집광형 태양열발전에 대한 정보 및 문제점

최초의 집광형 태양열발전

지금까지 집광형 태양열발전은 스페인 대 미국, 두 나라의 이야기였다. 국제에너지기구는 집광형 태양열발전 이야기를 시작할 때 이렇게 요약한다. 집광형 태양열발전은 태양열전력이라고도 알려져 있다. 집광형 태양열발전소는 1980년대에 캘리포니아에서 최초로 가농되었고, 여전히 가동 중에 있다. 태양광발전처럼 태양광선으로부터 에너지를 획득하여 전기로 직접 변환하는 대신에, 집광형 태양열발전은 전통적인 화력발전인 증기 터빈의 핵심 기술에 의존한다. 차이점은 집광형 석탄이나 천연가스를 사용하는 대신 태양복사를 1차 연료로 사용한다는 것이다. 즉 탄소가 없다. 집광형 태양열발전의 필수 구성 요소인 거울은 특정한 방식으로 구부러지거나 꺾여 있어 태양광선을 하나로 모으고, 이를 통해 물을 가열하고 증기를 발생시키고 터빈을 돌린다.

 

집광형 태양열발전이란

2014년 기준으로, 이 기술을 통한 발전량은 전 세계적으로 4기가와트에 그쳤다. 대략 절반은 스페인에서 이뤄졌는데, 스페인은 집광형 태양열발전이 국가 발전 통계에 반영될 정도로 중요한 국가다. 특유의 장점들 덕분에 집광형 태양열발전은 확대될 것이고 통계도 변화하리라 기대된다. 사하라 사막 가장자리에 위치한 모로코의 거대한 누르와르자자트 태양열발전단지는 이미 태양열 발전의 풍경을 바꾸고 있으며, 완성되면 세계에서 가장 큰 태양열단지가 될 것으로 기대된다.

 

집광형 태양열발전소는 엄청난 양의 직사광선에 의해 가동되는데, 이를 법선면 직달입사량이라고 한다. DNI는 하늘이 맑고 일반적으로 위도가 15~40도인 덥고 건조한 지역에서 가장 높다. 중동부터 멕시코, 칠레, 중국 서부, 인도, 호주 등이 최적의 지역이라고 알려져 있다. 2014년 학술지 네이처 클라이멋 체인지에 실린 연구에 따르면, 지중해 분지와 남아프리카의 칼라하리 사막은 상호 연결된 대형 집광형 태양열 전력망이 들어설 수 있는 잠재력이 가장 큰 곳들로, 특히 화석연료와 비슷한 비용으로 전력을 공급할 수 있다. 태양열발전에 적합한 많은 지역에서 기술 발전 용량은 수요를 훨씬 능가한다. 이곳들은 송전 기술의 발전으로, 전기를 지역 주민에게 공급하고 집광형 태양열발전소가 들어서기에 제약이 있는 장소로 전기를 수출할 수 있었다.

 

집광형 태양열발전의 문제점

다소 아이러니하게도, 최근 태양광발전의 성공으로 인해 집광형 태양열발전의 성장에 제동이 걸렸다. 태양전지판 가격이 집광형 태양열발전을 밀려나게 할 정도로 급속히 낮아졌고, 철강과 거울 가격의 하락은 이 속도를 따라잡지 못했다. 하지만 태양광발전이 더 큰 비중을 차지하게 되면서 집광형 태양열발전의 단점보다는 장점이 부각되기도 했다. 그 이유는 태양광발전의 경우, 에너지 저장 시설이 반드시 필요하고 해결해야 할 문제점이 있기 때문이다. 반면 집광형 태양열발전은 이 점에서 태양광발전에 비해 매우 유리한 위치헤 있다. 태양전지판이나 풍력 터빈과 달리, 집광형 태양열발전은 전기를 만들기 전에 열을 발생시키며, 열은 저장이 훨씬 쉽고 효율적이기 때문이다. 실제로 열은 전기보다 20~100배 더 저렴하게 저장할 수 있다.

 

지난 10년 동안 용융염 탱크의 형태로 저장 시설이 있는 집광형 태양열발전소를 짓는 것이 거의 표준이었다. 낮 동안 강렬한 열로 데워진 용융염은 특정 위치의 DNI에 따라 5~10시간 동안 뜨겁게 유지된 후, 태양광이 약해지면 전기를 발생시키는 데 사용된다. 이 설비는 사람들이 깨어 있고 전기를 소비하는 시간에는 절대적으로 중요하지만, 해는 진다. 용융염이 없어도 집광형 태양열발전소는 열을 더 짧은 시간 동안 저장할 수 있어 흐린 날과 같은 일조량의 변화에 대비할 수 있다. 이는 태양전지판에는 없는 기능이자 능력이다. 다른 재생에너지보다 유연성이 더 높고 간헐적 중단이 드문 집광형 태양열발전은 기존 전력망에 통합하기가 더 쉽고, 태양광발전에 대한 강력한 보완물이 될 수 있다. 어떤 발전소는 두 기술을 결합하여 이들 기술의 가치를 강화한다.

 

현재까지 집광형 태양열발전의 가장 큰 단점은 풍력 또는 태양광 발전에 비해 에너지와 경제적 측면에서 효율성이 떨어진다는 것이다. 태양열발전은 태양광발전보다 더 낮은 비율로 태양에너지를 전기로 전환하며, 특히 거울이 사용되기 때문에 매우 자본 집약적이다. 전문가들은 집광형 태양열발전의 신뢰성이 성장을 촉진할 것으로 예상하는데, 기술이 확장되면서 비용은 빠르게 감소할 수 있다. 에너지 전환 효율성도 개선될 것으로 예상된다.

 

또 다른 단점도 있다. 태양열은 전형적으로 생산량을 예비하거나 어떤 경우에는 일관성 있는 생산량 증대를 위해 천연가스를 사용하기 때문에 이산화탄소 배출이 동반된다. 열을 사용하는 것은 냉각을 위해 물을 사용하는 것을 의미하는데, 물은 집광형 태양열발전에 이상적인 뜨겁고 건조한 장소에서 희소한 자원일 수 있다. 건식 냉각도 가능하지만, 덜 효율적인 데다 더 비싸다. 마지막으로, 강력한 열 채널이 집중되어 있기 때문에 발전소 근처에서 박쥐와 새들이 죽는다. 말 그대로 공중에서 연소되는 것이다. 솔라리저브라는 회사는 새의 죽음을 막기 위한 효과적인 전략을 개발했다. 더 많은 발전소가 가동되고 있으니 집광장치 조작에 있어 이 방법을 널리 확산하는 것이 매우 중요하다.