한수원블로그
삶에 활력(力)을 더하는 이야기
모바일메뉴 열기
검색창 닫기

태양에너지를 연못에 저장하다! ‘태양연못(Solar Pond)’

  • 2015.07.03.
  • 3343
  • 블로그지기
  • 페이스북
  • 트위터
  • 카카오
  • 인쇄

태양 연못

 

우리에게 있어서 태양은 참 중요한 존재입니다.
빛에너지’와 ‘열에너지’ 그리고 생명을 살아갈 수 있도록 만들어주는 역할을 합니다.

오늘날 우리들은 환경의 오염을 최소화하고 에너지를 얻기 위한 방법을 생각했을 때 가장 많이 그리고 가장 먼저 시도되기 시작했던 것들 중에 하나가 바로 태양을 이용한 신재생에너지 개발이었습니다.

지난날 블로그에서 태양열과 태양광을 이용한 신재생에너지에 대해서 소개해준 바가 있습니다.

이번에도 태양을 이용한 신재생에너지를 소개하려고 하는데요.
이번에 소개할 신재생 에너지는 바로 태양 연못(solar pond)입니다. 

그럼 지금부터 태양 연못에 대해 함께 알아보도록 하겠습니다.

 

태양연못의 원리

 

◆ 태양 연못(Solar Pond)의 원리

태양 연못(Solar Pond)은 일종의 태양열 ‘집열체’로서 기존의 태양열시스템과 비교하여 보다 적은 비용으로 저온의 열에너지를 얻을 수 있다는 기대감에서 수십년 전 부터 여러 나라가 연구 활동을 하고 있습니다.

깊이가 2~3m 정도이고 넓이가 수천㎡인 연못의 바닥에 농도가 높은 소금물을 담아, 대류를 억제하여 표면수의 온도를 낮추고 바닥의 온도를 높여 그 열에너지 또는 온도차를 이용하는 원리입니다.

다시 설명하자면, 연못 속에 소금물을 넣어 태양열에 의해 뜨거워진 물이 소금의 농도차에 의해 층이 형성되게 만들어 축열을 하는 방식으로 이 물의 온도는 약 70℃정도가 되어 계란을 익힐 수 있을 정도의 온도입니다.

이 기술은 이스라엘에서 많이 상용화되고 있는데 사막에 수평방 km의 규모로 사해(死海)의 물을 끌어들여 온도차를 이용하여 발전할 계획이 세워져 이미 5,000kW의 발전소가 가동하고 있으며, 장차 200만 kW급의 발전소도 건설이 가능하다고 보고 있습니다.

이 태양연못은 여름동안에 태양열을 축열시켜 놓았다가 겨울철에 저장되어 있는 열을 이용하여 난방 은 물론 높은 바닥온도와 표층의 낮은 온도에 따른 온도차를 이용하여 저온 터빈으로 발전을 할 수 있는 특징을 가지고 있습니다.

 

태양연못

 

◆ 세 개의 층으로 나누어져 있는 태양 연못

태양연못은 보통 세 개의 ‘층(Layer)’으로 나누어지는데 소금물의 밀도에 따라 맨 위층은 밀도가 0-5%인 자연대류층, 중간층은 밀도가 포화상태인 23%정도에 이르기까지 약 1m 깊이에 걸쳐 구배(Gradient)되어 비대류특성을 갖는 층, 그리고 맨 아래층은 포화되어 있는 대류층이 그것입니다.

바닥층으로 도달하는 일사에너지에 의하여 일단 상당한 부피의 온도구배(Tempreture Graident)를 형성하게 되지만, 이 온도구배는 소금물의 밀도구배가 안정할 수 있는 조건을 초과하기 때문에 자연스레 대류가 일어나게 되고, 바닥층은 바로 위에 형성되어 있는 비대류층으로 인하여 외부, 즉 상단으로부터 열적으로 차단되기 때문에 열저장층(Storage Layer)이라고도 불립니다. 따라서 저장층은 태양에너지를 받아 우리에게 열원을 제공해주게 되며 그 깊이 등을 조절함으로써 보다 효과적인 운영이 가능하게 됩니다.

연못의 표면층이 대류작용을 하는 것은 외부현상에 노출되어 있기 때문에 바람이 일어난다거나 기타 다른 여러 가지 원인 즉, 비나 눈이 올 때의 경우 혼합현상과 물결현상 등으로 불안정한 상태가 발생하기 때문입니다. 이 경우 표면층이 두꺼워지면서 전체 시스템의 깊이에 영향을 주게 되기 때문에 일사에너지의 침투율과 관계, 시스템의 효율저하를 불러옵니다.

 

이렇게 세 개의 층으로 나누어져 있는 태양 연못은 앞의 설명과 같이 층별로 온도 분포가 다르게 형성됩니다. 즉, 상하 대류층은 전 두께(깊이)에서 일정한 값을 가지게 되지만, 대류작용이 없는 중간층은 깊어질수록 밀도와 함께 온도도 층화 되어 구배를 이루고 있습니다. 이 기술에서는 특히 바닥의 염수가 대류를 일으키기 쉽고 상부 표층에 확산하기 쉬우므로 이것을 억제할 연구가 필요하며, 거품의 발생도 대류를 촉진하여 온도차를 교란하기 때문에 바람직하지 못 합니다.

이 태양연못은 바닥의 열을 뽑아 내지 않고 방치해 두면 *비등하는 일이 있으나 그것을 사전에 방지하는 기술의 성공으로 값싼 태양열에너지를 대량으로 공급하는데 유망합니다.

*비등 : 일정한 압력하에서 액체를 가열하면 일정 온도에 도달한 후 액체표면에 기화(증발) 외에 액체 안에 증기 기포가 형성되는 기화현상

 

이처럼 연못 속에 소금을 넣어 태양열에 의해 뜨거워진 물이 소금의 농도 차에 의해 층이 형성되게 하여 축열을 하는 방식으로 발전을 하는 태양 연못을 이용하면 낮에 복사한 태양열을 이용해 발전을 할 수 있다는 장점이 있지만 반면에 깨끗한 물이 많이 필요하다는 단점 또한 있습니다.

오늘날 발전을 거듭하고 있는 신재생에너지들 앞으로도 연구가 계속되어 효율적이고 친환경적인 에너지를 생성해 상용화되는 날이 빨리 오기를 기대해 봅니다.

 

블로그지기

1

댓글 남기기

블로그지기
블로그지기
한수원의 생생한 소식과 한수원사람들의 이야기를 전합니다
목록