[신기술 소개] 태양광 열발전 발생 고온열을 1,200℃까지 저장물질 개발

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Figure. 1,200℃ 열저장이 가능한 유리(glass) 성분의 신물질.

태양광 열발전 발생 고온열을 1,200℃까지 저장물질 개발

태양광 발전의 가장 큰 약점은 비싸고 햇볕이 없는 경우에는 끊긴다는 점이다. 미국 태양광 열발전(solar thermal power) 벤쳐회사인 Halotechnics사는 태양광 열발전 효율을 높이면서 에너지를 필요시 사용이 가 능토록 저장할 수 있는 새로운 열저장 물질 초기제품을 개발했다. 염(salt) 혼합체와 유리(glass) 물질을 포 함한 물질이다.

태양광(solar panel)발전은 태양광을 직접 전기로 변화시키지만, 태양광 열(solar thermal)발전은 대단위 로 거울을 설치해서 집광된 태양광으로 고온의 스팀을 만들고 터빈을 돌려 전기를 생산하는 방식이다. 태 양광 열 전기생산 방식은 태양광 방식에 비해 비용이 좀 더 들지만 큰 장점은 발생된 전기를 저장하기보다 열로 저장하기가 쉽고 월등히 저렴하다는 점이다.

새로운 염과 유리 물질은 거의 18,000개의 후보군에서 걸러진 결과로서, 이 물질은 지금 사용되고 있는 열저장 물질보다 에너지를 3배나 더 저장할 수 있다. 미국 DOE의 Sunshot Initiative 프로그램 목표인 태 양광에너지 생산 전기가격 6 cents/kWh를 달성하기 위해서는 고온시스템으로 가야 하는데, 이와 같은 물 질이 큰 역할을 할 것으로 기대되고 있다.

현재 고온 열저장 능력은 용융염을 사용해서 약 565℃ 수준이다. 태양광 집광을 하면 훨씬 높은 고온을 발생시킬 수 있음에도 이 용융염 온도까지로 제한되어 온도를 더 올릴 수 없었지만, 이 새로운 열저장 물질 을 적용하면 최대 1,200℃까지 올릴 수 있다. 현재 태양광 열발전 시스템은 염을 최대 565℃까지 가열하고 대형 단열 탱크에 저장 사용한다. 최대 1,200℃까지도 적용이 가능하지만 1차로는 현재 온도 시스템에 20% 저렴하도록 적용하고자 시도하고 있다. 현재 열저장 염 가격은 톤당 1,000달러 수준이고 일반 규모 설비에서 3만톤의 염을 사용하므로 20% 절감은 수백만 달러 절감을 의미한다.

개발한 염 형태의 열저장 물질은 300℃ 용융온도를 가지고 최대 700℃까지 운전이 가능하도록, 그리고 유리 성분의 새로운 염은 400℃ 용융온도로 1,200℃까지 운전이 가능하게 개발되었다. 이 높은 온도 시스 템을 기존 터빈에만 이용해도 전체 시스템 효율이 52%에 달하게 된다. 그리고 장기적으로는 1,200℃의 고 온시스템이 물과 이산화탄소로부터 수소와 휘발유를 만드는데 필요한 핵심반응이 가능하도록 해줄 것으로 기대된다. 그렇지만 1,200℃라는 고온에서 운전하는 데는 용융유리를 저장하는 저렴한 재료를 발견해야 하는 등 엔지니어링 측면의 많은 난관을 거쳐야 한다.

출처 : MIT Technology Review, 2012/03/12

작성 : 윤 용 승(고등기술연구원)