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대용량 저장 시스템, 카르노 배터리 어디까지 왔나? 기계·로봇 연구정보센터, 웨비나 개최 김용준 기자입력 2020-07-08 13:53:18

지난 7월 7일(화) 기계·로봇 연구정보센터에서 주최한 온라인 세미나에서 ‘대용량 장주기 에너지 저장을 위한 카르노 배터리 연구동향’이라는 주제로 발표가 진행됐다. 본 행사는 한국에너지기술연구원에서 연구를 진행하고 있는 차세대 대용량 저장 시스템인 카르노 배터리에 관한 전반적인 설명과 현재까지의 기술 동향을 파악할 수 있도록 관련 정보를 제공했다. 

 

카르노 배터리 운영 모식도(사진. 한국에너지기술연구원)

 

지난 7월 7일(화) 기계·로봇 연구정보센터에서 ‘대용량 장주기 에너지 저장을 위한 카르노 배터리 연구동향’이라는 주제로 온라인 세미나(이하 웨비나)가 개최됐다. 본 웨비나에서는 최근 그린 뉴딜 정책에 힘입어 성장 곡선을 타고 있는 대체 에너지자원의 저장장치인 카르노 배터리에 관한 개념과 발전 동향을 소개했다.


최근 세계적으로 주목을 받고 있는 신재생에너지는 기후에 따른 변동성 때문에 전력 수급이 불안정하다는 단점이 있다. 또한 이렇게 수급된 전력이 특정 요인으로 인해 과도하게 생성이 될 경우, 전력을 폐기시키는 등 효율적이지 못한 운영을 하고 있다. 실제로 영국에서 발생한 블랙아웃 현상은 풍력 시설의 정전으로 인한 사고로, 당시 재생에너지 비중이 28%까지 높아졌음에도 안정적인 전력운영을 하지 못했기 때문에 발생한 사례이다. 아울러 각광받던 ESS 역시 연이어 발생한 화재사고로 인해 비폭발, 비독성의 저장기술이 필요하다는 숙제가 남아있기 때문에 이를 대체할 대용량 에너지 저장 장치의 필요성이 증대되고 있다.


카르노 배터리는 저온의 열을 히트펌프를 활용해 고온으로 상승시켜 저장하고 파워사이클을 이용해 필요시 전력으로 변환해 사용하는 방식으로 수백㎿의 전기를 저장할 수 있으며 10시간 이상 방전도 가능해 전력 운영면에서 효율적으로 개선할 수 있는 대용량 에너지 저장 장치이다. 


웨비나의 발표를 맡은 한국에너지기술연구원 정병규 박사는 “최근 우리나라 정부는 2030년까지 신재생전력원을 63.8GW로 확대하겠다고 밝혔고 2040년까지 재생에너지 비율을 30~35%로 증폭하겠다는 목표를 설정했다”라며 “대규모 신재생에너지가 추가로 진입한다면 ESS의 저장 용량도 확대돼야 하기 때문에 대용량 에너지 저장 장치가 필요하게 됐고 이에 카르노 배터리의 필요성이 증가하기 시작했다”라고 필요성을 언급했다.

 

카르노 배터리를 구축할 수 있는 새만금 지역


최근 재생에너지원의 비중이 증가하고 있어 안정적인 전력 운영이 필요한 상황에서 카르노 배터리는 효율성과 경제성이라는 두 마리 토끼를 다잡는 장비이다.


정병규 박사는 “카르노 배터리의 충전-방전 총 효율(RTE)은 50~70%로 P2G 포집 저장 기술보다 우수하며 경제성 지표라고 불리는 LCOS의 경우, 리튬이온배터리는 ㎾h당 0.25~0.34€인 반면, 카르노 배터리는 ㎾h당 0.1~0.15€로 경제적으로도 우수하다”라고 밝혔다.

 

카르노 배터리는 최근 미세먼지 생성의 주범으로 불리는 석탄화력발전소를 중단하고 내부시설을 활용해 운영할 수 있다는 점에서 Retrofit이 우수한 시설로 꼽힌다. 석탄화력발전소에는 수처리 장치, 냉각장치, 송배전망 시설 등이 설치돼 있는데 이 장치로 수급된 전기를 고온의 열형태로 저장한다면 스팀발전으로 이용할 수 있어 추가적인 건설비용을 줄일 수 있다. 이러한 점으로 인해 카르노 배터리는 향후 대용량 에너지 저장 장치로서는 매우 경제적이며 실용적인 장비로 전망되고 있다. 


그러나 정병규 박사는 카르노 배터리를 안정적으로 운영하기 위해서는 많은 연구와 기술개발이 필요하다고 언급했다. 


그는 “카르노 배터리의 기술핵심은 저장 온도이다. 저온의 열을 고온으로 끌어올릴 때 사용하는 고온 히트펌프가 개발돼야 하며 부분부하 성능, 가동 속도, 엑서지, 에너지 밀도와 같은 효울성을 개선해야 하는 문제가 있기 때문에 상용화 단계까지는 세부적인 연구가 필요하다.”라며 “우리나라는 옥스포트 대학교 연구팀과 같이 카르노 배터리의 성능 향상에 관한 연구를 진행하고 있으며 앞으로 장비의 완성도를 높일 수 있도록 박차를 가할 것”이라고 밝혔다.

김용준 기자
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