제6절 국내외 기술개발 및 국내 기술 인프라·기술인력 현황
- 아이오와 에너지 저장 프로젝트(포틀랜드 샌디아 국립연구소)는 밤 시간에 풍력 설비를 이용해 압축공기를 지하 동굴에 저장한 후 낮에 압축공기로 복열장치를 가동해 가스터빈 방식의 전력생산 효율을 높이는 방법을 연구. 현재 상태에서 이 프로젝트의 방식을 이용할 경우 아이오와는 500만 달러를 절약할 것으로 예상.
◦ 미국의 시리우스 익스플로레이션사는 최근 풍력으로 생산한 전기로 동굴에 압축공 기를 저장한 다음, 바람이 불지 않을 때 이를 방출하며 풍력발전터빈을 돌려 전기 를 생산하는 프로젝트를 진행 중
- 미국에서 가장 바람이 많은 노스다코타 주에서 진행되는 이 프로젝트로 생산 된 전기는 시카고를 포함한 중서부 도시로 공급될 예정. 현재의 오바마 행정부 는 대체에너지 정책의 하나로 이 지역에 풍력발전 단지 건설 계획 발표
◦ 미국 제너럴 컴프레션(General Compression)사도 비슷한 프로젝트를 시작. 이 회 사는 향후 3년 이내에 압축공기를 이용하는 풍력 터빈 시스템을 판매한다는 계획 을 수립. 이 시스템은 압축공기를 만드는 풍력발전기와 압축 공기를 수집·저장할 수 있는 파이프라인 네트워크, 소형 가스터빈발전소 등으로 구성되며, 바람이 풍력 발전기의 날개를 돌리면 그 힘으로 내장돼 있는 압축기가 가동. 압축공기는 지하 파이프라인 네트워크로 보내지고, 여기에서 6∼12 시간가량 머물렀다가 가스터빈 발전소로 이동됨.
그림 2.44 풍력발전을 이용한 압축공기 발전시스템 개념도
◦ 미국 SustainX Energy Solutions사(Dartmouth 대학 설립, Polaris Venture Partners사와 Rockport Capital 투자)는 가격이 저렴한 선박용 화물 컨테이너를 이 용하여 공기를 압축 저장하는 방법에 대해 연구 개발 진행.
- SustainX사는 향후 2년 내에 4메가와트-시에 해당하는 에너지를 40 피트 길이 의 긴 컨테이너 박스에 저장하는 방법을 개발하여 현재의 공기의 압축과 배출 에 소요되는 에너지의 70% 절감 시도. 이 연구의 최종 목표는 에너지 저장 및 이용과 경제성에 있어 이동성 및 확장성을 갖추면서, 동굴 저장 효과의 용량 확대(이동 가능한 동굴의 개발) 목적.
- SustainX사는 이동성을 갖는 압축공기 저장 시스템은 매우 간단한 기술로 대 형화도 가능하고, 전 세계에 쌓여있는 사용되지 않는 컨테이너를 이용할 수 있 다고 주장.
◦ CAES 대해 ARPA-E는 많은 지원금을 지원하고 있으며, 기존의 플라이 휠(엔진 등) 제조사로부터 새로운 나노기술의 창업사에 이르기까지 많은 수의 연구원 및 회사에 의해 기술 개발이 이루어지고 있음.
나. 독일
◦ 세계 최초로 Huntorf에 압축공기 저장소 설치(290MW급 GAES-G/T 발전의 상용 플랜트)
그림 2.45 독일 Huntorf CAES발전소
다. 일본
◦ 경제산업성 자원에너지청에서 1990년부터 12년간 조사 및 1997년부터 2000년까지 파일럿플랜트 건설과 시운전, 2001년도에 실증운전 실시
표 2.14 일본 CAES 파일럿 플랜트 기본 제원 (지식경제부, 2009)
항 목 제 원
출 력 2,000kW
발전 시간 4시간
압축 공기 충진 시간 10시간
저장 방식 변압방식
저장 압력 4~8MPa.abs
저장 공기 용량 약 1,600M3
저장 공기 온도 50℃ 이하
표 2.15 일본 CAES 파일럿 플랜트 성능시험결과
구분 발전기출력
(KW)
공기유입량 (kg/h)
연소소비량 (kg/h)
발전효율 (%: LHV)
시스템효율 (%: LHV)
정격 부하
계획치(EOR) 2,000 15,660 284.7 58.7 30.8 실측치(2000.6.15) 1,988 16,148 291.9 57.6 31.8 실측치(2000.8.10) 1,990 16,192 292.5 57.6 31.2 실측치(2000.10.23) 1,987 16,173 305.3 55.1 31.0 평균 1,988 16,171 296.6 56.8 31.3 계획치와의 차 -12 +54 +11.9 -1.9 +0.5 25% 부하 실측치(2000.10.24) 635 9,749 132.0 41.0 20.1 50% 부하 실측치(2000.10.24) 985 12,040 172.3 48.2 24.3 75% 부하 실측치(2000.10.24) 1,527 15,772 232.2 55.1 28.1
◦ 2002년 특수기밀시트를 이용한 복공식 저장방식이 소개된 바 있음.
- 기존 CAES의 큰 문제점은 압축공기 주입과 배출과정에서 효율을 크게 떨어트 리지 않을 수 있는 가동력의 범위가 매우 한정된다는 점임.
- 암반공동은 자연공동이나 암염공동에 비해 건설단가가 상당히 높고 지상 저장 에 비해서도 높으나 암염공동에 비해 유지관리운영비가 적다는 장점이 있음.
- 암반의 지하수압에 의한 수봉기능을 이용한 무복공식 압축공기 지하암반 저장 실험을 기후현에 위치한 카미오카(神岡) 광산의 폐갱도에서 실시함. 저장 공동은 갱도 입구로부터 수직심도 약 180 m 하부에 위치, 지표로부터 는 약 450 m 심도에 위치.
그림 2.46 무복공식 압축공기 저장 실증실험 개요(일본 전력중앙연구소, 2003)
(A) 평면도
(B) 단면도
그림 2.47 압축공기 저장공동 설계사양(일본 전력중앙연구소, 2003)
그림 2.48 압축공기 저장공동 내부 및 플러그 철근배열(일본 전력중앙연구소, 2003)
- 복공식 압축공기 지하저장터널을 포함한 CAES-G/T 발전시스템의 실용성과 안전성 확인을 목적. 기존 광산 및 기존 공동의 이용을 중심으로 대상지를 검 토하여 전력계통이 근접하고 광산설비의 유지가 양호한 일본 최북단 홋카이도 의 탄광을 활용하여 파일럿 플랜트 실증실험을 실시.
그림 2.49 대상 광산갱도 구조 및 CAES-G/T 발전시설 개념도(지식경제부, 2009)
그림 2.50 복공식 압축공기 지하저장 터널 설계 단면도 (지식경제부, 2009)