When the sun sets on solar panels, these gas-filled domes take over
This giant bubble on the island of Sardinia holds 2,000 tonnes of carbon dioxide. But the gas wasn’t captured from factory emissions, nor was it pulled from the air. It came from a gas supplier, and it lives permanently inside the dome’s system to serve an eco-friendly purpose: to store large amounts of excess renewable energy until it’s needed.
대규모 전력망용 버블 배터리가 곧 도처에 보급될 것입니다.
사르디니아 섬 에 있는 이 거대한 돔에는 2,000톤의 이산화탄소가 저장되어 있습니다. 하지만 이 가스는 공장 배출가스에서 포집된 것도 아니고, 대기 중에서 추출된 것도 아닙니다. 가스 공급업체에서 공급받은 이 이산화탄소는 친환경적인 목적으로 돔 내부에 영구적으로 저장되어 있습니다. 바로 필요할 때까지 대량의 잉여 재생 에너지를 저장하는 것입니다.
말 그대로입니다. 풍선을 부풀리는 데는 반나절밖에 걸리지 않습니다. 나머지 시설은 2년도 채 안 걸려 건설할 수 있으며, 5헥타르의 평평한 땅만 있으면 어디든 지을 수 있습니다.
사르디니아 이외 지역에 최초로 이산화탄소 배터리 시설을 건설하는 기업은 인도 최대 전력 회사 중 하나인 NTPC Limited가 될 예정입니다 . NTPC는 인도 카르나타카 주 쿠드기 발전소에 2026년 중 이산화탄소 배터리 시설 완공을 목표로 하고 있습니다. 한편, 미국 위스콘신 주에서는 공공 전력 회사 인 Alliant Energy가 당국의 승인을 받아 2026년부터 1만 8천 가구에 전력을 공급할 이산화탄소 배터리 시설 건설을 시작할 계획입니다.
구글 은 이 개념에 매우 만족하여 유럽, 미국, 아시아 태평양 지역의 주요 데이터 센터에 신속하게 이러한 시설을 구축할 계획입니다. 이 아이디어는 전력 소비가 많은 데이터 센터 에 햇빛이 비치지 않거나 바람이 불지 않는 날에도 24시간 내내 청정 에너지를 공급하는 것을 목표로 합니다. 지난 7월에 발표된 에너지 돔과의 파트너십은 구글의 장기 에너지 저장 분야 에 대한 첫 번째 투자입니다 .
"저희는 전 세계를 돌며 다양한 해결책을 모색해 왔습니다."라고 파리에 있는 구글 에너지 전략 수석 책임자 아인호아 안다는 말합니다 . 이 거대 기술 기업이 직면한 과제는 장기 저장 옵션을 찾는 것뿐만 아니라 각 지역의 고유한 특성에 맞는 솔루션을 찾는 것이었습니다. "따라서 표준화가 매우 중요하며, 에너지 돔이 바로 그런 점에서 마음에 듭니다."라고 그녀는 말합니다. "에너지 돔은 말 그대로 '플러그 앤 플레이' 방식입니다."
구글은 에너지 돔 시설을 탈탄소화 와 전력망 안정성에 가장 큰 영향을 미칠 수 있고, 저장할 수 있는 재생에너지가 풍부한 곳에 우선적으로 설치할 것이라고 안다는 밝혔습니다. 이 시설들은 구글 데이터센터 인근이나 동일한 전력망 내의 다른 곳에 설치될 수 있습니다. 양사는 계약 조건을 공개하지 않았습니다.
장기 에너지 저장에 창의적인 접근 방식을 적용해 보세요
이 모든 기대감은 에너지 돔(Energy Dome)이 7월에 완공한 사르디니아 오타나의 대규모 계통 연계형 발전소에 기반합니다. 이 발전소는 에너지 전환의 가장 큰 과제 중 하나인 8시간 이상 전력을 공급할 수 있는 계통 규모 에너지 저장 장치의 필요성을 해결하기 위해 건설되었습니다. 업계 용어로 장기 에너지 저장(LDES)이라고 불리는 이 개념은 재생 에너지의 가치를 극대화하는 데 핵심적인 역할을 합니다.
문제는 시중에 나와 있는 최고의 최신 대규모 에너지 저장 시스템(주로 리튬 이온 배터리)조차도 저장 시간이 4~8시간에 불과하다는 점입니다. 이는 밤새도록 전력을 공급하기에는 부족하고, 흐리고 바람이 없는 여러 날이나 에너지 수요가 최고조에 달하는 연중 가장 더운 주간에도 전력을 공급하기에는 턱없이 부족합니다.
지름이 서로 다른 대형 원통형 탱크들이 일렬로 늘어서 있는데, 각각의 탱크는 여러 층짜리 건물만큼 높다. 이산화탄소가 돔을 빠져나오면 압축, 냉각, 액체 상태로 환원되어 압력 용기에 저장됩니다. 에너지를 방출하기 위해서는 이 과정이 역순으로 진행됩니다. 액체 상태의 이산화탄소가 증발, 가열, 팽창된 후 터빈을 통과하면서 전기가 생산됩니다. (루이지 아반타지아토)
리튬 이온 배터리 시스템은 저장 용량과 사용 시간을 늘리기 위해 크기를 확대할 수 있지만, 일반적으로 그 정도 규모의 시스템은 경제성이 떨어집니다. 나트륨 기반, 철-공기, 바나듐 레독스 흐름 배터리 와 같은 다른 대규모 전력망용 배터리 화학 및 접근 방식이 개발 중입니다 . 그러나 에너지 밀도, 비용, 성능 저하 및 자금 조달의 어려움으로 인해 이러한 대안 개발에 난관이 놓여 있습니다.
연구자들은 또한 공기를 압축 하거나 , 블록 이나 모래 를 가열하거나 , 수소나 메탄올을 사용하거나 , 지하 깊은 곳의 물을 가압 하거나 , 심지어 무거운 물체를 공중에 매달았다가 떨어뜨리는 방식 으로 에너지를 저장하는 실험 을 해왔습니다. (LDES에 쏟는 창의력은 놀랍습니다.) 그러나 지질학적 제약, 경제적 타당성, 효율성 및 확장성 문제로 인해 이러한 전략의 상용화가 지연되어 왔습니다.
오랜 기간 검증된 대규모 에너지 저장 방식인 양수 발전은 고도가 다른 저수지 사이에서 물을 펌핑하여 에너지를 저장하는 방식으로, 수십 년 동안 지속 가능하며 수천 메가와트의 전력을 며칠 동안 저장할 수 있습니다. 하지만 이러한 시스템은 특정한 지형과 넓은 부지가 필요하며 건설에 최대 10년이 걸릴 수 있습니다.
이산화탄소 배터리는 다른 방식들이 충족하지 못하는 여러 장점을 가지고 있습니다. 양수발전소처럼 특수한 지형이 필요하지 않고, 전기화학 배터리나 다른 배터리처럼 핵심 광물 도 필요하지 않습니다. 이미 공급망이 구축된 부품을 사용하며, 수명은 리튬 이온 배터리 보다 거의 세 배나 깁니다 . 또한, 크기와 저장 용량을 늘리면 킬로와트시당 비용이 크게 절감됩니다. 에너지 돔(Energy Dome)은 자사의 LDES 솔루션이 리튬 이온 배터리보다 30% 저렴할 것으로 예상합니다.
중국 도 이 점에 주목했습니다. 중국 화뎬(China Huadian Corp.)과 둥팡전기(Dongfang Electric Corp.)는 중국 북서부 신장 지역에 이산화탄소 기반 에너지 저장 시설을 건설 중인 것으로 알려졌습니다. 언론 보도에는 돔 형태의 조감도가 공개되었지만 , 저장 용량은 100MW에서 1,000MW까지 다양하게 언급되고 있습니다. 해당 중국 기업들은 IEEE 스펙트럼 의 정보 요청 에 응답하지 않았습니다 .
구글은 왜 이산화탄소 배터리에 투자하는 걸까요?
지난 10월, 에너지 돔의 사르디니아 시설을 방문했을 때, 돔에서 이산화탄소가 막 배출된 상태여서 내부를 들여다볼 수 있었습니다. 거대하고 단색의 내부는 거의 텅 비어 있었습니다. 압축되지 않은 이산화탄소를 담고 있던 내부 막이 바닥 전체 에 걸쳐 무너져 내리고 있었습니다. 이산화탄소가 군데군데 남아 있어 옅은 흰색 막이 부분적으로 부풀어 오른 것처럼 보였습니다.
한편, 반투명한 외부 돔을 통해 일부 자연광이 들어와 광활한 공간을 은은한 빛으로 감쌌다. 구조적 틀이 없었기에 돔을 지탱하는 유일한 요소는 내부와 외부 공기압의 미미한 차이였다.
"정말 놀랍네요." 저는 에너지 돔의 글로벌 마케팅 및 커뮤니케이션 디렉터인 마리오 토르키오 가이드에게 말했습니다 .
"맞아요. 하지만 그건 물리학이죠."라고 그가 말했다.
돔 외부에는 구불구불한 파이프로 연결된 일련의 기계들이 돔 안의 이산화탄소를 압축 및 응축시키기 위해 밖으로 이동시킵니다 . 먼저 압축기가 이산화탄소를 1bar(100,000파스칼)에서 약 55bar(5,500,000파스칼)까지 가압합니다. 다음으로 열에너지 저장 시스템이 이산화탄소를 주변 온도까지 냉각합니다 . 그런 다음 응축기가 이산화탄소를 액체로 만들어 각각 스쿨버스 크기만 한 수십 개의 압력 용기에 저장합니다. 전체 과정은 약 10시간이 소요되며, 이 과정이 끝나면 배터리가 완전히 충전된 것으로 간주됩니다.
배터리를 방전시키려면 과정이 역순으로 진행됩니다. 액체 CO₂ 가 증발하고 가열된 후, 중압 증기 터빈과 유사한 가스 팽창 터빈으로 들어갑니다. 이 터빈은 동기 발전기를 구동하여 기계 에너지를 전력망에 공급할 전기 에너지로 변환합니다. 그 후, 가스는 상압 상태로 다시 돔 내부로 배출되어 다음 충전 단계를 기다리며 돔을 채웁니다.
안전모를 쓴 작업자들과 연결된 파이프 및 탱크들, 그리고 누비이불처럼 보이는 돔 외관이 배경으로 보인다. 에너지 돔 엔지니어들이 돔 내부의 이산화탄소(CO₂) 기체를 항상 최적의 건조 상태로 유지하는 건조 시스템을 점검하고 있습니다. (사진: 루이지 아반타지아토)
그리 복잡한 기술은 아닙니다. 하지만 누군가는 최초로 이를 조합하고 비용 효율적으로 구현하는 방법을 알아내야 했고, 스파다치니는 자신의 회사가 이를 해내고 특허까지 획득했다고 말합니다. "터보 기계를 밀봉하는 방식, 열에너지 저장 장치에 열을 저장하는 방식, 응축 후 열을 저장하는 방식 등을 통해 비용을 크게 절감하고 효율을 높일 수 있습니다."라고 그는 설명합니다.
이 회사는 배출물이나 대기에서 이산화탄소를 얻는 대신 순수하고 특수 제작된 이산화탄소를 사용합니다 . 배출물이나 대기에서 얻은 이산화탄소에는 불순물과 수분이 포함되어 있어 기계에 사용되는 강철을 손상시키기 때문입니다.
돔에 구멍이 뚫리면 어떻게 될까요?
단점으로는, 에너지 돔 시설은 비슷한 용량의 리튬 이온 배터리보다 약 두 배나 많은 부지를 차지한다는 점입니다. 또한, 꼭대기 높이가 스포츠 경기장만 하고 길이도 더 긴 돔 구조물 자체가 주변 경관과 어울리지 않아 지역 이기주의(NIMBY) 현상을 불러일으킬 수도 있습니다.
토네이도가 발생하면 어떻게 될까요? 스파다치니는 돔이 시속 160km의 강풍에도 견딜 수 있다고 말합니다. 에너지 돔이 악천후에 대한 반나절 사전 경보를 받을 수 있다면, 이산화탄소를 압축하여 탱크에 저장한 후 외부 돔을 수축시키면 된다고 그는 설명합니다.
최악의 경우 돔에 구멍이 뚫리면 2,000톤의 이산화탄소가 대기 중으로 배출될 것입니다. 이는 보잉 777 항공기 로 뉴욕과 런던을 왕복하는 약 15회 비행에서 발생하는 배출량과 맞먹는 양입니다 . 스파다치니는 "석탄 발전소에서 발생하는 배출량에 비하면 미미한 수준"이라고 말합니다. 그는 또한 공기가 맑아질 때까지 사람들이 70미터 이상 떨어져 있어야 한다고 덧붙였습니다.
위험을 감수할 만한 가치가 있을까요? 이러한 시스템을 구축하려는 기업들은 그렇다고 생각하는 것 같습니다.
![[구국의 길] 자유와혁신 SAVE KOREA, SAVE FREEDOM](https://blogger.googleusercontent.com/img/b/R29vZ2xl/AVvXsEgnTcmk3KJe-MJ1OUAJ1kDmpC2dSGsbLku1tWeW332JNPFXl_ueYwEKVALGm5m45OXb9bFwkNWPh7HjhC8z3-a0CxvRdvNREOArSjqYaduALNT2hmBkS1OL0wIBz25WaO-0PasneiJQIc_xz9FRo5hl6DjAxlii9KMKAgsKjAJyDsWjcItAiAeHi4Fh8uc/w72-h72-p-k-no-nu/USTR%20%EC%9A%94%EC%B2%AD%EC%9C%BC%EB%A1%9C%2018%EC%9D%BC%20%EC%B2%AB%20%EB%B9%84%EA%B3%B5%EA%B0%9C%20%ED%9A%8C_00002.jpg)
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