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태양열 고집광을 이용한 태양열발전이 실증연구에 이어 이달부터 한동대 등 3개지역에 국내 최초로 시범보급될 예정이어서 관심을 모으고 있다.
에너지관리공단 신재생에너지센터(소장 이성호)는 Dish형 10kw급 태양열발전시스템을 대구광역시 달서구 소재 대구공업대, 경북 경산시 경북테크노파크, 경북 포항시 북구 흥해읍 남송리 소재 한동대 파워플랜트 옥상에 설치토록 개당 3억4,000만원을 정부지원 R&D 결과 활용조건으로 지원하며 참여업체는 지엔씨테크롤러지(대표 김춘열)다.
이번 시범보급사업은 에너지기술연구원의 강용혁 박사팀이 지난 2004년까지 3년간 경남 진해시 덕산동 소재 하수종말처리장 내 환경과학공원에 10KW급 Dish형 태양열발전시스템을 설치해 실증연구를 성공적으로 마친바 있다.
이 시스템은 얇은 원형유리반사판에 태양열을 약 700~800도까지 집광, 스터링엔진을 가열시켜 공기 또는 수소, 헬륨을 이용해 팽창되어진 압력을 회전운동을 바꾸어 발전기를 돌려 전기를 얻는 시스템으로 지지대, 반사경, 콘센트랙터, 스터링엔진 등으로 이뤄져 있다.
미국의 캘리포니아 지역은 9개의 태양열발전소가 운영 중에 있어 90억kh 이상의 전기를 송촐하고 있는 등 현재 전 세계적으로 태양열 고집광 기술은 성장기 있는데, 향후 태양열 이용 극대화를 달성하기 위해서는 새로운 개념의 고효율 집광기술 응용과 태양열발전의 보급이 시급한 실정이다.
국내의 경우 이 시스템의 태양열 집광기는 설계, 자체기술을 확보한 상태이나 태양열발전을 위한 스터링엔진 개발은 초보단계이다.
아울러 이번 시범보급사업을 통해 스터링엔진의 국산화개발 등이 이뤄져 상업화되면, 태양열 발전에 의한 원유수입대체 효과와 이산화탄소 저감 및 환경개선 및 다양한 에너지원으로의 활용가치, 반사경 등 첨단소재 개발 등으로 보급활성화에 기여하는 한편 이집트 등 연중 일사량이 좋은 국가에 시스템 및 플랜트를 수출할 수 있는 계기가 될 것으로 기대되고 있다.<채흥기 기자>
<해설>
파라볼라형 반사체에 태양열을 모아 스터링엔진에 약 700~800도의 고온을 이용한 Dish형 태양열발전시스템은 한마디로 첨단과학을 이용한 발전시스템이라고 말할 수 있다. 위성안테나 모양에 반사경을 적용해 고집광된 열을 쏘아 엔진을 돌려 전기를 생산하는 기술이다.
태양복사열은 지구상에서 최대의 신재생에너지 자원이라고 할 수 있다. 전 세계 사막지역의 약 1% 정도만 태양열 발전소가 건설된다고 해도 2000년도의 전 세계 수요 발전량에 해당하는 전기를 생산할 수 있다.
이달부터 한동대 등 3개소에 대해 시범보급사업에 들어가는 이 발전시스템은 기존의 태양광발전시스템과 형태가 다른 진보된 발전시스템으로 스터링엔진 등이 국산화가 이뤄지면 일사량이 좋은 이집트나 몽골 등 사막지역에 대한 수출과도 연계시킬 수 있어 일석이조의 효과를 거둘 수 잇을 것으로 기대되고 있다.
전 세계적으로 태양열발전은 대규모 발전에서 소규모 발전으로 개발보급되고 있는 시점에서 국내의 경우 아직 연구개발단계이며, 설치된 예가 없어 이번 시범보급사업에 많은 기대를 걸고 있다.
연구를 담당한 에너지기술연구원 강용혁박사는 지난 10여년간 이 기술에 매달려 왔으며, 각국에 설치된 태양열발전시스템을 직접 현장 탐방했다. 반사체를 국내에서 개발하고 스터링엔진을 독일산을 사용해 경남 진해시 덕산동에 있는 549번지 하수종말처리장 내 에너지환경공원에 지난 2004년부터 2006년까지 약 3년간 설치해 실증연구를 실시해 성공한바 있다. 효율은 19.2%가 나왔다.
태양발전을 위해 우리나라 주요 16개 지역에서 지난 90년 12월부터 2004년 12월까지 청명한 날 측정된 지역별 법선면 직달일사량의 연평균치를 보면 5.6kwh/㎡ 이상의 법선면 직달일사량을 받는 비교적 큰 지역은 광주 일원 남원 분지 일대와 대전-청주를 잇는 대전분지, 춘천-영주-포항을 잇는 일대이다. 청명일수는 연평균 92.7일로 나타나 1년에 평균 25%가 청명한 날로 나타났다. 월별발전 총량은 부산에서 가장 높게 나타났다.
국내의 경우 직달일사량이 청명일 연평균 약 4,400kcal/㎡로 고집광기술의 개발은 국내 중고온 이용 분야에 맞는 최적화시스템 설계로 이용이 가능한 것으로 실증연구결과 나타났다.
또한 중.고온 집광시스템의 경우 수평면 일사량보다 상대적으로 높은 겨울철 직달일사량을 이용할 수 있어 겨울철 획득열량이 평판형에 비해 높고, 기존 평판형 태양열 집열기의 한계인 중고온 생산에 연중 높은 집열효율을 유지해 사계절 내내 같은 부하의 공급이 이뤄져 태양열시스템의 연중 사용에 따른 경제성 증가와 적용분야 확대가 가능하다.
실증연구에서 엔진특성 측정분석결과 실증운전에서 외부 유입 냉각수에 의한 운전을 통해 냉각온도를 낮출 경우 보다 높은 효율의 발전이 가능할 것으로 예상됐다.
또한 실증연구 완료 후 태양열발전의 다양한 적용과 효과분석을 위한 추가 실증연구나 지역에너지사업, 시범사업의 확대와 전도체, 반사경, 스터링엔진 등 첨단소재의 개발과 발전시스템 최적화를 위한 기술개발도 필요할 것으로 지적됐다.
접시형 집광 집열기는 규모가 작은 독립형 시스템과 소규모 분산형 시스템이 적합하며 아직 상용화에 이르지 못하고 있다.
태양열발전에 있어 가장 앞서 있는 미국은 90년대 초부터 태양열발전 기술개발계획을 본격 추진하고 있으며, 현재 25kw급을 여러대 운영하고 있는데 앞으로 MW급으로 늘린다는 계획이다. 호주는 세계에서 가장 큰 40kw급을 운전하고 있다. 우리의 경우 대규모 발전시스템 건설할만한 재원이나 부지 등 제약이 많다.
그렇다면 경제성은 얼마나 있나. 시범보급사업의 경우 10kw급이 3억4,000만원으로 단가가 비싸지만, 상업화될 경우 단가를 내려가므로 상업화됐을 때의 단가산정과 발전차액지원제도를 통한 단가계산으로 경제성을 비교분석할 수 있을 것이다.
이에 따라 시범보급으로 효과가 나타날 경우 신재생에너지 발전의 한축으로 자리잡을 것으로 전망되며 향후 태양열 스터링엔진의 국산화 개발이 관건이다. 이러한 기술적 문제가 해결되면 부지가 협소한 국내 보다는 이집트 등 사막이 있고 일사량이 많은 아랍권이나 고비사막 등 사막지역에 수십대의 태양열발전시스템을 설치하는 플랜트 수출도 가능해질 전망이다.
<산업저널 5월7일자 1면 TOP> |
