동부 콜로라도에는 많은 풍력 터빈들이 있지만 대부분 가동되지 않는다고 합니다.

그 이유는 그리드가 과충전될 수 있기 때문입니다.

그렇다면 왜 이 여분의 에너지를 나중에 사용하기 위해 저장할 수 없을까요?

이번 글에서는 에너지 저장의 어려움과 그 해결책에 대해 알아보겠습니다.

 

에너지 저장의 기본 개념

에너지를 저장하는 가장 일반적인 방법은 배터리입니다.

하지만 전력망 수준에서 에너지를 저장하려면 매우 큰 배터리가 필요합니다.

이러한 대형 배터리는 매우 비쌉니다.

그래서 필요하지 않을 때 풍력 터빈을 꺼두는 것이 더 경제적입니다.

 

대규모 에너지 저장 방법

에너지를 저장하는 다양한 방법이 있지만, 모든 방법에는 단점이 있습니다.

 

1. 펌프 저장 수력발전 (Pumped Hydro Storage)

펌프 저장 수력발전은 여분의 에너지를 사용해 물을 높은 곳으로 펌핑한 다음, 필요할 때 물을 내려보내어 전기를 생성하는 방식입니다.

이 방법은 효율적이지만 특정 지형 조건이 필요하고, 초기 설치 비용이 많이 듭니다.

콜로라도의 경우, 지형적으로 이 방식을 적용할 수 있는 곳이 많지 않습니다.

 

2. 용융염 배터리 (Molten Salt Batteries)

용융염 배터리는 여분의 에너지를 사용해 염을 가열하고, 필요할 때 이를 활용해 증기를 생성하여 터빈을 돌리는 방식입니다.

이 방법도 효율적이지만, 설치와 유지 비용이 높습니다.

 

3. 화학 배터리 (Chemical Batteries)

리튬이온 배터리와 같은 화학 배터리는 가장 널리 사용되는 에너지 저장 방법입니다.

하지만 이 역시 비용이 많이 들고, 대규모로 배치하기 어렵습니다.

캘리포니아는 최근 몇 년 동안 여러 기가와트(GW)의 배터리 저장소를 설치했지만 여전히 충분하지 않습니다.

 

4. 중력 배터리 (Gravity Batteries)

중력 배터리는 무거운 물체를 들어 올려 에너지를 저장하고, 필요할 때 이를 떨어뜨려 전기를 생성하는 방식입니다.

이 방법은 간단해 보이지만, 실제로는 많은 기술적 도전과 비용이 따릅니다.

 

에너지 저장의 경제적 측면

배터리나 기타 저장 방법을 대규모로 배치하는 것은 경제적으로 큰 도전입니다.

예를 들어, 캘리포니아에서 설치된 가장 큰 배터리 저장소는 주 전체의 에너지 수요를 몇 분 동안만 충당할 수 있습니다.

이는 배터리 저장이 개념 단계를 넘어 실질적인 용도로 사용되고 있음을 보여주지만, 여전히 더 많은 용량이 필요합니다.

 

1. 비용 문제

배터리는 여전히 비쌉니다.

캘리포니아는 올해만 7GW의 배터리를 설치했지만, 이는 태양광 설치 비용을 kWh당 반 센트 정도 증가시키는 수준입니다.

배터리 시스템은 보통 4-6시간 동안 작동하며, 그리드를 오랜 시간 동안 지원할 수 있는 용량은 아닙니다.

 

2. 계약 문제

기존의 화석 연료 및 원자력 발전소는 일정량의 전력을 생산해야 하는 계약이 있어 배터리 저장소가 이 공간을 차지하기 어렵습니다.

캘리포니아는 이러한 문제를 해결하기 위해 시간이 걸렸으며, 다른 지역에서도 유사한 문제가 발생할 수 있습니다.

 

분산형 에너지 저장의 가능성

에너지 저장을 분산형으로 접근하는 것도 하나의 해결책입니다.

가정이나 사업체에 배터리 저장 시스템을 설치하면, 전력망의 피크 수요를 완화할 수 있습니다.

예를 들어, 전기차의 배터리를 활용하거나 가정용 태양광 패널과 연계된 배터리 시스템을 사용할 수 있습니다.

이는 중앙집중식 저장소와는 다른 접근 방식이지만, 여전히 비용과 설치의 어려움이 따릅니다.

 

1. 소규모 저장의 장점

많은 가정과 사업체에 소규모 배터리 저장 시스템을 설치하면, 전력망의 피크 수요를 완화할 수 있습니다.

예를 들어, 전기차의 배터리를 활용하거나 가정용 태양광 패널과 연계된 배터리 시스템을 사용할 수 있습니다.

 

2. 기술 발전

배터리 기술은 빠르게 발전하고 있으며, 다양한 방식으로 에너지를 저장할 수 있는 새로운 기술들이 개발되고 있습니다.

예를 들어, 소듐 배터리는 리튬 배터리보다 더 저렴하고, 중국에서는 이미 사용되고 있습니다.

 

대체 에너지 저장 방법

에너지 저장에는 배터리 외에도 다양한 방법이 있습니다.

예를 들어, 수소 전기분해를 통해 수소를 생산하고 이를 나중에 전기로 변환하는 방법도 있습니다.

하지만 이 방법은 효율성이 낮고 비용이 많이 듭니다.

또 다른 방법으로는 화학 공장을 가동하여 여분의 에너지를 소비하거나, 수요를 조절하는 것입니다.

예를 들어, 전기차를 충전하는 시간을 조절하여 전력망의 피크 수요를 완화할 수 있습니다.

 

결론

대규모 에너지 저장은 기술적, 경제적으로 많은 도전과제를 안고 있습니다.

현재로서는 비용이 큰 장애물이지만, 기술 발전과 경제적 인센티브를 통해 점차 해결될 가능성이 있습니다.

풍력과 태양광 같은 재생에너지의 변동성을 극복하기 위해서는 다양한 저장 방법을 통합하는 노력이 필요합니다.

결국, 에너지 저장 기술의 발전과 함께 우리의 전력망도 더 안정적이고 지속 가능해질 것입니다.