호주 서부오스트레일리아 지역의 미래 전기와 관련한 새로운 연구에 따르면 정부와 전기산업은 향후 십년간 네트워크 붕괴 및 이에 따른 비용 상승의 반복되는 문제나 지역 전기 네트워크의 개인용 태양발전 증가 등의 피할 수 없는 영향력에 대처해야 하는 것으로 나타났다. 이번 연구의 저자이자 웨스턴오스트레일리아 대학(University of Western Australia) 호주도시설계연구소(Australian Urban Design Research Centre)의 Bill Grace 교수는 서부오스트레일리아 지역은 가정 및 사업용 태양광발전 시스템의 증가로 인해 기술적으로 중요한 전환점에 직면하였으며, 변화를 저항하기 보다는 이를 수용할 수 있는 일관성 있는 전략이 필요하다고 주장하였다.

Grace 교수는 태양광발전 시스템의 비용 하락이 2025년까지 개인 태양광발전 용량을 10배까지 증가시키는 결과를 가져오는 지수적 성장을 주도할 것이라고 덧붙였다. 이와 같은 예측은 독립시장운영자(Independent Market Operator)가 현재 예상하는 것보다 훨씬 높은 것이다. 결국 주간에 발생하는 과잉의 태양에너지를 네트워크로 내보내는 것은 기저부하 발전(Base-load Generation)에 영향을 줄 정도로 큰 일이 될 것이다. 그러나 전기 시스템이 탄소 배출이 없는 에너지를 완전하게 활용하기 위해 변화가 수반되지 않는다면 네트워크의 붕괴를 가져오게 되고 소위 전기 데스 스파이럴(Electricity Death Spiral)속에서 요금은 상승할 것이다.

Grace 교수는 “개인 태양발전이 가정용 분야에서 주로 성장해 왔으며, 사업용 태양발전의 빠른 확장이 이를 뒤따를 것을 예상된다. 사업용 시스템은 가정용 시스템 생산규모와 비교할 때 훨씬 클 것으로 보이며, 약 2배 정도가 될 것이다. 이와 같은 증가로 네트워크로부터 구입하는 전기량은 감소될 것이며, 이는 수익성을 악화시킨다. 이에 따라 장치 비용이 증가하게 되고, 부담은 소비자에게 전달된다. 결국 비용 증가로 문제가 악화되고, 이와 같은 현상을 스파이럴(Spiral)이라 부른다”고 설명하였다.

Grace 교수는 정부와 전력 산업이 개인용 태양발전의 증가 추세로부터 발생할 수 있는 변화에 대해 적절하게 준비하지 못하고 있으며, 화석연료를 대체하기 위해서는 공공정책이 필요하다고 밝혔다. 그는 “에너지 제공업체가 소비자들에게 단독으로 관련 서비스를 제공하고 있는 현재 전기산업의 모습이 이제 끝났다. 전기 사업은 이제 고객들과 경쟁하고 있으며, 미래 정책은 현재의 산업 플레이어를 보호하기 보다는 가장 효율적인 경제성이 도출될 수 있는 방향을 고려하게 될 것”이라고 설명하였다. 또한 “근본적인 장기 에너지 전략은 피할 수 없는 개인용 태양발전의 성장과 네트워크 규모의 재생가능 에너지로부터 야기되는 네트워크 관련 주요 시사점을 다룰 수 있어야 한다. 사회에 있어 낮은 배출과 낮은 총 에너지 비용으로의 전환은 긍정적인 신호라 할 수 있으며, 이를 거부하지 말고 포용해야 할 것”이라고 덧붙였다.

Grace 교수는 이러한 이슈를 해결할 수 있는 마법 같은 방안은 없으나 전세계 각 국가들은 같은 도전을 받고 있다고 말한다. 이번 연구는 사우스웨스트인터커넥트시스템(South West Interconnected System)의 동역학 모델(Dynamics Model)을 기반으로 하고 있으며, 이는 2015~2035년 사이의 개인용 태양발전 및 저장의 영향으로 발생하는 시나리오를 연구하는데 활용되고 있다.

 출처 KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』
※ 출처 : EngNews (산업포탈 여기에) - 전력 네트워크 붕괴 방지를 위해서는 태양발전 전략 필요

태양발전 비용을 절반으로 절감할 수 있는 물질

미 ARPA-E(Advanced Research Projects Agency for Energy)가 지원하고 있는 신생기업인 Glint Photonics는 보다 많은 태양광을 포획할 수 있도록 도와주는 광학 물질을 활용한다면 태양발전 비용을 지금보다 절반으로 저감할 수 있다고 밝혔다. Glint사는 적응성 물질(Adaptive Material)을 개발했으며, 이를 통해 일부 태양발전에서 사용되는 태양 추적 시스템의 비용을 크게 줄여줄 것으로 기대된다. 적응성 물질은 집중된 태양광에서 나오는 열에 반응하여 반사율(Reflectivity)을 변화시키며, 이러한 방식을 통해 다양한 각도에서 들어오는 태양광을 포획할 수 있다. 태양광을 집중한다는 것은 지금보다 더 작고 경제적인 태양전지를 사용할 수 있다는 의미이기도 하다. 그러나 일반적으로 이러한 일은 렌즈나 반사경을 통해 이루어지며, 태양광이 태양전지위에 집중된 상태를 유지하기 위해 하늘에 떠 있는 태양이 움직일 때 이를 정확히 추적해야 한다. 이러한 장치가 안정적으로 가동되기 위해서는 대량의 강철과 콘크리트가 필요한데 이는 고비용의 원인이기도 하다. 

Glint사의 태양광 집중기는 크게 두 개 부분으로 구성되어 있다. 첫 번째는 얇고 경제적인 렌즈 어레이(Array)로 태양광을 집중하는데 사용한다. 두 번째는 태양광을 최대 500배 이상 더 집중시키기 위해 사용하는 유리 시트(Sheet)이다. 이들을 통해 표면에서 포집된 태양광은 모서리 부분으로 집중할 수 있다. 

유리 시트는 전면부와 후면부에 반사성 물질로 덮여있다. 전면부의 물질은 Glint사가 개발한 새로운 적응성 물질이다. 렌즈 어레이에서 집중된 태양광이 이 물질에 닿으며 시트의 일부가 가열되어 그 부분에 대한 반사특성이 없어진다. 그리고 광은 유리시트로 진입할 수 있다. 다른 어느 곳에 있는 물질은 반사성을 유지하기 때문에 유리시트로 진입한 빛을 포획할 수 있다. 그리고 광은 유리시트의 모서리에 닿을 때까지 산란하게 된다. 이 모서리에는 소형 태양전지가 장착되어 있어 전기를 생산할 수 있다. 

※ 출처 : EngNews (산업포탈 여기에) - 태양발전 비용을 절반으로 절감할 수 있는 물질