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유체의 폐열 회수를 위한 튜브형 열전발전장치

전문가 제언: ○ 현재 선진국에서 소비되고 있는 에너지의 삼분지 이는 미사용 상태의 배열로 환경에 방출되고 있다. 그 중 1%라도 회수하면 지구온난화 방지와 에너지 소비절약에 기여할 수 있을 것이다. 대규모 폐열 에너지원으로는 화력발전소, 원자력발전소, 자동차 폐열 등이 있는데 온천이나 태양열도 에너지원이 될 수 있다. 그러나 폐열의 대부분은 200℃ 이하이고 열원이 각지에 분산되어 있기 때문에 회수하기가 쉽지 않다.

○ 환경으로 버려지는 폐열을 이용하여 전기를 생산하는 기술이 열전변환기술이다. 낭비되면서 오히려 환경을 오염시키는 폐열로서 전기를 생산하면 여러 가지 장점이 많기 열전변환기술이 주목받고 있다. 온도차가 존재하면 언제나 열전발전이 가능하기 때문에 배터리 교체나 정전을 염려할 필요도 없다. 또한 가동부가 없어 소음이 없고 지진에도 안전하며 배기가스가 없고 이산화탄소 배출량을 줄이는 장점도 있다.

○ 그러나 효율적인 폐열 회수를 위해서는 열원의 형상에 맞는 유연한 열전발전장치의 개발이 필요하다. 미사용 열을 이용하는 발전기술로는 바이너리발전이 일부 실용화되어 있는데 온수를 이용하여 펜탄 등의 열매체를 기화시켜 활용한다. 또한 냉수 응축 사이클로 발생하는 압력차를 이용하여 터빈 발전하는 방식도 있지만 열매체 순환을 위한 보조에너지가 필요하고 실용화에는 100kW 이상의 대형 시스템이 요구된다. 이를 소규모 사업소 단위로 도입하기 위해서는 수kW 정도의 분산형 시스템을 실현하기 위한 기술 개발이 필요하다.

○ 튜브형 열전발전장치의 실용화를 위해서는 발전량 대비 비용을 크게 저감시켜야 한다. 현재 Bi0.5Sb1.5Te3와 Ni 재료의 튜브형 열전발전장치 기술개발에서는 Ni의 체적분률을 증가시키거나 또는 튜브 내경을 크게 하면 단위중량당 발전량이 크게 증가하는 것으로 알려져 있다. 그러나 부서지기 쉬운 재료인 Bi0.5Sb1.5Te3의 가공성 때문에 재료의 열전성능이 저하되지 않도록 해야 하는 문제가 남아 있다. 높은 열전성능을 가진 분말 제조에는 급속냉각 응고법이 사용되고 있다.

저자: Tsutomu Kanno
자료유형: 학술정보