기계연은 오는 2023년까지 고집광 태양광열(HCPVT: High Concentrating Photo Voltanic Thermal) 발전으로 전기와 열을 동시에 공급해 다양한 해수담수화 설비를 가동할 수 있는 신재생에너지 시스템을 개발을 추진한다고 17일 밝혔다.

태양광열 발전은 태양광과 태양열을 모두 활용해 전기와 열을 만들 수 있다. 기존 태양광 발전(PV: Photo-Voltaic)의 효율은 현재 18% 수준이다. 반면, 태양광열 발전(Concentrating Photo-Voltaic Thermal)은 70% 이상의 에너지전환 효율을 낼 수 있다.

연구팀은 고집광 태양광열 발전을 이용해 열과 전기를 생산해 낼 계획이다. 이를 통해, 전기에너지를 이용하는 역삼투압(Reverse Osmosis·이하 RO) 담수화설비나 열에너지를 이용하는 막증류식(Membrane Distillation·이하 MD) 담수화설비에 각각 공급하는 통합 시스템을 구상하고 있다.

현재 해수담수화에는 RO방식과 MD방식이 주로 활용되고 있다. RO방식은 전기를 공급해 펌프로 바닷물을 고압으로 가압하고, 역삼투막을 통과시켜 농축수와 담수로 분리하는 방식이다. MD방식은 바닷물에 열에너지를 가해 증발시켜 담수를 얻는다.

통합 시스템 설계 및 구축이 실현되면 각 담수화 방식이 갖는 장점을 살려 시너지 효과를 얻을 수 있다. 우선, 태양광보다 태양광열 발전의 단위면적당 에너지 효율이 높은 만큼 태양광발전과 역삼투압 담수화설비를 결합한 기존의 해수담수화 설비보다 부지 면적을 최대 절반까지 줄일 수 있다.

또, 담수화 과정에서 반드시 발생하는 농축수를 줄일 수 있어 친환경적이다. RO 담수화설비에서 배출된 농축수를 MD 담수화설비로 다시 한 번 담수화 할 수 있다.

연구팀은 고집광 태양광열 발전을 위해 태양 위치를 정밀하게 추적하는 기술을 개발할 계획이다. 태양광열 발전은 지표면에 직접 도달하는 태양복사에너지를 이용하기 때문에 태양의 위치 추적과 패널 제어 기술이 필수적이다.

이밖에도, 다양한 담수화 기술을 융합하기 위한 최적화 설계 기술과 향후 기술이 필요한 지역 특성을 반영해 맞춤 설계할 수 있는 설계 플랫폼도 개발한다.

연구팀은 오는 2020년까지 국내에 10t급 시범 시설을 구축할 계획이다. 2023년에는 쿠웨이트와 사우디아라비아 등 중동지역에 1000t급 해수담수화 설비를 구축한다는 목표다.

박창대 책임연구원은 "세계적으로 물 부족 문제로 인한 대체 수자원 확보와 친환경 생산을 위한 신재생에너지의 활용은 매우 중요한 이슈"라며 "물 부족으로 어려움을 겪는 현장에 실질적인 도움이 될 수 있도록 기술 개발에 힘쓰겠다"고 말했다.

한편, 이번 연구과제는 한국에너지기술평가원 에너지기술개발사업 일환으로 수행된다. 지난달 19일에 첫 과제착수 워크숍을 개최했다. 이번 과제를 위해 기계연을 비롯해 주관 기관인 디에코에너지, LG화학, CJK얼라이언스, 이노템즈, 프로세이브, 경희대학교, 한국건설기술연구원, 국민대학교 등 출연연구기관과 민간기업, 대학이 힘을 모을 예정이다.