태양광 패널이 전 세계 대부분 지역에서 가장 저렴한 전력원이 되면서, 한때 유력한 대안으로 꼽히던 집광형 태양열(CSP, 태양열 발전)은 사실상 시장에서 밀려났다. 집광형 태양열은 광전효과로 빛을 직접 전기로 바꾸는 대신, 다수의 거울로 햇빛을 한 점에 모아 열을 만들고 그 열로 전통적인 증기 터빈을 돌린다. 열을 저장할 수 있다는 점 때문에 10여 년 전만 해도 "하루 종일 발전 가능한 재생에너지"로 주목받았고, 원자력과 경쟁할 만큼 비용도 내려갔다. 그러나 태양광 모듈 가격이 그보다 훨씬 빠르게 폭락하면서 경쟁의 전제 자체가 무너졌다.
문제는 태양광이 밤이나 악천후에는 발전하지 못한다는 데 있다. 이 공백을 메우기 위해 그동안은 배터리나 천연가스 발전설비를 별도로 지어야 했다. 바로 이 지점에서 미국 스타트업 247Solar가 제시하는 접근이 눈길을 끈다. 이 회사의 집광형 태양열 설비는 화석연료 기반 백업 시스템이 태양열 쪽 발전 설비 대부분을 공유하도록 설계돼, 별도의 백업 발전소를 짓지 않아도 된다고 주장한다. 회사 측 마크 폰 케시키는 "우리 시스템은 그 자체가 백업"이라며, 일조량이 낮거나 날씨가 나쁜 장기간에도 다양한 연료를 태워 가동할 수 있다고 설명했다.
소금 대신 세라믹, 그리고 공기
247Solar의 설비 역시 햇빛을 추적하며 한 점에 모으는 거울 장치(헬리오스탯) 밭을 사용한다는 점은 기존 방식과 같다. 다만 빛을 받는 수광부가 독특하다. 독일 기업이 개발한 것을 개량한 이 장치는 상압(대기압) 공기를 매질로 쓰며, 약 970도까지 가열된 공기가 빠져나온다. 이 뜨거운 공기는 산업 공정열로 직접 쓰이거나 발전 장치로 보내질 수 있지만, 대부분은 열 저장으로 향한다. 여기서 또 하나의 차별점이 드러난다. 상변화 위험과 부식 문제를 안고 있는 용융염 대신, 골프공 크기의 세라믹 펠릿을 달궈 열을 저장하는 방식이다. 저장 구성에 따라 해가 진 뒤 9시간에서 20시간까지 발전이 가능하다는 것이 회사의 설명이며, 낮 시간 발전은 태양광 설비와 짝지어 담당하게 한다.
연소기를 열교환기로 바꾸다
유연성의 핵심은 발전 단계에 있다. 저장되거나 수광부에서 나온 뜨거운 공기는 열교환기로 보내지는데, 이 열교환기는 전통적인 터빈의 연소기(combustor)를 그대로 대체하도록 설계됐다. 브루스 앤더슨은 "열교환기가 연소기가 하던 일을 똑같이 한다"며, 압축 단계 뒤·팽창 단계 앞이라는 터빈 조립체 내 동일한 위치에 들어간다고 말했다. 열교환기를 제외한 나머지는 모두 표준 기성품 패키지다. 바로 이 구조 덕분에 교환기 속 공기를 어떻게 데우든 시스템은 상관하지 않는다. 즉 햇빛 대신 각종 연료를 태워 동등한 열을 공급할 수 있고, 폰 케시키에 따르면 이 화석연료 연소 기능을 추가하는 데 드는 비용은 전체의 10% 미만이다. 또한 열교환기를 거친 뒤에도 약 250도에 이르는 공기는 산업 공정이나 흡수식 냉방 등에 활용 가능한 "별도의 자원"이라고 덧붙였다.
첫 설비가 들어서는 곳은 인도다. 인도 정부가 247Solar와 소규모 집광형 태양열 발전소 건설·운영 계약을 맺었다는 소식 자체가 다소 의외로 받아들여졌다. 규모는 1메가와트로 극히 작고 태양광도 섞이지만, 같은 하드웨어로 재생에너지와 화석연료 백업을 모두 처리한다는 접근이 새롭다. 초기 설비는 200kW 발전기 두 대를 묶는 형태로, 엔지니어링 검증이 주된 목적이다. 앤더슨은 가장 큰 걱정거리로 "알 수 없는 미지의 변수(unknown unknowns)"를 꼽았다. 다만 설계는 모듈형이어서, 회사는 이미 여러 수광부와 열 저장을 공유하는 단일 타워에 여러 유닛을 결합한 3메가와트급 설비를 설계 중이다.
실무 관점에서 이 방식의 경제성은 시장 구조에 크게 좌우된다. 일반적인 전력망에서는 24시간 재생에너지 공급에 대한 보상이 거의 없고, 태양광을 뒷받침하기 위한 백업 비용은 대개 다른 주체가 떠안는다. 전용 발전소를 짓지 않고 백업 전력을 확보할 수 있다면 분명 누군가의 비용을 줄여주지만, 그 절감분을 실제로 회수할 수 있도록 시장이 설계돼 있는 경우는 드물다. 이 때문에 247Solar가 전력망 외의 시장, 특히 원격지 광산을 겨냥하는 것은 자연스럽다. 디젤을 비싼 비용으로 실어 날라야 하는 광산에서는 이 시스템이 연료 운송비를 줄이고, 광석 처리에 쓸 공정열까지 제공할 수 있으며, 공급망 탄소배출을 회계상 책임져야 하는 기업에는 무배출 전력이라는 이점도 있다.
결국 이 기술의 승부처는 효율이나 저장 시간 같은 숫자가 아니라, 하나의 설비로 재생에너지와 백업을 겸할 때 발생하는 비용 절감을 시장에서 실제 수익으로 바꿀 수 있느냐에 있다. 밤의 일부 시간만 가동되는 전용 화석연료 발전소를 짓지 않아도 된다면 전력망에서도 자리가 있을 수 있지만, 그것은 어디까지나 가격과 인센티브가 맞아떨어진다는 전제 위에서다. 1메가와트 실증은 그 전제를 현실에서 처음으로 가늠해 보는 시험대인 셈이다.