굴뚝의 구조, 굴뚝 내부 유속 분포 등 정확한 측정 어려워
S형 피토관 이용해 굴뚝 내부 위치에 따른 유속 분포 측정
[데일리e뉴스= 전수영 기자] 한국표준과학연구원(KRISS)은 국내 산업·발전 현장의 온실가스 배출량을 정확히 측정하는 핵심기술을 개발했다고 11일 밝혔다.
KRISS 열유체표준그룹 강웅 책임연구팀은 국내 산업·발전 현장의 굴뚝에서 배출되는 온실가스 총량을 결정하는 중요 요소인 '배출유량'의 평가기술을 개발했다. 연구팀은 배출유량의 결정 요소 가운데 굴뚝 내 '유속'의 측정불확도가 가장 크다는 것을 국내 최초로 밝혀냈다. 이로써 깨끗한 대기 환경 개선, 온실가스 배출권거래제도의 신뢰성 향상 등이 기대된다.
현재 세계 각국은 온실가스 배출량 감소를 위해 다양한 노력을 기울이고 있다. 한국은 온실가스 배출량 세계 10위권으로 2015년부터 온실가스 배출권거래제를 시행하고 있다. 온실가스 배출량의 초과량 또는 감축량에 따라 천문학적인 금액이 오가고 있어 배출량 산정의 정확성과 공정성은 매우 중요하다.
온실가스 배출량 측정법은 계산법과 실측법 등 크게 두 가지로 나눌 수 있다. 계산법은 연료사용량과 배출계수를 이용한 이론적 방법이고 실측법인 연속측정방법은 온실가스의 배출농도와 유량을 직접 측정하는 실험적 방법으로 농도와 유량을 곱해 몇 킬로그램의 온실가스가 배출되는지 정확히 알 수 있다.
연속측정방법이 정확함에도 현장에서는 계산법이 주로 사용되고 있다. 배출농도 연구와 비교할 때 배출유량에 대한 연구가 많이 이뤄지지 않았기 때문이다. 배출유량은 굴뚝의 구조, 굴뚝 내부 유속분포 등 운영조건 등에 영향을 받아 정확한 측정이 매우 어렵다. 배출유량의 정확성은 굴뚝의 지름, 압력, 온도, 수분량 및 유속 등의 요인들을 얼마나 정확하게 측정했는지에 따라 결정된다.
그동안 굴뚝 배출유량은 5~10% 정도의 불확도로 예측돼 왔다. 불확도란 측정값을 얼마나 신뢰할 수 있는지에 대한 지표다. 어떤 변수의 불확도가 크다는 것은 측정할 때마다 오차가 커질 수 있다는 뜻이다. 측정 결과의 신뢰성을 높이려면 불확도를 낮춰야 한다. 현재까지는 굴뚝에서 측정한 실시간 측정 결과를 사용했기 때문에 배출유량 불확도 평가가 상세하기 이뤄진 적이 없다.
강웅 책임연구원팀은 유체·유동 표준분야 세계 순위권의 측정 기술력을 바탕으로 문제를 해결했다. 연구팀은 국내 발전소에서 주로 사용하는 S형 피토관을 이용해 굴뚝 내부 위치에 따른 유속 분포를 측정했다. 발전소 현장의 굴뚝원격감시체계의 실측자료를 이용, 국제표준화기구의 지침(ISO-GUM)에 근거해 확립한 유속측정 불확도 모델식을 통해 불확도 평가를 수행했다.
그 결과 국내 산업·발전 현장의 굴뚝 배출유량 측정 불확도는 3.8% 수준이며 가장 큰 불확도 요소는 굴뚝 내 유속측정 성분임을 최초로 밝혔다.
강웅 책임연구원은 "국가 온실가스 배출규제에 적극적인 미국, 중국의 표준기관과 공동연구를 진행 중"이라며 "현재 개발하고 있는 3차원 굴뚝 유속 측정기술과 굴뚝 배출가스 측정표준테스트베드 구축을 통해 온실가스 배출량 거래의 신뢰성과 공정성을 높이겠다"고 말했다.
이번 연구결과는 측정과학분야의 세계적 학술지인 '메트롤로지아(Metrologia - IF:3.447)에 온라인 게재됐다.
