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폐열회수 보일러(HRSG) 시장 규모 및 점유율 분석 – 성장 동향 및 예측 (2026-2031)
# 시장 개요 및 주요 지표
폐열회수 보일러(Heat Recovery Steam Generator, HRSG) 시장은 2025년 15억 1천만 달러에서 2026년 15억 9천만 달러로 성장할 것으로 예상되며, 2026년부터 2031년까지 연평균 성장률(CAGR) 5.01%를 기록하며 2031년에는 20억 2천만 달러에 이를 것으로 전망됩니다. Mordor Intelligence의 분석에 따르면, 이 시장은 아시아 태평양 지역이 가장 빠르게 성장하고 가장 큰 시장 점유율을 차지하며, 시장 집중도는 중간 수준으로 평가됩니다.
이러한 시장 성장은 복합화력 가스터빈(CCGT) 발전소의 증가, 산업 배출 규제 강화, 그리고 발전 및 공정 산업에서 폐열을 회수하여 얻는 운영 비용 절감 효과에 힘입어 견고한 수요를 보이고 있습니다. 제조업체들은 신뢰성을 유지하면서도 빈번한 가동/정지가 가능한 유연하고 수소 혼소(hydrogen-ready) 설계에 중점을 두고 있습니다. 탄소 포집 기술이 적용 가능한 CCGT 발전소에 대한 투자 확대는 시장 기반을 넓히고 있으며, 모듈형 LNG, 정유, 데이터센터 마이크로 열병합 발전 프로젝트는 새로운 기회를 창출하고 있습니다. 고압 드럼, 핀 튜브 모듈, 숙련된 제작 인력 부족으로 인한 공급망 제약은 납기 지연을 야기하고 있으며, 이는 통합 제조 역량과 장기 서비스 프로그램을 갖춘 공급업체의 가치를 더욱 높이고 있습니다.
# 주요 보고서 요약
* 설계별: 수평형 드럼 HRSG가 2025년 시장 점유율의 58.12%를 차지했으며, 관류형(Once-Through) 기술은 2031년까지 연평균 6.46%로 가장 빠르게 성장할 것으로 예상됩니다.
* 최종 사용자별: 발전소가 2025년 시장 점유율의 60.72%를 차지했으나, 화학 및 비료 시설은 2026년부터 2031년까지 연평균 6.12%로 가장 높은 성장률을 기록할 것으로 전망됩니다.
* 지역별: 아시아 태평양 지역이 2025년 매출의 42.55%를 차지하며 시장을 선도했으며, 2031년까지 연평균 5.73%로 가장 빠른 성장을 보일 것으로 예측됩니다.
* 경쟁 구도: GE Vernova, Siemens Energy, Mitsubishi Power가 2024년 출하량의 45% 이상을 차지하며 중간 정도의 집중도를 나타냅니다.
# 글로벌 폐열회수 보일러 시장 동향 및 통찰력
시장 성장 동인 (Drivers)
1. 복합화력 가스터빈(CCGT) 용량 파이프라인 확장:
* 글로벌 개발사들은 2028년까지 미국에서 18.7 GW 이상의 새로운 CCGT 용량을 가동할 예정이며, 사우디아라비아, 카타르, 중국에서도 수 기가와트 규모의 프로젝트가 진행 중입니다.
* 프로젝트 스폰서들은 수소 혼소 터빈의 넓은 배기가스 온도 범위에 적합하고 탄소 포집 비용을 6% 절감하는 배기가스 재순환(EGR)을 통합한 HRSG를 요구하고 있습니다.
* 터빈 백로그가 2029년까지 연장되면서, 유틸리티 기업들은 조기 장비 주문을 하고 있으며, 이는 자체 모듈 제작 역량을 갖춘 공급업체에 경쟁 우위를 제공합니다.
* 강력한 파이프라인은 HRSG 시장에 다년간의 매출 가시성을 제공하지만, 터빈 가용성 및 자금 조달 이정표와 관련된 일정 위험은 여전히 존재합니다. 소유주들이 빠른 시동, 부분 부하 효율성, 고수소 연소 가스 환경에서의 재료 탄력성을 요구함에 따라 설계 복잡성이 증가하는 추세입니다.
2. 산업 배출량 감축 의무화:
* 미국 환경보호청(EPA)은 2032년까지 장기 가동 석탄 발전소 및 신규 기저부하 가스 발전소에 대해 90%의 CO₂ 감축을 의무화하여, 산업 단지들이 HRSG 기술을 중심으로 한 열병합 발전소를 개조하거나 건설하도록 유도하고 있습니다.
* BASF의 독일 160MW 히트펌프-증기 복합단지 사례는 유럽 화학 생산자들이 환경 규제를 에너지 효율 투자로 전환하는 방식을 보여줍니다.
* 넷제로(Net-zero) 경로를 추구하는 시설들은 공정 증기와 용매 기반 포집 장치 모두에 공급하는 3압 HRSG를 통합하고 있습니다. 화학 및 비료 운영자들은 아민 재생 부하와 호환되는 구성을 모색하여 생산량을 저해하지 않으면서 규정을 준수하고자 합니다.
3. 석유 및 가스, 화학 산업의 운영 비용 압박:
* 2025년 LNG 가격이 백만 BTU당 13달러에 근접할 것으로 예상되는 변동성은 정유 및 석유화학 공장의 마진을 압박하고 있습니다.
* 터빈-HRSG 열병합 발전 시스템을 설치하면 12 MWe 모듈당 연간 5백만 달러의 연료 절감 효과를 얻을 수 있으며, 연소 보일러 대비 최대 100%의 에너지 효율 개선을 달성합니다.
* 운영자들은 시장 피크 시 잉여 전력을 판매하여 비용 센터를 수익원으로 전환하기도 합니다. 유연성은 여전히 중요하며, 플랜트 관리자들은 드럼 수위 제약 없이 가변 증기 부하를 추적하는 관류형 HRSG를 선호합니다. 이러한 경제성은 특히 미국 걸프만 석유화학 회랑 및 중동 정유 허브에서 지속적인 개조 프로젝트 수주를 뒷받침합니다.
4. CO₂ 포집 통합으로 인한 저압 증기 수요 증가:
* 용융 탄산염 연료 전지와 HRSG를 결합한 탄소 포집 파일럿 프로젝트는 아민 시스템 대비 90%의 CO₂ 제거율을 보이면서 순 발전소 출력을 42% 증가시키는 것으로 나타났습니다.
* 포집 용매는 안정적인 저압 증기를 요구하며, 이는 다압 HRSG에 의해 자연스럽게 제공되어 보조 보일러를 대체합니다.
* 순차 연소 및 HRSG 폐열 회수를 활용하는 증기 메탄 개질(SMR) 복합단지는 공유 포집 시스템 내에서 수소와 전력을 생산하며 38.9%의 열효율을 달성할 수 있습니다. 알버타와 로테르담의 산업 클러스터는 CO₂ 파이프라인을 공유하여 규모의 경제를 증폭시키고, 2030년까지 HRSG 채택 곡선을 강화하고 있습니다.
5. 모듈형 LNG 플랜트의 소형 HRSG 채택:
* 카타르, 호주, 미국 걸프만 지역을 중심으로 모듈형 LNG 플랜트에서 소형 HRSG 채택이 증가하고 있습니다.
6. 데이터센터 마이크로 열병합 발전 도입:
* 북미와 유럽을 중심으로 데이터센터 마이크로 열병합 발전 시스템이 도입되고 있으며, 아시아 태평양 지역에서도 초기 채택이 이루어지고 있습니다.
시장 성장 제약 요인 (Restraints)
1. 높은 CAPEX 및 대안 대비 긴 회수 기간:
* 3압 HRSG를 갖춘 일반적인 CCGT는 개방형 사이클 발전소보다 MW당 25만 달러 더 비싸며, 낮은 용량 계수 그리드에서는 투자 회수 기간이 8~12년으로 길어집니다.
* 동남아시아 및 아프리카 개발사들은 더 높은 금융 스프레드에 직면하여, 효율성은 떨어지지만 저렴한 OCGT(개방형 가스터빈) 세트 쪽으로 조달을 기울이고 있습니다.
* 따라서 HRSG 시장의 성장은 용량 요금 또는 에너지 효율 인센티브를 제공하는 지역에서 유리하게 작용하는 경향이 있습니다.
2. 가스 가격 변동성으로 인한 CCGT 최종 투자 결정(FID) 위축:
* 지정학적 긴장으로 인한 상품 가격 변동은 가스 선물 곡선을 급격한 콘탱고(contango) 상태로 밀어 넣어, 상업용 CCGT 자산의 수익 모델을 불안정하게 만듭니다.
* 대출 기관은 부채 상환 보장 비율을 높이고, 독립 발전 사업자들은 최종 투자 결정을 연기하여 단기 HRSG 수주를 직접적으로 감소시킵니다.
3. 고수소 터빈 배기가스 환경에서의 재료 부식:
* 수소 혼소 터빈 배기가스 환경에서 재료 부식 문제가 발생할 수 있으며, 이는 수소 혼소 가능 설비에 영향을 미칩니다.
4. HRSG 제작 숙련 인력 부족:
* 전 세계적으로, 특히 주요 제조 허브에서 HRSG 제작에 필요한 숙련된 인력이 부족합니다.
# 세그먼트 분석
설계별: 관류형(Once-Through)의 유연성 확보
* 관류형 HRSG는 아직 소수이지만 2031년까지 연평균 6.46%로 성장할 것으로 예상되며, 2025년에는 드럼형 시스템이 매출의 58.12%를 차지했습니다.
* 수평형 드럼 HRSG는 기저부하 CCGT 블록에서 일관된 증기 순도와 입증된 내구성으로 지배적 위치를 유지합니다.
* 수직형 드럼 HRSG는 특히 정유 공장 내부와 같이 공간 제약이 있는 개조 현장에 적합합니다.
* 관류형 HRSG 시장 규모는 2026년 4억 9천만 달러에서 2031년 6억 7천만 달러로 증가할 것으로 예상되며, 30분 미만의 빠른 시동 시간으로 플랜트 운영자들이 피크 가격 창출에 유리합니다. 수소 혼소 시 염화물 유발 응력 부식에 대한 저항력이 높아 미래 연료 전환에 대한 헤지 역할을 합니다.
* 수평형 드럼 HRSG는 800MW를 초과하는 대규모 CCGT 프로젝트에서 익숙한 레이아웃과 규모의 경제로 인해 계속해서 시장의 큰 부분을 차지할 것입니다. OEM들은 3압 재열 시스템을 패키징하여 태국의 5,300MW M701JAC 클러스터에서 검증된 64% 이상의 순 효율을 달성합니다. 3D 프린팅된 저압 이코노마이저 핀 및 고급 T91 강철 헤더와 같은 개선 사항은 사이클링으로 인한 피로를 완화하여 서비스 간격을 연장합니다.
최종 사용자별: 화학 산업의 수요 견인
* 발전소는 2025년 출하량의 60.72%를 차지하며 9억 2천만 달러 규모를 형성했습니다. 반면, 화학 및 비료 시설은 2026년 2억 3천만 달러에서 2031년 3억 1천만 달러로 연평균 6.12%의 가장 높은 성장률을 기록할 것으로 예상됩니다.
* 화학 단지는 가스 비용 급등을 상쇄하고 강화되는 탄소 예산 규정을 준수하기 위해 열병합 발전 개조를 추진합니다. 암모니아 생산자들은 합성 가스 터빈에 단압 HRSG를 개조하여 증기 개질기 연료를 12% 절감합니다.
* 정유 공장은 노후화된 패키지 보일러를 전력과 55 bar 증기를 동시에 생산하는 터빈-HRSG 시스템으로 교체하며 안정적인 수요 기반을 유지합니다.
* 데이터센터 운영자들은 스코프 2(Scope 2) 배출량을 줄이고 흡수식 냉각기를 위한 저급 열을 회수하기 위해 5-10 MWe 마이크로 열병합 발전 스키드를 모색하고 있습니다.
* 금속, 펄프 및 제지 부문을 포함한 다른 산업 사용자들은 바이오매스 하이브리드 시스템 내에서 HRSG를 활용하여 공정 배기가스를 수익화합니다. 인도 제철소들은 코크스 오븐 가스 터빈에 HRSG를 통합하여 내부 전력 자급률을 25% 달성합니다.
# 지역 분석
* 아시아 태평양: 2025년 전 세계 매출의 42.55%를 차지했으며, 2031년까지 연평균 5.73%로 2억 2천만 달러의 추가 매출을 창출할 것으로 예상됩니다. 중국, 인도, 베트남, 태국에서의 다 기가와트 규모 CCGT 확장이 이를 뒷받침합니다. 중국의 후이저우(Huizhou) 수소 혼소 가능 CHP 블록은 50% 수소 연소를 위한 자산의 미래 대비 방안을 보여주며, 고급 핀 튜브 합금을 사용한 관류형 HRSG를 포함합니다.
* 북미: 교체 주기와 배출 기준을 활용하여 수요를 유지합니다. EPA의 90% CO₂ 규정은 석탄 발전소를 용매 재생 교환기를 위한 예비 패드를 포함하는 CCGT-HRSG 블록으로 전환하는 것을 가속화합니다. 미국 걸프만 정유 공장들은 LNG 가격 변동성과 탄소 가격 제안에 대비하기 위해 항공기 파생 터빈에 관류형 HRSG를 채택하고 있습니다.
* 유럽: 고효율, 수소 혼소 가능 HRSG를 통해 탈탄소화를 추구합니다. 독일의 석탄 발전 단계적 폐지는 유틸리티 기업들이 탄소 포집 준비를 위한 배기가스 재순환 시스템을 갖춘 3압 재열 시스템을 주문하도록 유도합니다.
* 중동: 비전 2030(Vision 2030) 및 산업 다각화와 연계된 주문이 가속화되고 있습니다. 사우디아라비아의 7.2 GW CCGT 파이프라인은 용매 재생을 수용하기 위해 46 bar 저압 증기 등급의 탄소 포집 가능 HRSG를 명시하고 있습니다. 카타르의 노스 필드(North Field) LNG 확장은 모듈형 통합을 극대화하기 위해 항공기 파생 터빈에 소형 HRSG를 채택합니다.
* 남미 및 아프리카: 초기 단계이지만 유망한 시장입니다. 브라질은 태양광 및 풍력 발전을 보완하기 위해 가스 화력 발전 용량을 입찰하고 있으며, 나이지리아와 모잠비크는 산업 단지를 위한 소형 CCGT 패키지를 평가하고 있으나 자금 조달 문제가 지속되고 있습니다.
# 경쟁 환경
HRSG 시장 집중도는 중간 수준입니다. GE Vernova, Siemens Energy, Mitsubishi Power는 2024년 출하량의 45% 이상을 차지하며, 완전한 터빈-스택 포트폴리오와 번들 장기 서비스 계약을 활용합니다. 이들 대기업은 디지털 성능 스위트, 수소 혼소 기술, 탄소 포집 보조 장치 통합 경험을 통해 차별화합니다. GE Vernova의 6억 달러 규모 미국 공장 업그레이드는 2026년까지 중형 터빈 생산량을 연간 70-80대로 늘려 자체 HRSG 페어링 분야에서 입지를 강화할 것입니다.
BHI 및 Babcock & Wilcox와 같은 2티어 제작업체들은 특히 현지 콘텐츠 할당량이 적용되는 지역 턴키 계약에서 점유율을 확보하고 있습니다. BHI의 670억 원 규모 후지전기(Fuji Electric) 파트너십은 일본에서의 입지를 확장하여 2031년까지 백로그를 확보하고 있습니다.
고압 핀 튜브 모듈의 공급 부족과 제한된 ASME S-스탬프 작업장으로 인해 진입 장벽이 높습니다. 일부 유틸리티 기업들은 몇 년 전에 제작 슬롯을 예약하여 후발 주자들을 효과적으로 차단하고 공급업체 통합을 장려하고 있습니다. 전략적 움직임은 점점 더 연료 유연성에 중점을 둡니다. 공급업체들은 100% 수소 버너 및 암모니아 분해 인서트를 시험하며 2030년 이후의 탈탄소화 의무에 대비하고 있습니다. 모듈형 스키드 설계는 LNG 트레인 및 데이터센터 열병합 발전을 목표로 하며, 여기서는 설치 공간과 빠른 납기가 다압 시스템의 복잡성보다 중요합니다.
# 주요 산업 리더
* General Electric (GE Vernova)
* Siemens Energy AG
* Mitsubishi Power
* Thermax Ltd.
* Nooter/Eriksen
# 최근 산업 동향
* 2025년 4월: Duke Energy와 GE Vernova는 최대 11개의 미국산 7HA 터빈 조달에 합의하며 GE Vernova의 6억 달러 국내 제조 확장을 뒷받침했습니다.
* 2025년 4월: BHI는 홋카이도 전력의 이시카리만 발전소에 대한 670억 원 규모의 HRSG 계약을 확보하여 2031년 3월까지 납품을 연장했습니다.
* 2025년 1월: GE Vernova 9HA 터빈이 YTL PowerSeraya의 600MW 수소 혼소 가능 싱가포르 발전소에 선정되었으며, 여기에는 3압 재열 HRSG가 포함됩니다.
* 2024년 10월: Mitsubishi Power는 태국에서 8개의 M701JAC 유닛과 64% 효율을 달성하는 HRSG를 갖춘 5,300MW 천연가스 발전소 건설을 완료했습니다.
본 보고서는 열회수 증기 발생기(HRSG) 시장에 대한 포괄적인 분석을 제공합니다. 시장은 2026년 15.9억 달러 규모에서 2031년까지 20.2억 달러로 성장할 것으로 전망됩니다.
주요 성장 동력으로는 복합화력발전(CCGT) 용량 확대, 산업 배출가스 감축 의무 강화, 석유 및 가스/화학 산업의 운영 비용 압박, 이산화탄소 포집 기술 통합에 따른 저압 증기 수요 증가, 모듈형 LNG 플랜트의 소형 HRSG 채택, 데이터센터 마이크로 열병합 발전 시스템 구축 등이 있습니다. 특히 이산화탄소 포집 공정은 다량의 저압 증기를 필요로 하므로 다중 압력 HRSG의 수요를 확대하여 장기적인 시장 성장을 견인할 것으로 예상됩니다.
반면, 높은 초기 투자 비용(CAPEX)과 긴 회수 기간, 천연가스 가격 변동성으로 인한 CCGT 최종 투자 결정(FID) 지연, 고수소 터빈 배기가스 환경에서의 재료 부식 문제, 숙련된 HRSG 제작 인력 부족 등은 시장 성장을 저해하는 요인으로 작용합니다.
HRSG 설계 유형별로는 수평 드럼형, 수직 드럼형, 관류형(Once-Through)이 있으며, 특히 관류형 HRSG는 빠른 시동 능력과 수소 연료 대응 준비성 덕분에 연평균 6.46%로 가장 빠르게 성장할 것으로 예상됩니다.
최종 사용자 산업은 발전소, 석유 및 가스 시설, 화학 및 비료 플랜트, 금속 및 광업, 펄프 및 제지, 기타 산업 부문으로 나뉩니다. 화학 및 비료 플랜트에서는 엄격한 배출 규제와 에너지 비용 압박으로 인해 연료 사용 및 CO2 배출량 절감을 위한 HRSG 기반 열병합 시스템 도입이 증가하고 있습니다.
지역별로는 아시아-태평양 지역이 2025년 기준 42.55%의 매출 점유율로 시장을 선도하며, 2031년까지 5.73%의 가장 빠른 연평균 성장률을 기록할 것으로 전망됩니다.
경쟁 환경에서는 GE Vernova, Siemens Energy, Mitsubishi Power가 글로벌 출하량의 45% 이상을 차지하는 주요 업체로, 통합 터빈-스택 솔루션 및 장기 서비스 계약을 통해 시장 지위를 강화하고 있습니다. 이 외에도 Thermax Ltd., Nooter/Eriksen, Doosan Enerbility, CMI Energy 등 다수의 기업이 경쟁에 참여하고 있습니다.
본 보고서는 시장의 주요 동인과 제약 요인, 설계 유형별 및 최종 사용자별 시장 세분화, 지역별 시장 분석, 그리고 주요 경쟁사들의 전략적 움직임과 시장 점유율을 상세히 다루며, HRSG 시장의 미래 기회와 전망을 제시합니다.
1. 서론
- 1.1 연구 가정 및 시장 정의
- 1.2 연구 범위
2. 연구 방법론
3. 요약
4. 시장 환경
- 4.1 시장 개요
- 4.2 시장 동인
- 4.2.1 CCGT 용량 파이프라인 확장
- 4.2.2 산업 배출량 감축 의무
- 4.2.3 O&G 및 화학 산업의 운영 비용 압박
- 4.2.4 CO? 포집 통합으로 저압 증기 수요 증가
- 4.2.5 소형 HRSG를 채택하는 모듈형 LNG 플랜트
- 4.2.6 데이터 센터 마이크로 열병합 발전 배치
- 4.3 시장 제약
- 4.3.1 높은 CAPEX 및 대안 대비 긴 회수 기간
- 4.3.2 가스 가격 변동성으로 인한 CCGT 최종 투자 결정 위축
- 4.3.3 고수소 터빈 배기 가스 하에서의 재료 부식
- 4.3.4 숙련된 HRSG 제작 역량 부족
- 4.4 공급망 분석
- 4.5 규제 환경
- 4.6 기술 전망
- 4.7 포터의 5가지 경쟁 요인
- 4.7.1 공급업체의 교섭력
- 4.7.2 구매자의 교섭력
- 4.7.3 신규 진입자의 위협
- 4.7.4 대체재의 위협
- 4.7.5 경쟁 강도
5. 시장 규모 및 성장 예측
- 5.1 설계별
- 5.1.1 수평 드럼 HRSG
- 5.1.2 수직 드럼 HRSG
- 5.1.3 관류형 HRSG
- 5.2 최종 사용자별
- 5.2.1 발전소
- 5.2.2 석유 및 가스 시설
- 5.2.3 화학 및 비료 공장
- 5.2.4 금속 및 광업
- 5.2.5 펄프 및 제지
- 5.2.6 기타 산업 사용자
- 5.3 지역별
- 5.3.1 북미
- 5.3.1.1 미국
- 5.3.1.2 캐나다
- 5.3.1.3 멕시코
- 5.3.2 유럽
- 5.3.2.1 독일
- 5.3.2.2 영국
- 5.3.2.3 프랑스
- 5.3.2.4 이탈리아
- 5.3.2.5 북유럽 국가
- 5.3.2.6 러시아
- 5.3.2.7 기타 유럽
- 5.3.3 아시아 태평양
- 5.3.3.1 중국
- 5.3.3.2 인도
- 5.3.3.3 일본
- 5.3.3.4 대한민국
- 5.3.3.5 아세안 국가
- 5.3.3.6 기타 아시아 태평양
- 5.3.4 남미
- 5.3.4.1 브라질
- 5.3.4.2 아르헨티나
- 5.3.4.3 기타 남미
- 5.3.5 중동 및 아프리카
- 5.3.5.1 사우디아라비아
- 5.3.5.2 아랍에미리트
- 5.3.5.3 남아프리카 공화국
- 5.3.5.4 기타 중동 및 아프리카
6. 경쟁 환경
- 6.1 시장 집중도
- 6.2 전략적 움직임 (M&A, 파트너십, PPA)
- 6.3 시장 점유율 분석 (주요 기업의 시장 순위/점유율)
- 6.4 기업 프로필 (글로벌 개요, 시장 개요, 핵심 부문, 재무 정보(가능한 경우), 전략 정보, 제품 및 서비스, 최근 개발 포함)
- 6.4.1 제너럴 일렉트릭 (GE Vernova)
- 6.4.2 지멘스 에너지 AG
- 6.4.3 미쓰비시 파워 (MHI 그룹)
- 6.4.4 써맥스 Ltd.
- 6.4.5 누터/에릭슨
- 6.4.6 두산에너빌리티
- 6.4.7 CMI 에너지
- 6.4.8 바브콕 앤 윌콕스 엔터프라이즈
- 6.4.9 NEM 에너지 (존 코커릴)
- 6.4.10 하얼빈 보일러 Co.
- 6.4.11 BHI Co., Ltd.
- 6.4.12 켈비온 홀딩 GmbH
- 6.4.13 알파 라발 AB
- 6.4.14 AC 보일러스 S.p.A.
- 6.4.15 소핀터 S.p.A.
- 6.4.16 보그트 파워 인터내셔널
- 6.4.17 스트러더스 에너지 & 파워
- 6.4.18 CMU 에너지 솔루션즈
- 6.4.19 메르센 S.A.
- 6.4.20 HTC 테크놀로지스
7. 시장 기회 및 미래 전망
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열회수 증기 발생기(HRSG: Heat Recovery Steam Generator)는 고온의 배기가스나 산업 공정에서 발생하는 폐열로부터 열을 회수하여 증기를 생산하는 장치입니다. 주로 가스 터빈의 배기가스, 소각로, 제철소, 화학 공장 등에서 발생하는 고온의 폐열을 열원으로 활용하며, 회수된 열에너지를 통해 물을 가열하여 증기를 발생시킵니다. 이 증기는 전력 생산을 위한 증기 터빈 구동, 산업 공정용 열원, 또는 지역 난방 등에 사용되어 에너지 효율을 극대화하고 연료 소비를 절감하며 온실가스 배출을 저감하는 핵심적인 역할을 수행합니다. HRSG는 크게 절탄기(Economizer), 증발기(Evaporator), 과열기(Superheater) 등의 열교환부와 증기 드럼 등으로 구성되어 열교환 효율을 최적화하도록 설계됩니다.
열회수 증기 발생기는 다양한 기준에 따라 분류될 수 있습니다. 첫째, 배기가스의 흐름 방향에 따라 수평형(Horizontal Type)과 수직형(Vertical Type)으로 나뉩니다. 수평형은 배기가스가 수평으로 흐르며 증기 발생 튜브가 수직으로 배열되는 형태이고, 수직형은 배기가스가 수직으로 흐르며 튜브가 수평으로 배열되는 형태입니다. 둘째, 증기 압력 수준에 따라 단압형(Single Pressure), 2압형(Dual Pressure), 3압형(Triple Pressure) 등으로 구분됩니다. 다압형 HRSG는 서로 다른 압력과 온도의 증기를 생산하여 증기 터빈의 효율을 높이는 데 기여하며, 특히 복합화력발전소에서 널리 사용됩니다. 셋째, 보조 연소 장치 유무에 따라 무연소형(Unfired)과 보조연소형(Fired)으로 분류됩니다. 보조연소형은 필요에 따라 추가 연료를 연소하여 증기 생산량이나 온도를 조절할 수 있어 유연한 운전이 가능합니다.
열회수 증기 발생기의 주요 용도는 복합화력발전소(Combined Cycle Power Plant)입니다. 가스 터빈에서 배출되는 고온의 배기가스를 HRSG로 유입시켜 증기를 생산하고, 이 증기로 증기 터빈을 구동하여 추가적인 전력을 생산함으로써 발전 효율을 획기적으로 향상시킵니다. 또한, 열병합발전(Cogeneration) 시스템에서 전력과 함께 산업 공정용 증기나 지역 난방용 열원을 동시에 공급하는 데 활용됩니다. 철강, 석유화학, 시멘트, 유리 등 다양한 산업 공정에서 발생하는 고온의 폐열을 회수하여 공정용 증기나 전력을 생산하는 산업 폐열 회수 시스템에도 필수적으로 적용됩니다. 이 외에도 선박 엔진의 폐열을 회수하여 에너지 효율을 높이는 등 광범위한 분야에서 에너지 절감과 환경 보호에 기여하고 있습니다.
열회수 증기 발생기는 단독으로 운용되기보다는 다양한 관련 기술들과 유기적으로 결합되어 최적의 성능을 발휘합니다. 주요 관련 기술로는 HRSG에 고온 배기가스를 공급하는 가스 터빈, HRSG에서 생산된 증기를 이용하여 전력을 생산하는 증기 터빈이 있습니다. 또한, HRSG 내부의 스케일 및 부식 방지를 위한 보일러 급수 처리 시스템, 질소산화물(NOx) 배출 저감을 위한 선택적 촉매 환원(SCR) 장치, 그리고 HRSG의 안정적이고 효율적인 운전을 위한 분산 제어 시스템(DCS)이나 프로그래머블 로직 컨트롤러(PLC) 등의 제어 기술이 중요합니다. 고온 환경에 견디는 내열 합금 소재 기술과 열교환 효율을 극대화하기 위한 유동 해석(CFD) 기술 또한 HRSG 성능 향상에 필수적이며, 디지털 트윈 기술을 활용한 설계 및 운영 최적화도 활발히 연구되고 있습니다.
열회수 증기 발생기 시장은 전 세계적인 에너지 효율 향상 요구, 환경 규제 강화, 그리고 천연가스 발전의 확대에 힘입어 지속적인 성장을 보이고 있습니다. 특히, 온실가스 배출 저감 목표 달성을 위한 노력과 함께 복합화력발전소의 건설 및 노후 발전소의 현대화가 활발히 진행되면서 HRSG 수요가 증가하고 있습니다. 산업 부문에서는 에너지 비용 절감과 탄소 배출량 감축을 위해 폐열 회수 시스템 도입이 확대되고 있으며, 이는 HRSG 시장 성장의 또 다른 동력으로 작용하고 있습니다. 주요 시장 참여자들은 고효율, 고유연성, 그리고 친환경적인 HRSG 솔루션 개발에 집중하고 있으며, 모듈화 및 디지털 트윈 기술 적용을 통해 설치 용이성과 운영 효율성을 높이는 추세입니다. 또한, 발전소의 유연 운전 요구에 맞춰 빠른 기동 및 부하 추종이 가능한 HRSG 기술 개발이 중요하게 다루어지고 있습니다.
열회수 증기 발생기의 미래는 에너지 전환과 탈탄소화라는 거대한 흐름 속에서 더욱 중요성이 부각될 것으로 전망됩니다. 첫째, 재생에너지 발전의 간헐성을 보완하기 위한 유연성 높은 발전원의 필요성이 증대됨에 따라, 빠른 기동 및 부하 추종이 가능한 HRSG 기술 개발이 가속화될 것입니다. 둘째, 수소 경제로의 전환이 이루어지면서 수소 혼소 또는 전소 가스 터빈의 배기가스를 활용하는 HRSG 기술이 새롭게 부상할 수 있습니다. 셋째, 탄소 포집, 활용 및 저장(CCUS) 기술과의 통합을 통해 더욱 친환경적인 발전 시스템의 핵심 구성 요소로 자리매김할 것입니다. 넷째, 인공지능(AI) 및 빅데이터 기반의 스마트 운영 및 예측 유지보수 기술이 HRSG에 적용되어 운영 효율성과 안정성이 더욱 향상될 것으로 기대됩니다. 고온, 고압 환경에 적합한 신소재 개발 또한 HRSG의 성능 한계를 확장하는 데 기여하며, 이는 미래 에너지 시스템의 효율성과 지속가능성을 높이는 데 결정적인 역할을 할 것입니다.