태양열 발전의 희망들 2 - 스페인의 PS 10

태양열 발전의 희망들 2 - 스페인의 PS 10 

 [출처] 태양열 발전의 희망들 2 

 

태양열 발전에 있어서 발전에 유리한 넓은 사막은 물론 우수한 기술력과 자본력을 갖춘 미국이 유리한 건 분명한 사실이다. 그러나 그렇다고 이 영역이 미국의 독무대라고 생각하면 큰 오산이다. 오히려 태양열 발전에 있어 유럽국가들이 최근 두각을 나타내고 있는 것이 사실이다.
  
 특히 유럽에서도 덥고 건조한 기후를 가진 스페인은 태양열 발전의 천혜의 조건을 갖춘 국가라고 할 수 있다. 이중에서도 스페인 남부의 도시 세비야 (Seville) 는 유럽 태양열 발전의 핵심도시로 떠오르고 있는데, 오늘 이야기할 유럽 최초의 상업용 태양열 발전소인 PS 10 이 여기에 건설되었기 때문이다.

앞서 포스트에서 태양열 발전 방식 몇가지를 소개했는데 이런 방식들은 태양열을 한곳에 집중해서 사용하기 때문에 Concentrating Solar Power (CSP) 방식으로 불린다. 크게 파라볼릭 트로프 (Parabolic trough), 파라볼릭 디시 (Parabolic Dish), 솔라 타워 (Solar power tower) 형식등이 있다고 소개했었다. 이를 한점에 집중하느냐, 혹은 한 라인에 집중하는냐에 따라 또 나누기도 한다.

앞서 포스트에서 태양열 발전 방식 몇가지를 소개했는데 이런 방식들은 태양열을 한곳에 집중해서 사용하기 때문에 Concentrating Solar Power (CSP) 방식으로 불린다. 크게 파라볼릭 트로프 (Parabolic trough), 파라볼릭 디시 (Parabolic Dish), 솔라 타워 (Solar power tower) 형식등이 있다고 소개했었다. 이를 한점에 집중하느냐, 혹은 한 라인에 집중하는냐에 따라 또 나누기도 한다.

지금 이야기할 PS 10 (Planta Solar 10) 은 point concentrator 방식의 CSP 식 발전이 된다. 그런데 복잡한 분류는 소개글에서 적당하지 않을 것 같아 간단히 넘어가고 이 발전소에 대해서 구체적으로 설명을 해보고자 한다.
PS 10 은 여러개의 커다란 거울을 각각 조절해서 한개의 촛점에 맞추는 방식의 태양열 발전소이다. (이 거울을 Heliostat (일광 반사 장치) 라고 부른다) 이런 방식은 이미 오래전 연구되어 왔으며 과거 미국에서 개발한 캘리포니아 솔라원 (California solar one) 이 그 원조격이라 할 수 있다. 현재는 이 후계기인 솔라투가 활약 중이다.  

​< California Solar Two 의 모습. 여러개의 heliostats 들이 태양광을 탑 꼭대기의 리시버에 전달한다>

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일반적으로 유럽하면 태양열 발전에 적합한 사막 지형이 없기 때문에 최근까지도 솔라 타워 형식의 발전소는 없었다. 그러다 90년대 후반부터 몇개의 회사들이 컨소시엄을 구성 비교적 고온 건조 기후인 스페인에 솔라 타워를 건설하고자 했다. 그 결과 스페인 남부의 세비야가 후보지로 결정되었다. (정확한 위치는 세비야 서쪽 15km Sanlúcar la Mayor 이다)

참고로 태양열 발전에 적합한 기후는 사실 생각보다 많지 않다. 사막 지대가 가장 유리하고
반건조 기후대나 열대나 아열대 기후가 적합하기 때문이다.

< 이 solar belt 는 태양열 발전소 건설에 가장 적합한 지역이 편중되어 있음을 보여준다>
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PS 10 은 약 120 m2 의 반사 거울 (Heliostat) 이 모두 624개가 존재한다. (대략 총면적은 75000 m2) 이 거울들은 컴퓨터로 조절 되어 115 높이의 솔라 타워의 리시버에 태양광선을 반사해서 집중시킨다. 여기서 가열된 수증기는 터빈을 돌려 발전을 하게 되는 것이다.

​<반사 거울 - Heliostats)> 

​ <Heliostats 들이 타워를 중심으로 배치되어 있다>

<솔라 타워 - 상부의 네모 구조가 태양에너지를 받는 리시버다>

​<발전 모식도 - 리시버에서 가열된 물은 250도 40기압으로 가열되 일부는 터빈을 돌리고 나머지는

저장 탱크에 저장된다>

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이 발전소에서 한가지 주목할 점은 바로 모든 수증기가 바로 터빈을 돌리는 것이 아니라 하늘이 흐려지거나 밤이 될때를 대비해서 수증기를 저장하는 탱크를 따로 가지고 있다는 점이다. 앞서 포스트에서 언급했지만 태양열 발전의 장점은 열에너지를 저장할 수 있다는 점이다. 이 저장된 에너지를 사용하므로써 태양에너지를 이용 못할 때도 전기를 생산할 수 있다. 그러나 현재까지는 저장 기술이 발달하지 못해 저장 가능한 시간은 짧다고 한다. 50%의 load 를 줄때 약 50분 버틴다고 한다.

아직까진 많은 개선이 필요한 상태다.

<수증기 저장 탱크>

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이 유럽 최초의 태양열 발전소인 PS 10은 2007년에 완공되었다. 평균 11MW 의 전기를 생산하며 인근 세비야의 6000가구가 쓸 전기를 공급한다. 총 건설 비용은 3천5백만 유로였다. 스페인에서 이 발전소로 인해 매년 18000톤의 이산화 탄소 발생이 억제된다고 한다. 사실 이 정도는 크게 의미 있는 양은 아니지만 첫술부터 배가 부를 순 없는 것이다.
 
PS 10 은 상업용 시험 발전소에 불과하다. 이미 PS 10 의 두배인 1200 개의 Heliostats 를 가진 PS 20 이 건설 중이다. 발전 용량도 두배인 20MW 이다.

<PS 10 옆에 건설 중인 PS 20>

 

현재 스페인 정부는 새로운 발전소를 지어 태양열 발전 용량을 300MW로 증가 시켜 20만 가구에 전기를 공급하는 방법을 고려 중에 있다. 이것이 가능하다면 세비야 시 전체가 태양 에너지로 움직일 수 있다. 여기에 필요한 예산은 대략 12억 유로로 생각되고 있다. 이 계획이 만약 진행된다면 스페인은 한동안 세계 최대의 태양열 발전 국가가 될 것이다. 
  
아직까지 야간 발전등의 문제를 완전히 해결하진 못했지만 이러한 시도들은 고무적이다. 다만 비용적인 문제를 감안할 때 비용 효과적이라고는 하기 어려운 게 사실이긴 하다. 분명 태양열 발전의 발전 비용은 기존 방식보다 더 드는게 현실이다. 
 
그래서 현재 진행중인 경제 위기가 이러한 대체 에너지 개발에 악영향을 미치지 않을까 하는 우려도 있다. 그러나 우리의 미래 세대를 위해서 향후 이런 시도들이 경제 문제로 뒷전으로 밀리지 않고 꾸준히 진행되었으면 하는 것이 필자의 바램이다.