중국과학원 물리화학 기술 연구소 연구팀은 최근 칭화(淸華) 대학 연구팀, 중국 전력(電力) 과학 연구원 연구팀과 공동 연구를 실행하여 ‘500kW 비 재연 압축 공기 에너지 저장 발전(Non-afterburning compressed air energy storage power generation) 시범 시스템’을 개발하는데 성공하였다.

연구팀이 개발한 ‘500kW 비 재연 압축 공기 에너지 저장 발전 시범 시스템’은 현재 중국 안후이성(安徽省) 우후시(蕪湖市)에서 여자(勵磁) 발전(Excitation Generation)을 실현하였으며 연구팀은 현재까지 이미 동 ‘시스템’을 이용하여 ‘100kW 발전의 단계별 목표’를 실현한 상황이다.

‘500kW 비 재연 압축 공기 에너지 저장 발전 시범 시스템’을 이용한 발전의 성공적인 실현은 중국과학원 물리화학 기술 연구소 연구팀이 대규모 에너지 저장 기술 분야에서 중대한 혁신 성과를 취득하였음을 의미한다. 이번 연구개발 성과의 취득은 중국의 에너지 저장 산업 발전을 추진하는 면에서 중대한 역할을 발휘하게 될 것으로 전망된다.

압축 공기 에너지 저장 시스템은 에너지 저장 용량이 크고, 전기 에너지 전환 효율이 높으며, 안전하고 신뢰 정도가 높고, 환경 친화적인 특성을 보유하고 있기 때문에 양수 에너지 발전소 다음으로 개발된 일종 극히 큰 잠재력을 보유하고 있는 대규모 에너지 저장 시스템에 속한다는 평가를 받고 있다. 압축 공기 에너지 저장 시스템은 스마트 그리드 구축, 대규모 재생가능 에너지 도입, 그리드 부하 조절 및 전력 시스템 안전성 보장 등 분야에서 밝은 응용 전망을 보유하고 있다.

하지만 현재 일상적인 압축 공기 에너지 저장 시스템은 연료 재연(Fuel afterburning) 형식을 이용하고 있기 때문에 시스템의 에너지 저장 효율이 낮고 재연으로 인해 오염물질 배출 등 문제점이 발생하여 관련 기술의 보급과 응용이 영향을 받고 있는 상황이다.

효율적이고 환경 친화적인 압축 공기 에너지 저장 관련 새로운 프로세스를 개발하기 위해 중국과학원 물리화학 기술 연구소 연구팀은 칭화(淸華) 대학 연구팀, 중국 전력(電力) 과학 연구원 연구팀과 공동 연구를 실행하여 압축 공기 에너지 저장 시스템 구축을 위한 기초 과제, 핵심 설비 및 핵심 기술에 대해 계통적이고 심층적인 연구를 실행하였다.

연구팀은 이번 연구를 통해 이중 역할 및 로드 덤프(load dump)에 기반한 비안정 상태 압축, 열량의 계단 레벨 저장 피드백, 멀티 레벨 재열팽창 등 혁신적인 프로세스 방안을 제시하였다. 연구팀은 이번 연구를 통해 더욱 큰 규모의 그린 에너지 저장 시스템 구축에 수요되는 중요한 기술 기반을 구축하였다.

이번 연구는 ‘국가 그리드’의 ‘압축 공기 에너지 저장 발전 핵심 기술 및 공정 실용 방안 연구’ 프로젝트 비용 지원을 받아 실행되었으며, 중국과학원 물리화학 기술 연구소 산하 ‘열 역학 과정 및 에너지 절약 기술 연구 센터’ 센터장인 왕쥔제(王俊杰) 연구원이 주도하는 연구팀에 의해 완성되었다.

※ 출처 : EngNews (산업포탈 여기에) - 압축 공기 에너지 저장 기술 연구

많은 스마트그리드 기업들은 전력회사들이 매일 생산하는 스마트미터 데이터를 보다 잘 활용할 방안이 있다는 것을 인지하고 있다. 동시에 전력회사에 관련 데이터분석 솔루션을 공급하는 일이 느리고 답답하다는 사실도 인지하고 있다. 그러나 많은 실패사례 이후 점차 성공사례가 보도되고 있다. 에너지데이터를 분석하는 것의 편익을 보여주고, 전력회사로 하여금 신기술에 투자하도록 유도하는 사례가 나타나고 있는 것이다.

지난 11월 20일 캘리포니아 Sunnyvale에 소재한 Bidgely는 캐나다 온타리오 소재 전력회사인 London Hydro가 자사의 소프트웨어를 활용하여 에너지 포털을 구축한다고 발표하였다. 이 포털은 일반 가정 및 기업에서 얼마나 많은 에너지를 사용하는지를 보다 직관적으로 알려준다. 관련 분야에서 현재 가장 널리 알려진 유사 기업인 Opower의 경우 한 가정의 에너지 소비를 이웃과 비교하여 웃는 얼굴 모양으로 표현하는 방식을 이용하고 있다.

Bidgely의 경우 전기요금 청구서를 대형 가전기기별로 항목화하는 소프트웨어를 개발하여 보다 상세한 전력소비량 정보를 제공한다. 그 소프트웨어 알고리즘은 얼마나 많은 전력이 사용되는지, 얼마나 오랫동안 사용되는지 등 시간의 흐름에 따르는 전력소비 패턴을 분석함으로써, 에어컨, 냉장고, 옷 건조기 등 전력다소비 제품들이 언제 켜지고 꺼지는지를 확인할 수 있다. 이 소프트웨어는 그 데이터를 이용하여 소비자들에게 어떤 기기에서 전력소비가 어느 정도 일어나는지 알려줄 수 있다.

이 아이디어는 에너지사용 정보를 상세히 전달하면 소비자들이 그들의 에너지소비 행태를 바꿀 것이라는 전제를 바탕으로 하고 있다. 가령 에너지사용 정보를 확인하면 온도조절기 세팅을 바꾸든지 비효율적인 공조장치를 개선하는 조치를 취할 것으로 보는 것이다. 또한 이 소프트웨어는 전기요금에서 건물의 태양광 패널 생산을 구분해낼 수도 있다.

대부분의 사람들이 그들의 전기요금 내역서를 보는데 거의 시간을 할애하지 않는다. 전기요금을 가전기기별로 세분화, 즉 산업 전문용어로 디스애그리게이션(disaggregation)을 취하게 되면 에너지사용자들이 전기요금 청구서를 보다 상세히 보게 되고 변화 조치를 취할 것이다. 이 분야에서 비즈니스를 하고 있는 Plotwatt와 Verdigris Technologies 둘 다 비싼 하드웨어를 설치할 필요 없이 세분화된 요금청구 내역서 서비스를 제공하고 있다.

전력회사에 관련 소프트웨어를 판매하는 일은 더디게 진행되고 있다. 2009년 연방정부의 경기부양예산으로 수십억 달러가 스마트미터 설치에 투자되었다. 그러나 Tendril Networks와 같은 스마트그리드 신생기업들은 장기 시범사업을 사업화로 연계하는 데 성공적이지 못했다. 다만 전력회사들이 신기술을 느리게 채택하는 경향이 있지만, 산업계는 점점 변화하고 있다. 이러한 변화는 보다 새로운 방식에서 고객과 상호작용하기 위한 제품에 대한 투자를 촉진할 수 있다.

텍사스를 포함한 특정 시장은 경쟁적 에너지소매시장을 갖추고 있다. 소매시장에 경쟁이 도입됨으로써 전력서비스를 차별화하려는 경쟁이 일어나고 있다. 심지어 독점위치를 점하고 있는 전력회사들도 고객서비스를 향상시키려는 길을 모색하고 있다. 가령 한 고객이 지난달 전기요금이 왜 높게 나왔는지 문의하였을 때, 가전기기별로 전기사용량을 세분화하여 고객에게 정보를 전달하는 길을 찾고 있다.

출처 KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』
※ 출처 : EngNews (산업포탈 여기에) - 빅데이터를 이용한 전기요금의 항목별 구분

지난해 캘리포니아 공공유틸리티위원회(Public Utilities Commission)는 에너지 저장과 관련한 새로운 의무 사항에 대해 발표한 이후 캘리포니아의 저장 시장은 폭발적인 모습을 보여주었다. 이와 관련하여 서던캘리포니아에디슨(Southern California Edison, SCE)은 지난주 250 MW의 에너지 저장 시스템에 대해 발표하였다. 이들은 2,221 MW의 신규발전 자산을 확보하기 위한 대규모 계획의 일환으로 250MW 규모의 에너지 저장 시스템을 도입하는 것이다.

그리고 이번 주는 SCE가 내세운 에너지 저장의 미래에 대한 전체 계획에 대해 보다 세부적으로 이해할 수 있었다. SCE는 AES Energy Storage와 20년 전력구매계약을 맺었다. 이들은 직접 시스템에 연결되는 100MW의 세계 최대 규모 전기화학 배터리(Electrochemical Battery)를 설치할 예정이다. 캘리포니아 주 롱비치(Long Beach)의 Alamitos Power Center에 위치한 건물에 도입될 이 시스템은 2021년 1월 1일까지 설치를 완료할 계획이다. AES Energy Storage의 John Zahurancik 회장은 "이번 계약은 지역 전기용량 및 신뢰성과 관련하여 에너지 저장 시스템이 피크 발전소(Peaking Power Plant)를 경제적으로 대체할 수 있음을 보여주고 있다"고 밝혔다.

또한 머지않은 미래에는 얼음을 제조하는 공기조화기를 이용한 25MW 이상의 저장 시스템이 도입될 것으로 기대된다. 공기조화기 장치를 제조하고 있는 Ice Energy는 야간의 값싼 전기세를 활용하여 물을 얼음으로 만들 계획이다. 그리고 이 얼음은 주간에 건물을 냉방하는데 활용할 예정이다. Ice Energy사는 로스엔젤리스 서부지역에 약 2,500대의 장치를 적용하겠다는 계약을 확보하였다.

다른 유틸리티 회사들도 에너지 저장의 잠재력에 대해 주목하고 있다. 텍사스 달라스를 기반으로 하는 Oncor Electric Delivery는 주의 배터리 저장 시스템에 20억 달러 이상의 비용을 투자하는 것에 관심을 표하고 있다. Oncor는 에너지 관련 시장조사 기관인 브래틀 그룹(Brattle Group)에 관련 조사를 요청하였으며, 이들의 연구에 따르면 3~5 GW의 분산 저장 시스템을 도입하여 그리드에 통합하는 것은 경제성 측면에서 텍사스 주에 가장 효과적인 방안을 제공하는 것으로 나타났다.

브래틀 그룹의 연구에서는 2020년까지 3GW급의 에너지 저장 시스템을 도입함으로써 고객의 매월 지불하는 전기비용을 30% 이상 절감할 수 있을 것으로 보았다. 이와 관련하여 E&E News의 Edward Klump는 절감량이 이보다 더 클 것으로 보고 있다. 그는 "비록 절감금액이 전기요금에 직접적으로 반영되지 않더라도 에너지 저장과 관련한 잠재적인 절감액은 특정 고객의 경우 신뢰성 혜택에서 매달 91센트 수준에 달할 것으로 예상된다"고 설명하였다. 브래틀 그룹의 연구원이자 연구논문의 주 저자인 Judy Chang은 "그리드와 통합된 저장 시스템의 전기요금 영향력과 개선된 신뢰성을 모두 고려한다면 고객이 받는 혜택은 비용을 훨씬 초과할 것"이라고 말했다.

출처 KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』
※ 출처 : EngNews (산업포탈 여기에) - 캘리포니아주, 최대 규모의 에너지 저장 배터리 도입

호주 서부오스트레일리아 지역의 미래 전기와 관련한 새로운 연구에 따르면 정부와 전기산업은 향후 십년간 네트워크 붕괴 및 이에 따른 비용 상승의 반복되는 문제나 지역 전기 네트워크의 개인용 태양발전 증가 등의 피할 수 없는 영향력에 대처해야 하는 것으로 나타났다. 이번 연구의 저자이자 웨스턴오스트레일리아 대학(University of Western Australia) 호주도시설계연구소(Australian Urban Design Research Centre)의 Bill Grace 교수는 서부오스트레일리아 지역은 가정 및 사업용 태양광발전 시스템의 증가로 인해 기술적으로 중요한 전환점에 직면하였으며, 변화를 저항하기 보다는 이를 수용할 수 있는 일관성 있는 전략이 필요하다고 주장하였다.

Grace 교수는 태양광발전 시스템의 비용 하락이 2025년까지 개인 태양광발전 용량을 10배까지 증가시키는 결과를 가져오는 지수적 성장을 주도할 것이라고 덧붙였다. 이와 같은 예측은 독립시장운영자(Independent Market Operator)가 현재 예상하는 것보다 훨씬 높은 것이다. 결국 주간에 발생하는 과잉의 태양에너지를 네트워크로 내보내는 것은 기저부하 발전(Base-load Generation)에 영향을 줄 정도로 큰 일이 될 것이다. 그러나 전기 시스템이 탄소 배출이 없는 에너지를 완전하게 활용하기 위해 변화가 수반되지 않는다면 네트워크의 붕괴를 가져오게 되고 소위 전기 데스 스파이럴(Electricity Death Spiral)속에서 요금은 상승할 것이다.

Grace 교수는 “개인 태양발전이 가정용 분야에서 주로 성장해 왔으며, 사업용 태양발전의 빠른 확장이 이를 뒤따를 것을 예상된다. 사업용 시스템은 가정용 시스템 생산규모와 비교할 때 훨씬 클 것으로 보이며, 약 2배 정도가 될 것이다. 이와 같은 증가로 네트워크로부터 구입하는 전기량은 감소될 것이며, 이는 수익성을 악화시킨다. 이에 따라 장치 비용이 증가하게 되고, 부담은 소비자에게 전달된다. 결국 비용 증가로 문제가 악화되고, 이와 같은 현상을 스파이럴(Spiral)이라 부른다”고 설명하였다.

Grace 교수는 정부와 전력 산업이 개인용 태양발전의 증가 추세로부터 발생할 수 있는 변화에 대해 적절하게 준비하지 못하고 있으며, 화석연료를 대체하기 위해서는 공공정책이 필요하다고 밝혔다. 그는 “에너지 제공업체가 소비자들에게 단독으로 관련 서비스를 제공하고 있는 현재 전기산업의 모습이 이제 끝났다. 전기 사업은 이제 고객들과 경쟁하고 있으며, 미래 정책은 현재의 산업 플레이어를 보호하기 보다는 가장 효율적인 경제성이 도출될 수 있는 방향을 고려하게 될 것”이라고 설명하였다. 또한 “근본적인 장기 에너지 전략은 피할 수 없는 개인용 태양발전의 성장과 네트워크 규모의 재생가능 에너지로부터 야기되는 네트워크 관련 주요 시사점을 다룰 수 있어야 한다. 사회에 있어 낮은 배출과 낮은 총 에너지 비용으로의 전환은 긍정적인 신호라 할 수 있으며, 이를 거부하지 말고 포용해야 할 것”이라고 덧붙였다.

Grace 교수는 이러한 이슈를 해결할 수 있는 마법 같은 방안은 없으나 전세계 각 국가들은 같은 도전을 받고 있다고 말한다. 이번 연구는 사우스웨스트인터커넥트시스템(South West Interconnected System)의 동역학 모델(Dynamics Model)을 기반으로 하고 있으며, 이는 2015~2035년 사이의 개인용 태양발전 및 저장의 영향으로 발생하는 시나리오를 연구하는데 활용되고 있다.

 출처 KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』
※ 출처 : EngNews (산업포탈 여기에) - 전력 네트워크 붕괴 방지를 위해서는 태양발전 전략 필요

만약 당신의 가장 성공한 분야가 만든 사업을 수행하고 이익에 집중한다면, 당신은 장기적으로 사업을 유지할 수 없을 것이다.

그래서 캐나다 온타리오주에서 전기료를 낮추기 위한 좋은 방법으로서 원자력 용량을 감축하여 획득한 금액을 자랑하는 Canadian Manufacturers and Exporters (CME)에 대해서 놀라지 않는다.

2013년 온타리오 전력(Ontario Power Generation’s, OPG’s)의 원자력본부는 1억4000만 달러의 적자를 기록했다. 반면에 수력발전본부는 2억7500만 달러의 흑자를 기록했다. 이는 왜 우리가 전원을 분리해야 하는지 이유를 분명하게 보여준다. 또한 원자력이 낮은 비용의 전력을 생산하고 장기적으로 재정적인 측면에서 지속가능하다는 것이 허황된 생각이라는 것을 보여준다.

OPG의 적자를 기록한 원자력본부는 근처에 노후화된 달링턴 원전의 재건설에 대한 제안을 했다. 달링턴 원전 프로젝트는 129억 달러의 비용이 예상된다. 그러나 온타리오주 역사상 모든 원자력 프로젝트는 평균 2.5배 정도 예산을 초과했다. 만약 온타리오주의 역사가 반복된다면, 달링턴 원전 재건설의 실제 비용은 320억 달러로 예상된다.

또한 OPG가 예산을 초과하는 이 프로젝트를 수행하는 계약자가 되지 않을 것이다. 달링턴 원전 프로젝트에 계획된 업무의 7%는 고정가격계약(fixed price contracts)으로 수행될 것이다. 과거 TD 은행의 CEO를 역임한 Ed Clark은 “이 프로젝트가 엄청난 위험을 가지고 있다”고 달링턴 원전 프로젝트에 대한 경고를 한 바 있다.

우리는 과거에 온타리오주 정부가 브루스 파워와 브루스 A 1, 2호기의 재건설을 위한 계약에 서명한 영화와 같은 사건을 본 적이 있다. 블루스 파워는 당시 예산이 27억5000만 달러였다고 말했다. 실제 비용은 48억 달러가 지출되었다. 다행스럽게도 브루스파워는 민간기업이었음에도 불구하고 원자력 프로젝트에 유일하게 적용하는 방식을 적용받아서 정부가 그 프로젝트에 대한 비용 초과분 중 34억 달러를 흡수하는데 지원했다. 반면에 온타리오주 정부는 재생에너지와 가스화력발전소 프로젝트에 대한 21,000건 이상의 계약에 서명했다. 이 재생에너지와 가스화력발전소 공급사들은 고객들에게 비용초과분에 대해서 지원받지 못했다.

현재 온타리오주 정부는 노후화된 원자로의 재건설을 위해서 블루스 파워와 비밀 협상을 긴밀하게 진행하고 있다. 슬프게도 주정부는 온타리오 에너지 위원회에 에너지 고객들에게 어떤 협상내용을 제공하는 것을 거절했다.

만약 우리가 진정으로 온타리오주의 전기비용을 감소하기 원한다면 우리는 퀘벡주로부터 낮은 비용의 수력발전을 통한 전기를 수입하는 계약을 수행해야 한다. 퀘벡주는 미국 북동부 시장에서 천연가스에 대한 경쟁력을 가지고 낮은 전기세를 유지한다. 퀘벡주의 주지사인 Philippe Couillard는 퀘벡주가 온타리오와의 협상을 환영한다고 표명했다.

kWh당 6센트의 가격은 퀘벡주와 온타리오주 모두 이득이 될 것이다. 퀘벡주는 20년 계약으로 140억 달러의 수출액을 달성할 것이다. 온타리오주는 달링턴 원전을 재건설하여 전기를 생산하는 비용과 비교하여 최소 140억 달러를 절약할 수 있다. 퀘벡주 수입을 최대화하는데 필요한 송전시스템의 개선비용은 달링턴 원전의 재건설 비용의 “최선의 옵션”에 대해서 4%인 5억 달러로 추정된다.

온타리오주의 전기 가격의 경쟁력을 유지하고 경제를 강화하는데 경제적인 방법은 노후화된 원자로를 재건설하는 재정위험적인 실험을 하는 대신 퀘벡주와 협상하는 것이다.

※ 출처 : EngNews (산업포탈 여기에) - 캐나다 온타리오주의 노후화 원전의 재건설