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고온 태양열의 화학연료 전환에 관한 연구현황과 향후 전망

전문가 제언: ○ 태양열의 활용에서 가장 중요한 문제는 얼마나 효율적으로 열을 모아서 이용하느냐이다. 집열기는 90도 이하의 저온용과 90∼300도의 중온용, 300도 이상의 고온용으로 나누어진다. 저온용은 태양광선을 별도로 집광하는 장치 없이 집열을 하며 평판형 및 진공관형 집열기가 이에 해당한다. 일반적으로 평판형 집열기는 태양열온수기의 집열기로 사용되고 있는데 유리덮개 안에 조밀하게 배치된 검은색 관속으로 물이 흐르는 형태를 하고 있다.

○ 평판형 집열기로 온수의 온도를 80∼90℃로 가열하는 데는 태양의 광에너지가 열에너지로 변환되는 에너지효율이 20∼30%로 떨어지지만 진공관형은 50% 이상의 에너지 변환효율을 유지한다. 중온형 이상은 집광기가 필요한데 분산된 태양열을 모아야 100도 이상으로 올릴 수 있다. 홈통형 집열기는 진공관형 집열기가 반원형의 작은 홈통 안에 들어있는 형태이다. 직달하는 일사량과 홈통에서 반사되는 태양광이 집열기를 가열하며 이 홈통과 집열관을 다시 유리관 안에 넣기도 한다.

○ 구유형 집열기는 반원형의 긴 구유(큰 홈통)로 햇빛을 모으고 그 초점에 집열관이 통과하도록 배치한 것이다. 구유형 집열기로는 200도 이상의 온도를 얻을 수 있다. 300도 이상의 고온을 얻기 위해서는 집광의 정도를 더 높여야 하는데 접시형 집열기는 접시에 반사되는 태양광을 한 점으로 모으기 때문에 고온이 가능하다. 태양열발전에 활용되는 집열기는 구유형, 접시형, 탑형 등이 있다. 현재 대규모 상업발전을 하고 있는 것은 구유형인데 집열관에서 가열된 열매체를 통해 증기를 생산하여 증기터빈을 돌리며 12%의 효율과 20%의 가동률을 내고 있다.

○ 우리나라는 1990년대 초부터 태양열온수기가 보급되어 1998년에는 18만 여 대가 설치되었으나 IMF 이후에 심야전기 온수기가 등장하고 신뢰성이 문제가 되어 보급이 줄어들기 시작하였으며 지금은 보급이 거의 중단된 상태이다. 우리나라의 태양에너지 잠재량은 111억 5,949만 톤(석유 환산)으로 추정되는데 현재기술 수준에서 활용 가능한 기술적 잠재량은 8억 7,097만 톤 정도이다. 우리나라의 2012년도 태양열 생산량은 26,259toe로 기술적 잠재량의 0.003%에 불과하다.

저자: Nobuyuki Gokon and Tatsuya Kodama
자료유형: 니즈학술정보