전 세계 각지에서 경쟁적으로 대형 태양열 발전소들이 세워지고 있는 상황에서, 과학기술 전문 매체인 phys.org는 최근 미 남서부지역의 사막에 세계 최대의 태양열 발전소인 이반파 태양열 발전 시스템(ISEGS, Ivanpah Solar Electric Generating System)이 본격적인 가동을 시작했다고 보도했다.

이 매체는 지금까지 설치된 태양열 발전소 가운데 가장 거대한 규모인 이 태양열 발전 시스템이 청정 에너지를 통해 막대한 전기를 생산하는 점 외에도, 일반적으로 태양열 발전이 많은 양의 물을 필요로 하는 것과는 달리 물의 사용량을 대폭 절감하는 절수형 시스템이 적용되어 있어 더욱 관심을 모으고 있다고 전했다.

태양열 발전과 태양광 발전 방식의 차이

신재생에너지 중 하나인 태양에너지를 이용하여 전기를 생산해내는 방식에는 태양열 발전과 태양광 발전이 있다. 흔히 태양열 발전과 태양광 발전을 혼동하는 경우가 많은데, 이 2가지 방식에는 확연한 차이가 있다.

태양열 발전은 열기관을 사용하여 터빈에 열을 집약시켜 그 곳에서 발생하는 운동에너지를 전기로 바꾸는 발전을 말하고, 태양광 발전은 태양의 빛을 직접 전기에너지로 변환시키는 발전을 말한다.

태양열 발전은 대량의 물을 데워서 전기에너지를 발생시킬 만큼의 증기를 만들어야 하기 때문에, 소형 규모로는 원하는 만큼의 효율을 기대하기 어렵다. 이말은 다시 말해 발전소를 건설하는 것은 장소와 크기의 제약이 큰 편이라는 것을 의미한다. 때문에 대다수의 태양열 발전소는 사막과 같은 지역에 건설된다.


이반파 태양 발전소도 라스베가스에서 남서쪽으로 약 64km 정도 떨어진 캘리포니아 주와 네바다 주 경계의 모하비(Mojave) 사막 위에 위치해 있는데, 여의도보다 약간 더 큰 약 14.2㎢의 부지 위에 건설됐다.

발전소 안에는 총 173,500개의 태양에너지를 반사시키는 장치인 헬리오스타트(Heliostat)가 설치되어 있으며 각 헬리오스타트는 2개 씩의 반사경을 가지고 있다. 그리고 이 헬리오스타트는 모두 컴퓨터로 조정되어 3개의 솔라 타워에 태양에너지를 집중시키도록 설계되어 있다.

이반파 태양 발전소는 총 14만 세대에 공급할 수 있는 392MW의 전력을 생산할 수 있는 것으로 알려졌다. 다만 시간 당 MW의 발전 비용이 261달러 수준으로서 석탄을 사용했을 때의 발전 비용인 100달러에 비해 2배 이상 비싼 것으로 파악됐다.

그러나 캘리포니아주는 오는 2020년 까지 전체 전력의 1/3을 신재생 에너지로 대체 한다는 계획을 갖고 있기 때문에, 이반파와 비슷한 거대 태양열 발전소가 정부의 지원을 받으면서 지속적으로 건설될 예정이다. 이를 통해 앞으로 약 30년 동안 1,300만톤 이상의 이산화탄소가 절감될 것으로 기대하고 있다. 이와 같은 양은 자동차 2백만대 이상이 발생하는 이상화탄소 배출량과 동등한 수준인 것으로 나타났다.

솔라타워 방식의 이반파 태양 발전소

태양열 에너지를 모을 수 있는 방법에는 여러 가지가 있다. 그중 대표적인 것을 들면 파라볼릭트로프(Parabolic trough) 방식과 파라볼릭디시(parabolic dish) 방식, 그리고 솔라 타워(solar power tower) 방식 등을 꼽을 수 있다.

이반파 태양 발전소가 가동되기 전 유명했던 태양열 발전소로는 네바다 사막에 위치한 솔라원 발전소가 있는데, 이 솔라원 발전소가 채택한 방법이 바로 파라볼릭트로프 방식이다. 이 방식은 기다란 오목 거울을 이용하는데, 오목 거울에 반사된 태양 에너지가 중간의 리시버로 모이도록 설계되어 있다.

반면에 이반파 태양 발전소가 채택한 솔라타워 방식은 태양에너지를 여러개의 거울을 통해 탑 꼭대기에 모으는 것이다. 현재 발전소에는 높이가 약 140m인 3개의 타워가 조성되어 있고, 타워 주위에는 태양광을 집광하기 위한 반사경이 방사상으로 설치되어 있다.

반사경에 집광된 태양광은 타워 상부에 있는 수광기에 모여 그 열을 사용하여 보일러로 증기를 발생시키는데, 태양광을 집광하며 생기는 태양열에 의해서 발생하는 증기 온도는 무려 섭씨 550도를 넘을 만큼 상승한다.

이렇게 발생한 고온의 증기는 솔라타워 안의 파이프를 통과하여 지상에 있는 터빈에 이송된 다음 기존 화력발전과 마찬가지로 터빈이 고속으로 회전하면서 발전하게 된다. 여기서 화력발전과 다른 점이라면 화석연료를 필요로 하지 않고 태양 에너지를 사용하기 때문에 이산화탄소를 배출하지 않는다는 점이다.


이 외에도 이반파 태양 발전소의 특징으로는 절수형 시스템을 들 수 있다. 일반적으로 태양열 발전소는 반사경을 이용하여 보일러의 물을 가열한 후 증기를 생산하여 터빈을 가동하는데, 이러한 공정 때문에 태양에너지를 활용한 또 다른 발전방식인 태양광 발전과 비교했을 때 많은 양의 물을 필요로 한다.

하지만 이반파 태양열 발전소는 물의 사용량을 대폭 절감하는 건식냉각 기술을 사용하기 때문에, 전체 공정을 가동하는데 필요한 물의 양은 발전소 부근에 위치한 골프장에서 사용되는 양만큼의 물만 있으면 충분하다.

한편, 이반파 태양열 발전소는 본격적인 가동에 앞서 여러 가지 이유로 지역 주민 및 환경단체로부터 반발을 샀다. 지역 주민의 경우는 주변 경관을 헤친다는 점 때문에 발전소 건설을 반대했고, 환경 단체의 경우는 발전소가 건설되는 위치가 야생동물들이 서식하는 장소였기 때문이다.

환경단체의 발표에 따르면 이 지역에 사는 독특한 사막 거북(desert tortoises)의 서식지가 연구소 부지와 중복되는 것으로 파악됐다. 이런 이유로 인해 연구소는 사막 거북을 보호하기 위해 당초 예상했던 것 보다 크기를 약간 줄여서 건설되었다.

다만, 날아다니는 야생 조류 문제는 지금도 여전히 골칫거리로 남아 있다. 새들이 솔라 타워 근처에서 강한 열에 의해 죽는 일들이 발생하고 있기 때문이다. 따라서 앞으로 태양열 발전소 건립을 게획하고 있는 주정부들은 지역의 야생 조류 보호를 위해 솔라타워 방식의 태양열 발전소 건설을 고민하고 있는 것으로 알려졌다.