Carlos Hill은 Xcel Energy의 수석 제품 포트폴리오 관리자로서 수요 관리, 전기 자동차 및 재생 에너지 통합에 주력하고 있습니다. 그의 업무에는 전력망 개선, 재생 에너지 생성 구현, 전기 자동차 프로그램 최적화, 기존 인프라 내 에너지 저장 장치 개발 등을 위한 계획이 포함되어 있습니다.
주택과 기업 및 자동차의 전동화로 인해 에너지 기업들은 향후 수년 안에 엄청난 도전에 맞닥뜨리게 됩니다. 더구나 효율성의 증대에 따라 재생 에너지의 사용을 늘리도록 요구하는 정책들은 기업들에게 기존 전력망 내에서 작동할 수 있는 에너지 저장 방식에 투자할 것을 장려하고 있습니다.
Hill에게 공익사업 규모의 에너지 저장과 주택 에너지 저장의 현황, 재생 에너지 생성이 기존 전력망에 미치는 영향, 그리고 향후 전력 업계에 영향을 미칠 것이라고 생각하는 신기술에 관한 의견을 들어봤습니다.
청정 에너지로의 전환을 위한 공익사업 규모의 저장
Arrow Electronics: 전력을 저장할 수 있는 방법에는 현재 어떤 것이 있습니까?
Carlos Hill: 모두가 해답을 제시하기 위해 노력하고 있는 질문이 바로 그것입니다. 석유는 통 안에, 프로판은 탱크 안에 저장할 수 있지만 전기는 일반적으로 즉시 소비를 해야 합니다. 기본적으로 다음 네 가지 방법이 있다고 생각합니다. 양수 발전(PSH), 배터리 저장, 플라이휠 에너지 저장(FES), 열 저장이 그것입니다.
양수 발전은 일반적으로 무료 풍력 발전량이 많은 야간에 물을 높은 위치로 양수하여 전력망에 전력을 공급하는 것을 의미합니다. 사람들이 전기를 더 많이 소비하는 늦은 오후의 피크 시간까지 물을 높은 곳에 저장합니다. 물의 질량 x 중력 x 높이에 해당하는 위치 에너지가 방출되어 아래쪽으로 터빈까지 흘러가 운동 에너지로 전환되어 전기를 생성합니다. 양수 발전의 큰 장점은 기업이 위치 에너지를 전력망에 필요한 운동 에너지로 변환할 때까지 위치 에너지가 높은 곳에 저장된다는 점입니다.
배터리 저장의 경우, 대부분의 사람들이 기본적으로 리튬-이온 배터리를 생각하지만 Form Energy의 철-공기(iron-air)는 전력을 몇일 동안 저장할 수 있는 또 다른 대중적인 배터리입니다. Xcel Energy의 팀들은 Form Energy와 함께 궁극적으로 에너지를 거의 100시간 동안 저장할 수 있는 10MW 용량의 배터리를 제공하기 위해 연구 중입니다.
그리고 Xcel Energy는 집 차고에 SolarEdge나 Tesla 배터리를 설치한 콜로라도 주민 고객들이 태양열 시프팅 및 최고 수요 감축 시범 프로그램에 참여하는 Battery Connect 시범 프로그램을 진행했습니다. 회사는 아침에 일사량(햇빛)이 많을 때 가정의 배터리를 충전한 다음, 저녁의 피크 시간대에 배터리를 방전시켜서 고객의 전기 수요 부하를 낮췄습니다.
FES에 대해 말하는 사람은 별로 없지만 이것은 에너지 저장을 위한 효과적인 방법입니다. 둥근 물체를 회전시킬 때를 생각해보면, 우리가 이 물체에 에너지를 각운동량으로 전달했기 때문에 이 물체는 계속해서 회전하게 됩니다. 회사는 전기가 더 저렴한 시간을 활용해서 거대한 실린더를 회전시켜 에너지를 각운동량으로 전달할 수 있습니다. 그리고 나서 피크 시간대에 에너지를 전력망으로 다시 추출할 수 있습니다.
마지막으로 열 에너지 저장이 있습니다. 예를 들면, 전력망에 가용 에너지가 풍부할 때 물탱크를 가열하는 것입니다. 다량의 물의 온도를 1도 높이려면 여러 단위의 에너지가 필요하지만, 물은 열용량이 높아서 에너지를 적절한 상태로 유지할 수 있습니다. 그러면 피크 시간대에 이 에너지를 전력망으로 분배할 수 있을 것입니다. 제가 알기로 이 방법은 현재 미국에 많이 알려져 있지 않습니다.
Arrow Electronics: 이런 각각의 방법들이 현재 존재하고 있는 인프라 내에서 어떻게 작동하나요?
Carlos Hill: 양수 발전을 위해서는 자본 지출이 많이 필요합니다. 이 시스템은 큰 시설을 필요로 하고 언덕이 많은 지역이나 산악 지역에서 가장 잘 작동합니다. 물이 계속해서 아래로 흘러서 댐을 지나 이동하는 원루프 시스템이 있고, 상부 저수지와 하부 저수지 사이에서 물이 순환하는 폐쇄 루프 시스템도 있습니다.
플라이휠 에너지 저장은 공원, 사막, 우리 주변 등 기본적으로 평평한 땅이 있는 곳이라면 어디서나 가능합니다.
배터리도 상업용 시설이나 주거 시설에 어디든지 설치할 수 있습니다. 이 방법은 미국의 일반인들이 현재 알고 있는 가장 일반적인 방법입니다. 예를 들어, 5kW 용량의 소형 배터리 시스템은 차고에 설치할 수 있습니다. 50kW 처럼 더 큰 것이 필요하다면 창고가 있어야 할 것입니다.
Arrow Electronics: 기존 인프라를 이용해서 재생 에너지를 저장하는 것과 관련해서 해결해야 할 과제는 무엇입니까?
Carlos Hill: 재생 에너지는 변화가 심합니다. 석탄과 천연가스는 원하면 언제든지 태울 수 있지만 바람과 태양열은 간헐적으로 사용됩니다. 에너지가 풍부할 때는 재생 에너지를 너무 많이 생산하게 되고 저장 용량이 없을 때는 안타깝지만 발전기를 꺼야 하는 복잡성도 존재합니다.
태양열이나 풍력을 이용해서 전기를 생산한다면 남는 전기를 배터리를 이용해서 저장할 수 있을 것입니다. 반드시 전압과 전류, 인버터, 용량 등을 잘 알고 있는 전기 엔지니어에게 맡기는 것이 좋습니다.
지속 가능한 에너지 전환의 다음 단계로 진입
Arrow Electronics: 현재 전력망 수준의 재생 에너지 저장을 실행하고 있는 사례가 있습니까?
Carlos Hill: Xcel이 콜로라도에 Cabin Creek 양수 발전소를 갖추고 있습니다. 더불어 우리는 에너지를 며칠 동안 저장할 수 있는 장치를 개발하기 위해 Form Energy와 파트너십을 맺었습니다. From Energy의 철-공기 배터리는 최대 4일 동안 10MW의 전력을 저장하는 인상적인 공익사업 규모의 저장 장치에 있어서 획기적인 제품입니다. 철-공기 배터리는 1,000MW시의 에너지를 저장할 수 있을 것입니다. 장기간 저장이 가능한 이 1,000MWh 철-공기 배터리 시스템은 청정 전력망을 만드는 데 있어서 매우 중요합니다. 에너지를 며칠 동안 저장하는 이 프로젝트는 재생 에너지의 사용을 극대화함과 동시에 Xcel Energy 전력망의 안정성을 유지하도록 설계되었습니다. 프로젝트 참여자들은 미네소타의 Sherburne 발전소와 콜로라도의 Comanche 발전소처럼 폐쇄를 앞두고 있는 석탄 발전소 부지에 배터리를 건설할 예정입니다. 이러한 공익사업 규모의 배터리를 통해 Xcel Energy는 재생 에너지를 저장한 다음, 에너지 생산량이 적은 기간에 이 에너지를 분배할 수 있을 것입니다. 미국 전역에 이러한 공익사업 규모의 배터리들이 몇 개 있습니다.
Arrow Electronics: 그 밖에 새롭게 선 보이게 될 에너지 저장 기술이 있습니까?
Carlos Hill: 점점 더 대중화되고 있는 에너지 저장 기술 중 하나가 그린 수소입니다. 생산 방식을 여러 가지 색상으로 표현하는데요, 그레이 수소, 브라운 수소, 블루 수소, 그린 수소, 핑크 수소 등으로 표현합니다. 그린 수소는 그린 에너지를 사용하여 전기 분해를 수행하거나 물을 분리하는 인상적인 기계인 전해조를 작동하는 것을 의미합니다. 물을 수소 원자와 산소 원자로 분리한 후, 나중에 수요가 커질 때 연료 전지에 전력을 공급할 수 있도록 수소를 저장해둘 수 있습니다.
이 방법은 남는 재생 가능 전력을 이용하여 전해조를 작동시켜 수소를 만든 후, 석유를 배럴에 보관하는 것처럼 이 수소를 저장 탱크에 보관하는 것입니다. 아쉽지만, 이러한 공정의 경제는 아직 실현하기가 어렵습니다.
재생 에너지 채택에 미치는 소비자의 영향
Arrow Electronics: 어떤 트렌드가 재생 에너지 저장의 발전에 영향을 미친다고 보십니까?
Carlos Hill: 전기 자동차의 도입으로 인해 전력망에 전에 없던 새로운 부담이 가해지고 있습니다. 가정에서는 냉장고, 조명, 에어컨, 세탁기와 건조기, 그리고 기 외 기본적인 가전제품들을 통해 전기를 소비했었습니다. 그런데 이제는 EV를 충전하는 동안 가정에서 엄청난 양의 전기를 소비하면서 이 같은 수요 급증이 발생하고 있습니다. 이러한 추가적인 부하를 관리하는 방법에 대해 많은 논의가 진행되고 있습니다. 이와 관련해서 정적/수동 충전과 동적/능동 충전이라는 전략이 있습니다. 이 같은 충전 전략의 경우 전력망에 부하가 적은 특정 시간대에 EV를 충전하게 됩니다.
가스에서 전기로 바꾸는 주방 리모델링도 전력망에 부담을 주고 있습니다. 전력 사업자는 전력 공급기와 변압기, 그리고 변전소가 이렇게 증가하는 전력 수요에 충분히 대응할 수 있도록 해야 합니다.
여기 제시된 의견은 인터뷰 대상자의 의견으로, Arrow Electronics Inc.나 그 계열사의 의견을 반영하고 있지 않습니다.
