재생 가능 에너지에 관해 아무도 미리 알려주지 않는 사실은 다음과 같습니다. 밤에는 태양이 빛나지 않고 바람도 예정대로 불지 않습니다. 당연한 것 같죠? 하지만 이 단순한 사실은 사실 전체 에너지 전환에 있어서 가장 큰 골칫거리 중 하나입니다.
생각해 보세요. 휴대전화 배터리가 최악의 순간에 방전됩니다.-보통 새벽 2시에 Uber에 전화를 걸려고 할 때입니다. 이제 그 문제를 상상해 보십시오. 그러나 그것은 전체 전력망입니다. 이것이 바로 우리가 저장장치가 없는 재생에너지에 대해 이야기할 때 다루는 내용입니다.
불일치 문제
태양광 패널은 해가 뜰 때 전기를 생산합니다. 최대 생산? 보통 정오쯤. 그러면 대부분의 사람들은 실제로 언제 전기가 필요합니까? 이른 아침에는 모두가 커피를 만들고 출근 준비를 하고, 저녁에는 집에 돌아와 저녁 요리를 하고, 불을 켜고, TV를 시청합니다. 곡선이 전혀 일치하지 않습니다.
바람에는 그 나름의 특징이 있습니다. 때로는 너무 많은 것을 얻습니다(실제로 풍력 발전소를 폐쇄해야 하는 경우도 있습니다.너무 많이전기가 생성되고 있음) 때로는 거의 아무것도 발생하지 않습니다. 텍사스 일부 지역에서는 풍력 발전이 거의 없는 상태에서 같은 주에 주의 전력 수요의 60% 이상을 공급할 수 있습니다.
여기서 에너지 저장 장치가 필요합니다. 이는 기본적으로 완충 장치입니다.-전기가 많을 때 전기를 확보하고 나중에 실제로 필요할 때를 위해 저장해 두는 방법입니다.
에너지 저장으로 정확히 간주되는 것은 무엇입니까?
이 용어는 예상보다 훨씬 더 많은 분야를 다루고 있습니다. 누구나 즉시 "배터리"를 생각하며, 확실히 그것이 큰 부분을 차지합니다. 그러나 재생 에너지를 위한 에너지 저장에는 몇 가지 다른 접근 방식이 포함됩니다.
양수 수력 발전 저장어쨌든 1890년대부터{0}}영원히 존재해 왔습니다. 개념은 매우 간단합니다. 전력이 남아돌면 이를 사용하여 언덕 위 저수지로 물을 펌핑하는 것입니다. 전력이 필요할 때 물이 터빈을 통해 다시 흘러내리도록 하세요. 이는 여전히 전 세계적으로 가장 일반적인 형태의 그리드-규모 스토리지로 전체 유틸리티-규모 에너지 스토리지의 약 95%를 차지합니다. 단점은? 적절한 지리-산, 계곡, 많은 물이 필요합니다. 캔자스에서는 이것들 중 하나를 정확하게 지을 수 없습니다.
배터리 시스템모든 헤드라인을 장식하는 것은 새로운 아이들입니다. 리튬-이온이 현재 지배적인 이유는 전기 자동차 붐으로 인해 비용이 크게 절감되었기 때문입니다. 2010년에서 2023년 사이에 배터리 비용은 약 90% 감소했습니다. 그건 미친 짓이야. 그러나 개발 중인-나트륨-이온 배터리(리튬 대신 소금 사용), 흐름 배터리(에너지 저장 액체가 탱크에 보관되어 필요에 따라 펌핑되는 흐름 배터리), 기본적으로 대기에서 산소를 '호흡'하는 철-공기 배터리에도 대안이 있습니다.
압축 공기 에너지 저장펌핑 수력과 비슷하지만 물 대신 공기를 사용합니다. 전기가 저렴할 때는 공기를 압축하여 지하 동굴에 저장했다가 필요할 때 터빈을 통해 방출합니다. 아직 주변에 이런 것들이 많지는 않지만 잠재력은 있습니다.
축열식전기를 직접 저장하지 않고-열이나 냉기를 저장한다는 점에서 흥미롭습니다. 집광형 태양광 발전소는 때때로 용융염을 사용하여 태양으로부터의 열 에너지를 저장합니다. 소금은 해가 진 후에도 몇 시간 동안 증기를 생성하고 터빈을 구동할 수 있을 만큼 충분히 뜨거운 상태(섭씨 500+도)를 유지합니다. 전기 요금이 저렴한 밤에 얼음을 만들어 더운 오후에 건물 냉각에 사용하는 시스템도 있습니다.
플라이휠, 슈퍼커패시터, 수소-목록은 계속됩니다. 각 기술에는 저장해야 하는 에너지의 양, 저장해야 하는 기간, 방전해야 하는 속도에 따라 최적의 지점이 있습니다.
그것이 중요한 이유(당연한 것 이상)
에너지 저장은 해가 졌을 때 불을 켜두는 것만이 아닙니다. 실제로 여러 가지 문제를 한 번에 해결합니다.
전력망 안정성은 유틸리티 기업이 가장 중요하게 생각하는 부분입니다. 전력망은 매 순간 공급과 수요 사이의 정확한 균형을 유지해야 합니다. 공급이 너무 많으면 주파수가 상승합니다. 너무 적으면 떨어집니다. 어느 쪽이든 장비에 나쁜 일이 발생합니다. 스토리지 시스템은 이러한 균형을 유지하는 데 도움이 되도록 밀리초 내에 응답할 수 있습니다. 호주의 일부 배터리 설치는 실제로 기존 발전소보다 더 빠르게 그리드를 안정화하는 능력으로 유명해졌습니다.
다음은 경제적인 측면입니다. 전기 가격은 하루 종일-때때로 크게 변동합니다. 재생 가능 에너지가 많은 곳에서는 햇볕이 잘 들거나 바람이 많이 부는 기간에는 전력망이 처리할 수 있는 것보다 더 많은 전기가 생산되기 때문에 실제로 가격이 마이너스가 될 수 있습니다. 스토리지를 사용하면 전기가 저렴하거나 풍부할 때 전력을 구매(또는 생산)하고 가격이 급등할 때 다시 판매할 수 있습니다. 이를 차익거래라고 하며 실제 비즈니스 모델이 되고 있습니다.
외딴 지역사회나 섬의 경우 재생 에너지와 결합된 저장 장치는 디젤 발전기로부터의 독립을 의미할 수 있습니다. 디젤은 운송 비용이 많이 들고 시끄럽고 오염이 심하며 지속적인 유지 관리가 필요합니다. 태양광-+-배터리 시스템은 초기 비용이 높을 수 있지만 연료는 영원히 무료입니다.
규모의 질문
에너지 저장에 있어서 까다로운 점 중 하나는 한 가지 크기가 모든 사람에게 적합하지 않다는 것입니다.
가장 작은 규모로 보면 옥상 태양광 발전 장치가 있고 차고에 배터리가 있는 개인 주택이 있습니다. -어쩌면 10-15kWh의 저장 공간이 있어 밤새도록 사용하거나 정전 중에 백업을 제공하기에 충분합니다. Tesla의 Powerwall이 아마도 가장 유명한 예일 것입니다. 그러나 현재 수십 개의 경쟁자가 있습니다.
커뮤니티 수준으로 올라가면 이웃이나 작은 마을에 몇 메가와트{0}}시간의 서비스를 제공할 수 있습니다.
그런 다음 실제로 대규모 유틸리티-규모의 설치를 진행하게 됩니다. 캘리포니아에 있는 Moss Landing 배터리 시설의 용량은 3,000메가와트-시간입니다. 관점에서 보면, 이는 약 225,000가구에 4시간 동안 전력을 공급하기에 충분합니다. 그리고 그들은 그것을 계속 확장하고 있습니다.
용량만큼 지속시간도 중요합니다. 배터리는 몇 시간 동안 에너지를 저장하는 데 적합합니다.-이를 '단기간 저장'이라고 합니다. 하지만 계절별 저장은 어떻습니까? 여름에 남는 태양광 발전을 아껴 겨울에 사용하고 싶다면? 이를 위해서는 완전히 다른 기술이 필요하며 솔직히 아직 이에 대한 훌륭한 솔루션이 없습니다. 수소는 하나의 가능성이지만 비용이 많이 들고 비효율적입니다.
실제-세계의 과제
비용은 훨씬 나아졌음에도 불구하고 여전히 가장 큰 과제입니다. 대용량 배터리 설치 비용은 용량 시간당 $300-400킬로와트-가 들 수 있습니다. 많이 줄어들었지만 유틸리티 규모에 관해 이야기할 때 여전히 비용이 많이 듭니다. 그리고 배터리는 시간이 지남에 따라 성능이 저하됩니다. 영원히 지속되지는 않습니다.
자재 공급망 문제도 있습니다. 리튬, 코발트, 니켈-채굴 작업이 감당할 수 있는 것보다 수요가 더 빠르게 증가하고 있습니다. 그리고 이러한 물질 중 상당수는 노동 관행이나 환경 기준이 의심스러운 곳에서 나옵니다. 업계에서는 대안을 찾거나 더 나은 재활용 방법을 개발하기 위해 경쟁하고 있습니다.
허가와 규제도 악몽이 될 수 있습니다. 에너지 저장은 매우 새로운 기술이기 때문에 이러한 시스템을 그리드에 연결하는 방법, 이를 소유할 수 있는 사람, 보상 방법에 대한 명확한 규칙이 없는 곳이 많습니다. 일부 유틸리티에서는 스토리지를 비즈니스 모델에 대한 위협으로 보고 다른 유틸리티에서는 이를 수용합니다.
다음으로는 에너지 전환 손실이라는 간단한 물리학 문제가 있습니다. 배터리를 충전하면 일부 에너지가 열로 손실됩니다. 방전하면 더 많은 것을 잃게 됩니다. 왕복-효율은 리튬 이온 배터리의 경우 85-90%로 상당히 양호하지만 여전히 에너지의 10~15%가 손실된다는 의미입니다. 일부 다른 스토리지 기술의 경우 손실이 훨씬 더 높습니다.
일이 어디로 향하고 있는지
에너지 저장의 추진력은 현실입니다. 글로벌 설치가 기하급수적으로 증가하고 있습니다. 2023년 한 해에만 전 세계적으로 배터리 저장 용량이 50기가와트 정도 추가되었습니다.-전년의 두 배입니다.
우리는 예상치 못한 곳에서 혁신을 목격하고 있습니다. 자동차 배터리는 더 이상 차량에 적합하지 않게 된 후 고정식 저장 장치로 제2의 수명을 얻고 있습니다. 차량-투-그리드 기술이 개발 중입니다. 여기서 전기 자동차는 필요할 때 실제로 전력을 그리드에 다시 공급할 수 있습니다(자동차는 기본적으로 바퀴 달린 배터리가 됩니다).
장기-저장이 차세대 개척 분야입니다. 중력 블록을 사용한 에너지 저장, 수중 압축 공기 저장, 액체 공기 에너지 저장 등{2}}기발한 아이디어가 많이 있습니다. 이들 중 일부는 작동하고 대부분은 작동하지 않지만 실험이 진행 중입니다.
비용이 감소하고 더 많은 장소에서 탄소 배출에 가격을 책정함에 따라 경제는 계속 개선됩니다. 일부 시장에서는 보조금 없이도 스토리지가 이미 경쟁력을 갖추고 있습니다. 5년 전만 해도 그렇지 않았습니다.
결론
에너지 저장 장치는 단지{0}}재생 가능한 에너지를 위한 액세서리가 아닌-전체적인 전환을 가능하게 하는 장치가 되고 있습니다. 저장 장치가 없으면 전력망이 불안정해질 때까지 태양광과 풍력을 너무 많이 추가할 수 있습니다. 수납공간이 있으면 천장이 훨씬 더 높아집니다.
우리는 아직 초기 단계에 있습니다. 기술은 빠르게 발전하고 있으며 비용은 낮아지고 있으며 우리는 항상 새로운 애플리케이션을 모색하고 있습니다. 그러나 기본적인 가치 제안은 분명합니다. 저장은 간헐적인 재생 가능 에너지를 안정적이고 파견 가능한 전력으로 전환한다는 것입니다. 그리고 그것은 모든 것을 변화시킵니다.
앞으로 10년은 정말 흥미로울 것입니다. 값싼 재생 에너지와 점점 더 저렴해지는 저장 장치의 결합은 이미 전 세계 전력 시장을 혼란에 빠뜨리고 있습니다. 5년 전에는 화석 연료에 100% 의존했던 장소들이 이제 특정 날에는 정기적으로 50%, 60%, 심지어 70%의 재생 가능 에너지를 사용하고 있습니다. 얼마 전까지만 해도 그것은 불가능해 보였습니다.
기술, 경제, 규제 측면에서 -아직 해야 할 일이 많이 남아 있습니다. 하지만 그 궤도는 꽤 명확하다. 재생 가능 시스템을 위한 에너지 저장은 단순한 미래가 아닙니다. 빠르게 현재가 되어가고 있습니다.