콘크리트로 에너지를 저장한다고?

콘크리트로 에너지를 저장한다고?

대학생신재생에너지기자단 21기 김수현

 

[서론]

탄소중립을 실천하기 위해서 친환경 에너지인 신재생에너지의 확대는 필연적일 것이다. 하지만 태양광과 풍력과 같은 재생에너지는 밤낮 또는 날씨에 따라 에너지 공급량이 변한다는 문제가 있다. 전력 생산이 적으면 수요를 따라가지 못해서, 전력 생산이 필요 이상으로 많아도 발전기에 과부하가 걸려 문제가 된다. 따라서 이러한 재생에너지의 불안정성을 보완하여 전력의 수요과 공급의 균형을 맞추기 위한 기술이 계속해서 개발되고 있다. 오늘은 중력을 이용해서 에너지를 저장하는 방식에 대해 알아보고 중력저장시스템의 대표적인 기업인 Energy Vault의 콘크리트 배터리를 소개하고자 한다.

 

[중력저장시스템 원리]

중력저장시스템과 비슷한 원리의 저장방식은 바로 양수 수력 저장 장치이다. 양수 수력 저장 장치는 과잉 생산된 잉여 에너지를 가지고 저수지 높이까지 물을 퍼 올리다 피크 에너지 수요 시간 동안에 물을 하강시키면서 터빈을 돌린다. 중력 저장 장치는 같은 원리로 물 대신 밀도가 높은 고체를 사용하여 에너지를 저장한다. 그래서 중력 저장 장치는 높이나 규모도 얼마든지 조절할 수 있고 지하를 파서 만드는 것도 가능하여 대규모 에너지 저장 시스템인 수력 저장 장치에 비해서 입지 제약이 훨씬 적다.

 

[자료 1. 중력저장시스템의 기본 원리 ]

출처 : NEW YORKER

[Energy Vault의 콘크리트 전지]

Energy Vault의 첫 번째 중력전지 디자인은 여섯 개의 팔을 가진 크레인, EV1이다. 70m 높이의 크레인이 초과 전력을 사용해서 35톤의 무게의 벽돌을 들어 올리는 시스템이다.

[자료 2. EV1 ]

출처 : ReTHINK

Energy Vault는 EVx라는 자동차 창고 사십 층 높이의 새로운 밀폐된 디자인으로 옮겼다. EVx는 단순히 무게를 들어 올리는 것이 아니라 바퀴로 미끄러뜨리는 엘리베이터를 사용한다. 엘리베이터를 이용해 잉여 전력으로 삼십 톤에 달하는 블록을 들어 올리고 에너지가 필요할 때 다시 엘리베이터로 블록을 내려놓아 전력을 공급한다. EV1에 비해 높이가 훨씬 낮고 콘크리트 블록을 훨씬 더 많이 사용할 수 있으며 80~85%의 왕복 효율, 35년 이상의 기술 수명, 5~24시간 이상의 장기 저장 요건을 충족하도록 디자인되었다. 

[자료 3. EVx ]

출처 : ReTHINK

[콘크리트전지의 장점]

중력배터리는 리튬이나 코발트같이 희소 광물이 필요하지 않아 채굴에 따르는 환경오염 문제뿐만 아니라 국제 원자재 가격 급등에 큰 영향을 받지 않는다는 이점이 있다. 중력전지에 사용되는 콘크리트는 탄소 배출량을 줄이기 위해 광산 찌꺼기나 석탄 연소 잔류물, 수명이 다해 해체된 풍력 터빈 날개 같은 폐기물들을 현지에서 조달해 만들고 있다. 또한, 리튬이온전지의 냉각 시스템이 필요 없고 리튬이온전지처럼 시간이 지나면 성능이 떨어지는 열화현상이 발생하지 않기 때문에 장기적인 운영 비용 측면에서도 리튬 이온 배터리 대비 30~40% 정도 경제적이다.

 

[결론]

스위스에서 첫 기술 상용화를 마친 에너지볼트는 올해 본격적인 해외 진출을 시작해 지난 3월부터 중국 장쑤성 루둥 지역에 100MWh 규모의 설비를 건설 중이다. 올해 중순에는 미국 루이지애나주에 500MWh 규모의 설비를 건설한다. 예상보다 많이 고장 날 수 있는 움직이는 부품을 포함하는 중력전지가 미래의 핵심 에너지 저장 시스템이 될 거라 확신할 수는 없지만, 중력전지가 완공되어 성공적으로 실행되기를 기대해본다. 

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ESS에 대한 대학생신재생에너지기자단 기사 더 알아보기

1."ESS, 나를 잊었나요? : 앞으로 우리가 나아가야 할 방향", 21기 안연빈, https://renewableenergyfollowers.org/3426

2. "물과 공기가 차세대 ESS를 이끌다. ",  16기 문정호, 16기 임상현, https://renewableenergyfollowers.org/2987?category=608255

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참고문헌

[서론]

1) 안상현,"신재생 에너지 최대 약점인 저장 문제... 콘크리트 '중력 전지'로 푼다", 조선일보, 2022.06.16, https://www.chosun.com/economy/mint/2022/06/16/JSTL44NXCBEXDF4KUJPCXUBTYI/

2) 고래, "스위스에선 70m 크레인과 벽돌로 재생에너지를 저장한다고?", 그리니엄, 2022.03.17, https://greenium.kr/%ED%85%8C%ED%81%AC-%EC%A7%80%EC%86%8D%EA%B0%80%EB%8A%A5%EC%84%B1-%EB%B2%BD%EB%8F%8C-%EC%97%90%EB%84%88%EC%A7%80%EC%A0%80%EC%9E%A5%EC%8B%9C%EC%8A%A4%ED%85%9C/

[중력저장시스템]

1) 안상현,"신재생 에너지 최대 약점인 저장 문제... 콘크리트 '중력 전지'로 푼다", 조선일보, 2022.06.16, https://www.chosun.com/economy/mint/2022/06/16/JSTL44NXCBEXDF4KUJPCXUBTYI/

2)  Sushyanth Sridhar 1 and Surender Reddy Salkuti, "Development and Future Scope of Renewable Energy and Energy Storage Systems", smart cities,  688-689

[Energy Vault 콘크리트 전지]

1) Matthew Hutson, "The Renewable-Energy Revolution Will Need Renewable Storage", THE NEW YORKER, 2022.04.25, https://www.newyorker.com/magazine/2022/04/25/the-renewable-energy-revolution-will-need-renewable-storage

2) Peter White, "Energy Vault debunked further by short seller", ReTHINK, 2022.07.14, https://rethinkresearch.biz/articles/energy-vault-debunked-further-by-short-seller/

3) "에너지 볼트, 1억달러 규모의 시리즈 C 펀딩 발표", 뉴스와이어, 2021.08.26,  http://press.newslook.co.kr/newsRead.php?no=929353 

[콘크리트 전지의 장점]

1) 최봉, "중력에너지 저장장치, 양수발전 외에도 다양한 아이디어로 개발 중", 뉴스투데이, 2022.07.19, https://www.news2day.co.kr/article/20220718500266

2) 안상현,"신재생 에너지 최대 약점인 저장 문제... 콘크리트 '중력 전지'로 푼다", 조선일보, 2022.06.16, https://www.chosun.com/economy/mint/2022/06/16/JSTL44NXCBEXDF4KUJPCXUBTYI/

[결론]

1) 안상현,"신재생 에너지 최대 약점인 저장 문제... 콘크리트 '중력 전지'로 푼다", 조선일보, 2022.06.16, https://www.chosun.com/economy/mint/2022/06/16/JSTL44NXCBEXDF4KUJPCXUBTYI/