테크놀로지로 만드는 행복한 세상 Automation n Power Tech: [성공 스토리] 24시간 가동하는 제마솔라 태양열 발전소(2)

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발전소 설립을 통해 스페인 정부는 유럽 2020 기후·에너지 목표치에 기여할 전망이다. 유럽 2020 기후 에너지 목표치는 온실가스 배출량을 20% 줄이고 주요 에너지 원천으로서 신재생 에너지 사용량을 20% 늘리는 한편, 효율성 증진을 통해 주요 에너지 소비를 20% 줄이는 데 있다.

태양을 따르는 어레이를 움직인다

단순한 기술적 시연이나 R&D 설비 수준을 넘어서 중앙 타워식 태양열 설비 구축이 이제 완벽한 발전 단지로 만들어지고 있다. 스페인 남부의 제마솔라(Gemasolar) 발전소가 이의 선도주자이다. 이 발전소의 모바일 일광 반사장치의 정밀하고 안정적인 동작을 위해 2,650여 개의 미러로 구성된 방대한 어레이에는 노드 드라이브 시스템즈(NORD Drivesystems)가 공급한 5,300개의 견고한 기어드 모터가 장착되어 있다.

제마솔라(Gemasolar) 발전소의 기본 구성은 타워 꼭대기에 수용기를 갖춘 중앙 타워와 인접 터빈을 통해 에너지를 발전할 수 있는 열 교환기 및 저장 탱크를 비롯해 액체 순환주기, 그리고 리시버에 태양광선의 초점을 맞추기 위한 미러장치 어레이로 구성되어 있다. 이러한 미러는 새벽부터 해질녘까지 온종일 가능한 오래도록 태양에 잘 노출되도록 하여 최대한 많은 양의 태양광이 타워의 해당 영역에 반사될 수 있도록 기울어지거나 돌릴 수 있도록 설계되어 있다. 노드 드라이브시스템즈(NORD Drivesystems)는 제마솔라 발전소의 일광 반사장치를 위해 5,300여 개의 NORDBLOC.1 디자인의 기어드 모터를 공급했다. 2,650개의 평판 미러 장치는 각각 이러한 기어드 모터를 2개씩 가지고 있으며, 이를 통해 태양의 진로를 따라 2축으로 매우 정확하게 움직일 수 있다.

캔에 태양열 유지 - 태양을 만들다

제마솔라 발전소는 방대한 면적의 일광 반사장치를 수용하기 위해 185헥타르 이상으로 확장되었다. 아부다비의 국영기업인 미래 에너지 기업 마스다르(Masdar)와 스페인 유수의 엔지니어링 기업인 세네르(SENER)의 합작사인 토레솔 에너지(Torresol Energy)이 운영하고 있는 제마솔라는 용융염(Molten Salts)에 기반한 열저장 시스템을 구현한 중앙타워 기술을 갖춘 세계 최초의 상용화된 CSP(Concentrated Solar Power) 발전소이다. 액화 질산염은 저장탱크에서 펌핑되어져 리시버 구역으로 빠르게 확산되고, 타워에서 고도로 응집된 태양광 복사열을 흡수하게 된다. 이 액체의 온도는 항상 500ºC 이상을 유지하며 통과한다. 이 액체가 수용기를 떠나면, 용융염은 열 교환기를 통해 흐르면서 다시 냉각되고, 발전기에 동력을 전달하는 스팀 터빈을 구동하기 위해 수증기를 생성한다. 생성된 에너지는 전기 그리드에 공급된다.

가장 주목할 만한 점은 제마솔라 발전소의 용융염 사이클은 혁신적인 저장 옵션을 가지고 있다는 것이다. 터빈이 변환할 수 있는 것보다 더 많은 열 에너지가 발생할 때마다 이 여분의 에너지를 용융염의 흐르는 방향을 일부 바꿈으로써 이 액체가 열 교환기에 도착하기 전에 저장하는 것이다. 특수 탱크에 저장된 열 매개체는 태양광 복사열이 불충분하거나 혹은 전혀 없을 때 발전소가 표준 동작을 할 수 있도록 나중에 사용이 가능하다. 이 솔루션은 오랫동안 구름이 많거나 어두운 밤에도 시스템이 저장된 열을 통해 최고 15시간 동안 에너지를 생산할 수 있도록 해준다. 연간 총 6,500 시간의 생산적인 운영이 가능한 이 발전소는 변화하는 조건에 완전히 의존해야 하는 기존의 재생 에너지 설비에 비해 훨씬 효율적이다.

항상 태양을 향하도록 설계

태양광 응집은 이 설비의 단일 중앙 타워 상의 동일한 리시버 영역에서 항상 태양을 향하고 있는 2,650개의 평판 미러를 통해 이뤄진다. 이러한 미러 장치의 크기, 무게, 형태는 각각 강력하면서도 튼튼하고 견고한 드라이브 솔루션에 기반하여 안정적으로 태양을 추적할 수 있도록 만들어졌다.

이는 매우 높은 환경 온도에 노출되는 애플리케이션으로, 여기에 사용된 모든 장비는 반드시 이러한 조건을 견딜 수 있도록 만들어져야 한다. 또한 각각의 일광 반사장치는 가끔 자연적으로 발생하는 강풍은 물론 여러 환경에 견딜 수 있을 만큼 강력한 약 120m²의 평면으로 되어 있다. 가장 혹독한 기후 조건에서도 일광 반사장치와 발전소는 전체적으로 적절하게 동작하도록 유지되어야 한다.

토레솔의 일광 반사장치는 사이즈 5의 NORDBLOC.1 시리즈 기어드 모터를 탑재하고 있다. 동일한 사이즈의 기존 세대 단일 하우징 솔루션과 비교해 이러한 시스템은 이전보다 훨씬 뛰어난 에너지를 얻는데 적합하다. 특히 사용자에게 매우 편리한 탑재 옵션이 제공되는데, 비용 효율적인 모터 직접 탑재 방식이나 혹은 매우 짧게 부착되는 공간 절감형 경량의 IEC 어댑터 중 선택할 수 있다. 환기는 모든 탑재 위치에서 유지된다. 기어의 알루미늄 하우징은 페인트 마감을 할 필요없이 견고하면서도 뛰어난 기본 내부식성을 제공한다.

FEM에 최적화된 디자인을 기반으로 한 이러한 모델은 보다 견고할 뿐만 아니라 이전 제품에 비해 훨씬 더 가볍다. 최대 사이즈 6 기어의 경우 UNICASE 디자인을 통해 보다 큰 베어링 탑재가 가능하며, 따라서 이 장치는 보다 높은 추가 부하에도 견딜 수 있고, 주어진 부하에서는 더 오래간다. 또한 높은 온도 보다 더 까다로운 조건이나 불리한 환경 조건이라 하더라도, 모든 종류의 ATEX 버전을 적용할 수 있다.