탄광을 거대한 친환경 배터리로 바꾸는 방법

간헐적인 풍력과 태양광이 지배하는 미래의 저탄소 전력망에서는 에너지가 풍부할 때 에너지를 저장하고 그렇지 않을 때 전력망에 다시 공급하는 기술이 필요할 것입니다. 리튬 이온 배터리와 양수 수력 발전은 현재 이러한 에너지 저장 작업의 가장 큰 역할을 하고 있으며, 미래에는 수소 연료 전지와 함께 지배할 것으로 예상됩니다. 국제 과학자 팀은 최근 오래된 광산의 용도를 변경하는 것과 관련된 또 다른 혁신적이고 유용한 솔루션인 지하 중력 에너지 저장 장치(UGES)를 제안했습니다. 그들은 에너지 저널에 아이디어를 설명했습니다.

UGES는 중앙 케이블에 연결된 컨테이너에 저장된 다량의 모래를 깊은 지하 통로 아래로 내리는 작업을 포함합니다. 모래가 점차 내려감에 따라 연결된 케이블은 다양한 발전기에 전력을 공급하는 로터를 회전시켜 전기를 생산합니다. 전력망에 재생 가능한 전력이 과잉일 경우 이 과정을 반대로 진행하여 에너지를 저장할 수 있습니다. 모래는 장치 상단까지 다시 올라가 땅 위의 둔덕에 쌓입니다.

UGES가 다양한 스타트업이 제공하는 다른 중력 에너지 저장 솔루션과 차별화되는 점은 위치입니다. 연구원들은 수많은 폐광 갱도에 UGES를 설치할 것을 제안합니다.

저자들은 "그 중 최소 50,000개는 호주에 존재하는 것으로 추정됩니다. 심각한 환경 위험을 초래하는 100,000개 이상을 포함해 미국에서는 550,000개 이상이 발견되었으며, 캐나다에는 10,000개 이상이 존재하는 것으로 알려져 있습니다."라고 썼습니다.

그들은 UGES의 글로벌 에너지 저장 잠재력을 7~70테라와트시(1테라와트 = 1,000기가와트) 사이로 추정합니다. 쉽게 말하면, 전기차 배터리 8,750만~8억 7,500만 개에 저장된 에너지에 해당합니다. 2021년 말 전 세계적으로 단 56기가와트시의 에너지 저장량이 온라인에 있었습니다.

UGES의 전력 출력, 즉 전력망에 순간적으로 공급할 수 있는 전력은 주로 지하 광산 샤프트의 길이와 사용된 모래의 양에 따라 달라집니다. 4백만 톤의 모래를 사용하는 깊이가 200미터에 불과한 오래된 광산 프로젝트는 전력망에 5,000~8,000가구에 전력을 공급할 수 있는 10메가와트만 공급할 수 있는 반면, 4천만 톤의 모래를 사용하는 1,000미터 깊이의 샤프트 프로젝트는 전력망에 전력을 공급할 수 있습니다. 1톤의 모래는 최대 200메가와트를 생산할 수 있습니다.

광산이 깊을수록 더 많은 에너지를 생산하고 저장할 뿐만 아니라 비용 효율성도 더 높아집니다. 저자는 UGES의 에너지 저장 비용이 킬로와트시당 1달러에서 10달러까지 다양하다고 계산했는데, 이는 현재 약 150달러/kWh의 비용이 드는 리튬 이온 배터리에 비해 완전히 저렴합니다. 그러나 화학 반응이 개선되면서 배터리 가격은 계속해서 하락하고 있습니다.

UGES의 가장 큰 단점은 금세기 후반에 실제로 공급이 부족할 수 있는 유비쿼터스 원자재인 모래의 상당한 사용과 적당한 전력 용량(언제든지 그리드에 전달할 수 있는 전기의 양)입니다. UGES 시설은 사용된 모래의 양과 깊이에 따라 며칠, 몇 주, 심지어 몇 달이 걸릴 수도 있습니다. 즉, 모래를 수갱 바닥에서 위로 이동시키는 것입니다.

반면에 몇 주, 몇 달, 심지어 몇 년 동안 또는 무기한으로 에너지를 저렴하게 저장할 수 있는 능력은 큰 장점입니다. 모래는 양수된 수력 저장소의 물처럼 증발하지 않으며, 배터리에서 천천히 방전되는 에너지처럼 소멸되지도 않습니다. 또 다른 환상적인 혜택이 있나요? 전 세계적으로 광산이 계속 폐쇄됨에 따라 UGES는 석탄 커뮤니티에 활력을 불어넣을 수 있습니다.

연구진은 “세계는 에너지 관련 목적으로 석탄 채굴을 절반으로 줄여 에너지 시스템을 변화시키고 있다”고 썼다. "UGES는 광산과 지역사회에서 일하는 사람들에게 대체 수익원을 제공할 수 있습니다."

기획자와 정책 입안자는 탄소 제로 전력망을 설계하기 위해 안정성을 극대화하고 정전 위험을 최소화하기 위해 다양한 발전 및 에너지 저장 솔루션 조합이 필요합니다. UGES는 그러한 미래를 매우 잘 고려할 수 있습니다.