한국전기硏 李熙雄박사팀 열전발전시스템 개발

터빈 등 기계적인 도움없이 열전(熱電)반도체를 이용해 전기를 생산하는 열전발전 방식이 고유가 시대의 새로운 대체에너지 기술로 관심을 모으고 있다.

열전발전이란 물질의 양쪽에 온도차가 있을 때 고온부에서 저온부로흐르는 열에너지를 열전반도체를 거쳐 직접 전기로 변환시키는 발전방식이다.

최근 한국전기연구소 신소재응용연구그룹 이희웅(李熙雄) 박사팀은이같은 열전발전 원리에 따라 온수열을 이용해 1㎾급의 직류 발전을가능하게 하는 열전발전시스템을 개발하는데 성공,국내에서도 반도체발전시스템의 실용화를 성큼 앞당겼다.

열전반도체 이론은 1829년 로페에 의해 처음 개발됐고 1940년 러시아에서 실용화가 시작됐다.

그동안 군사용 발전기나 인공위성 전원에 국한돼 사용됐으나 최근들어 냉정수기,간이 냉장고,혈액보관기 등 실생활에서 이용범위가 크게늘고 있다.

열전발전시스템의 최대 강점은 태양열,해수열,지열 등 기존의 방법으로는 사용할 수 없는 다양한 저급에너지에서도 전기를 생산할 수있다는 것이다.화력발전소,원자력발전소,소각로,철강산업,자동차산업등에 적용하면 날아가는 폐에너지를 절약할 수 있다.폐에너지를 재활용하는 과정에서 온실효과의 주범으로 꼽히는 이산화탄소의 배출량을줄이는 효과도 있다.발전기에서 전기에너지를 발전시키는데 사용되는터빈 등의 기계적인 작동이 필요없기 때문에 진동이나 소음이 거의없으며 수명이 길다는 장점이 있다.

이 박사는 “우리나라의 경우 산업용 민수용 열발생 장치에서 나오는 각종 폐열의 회수율은 1%에 불과하다”면서 “온수와 증기,뜨거운공기 등의 형태로 버려지는 각종 열에너지를 조금만 활용해도 국가적으로 매우 큰 에너지 절약효과를 가져 올 수 있다”고 강조했다.

이 박사팀이 개발한 시스템에서는 섭씨 100도 정도에서 기능을 발휘하는 저온 열전반도체(비스무스와 텔륨의 합금)가 사용됐다.연구팀은큰 전압차를 얻기 위해 1,024개의 열전반도체를 직렬로 연결, 발전용모듈을 만들고 여기에 전력 변환장치와 전력 저장장치 등을 결합해시스템을 완성시켰다.

고온부에서는 섭씨 80도 정도의 보일러 온수가,저온부에서는 섭씨 20도인 냉각수가 각각 쓰인다.온도차에 따라 열전자가 자연히 이동하게 되며 이때 열전반도체로 된 모듈을 거치면서 전기가 발생하게 된다.



이 박사는 “열전발전기가 널리 사용되지 못하고 있는 것은 열전반도체의 효율이 낮아 경제성이 떨어지기 때문”이라며 “최근 신소재기술의 급속한 발전과 대규모 연구투자에 힘입어 열전재료의 효율도급격히 향상되고 있다”고 말했다.

함혜리기자