시멘트 산업은 대규모 에너지 소비와 온실가스 배출이 수반되는 대표적 에너지 다소비 산업으로, 생산공정 중 발생하는 폐열을 회수하여 유용한 에너지원으로 활용할 수 있다. 폐열을 이용한 발전은 시멘트 공장 전력 수요의 약 8~30 %를 대체할 수 있으며, 이를 통해 전력비 절감과 온실가스 감축이 가능하다. 국내 시멘트 산업에서는 폐열 회수를 위해 주로 증기랭킨사이클(SRC) 방식을 적용하고 있으나, 폐열의 온도 조건과 운전 특성을 고려할 때 효율 저하, 습증기 발생에 따른 터빈 손상 가능성, 수냉식 응축기 의존성 등의 한계가 존재한다. 이에 본 연구에서는 SRC와 유기랭킨사이클(ORC)의 기술적 특성 및 적용 가능성을 비교·분석하고, 해외 시멘트 산업에서의 ORC 적용 사례를 조사하였다. 또한 2단 ORC, Hybrid ORC, 초임계 ORC 등 ORC 고도화 기술의 특성과 한계를 함께 검토하였으며, 국내 시멘트 산업의 에너지 효율 향상 및 저탄소 전환을 위한 폐열 회수 시스템의 기술 개발 방향을 제시하고자 하였다.

저자 : 김나영, 김영진, 김태형, 조진상*