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ⓒ 클립아트코리아

 

신재생에너지는 자연 에너지원을 이용하기 때문에 날씨와 시각에 따라 출력이 달라집니다. 이로 인해 발전량을 조절하기가 쉽지 않은데요. 이점을 보완하고자 에너지를 축척해 두는 *에너지저장장치(ESS, Energy storage system)의 역할이 커지게 되었고, 새로운 대안으로 *압축공기 에너지저장장치(CAES, Compressed air energy storage system)가 다시 주목을 받고 있습니다.

 

*에너지저장장치(ESS, Energy storage system)란?

생산된 전기를 저장해두었다가 전기가 필요한 시기에 공급하며 에너지 효율을 높이는 시스템을 말합니다.

 

*압축공기 에너지저장장치(CAES, Compressed air energy storage system)란?

전기 가격이 저렴한 저녁에 전기를 사용하여 지하 저장소에 공기를 압축시켜 저장하고 전기 가격이 비싼 낮에는 저장된 압축 공기를 활용해 터빈을 돌려 다시 전기를 생산해 내는 방식을 말합니다.

 

압축공기(CAES) 발전 과정 ⓒ서유진

 

현재 독일과 미국에서 운용 중인 압축공기(CAES) 발전 과정은 다음과 같습니다.

① 잉여전력을 이용하여 공기를 압축합니다. 잉여전력으로는 전력 사용량이 적어 가격이 싼 심야 전력이나 풍력과 태양광 등 신재생에너지를 통한 전력들을 이용합니다. ② 압축된 공기는 지하 동굴에 저장됩니다. ③ 저장된 압축공기는 동굴에서 배출되어 예열됩니다. 이 과정에서 공기를 더 가열하여 효율을 높이기 위해 천연가스를 연소합니다. ④ 고온의 팽창 가스는 터빈을 구동하는 데 사용되고 이 터빈은 발전기에 연결되어 그리드를 위한 전기를 생산합니다.

 

일반적인 가스터빈 발전은 공기를 압축하기 위해 만들어낸 전력을 다시 소모합니다. 반면에 압축공기(CAES) 발전의 경우 소비되지 않는 잉여전력을 활용하여 미리 압축하고 저장하기 때문에 발전량이 증가하게 됩니다. 그리고 발전단가가 낮으며(500~1,500$/kW), 운전방식이 단순한 장점이 있습니다. 하지만 출력과 효율이 비교적 낮고 효율 향상을 위해 추가 가열하는 경우 온실가스가 배출되는 문제 때문에 일반화되지 못하고 있습니다.

 

한전의 압축공기 - 양수 하이브리드 발전  ⓒ 한전

 

한전은 압축공기와 양수발전을 결합하여 이러한 단점을 극복할 수 있는 ‘압축공기-양수 하이브리드 발전 시스템’을 연구하고 있습니다. 야간 또는 전력 여유가 많은 시기에 공기를 압축하여 저장하는 과정은 동일합니다. 주간 또는 전력 여유가 없을 때 공기압을 가한 물로 수차를 돌려 발전하는 방식이 다른 압축공기 발전소들과의 차이점입니다. 잉여전력으로 압축한 공기의 운동에너지가 기존 양수발전의 높이에 의한 위치에너지를 대신하여 높은 출력과 효율을 향상시킬 것입니다.

 

기존의 압축공기 발전에서 공기를 연소시키는 과정이 사라졌기 때문에 환경적인 문제도 해결됩니다. 특히 양수발전에 적합한 장소를 찾는 데에 어려움이 있었던 만큼 발전에 필요한 시설을 지하화할 경우 부지 선정의 어려움을 해소하고 도심지 근처에도 대규모 에너지 저장시설의 설치가 가능할 것으로 보입니다. 압축공기-양수 하이브리드 발전이 비용과 전력공급의 불안정성을 모두 해결할 방안으로 주목받고 있어 그 결과가 더욱 기대됩니다.

 

 

 


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