수중 탱크는 에너지 저장을 거꾸로 뒤집습니다

Nov 28, 2023

양수 저장은 가장 오래된 그리드 저장 기술 중 하나이자 가장 널리 배포되는 기술 중 하나입니다. 개념은 간단합니다. 잉여 에너지를 사용하여 많은 양의 물을 높이 끌어 올리고 나중에 에너지를 다시 얻고 싶을 때 터빈을 통해 다시 작동시키는 것입니다.

전 세계적으로 재생 에너지 배치가 증가함에 따라 이러한 간헐적인 에너지원에서 에너지를 저장하는 방법을 찾는 데 많은 관심이 있습니다. 전통적인 양수 수력이 도움이 될 수 있지만 작업하기에 적합한 토지는 한계가 있습니다.

그러나 해결책이 있을 수 있으며 파도 아래 깊은 곳에 숨어 있습니다. 예, 우리는 수중 양수 수력 저장 장치에 대해 이야기하고 있습니다!

수중 양수 수력 저장 시스템의 기본 개념은 육상 기반 사촌의 개념과 다르지 않습니다. 차이점은 이미 바다 속에 있을 때 물을 펌핑하여 전기를 만드는 방법의 세부 사항에 있습니다.

일반적인 아이디어는 폐쇄된 선박을 해저에 놓아두는 것입니다. 그런 다음 잉여 에너지는 이 용기에서 물을 펌핑하는 데 사용되어 내부는 거의 진공 상태가 됩니다. 시스템에서 에너지를 회수하려는 경우, 위의 해수에 의해 생성된 압력에 따라 물이 용기로 다시 흐르도록 할 수 있습니다. 용기가 채워지면 유입되는 물이 터빈을 작동시켜 전통적인 양수 시스템과 동일한 방식으로 전기를 생산합니다.

그러한 디자인의 유용성은 처음에는 명확하지 않을 수 있습니다. 그러나 이러한 시스템에는 여러 가지 이점이 있습니다. 그 중 가장 중요한 점은 이러한 시스템이 발전 측면에서 높이 평가되지만 생산량이 산발적인 해상 풍력 발전소와 쉽게 같은 위치에 배치될 수 있다는 것입니다. 수중에서 달리는 시스템은 또한 바다 위의 큰 압력을 활용할 수 있습니다. 수심 10미터마다 압력은 대략 1기압(1bar)씩 증가하며, 완전히 "충전"된 경우 진공에 가까운 용기에서 작동하도록 설계된 시스템을 사용하면 큰 차이를 활용할 수 있습니다. 75bar를 초과하는 압력에서 작동하도록 제안하는 일부 설계. 이러한 시스템의 효율성은 약 70~80%에 달할 것으로 예상되며 이는 기존 양수식 수력 저장 장치와 거의 동일합니다.

수중 설계는 또한 펌핑 수력 저장소에서 물과 에너지를 흡수하는 증발 문제를 제거합니다. 설치도 쉽게 확장 가능합니다. 각 수중 저장소에는 그리드에 대한 전기 연결만 필요하며 그 이상은 필요하지 않습니다. 적절한 전기 인프라를 갖춘 수중 저수지를 더 많이 설치하는 것만으로도 설치 용량을 쉽게 늘릴 수 있습니다.

저수지를 건설하기 위해 큰 산이나 계곡을 찾을 필요가 없고, 저수지가 터져 주변 지역 도시를 파괴할 위험이 없다는 단순한 장점도 있습니다. 대신, 거의 사용되지 않는 해저 지역은 쉽게 이용 가능하며, 주택 개발이나 기존 사업이 거의 없어 건물 승인 절차를 방해합니다.

이 분야에서 가장 주목할만한 노력은 줄여서 StEnSea라고도 알려진 Stored Energy at Sea 프로젝트입니다. 2011년에 Horst Schmidt-Böcking 박사와 Gerhard Luther 박사가 고안한 기본 아이디어는 해저에 직경 30미터 크기의 구체라는 거대한 개념으로 이어졌습니다. 여기에는 물을 비우고 물이 다시 유입될 때 전기를 생성하는 통합 터빈 펌프가 포함되어 있습니다.

2016년에 실물 크기 개념의 1:10 크기 테스트가 진행되었습니다. 여기에는 주요 저장 용기 역할을 할 직경 3m의 콘크리트 구체의 건설이 포함되었습니다. 독일 콘스탄스 호수의 수심 100m에 가라앉은 이 선박은 수중 양수 수력 저장 장치의 생존 가능성을 확인하기 위해 4주 동안 광범위한 테스트를 거쳤습니다. 테스트는 전반적으로 성공적이었으며 엔지니어링 팀은 구체를 작동하고 에너지를 저장하고 나중에 복구할 수 있었습니다.

다른 연구와 결합된 이 연구 결과는 이 아이디어가 약 700미터 깊이에서 실현 가능하다는 것을 팀에게 보여주었습니다. 이 깊이의 압력은 약 70bar이며 시스템이 재료 강도 문제 및 설치 실용성과 관련하여 안전한 영역을 유지하면서 많은 양의 에너지를 생성하는 데 도움이 됩니다. 이 깊이에서는 단일 구가 4시간의 방전 시간 동안 5MW를 생성할 수 있는 터빈과 함께 전체 20MWh의 전기를 저장할 수 있을 것으로 예상됩니다.