지식보관소_ 우주에 태양광 발전소를 건설하는 우주 태양광 발전이 가능할까?

 

 

SSPS, Space Solar Power System이라고 불리는 이 기술은

대기가 없는 우주에

태양광 패널이 달린 인공위성을 띄워서

그 인공위성을 통해서 발전을 하고

발전된 전력을 지구에서 받아서 사용을 한다는 계획입니다.

 

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태양은 인간이 만들어낼 수 없는 어마어마한 에너지를 생산합니다.

그러다 보니 지상에서 핵융합으로

인공태양을 만들어서 발전하겠다는

핵융합 발전 같은 연구를 계속하고 있습니다.

 

그리고 태양광 패널을 이용해서

지표면에 도달한 태양 에너지를 이용하는

태양광 발전도 현재 하고 있죠.

 

하지만 문제는 지표면에 도달하는 태양에너지는

우주 공간에 쏟아지는 태양에너지의 고작 5분의 1에 불과하다는 것입니다.

 

그 이유는

지구 대기에 의해서 산란이 되거나

대기의 먼지에 의해 가로막히기 때문이죠.

거기다가 우리나라는

옆에 있는 그 나라에서 날아오는 미세먼지의 영향으로 인한 손실 또한

무시하기가 힘듭니다.

그리고 이마저도 안개가 끼거나 구름이 끼게 되면

태양광 발전이 불가능합니다.

 

사실 우리를 숨 쉴 수 있게 해주는 대기가

태양광 발전에는 큰 걸림돌이 된다는 것인데

이를 해결할 간단한 방법이 하나 있습니다.

바로 대기가 없는 곳에 태양광 패널을 설치하면 되는 것이죠.

아주 간단하죠.

 

SSPS, Space Solar Power System이라고 불리는 이 기술은

대기가 없는 우주에 태양광 패널이 달린 인공위성을 띄워서

그 인공위성을 통해서 발전하고

발전된 전력을 지구에서 받아서 사용한다는 계획입니다.

 

이런 우주 태양광 발전의 장점은

아무래도 효율이 굉장히 좋다는 것입니다.

 

지구에서는

앞서 말한 대기와 먼지와 구름 등의 영향 등으로

우주에서보다 20%도 안 되는 효율로 발전하게 됩니다.

그리고 우리나라는 가뜩이나 땅의 크기도 작은데

이런 토지를 낭비하게 되죠.

 

하지만 우주 공간에서는 지구보다 5배 가까운 효율로 발전 효율이 나올 뿐만이 아니라

낮과 밤이 따로 없어서

태양광 패널을 태양 방향으로만 자세 제어를 해준다면

24시간 발전을 할 수가 있습니다.

 

그런데 이렇게 발전된 전기를 어떻게 사용할 수가 있을까요?

 

예전에 궤도 엘리베이터 영상처럼

적도 부근에 정지궤도 위성을 띄워두고

전선을 연결해서 전기에너지를 받아야 할까요?

 

이 방법이 안 되는 이유는

정지궤도는 지상으로부터 36,000km 높이에 달하는데

전선이 이런 길이의 하중을 지탱하는 게 불가능하기 때문입니다.

 

탄소 나노튜브 같은 신소재라면 가능할지도 모르지만

그게 가능했으면 이미 우주 엘리베이터를 건설했겠죠.

 

따라서 실제 사용되는 기술은

장거리 무선 전력전송 기술입니다.

 

무선 전력전송이라고 하면

요즘 스마트폰에서 사용을 하는 무선 충전 기술이 생각이 날 텐데

스마트폰에 사용되는 무선 충전은 자기유도 방식을 사용합니다.

자기장의 변화가 전자기를 유도하는 패러데이 법칙에 기반하는 이 기술은

전기와 자기장이 실제로는

원자 내에 전자에 의해서 에너지가 발생하는 에너지의 원천이 같기 때문에

가능한 기술이며

이 기술은 발전소 같은 것뿐만이 아니라

여러분들의 자동차에서도 사용하고 있고

뭐 그뿐이 아니라 실생활에서 굉장히 많이 사용이 되고 있습니다.

 

물론 학교에서 배우는 전기자기학 과목은

굉장히 어렵다는 게...

 

아무튼 중요한 건 자기유도 방식은

자기장의 변화로 전류를 유도하기 때문에

현재 핸드폰의 무선 충전은

핸드폰을 코일에 가까이 가져가야 합니다.

 

그에 비해서 우주에서 지구로 전력을 전송하기 위해서는

장거리로 전송할 방법이 필요한데

강력한 에너지를 전자기파 형태로 보낼 수 있는

마이크로웨이브 전력 전송 방식을 사용할 수 있습니다.

 

결국 전기를 전자파 형태로 바꿔서 지구로 보내게 되면

지구에서 안테나로 이를 바꿔서

다시 전기 에너지로 변환한다는 방식인데요.

 

이 방식을 사용하면

에너지 효율도 나쁘지 않고

우주에서 지구로 에너지를 보내는 게 가능합니다.

 

더 나아가서 우주 엘리베이터의 에너지 공급원으로 활용되거나

달에 유인기지를 건설했을 때

달로 에너지를 보내거나

달에서 생산된 에너지를 지구에서 받을 수도 있습니다.

 

그런데 이렇게 좋은 기술이면

실생활에서 사용을 하면 될 텐데

왜 아직까지 자기유도 방식 말고는

실생활에서 사용이 되지 않고 있을까요?

 

사실 마이크로 웨이브를 듣고서

많은 사람들이 전자레인지를 떠올리실 텐데

바로 전자레인지에 사용되는 마이크로파가 맞습니다.

 

전자레인지와 대역대는 다르겠지만

실제로 마이크로웨이브로 전력이 전송되는 구간에 서 있게 된다면

몸이 따뜻해짐을 느낄 수 있을 텐데요.

 

따라서 장거리 무선 전력 전송 기술은

항상 인체 유해성에 대한 문제가 제기되어 왔습니다.

 

하지만 이런 인체의 유해성은 입증이 쉽지 않습니다.

전자파가 인체에 유해하다는 얘기는 계속해서 있어왔고

20년 전에는 전자파를 막으면

뇌종양에 걸린다는 괴담까지 돌았지만

현재 우리는 일상생활에서 자연스럽게

스마트폰을 사용하고 있기도 합니다.

 

결국 현재의 기술로도 마이크로 웨이브를 이용한

장거리 무선 충전은 가능하지만

각종 안전성 문제가 발목을 잡고 있는 셈입니다.

또한 높은 출력의 송수신 과정에서

효율이 과연 잘 나오게 될지도 중요하죠.

 

앞으로의 과제는

높은 전력을 마이크로 웨이브로 송수신을 해도

높은 효율을 달성하는 기술과

안전성 논란이 사라지게 될 것으로 기대합니다.

 

그러면 전기자동차의 충전 문제도 완화될지도 모르고

스마트폰도 굳이 충전할 필요가 없는

그런 시대가 열릴지도 모릅니다.

 

그럼 20,000W급 출력을

장거리 무선 전력 송수신을 할 수 있는 기술이 개발이 돼서

충전 걱정이 없는 그런 시대가 열렸으면 좋겠습니다.