보유하기 어려운 에너지원: 전기
무거운 것을 크레인으로 높이 올린다음 떨어뜨릴 때 발생하는 힘을 획득하는 것은 쉽게 들립니다.
이 실험은 10살짜리 아이가 계획한 건 아닙니다. 소프트 뱅크로부터 $110M(대략 1,200억원)을 투자받은 Energy Vault의 제안입니다.
소프트뱅크의 마사요시 손, 빌 게이트, 알리바바의 잭 마 같은 억만장자들은 에너지를 획득하는 새로운 idea를 지원하고 있습니다. 구글의 모회사인 알파벳에서 incubated 된 회사는 전기를 녹은 소금에 저장하는 걸 생각 중입니다. 이러한 기안들은 지금 전력 산업이 겪고 있는 어려운 골칫거리에 대한 힌트를 보여주고 있습니다.
바로 신재생 에너지원에서 나온 에너지를 저장하는 것입니다.
작년 풍력과 태양광은 전세계 전기 생산의 7%를 차지했습니다. IEA에 따르면 2040년 까지 풍력과 태양광 전기 생산량은 5배 증가할 것으로 예측됩니다. 문제는 바람이 잠잠하게 되면 터빈은 돌아가지 않고, 구름이 해를 가리면 전기를 만들어낼 수 없습니다. 즉, 지속적으로 언제든지 전기를 만들어 낼 수 있는 화석에너지원을 신재생 에너지가 대체할 수 없다라는 말이지요.
하나의 방법이 있습니다. 전기를 배터리에 저장하는 것입니다. 신재생 에너지원에서 생성된 전기가 필요한 양보다 더 많이 생산되었을 때 여분의 전기를 저장해놨다가, 필요할때 다시 방출하는 것입니다.
2018년에만 3.5 기가와트의 스토리지가 설치되었습니다. 2017년에 설치된 양의 2배 정도 됩니다. 올 해 스토리지에 투자된 금액은 $5.3 bn(대략 5조 4천억원) 정도 추산됩니다. 향후 스토리지 설치 용량은 급증할 것으로 추정됩니다. 허나 모건 스탠리에 따르면 신재생 에너지원에서 생산되는 전력의 1% 정도만이 스토리지로 보완되고 있습니다.
지금까지 가장 일반적인 저장방법은 높은 곳에 위치한 저수지에 물을 저장해놨다가 전력이 필요할 때 물을 방출하면서 전력을 발생하는 것입니다. 이런 수력발전 방식은 많은 스토리지를 제공할 수는 없습니다. 저수지를 만들어낸다는 것은 지형을 뒤틀 수 있고, 환경 파괴를 가져올 수도 있습니다.
배터리가 대안을 제시하고는 있습니다. 전기차가 인기를 얻으면서 배터리를 구하기는 더 쉬워졌습니다. 리튬 이온 배터리의 supply chain은 준비가 끝나가고 있습니다. 우리는 거기에 편승할 뿐입니다 라고 전기 회사인 AES의 Aderes 씨는 말했습니다.
수요가 증가함에 따라 생산규모도 점점 커져갔습니다. 2008년 부터 10년 동안 배터리의 원가는 85% 하락했습니다. 이런 원가 하락은 전기차 양산에 도움을 줬을 뿐 아니라 전력 시스템에 도입되는 것도 수월하게끔 만들었습니다.
전기차가 더욱 많아짐에 따라 그 자동차들의 배터리느 이동하는 저장장소의 역할을 수행할 수 있습니다. 제대로 된 인프라만 갖춰진다면 대규모 집단의 전기자동차들은 스토리지 용량을 대체할 수 있을 것입니다.
배터리는 여러가지 일을 할 수 있습니다. Sunrun이라고 불리는 회사는 주택용 태양광 패널을 배터리와 함께 주택용으로 판매하고 있습니다. 이 회사는 특히 캘리포니아에서 발생환 화재로 인한 정전사태에 대응하기 위한 전력공급을 찾는 캘리포니아 사람들에게 매력적입니다. Grid(전력망)가 확장될 수록 굉장히 짧은 간격(1분 정도의 시간)동안 전력공급의 급격한 변동이 발생할 수 있는데, 그 변동으로 인한 쇼크를 배터리가 흡수해줄 수 있습니다. 다른 사례는 앞에 나온 것처럼 태양광 패널이 낮동안 흡수한 에너지를 수요가 많아지는 저녁에 활용할 수 있도록 보관할 수 있습니다.
스토리지의 성장은 화력발전소들에게 골칫거리가 되어가고 있습니다. NextEra Energy Resource는 신재생 에너지 발전소를 설치하면서 배터리를 연동시키고 있습니다.
배터리-스토리지 설비를 21개국에 보유하고 있는 AES는 하와이에서 피크 시간의 수요에 배터리에 축적된 전기를 공급할 수 있는 계획을 운영 중입니다.
하지만 배터리 업계는 여전히 넘어야할 산들이 많습니다. 만약 배터리가 과열되면 화재가 발생할 수 있다. 화재가 발생하는 동안 폭발성 가스가 흘러나오기도 합니다(주: ESS 화재로 인한 국내 뉴스들이 나온 적이 있습니다). 한국에서 스토리지 설치된 곳에서 화재가 발생한 적이 있고, Arizona 주에서도 화재와 폭발로 인해 피해가 발생한 적이 있습니다. 발생 원인은 아직 조사 중에 있습니다. 배터리 산업이 성숙될 수록, 안전규제 조치는 더욱 엄격해져야 할 것입니다.
또한 배터리 산업은 각양각색 규제와 조치에 대응해야 합니다. 배터리 산업 부흥을 위해 한국은 스토리지(주: ESS처럼 보입니다)에 인센티브를 제공하고 있습니다. 미국의 뉴욕주, 뉴저지 주 같은 경우는 스토리지가 온실가스 감축해야 한다고 강제하고 있습니다. 영국에서는 배터리는 발전 자산으로 분류되기 때문에 스토리지 개발업체들은 추가 비용을 내야하기도 합니다.
규제가 완화될지라도, 배터리 업체는 결국 한계에 도달할 것입니다. 세계 최대의 헤지펀드의 레이 달리오, 알리바바의 잭 마가 지원하는 Breakthrough Energy Ventures(BEV)는 혁신적인 에너지 저장 기술을 개발하고 있습니다.
그 회사의 Eric 씨는 리튬 이온 배터리의 원가는 하락하고 있지만, 배터리 하나가 몇 주 동안의 전기를 저장할 수 있을 만큼 경제적 타당성이 나올만큼 절대로 싸지지는 않을 것이다 라고 주장했습니다.
다른 대안들 중엔 flow batteries 라는 것도 있고 글 초반에 언급했던 Energy Vault의 무거운 걸 던지는 ‘falling block’도 있습니다. 미래에는 액화가스가 해결책이 될 수도 있습니다. 테슬라에서 스토리지 개발을 이끌었던 Mateo Jaramillo씨는 인간처럼 모든 배터리는 각각의 측면에서 약점이 있다라고 설명했습니다.
Mr. Jaramillo는 이제 Form Energy라는 회사를 이끌고 있습니다. 이 회사는 기존의 리튬이온 배터리에 들어가는 물질 대신 다른 전기화학 물질을 개발 중입니다. 이 회사의 투자자들은 BEV와 이탈리아의 정유업체인 Eni입니다. 언제쯤 상용화가 될지는 언급을 하지 않았지만 전력을 장기간 보관할 수 있는 storage solution이 나온다면, 그 때 기존 화석연료인 석유와 천연가스가 은퇴할 때 라고 언급했습니다
