세계 최초의 태양광 발전소

세계 최초의 태양광 발전소는 더 깨끗한 공기에 대한 비전을 가진 사람이 1차 세계 대전 이전에 건설했습니다.  1900년대 초반은 석탄과 철의 시대였다. 산업은 시끄럽고 더럽고 석탄을 태우는 연기를 멀리 퍼뜨렸습니다.

미국 동부 해안의 산업 중심지 중 하나인 필라델피아에서는 이미 상황이 참을 수 없게 되었습니다. 1955년에 대기오염법이 제정되기 약 50년 전인 1904년에 시 행정관들은 더 깨끗한 공기를 위한 자체 규정을 만들었습니다 . 굴뚝, 굴뚝, 공터 등 연기의 양을 제한하고 ' 어두운 정도 '의 연기를 내뿜는 사람에게는 벌금을 부과했다.

이 세상에는 간단한 계획을 가진 미국 발명가가 왔습니다. 태양열을 이용하여 기계에 동력을 공급하는 데 사용할 수 있습니다. 그의 아이디어가 임계점에 도달하는 데 100년 이상이 걸렸지만 우리는 전환점에 도달할 수 있습니다. 4월 초, 에너지 분석가인 Ember는 화석 연료로부터의 에너지 생산이 올해 정점에 달할 것이라고 예측하는 보고서를 발표했습니다 . ( 청정 에너지에서 이러한 티핑 포인트의 중요성에 대해 자세히 읽어보십시오 . )

이 전환점을 추진하는 데 도움이 될 기술은 1980년대에 성년이 되었을지 모르지만 Frank Shuman이 태양의 힘을 이용하려는 탐구의 이야기는 씨앗이 훨씬 더 일찍 뿌려졌음을 보여줍니다.

1890년대에 Shuman은 내부 와이어로 유리를 강화하는 방법을 발명했습니다 . 유리는 내화성이 더 높았고 금이 갔을 때 함께 고정되어 위험할 정도로 날카로운 파편을 만들 가능성이 적습니다. 학교와 감옥과 같은 기관은 그것을 좋아했습니다. 버지니아에서 경력을 시작한 Shuman은 필라델피아에 있는 삼촌의 금속 가공 공장에서 일했습니다. 이 공장은 펜실베니아의 설립자 William Penn의 동상을 주조하고 있었고 알루미늄으로 전기 도금하여 보호할 방법을 찾아야 했습니다. 오염으로 막힌 공기 높은 시청. 동시에 그는 특허받은 "Safe-tee Glass"를 판매하는 회사를 시작했습니다.

작가 Christopher R Dougherty는 필라델피아 웹사이트 Hidden City의 Shuman 프로필에서 다음 과 같이  언급 합니다.  Shuman은 자신의 발명품에 풀타임으로 집중하기 위해 직장을 그만 두었습니다."

Shuman의 발명품은 1913년 이집트에서 테스트되었으며 화석 연료를 태우지 않고 나일강에서 물을 퍼 올릴 수 있는 방법을 보여주었습니다(Credit: Alamy)

노련한 발명가인 Shuman은 오랫동안 자연의 힘을 사용하여 전기를 만든다는 개념에 흥미를 느꼈습니다. Dougherty는 BBC에 "Shuman은 항상 존재하는 석탄 연기의 골칫거리를 잘 알고 있었습니다."라고 말했습니다. "그의 직동식 태양열 엔진에 대한 홍보 문헌에서 그는 자신의 기술의 부산물이 '도시의 공기가 건강하고 순수할 것'을 [의미]할 것이라고 주장했습니다.

"우리 강변은 석탄 저장고와 정유소, 값싼 화석 연료로 가득 차 있었기 때문에 Shuman이 이 자원의 종말을 상상하는 것은 시대를 훨씬 앞서 있었습니다."

1906년 Shuman은 안전 유리의 재산 덕분에 자유롭게 수리할 수 있었습니다. Shuman은 필라델피아의 북동쪽 교외 Tacony에 있는 자신의 집에 건설한 화합물에서 태양 광선으로 구동되는 엔진을 만들기 시작했습니다. 반사경은 낮 동안 태양의 경로를 따라갈 수 있도록 스위블에 내장된 절연 상자 주위에 배치되었습니다. 태양 광선은 끓는점을 낮추기 위해 진공 상태에 있는 물이 담긴 용기로 향했습니다. 이 용기는 저압 증기 기관에 연결되어 있었습니다. 1910년까지 Shuman은 기화된 에테르로 작은 장난감 기차를 달릴 수 있을 정도로 개념을 다듬었고 이 깨끗한 형태의 힘이 듣는 모든 사람들에게 이점을 칭찬했습니다.

1913년 Shuman은 자신의 기술을 시연하기 위해 이집트로 여행을 떠났습니다.

Shuman이 "태양 엔진"을 연구하는 동안 또 다른 미국 발명가인 Aubrey Eneas는  1906년 캘리포니아의 타조 농장을 위해 거의 1,800개의 거울이 늘어서 있고 너비가 33피트(10m)인 거대한 금속 태양열 엔진을 만들었습니다. 이 장치는 땅을 관개하기 위해 펌프를 가동했지만 궁극적으로 실행 가능성을 증명하기에는 너무 비싸고 번거로웠습니다.

Suman의 프로젝트 소식은 결국 대영 제국의 군사 점령하에 있던 이집트로 퍼졌습니다. 이집트에는 광대한 목화밭이 있었지만 손으로 ​​관개하는 것은 힘든 과정이었고 석탄 엔진을 사용하는 것은 비용 효율적이지 않았습니다. Dougherty는 "Shuman은 영국 자본가들에게 석탄 비용을 절감하는 방법으로 자신의 태양 전지판에 투자하도록 구했습니다."라고 말합니다.

1913년 Shuman은 자신의 기술을 시연하기 위해 이집트로 여행을 떠났습니다. "샴페인을 홀짝이면서 치즈와 캐비어를 먹으며 파나마 모자와 투구를 쓴 콧수염 난 남자들과 파라솔을 든 우아한 숙녀들이 정원을 어슬렁거리며 100미터 길이의 주철 보일러에 햇빛을 집중시키는 여물통 모양의 거울들이 길게 줄지어 있는 것을 보고 놀랐습니다. 각각의 여물통"이라고 Jeremy Shere는 자신의 저서 Renewable: The World-Changing Power of Alternative Energy 에서 이벤트에 대해 설명했습니다 . "화씨 200도(섭씨 93도) 이상으로 가열된 보일러의 물은 특별히 설계된 75마력 엔진을 구동하기 위해 저압 증기로 바뀌었습니다. 마술처럼 햇빛만 있으면 엔진이 수천 갤런의 나일강의 물이 메마른 땅을 적십니다."

Shuman의 장치는 나일강에서 물을 끌어 이집트의 매우 중요하고 물에 굶주린 목화밭에 관개했습니다(Credit: Getty Images)

군중 중에는 1890년대에 수단을 대영제국의 통제하에 두었던 영국군 지도자 키치너 경이 있었습니다. Dougherty에 따르면 Kitchener는 "이집트의 인프라 개선 프로그램의 필수 요소라고 생각했습니다. Kitchener는 Shuman에게 엔진을 복제하기 위해 수단에 있는 30,000에이커(121sq km) 면화 농장을 제공했습니다."

그러나 Shuman의 발명품은 곧 이중 타격을 입었습니다. 1차 세계 대전이 발발하고 중동 및 기타 지역에서 값싼 석유가 발견되었습니다. Dougherty는 Shuman의 디자인이 주류용으로 충분히 세련되지 않았을 수 있다고 말합니다. "엔진은 더 넓은 매력을 찾지 못했지만 시스템은 기술적으로 다소 복잡했고 이로 인해 채택이 좌절되었을 것입니다."

그럼에도 불구하고 Shuman은 그러한 "태양열 엔진"이 대량으로 구축될 때 어떻게 더러운 연료를 대체할 수 있는지에 대해 선견지명을 가지고 있었습니다. 1911년 초에 Scientific American에 글을 쓰면서 그는 오늘날 우리가 볼 수 있는 광대한 태양광 발전소를 예측했습니다 .

"태양 발전소가 실행 가능하려면 먼저 고효율, 낮은 설치 및 유지 관리 비용, 잘 표시된 서비스 기간, 작동을 위해 특별히 훈련된 기계공이 필요하지 않아야 합니다... 완전히 실행 가능합니다. 이와 같은 방식으로 최대 10,000마력 이상의 태양광 발전소를 생산하려면 이상적인 식물은 사고가 거의 없어 폭풍과 바람의 영향을 받지 않도록 땅 가까이 있어야 합니다. 작업을 중단하지 않고 수리할 수 있어야 하고 구조가 간단하고 일반 증기 엔지니어가 쉽게 이해할 수 있어야 하며 마모가 최소화되어야 합니다."

Shuman은 1919년에 세상을 떠났고, 1973년 석유 위기의 충격으로 값싼 석유 시대가 종식된 후 그의 아이디어가 다시 한 번 스며들려면 50년이 더 걸렸습니다. 10년이 채 지나지 않아 최초의 본격적인 태양 에너지 발전소인 태양 에너지 생성 시스템(Segs) 시설이 캘리포니아의 모하비 사막에서 공개되었습니다. Segs는 결국 936,000개 이상의 거울(또는 "수집기")을 포함하여 자연 강도의 70~80배로 햇빛을 반사하여 합성 오일을 끓인 다음 전기를 생성하는 터빈을 구동합니다. 원래 Segs의 많은 부분이 광전지 패널로 대체되었지만 이 시설은 최고조에 230,000가구 이상에 충분한 전력을 생산할 수 있었습니다.

Shuman은 1914년에 인류가 태양 에너지를 이용하지 않는 한 "야만인"으로 전락할 것이라고 썼습니다(Credit: Public domain)

2013년 두 명의 스위스 예술가인 크리스티나 헤마우어와 로만 켈러는 이집트에서 예술 설치의 일부로 슈만의 광범위한 디자인의 일부를 재창조했습니다. 1913년 태양열 엔진의 일부와 함께 1914년에 쓰여진 Shuman의 인용문이 있습니다.

Shuman의 실험이 있은 지 100년 이상이 지난 지금, 세계는 마침내 태양 엔진을 청정하게 연소시키겠다는 약속을 따라잡은 것 같습니다. 사실 이집트는 현재 세계에서 네 번째로 큰 태양열 발전소를 아스완 댐에서 북서쪽으로 약 40km(25마일) 떨어진 곳에 건설했습니다. Benban Solar Park는 37 평방 킬로미터(14.4평방 마일)가 넘는 면적을 차지하며 우주에서도 볼 수 있을 정도로 큽니다. 이는 광활한 우주만을 가로지르는 전력 활용에 대한 Shuman의 비전에 대한 적절하게 큰 증거입니다 .