전기를 만들기위한 인간의 노력

우리는 전기를 생산하는 발전 종류에 대해 얼마나 많이 알고 있을까?

일본 원전사고의 여파가 해결되지 않은 상태에서 전 세계 신재생에너지에 대한 관심이 급증하고 있다. 최근 화석연료와 원전의 대안으로 풍력·태양광 발전이 떠오르고 있지만, 신재생에너지의 종류는 이뿐만이 아니다. 우주태양광발전, 조력발전, 고온암체발전 등 첨단과학기법을 동원한 수많은 종류의 신재생에너지 발전 기술이 존재하고 있다.

① 구름 한 점 없는 우주에서 직접 태양빛 모은다.

공상과학소설에서 나올 법한 장면이 현실에 가까워지고 있다. 우주에서 태양빛을 모아 전기를 만드는 ‘우주태양광발전(SSPS·Space Solar Power System) 기술이 미국과 일본을 중심으로 활발히 연구되고 있다.

지난 2009년 일본 우주항공연구개발기구(JAXA)는 총 2조엔 규모의 자금을 투입해 우주태양광발전시스템(SSPS) 프로젝트를 본격화하기로 했다. 미쓰비시전기, NEC, 후지쓰, 샤프 등 전자업체들이 참여하는 ‘무인우주실험시스템 연구개발기구(USEF)’라는 컨소시엄도 구성됐다.

이번 연구는 2030년까지 우주공간에 전지들로 구성된 거대한 태양광 발전설비를 만들어 빔이나 전자파 형태로 지구로 에너지를 보내는 실험을 한다. 일본 연구진들은 우주에서의 태양광에너지는 지구에서보다 5~10배 강해 1GW(기가와트)의 태양에너지를 무선으로 전송한다는 계획이다.

이 프로젝트는 엄청난 비용과 기술이 요구되지만, 성공만 한다면 환경파괴 걱정 없이 친환경 무한 에너지를 365일 24시간 발전이 가능해진다.

문제는 생산된 전력을 지구로 공급하기 위해선 레이저빔이나 전자파 형태로 송신해 지구에서 수신하는 기술. 이 분야는 아직 실험실 단계에서 벗어나지 못했다는 평가다. 특히 전자파 형태로 보낼 경우 인근 지역 주민들의 인체에 악영향을 끼칠 수 있으며, 레이저빔으로 송신한다 하더라도 수신된 빔을 다시 전기로 변환하는 기술개발이 만만치 않다.

장영근 한국항공대 항공우주공학 교수는 “우주태양광발전 프로젝트가 성공한다면 구름 한 점 없는 우주에서 엄청난 친환경에너지를 사용할 수 있다”면서 “이미 소용량의 전기에 대해선 송수신과 변환에 대한 기술은 개발됐지만 1GW의 대용량은 현재 기술로는 어렵다”고 밝혔다.

그는 이어 “이 기술이 실제 상용화가 되기 위해선 40~50년은 지나야 가능하지 않을까 싶다”고 덧붙였다.


② 마그마로 달궈진 암반을 식혀 발전하는 고온암체발전

고온암체발전은 화산대 인근 지대의 갈라진 틈새나 인공적으로 시추를 통해 틈새를 만든 다음, 외부에서 물을 주입해 가열된 암반이 식으면서 발생하는 증기를 이용해 터빈을 돌리는 발전 방법이다.

지난 1980년도부터 1986년까지 일본·미국·독일(구 서독) 등 3국의 공동연구가 미국 로스알모스 연구소에서 실시돼 암반에 어느 정도의 인공 구멍을 생성하는 데 성공했다. 특히 일본의 경우 지난 1985년도부터 일본내 신에너지·산업기술총합개발기구(NEDO)와 전력중앙연구소가 함께 실용화를 목표로 야마가다현 오꾸라촌의 히지오지역에서 열추출 실험을 해 약 80%의 높은 회수율을 보였다. 이어 지반의 깊이를 더해 1992년에는 지하 2200M 부근에서의 열을 끌어내는 데 성공했다

일본 전력중앙연구소의 연구결과 보고서를 보면 지하 4000m 깊이에서 발전출력을 230MW로 할 경우 발전단가는 1KWH(킬로와트아워)당 12.7엔선으로 수력발전급의 원가수준이 가능하다고 밝혔다. 고온암체발전의 추정자원량은 깊이 4000m(암반최고온도: 400도)까지 이용한다고 하면 40만MWe(Mega Watt electric) 이상에 이르며, 실제로 연구결과를 통해 확인된 양만 하더라도 최소 4만MWe이고 이는 우리나라의 원자력발전소(1000MWe) 40개와 맞먹는 양이다.

하지만 고온암체발전시스템은 에너지에 대한 잠재력에는 긍정적인 평가를 받고 있지만, 실제 기술적·경제적·안전성에 대한 검증과 평가가 어려워 실제 사업으로 이어지기에는 어려움이 많다.

③ 반사된 태양열을 한 점에 모은다. 타워형 태양열 발전

최근 대구도시가스에서 사명을 바꾼 대성에너지는 3년에 걸쳐 총 116억5000만원을 투자해 대구 서변동 인근에 200KW(킬로와트)급 타워형 태양열 발전시스템을 개발 중에 있다.

이번 발전시스템 개발은 대성에너지가 지식경제부의 ‘2008년 전략기술 개발 과제’ 중 ‘200kW급 타워형 태양열 발전 시스템 기술개발’ 사업의 주관기업으로 선정돼 추진되는 사업으로 오는 2011.6월 완공을 앞두고 있다.

타워형 태양열 발전 시스템은 가로·세로 2M 크기의 반사경 450개를 이용해 태양열을 한 점에 반사시켜 1000도의 열이 흡수기를 통해 모이게 되는 구조다. 흡수된 열은 스팀발생기 통해 만들어진 고온·고압의 스팀은 터빈을 돌리는 에너지원으로 되면서 전기가 생산된다.

반면 태양열 발전의 경우 구름이 끼거나 비가 오는 경우 일사량이 적어 발전량이 일정치 못하다는 단점이 있다. 또한 그 반대로 과잉으로 열이 발생할 경우 집열기가 타버리는 등 문제점을 가지고 있다. 하지만 대성에너지가 개발한 타워형 태양열 발전 시스템은 과잉으로 열이 전달될 경우 에너지를 저장하고 스팀 생산에 필요한 열로 대체되면서 안전과 효율을 고려해 설계했다는게 회사측의 설명이다.

④ 세계 최대의 조력발전소가 시화호에 들어선다.

최근 대우건설은 총사업비 3135억원을 투입해 시화호 인근에서 세계 최대 규모의 시화호조력발전소 건설공사를 진행하고 있다. 이 발전소는 축구장 12개 크기인 약 13만8000㎡ 부지 위에 건설되며 2만5400KW(킬로와트) 규모의 발전기 10기에서 일일 최대 25만4000KW의 전기를 생산할 수 있다. 이를 연간으로 환산한다면 5억 5270만KWH(킬로와트아워)로 이는 소양강댐의 약 1.56배에 달하는 규모며 50만명 인구의 도시에 전력을 공급할 수 있는 양이다. 현재 전 세계에서 조력을 상업발전에 이용하거 있는 것은 1966년에 준공한 프랑스의 랑스발전소가 유일하다.

조력발전은 바닷물의 조석간만시 방조제 내외의 수위 차(낙차)에서 발생하는 위치에너지를 이용하여 발전하는 방식이며 오염물질을 발생하지 않는 청정에너지다. 홍수, 가뭄 등 일정치 않은 수력발전과 달리 하루에 두 번 5시간씩 일일 10시간 동안 안정적으로 전기를 생산할 수 있다.

특히 최근 대우건설 로비에 ‘시화호조력발전소 축소 모델’ 체험장비가 들어서면서 많은 사람의 관심을 받고 있다. 이 장비는 실제 시화호조력발전소를 50만분의 1로 축소해 만들어 버튼을 누르면 실제 물이 이동하고 발전용 터빈이 가동되는 등 조력발전소의 작동원리를 음성과 스크린을 통해 안내받을 수 있다.

이렇게 많은 방법으로 전기를 만들려는 노력이 노력으로만이 아닌 현실로 나타날 날이 있을 것이다.





올디.

출처: 조선비즈