LNG 기지 해수식 기화기의 해수 다단 공급식 공정의 경제성 분석 연구

Abstract

최근 가격대비 성능비, 편의성, 청정에너지라는 세 가지 이유로 인해 천연가스가 주목받고 있다. 매년 세계적인 교역량이 갱신되고 있으며, 국내 이용량 또한 증가하는 추세이다. 국내에서 사용중인 천연가스는 전량 수입하는 실상이며, 수입 방법으로는 배관 천연가스(PNG), 압축천연가스(CNG), 액화천연가스(LNG) 세 가지 방법이 있으나, 산지에서 국내까지 배관을 통해 수입할 수 있는 방법이 없어 압축 천연가스와 액화 천연가스 두 가지 방법으로 압축된다. 국내에서는 대부분 액화 천연가스 방식의 천연가스를 선박을 통해 수입하며, 해당 방법은 천연가스 대비 1/600 정도의 부피를 차지하여 수송비 절감이 가능하고, 액체상태의 천연가스를 기체상태로 상변환 하는 과정에서 냉동창고에서 활용 가능한 냉열이 발생하여 효율적인 사용이 가능하다. 여기서 사용되는 기화장치는 해수와 액화천연가스의 온도차를 이용한 해수식 기화기가 널리 사용되고 있으며, 해당 설비는 기화 비용이 적게 소요되나, 겨울철 낮은 해수 온도로 인해 기화 효율이 낮아지는 단점이 있어 겨울철에는 해수가열기, 수중 연소식 기화기 등을 사용하지만 해당 설비의 경우 해수식 기화기 대비 높은 운전비, 겨울 이외의 계절의 부식방지를 위한 유지관리비 등 상당히 많은 비용이 소비되고 있는 실상이다. 본 연구에서는 이러한 문제점을 파악하고 기존에 사용중인 1단 해수식 기화기와 새롭게 제시된 다단 해수식 기화기의 비교를 통해 절감되는 비용에 대한 비교분석을 진행하였다. 절감 비용 분석을 위하여 기존 사용중인 1단 해수식 기화기에서 사용중인 6m 길이의 전열관과 3m 길이의 2단 전열관의 전열해석을 통해 2단 해수식 기화기에서 1.8℃ 가량의 온도변화량 감소가 있었고, 이를 통하여 2.5℃이하의 수온에서도 0℃이상의 천연가스를 생산할 수 있는 것으로 해석되었다. 실제 2019년 인천 공급기지 연안의 하루 평균 바닷물 온도자료를 토대로 경제성 분석을 진행하였고, 기존 해수식 기화기의 경우 2018.12.18.부터 2019.03.04.까지 76간 수중 연소식 기화기를 사용해야 하는 것으로 나타났고, 동계 3개월간 액화천연가스 공급량은 500만 ton을 기준으로 하였고 이 때 수중 연소식 기화기에 공급량을 계산하였을 때 1,887,556 ton을 공급해야 하고, 이 때 발생하는 비용은 약 189억 원가량 발생하게 되고, 2단 해수식 기화기를 사용하였을 때 2.5℃이하에서 수중 연소식 기화기를 사용하게 되고 처리 유량은 634,619 ton이며, 약 63억 원가량의 금액이 발생하게 된다. 여기서 2단 해수식 기화기를 사용하였을 때 수중 연소식 기화기를 이용하는 금액에서만 연간 약 125억 원가량의 금액이 절감되는 것으로 나타났다. 설비비에서는 기존 1단 해수식 기화기에 수중 연소식 기화기를 설치하였을 때 1기당 70억 원으로 13대 설치 시 910억 원 가량의 금액이 필요하게 되고 2단 해수식 기화기에 필요한 해수 펌프 설치 시 1기당 10억 원가량이 소요되어 총 130억 원가량이 필요한 것으로 나타났다. 운전비와 시설비 이외에도 유지관리 비용을 더하게 되면 그 차이는 더욱 증가할 것이며, 상당한 에너지 절감으로 다가올 것이다.