KIMS 해외단신 50호 (2010.12.9)

유럽 및 미국 지역에서 시작되고 있는 태양열 발전의 상업화

    일본 경제신문 전자판에서는 집광형 태양열발전 시스템의 상업운전이 유럽 및 미국에서 점차적으로 시행되고 있다고 밝혔다. 관련 기사에 따르면 집광형 태양열발전 시스템은 내리쬐는 태양광을 여러 개의 거울을 이용해 1곳으로 모아 그 열에너지에서 증기를 만들고 터빈을 돌려 발전시키는 시스템이다.
    일본에서는 재생가능에너지라고 하면 태양전지 패널을 사용한 태양광발전이 대부분이지만 유럽이나 미국에서는 광대한 사막·건조지대가 있어 태양열 발전에 대한 기대가 크다. 넓은 토지와 강열한 태양광이 없으면 상업화가 어렵지만 그것만 있으면 저가의 거울을 대량으로 정렬하기만 하면 발전이 가능해 투자효율이 높기 때문이다.
    태양열 발전에 대해 자세히 보면 유럽이 「고효율화」를 목표로 하고 있는 반면 미국은 「저비용화」를 중시하고 있다는 것을 알 수 있다.
    다음은 일본 경제신문 전자판 2010년 11월 12일 기사에서 발췌, 번역한 내용이다.


    “향후에 도입될 것은 「타워식」

    집광형 태양발전시스템에는 크게 2가지 방식이 있다. 하나는 곡면거울을 사용해 빛이 모이는 부분에 있는 파이프에 태양광을 집중시켜 파이프내의 액체를 가열, 그 열로 발전하는 트로프식이다. 현재 이 방식의 상업화가 앞서 진행되고 있다.
    다른 하나는 여러개의 평면거울을 사용해 중앙부에 설치한 타워에 있는 집열기에 태양광을 집중시켜 그 열로 발전하는 타워식이다. 그 중에서도 높이가 60~160m의 타워를 사용한 대규모 시스템은 향후에 많이 사용될 것으로 기대되고 있다.
    대규모 타워식은 높은 에너지 변환효율을 얻을 수 있을 뿐만 아니라 용융염(질산나트륨 및 질산칼륨의 혼합물 등)을 사용한 증열장치와 용액에 접합시킬 수 있다는 특징이 있다. 낮 동안 용융염을 녹여 열을 축적한 다음 밤에는 용융염이 고체 상태로 변할 때 잠열 등에 의해 증기를 발생시켜 발전한다.


    실증실험에서 상업운전의 단계에

    이러한 타워식 집광형 태양열발전 시스템으로 이미 상업화를 시작한 곳이 스페인의 Abengoa Solar社와 미국의 eSolar社이다. 뿐만 아니라 2011년에는 스페인의 GEMA Solar社가 2012년에는 미국의 BrightSource Energy社가 각각 가동을 계획하고 있다.
    이러한 상업화 움직임에 부합해 각 회사들은 신흥국가에서의 시스템 발매 등 상담(商談)을 진행하고 있다. 재생가능 에너지 투자자의 태양열발전 시스템에 대한 의식도 높다. 예를들면 UAE의 아부다비에서 진행되고 있는 스마트시티·프로젝트「Masdar City」의 운영과 평가를 담당하는 Ahmed Baghoum(Associate Director)씨는 「태양열발전의 가능성에 기대하고 있다」고 말한다. 앞서 말한 고효율화 및 저비용화의 경쟁은 상업운전의 성공뿐만 아니라 신흥국가에서의 치열한 판매 전략을 반영한 것이다.
    「고효율화」를 목표로 한 시스템의 전형적인 예가 Abengoa Solar社의 대처방법이다. 그 컨셉은 다음과 같다. 우선 겨울 1장에 해당하는 면적을 크게 하여 부품의 개수를 줄인다. 겨울의 수를 줄인 만큼 튼튼하고 정밀한 태양광 시스템을 각각의 거울에 붙여 ３km×１km 이상의 넓은 공간에서 열을 모아 에너지 변환효율을 높인다. 1장의 면적이 120㎡가 되는 큰 거울이 무수히 설치된 광경은 장관이다.
    Abengoa Solar社는 태양광발전 시스템도 다루고 있어 자사 부지 내에서는 거울반사 방식 및 태양광추적 방식의 태양광발전 시스템의 시험 및 평가도 수행하고 있다. 두 방식을 비교한 결과 변환효율 면에서는 태양열발전이 우수하다고 한다.
    반면 저비용을 중시하는 곳이 eSolar社이다. 1장의 거울을 작게 하여 부품 및 재료의 간소화와 제조가 쉽게 되어 양산효과에 의해 저비용화를 실현하는 것이 기본적인 생각이다. 동시에 각각의 거울에서 반사광을 작은 면적에 집중시키는 것이 가능해 집열기를 보다 고온의 상태로 만들거나 집광밀도를 높일 수 있는 등의 장점이 있다.
    개개의 거울 면적은 1㎡ 정도로 액정 TV와 거의 같은 크기이다. 거울의 소형화에 따라 바람의 저항이 줄면서 집광밀도에의 영향이 작고 집광 유닛 전체를 경량화 시킬 수 있다. 이에 따라 지반의 기초공사가 불필요한 저가의 설치도 가능하다.
    실제 집광 유닛의 기초부분에서는 콘크리트 등을 전혀 사용하지 않고 지면에 I자형의 철제 드럼을 직접 사용해 그 상단부의 레일에 거울을 붙인다. 더욱이 각 유닛을 모듈화해 편리하게 설치 규모를 바꿀 수 있다. 재료 또한 널리 쓰이고 가격이 비싸지 않은 철강 재료를 사용한다. 기존의 석탄·가스를 사용한 화력 발전에 비해 태양열발전 시스템의 가격 경쟁력이 우수한 것으로 나타났다.
    Abengoa Solar社와 eSolar社의 접근방법에 대해 업계 관계자들 사이에서는 eSolar社의 저비용화 전략을 지지하는 움직임이 많다. 실제 국제에너지기구(IEA) 소속으로 태양광에너지의 조사·연구를 수행하는 SolarPACES에서도 「대량생산된 소형 거울을 사용한 저비용화가 트랜드이며 향후 기술의 진보에 따라 40~70%정도의 투자비용 삭감이 기대된다.」는 결론을 내렸다.
    일본에도 주목할 만한 움직임이 있다. 三鷹光器가 JFE엔지니어링과 공동개발한 타워형 태양열발전 시스템이다. 이 발전 시스템에서는 eSolar社 보다 더욱 작은 거울을 사용한다. 그 거울을 곡면형으로 가공하여 집광효율을 향상시키는 독자적인 방법이 시도되고 있다.”