글로벌 전력 시스템의 탈탄소화 과정이 가속화됨에 따라 풍력, 태양광 등 새로운 에너지원의 설치 용량과 전력 비중이 계속 증가하고 있으며, 전력 시스템에서 안정적인 전력 지원에 대한 수요도 계속 증가하고 있습니다. 최근 몇 년 동안 장기 에너지 저장이 대중의 관심을 끌기 시작하면서 기술 연구와 자본 투자에 붐을 일으켰습니다, 장기 에너지 저장 가 대중의 관심을 끌기 시작하면서 기술 연구와 자본 투자에 붐을 일으켰습니다.
장기 에너지 저장이란 무엇인가요?
지금까지 장기 에너지 저장은 아직 새로운 개념이며, 전 세계적으로 장기 에너지 저장에 대한 통일된 정의가 없습니다.
최근 몇 년 동안 장기 에너지 저장은 대중의 눈에 띄기 시작했고 빠르게 기술 연구 및 자본 투자의 붐을 일으켰습니다. 미국 샌디아 국립 연구소에서 발행 한 "이슈 브리핑-장기 에너지 저장"은 장기 에너지 저장이 4 시간 이상의 연속 방전 시간을 가진 에너지 저장 기술이라고 믿습니다. 지난 2 년 동안 미국 에너지 부는 장기 에너지 저장 지원에 관한 보고서를 발표 할 예정이며, 장기 에너지 저장을 연속 방전 시간이 10 시간 이상이고 수명이 15-20 년 이상인 에너지 저장 기술로 정의합니다. 더 많은 학자들이 장기 에너지 저장을 하루에서 계절에 걸친 에너지 저장 기술로 정의하는 논문을 저널에 발표했습니다. 현재 중국에서 대규모로 구축되고 있는 2시간 에너지 저장 시스템과 구별하기 위해 일부 실무자들은 4시간 이상의 에너지 저장 기술을 장기 에너지 저장으로 분류하기도 합니다.
장기 에너지 저장 장치를 개발하는 이유는 무엇인가요?
이 질문에 대해 먼저 에너지 저장 장치가 개발되는 이유부터 살펴봐야 합니다.
에너지 저장 장치가 없는 전력 시스템은 상대적으로 불안정합니다. 그러나 현재 화력을 중심으로 한 전력 시스템은 필요에 따라 발전되는 화력이 전력 시스템의 운영을 보장하기 때문에 여전히 안정적인 전력 지원을 받고 있습니다. 그러나 향후 이산화탄소 배출 감축 정책이 심층적으로 시행됨에 따라 변동성이 큰 재생 에너지원(주로 태양광과 풍력 에너지)의 비중이 어느 정도 증가하고, 바람이 없고 빛이 없는 야간에는 전기가 부족해질 것입니다. 전력 시스템의 신뢰성을 높이기 위해서는 이를 뒷받침하는 에너지 저장장치의 개발이 필수적입니다.
그렇다면 왜 장기 에너지 저장장치를 개발해야 할까요?
예를 들어 수력발전소가 저수지의 저장 용량을 2시간만 조절한다면 밤의 후반부는 여전히 어둠 속에서 보내야 하고, 저수지의 저장 용량이 10시간 동안 충분하더라도 다음날이 맑기를 기도해야 합니다. 또는 바람이없는 흐린 날이 2 ~ 3 일 동안 지속되면 더 큰 저수지, 즉 장기 에너지 저장을 준비해야합니다.
물론 미래의 전력 시스템에는 바람 이외의 다른 동력원도 있을 것입니다. 발전의 상호 보완적인 특성과 적절한 기간의 장기 에너지 저장을 고려하면 전력 시스템은 일년 내내 걱정할 필요가 없는 완전 규제형 수력 발전소가 될 것입니다.
업계 전문가들은 2040년까지 전 세계적으로 850억~1,400억 kWh의 장기 에너지 저장 장치가 배치될 것으로 예측합니다.
중국에서는 어떤 장기 에너지 저장 기술을 사용하나요?
기술 유형에 따라 장기 에너지 저장은 기계식, 전기 화학식, 열 저장식, 화학식으로 분류할 수 있습니다. 다음으로 중국에서 일반적으로 사용되는 몇 가지 장기 에너지 저장 기술인 펌핑 수력 발전, 액체 흐름 배터리, 용융 염 열 저장 및 압축 공기 에너지 저장에 대해 소개합니다.
양수식 수력 발전소
양수 발전에는 상부 및 하부 두 개의 저수지가 있습니다. 에너지 저장을 위해 전기 에너지로 물을 상부 저수지로 펌핑하여 중력 위치 에너지로 변환하고, 발전을 위해 하부 저수지로 물을 방출하여 터빈을 구동하고 중력 위치 에너지를 전기 에너지로 변환합니다. 양수 발전소는 건설 규모가 크고 건설 기간이 길지만 전력 시스템에 더 많은 에너지를 공급할 수 있습니다. 현재 양수 발전소의 개별 용량은 30만~40만 킬로와트, 총 설치 용량은 30만~360만 킬로와트이며, 저장 시간은 일반적으로 4~10시간입니다.
액체 흐름 배터리
액체 흐름 배터리는 전해질과 전기 스택을 별도로 배치하는 것을 말하며, 양수 및 음수 전해질이 전기 스택을 통해 흐를 때 가역적 화학 반응이 일어나 전기 및 화학 에너지의 상호 변환을 실현합니다. 액체 흐름 배터리의 건설주기가 짧고 스택 또는 전해질의 용량을 조정하여 발전 및 에너지 저장 용량을 증폭 할 수 있습니다. 현재 플로우 배터리의 설치 용량은 10-100MW이며, 에너지 저장 시간은 일반적으로 2-6시간입니다.
용융 염 열 저장
용융염 축열은 용융염을 가열하여 에너지 저장을 실현합니다. 에너지 방출 과정에서 고온 용융염 열교환은 고온 고압 증기를 생성하여 발전용 증기 터빈을 구동합니다. 용융 염 에너지 저장은 규모가 크고 수명이 길며 현재 단계에서는 주로 CSP 발전소에서 사용됩니다. 현재 용융 염 저장의 설치 용량은 10-100MW이며 저장 시간은 일반적으로 5-15 시간입니다.
압축 공기 장기 에너지 저장
압축 공기의 장기 에너지 저장은 일반적으로 소금 동굴이나 용기를 사용하여 고압 공기를 저장합니다. 에너지 저장 과정에서 압축기는 공기를 압축하고 저장하여 전기 에너지를 내부 공기 에너지로 변환하고, 에너지를 방출 할 때 고압 공기는 터빈을 구동하여 전기를 생성하여 내부 공기 에너지를 전기 에너지로 변환합니다. 압축 공기 장기 에너지 저장 발전소는 건설주기가 길고 안전성이 높으며 기계식 장기 에너지 저장 기술에 속합니다. 현재 압축 공기 에너지 저장 발전소의 설치 용량은 10-300MW이며 에너지 저장 시간은 일반적으로 4-10 시간입니다.
또한 소금 동굴이나 용기를 사용하여 수소를 저장하여 몇 주 또는 계절에 걸쳐 화학 에너지 저장을 달성 할 수 있습니다.
다른 이상한 장기 에너지 저장 기술에는 어떤 것이 있을까요?
철-공기 배터리 에너지 저장, 핫 록 에너지 저장, 이산화탄소 배터리 에너지 저장, 용융 알루미늄 에너지 저장 등과 같은 장기 에너지 저장의 많은 첨단 기술은 아직 연구개발 및 실증 초기 단계에 있습니다.
철-공기 배터리의 장기 에너지 저장 장치
철-공기 배터리는 철의 가역적 산화(녹슬기)를 기본 원리로 하는 금속-공기 배터리의 일종입니다. 철-공기 배터리를 방전하면 공기 중의 산소가 철을 녹슬게 하고, 충전하면 전류의 작용에 의해 녹이 철로 환원됩니다. 이 과정에서 배출되는 유일한 물질은 산소입니다. 이 기술을 발명한 Form Energy는 이 배터리를 사용하는 에너지 저장 시스템이 기존 화석 연료 발전소와 비슷한 비용으로 최대 100시간 동안 방전할 수 있다고 주장합니다.
핫 록 장기 에너지 저장
이 저장 기술 회사는 그리드스케일이라고 불리는 전기 에너지를 열의 형태로 돌에 저장하는 기술을 개발하고 있습니다. 그리드스케일 에너지 저장은 쇄석으로 채워진 하나 이상의 강철 탱크 세트로 구성됩니다. 쇄석은 완두콩 크기로 분쇄한 현무암 암석으로 반복적인 가열에도 견딜 수 있습니다. 충전과 방전은 차가운 돌로 가득 찬 탱크에서 뜨거운 돌로 가득 찬 탱크로 열에너지를 펌핑하는 압축기와 터빈 시스템을 통해 이루어집니다. 차가운 항아리의 돌은 점점 차가워지고 뜨거운 항아리는 점점 뜨거워져 최대 섭씨 600도까지 온도가 올라갑니다. 돌에 며칠 동안 에너지를 저장할 수 있으며, 전력망에서 전기가 필요할 때 터빈을 통해 뜨거운 탱크에서 차가운 탱크로 열에너지를 돌려 전기를 생산합니다. 에너지 손실이 적어 효율적인 장기 에너지 저장 솔루션이며, 필요한 저장 시간과 용량에 따라 저장 탱크의 수를 선택할 수 있습니다.
이산화탄소 배터리의 장기 에너지 저장
이탈리아의 에너지 돔은 자사의 이산화탄소 배터리가 빠른 응답과 저렴한 그리드 규모의 에너지 저장을 제공할 수 있다고 주장합니다. 그 원리는 압축 공기 장기 에너지 저장 시스템과 유사합니다. 발전기는 이산화탄소를 액체로 압축하여 저장하고 압축된 가스에 의해 발생하는 폐열을 저장했다가 전력망을 지원해야 할 때 액체 이산화탄소를 이전에 저장된 폐열과 함께 증발시켜 두 번째 터빈 세트를 구동합니다. 전기가 생산되고 이산화탄소 가스는 에어백으로 되돌아갑니다.
에너지 돔에 따르면 풀사이즈 이산화탄소 배터리의 용량은 최대 25메가와트이며, 최적의 충전/방전 주기는 4~24시간으로 100~200메가와트시의 에너지를 저장하여 일일 및 주간 주기에 이상적이며, 변환 효율은 75 %, 배터리 수명은 약 25년으로 예상되며 몇 년 안에 균등화 비용(LCOS)은 $50-60/MWh까지 낮출 수 있다고 합니다. 에너지 돔은 자사의 기술을 압축 공기 에너지 저장(CAES) 및 액체 공기 에너지 저장(LAES)과 비교한 결과 이산화탄소 배터리의 에너지 저장 밀도는 CAES의 10~30배에 달하지만 저온이 필요하지 않고 상온에서 저장할 수 있다는 결론을 내렸습니다.
용융 알루미늄을 통한 장기 에너지 저장
스웨덴 기업 Azelio의 실험 기술인 용융 알루미늄을 이용한 장기 에너지 저장 기술은 모로코의 580MW 태양광 발전 단지(510MW CSP 및 70MW PV)에 설치되었습니다. 이 기술은 재활용 알루미늄 합금으로 만든 상변화 물질을 열 저장 매체로 사용하는데, 전기를 사용하여 저항 히터를 통해 재활용 알루미늄을 600°C까지 가열하는 방식과 집중 태양열 시스템을 사용하여 시스템에서 발생하는 열로 알루미늄 합금을 녹여 에너지를 열로 저장하는 방식이 있습니다. 에너지를 방출해야 할 때 합금이 냉각되어 다시 응고되고, 방출된 열은 엔진으로 보내져 열전달 오일을 사용하여 전기를 생산합니다. 65°C 온도의 폐열은 산업 사용자나 지역 지역 난방 시스템에 판매할 수도 있습니다.
용융 알루미늄 장기 에너지 저장 시스템
아젤리오에 따르면 이 기술은 전기와 폐열을 모두 사용할 때 왕복 효율이 90%에 달하며, 최대 13시간의 전기 저장이 가능하고 모듈식으로 설치할 수 있으며 더운 날씨나 추운 날씨에 필요에 따라 열을 공급할 수 있어 모든 기후 조건에서 사용할 수 있으며 시스템 수명은 최대 30년으로 예상된다고 합니다. 동시에 이 시스템은 100킬로와트에서 100메가와트까지 확장할 수 있으며, 재활용 알루미늄 저장 매체는 시간이 지나도 용량 감소 없이 반복해서 재사용할 수 있습니다.
전체적으로 점점 더 많은 기업들이 장기 에너지 저장 기술 연구 개발 및 경쟁의 길에 동참하고 있습니다. 그러나 장기 에너지 저장의 미래는 여전히 지속적인 탐구와 연구가 필요합니다.
장기 에너지 저장에 대한 지식
장기 에너지 저장이란 무엇인가요?
지금까지 장기 에너지 저장은 아직 새로운 개념이며, 전 세계적으로 장기 에너지 저장에 대한 통일된 정의가 없습니다. 최근 몇 년 동안 장기 에너지 저장은 대중의 눈에 띄기 시작했고 빠르게 기술 연구 및 자본 투자의 붐을 일으켰습니다. 미국 샌디아 국립 연구소에서 발행 한 "이슈 브리핑-장기 에너지 저장"은 장기 에너지 저장이 4 시간 이상의 연속 방전 시간을 가진 에너지 저장 기술이라고 믿습니다. 지난 2 년 동안 미국 에너지 부는 장기 에너지 저장 지원에 관한 보고서를 발표 할 예정이며, 장기 에너지 저장을 연속 방전 시간이 10 시간 이상이고 수명이 15-20 년 이상인 에너지 저장 기술로 정의합니다. 더 많은 학자들이 장기 에너지 저장을 하루에서 계절에 걸친 에너지 저장 기술로 정의하는 논문을 저널에 발표했습니다. 현재 중국에서 대규모로 구축되고 있는 2시간 에너지 저장 시스템과 구별하기 위해 일부 실무자들은 4시간 이상의 에너지 저장 기술을 장기 에너지 저장으로 분류하기도 합니다.장기 에너지 저장 장치를 개발하는 이유는 무엇인가요?
이 질문에 대해 먼저 에너지 저장 장치가 개발되는 이유부터 살펴봐야 합니다. 에너지 저장 장치가 없는 전력 시스템은 상대적으로 불안정합니다. 그러나 현재 화력을 중심으로 한 전력 시스템은 필요에 따라 발전되는 화력이 전력 시스템의 운영을 보장하기 때문에 여전히 안정적인 전력 지원을 받고 있습니다. 그러나 향후 이산화탄소 배출 감축 정책이 심층적으로 시행됨에 따라 변동성이 큰 재생 에너지원(주로 태양광과 풍력 에너지)의 비중이 어느 정도 증가하고, 바람이 없고 빛이 없는 야간에는 전기가 부족해질 것입니다. 전력 시스템의 신뢰성을 높이기 위해서는 이를 뒷받침하는 에너지 저장장치의 개발이 필수적입니다. 그렇다면 왜 장기 에너지 저장장치를 개발해야 할까요? 예를 들어 수력발전소가 저수지의 저장 용량을 2시간만 조절한다면 밤의 후반부는 여전히 어둠 속에서 보내야 하고, 저수지의 저장 용량이 10시간 동안 충분하더라도 다음날이 맑기를 기도해야 합니다. 또는 바람이없는 흐린 날이 2 ~ 3 일 동안 지속되면 더 큰 저수지, 즉 장기 에너지 저장을 준비해야합니다. 물론 미래의 전력 시스템에는 바람 이외의 다른 동력원도 있을 것입니다. 발전의 상호 보완적인 특성과 적절한 기간의 장기 에너지 저장을 고려하면 전력 시스템은 일년 내내 걱정할 필요가 없는 완전 규제형 수력 발전소가 될 것입니다.중국에서는 어떤 장기 에너지 저장 기술을 사용하나요?
기술 유형에 따라 장기 에너지 저장은 기계식, 전기 화학식, 열 저장식, 화학식으로 분류할 수 있습니다. 다음으로 중국에서 일반적으로 사용되는 몇 가지 장기 에너지 저장 기술인 펌핑 수력 발전, 액체 흐름 배터리, 용융 염 열 저장 및 압축 공기 에너지 저장에 대해 소개합니다.양수식 수력 발전소
양수 발전에는 상부 및 하부 두 개의 저수지가 있습니다. 에너지 저장을 위해 전기 에너지로 물을 상부 저수지로 펌핑하여 중력 위치 에너지로 변환하고, 발전을 위해 하부 저수지로 물을 방출하여 터빈을 구동하고 중력 위치 에너지를 전기 에너지로 변환합니다. 양수 발전소는 건설 규모가 크고 건설 기간이 길지만 전력 시스템에 더 많은 에너지를 공급할 수 있습니다. 현재 양수 발전소의 개별 용량은 30만~40만 킬로와트, 총 설치 용량은 30만~360만 킬로와트이며, 저장 시간은 일반적으로 4~10시간입니다.액체 흐름 배터리
액체 흐름 배터리는 전해질과 전기 스택을 별도로 배치하는 것을 말하며, 양수 및 음수 전해질이 전기 스택을 통해 흐를 때 가역적 화학 반응이 일어나 전기 및 화학 에너지의 상호 변환을 실현합니다. 액체 흐름 배터리의 건설주기가 짧고 스택 또는 전해질의 용량을 조정하여 발전 및 에너지 저장 용량을 증폭 할 수 있습니다. 현재 플로우 배터리의 설치 용량은 10-100MW이며, 에너지 저장 시간은 일반적으로 2-6시간입니다.용융 염 열 저장
용융염 축열은 용융염을 가열하여 에너지 저장을 실현합니다. 에너지 방출 과정에서 고온 용융염 열교환은 고온 고압 증기를 생성하여 발전용 증기 터빈을 구동합니다. 용융 염 에너지 저장은 규모가 크고 수명이 길며 현재 단계에서는 주로 CSP 발전소에서 사용됩니다. 현재 용융 염 저장의 설치 용량은 10-100MW이며 저장 시간은 일반적으로 5-15 시간입니다.압축 공기 장기 에너지 저장
압축 공기의 장기 에너지 저장은 일반적으로 소금 동굴이나 용기를 사용하여 고압 공기를 저장합니다. 에너지 저장 과정에서 압축기는 공기를 압축하고 저장하여 전기 에너지를 내부 공기 에너지로 변환하고, 에너지를 방출 할 때 고압 공기는 터빈을 구동하여 전기를 생성하여 내부 공기 에너지를 전기 에너지로 변환합니다. 압축 공기 장기 에너지 저장 발전소는 건설주기가 길고 안전성이 높으며 기계식 장기 에너지 저장 기술에 속합니다. 현재 압축 공기 에너지 저장 발전소의 설치 용량은 10-300MW이며 에너지 저장 시간은 일반적으로 4-10 시간입니다. 또한 소금 동굴이나 용기를 사용하여 수소를 저장하여 몇 주 또는 계절에 걸쳐 화학 에너지 저장을 달성 할 수 있습니다.다른 이상한 장기 에너지 저장 기술에는 어떤 것이 있을까요?
철-공기 배터리 에너지 저장, 핫 록 에너지 저장, 이산화탄소 배터리 에너지 저장, 용융 알루미늄 에너지 저장 등과 같은 장기 에너지 저장의 많은 첨단 기술은 아직 연구개발 및 실증 초기 단계에 있습니다.철-공기 배터리의 장기 에너지 저장 장치
철-공기 배터리는 철의 가역적 산화(녹슬기)를 기본 원리로 하는 금속-공기 배터리의 일종입니다. 철-공기 배터리를 방전하면 공기 중의 산소가 철을 녹슬게 하고, 충전하면 전류의 작용에 의해 녹이 철로 환원됩니다. 이 과정에서 배출되는 유일한 물질은 산소입니다. 이 기술을 발명한 Form Energy는 이 배터리를 사용하는 에너지 저장 시스템이 기존 화석 연료 발전소와 비슷한 비용으로 최대 100시간 동안 방전할 수 있다고 주장합니다.핫 록 장기 에너지 저장
이 저장 기술 회사는 그리드스케일이라고 불리는 전기 에너지를 열의 형태로 돌에 저장하는 기술을 개발하고 있습니다. 그리드스케일 에너지 저장은 쇄석으로 채워진 하나 이상의 강철 탱크 세트로 구성됩니다. 쇄석은 완두콩 크기로 분쇄한 현무암 암석으로 반복적인 가열에도 견딜 수 있습니다. 충전과 방전은 차가운 돌로 가득 찬 탱크에서 뜨거운 돌로 가득 찬 탱크로 열에너지를 펌핑하는 압축기와 터빈 시스템을 통해 이루어집니다. 차가운 항아리의 돌은 점점 차가워지고 뜨거운 항아리는 점점 뜨거워져 최대 섭씨 600도까지 온도가 올라갑니다. 돌에 며칠 동안 에너지를 저장할 수 있으며, 전력망에서 전기가 필요할 때 터빈을 통해 뜨거운 탱크에서 차가운 탱크로 열에너지를 돌려 전기를 생산합니다. 에너지 손실이 적어 효율적인 장기 에너지 저장 솔루션이며, 필요한 저장 시간과 용량에 따라 저장 탱크의 수를 선택할 수 있습니다.이산화탄소 배터리의 장기 에너지 저장
이탈리아의 에너지 돔은 자사의 이산화탄소 배터리가 빠른 응답과 저렴한 그리드 규모의 에너지 저장을 제공할 수 있다고 주장합니다. 그 원리는 압축 공기 장기 에너지 저장 시스템과 유사합니다. 발전기는 이산화탄소를 액체로 압축하여 저장하고 압축된 가스에 의해 발생하는 폐열을 저장했다가 전력망을 지원해야 할 때 액체 이산화탄소를 이전에 저장된 폐열과 함께 증발시켜 두 번째 터빈 세트를 구동합니다. 전기가 생산되고 이산화탄소 가스는 에어백으로 되돌아갑니다. 에너지 돔에 따르면 풀사이즈 이산화탄소 배터리의 용량은 최대 25메가와트이며, 최적의 충전/방전 주기는 4~24시간으로 100~200메가와트시의 에너지를 저장하여 일일 및 주간 주기에 이상적이며, 변환 효율은 75 %, 배터리 수명은 약 25년으로 예상되며 몇 년 안에 균등화 비용(LCOS)은 $50-60/MWh까지 낮출 수 있다고 합니다. 에너지 돔은 자사의 기술을 압축 공기 에너지 저장(CAES) 및 액체 공기 에너지 저장(LAES)과 비교한 결과 이산화탄소 배터리의 에너지 저장 밀도는 CAES의 10~30배에 달하지만 저온이 필요하지 않고 상온에서 저장할 수 있다는 결론을 내렸습니다.용융 알루미늄을 통한 장기 에너지 저장
스웨덴 기업 Azelio의 실험 기술인 용융 알루미늄을 이용한 장기 에너지 저장 기술은 모로코의 580MW 태양광 발전 단지(510MW CSP 및 70MW PV)에 설치되었습니다. 이 기술은 재활용 알루미늄 합금으로 만든 상변화 물질을 열 저장 매체로 사용하는데, 전기를 사용하여 저항 히터를 통해 재활용 알루미늄을 600°C까지 가열하는 방식과 집중 태양열 시스템을 사용하여 시스템에서 발생하는 열로 알루미늄 합금을 녹여 에너지를 열로 저장하는 방식이 있습니다. 에너지를 방출해야 할 때 합금이 냉각되어 다시 응고되고, 방출된 열은 엔진으로 보내져 열전달 오일을 사용하여 전기를 생산합니다. 65°C 온도의 폐열은 산업 사용자나 지역 지역 난방 시스템에 판매할 수도 있습니다.