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미이용 열 활용 열전발전시스템의 현황

전문가 제언: ○ 기존의 발전시스템은 구조상 회전축이 필수적이며 이로 인해 소음과 마찰에 의한 에너지 손실이 발생한다. 또한 기존 발전시스템의 대부분은 물의 상태 변화와 온도 변화에 따른 팽창에너지를 이용하며 이론적으로는 열에너지를 운동에너지로 변화시켜 전기에너지를 발생시킨다.

○ 열전발전(Thermoelectric generation)은 회전축이 없고 반도체 변환소자의 양쪽에 온도 차이가 있을 때 기전력이 발생하는 제벡효과(Seeback effect)를 이용하여 전기를 얻는 기술로서 산업의 배열 또는 폐열을 이용한 발전이 가능하다. 열전은 제백효과 이외에도 기전력으로 냉각과 가열을 하는 Peltier효과 및 도체 선상의 온도차에 의해 기전력이 발생하는 Tomson효과로 구분할 수 있다. 열전현상은 1900년부터 연구가 시작되었는데 당시에는 약 4%의 변환효율을 얻을 수 있었으나 현재는 연구개발이 진전되어 약 10% 이상의 변환효율을 가지게 되었다.

○ 열전발전시스템은 이동식 발전기로도 사용할 수 있으며 가스버너를 이용하거나 간단히 화석연료를 이용하여 가열하는 경우에도 발전이 가능하다. 일정 온도를 유지하지 않아도 기전력이 발생하며 수명이 길어 한번 설치하면 수십 년 동안 별다른 조치 없이 계속 발전할 수 있다. 이러한 장점 때문에 열전발전은 현재 군용, 우주용, 극한 환경에서 많이 이용되고 있다. 특히 우주 탐사에서는 태양열발전과 함께 우주선의 전원 역할을 하고 있다.

○ 이와 같이 열전소자를 응용한 시스템기술이 가장 발달된 분야는 우주, 항공, 군용 등이며 대부분의 연구는 미국, 러시아, 일본 등의 선진국에서 이루어지고 있다. 우리나라는 한국과학기술연구원, 한국전기연구원, 한국에너지기술연구원 등의 출연연구소를 중심으로 많은 연구가 진행되고 있고 최근에는 각 대학에서도 다양한 재료연구가 진행되어 전자, 항온항습, 의료, 열전발전 분야의 기술들을 축적하고 있다. 그러나 주로 재료특성에 관한 기초연구에 치중되고 있어 실용화를 전제로 한 고성능 재료 제조기술, 신재료 개발, 열전 응용을 위한 소자화 및 모듈화 연구를 병행할 필요가 있다.

저자: Takahiko Shindo
자료유형: 학술정보