미국내  재생가능 에너지(Renewable Energy)와 관련한 새로운 보고서에 따르면, 기존 대비 개선된 저장 기술(Storage Technology)을 이용하거나 전체적인 전기 흐름(Flow of Electricity)을 더 안정적으로 공급할 수 있는 다양한 대체 에너지 시스템을 서로 조화롭게 연결하는 노력들은 지금보다 재생가능 에너지(Renewable Energy)가 확대될 수 있게 하는 중요한 도약의 기회를 제공하는 것으로 나타났다.

그 동안의 이력으로 볼 때 대체 에너지 시스템의 활용 및 비용 효율성과 관련한 주요 단점은 이들이 너무 많은 변동성을 보여준다는 것이었다. 만약 바람이 불지 않거나 태양이 빛나지 않는 날씨에서는 완전히 다른 에너지 시스템을 활용해야만 상호 보완할 수 있었다. 이러한 의존성 부족은 높은 비용과 비효율성이라는 결과를 초래하게 된다. 그러나 Electricity Journal에 발표된 한 분석결과에서 연구원들은 개선된 에너지 저장 기술이나 하이브리드 시스템(Hybrid System)을 활용한다면 이러한 문제의 대부분을 해결할 수 있다고 주장하였다. 여기서 하이브리드 시스템이라는 것은 넓은 지리학적 규모의 개념 속에서 하나의 재생가능 에너지 생산이 증가하면 다른 하나는 생산을 낮추는 것을 의미한다.

오레곤 주립대학(Oregon State University)의 대학원생이자 에너지 정책 분석가인 Anna Kelly는 "풍력에너지는 상당한 가격 경쟁력을 확보하고 있으며, 태양에너지 역시 이러한 경쟁력을 빠르게 갖추어 가는 상황이다. 이들 기술과 관련된 다른 기술을 보다 폭넓게 활용하는데 있어 중요한 것은 스마트 그리드(Smart Grid) 연결 시스템에 적절히 결합시키는 일이다. 이러한 일은 다수의 국가들에서 이미 성공적으로 수행되고 있으며, 접근방법 또한 앞으로 확대될 것으로 보인다"고 말한다. 또한 "예를 들어, 일부 지역에서 바람은 야간 시간대에 더 강하게 분다. 그리고 태양발전 기술은 해가 떠 있는 낮 시간에만 에너지를 생산할 수 있다. 연결된 그리드의 기본 개념을 보다 복잡하게 활용하고 에너지 저장과 같은 보다 개선된 형태에 짝을 지어줌으로써 재생가능 에너지 시스템의 활용도를 지금보다 훨씬 확대할 수 있다. 이는 단순한 아이디어 이상의 것으로 미국뿐만 아니라 스페인, 모로코, 중국 등 전세계에 있는 에너지 공장의 현실에 잘 부응한다"고 덧붙였다.

Kelly는 "지열(Geothermal) 에너지는 태양발전과 짝을 이룰 수 있고, 풍력 및 태양발전은 리튬이온 배터리(Lithium-ion Battery)와 연결될 수 있다. 그리고 풍력발전 및 바이오디젤(Biodiesel)은 배터리 시스템과 이어진다. 이러한 접근방법은 가격 이슈를 해결하는데 도움을 주기 때문에 실제 기업들은 하이브리드 시스템을 통해 에너지를 생산하면서 이익을 창출하고 있다"고 설명하였다. 차세대 에너지 저장 기술은 재생가능 에너지의 활용도를 높이는데 필요한 또 다른 중요한 요소가 될 것이다. 이와 관련한 한가지 예는 미 서부에 위치한 몇 개의 주에서 진행되고 있는 사례이다. 와이오밍(Wyoming) 주에 위치한 효율화된 풍력단지(Wind Farm)를 통해 전기를 생산하고 있으며, 생산된 전기는 유타(Utah) 주로 전달된다. 이 에너지는 특정 암석지대내의 압축공기(Compressed Air)를 통해 저장되며, 최종적으로 로스엔젤리스의 전기 공급에 활용되고 있다. 압축공기는 에너지 수요에 대해 빠르게 응대할 수 있고, 상업화 규모에서 가격 경쟁력을 갖기 위한 규모 확장이 용이하기 때문에 80억 달러(약 9조 원)의 이 시스템은 다가오는 시대의 새로운 지표가 될 것으로 보인다.

이번 논문의 공동저자이자 오레곤 주립대학 대학원생인 Joshua Merritt는 "그렇지만 아직까지 극복해야 할 다수의 장애물이 있다"고 말한다. 그는 "에너지를 보다 손쉽게 생산하고 필요한 지역에 보낼 수 있게 하기 위해서는 지금의 송전 그리드에 중요한 개선이 이루어져야 한다. 이를 극복하기 위해서는 규제와 관련한 일부 장애물들이 있다. 그리고 대중은 이론적인 측면만이 아니라 실용적인 면에서 풍력, 파력 및 태양발전과 같은 에너지 시스템을 지금보다 더 많이 수용해야 할 것"이라고 말한다.

과학자들은 재생가능 에너지 시스템 도입과 관련하여 ‘내가 살고 있는 지역에는 안된다(Not in My Back Yard).’는 인식이 아직까지 남아 있다고 말한다. 그리고 어떤 형태의 에너지라도 환경적인 우려는 아직 남아 있다. 예를 들어, 풍력터빈 로터(Wind Turbine Rotor)는 날아다니는 새를 죽일 수 있고, 수력발전은 물고기에 영향을 줄 수 있다. 또한 태양에너지를 사용하는 것에 의해 화학적 오염이 발생하기도 한다.

연구진은 가까운 미래에는 더 많은 에너지 옵션을 제공할 수 있을 것이라 말한다. 차세대 배터리 기술은 점차 활용 가능한 수준이 개선되고 있다. 파력(Wave)이나 조력(Tida) 에너지는 실질적인 기여자가 될 수 있으며, 이들 에너지는 다른 에너지 대비 예측이 가능하면서 안정적이라는 장점이 있다. 그리고 낮은 비용으로 건설이 가능하면서 온실가스(Greenhouse Gas)를 배출하지 않는 소규모 모듈식 원자로(Modular Nuclear Reactor)의 탄생은 재생가능 에너지원으로부터 시작되는 에너지 흐름에 균형을 맞추는데 큰 역할을 할 것으로 기대된다.

이번 보고서에서 언급되었듯이 장기적인 목표는 일관성과 재생가능 에너지 간 상호 의존성을 제공하는 하이브리드 시스템을 잘 운영할 수 있는 기술을 확인하는 것이다. 시스템, 개선된 송전 능력, 일부 신규 기술의 진보와 관련한 신중한 조합을 통해 이러한 목표는 보다 현실적으로 가까워질 수 있다. 연구진은 "개발이 진행되면서 하이브리드 시스템의 비용은 점차 하락하여 경쟁력이 크게 증가할 것이다. 이러한 시스템이 미래 전기 생산에 있어 큰 역할을 하게 될 것으로 기대된다"고 결론내렸다.

출처 KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』

태양 및 풍력발전에서 얻어지는 에너지를 저장하는 새로운 종류의 배터리가 시장을 흔들고 있다. 이 배터리는 대규모이면서 수명이 오래가는 새로운 세대 배터리 중 가장 경제적이라 할 수 있다. 새로운 배터리를 통해 간헐적인 재생가능 에너지원(Renewable Energy Source)에 대해 의존도를 높이는 것이 가능할 것으로 보인다.

카네기멜론 대학(Carnegie Mellon University)에서 스핀아웃(Spin Out)된 Aquion Energy는 최근 마이크로그리드(Microgrid)라 불리는 소규모 전력 그리드 운영사에 이들의 배터리를 최초로 공급하였다. 마이크로그리드는 중앙화된 일반 그리드와는 다르게 독자적으로 운영이 가능하다.

일반적으로 풍력발전, 태양발전, 수력발전과 같은 지역 에너지원을 이용하는 마이크로그리드는 일반 그리드의 수용범위를 넘어서 거주하고 있는 수 억 명의 사람들에게 안정적으로 전기를 제공할 수 있다. 태양전지판(Solar Panel)이나 풍력터빈(Wind Turbine)에서 얻어지는 전기는 배터리에 저장할 수 있기 때문에 재생가능 에너지원을 활용한 전기 생산에 있어 간헐성 문제를 해결해준다. 따라서 재생가능 에너지로부터 24시간 전기 공급을 가능하게 해준다.

Aquion의 배터리는 염수(Saltwater)에서 얻어지는 나트륨 이온(Sodium Ion)을 전해질(Electrolyte)로 활용한다. 전류는 산화망간(Manganese Oxide)을 기반으로 하는 양극으로부터 탄소를 기반으로 하는 음극까지 염분이 함유된 전해질을 통해 이동한다. 배터리는 크고 느리게 작동하지만 기존 제조설비를 활용하여 경제적으로 만들 수 있다. 지난주 Aquion는 생산 확대를 위해 34.6백만 달러의 자금지원을 발표하기도 하였다.

배터리 비용은 현재 많이 사용되지 않는 납축전지(Lead-acid Battery) 수준이지만 수명은 2배 정도이기 때문에 장기적 비용을 절반 수준으로 저감할 수 있다. 이와 유사하게 긴 수명을 가진 다른 배터리들이 존재하지만 납축전지와 비교해보면 비용은 훨씬 높다.

새로운 에너지 저장(Energy Storage) 기술은 재생가능 에너지를 보다 실현가능하게 만드는데 중요하다. 이와 같은 일은 특히 원거리 지역(Remote Location)에 더욱 그러할 것이다. 많은 지역에서 디젤연료보다 태양발전을 보다 경제적으로 만드는 일은 전기를 제대로 활용할 수 있는 10억 명의 인구 중 일부에게 청정에너지를 공급하는데 중요한 역할을 할 것이다.

향후 비용이 하락함에 따라 배터리는 마이크로그리드 이외에 새로운 응용분야를 찾을 수 있다. 일반 전력 그리드가 재생가능 에너지에 대한 의존도가 점차 높아짐에 따라 이를 안정화하기 위해서도 활용될 수 있다. Aquion사는 어느 지역에서 이들의 배터리가 사용되고 있는지에 대해 세부적으로 언급하지는 않았다.

출처 KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』

최근 도시바(Toshiba Corporation)는 재생가능 에너지(Renewable Energy)와 수소(Hydrogen)를 이용한 독자적인 에너지 공급 시스템(Energy Supply System)의 실증 테스트를 위해 일본 카와사키시(Kawasaki City)와 상호 협력할 것을 약속하였다. 이 시스템은 카와사키 마리엔 공공시설 및 Higashi Ogishima Naka Park에 구축되었으며, 내년 4월부터 실증테스트가 시작되어 2020년 말에 완료될 예정이다. 카와사키 마리엔은 유사시 지정된 긴급 피난 장소이다.

재난 발생시 이 시스템은 약 300여 명의 피난민들에게 1주일 분량의 전기와 온수를 공급할 수 있다. 독립적인 에너지 시스템은 태양광발전 (Photovoltaic) 설비와 저장용 배터리, 수소를 생산하기 위한 물 전기분해(Water Electrolysis) 장비, 수소 및 물 탱크, 연료전지(Fuel Cell)로 구성되어 있다. 태양광발전 설비를 통해 전기를 생산한 후 이 전기를 활용하여 물을 전기분해한다. 그렇게 되면 수소가 생산되며, 이 수소는 탱크에 저장되었다가 필요시 전기와 온수를 공급하기 위해 연료전지로 보내진다.

에너지 공급 시스템의 장점은 오직 태양광과 물만을 이용하여 가동할 수 있기 때문에 비상시 전기와 온수를 독자적으로 공급할 수 있다. 또한 트레일러를 이용하여 재난이 발생한 지역으로 시스템을 직접 운송할 수 있다. 그리고 유사시가 아닌 일반적인 상황에서는 에너지 공급 설비의 태양광발전 및 저장용 배터리의 최적화된 조절을 통해 카와사키 마리엔 공공설비 및 Higashi Ogishima Naka Park에서 사용되는 전기 수요가 최고치에 도달할 때 이를 보완하는데 활용될 수 있다.

도시바는 자신들의 리튬이온 배터리를 저장용 배터리로 활용하고 있으며, 수소 연료전지 역시 자신들의 제품을 이용하여 장기적으로 안정적인 운영이 가능하게 할 계획이다. 카와사키시는 실증테스트을 위한 환경을 제공할 예정이며, 도시바는 설계, 제조 및 설비유지에 대한 책임을 맡았다. 이번에 얻어진 결과는 카와사키시와 도시바가 공동으로 활용할 계획이다. 카와사키시와 도시바는 스마트 커뮤니티(Smart Community)라는 목표를 위해 지난 2013년 10월 협력에 대한 협약서를 체결한 바 있다.

카와사키시와 도시바는 카와사키 역 근처에 있는 도시바의 스마트 커뮤니티 센터를 운영의 기반으로 활용하여 역 주변의 건물, 상업지역 활성화, 전기 버스 운영을 위한 에너지 관리 등을 포함하는 다양한 방안에 대해 홍보해왔다. 도시바는 거주형 연료전지 개발 및 수소관련 기술을 지속적으로 개발할 예정이다.

출처 KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』