지난 주 미래 에너지 이야기에서는 우주 탐사 로봇과 함께, 태양광의 간헐성에 대해 다뤘었는요( 관련 포스팅 바로가기▶ http://www.chemidream.com/1017) 태양광 발전은 태양빛이 내리쬐는 낮에만 전력을 얻을 수 있는 특징이 있습니다. 또한 태양광 설치물에 문제가 생기면 당연히 전력생산량이 감소하게 되지요. 이를 간헐성이라고 하는데, 간헐성은 생활에서 안정적으로 전력을 공급받아야 하는 현대 사회에는 큰 문제가 될 수 있답니다.
과학자들은 거의 무한에 가까운 태양광 에너지의 가장 큰 단점인 간헐성을 극복하기 위한 연구를 오랜 기간 진행해왔는데요. 그것을 해결할 수 있는 가장 효과적인 방안으로 떠오르고 있는 첫 번째 방안이 '에너지 저장장치(ESS:energy storage system)'입니다.
▲ 에너지 저장장치(ESS:energy storage system) (출처: http://en.wikipedia.org/wiki/Energy_storage)
ESS는 과잉 생산된 전력을 저장했다가 전력이 부족할 때 송전해주는 에너지 저장장치입니다. 태양광, 풍력 등에서 얻은 에너지를 리튬 이온 등 배터리에 저장해 놓았다가 필요할 때 사용한다는 원리인데요. ESS는 태양광과 풍력 등 신재생에너지를 생산할 때 전력 수급을 안정적으로 조달하기 위해 활용되기도 하지만, 정전 등 비상시에서도 유용하답니다. 특히 가정에서는 저렴한 심야전력을 저장했다가 피크타임에 쓸 수 있도록 해 전기 요금을 아낄 수 있는 제품으로 주목받고 있기도 합니다.
ESS는 일종의 ‘대형 배터리 시스템’이라고 할 수 있습니다. 작은 리튬이온 배터리 한 개를 셀(CELL)이라고 부르는데, 셀(CELL)들이 모이면 우리에게도 친숙한 모듈(MODULE)이 됩니다. 다시 모듈(MODULE)들이 모이면 트레이(TRAY)가 되고, 트레이(TRAY)들이 모이면 랙(RACK)이 되며 랙(RACK)들이 모여 마지막으로 ESS(에너지 저장장치)가 된답니다. 한편, ESS 저장 방식으로는 리튬이온 전지(LIB), 나트륨황전지(SaS), 레독스흐름전지(RFB), 압축공기저장 시스템 (CAFS)등이 있습니다.
하지만 최근까지 ESS는 관련 기술발전이 더디고 원가도 비싸 비경제적인 방식이었습니다. 많은 기업들이 ESS 연구에 뛰어들었지만, 경제적이며, 효율적인 ESS에 대한 연구는 앞으로 더 이뤄져야할 것으로 보입니다.
그렇다면, 발상을 전환해 볼까요? 태양광 간헐성의 문제는 발전량을 예측하기 어렵다는 점에서 기인합니다. 발전량이 일정하지 않기 때문에 발생하는 것이죠. 따라서 발전량이 언제 얼마만큼 증감하는지를 명확하게 알 수 있다면, 그것에 대응할 수 있을 것입니다. 태양광이 풍부할 때는 더 많은 에너지를 저장하고, 태양광이 부족할 때는 태양광이 아닌 다른 에너지로 충당할 수 있도록 말이죠.
▲ 태양광 발전 사용예, 사진출처: 위키페디아(http://ko.wikipedia.org/wiki/)
그래서 태양광 과학자들은 ‘일기예보’의 정확성이 태양광 상용화에 가장 중요한 열쇠라고 말한답니다. 태양광 발전을 위한 일기예보는 구름의 양과 풍속, 풍향을 분초단위로 파악하는 정도로 정밀한 수준이어야 하는데요. 이를 위해 미국 등 선진국에서는 빅 데이터 분석 기술을 활용해 일기예보의 정확성을 높여나가고 있답니다.
5분 단위로 기록한 기상정보를 바탕으로 1주일 뒤의 기상상황을 예측하는 알고리즘은 그 정확성이 90%에 달한다고 알려져 있습니다. 이러한 예측 기술로 미국의 한 에너지 개발 기업은 한해동안 2000만 달러에 이르는 비용을 절감했다고 알려졌습니다. 빅 데이터를 활용한 에너지 양 예측 기술은 앞으로 태양광을 비롯한 신재생에너지 분야에서 널리 사용될 것으로 전망됩니다.
우리나라는 전력 사용량이 급증하는 매년 여름과 겨울마다 전력난을 앓고 있는데요. 급증하는 전력수요를 공급이 따라가지 못하면서 지난 2013년에는 대규모 정전 사태인 블랙아웃에 직면하기도 했지요. 우리가 생활에서 사용하는 모든 에너지원 70% 이상이 전기에너지랍니다. 이를 태양광과 같이 청정에너지로 활용한다면, 거의 무한대로 전력 저장과 재생산이 가능할 것입니다.
하지만 지금까지 태양광 에너지 활용의 효율성이 떨어졌던 것도 사실입니다. 또한 태양광 발전소를 인류가 필요한 모든 에너지를 수급할 수 있을 정도로 세우는 것에는 분명 한계가 있습니다. 따라서 태양광 에너지를 상용화하기 위한 다양한 연구들도 태양광 산업에서 빠질 수 없는 분야인데요. 앞서 함께 살펴본 '에너지 저장 기술'이나 '빅 데이터'를 활용한 에너지양 예측기술은 우리 인류가 더욱 효율적이고 저렴하며 깨끗한 에너지를 이용할 수 있도록 돕는 것은 물론, 에너지 분야의 스마트 그리드를 구현하는 촉매제의 역할을 할 것으로 기대됩니다.