[투데이에너지 강은철 기자]태양에너지는 지구상에서 가장 풍부한 에너지자원으로 전세계 사막면적의 1%를 활용해 세계 전력수요량에 해당하는 전력을 생산할 수 있다고 한다.
태양에너지를 이용해 전력을 생산하는 시스템은 현재 태양광발전과 태양열발전이 있다. 우리나라에서는 태양광발전에 집중돼 있으나 전세계적으로 태양열발전에 대한 관심도 높고 발전효율이 더 높다보니 태양열발전 설치를 늘리고 있는 국가들이 늘어나고 있다.
태양열발전은 무한한 신재생에너지원인 태양에너지를 반사경으로 집광해 수백~수천도의 고온을 얻고 이를 각종 발전사이클의 구동을 위한 열원으로 사용해 전기를 생산하는 기술이다.
우리나라는 발전인프라가 높은 나라 중 하나로 태양열발전과 우리나라의 강점인 발전설비와 결합시킨다면 우리나라가 투구하고 있는 2015년 전세계 5위권 신재생에너지국가 목표달성에 가장 빠르게 진입할 수 있는 수단으로 평가하고 있다.
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태양열발전시스템은 집광, 흡수, 발전 및 에너지저장시스템을 포함하고 있다. 발전기술은 집광방식에 따라 구유형(PTC), 타워형(TOWER), 접시형(DISH) 등으로 구분하고 있다. 구유형은 1980년대 후반부터 상용화를 시작해 현재 가장 활발하게 건설되고 있으며 50MW 이상 대규모 상용발전에 적합한 시스템으로 평가받고 있다.
2010년 말 기준 전세계 태양열발전 규모는 950MW이며 건설 중인 태양열발전 플랜트의 총규모는 1,934MW인 것으로 알려지고 있다. IEA는 2050년까지 CO₂배출량을 저감시키기 위해 Key가 되는 기술이 개발 및 보급을 세계적인 규모로 추진하는 것을 목적으로 태양열발전을 포함한 주요 저탄소기술에 대해 2050년 기술로드맵을 제시하고 있다.
태양열발전의 로드맵은 2050년에는 연간발전량 기준으로 약4,750TWh에 이를 것으로 예측하고 있다. 이는 전세계발전 전력량의 약11%에 상당하는 양이다.
지열별로는 고일사량지역인 북미, 아프리카대륙, 인도 및 중동 등에서 발전략의 증가가 크고 장래에는 태양열발전이 중요한 기간 에너지원 중 하나가 될 것으로 기대하고 있다.
■ 국내 기술개발 동향
국내에서는 기술개발 초기단계로 태양열 전문기업인 선다코리아가 지난해 정부가 발주한 200kW급 태양열발전 연구과제를 수행하고 있다.
타워형은 상용화 초기이나 기술개발 및 성능향상의 여지가 많이 남은 기술로 0.1~20MW급의 다양한 형식의 발전이 가능하다. 현재 대구시와 대구에너지가 정부의 연구과제를 수주해 연구개발이 한창으로 200kW급 태양열발전이 대구시 북구 서변동 신천하수처리장 일대에 들어선다.
접시형은 소형 분산형발전을 주용도로 개발됐으나 대량생산을 통한 원가절감 가능성과 Stirling엔진을 이용한 고효율발전의 가능성 등으로 100MW급 이상의 대규모 발전에도 경쟁력을 갖추고 있다는 평가다.
RPS 적용 시 집단에너지분야 보급 확대 클 듯
■ 100kW급 PTC 개발 중
선다코리아는 지난해 지식경제부의 ‘100kW PTC태양열발전 실증연구’ 개발과제 주관기업으로 선정돼 연구개발이 한창 진행되고 있다. 이번 과제에는 위탁기관으로 경희대와 한국해양대가 참여하고 있으며 2012년 6월30일까지 총연구비는 27억6,000억원을 들여 개발하게 된다. 주관기관인 선다코리아는 △태양열 집광기 설계 제작 △태양열발전 통합시스템 제작 △발전시설 제작 및 웹모니터링 구현 등을, 참여기관인 한국해양대는 △스팀터빈 최적 설계 △시뮬레이션 성능평가를, 경희대는 △최적설계 △시뮬레이션 △성능평가, 모니터링 등을 각각 수행하고 있다.
현재 태양열발전시장을 주도하고 있는 미국, 이스라엘, 스페인 등의 기업에서 기술이전을 통해 세계시장 진출을 위한 실증연구가 절실한 상황이다.
선다코리아의 관계자는 “PTC 태양열발전 기술개발을 통해 태양열을 이용한 전력 및 냉난방, 급탕 통합시스템을 구축할 수 있다”라며 “향후 5MW급 시범보급사업 및 일반보급사업을 통한 태양열발전 입찰참가자격 획득으로 해외발전시설 및 플랜트사업에 진출해 국내 인력시장 창출 기회와 집광 설계, 제작 등 장비 및 통합시스템 수출이 가능할 것”이라고 기술개발의 중요성을 밝혔다.
■ Stirling엔진 개발 핵심
태양열발전시스템 중 Dish-Stirling발전시스템은 개발된지 10년 이상이 지났으나 PTC(Parabolic Trough Concentrator)나 타워형에 비해 상업화가 늦게 진행되고 있다. 이는 Stirling엔진의 높은 가격이 주요한 원인으로 평가받고 있다.
현재 Dish-Stirling발전시스템은 3~25kW규모가 개발돼 있으며 25kW급 발전시스템으로 구성된 1.5MW규모의 발전단지가 운영되고 있는 미국에서 1.6GW의 대규모 태양열발전을 앞두고 있다. 또한 미국에서의 최근 태양열발전 보급시장의 경향을 보더라도 500MW규모까지도 Dish-Stirling발전시스템을 적용하고 있다.
대규모 태양열발전에 참여하고 있는 미국 Tessera Solar에서는 최근 25kW급 발전시스템을 총6만대(Stirling엔진 가격을 약1억5,000만원으로 산정시 9조원으로 평가) 공급하는 계약을 체결하기도 했다.
Dish-Stirling발전시스템은 태양광발전(PV)대비 시장 확장성(분산발전+대규모발전)이 높고 대규모화 가능성이 10kW~100MW 이상 대규모 생산에 의한 시스템 가격절감으로 인해 성장 가능성이 높은 것으로 평가받고 있다.
관련업계의 관계자는 “현재 국내에서 개발된 10kW Stirling엔진의 기술개발로만 중단할 것이 아니라 태양열발전분야에서 소규모 및 대규모 모두에 적합한 Dish-Stirling 태양열발전시스템을 세계적인 기술개발 추세를 반영하는 용량 중심으로 정부가 주도해 기술개발을 주력해야 한다”라고 밝혔다.
이에 정부에서는 최근 ‘수출형 Dish-Stirling 태양열발전시스템 개발’ 연구과제를 내놨다. 기술개발을 통한 이산화탄소 감축잠재량은 2015~2020년까지 4만3,000톤CO₂, 2012~2030년 45만3,000CO₂으로 평가받고 있으며 에너지절감효과는 2015~2020년까지 615TOE, 2030년까지 6,665TOE를 기대하고 있다.
기술개발 실증이 완료되는 2015년까지 1MW급 규모이 발전시스템이 보급되기 시작해 2020년까지 40.8MW 규모로 성장해 2030년까지 지속적으로 성장될 것으로 전망된다.
특히 2015년 예상되는 Dish-Stirling 태양열발전시스템의 세계시장 규모 혹은 매출규모는 8조9,208억원 정도로 추정되고 있으며 국내의 경우 2015년에 1,320억원, 2030년 2,448억원 정도의 수준이 예상된다. 또한 중소기업의 매출 1억원당 고용 창출효과가 1명으로 예상할 때 2015년부터 2030년까지 누적 국내 시장규모인 14조3,997억원으로 가정할 때 약14만4,000여명의 고용 창출 효과도 가능할 것으로 보인다.
■ 태양열발전시장 확대를 위해
태양열발전 시장 확대를 위해서는 신재생에너지 공급의무화제도(RPS)를 적용해야 한다는 지적이 끊임없이 나오고 있다.
관련업계에 따르면 집단에너지와 접목할 수 있는 신재생에너지열원은 수력, 연료전지, 태양광, 지열, 풍력, 태양열 등이 모두 가능하지만 태양열발전의 경우 전기와 온수를 동시에 생산할 수 있어 집단에너지화에 가장 효과적인 시스템이다.
특히 대형 집단에너지기업인 한국지역난방공사나 GS파워 등은 내년부터 시행예정인 RPS 적용을 받기 때문에 신재생에너지 의무공급 목표를 달성하기 위해 신재생에너지 보급을 확대해야 하는 상황에서 태양열이 가장 적합한다는 것.
업계의 한 관계자는 “태양열을 온수용으로만 사용하고 있는 것이 우리나라의 현실이지만 미국, 독일 등 에너지분야의 선진국들이 최근 태양광보다 태양열발전에 보다 집중하고 있다”라며 “집단에너지의 경우 향후 하이브리드형으로 전환이 이뤄질 것으로 예상되는데 태양열발전이 그 중심에 설 수 있다”고 밝혔다.
그는 특히 “태양열발전의 경우 우리나라가 전세계적으로 강점이 있는 발전플랜트산업과 연계할 수 있다는 점에서 내수산업이 아닌 수출산업으로 성장할 수 있는 가장 큰 잠재력을 가지고 있는 산업”이라며 “정부에서 추진하고 있는 2015년 세계5대 신재생에너지 강국으로 도약한다는 계획 실현의 선도기술이 될 수 있다”고 강조했다.
