저장시간 길고 대용량 가능한 ‘액화공기저장기술’ 등 검토
대규모 신재생단지 활성화 기대

한전 전력연구원(원장 김숙철)이 효율적이고 신속한 연구성과 창출을 위해 융복합프로젝트 연구소를 신설했다. 이 연구소는 자산관리시스템 연구팀, 신재생연계연구팀, 로봇드론 연구팀, 장주기 ESS 연구팀, 유연운전연구팀 등 5개 연구팀으로 구성됐다.

미래 전력산업을 이끌 새로운 기술에 대한 연구 성과를 높이기 위해 프로젝트 연구팀당 평균 3개 기술 분야의 핵심 멤버로 구성되며 조직운영에 있어서도 자율권을 부여해 탄력적 운영이 가능토록했다.

현재 R&D를 진행하는 분야 중 눈에 띄는 것은 ‘GW급 장주기 에너지저장시스템’ 이다. 산업부는 서남해 해상풍력 (2.4GW)을 비롯해 2020년 현재 태양광 풍력 프로젝트 37개(1.4GW) 준공 및 32개(2.3GW) 착공 등 신재생에너지 확대를 추진 중이다.

하지만 시간, 날씨, 계절에 따라 발전 출력이 일정하지 않은 신재생에너지는 예측부하에 맞게 발전량을 조절해 주파수를 안정화 시키는 것과 예비전력 확보가 어려운 단점으로 효율적인 계통 운영과 전력 품질 유지 관리를 위해서는 ESS가 동반돼야 한다.

신재생에너지의 출력 변동 보조 및 예비력 가용자원 제공 기능을 담당할 수 있는 에너지저장 기술은 에너지의 저장매체와 저장시간에 따라 분류할 수 있다.

ESS는 기계, 열, 화학적 저장방식으로 분류된다. 에너지 저장시간은 순간적으로 변동하는 전력 품질을 일정하게 유지하기 위해 빠른 출력으로 대응하는 리튬이온전지 등의 단주기 에너지저장 기술과 수 시간 이상의 충방전 시간과 대용량 단위저장 용량을 가지는 레독스흐름전지, 양수발전 등의 장주기 기술로 구분할 수 있다.

현재 국내외에서 개발되는 대용량 장주기 에너지저장기술중 하나인 공기액화저장기술 (LAES; Liquid Air Energy Storage)은 –196℃ 극저온 상태로 전력에너지를 저장하는 기술이다. 잉여 전력과 열을 활용해 냉각, 액화시킨 공기를 진공 단열탱크에 저장 후, 전력이 필요할 때 액화 공기를 가압, 기화, 팽창시켜 다시 전력으로 변환하는 발전 기술이다.

LAES는 공기 액화 및 발전시 오염물질의 배출이 없고 에너지밀도가 높아 타 대용량 에너지저장 기술의 동일용량 대비 설치공간이 작으며 설치 위치의 제약이 낮은 장점, 그리고 공기를 액화하기 때문에 설치 및 유지비용이 높고 LNG 냉열, 발전소 및 공장의 폐열을 활용해 효율 향상이 필요한 단점을 갖고 있다

LAES는 영국 뉴캐슬대학에서 압축공기 에너지저장 시스템의 대안으로 처음 제안했다. 1998년 미쯔비시에서 액체공기로부터 압축공기를 생성해 가스터빈에 공급해 발전 하는 형태로 구현됐다. 이후 영국의 Highview Power사가 2011년부터 2014년까지 런던의 ‘슬라우 히트 앤 파워’의 80MW급 바이오매스 발전소에 350kW/2.5MWh LAES급의 실증설비를 적용 필요한 기준과 검사를 통과해 시험운전에 성공했다.

이후 Highview Power사 는 영국 정부의 800만 파운드의 자금 지원을 받아 맨체스터의 필스워스 매립지 시설의 ‘viridor’ 매립지 가스 생산 시설에 적용한 5MW급 실증 설비를 공개했다.

Highview Power社 에 따르면 LAES 기술의 경제성은 200MW급 LAES의경우 LCOE(균등화비용)가 $155/MW면 충분할 것으로 예측했다.

국내는 에기평에서 수행한 폐열과 냉열 활용이 불가능한 곳에서 활용이 가능한 37MW급 LAES의 균등화 발전비용 (LCOE)으로 $317/MWh을 산정했다.

LAES 관련 전문가들은 인접 시설과의 효과적인 열 통합 및 이용시 에너지저장효율 (Round-Trip Efficiency)을 50~62%로 예상하고 있지만, 현재 상업적 규모로는 입증되지 않았으며 투자비 등을 고려한 경제성을 확보하기 위해서는 최소 10~20MWe의 발전용량을 가진 시스템 구축이 필요할 것으로 전망했다.

전력연구원 관계자는 “대규모 신재생단지 건설은 송전선로의 부하 경감을 위한 대용량 에너지저장 기술 확보가 동반돼야 한다”며 “ 액화공기저장기술은 긴 저장시간 (10시간 초과 저장) 및 지리적 제한의 상황에 적합한 대용량 에너지저장 기술로 향후 신재생 설비의 간헐적 전력 생산 특성을 극복하고 전력수요 피크 완화 및 수요 저감을 보상해 전력망 안정성의 증대를 가져올 것으로 기대된다”고 설명했다.