사하라 사막에서 생산되는 전력으로 유럽에 필요한 전력의 15%를 공급하겠다는 야심찬 이 계획에 사상 최대 규모인 4000억 유로가 투입된다. 태양열발전(이하 CSP, Concentration Solar Power)은 반사판으로 태양빛을 한데 모아 고온의 열을 생성시켜 물을 데워 나오는 증기로 터빈을 돌려 전기를 생산하는 방식이다.
현재 미국 캘리포니아주의 모하비 사막, 스페인의 ‘안다솔Ⅰ’이 성공적으로 가동 중이지만 사하라 프로젝트는 이것과는 비교도 되지 않을 정도로 엄청난 규모이기 때문에 변덕스런 북아프리카 연안의 기후 등 넘어야 할 산이 많다.
최근 미국과 유럽을 중심으로 태양열발전에 대한 관심이 뜨겁다. 아직 기술적으로 해결해야 할 과제들이 남아있지만 대규모 전력생산이 가능하다는 장점과 무한한 태양을 이용한다는 점에서 태양광발전, 태양열온수기와 함께 미래 재생에너지 시장의 한 축을 담당하게 될 전망이다.
CSP는 안정적으로 전력을 생산할 수 있고, 대규모로 만들수록 경제성이 높아진다. 다른 산업에 대한 파급 효과나 연계성도 높다. CSP는 낮에 열을 저장해뒀다가 밤에 쓸 수도 있기 때문에 해가 진 후에도 최대 7시간까지 발전을 더 할 수 있다.
바람이 부는 밤이나 해가 있는 낮에만 발전량이 높은 풍력이나 태양광 발전에 비해 발전소 활용시간이 긴 것이 장점이다. 또한 대규모로 시설 투자를 할수록 경제성이 좋아진다.
초기투자비용의 경우 집열장치, 발전터빈, 다수의 반사판 등 대형구조물과 넓은 땅이 필요하기 때문에 높은 것이 사실이다.
하지만 50MW 이상의 대규모 발전소의 경우 발전단가는 풍력보다는 높지만 태양광 발전보다는 낮기 때문에 경쟁력이 충분히 있다. 발전효율도 결정질 태양전지와 비교하면 최대 약 30%까지 높다.
게다가 해수담수화 설비, 수소에너지 생산 플랜트와 같은 다른 산업에도 태양열발전을 응용할 수 있다. 태양열을 모아 1000℃ 이상의 고열을 얻으면 알루미늄 제련이나 각종 고온의 화학공정에 사용 가능하다. 특히 물이 부족한 곳에서 수소에너지를 생산하는데는 CSP가 제격이다. 이에 따라 중동, 북아프리카에서는 2050년까지 CSP에 의한 해수담수화 처리가 늘어나면서 전체 용량이 20배 이상 확대될 전망이다.
▲미국·스페인을 중심으로 태양열발전 활기 미국 남부, 스페인, 호주 등 일사량이 우수한 지역을 따라 발전소가 세워지고 있다. 2007년부터 가동 중인 미국 네바다 솔라 원(64MW), 스페인의 PS-10(11MW), 지난해부터 운전에 들어간 안다솔-1(50MW) 등이 대표적으로 상업운전 중인 곳이다.
스페인은 세계 최초로 타워형 플랜트인 PS-10과 안다솔-1을 운영 중이다. 지난 2007년 상업운전을 시작한 PS-10 발전플랜트는 64만㎡ 크기의 부지에 총 사업비 475억원을 투입해 4년여에 걸쳐 완공됐다. 현재 가동 중이거나 계획 단계인 용량을 모두 합하면 3GW에 달한다.
1983년부터 플랜트 건설을 추진, 기술개발에 적극적인 투자를 해왔다. 미국의 경우 구유형 플랜트의 상업화에 세계 최초로 성공했으며, 타워형 시스템의 건설, 운전 경험도 갖고 있다. 남서부 지역은 스페인보다도 우수한 일사량을 갖추고 있는 덕분에 총 2.5GW규모의 태양열발전을 보급할 계획이다. 독일은 2006년 1.5MW급 태양열 발전소 건설을 시작했으며, 10kW급 타워형 접시-스터링 엔진 이용기술의 실증단계에 있다.
후발주자인 중국은 정부의 전폭적인 지원정책에 힘입어 기술개발과 보급에 속도를 내고 있다. 2006년부터 2010년까지 11차 5개년 계획 기간 동안 내몽고, 신장, 티벳에서 200MW급 상업용 태양열발전플랜트를 건설하고, 정부가 이 전력을 25년간 구입해 준다는 계획을 갖고 있다.
중국은 서부대개발 사업을 추진하면서 ‘서전동송 프로젝트’를 통해 풍부한 일사량을 활용해 전력을 생산하는 국가차원의 계획을 수립한 바 있다. 이 프로젝트는 서부 내륙에 발전소를 짓고, 이 전력을 동부 연안지역으로 송전하는 것이다.
서부 내륙지역은 일사량이 매우 높아 태양열발전에 적합한 곳이다. 이에 따라 2020년까지 태양열로 200MW의 전력을 생산한다는 목표를 세워놓고 있다. 2020년경에는 석탄가격은 1.3배 정도 상승하는 반면 플랜트 건설비용은 절반으로 줄어들 것으로 예상하고 있다.
▲국내 태양열발전기술 어디까지 왔나
1994년 고온 태양열 연구를 시작한 한국에너지기술연구원은 현재 요소기술을 개발하는데 성공, 10kW급 접시(dish)형 태양열발전시스템을 운영하고 있다. 아울러 중국과 1MW급 태양열발전시스템 공동연구개발을 진행하면서 단위 요소기술을 확보해 놓고 있다.
2008년 말 200kW급 타워형 태양열발전플랜트가 전략기술개발과제에 선정되면서 참여기업과 연구소, 대학을 중심으로 기술개발을 추진 중이다. 현재 국내 기술수준은 반사판의 경우 단위 모듈 설치 경험을 갖고 있으며, 집광부의 경우 1MW급 흡수기 설계 경험만을 보유하고 있어 기술자립도가 낮은 수준이다.
