트윈 기술 태양광 타워, 2배 출력으로 24시간 전력 공급

탄소제로 캠페인이 전 세계적인 화두로 떠오르면서 태양광 발전이 각광받고 있다. 무한정이며 무공해의 태양에너지를 이용하는 만큼 연료비가 들지 않고 대기 오염이나 폐기물 발생이 없어서다.

하지만 태양광 발전은 밤에는 에너지를 저장할 수 없어 낮에 저장해둔 에너지를 사용해야 한다는 한계가 있었다. 태양빛으로 발전을 해야하는 특성 때문에 설치 면적이 넓어야 하는 한계도 극복해야 했다.

그런데 최근 카타르 대학과 요르단 후세인공과 대학 연구팀이 이러한 한계를 극복할 수 있는 신기술을 개발했다.

이 기술은 태양과 주변 온도를 이용해 두 세트의 터빈을 통해 공기를 유도하여 전력을 생성하는 방식이다.

연구팀은 기존 태양열 상승 기류 타워의 문제점을 열효율이 낮다는 점이라고 지적했다. 즉, 건설된 구조물이 가치가 있으려면 매우 커야 하며, 이에 따른 높은 초기 비용으로 인해 실행이 어렵다는 것을 알게 됐다.

수년에 걸쳐 효율성을 높이려는 시도에는 환기 성능을 개선하고 굴뚝 높이를 높이는 것이 포함됐다. 그러나 이 같은 최선의 노력에도 불구하고 개선은 평범했다.

연구팀이 고안한 아이디어는 내부 타워 주위에 두 번째 타워를 건설하는 것이다. 외부 타워의 꼭대기에는 스프링클러가 '건조하고 뜨거운 공기'에 의해 즉시 흡수되는 '물 안개'를 분사한다.

그런 다음 공기는 더 무겁고 차가워지고, 중력은 다양한 기둥의 외부 타워 아래로 공기를 끌어당긴다. 이것은 외부 타워의 바닥에 위치한 터빈을 회전시키는 데 사용되는 '하강 기류'를 생성한다.

외부 타워는 온도가 가장 높고 습도가 제일 낮은 정오 무렵에 가장 잘 작동하지만, 연구원들은 태양 복사 조도가 작동에 직접적인 영향을 미치지 않기 때문에 하루 종일 작동할 수 있음을 알게 됐다. 이는 시스템이 24시간 전력을 생산할 수 있음을 의미한다.

장점은 이 시스템이 예전 태양열 상승 기류 타워의 2.14배의 전력을 생산한다는 점이다.

또한, 기존 시스템은 태양 복사 조도에 따라 발전량이 변동하지만, 이 시스템은 온도와 습도의 계절적 변화에 더 많은 영향을 받기 때문에 태양 복사 조도에 따른 발전량 변동이 적다는 장점이 있다.

연구진은 이 개념에 대한 향후 연구에서 다른 유형의 재생 에너지 기술을 통합하는 동시에 시스템 확장성을 면밀히 검토할 예정이다.

한편, 최근에는 우주 태양광 발전이 새로운 대안으로 떠오르고 있다. 우주 공간에 발전용 패널을 띄워 전력을 생산하는 기술인데 유지 보수 및 초기 배치 비용이 높다는 단점에도 불구하고, 효율과 안정적 전력 공급 측면에서 대안이 되고 있다.

실제로 2023년 6월 미국 캘리포니아 공과대학은 우주 태양광 발전 실증기(SSPD-1)에서 생산한 전력을 지구 표면으로 전송하는데 성공했다.

이에 앞서 영국은 관련 연구개발을 지원하고 일본도 우주 태양광 발전소 건립 계획을 추진 중으로 알려졌다. 한국 역시 한국전기연구원과 한국항공우주연구원이 우주 태양광 발전 시스템 연구에 착수한 상태다.

권일구기자 insu@foeconomy.co.kr 이 기자의 다른 기사 보기