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에너지 저장은 확대되고 있는 재생에너지의 채택을 위해 필수조건으로 인지되어 왔으나 가격이 높아 현실적으로 이루어지지 못하고 있다. 최근에 몇 가지 프로젝트가 연계되고 있다. 그리드 규모의 에너지 저장은 배터리, 플라이 휠 및 압축공기 시스템이 화석연료 발전소로부터 “회전 보관소”와 같은 효율을 가지고 주파수와 부가적인 서비스를 조절할 수 있다는 것이 입증되면서 발전의 기틀을 얻고 있다. “우리는 사람들이 저장은 황금 시간대를 위한 준비가 되어 있지 않지만 우리는 이미 20 메가와트 저장 발전소를 전국에 세우고 있다.”라고 전기저장학회의 행정책임자인 Brad Roberts는 말한다.
재생에너지가 그리드에 연계될수록 발전기와 독립적인 시스템 작업자는 태양 및 풍력의 간헐대 시간에 백업과 조절이 가능한 새로운 저장 시스템을 찾고 있다. “우리는 우리 산업계에서 조절 설비와 상업적인 사업성 면에서 모두 큰 변화를 줄 수 있는 잠재력을 가진 배터리 저장에 큰 관심을 가지고 있다.”라고 풍력 농장에서 1,000 메가 와트 이상을 가동하고 있는 듀크 에너지(Duke Energy)의 대변인인 Greg Efthimiou는 말한다. 듀크 에너지는 국가에서 가장 큰 배터리 저장 시스템, 36 메가 와트 단위로 153 메가 와트 Notrees 풍력 프로젝트를 수행하고 있다. 이 시스템은 주파수를 조절하고 과도한 에너지를 피크 수요시간에 사용하기 위해 저장한다. 텍사스에서는 거의 11,000 메가 와트 발전이 풍력 농장에서 얻어지고 있으며 그리드 가동자인 텍사스 전기신뢰협회(Electric Reliability Council of Texas)는 풍력 발전이 변화면서 주파수가 높아지거나 낮아지는 경우에 대비하여 스팀 석탄 발전기와 가스 발전기를 상시 준비하고 있다. Notrees 배터리 시스템은 미국에너지부가 2,200만 불을 지원하였으며 듀크 에너지로부터 매칭 자금을 받았다.
투자, 전략 획득
1억 5800만 불이 에너지부가 저장연구를 위한 초기 자금으로, 그리고 배터리, 압축공기, 플라이 휠 및 다른 시스템을 위한 투자들에 7억 8000만 불이 배정되었다고 ESA의 Roberts는 말한다. 저장산업은 보다 이 분야가 더 활성화되기 위해 ITC의 설립을 요구하고 있다. 9월에 Assembly Bill No. 2514의 통과에 의해 캘리포니아는 에너지 저장을 위한 포트폴리오 기준을 개발하는 과정을 시작하였다. 저장기술은 2분기에 벤처 자금 1억 5,030만 불을 이끌어냈다고 Ernst & Young에서 발표하였다. 일반적인 압축은 가장 큰 금액인 5450만 불을 받았다. 회사는 독특한 열전달 기술로 지하 동굴에 공기를 압축하는 General Compression Advanced Energy Storage (GCAES)을 사용할 계획을 가지고 있다. 투자자들은 ConocoPhillips, US Renewables Group, Duke Energy 및 Serious Change L.P.이다.
지하에 공기를 압축하는 것은 100 메가 와트 이상의 저장에는 잠재성이 있으나 세계에서 오직 두 개의 프로젝트 만이 운영되고 있다. 1978년에 독일 Huntorf에 세워진 290 메가 와트 설비와 1991년에 McIntosh, AL에 세워진 110 메가 와트 설비이다. 7월에 아이오아 사무국과 에너지부 scrapped the Iowa Stored Energy Park은 석회석 동굴 3,000 피트 지하에 270 메가 와트 풍력에너지를 저장하려는 시설을 계획하였다. 이 연구는 현지의 지형학에서 공기 투입에 대한 한계를 보여주었다.
CAES 승자와 패자
압축 공기 에너지 저장(Compressed Air Energy Storage: CAES)은 인간이 마든, 지상의 저장 탱크를 사용하여 에너지부의 자금을 이끌어 내고 있다. Startup SustainX 회사는 AES 에너지 저장과 함께 작업하여 1시간, 4-메가와트 저장 시스템을 증명하고 있다. SustainX는 Thayer School of Engineering at Dartmouth College의 기술자에 의해 2007년에 설립되었으며 에너지부에서 539만 불을 지원받았다. 아리조나 대학에 있는 아리조나 태양연구원(The Arizona Research Institute for Solar Energy: azRISE)은 3년 동안 압축공기 저장시스템을 개발하고 있다. 에너지부 자금은 azRISE이 10 킬로 와트 입증 개념의 프로토 타입의 개발을 가능하게 해주며 이는 이후에 1.6 메가 와트의 태양발전소와 그리드로 연계될 것이다. 태양발전소의 개발자인 SOLON Corp.은 azRISE 및 Tucson Electric Power (TEP)과 협력하여 리튬 이온 배터리를 포함하여 다양한 저장 프로젝트를 증명하고 있다. “우리는 보다 많은 태양 에너지를 통합하여 우리의 시설 소비자들이 저장을 통제하기를 원한다. 우리의 궁극적인 목표는 재생에너지 공장을 실행가능한 에너지를 가진 기존 발전소와 같이 하는 것이다.”라고 SOLON의 연구개발 책임자인 Bill Richardson은 말한다.
azRISE 책임자인 Joseph Simmons는 특히 배터리의 경우에 저장 가격이 높지만 대기 중인 저장 용기를 사용하고 100 킬로 와트까지 저장능력을 가진 “중간 크기”의 압축공기 시스템에서 돌파구가 얻어질 수 있다고 말한다. 연구소의 개념은 지하에 묻힌 코일로 된 천연가스 파이프라인에 의해 1 메가 와트까지 확대될 수 있다고 말한다. “나는 배터리를 좋아하지만 너무 비싸다. 우리는 배터리와 압축 공기 저장의 조합에서 보다 많은 것을 얻을 수 있다고 생각한다.”라고 Simmons는 말한다. 열 전달은 공기가 압축되는 동안에 따뜻해지고 확대되는 동안에 냉각되기 때문에 압축 공기 저장과 연계되어 있는 또 다른 문제이다. azRISE 시스템은 압축할 때 열을 제거하고 액체로 저장한다. 시스템은 확장기로 들어가기 전에 압축 공기로 열이 돌아갈 때 전기를 회복하게 된다. SustainX는 수력 실린더에서 공기를 회전시켜 등온 시스템을 사용하여 열을 조절한다.
높은 가격
최근 3년 동안에 저장 산업은 작은 프로토타입에서 수익을 발생하는 회사 규모로 빠르게 성장하였다고 Roberts는 말한다. 현재 배터리 기술은 재생에너지가 필요한 양으로 저장될 수 있고 다시 사용될 수 있게 해주고 있다. 반면에 수익은 부가적인 서비스에 의해 한계를 가진다. 4360만 불에서 36 메가 와트 Notrees 시스템은 킬로 와트 당 1,211 불이 되며 다른 것들은 400불로 내려간다. “그러나 가격은 아직 시장에서 너무 높다.”라고 MIT 재료화학과 교수인 Donald R. Sadoway는 말한다. 첨단 배터리 시스템은 리튬이온 혹은 나트륨-황(sulfur-sodium: NaS) 전지이다. 이들 기술들을 이용한 수 메가 와트 저장 시스템은 수천 개의 전지를 연결하여 얻게 된다.
Sadoway 공동 설립회사인 Liquid Metal Battery 회사는 피자 상자 크기의 전력전지를 액체 금속과 용융염으로 제조하였다. Sadoway는 변화하고 가격 효과적인 전력 저장 설비를 제공하기 위해 이들 전지들을 축적하고 있다. “정부의 보조금 없이 재생에너지에서 장기저장에 주요원으로 사용되기 위해서는 저장은 킬로 와트 당 200불 미만이 되어야 한다.”라고 그는 말한다. 구가 에너지 저장의 20 기가 와트를 맡고 있는 Pumped-hydro는 1000 메가 와트 저장 시스템을 킬로 와트-시간 당 100불에 제공하고 있다고 뉴욕 타임지는 말한다. 이는 10억 불 이상이 되는 큰 저장고를 필요로 하며 이상적인 지형과 풍부한 물 자원을 가지고 건축하는데 수 년이 걸린다. Sadoway의 회사는 690만 불을 Advanced Research Projects Agency-Energy (ARPA-E)로 받았으며 기초 자금을 오일 회사이며 마이크로소프트 공동 설립자 빌게이츠인Total에서도 받았다. Sadoway는 배터리 크기는 기존 전지보다 전지 당 존재하는 액체 양이 많아지면 그리드 규모의 저장용량으로 확대될 것이라고 말한다.
인기 있는 리튬 이온
“우리는 각 프로젝트의 규모를 키우면서 가격이 저하되는 것을 보기 시작하였다.”라고 AES 에너지 저장 부회장인 John Zahurancik는 말한다. AES Energy Storage은 서부 버지니아 라우렐 산의 풍력 농장100 메가 와트를 조절하기 위해 32 메가 와트 리튬 이온 저장 시스템을 설치하고 있다. 2007년에 설립된 이후에 AES 에너지 저장은 32 메가 와트의 저장 이상을 완결하였으며 파이프 내에 500 메가 와트를 설치할 것을 요청하고 있다. “우리는 상업용 규모의 저장을 증명하기 시작하였다.”라고 Zahurancik는 말한다.
저장은 모회사 AES 와 세계에 132개의 발전소에는 매력적이다. 왜냐하면 피크 시간 대에 연료 없이 발전을 할 수 있기 때문이라고 Zahurancik는 말한다. 대형 규모의 배터리 저장은 아직 여러 해에 걸쳐 더 연구가 되어야 하며 수익은 부가적인 서비스에 제한된다. ESA와 미국 풍력 에너지 협회는 배출 없는 저장과 통제를 위한 프리미엄을 인지하는 시장을 만들기 위해 전기 판매를 예견하는 시설 통제자를 로비하고 있다. 몇 가지 시스템은 보조적인 서비스 외부에서 성장하고 있다. AES는 칠레 북부에 15분 동안 20 메가 와트 스핀 보유를 할 수 있는 A123 Systems 시스템 단위를 설치하고 있다. “우리는 실험실 밖으로 나가 대형 생산 시설로 움직여 가고 있다.”라고 A123 시스템의 에너지 솔루션 그룹 판매부 부회장인 Chris Campbell은 말한다. A123 시스템스 유럽 소비자들은 100-500 메가 와트 시간 저장 시스템에 관심이 많은데 이 규모는 깨끗한 공기를 유지하고자 하는 목표에 부합되는 규모이다. 배터리 저장 장비는 앞으로 3년 이내에 피크 사용을 위한 야간 풍력 에너지를 이송할 수 있는 2-4 시간의 자장을 제공할 수 있을 것이라고 Zahurancik는 말한다. “우리는 이미 우리 시장이 풍력 및 태양광 시장과 같이 성장하는 것을 보고 있다.”라고 그는 말한다.
출처 : http://www.renewableenergyworld.com/rea/news/article/2011/08/energy-storage...
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