3. 신에너지 플랜트의 요소 기술

NaS전지는 350℃ 고온에서 작동하는 체적에너지 밀도가 높은 충∙방전이 가능한 2차전지이다. 나트륨 이온 전도성을 나타내는 베타 알루미나라는 특수한 세라믹이 고체 전해질로 사용되어, 양극의 유황과 음극의 나트륨이 고체 전해질을 사이에 두고 이동함으로써 충전과 방전이 일어난다. 활물질이 나트륨과 유황이므로 자원적으로도 풍부하며 전해질이 고체이므로 자기 방전이 상당히 적다. 기술적으로는 실용단계에 있으며, 6,000kw의 거대한 시스템이 전력회사 변전소에서 전력의 평준화에 실제로 쓰여지고 있다. 박람회에서는 충∙방전 출력 500kw, 7시간 지속되는 NaS전지(그림 7)가 태양광 발전의 전력 변동과 연료전지의 야간 잉여전력을 흡수하여 전력을 안정시킨다.

연료전지의 원리는 물을 전기 분해했을 때와는 역반응을 일으킨다. 즉, 수소와 산소가 반응하여 전기와 물이 생기는 화학반응에 근거한다. 연료전지는 ①폐열을 이용하면 소형이라도 높은 에너지 효율, ②저소음‧ 저진동, ③낮은 환경부담 등의 장점을 지니고 있어, 분산형 전원으로서 앞으로 보급이 기대된다.

연료전지는 사용되는 전해질과 그 작동 온도에 의해 종류가 구별된다(표1). 가장 저온에서 작동하는 고체 고분자형(PEFC)은 연료전지 자동차용 수십 kw 규모와 가정용　1kw 규모가 개발되고 있으나 박람회에서는 전시하지 않는다. 박람회에서는 250kw 용융 탄산염형 연료전지(MCFC, 그림8) 1대와 마이크로 가스터빈이 딸린 250kw MCFC 1대, 합계 2대를 실제 가동한다. 650℃ 고온에서 작동하는 MCFC는 다음에 기술하는 폐기물에서 생성된 가스라도 연료로 쓸 수 있어 장래의 보급이 기대된다. 전체 발전전력을 증강하기 위해 이미 실용화된 200kw 인산형 연료전지(PAFC, 그림9) 4대, 합계 800kw와 차세대 연료전지로서 개발 중인 50kw 고체 산화물형 연료전지(SOFC,그림10) 1대를 추가했다. 이들 연료전지의 폐열은 회수되어 박람회 전시회장 내 건물의 냉방으로 이용되고 있다.

박람회 개최기간 중 전시회장 내 다수의 레스토랑에서 음식물 쓰레기가 배출된다. 음식물 쓰레기는 수거차로 야간에 수거해 메탄 발효시스템(그림11)에 집적된다. 음식물 쓰레기의 최대 저장량은 4.8톤이다. 음식물 쓰레기는 선별, 분쇄 처리된 다음, 물과 알칼리가 첨가된 Slurry 상태로 발효조에 도입된다. 메탄가스를 생성해 발효가 종료하는 데에는 2주가 소요된다. 음식물 쓰레기는 전시회장 밖으로 반출되는 일 없이 이 시스템에 의해 전부 처리된다. 생성된 메탄가스는 1대의 MCFC 연료로써 활용된다. 발효 메탄가스가 부족한 경우는 도시가스로 보충한다. 전국 공공단체의 쓰레기 처리시설 조사를 보면, 처리량이 1일 200톤 이하의 소규모 시설에서는 발전 설비를 갖추고 있지 않아, 수분이 많은 음식물 쓰레기 소각에 막대한 에너지를 소비하고 있었다. 그 이유는 소규모의 증기 터빈 발전으로 효율이 낮기 때문이다. 음식물 쓰레기를 메탄 가스화하면 소규모라도 에너지 효율이 높은 연료전지로 활용할 수 있다.