<사진. 집광형 태양열 발전소 Shams 1
출처. KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』>

기온 40도에서도 문제 없는 아랍사막에 에너지도시

아랍에미리트(UAE)가 2006년에 발표한 화석연료를 사용하지 않는 제로카본도시 “마스다르(mad?nat ma?dar)도시”. 세계 동시불황의 충격을 받아 당초의 예정대로 진행되고 있지 않다. 그러나 중동에서 가장 에너지효율이 높은 빌딩과 대규모 태양열발전소 등 조금씩 계획의 결실을 맺기 시작하였다. 고온 환경에서의 스마트시티는 어떠한 것인지, 현재의 상황을 소개한다.

마스다르시에 도입된 기술은 제로카본 이외에 크게 6개로 나눠진다. 스마트빌딩, 그린 공급망, 신교통, ICT, 고효율조명, 열에너지이용이다. 이 중 제로카본과 스마트빌딩, 신교통에 대하여 성과를 소개한다. 제로카본을 실현하기 위하여 이용하는 기술은 태양광발전과 집광형 태양열발전(CSP), 태양열 이용, 이산화탄소의 회수 및 저장(CCS), 지열시스템이다. 에너원 중 53%를 태양광발전, 26%를 집광형 태양열발전, 14%를 태양열이용으로 얻는다. 태양광발전시스템은 순조롭게 가동되고 있으며, 2014년 3월 시점의 규모는 출력 10MW로, 5MW를 미국 First Solar의 CdTe박막태양전지로, 남은 5MW를 중국 Suntech Power의 단결정 실리콘 태양전지로 얻는다. 저위도이며, 조명조건이 좋으므로 연간 발전량은 1,750만kWh에 달한다. 일본에 설치한 경우의 평균적 발전량과 비교하면 1.7배 많다.

태양열발전소 “Shams1”은 2013년 3월에 완성되었다. 마스다르시에서 남서로 약 120km 떨어진 사막의 토지(2.5km2)를 사용하고, 출력은 100MW로 크며, 물받이와 같은 포물면 거울의 앞에 긴 파이프를 두어, 파이프 속의 기름을 뜨겁게 하여 터빈을 돌려 발전한다.

3개의 기둥으로 凸면 거울을 지지하고 그 주위에 평면거울을 대량으로 배치하는 터빈다운형 태양열발전시설의 건설도 추진하고 있다. 현시점에서는 출력이 100kW로 작으나, 규모 확대가 용이한 설계로 하였다. 태양열 이용은 이러한 발전소와 크게 다른 기술을 이용한다. 급유에 태양열을 사용하는 기술이다. 진공관 속에 히트파이프를 넣은 태양열온수기(ETC: Evacuated Thermal Collector)이다. 이 기술은 일본 국내에서도 대량으로 도입되어 있다.

마스다르시에서 계획하고 있는 지열시스템은 지열발전과는 다른 기술이다. 약 2,500m 깊이로 우물을 파고, 100도 전후의 온수를 순환시켜 열흡수 냉각장치를 통해 냉방 등에 사용한다. 즉, 발전에는 사용하지 않는 일본의 지중열 이용과 유사하다.

스마트빌딩은 일본 국내에서도 건설이 계속되고 있으며 난이도가 높은 제로에너지 빌딩의 실현도 계획하고 있다. 매년 5월부터 10월에 아부다비의 최고 기온은 40도를 넘는다. 실제 2014년 6월 2일 최고기온은 43도, 최저기온은 24도이었다. 이 열을 잘 해결하지 않으면 스마트빌딩은 수포로 돌아간다.

아부다비에서는 최신 ICT기술과 중동의 전통적인 도시구조를 조합시켰다. ICT기술의 이용은 철저하게 진행되고 있다. 마스다르시에는 조명 스위치가 없다. 수도에도 조절장치가 없다. 모션센서를 전면적으로 도입하고 있기 때문이다. 모션센서에 의해 사람이 이용할 때만 조명 및 수도가 기능한다. 이것으로 UAE 평균과 비하여 소비전력 수준을 51%, 물사용량을 54% 낮게 유지할 수 있다. 스마트미터 기술을 도입하였으며, 전력사업자가 주민별로 전력사용량을 파악하고 있어 수요공급 분석에 이용하고 있다.

마스다르시에서는 도로에 인접한 빌딩에 의해 상승기류를 만들어 내도록 설계하고 있다. 도로의 온도를 낮게 유지시키는 효과가 있다. 중동의 전통건축(윈도우 타워)도 현대에 맞게 수정되었다. 윈도우타워는 상공의 차가운 바람을 지표면으로 유입시키기 위해 사용되는 설비이다. 마스다르과학기술대학에는 윈도우타워를 현대적으로 개량한 설비가 설치되어 있다. 센서기술을 이용하여 바람의 방향에 대응하며, 상부에 미스트 발생장치를 설치하고 있다. 기화열을 이용하여 바람의 온도를 낮추는 것이 가능하다. 아부다비 시내의 전형적인 빌딩가에서는 기온이 37도의 경우, 빌딩 표면온도는 38도, 도로 표면 온도는 57도에 이른다.

빌딩표면에도 전통적인 방식이 사용된다. 벽면에는 모래폭풍에 강한 유리강화 콘크리트를 이용하고 있다. 벽에 있는 구명은 사생활 보호를 위한 것이다. 안에서는 보이지만, 밖에서는 안이 보이지 않는다. 이것은 Mashrabiya로 이슬람 건축의 전통적인 격자모양이다. 건물 외벽에 불소수지를 코팅하고 내측에 기밀성이 높은 패널을 이용하여 단열효과를 높이고 있다. 건물의 색은 흰색이지만, 빛을 잘 반사하지 않고, 지표의 온도를 낮게 유지시킨다. 옥상에 설치한 태양전지 모듈에 의해 전력수요의 30%를 담당하고 있으며 건물 내에서 사용되는 온수의 75%는 태양열로 만들어 낸다.

마스다르시에서는 휘발유로 움직이는 자동차의 사용이 인정되지 않는다. 두 종류의 전기자동차가 대신에 사용되고 있다. 첫 번째가 개인용 고속수송기관(PRT)이고 다른 하나가 전기자동차의 실험적인 이용이다. PRT는 운전수가 없는 택시로서 기능한다. 차내에서 목적지 등을 입력하는 터치패널이 있고, 핸들 등은 설치되어 있지 않다. 대인 4명, 어린이 2명이 승차할 수 있으며, 최고시속 40km로 주행한다. 각 PRT는 주행루트의 지도를 내장하고 있으며 차륜의 회전수를 이용하여 이동거리를 적산하는 등 도로에 격자형태로 매립된 작은 영구자석에 의해 위치를 보정하는 메커니즘을 가지고 있다.

■ KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』 http://mirian.kisti.re.kr