고 있다.

9% Ni형과 멤브레인형 모두 설계 가능한 회사는 전 세계에서 일본 1개사 (IHI사) 밖에 없는 고급기술이며, 특히 우리공사는 운영, 유지, 보수 그리고 시운전 등 LNG 인수기지의 기술에 대해 최고 수준의 기술과 실적을 보유하고 있다. 9% Ni 탱크는 2011년에 세계최초로 27만 kL 설계기술개발에 성공하여 건설비용을 절감하고 및 저장효율을 향상시켰으며 현재 삼척기지 #10~12탱크에 적용 건설 중에 있다.

2004년에는 LNG선 화물창 개발을 시작하였다. 이 개발에는 현대, 삼성 DSME의 조선3사가 같이 참여하였으며 한국가스공사가 개발한 멤브레인을 적용하였다. 2011년 한국형 LNG선 화물창 독자개발에 성공하였으며 이를 KC-1이라 명명하였다. KC-1 화물창의 실선 탑재를 위한 국제선급인증, 특허권을 확보하였으며 2014년 미국사빈패스 도입 국적선 2척에 실제 탑재가 결정됨에 따라 2017년 말 인도를 목표로 KC-1 화물창의 설계가 완료되었다.

2000년대 중반 이후부터는 천연가스 액화플랜트 핵심 기술인 천연가스 액화공정 개발을 주력 분야로 선정하여 지속적인 연구와 기술개발을 추진하여 왔다. 국토교통부의 LNG플랜트사업단 핵심2과제인 ‘고효율 LNG플랜트 공정기술개발’의 주관기관으로 가스공사는 KSMR의 특허 및 상표 등록을 마쳤다.  KSMR은 기존 외국의 상용화 공정에 비하여 공정이 단순하고, 운전이 용이하며, 생산 효율에 있어서도 경쟁력이 있는 우수한 공정으로 평가받고 있다.

해상에서 생산하는 FLNG(Floating LNG) 연구인 핵심4과제 ‘LNG-FPSO 공정 응용 기술개발’도 2011년 이후 주관기관으로 연구를 활발히 수행 중에 있다. 주요한 성과로는 연산 250만톤 규모의 LNG-FPSO FEED 패키지 개발을 들 수 있는데, 외부 업체들과 공동으로 최근 성공적으로 완성하였다.

국내 고압 가스배관을 운영하는 KOGAS는 배관건전성 관리 시스템을 구축하여 배관안전과 관련된 문제발생 소지를 사전에 차단함으로써 대형 사고를 예방하고, 배관 손상 발견 시 신속하고 체계적으로 대처하고 있다. 이를 위해 가스기술연구원은 가스배관 파괴거동 평가 및 손상원인 규명, 실배관 파열시험 및 유한요소해석을 통한 손상배관 건전성 평가 및 최적 보수절차서 개발 등의 연구를 수행하고 있다.

설비기술연구센터

이와 함께 부식 방지를 위한 전기방식 및 코팅관련 분야의 연구들도 수행하고 있다. 외면부식 직접평가기술, 전기방식 원격감시 시스템, 첨단 피복손상 및 전위측정 장비 및 용접부용 고품질 피복재를 적용하기 위한 절차와 피복재를 개발한 바 있다. 최근 들어 배관의 잔여수명 예측 기법을 개발하기도 하였고, 가스 에너지의 효율적인 사용을 위한 차세대 배관망 해석 시스템 등도 개발하였다.

가스시설에 대한 내진안전성 확보를 위해 최신의 평가기준을 적용하여 기존 시설물의 내진성능평가를 수행하고 이에 따른 성능보강 기술을 개발하고 있다. 또한 가스시설의 내진성능평가 표준을 개발하였으며 빠른 시간 내에 개별 시설물의 내진성능평가를 할 수 있도록 전용의 간략화 해석 S/W를 개발하여 현장에 적용하고 있다.

신에너지기술연구센터

신에너지기술연구센터에서는 수요개발과 미래에너지 분야에 대한 기술개발을 수행하고 있다. 특히 CNG버스 보급은 매우 효과가 커서 국내의 대기환경 개선에 큰 이바지를 하였다. 가스공사 미래 먹거리를 개발하는 이동형 수요개발 분야와 새로운 수요개발 분야 그리고 미래에너지인 수소분야에 치중하고 있다.

이동형 수요개발 분야에서는 CNG버스 보급뿐만 아니라 LNG 차량 보급을 위한 충전인프라와 LNG저장 용기 기술개발 등을 수행하고 있다.  LNG벙커링은 가스공사 뿐만 아니라 조선업계에서도 새로운 먹거리로 생각하여 적극적인 기술개발을 수행하고 있다. LNG벙커링은 LNG를 연료로 하는 선박에 LNG를 공급하는 것을 의미하는데 올해 부산항을 기점으로 하는 관공선에 대하여 LNG연료추진선박으로의 개조를 촉진하기 위한 연구가 진행되고 있으며 또한 LNG벙커링과 관련된 기자재 개발 연구에 적극 참여하고 있다. 이와는 별도로 향후 서해권에서 운항되고 있는 한중페리의 LNG 연료전환을 준비하기위해 LNG벙커링 충전 설비를 인천 또는 평택LNG터미널 내에 구축을 위한 연구가 진행되고 있다.

분산발전을 포함하는 새로운 수요개발 분야로서 천연가스 연소기술을 확보하기 위해 연소특성 및 진단 기법에 대한 기술개발을 수행하였으며, 내년에는 환경오염물질을 최소화하기 위한 초저 NOx 연소기와 미세먼지 저감 대책으로 석탄발전의 석탄-천연가스 혼소 발전에 대한 기술개발을 수행할 예정이다. 국지적인 분산 발전의 필요에 따라 건물용 연료전지 기술의 일부분인 1kW 및 5kW 연료처리장치 기술개발을 추진하고 있다.  20 kW급 삼중열발전 시험운전을 실시하였고 내년부터 50 kW급 상용화 과제를 계획하고 있다.

미래에너지인 수소에너지 파트는 그동안 수행한 합성가스 제조공정을 극대화하여 최고의 수소제조공정을 개발하는 것을 목표로 관련된 연구를 수행할 예정이다. 정부에서는 2050년까지 수소충전소 1,500개소를 설치목표로 하고 있는데, 250kg/day급의 설비기술개발 및 국산화가 추진될 것이다.

기술지원센터

기술지원센터에서는 천연가스 고압 배관망의 비파괴 검사(In-line Inspection), 상거래용 유량계 교정, 계측기 현장 교정 그리고 배관망 인입․인출 지점의 가스 품질 측정 서비스를 직접 수행하고 관련 연구를 수행하고 있다. 가스공사는 천연가스 도매와 배관망 관리를 주 업무로 하기 때문에 상거래량의 정밀․정확한 측정은 천연가스의 공급 초기부터 그 중요성이 부각되었고, 배관망의 비파괴 검사는 배관망을 묻은 지 20년이 경과하기 시작한 2000년대 초반부터 필요성이 제기되었다. 이러한 필요에 의해, 2001년에 계측기 국가교정기관(KOLAS)을 설립하여 전체 계량설비의 계측기 현장 교정을 수행하고 있으며, 2003년에는 천연가스 유량계 국가교정기관을 설립하고 현재까지 상거래용 천연가스 유량계를 교정하고 있다. 또한 고압 배관망의 결함을 검사하기 위해 비파괴 검사 장비인 인텔리전트 피그를 2009년에 상용화하여 매년 지하 배관의 내․외부 결함을 검사하고 있으며 2000 km의 수행실적을 가지고 있다.

현재는 폐루프에 가스를 채우고 압축기를 이용하여 흐름을 발생하는 방식의 초정밀 유량계 교정설비를 인천 인수기지에 건립 중에 있고, 비파괴 검사가 거의 불가능한 배관의 검사를 위해 로봇을 개발하고 있다. 폐루프 유량 교정설비의 교정 압력은 10—50 bar, 실유량은 10—24,000m³/h, 불확도는 0.20—0.24 %로서 세계 최고 수준으로 설계되었고 2017년 말 상용 운전을 목표로 하고 있으며 향후 국․내외 교정 사업을 위해 국제인증(국제도량형국 BIPM 등재)을 추진하고 있다. 배관 로봇은 2018년 개발 완료를 목표로 진행되고 있으며, 아울러 비파괴 검사의 국제 사업을 위해 현 인텔리전트 피그의 국제인증(API Q2)을 추진하고 있다.