액화공기에 에너지저장 2021년 시범사업 목표
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액화공기에 에너지저장 2021년 시범사업 목표
  • 류승훈 기자
  • 승인 2019.05.27 07:00
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유망기술 미리보기(9) 대용량 에너지저장기술
◇염충섭 고등기술연구원 연구위원
◇염충섭 고등기술연구원 연구위원

매년 최대 전력 사용량이 증가하고 있다. 전력을 많이 사용하는 시간계절과 그렇지 않은 시기의 편차가 커지고 있다. 정부는 재생에너지 발전비중을 2040년까지 30~35%로 확대하겠다는 목표를 세우고 있고, 불규칙하게 발생하는 태양광, 풍력 등 발전 전력을 시기에 맞게 활용해야할 필요성이 커지고 있다. 이에 따라 대용량 에너지저장기술(ESS, Electric power Storage System)이 주목받고 있다.

고등기술연구원 염충섭 연구위원 팀과 한국기계연구원, 한국전력 등 연구진은 액체공기를 매개로 한 대용량 ESS에 대한 연구에 한창이다. 기존 에너지 저장방식의 한계를 극복해 신재생에너지의 활용 여건을 개선하려 노력중이다.

이미 알려진 에너지 저장방식은 양수, 리튬이온, 압축공기를 매개로 한다. 양수발전은 전력 수요가 적을 때 펌프로 물을 높은 곳으로 끌어올려 뒀다가 전력 수요가 늘면 위치에너지를 전력으로 변환해 활용한다. 리튬이온 배터리는 리튬이온이 음극과 양극 사이를 이동하는 전기화학적 방식으로 전력을 충전방전한다. 압축공기는 공기를 유휴 전기를 통해 압력에너지로 저장했다가 이를 팽창시켜 전력을 만든다.

양수, 압축공기 방식은 대규모 댐 또는 지하공동구를 필요로 하기 때문에 공간적 제약이 있다. 리튬이온 방식은 온도에 민감해 배터리의 안정성을 담보할 추가 장치가 필요하고 폐기물 처리문제가 존재하는 단점이 있다.

◇액화공기 이용 에너지 저장 및 발전 기술 개략도
◇액화공기 이용 에너지 저장 및 발전 기술 개략도

이 같은 한계를 극복하고자 개발 중인 기술이 액체공기를 활용한 에너지 저장 시스템이다. 이 시스템은 크게 세 가지 공정으로 구성된다. △공기를 압축해 액화시키고 △이를 다시 기화팽창시켜 발전을 일으키고 △발전을 하고 방출되는 차갑고 신선한 공기를 활용해 대형건물이나 지하역사 등의 시설의 공조에 사용한다.

이 방식의 장점은 첫째, 에너지 저장 매체가 무한자원인 공기이기 때문에 온실가스 배출, 폐기물 발생 등 환경 문제 우려가 전혀 없다. 둘째, 양수압축공기를 매개로 한 저장보다 설치지역의 제한이 없고, 현재 국내의 주력 저장시스템인 리튬이온 방식에 비해 시스템 수명이 최소 2배 이상 길다. 셋째, 발전 후 배출되는 초청정 저온 공기를 지하공간 등에 공급하거나 지역 냉방에 사용하는 등 재활용이 가능해 시스템의 경제적 효율성을 끌어올릴 수 있다.

2030년까지 전 세계 ESS 시장(125GWe/305GWh) 규모는 1030억달러로 예상되며, 그중 27%가 액화공기 ESS를 활용할 것으로 전망된다.

염충섭 연구위원은 “현재 1MWe-2MWh급 시스템 개발을 추진하고 있고 향후 수 십 MWe급 시스템 실증을 하는 것이 목표”라며 “2021년 시범사업을 시작해 2025년 정도엔 시스템의 성능 검증을 할 수 있도록 기획 중”이라고 말했다.

[류승훈 기자] ryush@kosca.or.kr

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