일본산업뉴스요약

재생에너지를 공기에 저장
풍력 및 태양광발전 보급을 지원

공기를 이용해 전기를 대량으로 저장하다. 이러한 아이디어를 살린 전기저장기술 개발이 추진되고 있다. 탱크나 지하 공동(空洞)에 전기로 공기를 압축시켜 주입, 필요할 때에 압력이 높은 공기를 추출해 발전기를 가동시키는 시스템이다. 자연의 공기를 사용하기 때문에 다른 저장기술에 비해 안전성과 내구성에서 우수하다. 남은 전력을 저장하는 방법으로 널리 이용된다면, 풍력발전 및 태양광발전 등의 재생에너지 보급을 지원해나갈 수 있을 것이다.

온천지로 유명한 시즈오카 현 이즈(伊豆)의 가와즈쵸(河津町). 4월, 해안의 시가지로부터 자동차로 약 20분 올라간 산기슭에 하얀색 거대한 탱크가 등장했다. 「슈」라는 작은 소리를 내며 가동되고 있다. 국내에서 최초로 본격적으로 설치된 공기를 통해 전기를 저장하는 장치이다.

탱크는 직경 2m, 높이 11m, 그 수는 52기이다. 탱크 옆에는 컨테이너 사이즈의 충전기(압축기)와 발전기가 나란히 서있다. 「압축공기 에너지 저장시스템」으로 불리는 이 장치는 에너지종합공학연구소와 신에너지∙산업기술종합개발기구(NEDO), 와세다 대학이 공동 설치했다.

전기를 저장하는 시스템은 간단하다. 송전선으로부터 전송된 전기로 압축기를 가동시켜 약 10기압으로 공기를 탱크에 주입. 전기가 필요할 때에는 탱크에 있는 고압 공기로 발전기를 돌린다. 공기 중의 산소를 이용해 발전하는 전기 배터리와도 다른 방법이다. 장치의 저장 능력은 약 천kW. 에너지종합공학연구소의 하스이케(蓮池) 이사는「실증실험을 통해 실용화해 재생에너지를 보급해나가고 싶다」라고 말한다.

재생에너지는 지구온난화 방지 효과를 얻을 수 있지만, 발전량이 날씨에 좌우되어 안정적이지 못하다. 발전된 전기를 그대로 송전선으로 전송할 경우, 공급과 수요의 균형이 깨져 정전을 일어날 우려가 있어, 우수한 저장기술에 대한 기대감은 높다.

실험에서는 가까운 도쿄전력∙동(東)이즈 풍력발전소와 송전선을 연결했다 풍력발전의 발전 능력은 약 만 8천kW. 장치를 가동시킬 때에는 일기예보 등을 통해 풍력의 발전량을 예측해, 발전량이 수요를 상회해 전력이 여유가 있을 것으로 예상되는 경우에는 장치를 가동해 저장한다. 그러나 반대로, 수요가 발전량을 상회해 전력이 부족할 것 같으면, 공기로 발전기를 가동시켜 전력을 전송한다. 2018년 말까지 실험을 계속해 성능을 평가해나갈 계획이다.

이번 장치는 고베 제강소(神戶製鋼所)가 자체 개발한 기술을 활용한 것이다. 자사제품을 통해 키워온 압축기 기술을 응용. 고베 시의 연구소에서 최대 출력 55kW의 소형 축전장치를 시작(試作)해, 작년에는 공기를 압축해 전력을 저장하는 기술의 실용 가능성을 높였다.

공기를 압축하거나, 팽창시킬 경우에는 공기의 온도가 상승 또는 하락해, 열기 및 냉기도 회수할 수 있다. 고베제강소의 사루타(猿田) 개발기획실장은「냉난방도 공급할 수 있는 이점이 있다」라고 강조한다. 고베제강소는「공압전지(空圧電池)」라고 이름 지어 상표로도 등록했다. 빠르면 내년에 주택 및 빌딩 밀집 지역을 위한 에너지공급 시스템으로의 실용화를 전망하고 있다.

다른 저장 기술과 비교해 본다면 어떨까? 공기에 의한 저장은 충∙방전 효율 및 비용 면에서는 열악하지만, 공기를 주성분으로 하기 때문에 수명은 20년 이상으로 길다. 리튬 이온전지와 같이 전해액을 사용하지 않아 안전성도 높다.

비용 면에서는 전력중앙연구소의 연구 결과가 있다. 전력중앙연구소는 1990년대, 쉬거나 폐지된 광산에 착안. 가미오카(神岡)광산(기후 현)에서의 실험을 통해, 공동에 물을 주입한 후, 공기를 넣어 그 수압으로 전력을 저장할 수 있는 가능성에 대해 알게 되었다. 물을 끌어올려 전력을 저장하는 양수발전과 같은 수준의 비용으로 만들 수 있다는 전망도 얻었다.

실제로, 해외에서는 약 30년 전부터 공기에 의한 저장이 시행되고 있다. 독일의 프랑크푸르트발전소에서는 1978년부터 야간의 원자력발전소의 남은 전력을 저장하기 시작했다. 1991년에는 미국의 석탄화력발전소에서도 같은 방식이 도입되었다. 양쪽 모두 공기만이 아닌, 가스터빈 발전기를 조합해 가동한 것이었다.

최근의 실용화 사례도 유럽과 미국에서 나타나고 있다. 캐나다의 전력벤처기업, Hydrostor사는 바다에 가라앉힌 풍선을 압축 공기를 주입해 팽창시키는 기술을 개발. 토론토 교외에서 출력 700kW의 설비를 가동시켰다. 지하 공동에 저수지를 만들어 파이프로 공기를 주입해 지하의 압력으로 압축하는 기술의 상용화도 검토하고 있다.

독일의 전력업체 RWE사는 독일에 많이 있는 암염 광산에 착안했다. 더 이상 채굴을 하지 않는 광산의 공동에 지상에서 파이프를 삽입, 공기를 주입하는 방법을 개발했다. 연방정부의 보조금으로 설비 가동을 계획하고 있다. 「전력저장기술은 온난화 대책의 핵심이다」라고 독일의 경제에너지청 담당자는 말한다.

탈(脫)원전발전소를 추진하고 있는 독일에게 재생에너지와 그 보급으로 이어지는 저장기술은 자동차의 두 바퀴와 같다고 말할 수 있다. 이 두 산업을 육성해 다른 나라에 수출하려는 전략도 엿보인다.

재생에너지의 보급으로 전력저장기술의 개발 경쟁은 심화되고 있다. 지금까지 개발된 기술은 저마다 장단점이 있지만, 절차탁마(切磋琢磨)하면서 새로운 시장을 개척해나갈 수 있길 기대한다.

《키워드》
전력저장기술
대용량 전력용 개발 가속화

전력저장은 말 그대로 전력을 저장하는 기술이다. 가장 흔한 건전지와 같은 소형 제품부터 자동차 등의 배터리, 전력회사 및 병원 등이 사용하는 대형 설비까지 그 용도가 다양하다.

최근에는 재생에너지 보급으로, 대용량 전력의 저장기술 개발이 가속화되고 있다.  그 중, 오랜 기간 실적을 쌓아온 것이 납축전지이다. 안정성이 있어 긴 기간 대표적 기술로 이용되어 왔다. 전기로 물을 퍼올려 저장하는 양수발전은 국내에서는 주로 야간에 전력이 남는 원자력발전소에 이용되어 왔다.

휴대전화에 사용되는 리튬 이온전지도 유력. 소형이고 성능도 우수해 송전용으로 도호쿠(東北)전력이 도입했다. 신기술로는 산화환원 반응을 활용한 레독스플로전지(RFB)도 개발 중이다.

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