태양열 발전의 희망들 1 - 네바다 솔라 원 (Nevada Solar One)

 

 최근 태양열 발전 부분에서 매우 큰 진전들이 있었다. 미국의 네바다 솔라 원이나 스페인의 PS 10 solar power tower 등이 바로 그 성과물들인데, 이 태양열 발전의 다크 호스들을 소개하는 포스트 들을 앞으로 연재해 보고자 한다. 그중에서 첫번째로 최근 미국에서 지어진 대형 태양열 발전소인 네바다 솔라 원 (Nevada Solar One) 을 소개해보고자 한다.

 (네바다 솔라원의 전경- 명칭 처럼 네바다 주에 건설되었다. 이전 캘리포니아에 건설된 태양열 발전소 솔라원과 혼동을 피하기 위해 네바다 솔라원이라는 명칭이 사용된 듯)

 일단 혼돈을 피하기 위해 설명해야 하는 것은 태양열 발전과 태양광 발전이다. 태양열 발전은 태양열, 즉 열에너지를 이용해서 발전을 하는 방식을 말한다. 일반적으로 태양 에너지를 모아 물을 가열하여 수증기로 만들고 다시 수증기로 발전 터빈을 돌리는 것이다. 석탄을 태워 발전 터빈을 돌리는 것과 방식은 동일하고 에너지원만 다른 경우다. 반면에 태양광 에너지는 태양 광전지 (PV) 를 이용해서 태양 광선을 적접 전기 에너지로 바꾸는 방식이다.

(이와 같이 태양전지를 이용한 발전 방식은 태양광 발전이다)

 이와 같은 용어가 서로 혼돈되어 사용되어 태양광 발전방식까지 태양열 에너지로 불리는 경우가 있는데 이는 용어적으로 다른 경우라고 하겠다. 이 포스트에서 다룰 내용은 태양열 에너지다.

 태양열 에너지를 모을 수 있는 방법에는 여러가지가 있다. 그중 대표적인 것을 들면 파라볼릭 트로프 (Parabolic trough), 파라볼릭 디시 (parabolic dish), 그리고 솔라 타워 (solar power tower) 방식등이다. 오늘 이야기할 네바다 솔라 원이 파라볼릭 트로프 방식이며, 나머지 방식은 차례로 기술할 예정이다.

 (파라볼릭 트로프 방식 - 거대한 기다란 오목 거울이 태양에너지를 가운데의 리시버로 모은다)

 (파라볼릭 디시 - 성화 봉송 때 쓰는 것과 비슷한 오목 거울을 이용 한점으로 태양에너지를 모은다)

 (솔라 타워 방식 - 태양에너지를 여러개의 독립적인 거울로 탑 꼭대기로 모은다)

 이와 같은 방식들은 서로 장 단점이 있지만 네바다 솔라 원의 엔지니어들은 파라볼릭 트로프 방식이 가장 경제적이라고 생각했다. 이 방식은 기다란 오목 거울을 이용한 방식이다. 이 오목 거울에 반사된 태양 에너지가 중간의 리시버로 모인다.

 이와 같은 방식으로 열에너지를 모아 증기를 발생시키고 터빈을 돌리는 것이다.

 (발전 모식도)

 네바다 솔라원은 400 에어커 (1.6 km^2) 에 대지에 건설되었다. (반사경은 1.2 km^2)  여기에 760개의 파라볼릭 트로프가 있으며 이 파라볼릭 트로프는 모두 18만 4천개의 아주 얇고 반사도가 매우 높은 거울로 만들어져 있다.

(네바다 솔라원의 파라볼릭 트로프의 모습 반사경으로 중간에 보이는 막대 (리시버)에 에너지를 모은다)

 (네바다 솔라원에는 이러한 파라볼릭 트로프가 760개나 있다)

 이 거울은 독일의 Flabeg AG 사에서 제작한 것이다. 아주 얇으면서도 반사효율이 매우 높은 특수 오목 거울이라고 한다.  가운데 있는 리시버도 유리와 금속으로 만들어졌는데 독일과 Schott사 에서 만든다고 한다.

 위의 리시버의 사진을 보면 유리 안에 코어가 들어가 있는 구조인데 그 사이 공간은 진공이며 코팅된 코어 안에는 일종의 기름이 들어있어 391도 까지 가열된 후 열을 다시 교환기로 전달하여 수증기를 발생시킨다. 이러한 구조는 보온병과 비슷한데 일단 들어간 열에너지는 빠져 나오지 못한다고 한다. 그래서 수백도로 가열된 리시버를 손으로 만져도 될 정도라고 한다.

 그리고 이렇게 가열된 수증기는 화면에 보이는 터빈 발전기를 가동시켜 전기를 발생시킨다.

 이 네바다 솔라 원은 13개월의 공사끝에 2007년 완공되었고, 일반 발전 용량은 64MW / 최대 발전 용량은 75MW 이다. 라스 베가스를 비롯한 인근 도시들에 전기를 공급하며 최대 4만 가구에 전기를 공급한다. 이는 1만 7천대의 자동차를 집에 두는 것과 비슷한 이산화 탄소 감소 효과를 낼 수 있다고 한다. 총 공사비는 2억 6천만 불 정도이다.

 네바다 솔라원은 상업적인 태양열 에너지의 사용 가능성을 가늠하는 중요한 발전소 중에 하나이다. 만약 이 발전소가 성공을 거두면 비슷한 발전소들이 전세계에 건설될 것이다. 그러나 이 태양열 발전소의 미래가 반드시 긍정적이라고 할 수 없는 이유가 있다.

 일단 이 발전소는 비용이 많이 든다. 여기에 석탄 발전소가 이런 태양열 발전소보다 명백히 저렴할 뿐 아니라 더 중요한 이점이 있다. 그것은 기상이 흐리거나 밤이 되어도 석탄 발전소는 발전에 지장이 없다는 것이다. 사실 이 문제는 모든 태양 에너지 발전 방식이 가지는 문제점이다. 그리고 태양 에너지가 전기 생산에서 이런 문제에 보다 자유로운 풍력보다 적게 이용되는 중요한 이유이기도 하다.

 물론 열에너지 방식은 광발전 방식에 비해 이런 문제에 비교적 자유롭긴하다. 열에너지는 전기 에너지보다 저장이 용이하며, 저장을 하지 못하더라도 태양에너지를 이용해서 터빈을 못돌릴 때만 화석연료를 태우는 하이브리드 방식도 가능하다. 또 아직은 요원하지만 열에너지를 장기간 저장하는 방법들이 연구되고 있기도 하다.

 여러가지 문제에도 불구하고 이런 대체 에너지 발전은 그 시도만으로도 충분히 칭찬할 만 하다. 이러한 시도들이 계속되므로써 결국 대체 에너지 산업이 발전할 것이기 때문이다. 다만 고유가 시절에는 이러한 연구가 각광을 받다가 유가가 하락하자 다시 언제 그랬냐는 듯이 투자가 주춤하는게 사실이다. 그러나 석유가 고갈되는 것은 필할 수 없는 결과이고 언젠가 유가는 다시 오를 것이다. 여기에 지구 온난화 문제를 생각한다면 대체 에너지 개발은 한시도 추춤할 여유가 없는 시급한 과제라고 하겠다.