미시간 주 루딩턴 — 미시간 호수가 내려다보이는 절벽 꼭대기에 거대한 수영장처럼 펼쳐져 있는 이 연못은 160만 가구의 전기를 생산하기에 충분한 물을 담고 있는 아스팔트와 점토 연못입니다.
이것은 단순한 기술을 사용하는 Ludington 양수 저장 플랜트의 일부입니다. 물은 하부 저수지(이 경우 호수)에서 상부 저수지로 파이프를 연결한 다음 초대형 터빈을 통해 내리막으로 방출됩니다.
지지자들은 이 시스템을 “세계에서 가장 큰 배터리”라고 부릅니다. 왜냐하면 이 시스템은 전력망에 필요할 때 사용할 수 있는 막대한 양의 잠재적 에너지를 보유하고 있기 때문입니다.
수력 발전 산업은 태양이 빛나지 않거나 바람이 불지 않을 때 전력을 어디서 얻을 수 있는지와 같은 기후 변화를 해결하기 위해 화석 연료에서 재생 에너지로의 전환에 대한 질문에 대한 최선의 답을 펌프식 저장 장치로 간주합니다.
“10개 더 만들 수 있으면 좋겠어요. 나는 그들을 사랑합니다.”라고 Consumers Energy의 커뮤니티 업무 매니저인 Eric Gustad는 Ludington 시설을 견학하는 동안 말했습니다.
그러나 미시간 주 잭슨에 위치한 전력회사는 그러한 계획이 없습니다. 수십억에 달하는 환경 및 물류 문제와 잠재적 비용으로 인해 소비자는 몇 년 전에 호수 근처에 또 다른 부지가 될 예정이었습니다. 현재 공동 소유주인 DTE Energy와 함께 기존 공장을 업그레이드하고 있습니다.
Gustad는 “새 건물을 짓는 것은 재정적으로 의미가 없습니다. 주 또는 연방 정부의 도움을 받지 않는 한 빠른 시일 내에 이러한 일이 일어날 것이라고 보지는 않습니다.”라고 말했습니다.
중립에 갇히다
이 회사의 결정은 이러한 시스템이 예비 전력 규모 에너지의 약 93%를 차지하는 미국에서 양수 저장이 직면한 문제를 보여줍니다. 분석가들은 전력 저장에 대한 수요가 급증할 것으로 예상하지만 산업 성장은 뒤쳐져 있습니다.
미국에는 43개의 양수식 저장 시설이 있으며 총 용량은 22기가와트이며 이는 많은 원자력 발전소의 출력입니다. 그러나 1995년 이후 단 하나의 소규모 작업이 추가되었으며 90개 이상의 계획 중 얼마나 많은 것이 장기간 지연을 초래하는 경제, 규제 및 물류 장벽을 극복할 수 있는지 알 수 없습니다.
3개의 프로젝트가 연방 에너지 규제 위원회(Federal Energy Regulatory Commission)로부터 라이센스를 얻었지만 건설 중인 프로젝트는 없습니다. 오랫동안 계획된 오리건 시설의 개발자들은 2023년에 작업이 시작될 것으로 예상합니다. 5년 전에 라이센스를 받은 몬태나주의 한 회사는 건설이 시작되기 전에 공장을 운영하고 저장 용량을 구입하기 위해 유틸리티가 필요합니다.
대조적으로, 전 세계적으로 60개 이상이 건설되고 있으며 대부분 유럽, 인도, 중국 및 일본에 있습니다.
National Hydropower Association의 Malcolm Woolf 회장은 지난 1월 상원 에너지 및 천연 자원 위원회 청문회에서 “허가 과정은 미친 짓입니다. 너무 많은 기관이 관련되어 있습니다.”라고 말했습니다.
FERC가 새로운 시설을 허용하고 기존 시설을 다시 허가하지만 다른 연방, 주 및 부족 사무실이 역할을 한다고 Celeste Miller 대변인이 말했습니다. “모든 프로젝트는 고유합니다. 모두 다양한 사례별 문제가 있다”고 말했다.
업계는 태양열 및 풍력과 유사한 투자 세금 공제를 위해 로비를 하고 있습니다. Joe Biden 대통령의 Build Back Better 계획에는 세금 감면이 포함되어 있지만 의회에 계류되어 있습니다.
펌핑 스토리지는 1930년대 초부터 시작되었습니다. 그러나 대부분의 시스템은 원자력 발전소에서 잉여 전력을 저장하고 필요할 때 방출하기 위해 수십 년 후에 구축되었습니다.
저장 시설은 또한 갑작스러운 정전 시 안전망 역할도 합니다. 2020년 뉴잉글랜드 원자력 발전소가 오프라인으로 넘어졌을 때 Woolf는 “보스턴의 조명은 깜박이지 않았다”고 말했습니다. 왜냐하면 두 개의 펌프식 저장 스테이션이 백업 전력을 제공했기 때문입니다.
원자력, 석탄 및 천연 가스 발전소는 계속해서 운영할 수 있지만 풍력과 태양열은 계속 운영할 수 없으므로 예비 전력 시장이 성장할 가능성이 높습니다. 국립 재생 에너지 연구소(National Renewable Energy Laboratory) 모델에 따르면 미국의 저장 용량은 2050년까지 5배 증가할 수 있습니다.
Jennifer Granholm 에너지 장관은 작년에 “우리는 향후 몇 년 동안 수백 기가와트의 청정 에너지를 그리드에 공급할 것이며 필요할 때마다 그 에너지를 사용할 수 있어야 합니다.”라고 말했습니다.
위치, 위치, 위치
Australian National University 엔지니어들은 컴퓨터 매핑을 사용하여 전 세계적으로 600,000개 이상의 “잠재적으로 실현 가능한” 양수 저장 장소를 식별했습니다. 여기에는 미국의 32,000개가 포함되어 있으며, 이는 글로벌 재생 가능 전력 네트워크를 지원하는 데 필요한 에너지의 100배를 저장할 수 있습니다.
그러나 이 연구는 사이트가 환경 또는 문화 보호 표준을 충족하는지 또는 상업적으로 실행 가능한지 여부를 조사하지 않았습니다. 그것의 웹사이트는 “다수 또는 심지어 대부분이 … 부적합한 것으로 판명될 수 있다”고 인정했다.
저수지는 일반적으로 물고기 경로를 차단하고 수질을 손상시키며 강력한 온실 가스인 메탄을 방출하는 수력 발전 댐에 의해 형성되기 때문에 환경 운동가들은 양수 저장에 대해 냉정합니다. 또한 대부분의 식물은 강에서 지속적으로 물을 끌어옵니다.
그러나 최근 설계에서는 지표 또는 지하 공급을 탭한 다음 저수지 사이에서 해당 물을 반복적으로 순환하는 “폐쇄 루프” 시스템을 구상하고 있습니다. 물은 증발이나 누출을 보충하기 위해서만 추가됩니다.
환경 보호 단체를 대표하는 수력 발전 개혁 연합(Hydropower Reform Coalition)은 “매우 제한된 상황”에서 그러한 프로젝트를 지원할 수 있다고 말합니다.
그러나 워싱턴 주의 Goldendale 에너지 저장 프로젝트를 포함하여 일부는 저항을 받고 있습니다. 그것은 언덕의 반대편에 있는 2개의 60에이커(24.3헥타르) 저수지 사이에 물을 공급할 것입니다.
프로젝트를 주도하고 있는 Rye Development에 따르면 이 시설은 최대 12시간 동안 거의 500,000가구에 전력을 공급할 수 있습니다. FERC 라이선스를 찾고 있으며 2028년에 온라인으로 전환될 예정이지만 여전히 주정부 수질 허가가 필요합니다.
환경 단체는 습지와 야생 동물 서식지에 대한 피해를 두려워하는 반면 부족들은 이 프로젝트가 신성한 장소를 잠식할 것이라고 말합니다.
American Rivers의 부이사인 Bridget Moran은 “이 기술을 온라인으로 구현하기 위해 무엇을 희생할 의향이 있습니까?”라고 말했습니다.
개발자들은 이 프로젝트에 오염된 저수지 지역의 정화가 포함될 것이라고 말합니다.
미국 에너지부는 개발자가 최적의 위치를 찾는 데 도움이 되는 웹 기반 도구를 출시했습니다.
최근 미시간 공과 대학(Michigan Technological University)의 연구에 따르면 펌프 저장소를 수용할 수 있는 수백 개의 버려진 미국 광산이 확인되었습니다. 상부 저수지는 지표면 또는 그 근처에 있고 하부 저수지는 지하에 있습니다.
보고서는 송전 및 배전 기반 시설과 태양광 및 풍력 발전 시설과 충분히 가깝습니다.
연구 공동 리더인 에너지 정책 부교수인 Roman Sidortsov는 “땅에 있는 이 모든 구멍은 갈 준비가 되어 있습니다.”라고 말했습니다.
그러나 일부 폐기된 광산은 환경에 더 나을 수 있지만 뉴욕 에섹스 카운티의 프로젝트는 수질 오염 문제로 인해 중단되었습니다.
경쟁력 있는 미래
저장 에너지 시장이 성장함에 따라 새로운 기술이 등장하고 있습니다.
텍사스에 기반을 둔 Quidnet Energy는 물을 지하로 밀어넣고 암석층 사이에 보관하고 터빈에 전력을 공급하는 펌프식 저장 장치를 개발했습니다. 회사는 3월에 샌안토니오의 시립 유틸리티와 함께 프로젝트를 발표했습니다.
스위스 스타트업인 Energy Vault는 35톤 벽돌을 들어 올리고 쌓기 위해 재생 에너지로 구동되는 크레인을 고안했습니다. 에너지가 필요할 때 발전기를 회전시키는 케이블로 벽돌을 낮춥니다.
현재로서는 배터리가 8~16시간 동안 전력을 생산할 수 있는 양수식 저장 플랜트의 주요 경쟁자입니다. 리튬 이온 배터리는 일반적으로 최대 4시간 동안 지속되지만 더 오래 지속되는 배터리도 개발 중입니다.
“8시간짜리 배터리가 양수식 발전소보다 저렴한 지경에 이르게 될까요? 그것은 수십억 달러의 질문입니다.”라고 국립 재생 에너지 연구소의 분석가인 Paul Denholm은 말했습니다.
2016년 에너지부 보고서에 따르면 미국 네트워크에는 36기가와트의 새로운 양수 저장 용량이 있습니다.
수력 발전 협회의 시장 담당 부사장인 Cameron Schilling은 “펌핑 저장 장치가 만능이라고 생각하지 않지만 미래 저장 장치의 중요한 부분입니다.”라고 말했습니다. “그것 없이는 시스템을 탈탄소화할 수 없습니다.”
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