미래에너지원 : 우주태양광발전 SSPS(Space Solar Power Station)

  미래에너지 대안으로 우주태양광발전이 지구 저궤도에서 첫 시연단계에 돌입한다는 소식이 들려왔습니다. 오늘은 우주태양광발전이 무엇이며, 지구에 미칠 영향과 해결해야 할 과제, 각국의 상황에 대해 알아보도록 하겠습니다. 

우주태양광발전

우주태양광발전이란?

 우주 공간에 위성으로 된 발전소를 띄워 햇빛을 전기로 바꾸는 방식으로 밤이 없는 우주는 땅 위에서보다 훨씬 많은 전력을 생산할 수 있고, 24시간 전기를 만들 수 있습니다. 대기층이 없기 때문에 내리쬐는 태양 에너지도 땅 위보다 두 배가 많답니다. 우주에서 만든 전력을 지구로 보내는 방법에 대해서는 햇빛을 받아 생산한 전력을 전파에 실어 지구로 보내면 지구에서 그 전파를 다시 전기로 바꾸는 방법을 이용하려고 합니다.

 지구에 미치는 영향

  우주태양광발전을 구현하면 지구에 몇 가지 잠재적인 영향을 미칠 수 있습니다. 고려해야 할 몇 가지 주요 측면은 다음과 같습니다.

1. 재생 에너지 생성 : 우주태양광발전은 일관되고 풍부한 재생 에너지원을 제공할 수 있습니다. 성공적으로 구현되면 화석 연료에 대한 의존도를 줄이는데 크게 기여하고 전통적인 발전 방법과 관련된 온실 가스 배출을 줄임으로써 기후 변화를 완화하는데 도움이 될 수 있습니다.
2. 지속적인 발전 : 우주태양광발전은 지상 태양광 발전과 달리 기상 조건의 영향을 받지 않아 중단 없이 에너지를 생산할 수 있어 일관되고 안정적인 에너지원을 제공합니다.
3. 글로벌 에너지 접근성 : 우주태양광발전은 세계의 외딴 지역과 소외된 지역에 에너지를 공급할 수 있는 잠재력을 가지고 있습니다. 그것은 에너지 빈곤을 해결하고 전기에 대한 접근성을 개선하고 제한적이거나 신뢰할 수 없는 전력 인프라가 있는 지역의 경제 발전과 삶의 질을 지원하는데 기여할 수 있습니다.
4. 토지 이용 및 환경 영향 : 지구상의 태양광 발전소를 위한 대규모 토지 이용의 필요성을 잠재적으로 줄일 수 있습니다. 우주에서 태양에너지를 활용함으로써 지상 지반 태양광 설치와 관련된 육상 생태계 및 생물 다양성에 미치는 영향을 최소화할 수 있습니다.
5. 우주 탐사 및 기술 발전 : 우주 태양광 발전 시스템의 개발 및 배치에는 위성 제조, 전력 전송 및 우주 인프라와 같은 우주 기술의 발전이 필요합니다. 이것은 항공 우주 공학, 재료 과학 및 에너지 전송을 포함한 다양한 분야에서 혁신과 기술 발전을 주도할 수 있습니다.

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실용화를 위한 5가지 과제

1.  건설 인프라 문제 : 현재 발전소에 필적하는 기가와트급 전력을 생산하려면 공간에 있는 태양 전지판 어레이의 크기가 상당해야 하며 잠재적으로 1㎢를 초과할 수 있습니다. 이것은 우주에서 이러한 대규모 인프라를 구축하고 조립하는 측면에서 상당한 엔지니어링 과제를 제시합니다.
2. 높은 가성비의 태양전지 개발 문제 : 물체를 우주로 발사하는 것은 비용이 많이 들기 때문에 가볍고 고효율이며 내구성이 뛰어난 태양전지를 개발하는 것이 중요합니다. 실행 가능하려면 이러한 태양 전지는 현재 사용되는 기존 실리콘 태양 전지보다 훨씬 더 효율적이어야 하며 킬로그램당 1~2킬로와트의 전기를 생성하는 것이 목표입니다.
3. 전력 전송 문제 : 수집된 태양 에너지를 우주에서 지구로 효율적인 전송이 가능하냐는 문제입니다. 레이저 빔은 효과적일 수 있지만 구름에 의해 가려질 수 있습니다. 따라서 최소한의 에너지 손실로 대기를 통과할 수 있는 마이크로파로 에너지를 변환하는 것이 가능한 해결책입니다. 이는 전환 과정에서의 에너지 손실을 최소화하기 위한 노력이 필요합니다.
4. 탄소 중립 영향 : 우주태양광발전이 탄소 중립 목표를 달성하는데 유망해 보일 수 있지만 전반적인 환경 영향을 평가하고 2050년까지 탄소 중립에 진정으로 기여할 수 있는지 판단하는 것이 중요합니다. 
5. 안전 고려 사항 : 안전은 우주에서 지상으로 전력을 전송할 때 해결해야 할 중요한 측면입니다. 두 가지 우려 사항에는 잠재적인 통신 간섭과 지구 생명체에 대한 잠재적인 피해가 포함됩니다. 지상 안테나 및 전력 전송 설계 시 안전 권장사항을 고려하지만 인간, 동물 또는 환경에 악영향을 미치지 않도록 추가 연구를 수행해야 합니다.

국가들의 동향

• 미국 - 미국은 우주태양광발전 연구 및 개발에 적극적으로 참여해 왔습니다. NASA 에너지부 및 민간 기업과 같은 조직은 우주태양광발전의 잠재력을 탐구하는데 관심을 보였습니다. 미국 캘리포니아공대(칼텍) 주도의 ‘우주태양광전력시연기’(SSPD=Space Solar Power Demonstrator)가 이달 중 지구 저궤도에서 타당성 실험을 시작할 예정입니다.
• 유럽 - 탄소 중립을 달성하기 위해 노력하고 있으며 우주태양광발전을 잠재적 솔루션으로 인식했습니다. 유럽우주국(ESA)은 우주 태양 에너지의 타당성을 테스트하는 것을 목표로 하는 솔라리스 계획을 승인했습니다. 이 계획은  2040년까지 기초기술 확보, 실증기 운영, 발전소 시험, 상용화 개시라는 야심 찬 목표를 설정하고 있습니다.
• 중국 - 우주태양광발전에 관심을 갖고 있어 톈궁 우주정거장을 이용해 2028년까지 우주태양광발전 기술을 실증하는 것을 목표로 하고 있습니다. 중국은 2035년까지 10 메가와트의 테스트 전력 위성을 정지 궤도에 발사하고 2050년까지 2 기가와트의 우주 발전소를 운영할 계획입니다. 
• 일본 - 2023년대에 우주태양광발전을 추진할 계획입니다. 일본항공우주연구개발기구(JAXA)는 우주태양광발전 기술을 개발하고 발전시키기 위한 노력을 주도하고 있습니다. 천연자원이 부족한 일본은 안정적이고 지속 가능한 에너지원을 확보하기 위한 방법으로 우주태양광발전을 보고 있습니다.
• 한국 - 우주태양광발전에 관한 개념 연구 단계에 머물고 있습니다. 현재 전담 연구개발 예산은 없지만 한국항공우주연구원, 한국전기연구원등에서 기본 개념 연구를 진행해 왔습니다. 그들은 무선 전력 전송 및 위성 시스템 기술을 탐구했습니다. 한국의 우주태양광발전 사업은 다른 나라에 비해 아직 초기 단계입니다.

 

※ 출처 > 곽노필, “‘100년의 꿈’ 우주태양광발전, 지구 저궤도에서 첫 시연한다”, 한겨레, 2023