요약
미국 스타트업 247솔라가 저장한 태양열과 연료 연소를 같은 설비로 오가는 발전소를 인도에 짓습니다.
집광형 태양열 발전(거울로 모은 햇빛을 열로 바꿔 터빈을 돌리는 방식)은 태양광 패널 가격이 급락하면서 새 건설이 거의 끊겼습니다. 아르스 테크니카는 이런 상황에서 나온 1메가와트 규모의 소형 계약을 소개했습니다.
왜 중요한가
- 태양광의 밤과 악천후 공백을 메울 화석연료 발전소를 따로 짓지 않아도 될 가능성을 보여 줍니다.
- 다만 일반 전력망에는 24시간 재생에너지를 공급할 유인이 적어, 실제 절감액을 회수하기는 쉽지 않습니다.
- 그래서 회사는 디젤을 비싸게 실어 나르는 외딴 광산을 먼저 노리고 있습니다.
핵심 내용
- 공기를 쓰는 열교환기가 일반 터빈의 연소기 자리에 들어가며, 공기를 무엇으로 데웠는지는 가리지 않습니다.
- 회사 측은 연료 연소 기능을 더하는 비용이 전체의 10%에 못 미친다고 말합니다.
- 햇빛으로 약 970도까지 데운 공기의 열은 골프공만 한 세라믹 알갱이에 저장합니다.
- 저장한 열로 구성에 따라 해가 진 뒤 9~20시간 발전할 수 있고, 낮 발전은 태양광 패널에 맡깁니다.
- 첫 설비는 200킬로와트 발전기 2대로 공학적 검증을 하며, 3메가와트 설계도 진행 중입니다.
HN 반응
- 일부 이용자는 배터리를 곁들인 태양광이 더 싸고 깨끗한데 왜 밀어야 하느냐고 물었고, 전기보다 공정 열(공장 작업에 쓰는 열)이라면 승산이 있다는 답이 나왔습니다.
- '자체 백업'은 클릭을 끌려는 표현이고 결국 가스 발전을 붙인 것이라는 냉소가 나왔지만, 열 저장 장치가 열원을 가리지 않는 점이 핵심이라는 설명도 있었습니다.
여담인데, 비포물선형 곡면 거울 구성을 쓰면 모터 없이도 직접 만들 수 있는 태양열 집광 장치로 더 많은 에너지를 얻을 수 있고, 구름 낀 날에도 더 잘 작동합니다.
https://youtube.com/watch?v=8zlAI32MSsQ
수동 소자와 약간의 기발한 설계만 있으면 5500K라는 온도 한계도 넘을 수 있습니다.
https://en.wikipedia.org/wiki/Solar-pumped_laser
https://ieeexplore.ieee.org/document/1553831
그렇게 뜨거운 것을 "수동" 부품으로 가열한다는 건(레이저가 정말 수동일까요?) 대단한 일이지만, 정말 쓸모가 있을까요? 5500K는 이를테면 로켓 연소실보다 훨씬 뜨거운데, 그런 연소실도 능동 냉각이 필요합니다. 게다가 1500K만 돼도 열기관 부분의 카르노 효율은 충분히 높아집니다.
또 태양광 펌핑 레이저도 열기관처럼 냉각이 필요합니다! 제1원리로만 따져 봐도, 열평형 상태의 장치가 출력 주파수의 빛을 마법처럼 초과해서 내놓을 수는 없습니다. 그러면 열역학 제2법칙을 위반하게 되니까요.
그리고 3준위 레이저 모형을 상상해 보면, 세 전이 모두를 밝은 빛에 노출시킬 경우 레이저 발진에 쓰이지 않는 중간 전이가 펌핑되고(준위 2가 과도하게 채워져서, 3 -> 2 전이로 발진하는 레이저에서는 반전 분포가 줄고, 2 -> 1 전이로 발진하는 레이저에서는 쓸모 있는 준위 2의 원자들이 다시 준위 3으로 올라갑니다), 어떤 종류의 레이저에서든 발진 전이의 펌핑을 능동적으로 되돌려 버립니다(잘못된 모드의 빛이 반전 분포 상태의 전이가 그 잘못된 모드로 유도 방출하게 만들기 때문입니다).
제가 글 어딘가를 놓쳤을 수도 있지만, 이 태양광 시스템이 어떤 점에서 "스스로 백업"이라는 건가요? 배터리를 저장된 열로 돌리는 연소 시스템으로 바꿔 끼운 것처럼 보이던데요?
링크를 클릭하게 만든다는 점에서요.
표현이 좀 이상하죠. 기존 발전기와 터빈을 같이 쓰는 태양광 발전기라는 얘기예요.
꼭 그런 건 아닙니다. 이건 공기 흐름 열교환기를 통해 축열 설비에 열을 공급하는 태양열(열 발생기)입니다. 그 열교환기에는 화석연료를 태우는 것을 포함해 다른 어떤 기술로 만든 뜨거운 공기도 대신 공급할 수 있습니다.
그러니 축열 설비는 "열원에 중립적"입니다. 게다가 저장된 열을 "하류"에서 정확히 어떻게 쓰는가도 설계의 핵심이 아니고, 터빈 등이 유력한 선택지일 뿐입니다.
저는 태양광으로 충전한 배터리가 밤새 패널 위의 전등을 켜 주는 걸 떠올렸어요.
음, PV + BESS의 발전 단가(LCOE)가 이 기술보다 싸고 더 깨끗하기까지(화석연료도 안 쓰고) 하다면 왜 이걸 밀어줘야 하죠?
PV + BESS보다 싸게 전기를 만들 수 있을지는 저도 매우 회의적입니다. 다만 공정열 용도라면 CSP의 열 전달 효율이 (발전 단계를 거치지 않으면) 50~90%라서 더 효율적일 가능성이 있어 보입니다.
이반파와는 뭐가 다른가요?
작은 탑을 여러 개 쓰는 것 같아요. 그러면 추적·정렬 시스템이 확실히 덜 복잡해지죠.
진짜 TLDR: 잘못된 설계에 가스 발전기만 얹으면 이번엔 된다는 거죠(tm)
TLDR: 집광형 태양열 발전소(거울 밭이 탑에 빛을 쏴서 물을 끓이는 방식)에, 뭔가를 태워서 물을 끓이는 백업 시스템을 붙인 겁니다.
제가 글을 제대로 이해했다면 물을 끓이는 게 아니라 뜨거운 공기만 씁니다. 집광 태양열로 거의 1000도에 달하는 공기를 만들고, 그걸로 압축 공기를 가열해 터빈을 돌리며, 나오는 공기는 250도 정도라고 되어 있어요. 연료를 태우면 처음의 뜨거운 공기 공급원을 대체하게 되고요. 화석연료를 태워 뜨거운 공기를 만들고 250도짜리 공기를 그냥 대기에 버리는 건 그다지 효율적으로 보이지 않지만, 어느 쪽 열원이든 공정 효율에 대해서는 글에 아무 말이 없습니다.
마지막에 나오는 뜨거운 공기를 산업 공정에 쓸 수 있다고는 하니, 완전히 버려지는 건 아닐 수도 있겠네요.
정확하지 않습니다.
1000도 공기는 터빈을 직접 돌리는 데 쓰이는 게 아니라, 열교환기를 통해 축열 장치에 열을 전달하는 데 쓰입니다. 태양열로 데워진 공기는 열교환기를 지난 뒤에도 250도 정도이며, 글에서는 이 공기의 몇 가지 활용처(역시 발전은 아닙니다)를 언급합니다.
발전은 태양열로 데워진 뜨거운 공기가 아니라 축열 장치에서 나오는 열로 이뤄집니다. 축열 장치는 다른 수단으로 데운 뜨거운 공기도 받을 수 있으니, 축열 장치는 "열원에 중립적"입니다. 태양열이든 화석연료 연소(또는 무엇이든)든 열을 댈 수 있다는 뜻이죠.
터빈은 축열 장치의 "하류"에 있습니다.
브레이턴 사이클이라 물이 필요 없습니다. 개념 자체는 https://www.rostinternational.com/wp-content/uploads/2019/10/Technical-White-Paper.pdf 이후로 바뀌지 않은 것 같습니다.
획기적인 신형 발전 기술!
뚜껑을 열어 보면 물을 끓여서 터빈을 돌리고 있죠.
사실 터빈에 쓰이는 기술에 대한 언급은 없어요. 이 글은 축열 설비를 어떻게 가열하느냐에 관한 것이고, 그 설비가 (어떻게든) 터빈을 돌리는 데 쓰인다는 겁니다. 물일 수도 있고 아닐 수도 있죠.
기계적인 움직임 없이 전자의 흐름을 곧바로 만들어 내는 방법을 우리가 찾아낸 게 있나요?
태양광 패널이요.
아 맞네
제가 바보네요, 제 말은 그 외에 그만큼 마법 같은 게 있냐는 거였어요.
모든 생명체가 쓰는 ATP 같은 것도 있겠네요..
안테나와 펠티에/제베크/TEC도 해당될 거예요.
아마 우주 탐사선에 쓰는 방사성 동위원소 열전 발생기(RTG) 같은 거겠죠?
다리 사이에 두고 싶은 물건은 전혀 아니지만요.
저를 모르시네요