중력 에너지저장 시스템

태양광 에너지, 풍력 에너지, 수력 에너지 등으로 대표되는 재생가능 에너지(Renewable Energy)는 자원 고갈의 염려가 없고 친환경적이어서 그간 많은 주목을 받아왔다. 하지만 주된 에너지원으로 사용하기에는 일정하게 에너지를 얻을 수 없다는 치명적인 단점이 존재했다. 이를 해결하기 위해 많은 연구자들과 기업들이 여러 방법을 모색하고 있는데, 그 중 중력을 이용한 에너지저장 시스템을 소개한다.

중력을 이용하여 에너지를 저장해 놓았다가 전력 수요가 급증할 때 공급하는 이 시스템의 원리는 다음과 같다. 태양광과 풍력 등 재생가능 에너지로 발전한 전력이 남을 때, 이 잉여 전력을 이용해 무거운 물체를 높은 위치로 올려놓았다가 전력이 필요할 때 떨어트림으로써 발전기의 터빈을 돌려 발전한다. 즉, 전기 에너지를 위치 에너지를 변환하여 저장하는 원리이다.

중력 에너지저장 시스템의 장점은 전력 손실이 적으며 (에너지 변환 효율 80~90%), 장기적 에너지 저장이 가능하고, 대체 에너지저장 시스템인 리튬 배터리 시스템보다 가격이 저렴하다는 것이다.

중력 에너지저장 시스템에는 산악 중력 에너지저장(Mountain Gravity Energy Storage; MGES), 중력전기(Gravitricity) 기술, 그리고 에너지 볼트(Energy Vault)의 크레인을 이용한 솔루션 등이 있다.

산악 중력 에너지저장(Mountain Gravity Energy Storage; MGES)

산악 지역에 스키 리프트와 비슷한 설비를 이용해 산 정상으로 모래나 자갈 같은 것들을 올려두었다가 전력이 필요할 때 떨어트려 발전시키는 원리다. 일일 간격으로 에너지를 저장했다가 단기적으로 소모하는 배터리시스템에 비해 축적해 놓았던 에너지를 계절사이에 장기적으로 사용할 수 있다는 장점이 있다. 산악 지역에서는 양수 발전(Pumped-hydro storage; PHS)의 이용도 가능하지만 수압의 한계 때문에 1,200 m 이상의 높이 차를 둘 수 없지만 MGES 시스템은 5000m 이상도 가능하다. 모래나 자갈등은 물같이 증발을 통한 질량의 감소가 없기 때문에 장기 에너지 저장에도 적합하다.

중력전기(Gravitricity)의 기술

스코틀랜드 에딘버러의 회사 Gravitricity는 약 1500m에 이르는 폐광의 수직갱도에 500톤 에서 5000톤 가량의 중량물을 이용해 에너지를 저장하는 기술을 개발했다. 이 저장 시스템은 손상 없이 최소 50년 유지될 수 있고, 80%에서 90%의 효율로 작동할 수 있으며, 리튬 전지보다 낮은 비용으로 저장할 수 있다.이 시스템은 몇 초동안 최대 1에서 20 MW에 이르는 발전 용량을 갖출 수 있을 뿐만 아니라 출력 용도에 따라서 15분에서부터 8시간 정도까지 다양하게 발전을 할 수 있다.

아직까진 테스팅 단계에 있는 시스템이며, 현재 스코틀랜드에서 개발하고 있는 프로토타입은 2021년에 완료 및 테스트 될 예정이다.

Energy Vault

스위스 기업인 Energy Vault의 시스템은 33 층 타워 위에 크레인을 사용하여 거대한 콘크리트 블록을 올리고 내림으로써 에너지를 저장한다. Energy Vault의 솔루션은 산 같은 토지 지형이나 지하의 특정 지질에 의존하지 않기 때문에 위치적 자율성이 있다는 장점이 있다.