물리학적 원리로 에너지를 저장한다, 중력 에너지 저장 장치 GESS

물리학적 원리로 에너지를 저장한다, 중력 에너지 저장 장치 GESS

대학생신재생에너지기자단 29기 박승준

에너지 저장 장치의 중요성

최근 개최된 대구 국제그린에너지엑스포 현장에서 우리나라가 시급하게 개발해야 할 기술에 대해 설문조사를 실시한 결과, 태양광과 전력망 기술이 높은 순위를 차지했다. 이에 대해 기업 관계자들은 신재생 에너지 발전은 현재 어느 정도 궤도에 올랐는데 잉여 전력을 저장하고, 운반하는 기술이 더 시급하다고 덧붙였다.

실제로 태양광과 풍력 같은 신재생 에너지는 자연조건에 따라 발전량이 유동적인 덕커브 현상으로 인한 전력 수급 불균형을 심화시키고, 이는 잉여 전력을 저장하지 않으면 에너지 손실 혹은 대규모 정전이 일어날 수 있음을 시사한다.

현재 이러한 잉여 전력을 저장하기 위해 리튬 이온 배터리가 ESS(에너지 저장 장치)의 주를 이루고 있지만, 화재 위험과 자원 고갈이라는 한계가 존재한다. 이러한 화학적 방식의 한계를 극복하고자 최근 지구의 물리 법칙을 이용해 안전하고 영구적으로 에너지를 저장할 수 있는 중력 에너지 저장 장치(GESS)가 새로운 대안으로 떠오르고 있다.

[자료 1. 에너지 볼트 중력 에너지 저장 장치 시스템 GESS]

출처 : ENERGY VAULT

중력 에너지 저장 장치

앞서 언급했듯 신재생 에너지의 확대는 에너지 저장 및 운반 기술과 함께해야 한다. 화재 위험이 있는 화학적 에너지 저장 장치와 달리, 중력 에너지 저장 장치(GESS)는 지구의 중력을 활용해 안전하고 반영구적인 에너지 저장이 가능하다는 장점이 있다.

중력 에너지 저장 장치의 원리는 높은 곳에 있는 물체가 아래로 떨어질 때 발생하는 에너지를 전기로 바꾼다. 대표적인 예인 양수발전은 지형과 수자원의 제약이 컸으나, 고체 무게추를 이용한 GESS는 입지 제약이 거의 없다.

중력 에너지 저장 장치 기술 활용 사례 

현재 글로벌 시장에서 주목받는 대표적인 사례는 다음과 같다.

에너지볼트는 엘리베이터형 에너지 창고로 불리는 EVx를 만들었다. 스위스 남부의 한 계곡에 20층 높이의 강철과 콘크리트 소재 프로토타입을 만들었는데, 발전의 공급이 수요보다 많아지면 인공지능으로 돌아가는 크레인이 30톤 무게의 블록 한 쌍을 들어 올리고, 수요가 많아지면 블록이 다시 내려가며 전기를 공급해 준다. EVx는 100메가와트의 저장 용량으로 하루에 약 2만 5000가구에 전력을 공급할 수 있고, 전체 용량은 유동적으로 설계할 수 있다.

[자료 2. 에너지볼트의 중력 에너지 저장 장치]

출처 : ENERGY VAULT

또 다른 기업 그래비트리시티는 추를 활용한 수직 낙하 방식을 보여주었다. 50톤 규모의 무게추를 철탑으로 들어 올렸다가 천천히 떨어뜨리며 발전기들을 가동한다. 시스템 제어를 통해 특정 기계 부품의 수명을 연장할 수 있다는 것과 개별 부품을 쉽게 교체할 수 있도록 설계되어 유지 보수성이 뛰어나다. 다만 2025년 말, 그래비트리시티는 폐광산 수직 갱도를 활용한 기술 상용화 과정에서 자금 조달의 어려움으로 자발적 청산 절차에 들어갔지만, 폐광산 수직 갱도 재활용 기술의 가능성을 실증했다는 점에서 의미가 크다.

중력 에너지 저장 장치의 장점과 한계 

[자료 3. 폐광산을 재활용한 중력 에너지 저장 장치]

출처 : Gemini

중력 에너지 저장 장치의 가장 큰 장점은 폐광산을 재활용할 수 있다는 점이다. 실제로 에너지 볼트는 2026년 말 폐광 예정인 이탈리아의 탄광에 하이브리드 중력 에너지 저장 장치를 개발하고 있다. 

물리적 메커니즘의 안정성 또한 큰 장점이다. 무게추를 천천히 하강시키며 에너지를 생성하는 GESS는 화재의 위험이 크고 비교적 짧은 수명의 리튬 배터리와 달리 화재 우려가 없고 부품 교체가 용이해 반영구적이며 경제적이라는 평가를 받는다.

하지만 여전히 해결해야 할 과제가 남아 있다. 화학적 배터리에 비해 부피당 에너지 저장 용량이 작아 설치를 위해 대규모 부지가 필요하며, 조건에 맞는 적절한 폐광산을 찾는 것 또한 쉽지 않다. 무엇보다 초기 건설 단계에서 거대 구조물을 세우기 위한 막대한 초기 투자 비용이 발생한다는 점도 있다. 이는 리튬 배터리 대비 운영 비용은 저렴할지라도 상용화에 걸림돌로 작용하고 있다.

중력 에너지 저장 장치의 미래와 기대

엑스포에서 확인했듯 에너지 저장 기술은 우리나라가 개발해야 할 시급한 기술이며, GESS는 탄소 중립 실현과 반영구적이라는 점에서 매우 매력적인 기술이다. 폐광산의 재활용과 안정적인 전력 공급이라는 강점을 가진 GESS가 현재 해결해야 할 과제들을 극복하여, 잉여 전력을 저장하고 필요시 바로 공급하는 새로운 물리적 에너지 저장 패러다임이 되길 기대한다.

에너지 저장 장치 및 배터리에 대한 대학생신재생에너지기자단 기사 더 알아보기

1. "이차전지? 연료전지?", 21기 한세민, 24기 이지혜, 25기 남궁성, 이예영, https://renewableenergyfollowers.tistory.com/4471

2. "또 너냐 배터리 화재, 이번엔 전기자전거다! ", 23기 김태현, https://renewableenergyfollowers.tistory.com/4304

참고문헌 

[에너지 저장 장치의 중요성] 

1)한국중부발전, "재생에너지 시리즈 - EP.8 ESS(에너지저장장치)알아보기!"
, 2025.10.22, https://blog.naver.com/komipo_official/224235524578, (2026.05.08)

[중력 에너지 저장 장치] 

1) 에너지정보문화재단, "중력을 에너지로 사용한다고? 중력에너지의 놀라운 발견!", 2025.10.22, https://blog.naver.com/energyinfoplaza/224049510980, (2026.05.08)

2)"중력 전지가 에너지 저장 문제를 해결할 수 있을까?", BBC, 2022.05.22, https://www.bbc.com/korean/international-61419568

[중력 에너지 저장 장치 기술 활용 사례] 

1) "중력 전지가 에너지 저장 문제를 해결할 수 있을까?", BBC, 2022.05.22, https://www.bbc.com/korean/international-61419568

[중력 에너지 저장 장치의 장점과 한계 ]

1) 한국중부발전, "중력도 에너지가 된다? 친환경 중력에너지와 GES" , 2023.06.15, https://blog.naver.com/komipo_official/223129375059, (2026.05.08)