당진화력 LNG 전환, 발전소가 호남으로 옮겨가는 이유

당진화력 5·6호기를 석탄에서 LNG로 전환하면서 대체 설비를 호남에 짓는다는 보도가 나왔다. 기사 본문은 확인하지 못했고, 제목의 사실만 전제로 쓴다. 제목만 보면 연료를 바꾸는 이야기로 읽힌다. 현장에서 보면 이번 당진화력 LNG 전환에서 중요한 것은 연료보다 설비가 들어설 위치다. 발전기 한 기의 입지는 전국 계통에서 전기가 흐르는 방향을 바꾼다.

배경: 왜 중요한가

당진화력은 10기, 약 6GW 규모로 국내 최대 석탄발전 단지에 속한다. 공개 자료 기준으로 1~8호기는 각 500MW급이고 9·10호기는 각 1,000MW급이다. 5·6호기는 2000년대 중반에 준공됐다. 전력수급기본계획은 설계수명 30년에 이른 석탄발전기를 폐지하고 그 용량을 LNG 복합으로 대체하는 방침을 유지해 왔다. 5·6호기는 2030년대 중반에 수명에 도달한다. 구체적인 폐지 연도와 대체 부지, 설비 규모는 공개된 자료로는 확인되지 않는다.

여기서 '전환'이라는 말은 오해를 부르기 쉽다. 석탄 보일러를 가스용으로 개조한다는 뜻이 아니다. 석탄 설비를 폐지하고, 그 발전사업 허가 용량을 근거로 가스터빈 복합발전소를 새로 짓는다는 뜻이다. 복합발전은 가스터빈 배기열로 증기터빈을 한 번 더 돌리는 방식이다. 보일러, 터빈, 연료 공급 계통을 모두 새로 구성하기 때문에 기존 부지에 지어야 할 기술적 이유가 없다. 대체 부지를 다른 지역에 잡는 일이 가능한 것은 이 때문이다.

그동안 대체 부지는 주로 수도권 인근이나 기존 발전단지에서 논의됐다. 호남이 거론된 것은 계통 여건이 바뀌었기 때문으로 보인다.

핵심: 일반 기사가 놓치는 지점

호남은 태양광 설비가 몰려 있어 봄·가을 낮에 공급이 남는 지역이다. 출력제어가 반복되고 있고, 계통 포화를 이유로 신규 발전설비 접속이 제한되는 변전소도 많다고 알려져 있다. 전기가 남는 지역에 발전소를 더 짓는 것은 모순으로 보인다. 그러나 이 지역에 부족한 것은 발전량(kWh)이 아니다. 계통을 안정적으로 유지하는 능력이 부족하다.

세부 포인트 1: 부족한 것은 전력량이 아니라 관성이다

태양광과 풍력은 인버터를 거쳐 계통에 연결된다. 석탄이나 가스 발전기는 수백 톤짜리 회전체가 계통 주파수 60Hz에 맞물려 돌아간다. 이 회전체는 발전기 한 대가 탈락했을 때 주파수가 떨어지는 속도를 늦춘다. 이것이 관성이다. 인버터 기반 설비는 기본적으로 관성을 제공하지 않는다. 인버터 비중이 높은 지역은 고장 시 주파수와 전압이 더 빨리 흔들리고, 전압 유지에 필요한 무효전력 공급원도 줄어든다.

LNG 복합을 호남에 두면 동기발전기가 계통에 물려 관성과 전압 지지력을 제공한다. 여기에 기동 속도의 이점이 더해진다. 공개적으로 알려진 범위에서 석탄 기력은 냉간 기동에 수 시간 이상 걸린다. 복합은 열간 기동 기준으로 대략 30분에서 1시간이면 계통에 병입한다. 해가 지면서 태양광 출력이 빠지는 저녁 시간대의 급한 수요 상승을 따라가려면 이 기동 속도가 필요하다.

그럼에도 어려운 점이 있다. 낮에는 태양광에 밀려 발전기를 꺼야 하고, 끄면 관성도 함께 사라진다. 관성이 가장 필요한 시간대는 태양광 출력이 최대인 낮이다. 이 시간에 가스 발전기를 최소출력으로 돌려 두면 출력제어량이 그만큼 늘어난다. 동기조상기(발전 없이 회전체만 돌려 관성과 무효전력을 공급하는 설비)나 그리드포밍 인버터와 역할을 어떻게 나눌지는 아직 정리되지 않은 문제다.

세부 포인트 2: 기동정지가 잦은 발전소의 경제성

LNG 복합은 최신 대형 가스터빈 기준으로 효율이 60% 초반(저위발열량 기준)이고, 석탄 초임계 설비는 40% 안팎으로 알려져 있다. 탄소 배출은 석탄이 MWh당 0.8~0.9tCO₂, 가스 복합이 0.35~0.4tCO₂ 수준이 통상적인 범위다. 이 숫자만 보면 전환의 명분은 충분하다.

문제는 이용률이다. 재생에너지 비중이 높은 지역의 가스 복합은 매일 기동과 정지를 반복하는 운전을 하게 된다. 연소기, 터빈 블레이드 같은 가스터빈 고온부품은 실제 운전시간에 기동 횟수를 가중해 환산한 등가운전시간(EOH)으로 수명을 관리한다. 기동이 잦으면 발전량이 적어도 정비 주기가 빨리 돌아온다. 그러면 판매 전력량은 줄고 정비비는 그대로이거나 늘어난다. 수익에서 에너지 정산금 비중이 줄고 용량요금과 보조서비스 보상 비중이 커진다.

연료 인프라도 봐야 한다. 가스터빈은 연료가스를 수 MPa의 고압으로 공급받아야 한다. 부지가 천연가스 주배관에서 멀면 공급관로 건설과 인허가가 공정을 좌우한다. 세계적으로 대형 가스터빈 수주가 몰려 납기가 길어졌다는 보도도 이어지고 있다. 이번 사업의 구체적인 납기는 공개된 자료로는 확인되지 않는다.

그래서 뭘 봐야 하나

첫째는 당진에 남는 송전 용량이다. 당진 일대는 345kV·765kV 송전선으로 수도권과 연결돼 있다. 석탄이 빠진 자리를 서해안 해상풍력이나 다른 전원이 쓰게 되면 송전선 신설 부담이 줄어든다. 폐지 설비의 접속 용량을 어떻게 재배분하느냐에 따라 후속 사업의 속도가 달라진다.

둘째는 호남 측 수요다. 지역 산단과 데이터센터 유치 논의가 실제 수요로 이어지면 가스 복합의 이용률 전제가 달라진다. 수요가 늘지 않으면 이 설비는 예비력 성격이 강해지고, 수익성은 용량시장과 보조서비스 제도 설계에 좌우된다.

셋째는 당진 지역의 문제다. 발전소 폐지는 지방세수와 협력업체 고용이 빠져나가는 것을 뜻한다. 대체 설비가 다른 지역에 지어지면 '정의로운 전환' 논의가 구체적인 보상과 대체 산업 문제로 바뀐다. 이 협의가 지연되면 전체 일정에 영향을 줄 수 있다.

수혜 업종을 특정하기는 이르다. 가스터빈 주기기, 배열회수보일러, 가스 배관, 계통안정화 설비 수요가 같은 방향으로 움직일 가능성은 있다. 다만 사업 규모와 일정이 확정되기 전에는 가정에 그친다.

당진화력 LNG 전환은 어떤 연료로 발전하느냐만큼 어디에 회전하는 발전기를 둘 것이냐를 묻는 사업이다. 호남이 선택된 것이 맞다면 그 설비는 전력을 많이 파는 발전소보다 계통 안정을 위해 대기하는 발전소에 가까울 것이다. 그 대기 비용을 누가, 어떤 제도로 지불할지가 이 계획이 실현될 수 있는지를 가른다.