재생에너지 발전 비중이 증가함에 따라 장기 에너지 저장 기술 개발이 중요한 추세로 자리 잡았으며, 대규모 장기 에너지 저장 기술은 양수발전, 용융염 열저장, 액류 저장, 압축공기 저장, 수소 저장 등 다섯 가지 범주로 나눌 수 있다. 현재 양수발전이 가장 성숙한 단계에 있지만, 압축공기 에너지 저장은 대규모 설치 가능성, 고효율, 저비용, 친환경성 및 청정성, 지리적 제약 극복 등의 장점을 가지고 있어 양수발전을 보완할 것으로 기대된다.
압축 공기 에너지 저장 장치는 장시간 에너지 저장 방식에 속하며, 4시간 이상 또는 수일, 수개월에 걸친 충방전 사이클을 통해 에너지를 저장할 수 있어 신에너지 발전량 변동을 조절하는 데 탁월한 장점을 지니고 있습니다.
중국과학원 공학열물리연구소 에너지 저장 연구개발센터 소장 쉬위제(XuYuJie)의 소개에 따르면, 미래 우리나라 전력 시스템은 신에너지가 주 동력원이 될 것이며, 풍력, 태양광 등 변동성과 간헐성을 지닌 신재생에너지 발전이 대규모로 전력망에 연결될 경우 안전상의 위험을 초래할 수 있습니다. 이러한 상황에서 전력 시스템을 유연하게 조절할 수 있는 에너지 저장 시스템의 필요성이 대두되며, 압축공기 에너지 저장이 특히 주목받고 있습니다.
쉬위제는 "압축공기 에너지 저장 기술은 새로운 것이 아니며, 전통적인 압축공기 에너지 저장 기술은 독일과 미국에서 오랫동안 적용되어 왔습니다. 하지만 기존의 기술은 화석 연료에 의존하고, 대규모 천연 동굴이 필요하며, 에너지 저장 효율이 낮다는 등의 문제점이 있어 대규모 보급에 한계가 있었습니다."라고 말했습니다. 그는 또한 중국의 첨단 압축공기 에너지 저장 시스템은 압축된 열을 재활용하여 화석 연료를 사용하지 않고, 지상 저장 장치, 인공 저장실, 지하 천연 동굴 등 다양한 형태로 저장실을 구축하는 데 활용될 수 있다고 설명했습니다. 더 나아가 이 시스템은 에너지 저장 효율을 크게 향상시켰습니다.
현재 중국은 첨단 압축 공기 에너지 저장 기술을 활용하여 세계 최초로 100MW급 첨단 압축 공기 에너지 저장 실증 발전소를 건설하고 전력망에 성공적으로 연결하여 전력을 생산하고 있습니다. 허베이성 장베이현에 위치한 이 발전소는 세계 최대 규모이자 최고의 성능을 자랑하는 신형 압축 공기 에너지 저장 발전소로, 연간 최대 1억 3200만 kWh의 전력을 생산하여 약 5만 가구에 피크 전력을 공급할 수 있습니다. 또한, 연간 4만 2천 톤의 표준 석탄 사용량을 절감하고 10만 9천 톤의 이산화탄소 배출량을 감축하는 효과를 가져옵니다.
압축가스 에너지 저장 방식은 다른 신형 에너지 저장 방식에 비해 어떤 장점이 있을까요? 크게 안전성, 긴 수명, 그리고 강력한 폭발력으로 요약할 수 있습니다. 첫째, 압축가스 에너지 저장은 매우 안전합니다. 액화 이산화탄소 에너지 저장 프로젝트를 예로 들면, 이산화탄소는 액화 과정이 매우 간단하기 때문에 저장에 필요한 압력도 수 메가파스칼에 불과합니다. 고압 가스 저장으로 인한 잠재적 위험을 걱정할 필요가 없으며, 이산화탄소는 무독성, 비가연성, 비폭발성 물질이므로 안전성이 매우 뛰어납니다. 또한, 모든 장치가 기계 장치로 구성되어 있어 정상적인 유지 보수를 할 경우 30~50년의 수명을 누릴 수 있습니다. "압축가스 에너지 저장은 열 순환을 기반으로 하는 물리적 공정으로, 안전성과 성능 저하 측면에서 자연적인 이점을 가지고 있어 가장 유망한 대규모 에너지 저장 기술 중 하나로 여겨집니다." 중국과학원 공학열물리연구소의 천하이성 연구원은 이러한 장점을 바탕으로 압축공기 에너지 저장 기술의 적용은 국가의 이중 탄소 전략 목표 달성과 자연환경 개선에 있어 전략적으로 매우 중요하며 시장 수요 또한 막대하다고 밝혔습니다.
압축 공기 에너지 저장 장치의 순간 최대 출력은 상당히 강력하다는 점을 언급할 가치가 있습니다. 이는 특정 용도에 직접 적용될 수 있습니다. 예를 들어 대형 선박에 사용되는 디젤 엔진의 경우, 압축 공기는 일반적으로 압력 탱크에 저장되며 특수 시동 밸브를 통해 피스톤에 직접 공급되어 연료 분사 전에 크랭크축을 회전시킵니다. 이러한 방식은 동일한 크기의 전기 시동 모터보다 소형이고 저렴하며, 선박의 발전기 및 배전 시스템에 과도한 부하를 주지 않고도 필요한 매우 높은 순간 최대 출력을 제공할 수 있습니다.
중국은 압축 공기 에너지 저장 시스템과 관련하여 대규모 실증 및 적용을 더욱 강화하고, 엔지니어링 설계 및 건설 경험을 축적하며, 완전하고 성숙한 산업 사슬을 개발하여 건설 및 적용을 더욱 가속화하고 있습니다.
게시 시간: 2023년 9월 14일
