하이브리드 발전, 융합을 통해 한계를 넘어서다.

 모든 에너지 기술은 발전 효율이라는 풀어야 할 과제를 갖는다. 특히 신재생에너지 발전의 경우, 기존 화력/수력발전에 비해 발전 효율이 현저히 낮기 때문에 이를 높이는 데 많은 노력이 필요한 상황이다. 발전 효율은 시장성과 직결되므로 이에 따라 산업에서 각광을 받을 수도, 외면을 받을 수도 있다. 신재생에너지 중 가장 큰 관심을 받고 있는 태양에너지 역시 마찬가지다. 현재 다양한 태양에너지 발전 기술들이 활발하게 개발되고 있지만, 단일 기술로는 혁신적인 효율 증대를 기대하기 어렵다. 이에 새롭게 논의되는 것이 여러 태양발에너지 발전 기술들을 한데 합쳐 효율을 극대화하는 하이브리드 방식이다. 

[사진1. full-spectrum-harvesting 개념도]

 그 중 하나가 태양광발전, 태양열발전, 열전소자를 합친 일명 'full-spectrum-harvesting' 기술이다. 이 기술은 가시광선과 자외선을 이용하여 전기를 생산하는 태양광발전 시스템을 기반으로 한다. 이와 더불어 온도차를 이용하여 전기를 생산하는 열전소자와 태양열을 이용한 증기터빈을 결합했다. 이로써 태양에서 나오는 모든 에너지를 전부 전기로 변환하여 발전 효율을 극대화하는 것이다. 

[사진2. 美 Purdue University가 개발한 하이브리드 태양발전 기술]

 에너지/환경 분야 세계적 학술지인 Energy&Environment Science는 지난 8월 미국 인디애나주의 Purdue University에서 개발한 하이브리드 태양발전 기술을 소개했다. 앞서 설명한 full-spectrum-harvesting와 일맥상통한다. Purdue University는 여기에 축열 기술을 사용하여 해가 진 이후에도 계속해서 발전을 할 수 있도록 설계했다. 일반적인 미국 가정을 기준으로 오후 5시 전후에 전력 수요가 급증한 후 자정까지 조금씩 줄어든다. 하지만 기존의 태양발전은 태양이 진 후 지속적인 발전이 어렵기 때문에 시간별 전력 수요와 맞지 않는다. 때문에 안정적인 전력 공급이 어렵고 유연성이 떨어진다는 문제점이 있다. 그러나 하이브리드 태양발전 기술은 세 가지 방식의 발전을 통해 보다 안정적인 전력 공급이 가능하며 축열 기술을 통한 지속적인 발전 덕분에 유연성도 확보할 수 있다. 이 기술은 아직 개발이 더 필요한 상황이지만, 이론상 발전 효율을 50% 이상으로 끌어올릴 수 있다고 Purdue University 연구진들은 밝혔다.

 이처럼 태양에너지라는 같은 에너지원을 두고 다양한 기술들을 융합하는 방식도 있지만, 서로 다른 두 에너지원을 이용한 발전 기술을 융합하는 방식도 있다. 한 예로, 인도는 2022년까지 태양광 발전과 풍력 발전을 합친 하이브리드 시스템을 전격 시행할 예정이다. 인도 풍력발전시장에서 가장 높은 점유율을 보유한 가메사(Gamesa)는 태양광-풍력 융합 프로젝트 마무리에 박차를 가하고 있다. 이와 더불어 주요 풍력업체 수즐론 에너지(Suzlon Energy)는 향후 5년간 시장점유율 40% 달성을 목표로 내년부터 하이브리드형 발전소에 주력하겠다고 밝혔다. 이처럼 서로 다른 에너지원을 결합한 태양-풍력 하이브리드 발전이 주목받는 이유는 태양광과 풍력이 서로 보완적 역할을 함으로써 전력발전의 안정성과 신뢰성을 개선할 수 있기 때문이다. 또한 건설, 전력망, 유지보수 등을 공유하므로 비용 절감에도 효과적일 것이라는 기대도 크다. 

[사진3. 2016 세계태양에너지엑스포에서 선보인 태양광-풍력 하이브리드 발전]

 2016 세계태양에너지엑스포에서도 태양광-풍력 하이브리드 발전이 가능한 제품이 전시됐다. 두 기술을 합쳐 전력공급 안정성을 높다고 평가된다. 하지만 현재 하이브리드 기술은 단순히 두 장치를 합친 것 뿐이라 혁신적인 효율 증대를 확보하긴 어렵다. 또한 아직까진 활용 범위가 좁다는 것도 개선해야 할 과제이다. 하지만 새롭게 시도되는 융합 프로젝트와 더불어 다양한 신재생에너지 기술들이 꾸준히 발전하는 모습을 보이는 만큼 성장 가능성을 기대해 볼 수 있다.