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2016년 8월 8일 월요일

태양열 발전의 효율을 높일 열광전지 발전



(Researchers in the laboratory of Asegun Henry at Georgia Tech are developing a thermal storage system that uses liquid tin as a transport fluid. The storage medium itself would be metallurgical grade silicon or an aluminum silicon alloy, which is much more cost effective. The technology they have developed could help increase the efficiency of energy systems based on concentrated solar thermal energy. Credit: Rob Felt, Georgia Tech)


 최근 태양열 발전은 밤에도 전력을 생산할 수 있도록 열을 용융염 (molten salt)에 보존하는 방식이 도입되고 있습니다. 뜨거운 열로 고체 상태인 물질을 녹인 후 그 열을 보존하는 방식입니다. 발전소는 바로 뜨거운 증기를 이용해서 발전을 하거나 남은 열을 이렇게 저장하게 됩니다. 결론적으로 증기 터빈을 돌려서 발전을 하는 것은 동일합니다. 


 그런데 열에너지를 이용한 발전 방식에는 증기 터빈을 이용한 방법만 있는 것이 아닙니다. 조지아 공대의 연구자들은 저널 Energy & Environmental Science에 열광전지(Thermophotovoltaic (TPV))방식의 태양열 발전소를 제안했습니다. 


 열광전지는 기본적으로 태양광전지와 같은 방식입니다. 다른 점은 태양빛을 이용한 것이 아니라 뜨거운 물체에서 나오는 광자를 이용한다는 것입니다. 섭씨 900도에서 1300도 정도 되면 적외선 영역에서 에너지가 방출되는 것을 열광전지를 통해서 전기로 전환하는 것이죠. 


 이 방식은 구조가 매우 단순할 뿐 아니라 움직이는 부분이 없어 수명이 길고 고장의 가능성이 극히 낮습니다. 만약 열광전지의 전환 효율만 높다면 기존에 있는 터빈 방식의 발전기보다 에너지 생산 효율도 더 높을 것입니다. 하지만 문제는 실제로 그정도로 효율적인 열광전지가 아직 개발되지 않았다는 것과 작동 온도가 꽤 높다는 것입니다. 


(This schematic shows a thermophotovoltaic system that would be used to convert high-temperature heat from concentrated solar thermal to utility-scale electricity. Credit: Hamid Reza Seyf) 


 현실적으로 이렇게 높은 온도에서 작동하려면 용융염보다는 액체 상태의 금속이 유리합니다. 그런데 뜨거운 액체 금속을 저장하고 다루는 일은 비용이 많이드는 내열 소재를 사용해야 하는 문제도 같이 생깁니다. 효율이 좋은 열광전지를 개발하는 것과 더불어 이는 우리가 실제로 열광전지 방식의 태양열 발전소를 보기 어려운 이유를 설명하고 있습니다. 


 아무튼 그럼에도 불구하고 높은 에너지를 이용하는 열광전기 방식은 에너지 효율면을 60%까지 올릴 수 있다는 것이 조지아 공대 연구팀의 주장입니다. 이는 태양광전지 방식이나 기존의 집중식 태양열 발전 (CSP)보다 훨씬 높은 효율입니다. 


 물론 경제적인 발전이 가능하려면 앞으로 가야할 길이 많지만, 과거에는 생각하기 힘들었던 태양전지의 상용화를 생각하면 미래에 반드시 불가능한 일은 아닐지 모릅니다. 


 참고 


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