솔라에너지의 비중을 높이는데 기여하는

쇼트솔라의 첨단 기술

오랜 전통을 가진 쇼트솔라의 태양열 집열기를 채용한 솔라 발전소는 한 도시 전체에 전기를 공급할 수 있다.
천연자원이 고갈되고 있는 시점에서 솔라 에너지는 현명한 대안이다.

프라운호퍼-게젤사프트 연구소에 따르면 시간 당 지구에쏟아지는 태양 에너지는 지구 전체가 1년 동안 소비하는 에너지량과 맞먹는다. 쇼트솔라는 수년 동안 태양 에너지를 효율적을 이용하는 기술인 집광형 태양열 발전소 (CSP)를 연구해왔다. CSP 기술은 포물면 거울에서 반사된 태양 에너지를 집열기에 집중시키는 방식이다. 집열기는 액체로 가득차 있는데, 태양 에너지로 데워진 액체는 열 교환기로 흘러가 증기를발생시켜 에너지를 얻는다. 미국에서 쇼트솔라의 곡면집열기술을 이용한 솔라 발전소는 1980년대부터 성공적으로 가동되고 있으며, 지금까지 총 120억 ㎾/h의 전기를 생산했다.

이 기술은 화석연료에 대한 의존도를 크게 줄일 수 있다. 조만간 기존 발전방식에 육박하는 발전 효율을 달성할 경우, CSP 기술이 전세계적으로 각광받을 것이다.이러한 목표는 이미 가시권에 근접했다. 쇼트솔라의 연구진은 발전 효율을 획기적으로 높일 수 있는 차세대 태양열 집열기를 개발했다. 따라서 친환경적인 전기 생산 시대를 앞당기는데 크게 기여할 것으로 예상된다. 이 집열기의 개발을 주도한 쇼트솔라의 니콜라우스 벤츠 박사와 토마스 쿠켈콘 박사는 독일 연방 대통령이 수여하는 가장 권위있는 기술 혁신상의 후보로 선정된 바 있다.‘독일 미래상’후보로 선정된 것 자체만으로도 큰 영광이다. 이는 쇼트솔라가 지금까지 기술 혁신 분야에서 올바른 전략을 견지하고 있다는 것을 증명하는 것,"이라고 쇼트솔라의마틴 헤밍 박사가 말했다.

전문가들은 현재의 에너지 위기가 당분간 지속될 것을 내다보고 있다. 국제에너지기구에 따르면, 2030년까지 연간 에너지 수요는 50% 이상 증가할 것으로 예상된다. 이 때문에 세계 각국은 신재생 에너지의 활용을 최우선적으로 고려하고있다. 소규모 지역 단위에 적합한 태양광 발전 모듈과 함께곡면집열방식의 태양열 발전소는 중앙공급식 발전소로 적합하다.

화석 및 원자력 발전소의 대안

집광형 태양열 발전 기술은 대형 발전소형 기술로서 장기적으로 화석 및 원자력 발전소를 대체할 것이다. 이 기술은 다른 재생 에너지원에 비해 큰 장점이 있다. 즉, 바이오매스, 풍력, 수력 발전 방식에 비해 필요한 표면적이 작다. 솔라 에너지를 연구하는 프라운호퍼 연구소에 따르면 사람이 살지 않는 북아프리카 사막에 태양열 발전소를 건설할 경우, 유럽 전체가 사용하는 에너지의 수 배에 해당하는 전기를 생산할 수 있다. 즉, 태양열 발전이 중요한 미래 에너지원으로서 자리잡을 수 있다는 것을 의미한다. “태양을 이용한 에너지 생산은 직사광선의 일조량이 많고 강한 지역일수록 유리하다. 따라서 유럽 남부지역과 일조량이 많은 세계의‘썬벨트`’지역 국가들에게 큰 기회가 될 수 있다. 또한 전기는 교육의 기회와 경제 발전의 토대를 제공한다,”고 쇼트솔라 CSP의 니콜라우스 벤츠 박사가 말했다.

기대하지 않았던 가능성이 지구촌 전체에 영향을 줄 수 있다. 2005년 독일항공우주센터가 발표한 자료에 따르면, 잠재적으로 태양에너지를 이용한 발전소가 지구 전체의 에너지소요량 보다 서너 배 많은 에너지를 생산할 수 있을 것으로예측했다. 2050년까지 아프리카에서 저렴하게 생산된 전기가 고압 직류 전선을 타고 수백 킬로미터 떨어진 유럽의 전력공급 시스템에 제공되어 유럽 대부분의 전력 수요를 충당할수 있을 것이다. 뿐만 아니라 EU의 이산화탄소 감축 전략에도 크게 기여할 것이다. 그린피스의 연구에 의하면, 솔라 발전소는 매 ㎾/h 당 0.6㎏의 이산화탄소 배출을 억제한다. 따라서 2020년까지 총 1억 5,400만톤의 이산화탄소의 배출을 줄일 수 있다.

곡면집열방식의 발전소의 발전 원리는 어떤 것일까? 기본적으로 태양열 발전소는 열을 이용한 증기 발전소라고 할 수 있다. 이 기술의 백미는 전기 터빈을 돌리는데 가스나 석탄 또는 석유가 아닌 태양을 이용한다는 것이다. 길게 늘어선 포물면 거울이 태양빛을 80배까지 집열기에 모으면, 집열기 내에있는 열교환 액체는 섭씨 400도까지 가열된다. 그러면 중앙발전 설비 속에 있는 열교환기에서 증기가 발생, 발전 터빈을돌리게 되는 것이다. 최신 열저장 기술이 태양열 발전소를 가능하게 한다.

악천후나 야간에도 집열기 안에서 순환하는 액체는 열을 축적해두기 때문에 구름이 낀 날씨에도 발전할 수 있게 한다. 또한 용해염 저장시설이 태양이 수 시간동안 비추지 않아도전기의 흐름을 유지시킨다. 이 저장 기술로 인해 전기 터빈은 최대 8시간까지 최대 용량으로 전기를 생산을 할 수 있어 태양열 발전소는 효율이 높고 매우 경제적인 비용으로 전기를 생산할 수 있다.

관련 기술 수요 급증 추세

태양열 발전소의 효율은 집열기에 크게 좌우된다. 결국, 집열기의 품질이 높을수록 발전소의 효율이 높아진다. 동시에집열기는 열기계적 스트레스를 가장 많이 받기 때문에 가장 민감한 부품이다. 태양빛은 집열기 내부의 흡수관 위에 몇 배나 집중되고 모아진다. 열흡수부분과 이를 둘러싸고 있는 유리 튜브의 간격은 수㎜에 지나지 않지만 온도는 무려 섭씨400도에 이른다. 또한 집열기는 태양으로부터 받는 열을 최대한 잡아두기 위해 가능한한 태양빛을 효율적으로 열로 바꿔야 한다.

집열기를 장기간 안정적으로 작동하게 하는 것은 까다로운 기술이 요구된다. 집열기는 높은 온도 환경에서 20
년 이상 견뎌야 한다. 특히 수백 나노미터의 극히 얇은 집열기의 코팅은 장기간 섭씨 500의 열에 견뎌야 한다. 과거에는이러한 요구조건을 충족하는데 어려움이 많았다.“쇼트솔라는 태양발전소의 혹독한 운영 환경에서도 기계적, 광학적으로 완벽하게 작동하는 집열기를 개발했다,”고 쇼트솔라 CSP의 크리스토프 파크 사장이 밝혔다.

예를 들어, 흡수관과 보호 글라스 튜브는 진공상태로 접착,봉인되어야 한다. 열에 노출되었을 때 강철과 글라스의 열팽창계수가 다르기 때문에 쉬운 작업이 아니다. 쇼트솔라의 설계 엔지니어들이 독특한 솔루션을 개발했다. 이들은 열팽창계수가 동일한 붕규산 글라스와 니켈합금을 개발한 것이다. 붕규산 글라스는 극적인 열 변화에 반응하지 않기 때문에 보통 실험실에서 많이 사용되고 있다. 새로운 글라스를 개발함에 따라 이 접합 부분은 한 낮의 열기와 저녁 시간 대의 온도차에도 문제없이 성능을 발휘한다.

붕규산 글라스 보호 튜브위의 반사 방지 코팅 또한 쇼트솔라 엔지니어들에게 난제를 던져주었다. 또한 글라스 커버열 흡수관 주변에 진공을 유지해태양빛은 더 많이 통과시키고 열의 손실을 최소화 해야 한다. 대부분의 반사 방지 코팅의 약점은 붕규산 글라스에 붙지않는다는 것이다. “쇼트솔라는 내마모성이 오래 지속되면서도 태양빛을 96% 이상 통과시키는 코팅을 개발했다,”고 파크 사장이 말했다. 현재 시장의 상황을 보면 이 제품의 개발은 충분한 가치가 있다. 현재 60개의 솔라 발전소 (총 용량 3GW)가 기획 또는 건설 중에 있다. 대부분의 발전소에 쇼트솔라의 제품이 사용될 예정이다. 쇼트솔라는 곡면집열방식의 솔라 발전소가 미래를 주도할 것으로 확신하고 있다. 이 때문에 쇼트솔라는 생산설비를 확장하고 있다.

가동 중인 바바리아 미터타이흐 공장 외에 스페인 남부 아즈날콜라 공장에 생산라인을 증설하고 있다. 2008년 10월 현재, 쇼트솔라는 제2생산 라인을 건설함으로써 생산능력을 2배로 확장했다. 또한 쇼트솔라는 2009년 중반부터 뉴멕시코주 알버커키에서 태양열 집열기와 솔라 전기 모듈을 생산할예정이다.
“2011년 말까지 쇼트솔라는 생산 능력을 1.2 기가와트까지확대할 계획이다. 이것은 매년 1개의 원자력 발전소를 대체할수 있는 용량,”이라고 벤츠 박사가 말했다.