신재생 에너지의 가장 큰 문제는 24시간 동일한 수준으로 에너지를 생산할 수 없다는 것입니다. 풍력은 하루 중 바람의 세기의 영향을 받으며 태양광은 해가 뜨는 동안만 에너지 생산이 가능합니다. 이 문제를 극복하기 위해서 다양한 에너지 저장 방식이 시도되고 있는데, 태양열의 경우 열에너지를 장시간 저장하거나 혹은 액체 공기를 이용하는 방법, 기타 물을 댐에 저장하는 방식들이 이용되고 있습니다.
사실 시도되거나 제안 된 아이디어까지 합치면 방법은 무수히 많지만, IEEE.spectrum에서는 그 가운데 물을 이용한 4가지 기상 천외한 저장 방법을 소개했습니다.
1. 에너지 섬 (Energy Island)
(Photo: DNV GL)
DNV GL이라는 회사에서 제안한 방법으로 네덜란드 근방의 북해에 6x10km 크기의 인공섬을 만드는 방식입니다. 인공섬은 사실 가운데에 물을 저장하기 위한 것으로 여기에 막대한 양의 에너지를 저장할 수 있으나 문제는 그만큼 건설 비용도 막대하다는 것입니다. 따라서 원리는 매우 간단하나 현실성은 그다지 높지 않은 방법이라고 하겠습니다. 물론 작은 규모의 프로토타입 저장 장치를 건설하는 것도 현재로써는 어려운 방식이죠.
2. 콘크리트 벙커
(Photo: Fraunhofer IWES Energy system technology)
콘크리트 벙커는 사실 역발상 아이디어라고 할 수 있습니다. 내부가 빈 동그란 콘크리트 블럭을 깊은 바다에 넣은 후 여기서 펌프로 공기를 빼는 것이 에너지를 저장하는 원리입니다. 반대로 에너지를 방출할 때는 높은 수압으로 물이 차면서 전력을 생산하게 됩니다. 이는 수심 10m 가 깊어질수록 1 기압씩 압력이 증가한다는 점을 응용한 것입니다.
원리적으로 매우 간단하며 바다나 호수 어느 곳이든 수압만 충분히 높으면 건설이 가능합니다. 프라운호퍼 풍력 에너지 및 에너지 저장 연구소 Fraunhofer Institute for Wind Energy and Energy System Technology (IWES)에서 3m 지름의 프로토타입을 실제 테스트했는데, 설치 장소는 수심 100m의 호수라고 합니다.
4주간의 테스트에서 성공적인 결과를 얻었으며 연구팀은 앞으로 5MW/20MWh 급의 더 큰 프로토타입 콘크리트 벙커를 테스트할 계획이라고 하네요. 목표 수심은 600~800m 정도이며 1년 정도 에너지 저장과 방출을 테스트할 계획이니다. 원리는 그럴듯한데 과연 비용 효과적인 대안이 될 수 있을지 궁금합니다.
3. 압축 에어 백 (Compressed Air Bags)
(Photo: Hydrostor)
하이드로스토(Hydrostor)에서 제안한 압축 에어백은 역시 비슷한 원리를 활용한 것입니다. 다만 단단한 콘크리트 대한 에어백을 이용합니다. 수압이 높은 깊은 바다에 에어백을 넣은 후 에너지를 저장할 때는 고압 공기를 채우고 반대로 에너지를 꺼낼 때는 압축 공기의 힘을 이용하는 것입니다.
2015년 660 kW의 파일럿 시스템이 토론토 섬에 건설되었으며 앞으로 더 큰 규모의 시스템을 제작하기 위해 노력하고 있습니다.
4. 물 저장 풍차 (Wind Turbines With Water Storage)
(Photo-illustration: Naturspeicher)
이 방식은 풍차와 저수지를 합친 것 같은 아이디어를 기반으로 두고 있습니다. 풍력 발전기의 하단부에 물 저장 탱크를 만든 후 남는 전력은 펌프를 이용해서 물을 끌어올리는데 사용했다가 전기가 더 필요하거나 혹은 바람이 약할 때 전기를 생산하게 만드는 방식입니다.
이를 제안한 회사는 2017년 말 독일에서 건설에 들어가 2018년 말 실제로 서비스에 들어갈 수 있기를 기대하고 있습니다. 에너지 저장 용량은 70MWh 이고 최대 전력 공급 능력은 16MW 입니다.
위에서 소개한 것들은 모두 기발한 아이디어이지만, 결국 대규모로 상용화되기 위해서는 비용 효과적인 에너지 저장 수단이 되어야 합니다. 과연 어떤 것이 가장 저렴한 방법이 될 것인지는 역시 시간이 흘러봐야 평가가 가능할 것 같습니다.
참고
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