차세대 에너지 대안 '우주발전소'…10년 후 현실화된다

영국, 지난해 연구개발네트워크 결성해 2035 년 1기 개발 완료 목표 정해

미국, 중국, 일본 등 주요 우주강국도 2030~2040 년 내 현실화

한국, 주요 원천 기술 개발 중

미국 항공우주국( NASA )의 우주태양광발전소 개념도.

지구 온난화 등 기후 위기를 극복할 차세대 대안에너지로 우주 태양광 발전이 떠오르고 있다.

12 일 우주전문매체 스페이스닷컴에 따르면, 영국은 지난해 우주 태양광 발전소 연구 개발을 위해 우주항공업체 에어버스, 캠브리지대, 위성제조업체 SSTL 등 50 여개 기업ㆍ연구조직들이 참여하는 '영국 스페이스 에너지 이니셔티브'를 출범시켜 본격적인 연구 개발에 들어갔다. 

이미 인터네셔널 일렉트릭 컴퍼니라는 영국 엔지니어링 회사에 의해 '카시오페이아( CASSIOPeiA ㆍ Constant Aperture , Solid-State , Integrated , Orbital Phased Array )'라는 이름도 정해져 있다. 

이 초대형 태양광 발전 모듈을 완성하기 위해선 현재 미국의 스페이스X사가 개발 중인 초대형 우주선 스타십과 같은 규모의 우주 발사체가 약 300 번 정도 화물을 실어 날라야 할 것으로 예상된다. 

항상 태양을 바라 보고 있을 수 있는 지구 동기 궤도(약 3만 6000km )에 설치된다.

이들은 2050 년까지 지구 온난화를 멈추기 위해 추진 중인 탄소 중립을 실행하기 위해선 다른 신재생에너지원들보다 우주태양광 발전이 비용 대비 효율성이 높다고 보고 있다. 

이와 관련 지난달 27 일 마틴 솔타우 영국 스페이스 에너지 이니셔티브 회장은 런던에서 개최된 컨퍼런스의 연설을 통해 "우주 태양광 발전소 건설을 위해 필요한 기술들은 모두 현재 개발된 상태"라며 "문제는 프로젝트의 범위와 규모가 크다는 것일 뿐"이라고 말했다.

우주 태양광 발전소는 지구동기궤도에 거대한 태양광 발전 장치를 단 위성을 띄워 놓는 후 여기서 생성되는 직류 전기를 무선 주파수 전력 증폭기를 이용, 마이크로파로 변환해 전송하는 개념이다. 

전력 생산의 원리는 지구의 태양광 발전과 똑같다. 

그런데 효율은 대기권의 간섭이 없기 때문에 같은 크기의 태양광 발전 패드를 기준으로 지구에서보다 최소 13 배 이상 높을 것으로 예상된다. 

특히 지구에선 밤ㆍ낮, 날씨에 따라 전력 생산량이 급변동하는 등 간헐성 문제가 심각하지만, 우주 공간에선 꾸준한 생산이 가능하다. 

대규모 에너지저장장치( ESS )가 필요 없고 날씨와 관계없이 전기를 생산ㆍ공급할 수 있다는 얘기다. 

아직까지 지구상에서 고안된 신재생에너지 기술 가운데 인류가 필요한 전력 총량을 모두 충당할 수 있는 것은 존재하지 않는다는 점에서 중요 대안으로 부각되고 있다.

영국의 경우도 현재 전력 수요의 40 %를 신재생에너지로 충당할 수 있지만, 지구 온난화를 막기 위해선 앞으로 30 년간 이보다 3배 이상 더 많은 청정에너지가 필요한 상황이다. 

만약 이 에너지를 모두 현재 신재생에너지의 주류인 해상풍력발전으로 충당할 경우 영국 본토 해변 전체를 10km 넓이의 터빈 무리로 감싸야 하는 지경이다. 

우주 태양광 발전으로 생산된 전력을 수신받으려면 약 7~13km 넓이의 커다란 안테나가 필요할 뿐이다. 

이는 같은 양의 전력을 생산할 수 있는 지상 태양광 발전소를 새로 설치하는데 필요한 땅의 40 % 크기에 불과하다.

미국, 중국, 일본 등 주요 우주 강국들도 2030~2040 년대 사이에 우주 태양광 발전소 설치를 위해 연구 개발 중이다. 

미국 항공우주국( NASA )은 1970 년대 경제성을 이유로 포기했다가 2000 년대 들어 다시 연구ㆍ개발을 시작해 2040 년대 실용화할 계획이다. 

일본도 2000 년대 연구를 시작해 2030 년대 상용화한다는 방침이다. 

중국도 최근 우주태양광발전소 구축을 위해 대형 로켓 창정9호를 개발했으며, 2030 년대 이후 기가급 대형 우주 발전소를 운영한다는 목표다. 

한국도 2017 년부터 정부 출연연구기관들을 중심으로 원천기술을 개발하고 있다. 

한국전기연구원이 2020 년 10kW 급 장거리 무선 전력 송신 기술을 개발해 옥외 실험 중이다.