[TECH meets DESIGN] 유럽 태양열 산업, 더워도 흐려도 문제

7월 중순 국가 비상상황을 발령할 만큼 유럽 전역이 매일 섭씨 40도를 육박하는 불볕더위가 계속되고 있는 가운데, 태양열 집전기와 전력 격자계 분배 계통망에도 그에 따른 부정적 영향이 가중되고 있다고 유럽 전력 전문가들이 경고하고 있다.

지난 주말인 7월 17일, 독일의 여러 전력 당국들은 강한 일조량 덕분에 사상 최대 태양열 전기를 발전시켰다고 발표하고 더위가 며칠 계속될 당분간 태양열 발전량은 계속 증가할 것이라고 전망했다.

그러나 그같은 사상 최다 태양열 발전량 기록 발표 뒤에는 해결해야 할 태양열 집전기 작동 원리와 연관된 기술적 결점도 숨어있다.

태양열 집전기 작동 원리

언뜻 높은 기온과 태양이 쨍쨍하게 작열하는 날씨는 태양열 발전 효율로 이어질 것이라 생각하기 쉽지만 실은 지나치게 높은 대기 온도는 태양열 집전기의 에너지 수집 최적화를 방해한다.

지금 온 서유럽을 들끓게 하고 있는 ‘살인적’ 폭염은 실은 태양열 발전 효율성을 떨어뜨린다는 얘기다.

영국 일간지 텔레그라프의 7월 22일 자 기사는 英 셰필드 대 앨리스데어 버클리(Alastair Buckely) 교수와 英 에코 엑스퍼츠(The Eco Experts) 친환경 솔루션 기업 연구진이 제공한 데이터를 들어, 전형적인 봄철에 태양열 집전기는 하루 평균 3.3 기가 와트를 생산해 내는 반면 섭씨 40도가 넘은 19일(화요일) 경우 전력 발전량은 2.8 기가 와트로 감소한다고 보도했다.

태양열 발전기는 구름이 안 낀 청명한 하늘에 온도 섭씨 25도 이하의 쾌적하고 선선한 대기 환경에서 최적으로 작동하도록 설계됐기 때문이다.

지나친 고온의 대기는 태양열 집전기 안에 과도하게 많은 전자(electron)를 발생시킨다. 태양에서 수집된 에너지를 전기로 전환시키는 역할을 하는 전자는 과도하게 흥분돼 동요된 나머지 집전기가 발전시킨 전압을 감소킨다.

일반인에게는 역(逆)직관적으로 들릴지 몰라도, 이는 태양이 강하게 내리쬘수록 태양열 집전기의 발전 전압이 떨어지고 따라서 발전력도 낮아짐을 의미한다.

실제로 태양열 집전기의 전기 발전 효율성은 대기 온도가 1도 상승할 때마다 효율성 0.5% 포인트 감소한다. 그 결과, 태양 광선이 가장 강하고 대기 온도가 높은 한 여름철은 오히려 태양열 집전기의 최적 성능을 방해한다.

폭염에 따른 고온 대기는 태양열 집전기의 전기 발전효율성을 10~25% 감소시키는 효과를 낳는다는 점에서 폭염이 태양열 발전에 끼치는 부정적 영향은 자못 크다(자료: 美 신재생 에너지 설비 기업 CED Greentech).

신재생 에너지 발전소 인근 수역의 수위저하와 고갈 문제로 떠올라

영국과 서남부 유럽의 기온이 이번 주 중으로 섭씨 40도를 넘을 것이란 기상대의 예측과 함께, 유럽 곳곳에 위치한 태양열과 풍력 등 신재생 에너지 발전 시설들은 폭염과 가뭄으로 인한 강과 하천의 수의 수위 저하가 큰 문제로 떠오르고 있다. 

석탄, 가스, 핵 발전소의 경우와 마찬가지로 태양열과 풍력 발전소 또한 전력 발전 과정에 냉각수가 필수적이기 때문에 해안 바닷가나 내륙의 강, 호수, 하천 등 수역(水域)을 끼고 건설되는데, 특히 내륙 담수 수역은 올 여름 폭염의 경우처럼 자연 고갈과 수온 상승에 더 취약하다.

예년의 전형적 유럽 여름철은 청명한 하늘과 일정한 일조량 때문에 태양열 발전에 이상적이라고 여겨져왔다. 

그러나 올여름 폭염으로 인해서 태양열 집전 기술을 이용한 신재생 에너지가 러시아-우크라이나 충돌과 러시아산 수입 천연가스 부족 현상을 메꿔줄 것이란 기대가 빗나갈 수 있다는 우려가 감돌고 있는 가운데, 영국은 20일 수요일 안정적 전력 수급 대책을 위해 영국 동부 서퍽 지방에 신 핵발전소 시공을 위해 영화 200억 파운드(우리 돈 약 31조 4천억 원) 예산을 승인했다고 파이낸셜타임스와 BBC 등은 보도했다.