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밤에도 태양열로 전기 만든다?…태양열 발전소 진화 놀랍다?

"지구 온난화를 막고 화석연료 고갈에 대비하려면…"

"신재생 에너지가 대안인데…"
"무한한 태양에너지를 활용할 수 있다면…"
"태양에너지는 밤엔 취약해서…"
"앞으로 에너지에 관해 획기적으로 나아지겠네요."


 

최근 지구온난화 문제와 자원무기화로 인해 신재생에너지가 대안으로 부상하고 있습니다. 그 중에서도 태양에너지는 무한정 에너지를 얻을 수 있다는 점에서 인류의 에너지난을 해결할 수 있는 유력한 대안으로 떠오르고 있습니다. 하지만, 태양에너지의 단점은 낮에만 활용할 수 있다는 점입니다.

과연, 낮에만 활용 가능할까요. 태양에너지의 색다른 연구는 인류의 미래와 직결된다는 점에서 관심을 끌고 있습니다. 태양에너지에 관해서 살펴봤습니다.

 

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태양열 발전기 밤엔 돌릴 수 없을까?
'해가 져도 태양열 발전기는 돌아간다'.

인류에게 에너지는 문명의 발달과 더불어 절대적으로 필요한 존재가 되고 있습니다. 그 에너지를 화석연료에서 얻게 됨으로써 문명은 비약적으로 발달했지만 그 부작용으로 인한 환경오염으로 몸살을 앓고 있습니다. 또한 화석연료의 고갈이 새로운 과제로 부상하고 있습니다.

화석연료 고갈의 대안으로 떠오르고 있는 신재생에너지는 아직도 해결해야할 과제가 많아 생각보다 진척이 느립니다. 신재생 에너지 가운데 가장 많이 보급되고 효율 향상을 위한 연구도 활발한 것이 태양 에너지를 이용한 발전입니다. 하지만 태양 에너지는 해가 있는 동안만 이용할 수 있다는 근본적인 한계를 안고 있습니다.

24시간 태양에너지 이용한 발전 본격 가동?
인류 기술의 발전은 이러한 제약을 극복하기에 이르렀습니다. 태양에너지를 24시간 이용할 수 있는 기술이 개발돼 관심을 끌고 있습니다. 바로 용융염을 이용한 기술로 하루 24시간 내내 전기를 생산할 수 있는 태양열 발전소가 세계 최초로 가동에 들어갔습니다.



24시간 태양에너지 발전 어떻게?
스페인 남부의 알메이라에서 지난해말 가동에 들어간 제마솔라(Gemasolar) 발전소는 용융염 혼합물을 이용해 열 교환기로 열을 전달해 발전하는 세계 최초의 시스템입니다.

이 시스템의 원리는 어떻게 보면 간단해 보입니다. 지상에 넓게 설치한 반사장치는 낮 동안 태양열을 용융염 저장장치가 있는 발전소 중앙의 타워의 수신기로 집중하게 됩니다. 낮에 이뤄지는 태양열 발전과는 별개로 밤이 되면 낮동안 용융염 저장장치에 모인 열을 이용해 전기를 생산하는 방식입니다.

지상의 일광반사장치 2650개의 초점은 130m 높이의 타워 지붕에 설치한 수신기에 맞춰집니다. 수신기에서 발생하는 높은 열을 전달하는 매개체가 용융염(나트륨과 질산칼륨 혼합물)입니다.





오일 대신 용융염으로 열 저장?

태양열 발전 타워의 태양열 집광장치로 얻을 수 있는 온도는 50도에서 수백 도에 이릅니다. 기존의 집광형 태양열 발전 시스템은 타워의 수신기에 400도 안팎의 고온을 견디고 열을 흡수할 수 있는 유체로 오일을 이용했습니다. 수신기를 통과한 물은 오일에 흡수된 열에 의해 가열돼 증기가 되고 이를 이용해 전기를 생산하게 됩니다. 하지만 이때 수신기를 통해 직접 증기를 생산하므로 수집한 열을 저장할 수 없고 따라서 해가 지면 전기를 생산할 수 없었습니다.

제마솔라의 태양발전은 오일 대신 용융염을 사용해 이 같은 문제를 해결했습니다. 뜨거워진 용융염은 액화된 상태로 열을 필요로 할 때까지 저장할 수 있어 해가 진 뒤에도 15시간 동안 고압 증기를 만들어 전기를 생산할 수 있습니다. 사용후 냉각된 염은 낮에 태양에 의해 다시 가열됩니다.



더 높은 온도에서 가동해 효율 향상
제마솔라 발전소는 비슷한 형태의 집광형 태양 에너지 시스템보다도 더 높은 효율을 보여줍니다. 기존 집광형 태양열 발전장치는 거대한 위성안테나와 같은 모양의 집광장치가 태양 에너지를 포획해 대량의 열에너지를 생산합니다.

하지만 제마솔라 발전소는 일반적인 집광형 태양열 발전소보다 높은 500도 이상의 운영온도에 도달합니다. 이 같은 온도는 기존의 오일을 이용한 집광형 태양열 발전장치보다 훨씬 높은 온도입니다. 온도가 높을수록 열에너지는 더 효율적으로 전기로 전환될 수 있습니다.



여름철 가동시간 늘려 전력 수요 대비?
제마솔라 발전소는 19.9㎿ 규모로 하루 최대 350메가와트(㎿)의 전력을 생산할 수 있다고 합니다. 이는 매년 최대생산능력으로 6450시간 동안 발전소를 가동해 11만㎿h 이상을 생산할 것으로 예상됩니다. 특히 태양광의 수준이 최적에 달하는 여름에는 수신기의 운영온도를 높이고 가동시간도 늘려 효율을 최대로 높일 수 있습니다. 이를 통해 냉방에 필요한 전력 수요가 늘어나는 시기에 더 많은 전력을 공급할 수 있다고 합니다.




기술의 진화 인류의 과제 풀어주나?
최근의 연구결과는 인류의 해묵은 과제인 에너지난을 조금씩 풀어주고 있습니다. 하지만, 아직은 갈길이 멉니다. 왜냐하면 경제성이라는 암초와 돈문제가 걸림돌입니다.

신재생에너지가 자원고갈시대 이후의 대안은 맞지만 경제성아니 효율면에서 화석연료만큼 충분하지 못합니다. 또한 이들 기술의 진화를 위해서는 막대한 연구비가 해결돼야 합니다.

경제성과 돈문제가 걸림돌이기는 하지만 인류의 해묵은 과제인 대체에너지는 오늘도 조금씩 진화에 진화를 거듭하고 있습니다. 조만간 이런 단점들을 극복하고 오랜 인류의 숙제를 풀어주리라 믿습니다.


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