[인더스트리뉴스 권선형 기자] 지난해 10월 아랍에미리트 두바이에서 열린 ‘에너지 위크’ 첫 날, 두바이의 한 기업 회장이 한전과 에너지기업개발원, 전남테크노파크 부스에 있는 태양양집열기 전문기업 ‘금철’을 찾았다. 그는 태양열집열기를 공장에 시범도입하고 싶다는 뜻을 밝히며, 금철과 250억원 규모의 MOA(합의각서)를 체결했다. 현재 이 기업은 두바이 전 사업장에 도입하고 싶다며 약 8,000억 규모의 태양열집열기 구매의사를 밝혔다. 에너지 위크 마지막 날에는 한 기업이 사우디, 쿠웨이트, 아랍에미리트, 오만 등 중동 지역의 태양열집열기 독점 판권을 요청했고, 지난달에는 미국의 한 기업이 태양열집열기 미국시장 10년 판권을 요청했다.

지난달 한 글로벌 담배회사도 국내 공장에서 활용할 목적으로 금철의 태양열집열기를 구매했다. 태양열집열기를 통해 제조공장에서 사용하는 LNG 비용을 줄여 RE100을 빨리 달성하려는 계획이다. 2달 간 태양열집열기를 시범운영 하고, 전 세계 공장에 8,400대를 확대 도입한다는 구상이다.

금철 최광호 기술이사는 “태양열 축열조에 물 대신 열매유를 넣어 물보다 최대 4배 이상, 태양광보다도 전력생산이 4배 이상 뛰어난 수치를 보여주고 있어 태양열집열기 ‘해.발아기’ 구매가 국내외에서 이어지고 있다”고 말했다. [사진=인더스트리뉴스]

태양열집열기 전문기업 금철이 국내외에서 연이어 러브콜을 받고 있다. 기존 태양열집열기의 효율을 획기적으로 개선해 ‘신재생에너지 게임체인저’로 부각되고 있기 때문이다. 태양열이 국내 신재생에너지 시장에서 한때 천덕꾸러기 취급을 받았던 시절을 생각하면 태양열의 파격 변신이다.

금철 최광호 기술이사는 “태양열 축열조에 물 대신 열매유를 넣어 물보다 최대 4배 이상, 태양광보다도 전력생산이 4배 이상 뛰어난 수치를 보여주고 있어 태양열집열기 ‘해.발아기’ 구매가 국내외에서 이어지고 있다”며, “특히 고효율성 덕분에 다른 신재생에너지 기업에서도 회사를 찾아오는 등 관심도가 높다”고 말했다.

전 세계 최초로 선보인 양면형 태양열집열기, 해.발아기

금철의 태양열집열기 해.발아기는 지상에 도달하는 태양열에너지(solar thermal energy)를 열역학 시스템을 통해 집열하고, 고온의 열매체를 통한 열순환으로 난방과 온수, 냉방은 물론 스팀, 전기, 소금까지 생산할 수 있는 신재생에너지 발전설비다.

태양열집열기 해.발아기 [사진=금철]

태양열집열기는 집광 기술에 따라 PTC형, CRS형, DISH형으로 나뉘는데, 금철은 국내에서 유일하게 고효율인 DISH형과 PTC형 태양열집열기를 생산하고 있다. 나아가 단면 집광 방식을 넘어 세계 최초로 양면 초집광 기술을 도입해 85%의 효율을 달성했다. 기존 태양열집열기의 집열 효율이 62~63%에 그치고 있는 것에 비하면 돋보이는 효율 개선이다.

해.발아기는 1대의 기기로 1차 반사경에서 1,030℃를 집열하고 2차 프레넬렌즈에서 1,500℃를 집열해 축열조에서 300~500℃의 고열 에너지를 생산한다. 최 기술이사는 “해.바라기는 700개의 반사경을 부착한 반사판과 2중으로 집열 효과를 낼 수 있는 프레넬렌즈, 태양을 3차원 추적하는 추적장치가 부착돼 있다”며, “유압실린더 방식을 도입해 최대 360° 회전 및 수직상승으로 에너지 생산량을 대폭 증가시켰다”고 설명했다.

가정용에 그치던 태양열집열기 산업용까지 확대

해,발아기의 혁신은 크게 두 가지 핵심 기술에서 나왔다. 태양열집열기에 도입한 프레넬렌즈와 700개의 유리거울을 하나하나 입힌 반사경으로 태양열에너지를 85% 이상 모아 집열하는 기술과 축열조에 물 대신 열매유로 채워 집열한 열에너지를 더 효율적으로 저장하고 유지하는 기술이다.

최 기술이사는 “기존 태양열 반사경은 스테인리스를 사용했지만, 금철은 유리거울을 잘라서 붙이는 생각의 전환으로 집열 효율을 크게 높일 수 있었다”며, “또한 축열조에 사용하는 물 대신 열매유란 기름을 넣어 물 보다 고온의 열을 더 오래 저장하고 유지할 수 있게 됐다”고 말했다.

①태양열에너지를 1차 집열하는 반사판 ②태양열에너지를 2차 집열하는 프레넬렌즈 ③프레넬렌즈와 반사판에서 받은 열을 모아주는 집열판 ④집열장치에서 보낸 열매체유를 보관해 열을 저장하는 보온탱크 [사진=금철]

해.발아기의 프레넬렌즈와 유리거울이 열을 모아 축열조에 보내면 축열조의 열매유는 약 300~500℃ 열에너지를 생산한다. 기존 태양열집열기 축열조 내의 물 온도가 80℃인 점을 감안하면, 약 3배~4배 이상 고온의 열을 축열기에 유지 저장 할 수 있게 된 셈이다.

집열 장치에서 기존보다 더 높은 온도의 열을 모으고, 그 열을 축열조에서 효과적으로 유지하고 저장하는 게 가능해지자, 그동안 가정용 난방, 온수로 활용됐던 태양열집열기의 용도가 산업용으로까지 확대됐다. 더 높은 열에너지를 생산하고 유지하는 덕분에 열에너지로 활용할 수 있는 분야가 확장된 것이다.

최 기술이사는 “기존에는 물과 물이 만나는 열교환 방식이었다면, 열매유를 통해 물과 기름이 만나는 열교환 방식으로 효율이 더 높아져 온수, 난방에 더해 산업용 스팀, 냉방, 소금 생산, 전기생산까지 가능하게 됐다”고 말했다. 

태양열집열기 시스템 구성도 [자료=금철]

스팀, 전기, 소금 생산까지 다양한 산업에 적용

해.발아기는 이러한 확장성 덕분에 현재 다양한 산업군에서 활용 중이다.

한 글로벌 담배 제조기업은 해.발아기에서 나오는 고온의 스팀을 활용해 담뱃잎을 쪄, LNG 비용을 줄이는 목표를 세웠다. 기존 태양열집열기를 활용한 스팀 온도의 한계점은 90℃지만, 해.발아기는 180℃ 이상까지 스팀온도를 높일 수 있어, LNG 대비 효율이 눈에 띄게 좋아질 것으로 기대하고 있다.

국내 한 아열대 작물 영농조합에서는 냉방용으로 해.발아기 50대를 구매했다. 최 기술이사는 “최근 국내 기온이 갈수록 높아지고 있어 스마트팜을 실현하기 위해서는 냉방이 절실한 상황으로 해.발아기를 활용하면 냉방 전기료가 들지 않는다”고 말했다.

한전에서는 에너지자립 전원주택에 해.발아기를 도입하면 좋겠다는 의사를 전했다. 해.발아기로 에너지자립 전원주택 난방과 온수를 공급하고, 남는 열에너지로 전기터빈을 돌려 전기를 생산해 사용하자는 제안이다. 해.발아기에 전기터빈을 연결하면 한 대당 약 50kW의 전기를 생산 할 수 있다.

해.발아기를 다양한 산업에 적용하는 발상의 전환은 소금 생산으로도 이어졌다. 금철은 현재 해.발아기를 활용해 소금을 생산하고 성분 분석을 의뢰중이다. 최 기술이사는 “열에너지로 바닷물을 끓여 소금을 생산했다”며, “물이 없는 신안군 섬에 해.발아기를 공급하면 끓인물은 먹고 씻는데 사용하고 생산한 소금을 제품화 하면 섬 에너지자립화와 경제에 도움이 될 수 있을 것”이라고 말했다.

태양열에 태양광과 풍력을 더한 하이브리드시스템

금철은 최근 태양열에 태양광과 풍력시스템을 접목한 하이브리드시스템 특허를 등록하고 시제품을 만들고 있다. 태양열을 1차 집열하는 유리거울의 한 가운데를 피라미드 형태로 쌓아 집열 효율을 90%까지 높였다. 산란빛까지 잡아 집열 효율을 높인 것이다. 여기에 더해 시스템 아래 부분에도 태양광패널을 붙여 7~10kW의 추가 전기 생산이 가능하게 구성했다. 윗 부분에는 풍력시스템을 더해 5kW 전기를 추가 생산할 수 있다. 풍력시스템은 1㎧의 바람에도 발전할 수 있는 성능을 갖췄다.

최 기술이사는 “흐리거나 비오는 날씨에도 풍력시스템을 통해 전기를 생산 할 수 있는 하이브리드시스템은 특히 에너지자립이 필요한 도서산간 지역이나 섬에서 유용하게 활용될 수 있다”고 말했다.

금철은 스마트팜 분야에서도 해.발아기가 활약할 것으로 기대하고 있다. 해.발아기의 독립적인 전기시스템을 이용한 스마트 웹 제어시스템은 농사용 전기를 연결하지 않아도 일 년 내내 식물의 최적화 온도시스템을 유지시킬 수 있다.

태양열+태양광+풍력 하이브리드시스템 [사진=인더스트리뉴스]

최 기술이사는 “해.발아기를 통해 농작물 생육의 성장을 높일 수 있고, 스마트팜의 최대 단점인 유지비가 획기적으로 줄 것”이라며, “이러한 성과를 기대하는 뉴질랜드 농림부 기술단의 방문도 예정돼 있다”고 말했다.

이어 최 기술이사는 “앞으로 태양열 에너지를 이용한 열원을 대량으로 공급해 열원의 ㎉를 매일 생산 하고 열원을 되파는 방식의 수익을 창출하는 제품을 출시할 계획”이라고 말했다.

[권선형 기자 (news@industrynews.co.kr)]

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