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'압축공기-양수 하이브리드 발전 시스템' 전기 수요지 인근 대규모 에너지저장시스템 '주목'
유희덕 기자    작성 : 2020년 06월 08일(월) 11:17    게시 : 2020년 06월 09일(화) 09:13
하이브리드 압축공기발전 시스템 개요도
정부의 제3차 에너지기본계획에 따라 재생에너지 비중을 30% 이상으로 높일 경우 예상되는 문제는 비용증가, 전기공급의 불안정성 등이다. 가격과 안정화 문제를 어떻게 해결할 것인지를 두고 전문가들 사이에도 의견이 팽팽하다. 에너지저장시스템(ESS)으로 전력공급 안정성 문제를 일부 해결할 수 있지만 문제는 비용이다. 한전 전력연구원(원장 김숙철)에서 에너지 저장을 위한 다양한 연구가 활발히 진행중이다. 비용과 안정화 문제를 해결할수 있는 방안의 하나로 논의되는 것이 양수다. 양수발전은 장기간 에너지 저장이 가능해 일단 장점이 충분하다. 국내에서 청평, 삼랑진 등 7기의 양수발전소가 이미 운용 중이며 정부는 향후 3기의 양수발전소를 추가로 건설할 계획이다. 양수발전은 야간에 상부저수지로 양수 저장하고 주간에 수차를 돌려 발전하는 방식으로 물의 위치에너지를 이용(h = 300 ~ 800m)한다. 최대 출력이 5000MW에 달하며 높은 효율과 (84%) 짧은 기동시간(3분 이내)으로 대용량 에너지 저장분야의 최적의 대안이 될 수 있다. 그러나 양수발전도 석탄, LNG 등 화석연료에 비해서는 발전단가가 비싸다.
발전 단가도 비교적 높은(500~4600$/kW) 반면 충분한 저수용량과 낙차를 확보하는 부지가 필요한데, 환경문제들이 걸림돌이 되면서 국내에서 더 이상의 부지를 찾기는 매우 어렵고 인·허가 및 건설기간이 과다(10년)하게 소요되는 단점이 있다. 현재는 환경문제는 물론 건설기간을 단축할 수 있는 다양한 기술들이 나오고 있다. 이중 압축공기 발전은 야간에 공기를 압축 저장하고 주간에 가스터빈을 돌려 발전하는 방식으로 고압의 공기압(70기압)을 이용한다. 미국, 독일 등 소수의 국가에서 소규모로 운용 중이다. 이 방식은 발전단가가 비교적 낮으며(500 ~ 1500$/kW), 운전방식이 비교적 단순한 장점이 있다. 반면 출력(300 MW 이하)과 효율이 비교적 낮고(25~40 %) 부하변동 대비 기능이 낮으며(기동시간 20분), 효율 향상을 위해 추가 가열하는 경우 온실가스가 배출돼 환경성 문제 때문에 일반화되지 못하고 있다.
현재 압축공기-양수 하이브리드 발전 시스템은 한전이 ‘KEPCO 2030’ 기술전략을 통해 신재생에너지, 청정 융복합 발전 등 8대 핵심 전략기술을 선정하고 출력 보정 기능한계와 이에 따른 계통사고의 가능성을 줄일수 있는 다양한 연구를 진행 중이다. 압축공기-양수 하이브리드 발전 <그림 참조> 은 야간 또는 전력 여유가 많은 시기에 공기를 압축 저장하고 주간 또는 전력의 여유가 없을 때 공기압을 가한 물로 수차를 돌려 발전하는 방식이다.
양수발전과 달리 높이차가 없이 압축된 공기의 운동에너지를 통해 높이차를 구현하며 높은 출력과 효율을 모두 향상시킬 수 있을 것으로 기대된다. 특히 발전에 필요한 시설을 지하화할 경우 부지 선정의 어려움을 해소하고 발전시설이 필요한 도심지 인근에도 대규모 에너지 저장시설의 설치가 가능할 것으로 판단된다.


유희덕 기자 yuhd@electimes.com        유희덕 기자의 다른 기사 보기

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