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| 제목 | “남는 전기를 어떻게 저장하나… ” | ||
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| 작성일 | 2010년 09월 07일, 관리자 | 조회수 | 2,004회 |
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새로운 연구 분야, 전력저장장치 개발 현황 - 2010년 07월 13일(화) 지구와 인류의 현안 현재의 전력 시스템은 실시간으로 수요와 공급이 일치하는 중앙 집중형 시스템이다. 전력 사업자가 수요를 예측해서 공급 계획을 수립하면, 발전소에서 일괄적으로 전기를 생산해서 소비자에게 즉시 제공하는 방식이다. 때문에 전력회사들은 정확하게 수요를 예측해, 적시에 적절한 수의 발전기를 돌려, 적절한 량의 전력을 생산하기 위해 많은 노력을 기울이고 있다. 그러나 신재생 에너지의 경우는 그것이 쉽지 않다. 실제로 갑자기 바람의 방향이 바뀌거나, 맑은 날씨임에도 설치된 태양광 패널 위로 구름이 지나가는 일이 빈번하게 발생하고 있다. 독일의 전력회사인 E.ON Netz에 따르면 하루 만에 풍력 발전량의 최고치와 최저치간 차이가 4,340MW에 이른다. 이는 대형 발전소 6~7 개에 해당하는 양이다. 들쭉날쭉한 발전량으로 기업들 투자 망설여 전력 품질 문제도 제기되고 있다. 일반적으로 전력품질은 전압과 주파수로 평가된다. 우리나라의 경우 집 안 콘센트에 적혀있는 전압 220V, 주파수 60Hz가 전력의 질을 평가하는 기준이 되고 있다. 공급되는 전력이 해당 기준의 오차범위를 벗어날 경우 각종 전자제품의 고장 및 오작동의 원인이 될 수 있다. 불확실한 발전량도 문제가 되고 있다. 사막의 태양광발전소, 산지와 바다의 풍력단지 등 이미 대규모 신재생에너지 발전소들이 들어서고 있지만 들쭉날쭉한 발전량은 기업들로 하여금 전기를 전달하는 송전망 투자를 망설이게 하고 있다. 이 같은 문제점들을 해결하기 위해서는 신재생 에너지의 전력량을 일정하게 관리할 수 있는 장치가 필요하다. LG경제연구원에 따르면 최근 국제에너지기구(IEA)는 미래 신재생 에너지 보급 확대를 위해 전력 저장장치에 주목하고 있는 것으로 전해졌다. 각국 정부 역시 신재생 에너지 보급을 염두에 두고 전력 저장장치에 큰 관심을 보이고 있다. 지난 3월 미국 캘리포니아 주는 전력회사들이 2014년까지 피크 수요의 2.25%, 2020년에는 5%에 해당하는 전력 저장장치를 의무적으로 갖춰야 한다는 내용의 법안 ‘AB 2514’를 제안했다. IEA는 오는 2050년까지 신재생 에너지 비중이 46%까지 증가할 경우, 전력 생산의 변동성이 적지 않은 규모에 이를 것으로 예상하고 있다. 서부 유럽의 경우는 풍력발전의 변동성이 5% 미만이면 현재의 시스템이 수용할 수 있지만, 5%에서 30%에 이를 경우 필요한 전력 저장장치의 규모가 90GW에 이를 것으로 추정하고 있다. 전 세계적으로는 189GW에서 305GW 수준의 저장장치가 요구되고 있다. 이 같은 분위기 속에서 톰슨 로이터(Thomson Reuters)가 실시한 설문조사 결과, 2010년 벤처 캐피탈리스트들이 꼽은 가장 매력적인 투자 아이템 중 하나로 에너지 관리 시스템과 전력 저장장치가 꼽혔다. 시장조사기관인 GTM 리서치는 현재 약 3억6천500만 달러에 불과한 전력 저장장치 시장이 2015년에는 25억 달러에 이를 것으로 전망하고 있다. 네덜란드, 인공 섬 저장장치 제안 신재생 에너지의 변동성을 보완할 수 있는 전력 저장장치는 출력과 용량에 따라 구분된다. 출력이란 순간적인 힘이며, 용량이란 저장된 에너지의 총량을 뜻한다. 물을 저장할 때, 물통이 커서 많은 양을 담는 것은 용량이 큰 것이고, 담아놓은 물을 빨리 꺼내 쓸 수 있도록 수도꼭지가 큰 것은 출력이 큰 것이다. 태양광 발전으로 낮에 생산한 전기를 밤에 사용하기 위해서는 용량이 커야 하지만, 몇 초 혹은 몇 분 사이 대용량의 전력을 공급해야 하는 경우에는 출력이 큰 것이 중요하다. 따라서 현재 전력 저장장치 관련 업계에서는 고출력, 대용량을 목표로 지속적인 기술 혁신을 꾀하고 있다. 가장 널리 사용되고 있는 전력 저장기술로는 ‘양수 발전’을 들 수 있다. 양수 발전이란 강줄기에 댐을 만들어, 전기가 남을 때 물을 퍼 올렸다가, 전기가 모자라면 물을 방류하여 터빈을 돌림으로써 전기를 생산하는 방식이다. 하지만 입지 선정이 어렵고, 생태계 교란의 위험이 있다. 때문에 네덜란드는 최근 강이 아닌 바다에 전기를 저장하는 역방향 해양양수발전(IOPAC)을 제안했다. 바다 한가운데 인공섬(Energy Island)을 만들고, 풍력으로 생산한 전기가 남으면 바닷물을 섬 밖으로 퍼냈다가, 전기가 부족하면 바닷물을 섬 안으로 유입시키면서 터빈을 돌리는 방식이다. 또 다른 대형 전력 저장장치로 CAES(Compressed air energy storage)가 있다. 동굴, 대수층(aquifier), 암염 채굴이 끝난 지하에 공기를 압축했다가 필요할 때 전기를 만드는 방식을 말한다. 최근 압축 공기를 땅 속이 아닌 바다 속에 저장하는 방법도 등장했다. 영국 노팅엄 대학의 가비(Garvey) 교수는 풍선처럼 생긴 에너지 백에 공기를 담아 바다 속에 넣어두는 방법을 제시했다. 깊은 바다에 설치하는 부유식 해상풍력단지 등에서 사용할 수 있을 전망이다. 대용량 2차전지도 전력저장에 큰 역할 2차전지도 큰 주목을 받고 있다. 2차 전지란 충∙방전이 가능한 배터리이다. 지금까지 대용량 2차전지는 주로 납축전지를 중심으로 발전해왔으며, 정전 시 임시로 전기를 공급하는 무정전 전원장치(UPS)로 사용돼왔다. 그동안 태양광 패널을 설치한 주택이나 빌딩이 늘면서 신재생 에너지의 보조전원으로 납축전지가 사용돼왔다. 하지만 낮은 효율, 짧은 교체주기, 폐기물 처리 문제가 제기되면서 새로운 2차전지인 대용량 NaS 전지가 큰 주목을 받고 있다. NaS 전지란 음극에 금속 나트륨(Na), 양극에 황(S), 전해질에 세라믹 계열의 ß-알루미나를 사용한 2차 전지를 말한다. 기존의 휴대폰, 노트북 등 모바일 기기에 사용되던 리튬이온전지 역시 전력 저장장치 시장에 재빨리 진입하고 있다. 특히 리튬이온전지를 사용하고 있는 전기차가 늘어나면서 기술혁신 속도가 급속히 빨라지고 있어, 신재생 에너지 전력저장장치로도 큰 기대를 모으고 있는 중이다. ‘Sol-ion 프로젝트’는 태양광 발전기와 5~15kWh급 리튬이온전지를 결합시킨 시스템을 말하는데 프랑스와 독일에서 이미 그 능력이 입증된 바 있다. 리튬이온전지의 출력도 MW 수준으로 커지고 있다. 전기차용 리튬이온전지 회사인 에너델(EnerDel)사는 1MW 규모의 전력 저장장치를 개발하겠다고 최근 밝히고 있다. 생소하지만 대용량 전력 저장장치로는 플로우 전지(Flow Battery)도 주목받고 있다. 플로우 전지란 액체상태의 전해질이 외부 탱크에 저장되어 있다가, 충∙방전을 할 때는 펌프를 통해 전지 내부로 흐르면서 활성물질이 이온교환막을 통해 산화-환원 반응을 일으키는 전지를 말한다. 기존 2차 전지는 양극, 음극, 전해질이 하나의 전지에 들어있지만, 플로우 전지는 전해질이 순환한다는 점에서 차이를 보이고 있다. 플로우 전지는 리튬이온전지나 NaS 전지보다 대용량이며, 설치 용량을 조절하기가 쉽고, 수명이 길다는 장점이 있다. LG경제연구원 홍일선 선임연구원은 “여러 가지 연구개발이 진행되고 있지만 지금 상황에서 가장 중요한 것은 기술혁신”이라고 말했다. 대용량, 고출력 기능과 함께 경제성을 확보하는 일이 매우 시급하다는 것이다. 홍 선임연구원은 “새로운 기술분야로 부각되고 있는 만큼 정책당국이나 기업 측에서 많은 관심을 가질 필요가 있다”고 덧붙였다. 이강봉 편집위원 | aacc409@naver.com 저작권자 2010.07.13 ⓒ ScienceTimes |
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