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2015년 7월 6일 월요일

새로운 방식의 태양열 발전 시스템 = high temperature falling particle receiver



 태양 에너지 발전을 나누면 크게 두 가지 방식으로 구분할 수 있습니다. 첫번째는 태양 전지 패널을 이용한 것으로 태양광 발전이라고 불리는 것입니다. 이 방식은 구조가 매우 단순하고 설치 역시 단순하지만, 태양빛이 사라지는 순간 발전이 중단되며 사실 태양에너지가 가진 에너지 중 극히 일부만 추출할 수 있다는 문제점이 있습니다. 

 태양열 에너지 발전은 태양에서 보내온 열을 한곳에 집중해 발전을 하는 방식으로 이론적으로 더 많은 에너지를 추출할 수 있지만 이를 전기로 전환하는 과정에서 큰 손실이 발생합니다. 장치가 거대하고 복잡한 문제는 있지만, 열을 이용하는 방식인만큼 이 열을 저장하면 밤에도 발전이 가능합니다. 

 최근 추세는 태양전지 패널의 가격이 급속히 하락함에 따라 점차 태양광 발전 방식이 대세로 굳어가는 방식입니다. 하지만 태양열 방식 역시 아직 충분히 가능성이 존재합니다. 

 미국의 산디아 국립 연구소(Sandia National Laboratories)의 연구자들은 기존의 태양열 방식 발전소의 효율을 크게 높이면서 동시에 열을 저장할 수 있는 새로운 방식인 고온 낙하 입자 리시버(high temperature falling particle receiver)라는 신기술을 개발하고 있습니다.


(새로운 태양열 발전 장치를 살펴보는 산디아 국립 연구소의 기술자들.  Technologists John Kelton and Daniel Ray perform inspection of the Falling Particle Receiver during a cloud delay atop the National Solar Thermal Test Facility at Sandia National Laboratories. Credit: Randy Montoya)

 이 기술을 간단히 설명하면 매우 고온에서 견딜 수 있는 모래 같은 세라믹 입자를 열을 전달하는 매체로 사용하는 것입니다. 태양광 발전 방식에서 솔라 타워 방식은 여러 개의 거울을 이용해서 중앙에 있는 리시버에 에너지를 집중시킵니다. 그런데 리시버가 녹아버리면 안되는 만큼 보통 섭씨 600도 정도에서 온도를 더 올리지 못했던 한계가 있었다고 합니다. 

 새로운 리시버 기술은 독특하게도 금속이나 혹은 다른 내열성 소재 대신 고운 모래 같은 세라믹 입자의 커튼으로 열을 흡수하게 만듭니다. 장시간 고온에 견디는 대신 짧은 시간 고온으로 달궈진 입자를 만드는 것입니다. 이는 리시버 냉각과 리시버에서 열을 교환기로 옮기는 일을 동시에 해결할 수 있는 방식입니다. 쉽게 말해 흐르는 모래 위에 태양에너지를 집중시키면 고온에 견디는 반응기를 만들지 않아도 된다는 것이죠. 

 중력에 의해 흘러내린 세라믹 입자는 열교환기에서 물을 증발시킨 후 다시 모래 시계 처럼 아래에 있는 저장 탱크로 흘러내려갑니다. 이후 이 입자는 다시 태양열 타워의 꼭대기로 자동으로 운송되어 뜨거운 태양열을 받을 준비를 합니다. 


(출처: Sandia National Laboratories) 



(실세 리시버의 작동 모습.  ) 

 이때 열 교환기가 있는 저장 탱크는 사실 열을 장시간 저장하는 역할도 같이 할 수 있습니다. 즉 낮에 뜨거운 입자들을 모아두었다가 밤에 발전을 할 수 있다는 것이죠. 

 또 이 새로운 방식은 리시버의 온도를 섭씨 1000도 까지 올릴 수가 있어서 에너지효율을 크게 올릴 수 있다는 것이 연구팀의 설명입니다. 그러면 같은 수준의 발전소에서 더 많은 전기를 생산해 생산 단가를 낮출 수 있습니다. 

 물론 이 신기술이 실제로 잘 작동을 할 수 있을 것인지는 아직 검증되지 않았습니다. 검증은 앞으로의 과제입니다. 앞으로 실제 테스트를 통해서 그 가능성을 입증한다면 이 새로운 방식의 태양열 발전소는 태양열 발전 방식에 새로운 경제성과 경쟁력을 가져올 수 있을 것입니다. 

 과연 어떤 결과가 나올지 궁금하네요. 


 참고 



  




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