중력이 에너지를 저장하게 하세요

Jun 25, 2023

캘리포니아주 산타바바라에 본사를 둔 스타트업인 Gravity Power LLC는 피크 및 중간 부하 발전을 위해 기존의 양수식 수력 및 가스 터빈과 경쟁하는 저비용, 빠른 시작, 빠른 동적 응답 에너지 저장 기술을 개발했습니다. 시스템은 간단하지만 그 잠재력은 엄청납니다.

현재 설치되고 있는 발전 장비의 대부분은 재생 에너지(주로 풍력 및 태양광) 또는 역사적으로 저렴한 천연 가스 가격을 활용하는 가스 연소 복합 발전을 위한 것입니다. 그러나 이러한 가스 연소 발전소 중 다수는 바람이 불지 않거나 태양이 빛나지 않을 때 재생 가능 발전을 대체할 수 있는 빠르게 반응하는 전력원 역할을 하는 추가적인 목적으로 건설되었습니다. 풍력과 태양광을 "추적"하기 위한 더 나은 기술 선택은 대량 전기 저장입니다.

재생 가능 에너지로 인한 시스템 계획 및 그리드 운영의 복잡성은 이전 기사("에너지 저장으로 적시 발전을 가능하게 함", 2011년 4월, powermag.com에서 볼 수 있음)에서 철저하게 논의되었습니다. 해당 기사의 핵심 주제는 재생 가능한 전기가 잠재력을 최대한 발휘하기 전에 유틸리티 규모의 에너지 저장이 상용화되어야 한다는 것이었습니다.

오늘날 대부분의 대규모 에너지 저장 프로젝트는 수만 개의 소형 배터리를 가득 채운 선적 컨테이너에 불과한 것으로 보입니다. 에너지 저장의 가치는 주로 피크가 아닌 시간에 생산된 대량 풍력을 에너지 가치가 훨씬 더 큰 피크 시간으로 "이동"할 수 있는 유틸리티 규모의 시스템을 통해 실제로 실현됩니다. 구름이 머리 위로 지나갈 때 격렬하게 순환하는 태양광 발전 시스템에도 이 값은 똑같이 중요합니다.

이전 기사에서는 개발 초기 단계의 여러 대규모 에너지 저장 기술에 대해 논의했습니다. Gravity Power LLC는 주로 해당 기술이 KISS 원칙(Google it)을 완전히 수용하고 단기적으로 배포 가능해야 하기 때문에 다른 회사보다 눈에 띄는 회사로 식별되었습니다. 실제로 미국 에너지부가 해당 기술을 살펴봤지만 연구개발이 필요하지 않아 개발 자금을 조달할 수 없었다.

이 기사를 읽는 데 시간이 걸리면 기술 전문가가 아닌 사람이라도 시스템이 어떻게 작동하는지 직관적으로 이해하고 그 단순성을 높이 평가할 것입니다.

Gravity Power의 CEO인 Tom Mason에 따르면 최종 디자인 컨셉은 2008년에 구체화되었으며, 곧바로 2009년 초 The Quercus Trust로부터 회사의 첫 번째 자금 조달이 이루어졌고 이어서 일련의 소규모 투자가 이루어졌습니다. 회사는 현재 시스템의 최종 설계 및 테스트 자금을 조달하기 위해 시리즈 B 라운드를 모집하고 있습니다. 해당 기술에 대한 최초의 Gravity Power 특허는 2012년 5월 미국 특허청에 의해 발행되었으며, 기타 글로벌 특허도 출원 중입니다.

GPM(중력 전력 모듈)은 간단한 기계입니다(그림 1). 시스템의 중심에는 70년 이상 동안 기존 PSH(양수 발전) 시스템에 사용된 것과 매우 유사한 가역 펌프 터빈 및 모터 발전기가 있습니다. 펌프 터빈이 위치한 지하 "수로"의 상단은 지하 40m에 위치합니다. 회로는 물이 채워진 두 개의 밀봉된 수직 샤프트로 구성됩니다. 첫 번째는 "파워 샤프트"라고 불리는 대구경 수직 천공 샤프트입니다. 더 작은 것이 "펜스톡" 샤프트입니다. 동력 샤프트 내에는 물에 의해 수력학적으로 위아래로 움직일 때 에너지를 저장하거나 반환하는 대형 피스톤이 있습니다. 물은 단순히 유압유입니다. 물은 회로를 따라 양방향으로 흐릅니다. 물은 시스템 루프 내에서 흐르면서 피스톤을 위로 밀어 올리거나, 물이 떨어지면서 피스톤에 의해 반대 방향으로 밀려납니다.

기존 PSH 시스템과 마찬가지로 양방향 드라이브가 수압대에서 피스톤 아래의 동력 샤프트로 물을 펌핑하여 피스톤을 들어 올려 피스톤의 위치 에너지를 저장할 때 전기가 소비됩니다. 저장된 에너지를 방출하기 위해 피스톤이 해제되고, 하강하면서 물은 이제 수력 터빈처럼 작동하고 발전기로 작동하는 모터를 사용하여 전력을 생성하는 펌프를 통해 강제로 공급됩니다. 피스톤이 떨어지는 속도에 따라 생성되는 순간 전력이 결정됩니다. 동력축의 깊이와 직경, 피스톤의 질량에 따라 저장되는 에너지량이 결정됩니다.