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미래 조명, ‘녹인 소금’이 책임진다!

  • 2017.09.18.
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멀지 않은 미래에는 도심지를 환하게 밝혀줄 조명을 ‘녹인 소금’이 책임질지도 모른다. 미국의 한 신재생에너지 전문업체가 태양열을 통해 만들어진 에너지를 녹인 소금에 저장하는 기술을 개발하고 있기 때문이다.

첨단 기술 전문 매체인 뉴아틀라스(newatlas)는 호주의 사막에 세계 최대 규모의 용융염 태양열 발전소가 건설될 예정이라고 보도하면서, 이 발전소의 특징은 용융염(molten salt)에 태양열 에너지를 저장하는 것이라고 밝혔다.

용융염을 글자 그대로 해석하면 녹인 소금이지만 그렇다고 사람이 먹는 소금을 녹인 것은 아니다. 열을 보존하는데 사용되는 용융염은 질산나트륨(Sodium nitrate)과 질산칼륨(Potassium nitrate)의 혼합물이 액체 상태로 변한 것을 말한다.

용융염이란 이 혼합물을 260~550°C의 고온으로 열을 가했을 때 액체로 변한 상태를 가리키는 것으로, 열에너지를 장기간 보존할 수 있는 특징을 갖고 있기 때문에 최근 들어 태양열 발전의 보조수단으로 각광을 받고 있다.

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호주에 건설될 세계 최대의 용융염 발전소 가상도 ⓒ Solar Reserve

태양광 발전의 단점을 보완해 줄 용융염 발전

대부분의 신재생 에너지가 그렇듯이 태양에너지도 한두 가지의 결정적인 단점으로 인해 널리 사용되지 못하고 있다. 그 중에서도 태양이 떠있는 낮에만 발전(發電)이 가능하다는 점은 태양에너지의 상용화를 막는 가장 치명적인 걸림돌로 작용하고 있다.

따라서 과학자들은 낮에 만들어진 태양에너지를 밤에도 사용할 수 있도록 하는 에너지 저장기술을 오래 전부터 연구해 왔는데, 가장 대표적인 저장기술로는 에너지저장시스템(ESS)이 있다. 그러나 높은 비용과 까다로운 관리과정으로 인해 널리 보급되지는 못하고 있는 실정이다.

이에 대한 대안으로 떠오르고 있는 기술이 바로 용융염 발전이다. 현재 세계 최대의 용융염 발전소로는 미국 네바다 사막에서 가동되고 있는 크레센트듄스 태양열 발전소(Crescent Dunes Solar Energy Project)가 꼽히고 있다.

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네바다 사막에 건설된 크레센트듄스 태양열 발전소 ⓒ Solar Reserve

미국의 신재생에너지 전문 기업인 솔라리저브(Solar Reserve)社가 시공한 이 발전소는 총 1만 7500개의 반사경과 165m 높이의 거대한 탑으로 이루어져 있다. 거대한 탑은 반사경을 통해 반사된 태양빛을 탑 위로 모으기 위해 설계되었다.

일반적인 태양열 발전소는 생산한 에너지를 바로 물을 끓이는데 사용한다. 물을 수증기로 만든 후 발전기 터빈을 돌려 전기를 생산해야 하기 때문이다. 하지만 용융염 태양열 발전소는 물이 끓이기 전에 질산염 혼합물을 녹여 용융염을 만드는데 에너지를 먼저 사용한다.

용융염을 만드는 이유는 태양열을 통해 만들어진 에너지를 보존하기 위해서다. 저장된 에너지는 일몰 후에 저녁 10시간 동안 인근 지역의 7만 5000가구에 전기를 공급할 정도의 충분한 에너지를 공급할 수 있다. 저장된 에너지를 사용하여 마치 밤에도 태양광 발전을 하는 것과 같은 효과를 내도록 하는 것이다.

호주에 세계 최대의 용융염 발전소 건설 예정

현재는 크레센트듄스 발전소가 세계 최대 규모의 용융염 발전소지만, 그 타이틀은 그리 오래 가지 않을 것으로 보인다. 호주의 사우스오스트레일리아주에 위치한 사막에 세계 최대 규모의 용융염 태양열 발전소가 건설될 예정이기 때문이다.

오로라 솔라 발전소(Aurora Solar Energy Project)라 명명된 이 용융염 발전소도 크레센트듄스 발전소를 시공한 솔라리저브가 맡을 예정인데, 운용 방식은 같지만 규모는 훨씬 크게 지어지게 된다. 솔라 타워 한 개당 150MW급 발전 설비를 갖추게 되고, 용융염에 저장하는 에너지도 1100MW급 규모로 확대된다는 것이 시공사측의 설명이다.

이에 대해 솔라리저브社의 케빈 스미스(Kevin Smith) CEO는 “연간 495기가와트(GW)의 전력을 생산하여 사우스오스트레일리아주 지역의 소요 전력 중 약 5% 정도를 공급하게 될 것”이라고 전망하며 “낮이든지 밤이든지 전력 수요가 있을 때라면 언제라도 110MW급의 전력을 공급할 수 있다”라고 강조했다.

스미스 CEO의 설명에 따르면 뜨거운 용융염은 거대한 저장 탱크에 보존되며, 여기에 보존되는 에너지는 열 교환기를 통해서 물을 수증기로 끓이는 데 사용되는 것으로 나타났다. 일반적인 화력 발전소와 동일하게 수증기의 힘으로 터빈을 돌려 전기를 생산하는 것이다.

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용융염 태양열 발전의 원리 ⓒ Solar Reserve

스미스 CEO는 “용융염 발전소는 건설비는 좀 비싸지만, 태양에너지 발전의 가장 큰 문제인 24시간 발전을 못한다는 점을 해결했다는 사실에서 충분히 주목받을 만한 가치가 있다”라고 언급하며 “뜨거운 용융염을 이용하면 장기간 에너지 보존이 가능하기 때문에 24시간 전력을 공급할 수 있다”라고 밝혔다.

업계의 시각도 스미스 CEO의 예측과 크게 다르지 않다. 용융염 태양열 발전소가 밤에는 발전할 수 없거나, 기상 상태에 따라 발전량이 크게 달라지는 태양광 발전의 단점을 극복할 수 있는 대안으로 보고 있는 것이다.

다만 비용적인 측면에서는 구조가 매우 단순한 태양광 발전에 대비하여 불리한 측면이 있다는 의견도 제기되고 있다. 따라서 용융염 태양열 발전소의 미래는 기존의 태양광 발전소를 대체하기보다는 상호 보완하는 방식으로 발전하게 될 것으로 업계는 전망하고 있다.

스미스 CEO는 “오로라 솔라 발전소는 오는 2020년 완공을 목표로 추진될 예정”이라고 밝히며 “용융염 발전 방식은 호주나 미국, 그리고 중국 등 넓은 사막을 갖고 있는 국가에서 매우 유용한 에너지 발전 방식이 될 것으로 보인다”라고 예측했다.

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