풍선을 이용한 부력 에너지 저장 시스템

(Credit: IIASA)

현재 신재생 에너지 보급과 함께 풍력, 태양광처럼 공급이 불규칙한 에너지를 저장할 수단에 대한 수요 역시 커지고 있습니다. 사실 신재생에너지가 아무리 저렴해져도 이 에너지를 저장하는 비용이 줄어들지 않으면 여전히 불안하고 비싼 에너지원일 뿐입니다.

현재 널리 사용되는 리튬 이온 배터리 기반 ESS는 가격도 비싸고 수명도 그다지 길지 않아 비용을 낮추는데 한계가 있습니다. 물론 배터리 기술 발전 덕분에 과거보다 가격이 꽤 저렴해지긴 했지만, 아직도 MWh 당 150달러가 넘는 수준입니다.

국제응용시스템 분석 연구소 International Institute for Applied Systems Analysis (IIASA)의 과학자들은 부력을 이용한 새로운 에너지 저장 시스템을 제안했습니다. 부력을 이용한 에너지 저장 시스템의 원리는 매우 간단합니다.

물속 깊숙이 있는 풍선에 고압 공기를 넣고 케이블에 매달면 부력에 의해 위로 올라가려는 힘이 생깁니다. 에너지를 저장할 때는 케이블을 아래로 끌어당기고 에너지를 방출할 때는 풍선의 부력에 의해 케이블이 위로 올라가는 힘을 이용하면 됩니다. 물론 케이블과 풍선은 바다 밑에 단단히 고정되어 있어야 합니다.

연구팀이 제시한 부력 에너지 저장 기술 - 베스트 BEST (Buoyancy Energy Storage Technology) - 지름 10m 이내의 매우 튼튼한 풍선을 이용해 에너지 저장 비용을 MWh 당 50-100달러까지 낮추는 것이 목표입니다. 수압이 높을 수록 풍선이 수축하기 때문에 폴리에틸렌 파이프를 통해 공기를 주입하거나 빼고 일부는 물을 채워 압력을 상쇄합니다.

한 가지 더 독특한 개념은 공기 대신 수소를 쓰는 방법도 있다는 것입니다. 수소는 밀도가 낮기 때문에 더 많은 부력을 만들 수 있다는 장점이 있지만, 연구팀이 생각하는 장점은 그것만이 아닙니다. 수소는 미래의 청정 연료로 주목받고 있지만, 사실 압축하는데 상당히 많은 에너지가 들어갑니다. 연구팀은 수소 풍선을 깊은 바다로 끌고 들어가는 방식으로 남아도는 에너지를 수소 압축에 사용할 수 있다고 보고 있습니다. 에너지 저장 이외에 다른 역할도 같이 할 수 있는 것입니다.

BEST는 일정 깊이의 바다에라면 어디에든 설치가 가능합니다. 최대 에너지 저장 밀도는 깊을 수록 커지지만, 풍선이 견딜 수 있는 물리적 압력에는 한계가 있는 만큼 적당한 깊이의 바다가 유리합니다. 주로는 연안의 얕은 바다가 가장 유리할 것입니다. 부력을 이용한 에너지 저장 시스템은 과거에도 시도된 바 있는데 BEST가 실용적인 방식으로 개발될 수 있을지 궁금합니다.

참고

https://newatlas.com/energy/buoyancy-energy-storage-iiasa/

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2352152X21004771?via%3Dihub

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