태양열 발전

태양열 발전은 햇빛을 반사판을 통해서 집중시켜 섭씨 1000도 가까운 열을 얻은 다음 이 열을 이용해서 전기를 생산하는 것이다. 이때 반사판은 집열판의 경우 간접광도 이용하는 것과는 달리 직광만을 이용할 수 있기 때문에, 태양열 발전을 하기에는 구름이 적고 햇빛이 강한 지역이 적합하다. 사막이 최적지라 할 수 있는데, 이러한 사막의 1%에만 태양열 발전시설을 설치하면 전세계의 전기 수요가 모두 충족될 수 있을 것으로 추정된다. 태양열 발전시설은 대체로 홈통형(trough) 시스템, 접시/엔진(dish/engine) 시스템, 전력 타워(power tower) 시스템의 세가지 형태로 나눌 수 있는데, 이것들은 모두 집중장치(concentrator), 흡수장치(receiver), 전달/저장장치, 변환장치라는 네 개의 핵심장치로 구성되어 있다. 집중장치는 볼록렌즈나 파라볼 반사판과 같이 햇빛을 한곳으로 집중시키는 작용을 한다. 흡수장치는 집중장치를 통해서 집중된 햇빛을 흡수한 후 그 열에너지를 작용매체로 전달하는 작용을 한다. 전달/저장장치는 이 작용매체를 에너지 변환기로 전해준다. 변환기에서는 전달된 열에너지를 전기에너지로 바꾸는 일이 이루어진다.

홈통형 발전 시스템에서 가장 눈에 띄는 것은 포물선형으로 구부러진 홈통처럼 생긴 집중장치와 그 초점들의 연결선에 길게 자리한 흡수장치이다. 집중장치로는 보통 포물선형으로 구부러진 긴 금속반사판이나 유리거울을 사용하는데, 이 장치가 길게 남-북 방향으로 하나의 축으로 연결되어 있다. 이 축은 회전할 수 있도록 되어 있어 해가 동쪽에서 서쪽 방향으로 움직일 때 집중장치를 해를 따라 돌게 해서 가능한 한 많은 직광을 받도록 한다. 흡수장치는 긴 관의 형태로, 내부에는 섭씨 400도까지 올라가는 기름이 들어 있다. 이 뜨거운 기름은 물을 증기로 만들어서 증기터빈을 회전시키고, 이 회전에 의해 전기에너지가 만들어진다. 미국의 캘리포니아 남부에는 전체 발전용량이 354메가와트에 달하는 홈통형 발전시스템이 설치되어 있다. 1980년대 중엽에 세워진 이 발전소에서 1998년까지 생산한 전력의 양은 약 80억 킬로와트시에 달한다. 홈통형 시스템은 발전만이 아니라 공장의 제조열을 얻는 데도 쓸 수 있고, 흡수장치의 관 속에 폐수를 흘려보내 자외선을 흡수하도록 해서 폐수 정화처리에도 사용된다.

접시/엔진 시스템은 여러개의 접시형 반사판을 반사된 빛이 하나의 초점으로 모이도록 오목거울 형태로 조합하고 초점에는 흡수장치와 엔진을 설치한 모양을 하고 있다. 햇빛은 접시에서 반사되어 흡수장치로 집중되고, 흡수장치에서는 흡수된 에너지를 엔진의 작용매체로 전달한다. 엔진에서는 열을 이용해서 기계적인 힘을 만들어내고 이 힘은 다시 전기에너지로 변환된다. 이 시스템에서는 높은 열을 얻어야 하기 때문에, 집중장치는 항상 해가 움직이는 방향으로 향할 수 있도록 이중의 축이 설치되어 있다. 한 개의 축은 하루동안의 해의 움직임을 추적하고, 또 하나의 축은 일년간의 움직임을 추적한다. 이 시스템은 7-25킬로와트급의 소형 발전시설이 개발되어 있다.

전력 타워 시스템은 수백개에서 수천개에 이르는 거울과 이들 거울의 초점 부분에 위치한 타워로 구성되어 있다. 거울에는 두 개의 축이 달려 있어 해를 추적할 수 있도록 되어 있고, 이들 거울 조합의 초점에는 흡수장치가 설치되어 있다. 흡수장치는 타워 꼭대기에 위치해 있는데, 여기에는 용융된 소금과 같이 열을 흡수하고 보유하는 능력이 뛰어난 열매체가 흐르고 있다. 이 열매체는 물을 증기로 변환시켜 증기터빈을 돌리는데, 이 과정에서 전기가 생산된다. 흡수장치 속에서 태양에너지를 흡수한 용융 소금은 온도가 섭씨 1000도 가까이 상승한다.