태양열을 가두는 신기술 - 용해소금 탱크

스페인, 태양열을 가두는 신기술 - 용해소금 탱크

- 스페인, 태양열 발전 세계 1위로 등극 -

- 용해소금 탱크를 통한 태양열 저장 기술로 태양열 발전시설 확대 기대 -

 이성학 ( spelee@kotra.or.kr )

 

☐ 스페인, 미국 넘어 세계 최대 태양열 발전 국가로 등극

 

 ○ 태양열 발전(Solar Thermal Power Generation)은 통산 섭씨 300도 이상의 열을 이용하는 고온 태양열 이용 기술로,
기술적 한계로 인한 낮은 에너지 집약도로 인해 그간 타 재생에너지(풍력, 태양광)보다 낮은 관심을 받음.

  - 그러나 중저온 영역의 태양열을 이용하는 기술은 이미 오래전부터 상업화 돼, 일반가정이나 상업시설에서 사용하는
태양열 온수기나 냉난방 시설은 비교적 활발하게 보급된 바 있음.

 

 ○ 2010년 7월, 스페인은 총 설치용량 432MV로 미국(422MV)을 넘어 세계 최대 태양열 발전 국가로 발돋움 함.

  - 현재 총 11개의 태양열 발전시설이 가동 중이며, 그 중 대표적으로 Abengoa사의 PS 10/20(타워형 발전시설,
각각 11MW/20MW), ACS-Cobra사의 Andasol 1/2(포물선 V자형 발전시설, 각각 50MW) 등을 꼽을 수 있음.

 

 ○ 재생에너지 관련 국내·외 유수기업인 Abengoa, ACS-Cobra, Iberdrola, Alstom, MAN Ferrostaal Solar,
Solar Millennium AG 등이 스페인 태양열 발전산업에 활발히 참여 중이며, 이들은 2013년까지 총 150억 유로 규모의 투자를
통해 태양열 발전시설 수를 60여 개로 확대할 예정임.

  - 업계는 2013년까지 총 2500MW 규모의 태양열 발전시설을 설치할 것으로 계획한 바 있으나, 최근 스페인 정부가 재정적자
심화로 신재생에너지 지원금을 삭감해, 당초 계획에 차질을 빚을 것으로 우려됨.

 

☐ 태양열 발전 최대 문제점: 일몰 후 발전 불가능, 높은 전기생산비용 등

 

 ○ 태양열 발전시설 가동에 있어 그간 제기된 최대 장애물은 일몰이나 흐린 날씨에는 전기생산이 불가능한 점임.

  - 풍력의 경우, 들풍이나 바람의 세기에 따라 전기생산 변동폭이 크다는 약점이 있으나, 대체적으로 하루 내내 발전이 가능하다는
점에서 태양열 발전보다 우수히 평가됨.

  - 그 밖에, 미국 에너지성(U.S Department of Energy)에 따르면, 풍력은 킬로와트 당 전기 생산비용이 8센트 가량인 반면,
태양열 발전은 13~17센트를 육박해, 경제적 실효성에서도 저평가 된 바 있음.

 

 ○ 또한, 다양한 장소에 다양한 규모로 설치 가능하며 일반가정 및 상업시설, 발전사업자 등 수요군이 넓은 태양광 발전에 비해,
태양열 발전은 사막과 같은 일사량이 풍부한 지역에 한해 대규모 설치 면적이 필요하며, 주 수요처가 전력회사와 같은 대규모
사업에게만 한정된다는 단점이 있음.

 

 ○ 그러나 최근 용해소금을 통한 태양열 축열기술이 개발되며 일몰 후에도 전기발전이 가능해져, 태양열 발전시설에 대한 관심이
날로 높아짐.
그 밖에, 태양광 발전과 비교해 1) 전환효율이 높으며, 2) 낮은 재료비 부담으로 발전단가가 저렴하며, 3) 터빈 구동방식으로
기존 화력발전과 Hybrid 조합이 가능한 점이 태양열 발전의 매력적인 부분 중 하나로 부각됨.

 

☐ Andasol-1, 유럽 최초 축열시스템 도입 태양열 발전 시설

 

 ○ Andasol-1은 유럽에서 처음 축열시스템을 도입한 발전용량 50MW의 태양열 발전단지로써, 스페인 건설 그룹인 ACS Group과
독일 Solar Millennium에서 총 3억 유로를 투자해 지난 '09년 3월 준공함.
(현재 ACS Group이 Andasol-1의 지분 100%를 소유함.)

 

 ○ 앞서 언급된 바와 같이, 동 태양열 발전시설에 사용된 축열기술은 용해소금을 통한 태양열 저장 방식임.
즉, 용해소금 저장탱크에 최대 1010MWht 규모의 태양열 저장이 가능해 짐으로서, 일몰 뒤에도 최대 7.5시간까지
전기발전시설의 풀가동이 가능함.

 

 ○ Andasol-1의 전기발전 방식은 다음과 같음. 먼저, 51㏊에 펼쳐진 포물선 V자형(Parabolic Trough) 집열판을 통해 얻은
섭씨 400도 정도의 태양열 중, 일부는 고압수증기를 발생시켜 전기 발전기를 구동시키고, 나머지는 28.5톤 규모의 용해소금
저장탱크게 보관함. 그 후, 저녁이 되거나 일사량이 적을 시, 저장된 태양열을 방출해 증기터빈 가동을 유지할 수 있음.

 

ANDASOL-1 발전시설

태양열 발전 시설	포물선 V자형 집열판
구동 방식

 

 ○ Andasol-1의 가동 시작 후 1년이 지난 현재, 전기에너지 생산 결과는 상당히 성공적임. ACS-Cobra에 따르면,
지난 '10년 5월 동 발전시설의 전기 생산량은 총 16GWh로, 이론상 최대 가동률의 92%에 달함.

 

☐ 태양열 관련 세계 우수기업, 용해소금 저장방식 발전시설 개발 착수

 

 ○ 이와 같은 태양열 저장 기술의 발전에 힘입어, 최근 세계 주요 재생에너지 기업들은 태양열 발전단지 시공에 박차를 가함.

 

 ○ 스페인 대표 재생에너지 기업은 Abengoa Solar의 경우, 2011년 가동을 목표로 미국 아리조나 주에 포물선 V자형 태양열 발전소
를 건설 중임. 향후, 피닉스 소재 전력회사인 Arizona Public Service 사가 이 발전시설의 전기를 구매해, 아리조나 주의 7만여
가구에 전력을 공급할 예정임.

 

 ○ 미국 Solar Reserve사의 경우, 100~200MW 규모의 타워형 태양열 발전소 건설을 계획 중이며, 중앙수신기에서 용해소금을
섭씨 565도로 가열해 태양열 저장탱크에 열을 저장하는 방식을 검토 중임.

 

☐ 전망 및 시사점

 

 ○ 스페인 내 태양열 설치용량은 '10년 7월 기준 총 432MW로, 2만여 MW에 육박하는 풍력 설치용량에 비해 미미한 수준임.
그러나 앞서 설명된 축열기술 개발에 힘입어, 앞으로 태양에너지 발전시설에 관심을 보이는 기업이 더욱 늘어날 것으로 예상됨.

  - 특히, 일사량이 높고 준사막 지대가 많은 스페인이나 중동, 아프리카 등지에선 태양력 발전의 효용성이 매우 높을 것으로 기대됨.

   * Andasol-1이 위치한 지역의 경우, 연간 일사량이 2200kWh/m2에 달함.

 

 ○ 또한, 앞서 언급된 스페인 정부의 재생에너지 지원금 삭감 결정으로 인해, 더 나은 조건의 인센티브를 제공하는 국가에 대한
스페인 주요 태양열 발전시설 건설기업(Abengoa, ACS, Abener 등)의 진출이 가속화 될 것으로 전망됨.

 

 

자료원 : 재생에너지 전문잡지(Energias Renovables), LG Business Insight, 태양열에너지 협회(PROTERMOSOLAR),
        기업 홈페이지, 코트라 마드리드KBC