과제: 태양 에너지는 저렴하고 깨끗하며 풍부하지만 그 변동성이 이를 방해한다. 필요할 때 언제든지 석탄이나 가스를 태울 수 있지만 태양은 자체 일정에 따라 움직인다.

과잉 태양 에너지를 저장하면 이 문제를 완화하는 데 도움이 될 수 있다. 일부 태양광 발전소는 나중에 사용하기 위해 거대한 리튬 이온 배터리 뱅크에 태양열로 생성된 추가 전력을 저장해 두지만, 비용이 많이 들고 지속적으로 자체 방전되며 때로는 화재가 발생한다는 단점도 있다.

리튬 배터리는 특히 단기 전력 변동의 경우 퍼즐의 핵심 부분이지만 장기간 에너지 저장을 위해서는 다양한 솔루션이 필요할 것이다.

집광형 태양열 발전: 또 다른 옵션은 태양 에너지를 전기가 아닌 열로 저장하는 것이다. 어렸을 때 더운 여름날 돋보기를 가지고 놀며 보낸 적이 있다면 집광하여 햇빛의 온도를 극적으로 높일 수 있다는 것을 직접 알 것이다. 그것을 좁은 광선으로 만든다.

에너지 전문가들도 이를 알고 있으며 이것이 바로 집중형 태양광 발전 시스템이 존재하는 이유이다.

이 시스템은 거대한 거울 뱅크를 사용하여 햇빛을 단일 대상에 집중시킨다. 이렇게 집중된 태양 에너지는 일반적으로 용융염과 같은 물질을 가열하는 데 사용된다. 이 물질은 배터리처럼 작동하여 열을 사용하여 터빈을 회전시키는 증기를 생성할 때까지 일시적으로 에너지를 유지한다.

새로운 소식: 호주 국립 과학 기관인 CSIRO는 뉴캐슬의 집중형 태양광 발전 연구 시설에서 작은 세라믹 입자가 집중형 태양 에너지 빔을 통해 떨어지도록 하는 다른 저장 접근 방식을 테스트하고 있다.

이제 이 기관은 이 접근 방식을 통해 입자가 섭씨 803도(화씨 1477도)라는 이정표 온도에 도달할 수 있다고 보고했다. 그런 다음 세라믹 입자를 사일로에 숨겨 최대 15시간 동안 열 에너지를 저장할 수 있다.

비교하자면, 용융염은 일반적으로 약 600C(1112F)까지만 도달할 수 있으며 10시간 정도 열을 유지할 수 있다.

"이 시스템의 열 저장 세라믹 입자는 원래 비전통적인 천연 가스 '파쇄'에 사용하기 위해 개발되었다."라고 이 기술 개발을 도운 호주 국립 대학교의 부교수인 존 파이(John Pye)가 말했다. "그들은 저렴하고 강할 뿐만 아니라 여러 번의 강렬한 가열 및 냉각 주기를 견딜 수 있을 만큼 안정적이다."

만약 팀이 이러한 입자를 포함하는 용기에 태양 에너지를 겨냥했다면 용기 재료를 통과하면서 열의 일부가 손실될 것이다. 이는 전통적인 집중형 태양광 발전 시스템에서 용융염을 담는 강철에서 발생한다.

입자가 빔을 통해 떨어지면 이러한 컨테이너 저항이 제거되고 입자가 떨어지는 속도를 정밀하게 조정함으로써 CSIRO 팀은 저장할 수 있는 열의 양을 늘릴 수 있었다. 시스템을 더욱 최적화하면 세라믹은 1000C(1832F)가 넘는 온도를 견딜 수 있으므로 더욱 뜨거워질 수 있다고 믿는다.

CSIRO 태양광 기술 팀장인 김진수는 "이 기술은 호주 중공업의 탈탄소화를 위해 저비용 재생 에너지를 대규모로 제공하는 데 핵심이다."라고 말했다. "이러한 결과를 얻기 위해 8년이 넘는 개발 시간과 수천 시간이 투자되었다."

글로벌 노력: CSIRO는 태양열 저장에 대한 이러한 접근 방식을 탐구하는 유일한 그룹이 아니다.

미국 에너지부는 2015년부터 낙하하는 세라믹 입자 가열을 테스트해 왔으며 지난 2월에는 뉴멕시코에서 "수 메가와트" 규모의 새로운 낙하 입자 시설 착공을 시작했다. 건설은 2024년에 완료될 것으로 예상된다.

DOE의 에너지 효율 및 재생 에너지 담당 차관보 대행인 알레한드로 모레노(Alejandro Moreno)는 "차세대 [집중형 태양광 발전]은 판도를 바꿀 수 있는 잠재력을 가지고 있다."라고 말했다. "이 파일럿 시설은 CSP 시스템이 태양열 기술의 비용과 복잡성을 줄이면서 장기간 에너지 저장을 제공하는 과제를 어떻게 해결할 수 있는지 보여줄 것이다."

큰 그림: 세라믹 입자가 가능성을 보이고 있지만 집중형 태양 에너지를 위한 가장 효율적인 저장 매체는 아닐 수 있다. 다른 그룹에서는 암석, 모래 및 기타 재료의 사용을 모색하고 있다.

궁극적으로, 저장 재료를 더 뜨겁게 만들고 더 오랫동안 열을 유지할수록 이러한 시스템이 태양광의 가변성 문제를 해결하고 청정 에너지로만 구동되는 미래를 열 수 있는 가능성이 높아진다.