캘리포니아주 센트럴 밸리(Central Valley) 모데스토(Modesto) 근처에 있는 소형 태양열 발전소에서, 에너볼트(Enervault)라고 불리는 한 창업회사가 최근에 재생에너지 유틸리티 시설이 사용할 수 있는 에너지양을 증가시킬 수 있는 새로운 축전지 기술을 선보였다. 이 기술은 저렴한 물질에 기반을 두고 있는데, 이 물질은 이전의 연구진들이 그것으로 제작된 축전지가 긴 시간 지속할 정도로 실용적이지 않기 때문에 대부분 포기한 물질이다. 그렇지만, 이 회사는 축전지를 수십 년 동안 지속하게 하는 방법을 찾아냈다고 밝혔다.
이 기술은 1시간 동안 10,000개의 100W짜리 조명등을 운영할 수 있는 1MW의 전기를 저장하는 대형 축전지에 실증화 작업이 진행되고 있다. 에너볼트(Enervault)사에 의하면, 이 축전지는 특정 장소에서만 타당성이 있는 기술인 산꼭대기로 물을 펌핑하여 다시 떨어질 때 터빈을 돌려 전기를 생산하는 것처럼 오늘날 이용 가능한 가장 저렴한 형태의 전기 저장시스템과 경쟁을 할 수 있다. 이 회사는 비슷한 시험을 진행 중인데, 크기는 더 작지만 약 2년 후에는 좋은 결과를 도출할 것으로 보인다. 이 기술 연구는 미국 에너지부의 5백만 달러 자금지원을 포함한 총 30백만 달러의 연구자금을 모았다.
축전지는 풍력발전이나 태양열 발전으로부터 수 시간 동안 출력을 발생시키는 대량의 에너지를 저장하는데 특히 적절한 시스템이다. 여기서, 축전지 기술은 재생에너지가 가진 큰 문제점을 해결할 수 있다. 즉, 때때로 이 발전시스템은 이른 아침 시간이나 시원하고 태양이 비치는 주말과 같은 시간과 같이 필요하지 않을 때 전기를 생산하기도 한다.
이 기술은 플로우 축전지(flow battery) 형태인데, 소위 에너지 저장물질이 액체 형태를 띠기 때문이다. 이것은 필요할 때까지 대형 탱크에 저장된 다음에, 스택(stack)이라고 불리는 상대적으로 작은 장치를 통해 펌핑되어 그곳에서 전기 생산을 위해 상호작용을 하게 된다. 대형 탱크를 제작하는 것은 상대적으로 값이 저렴하기 때문에, 더 많은 에너지 저장이 필요하면 경제성은 더 높아진다. 이것은 축전지가 신속한 전기 방출이 필요하지 않지만, 나중에 전기를 사용하기 위해 저장하는 용도로 최적의 상황임을 의미한다.
에너볼트(Enervault)사가 개발한 특수한 버전의 기술은 물, 크롬 그리고 1970년대에 축전지에 사용이 시도되었던 저렴하고 안전한 물질인 철을 사용한다. 그렇지만, 수소의 방출과 같은 원하지 않는 화학적 반응이 성능을 저하시켜 그들이 저장하는 에너지의 양을 감소시켰다.
"원하지 않는 반응이 가역적이라는 것을 증명함으로써, 우리는 철-크롬의 화학반응이 가진 문제를 해결했다"고 이 회사 최고경영자인 짐 파페(Jim Pape)씨는 말했다. 이 회사에 의하면, 에너지 저장물질은 20년 이상 지속될 수 있다.
이 기술이 가진 단 하나의 중요 단점은 효율성이 70% 미만이라는 것이다. 즉, 축전지를 충전하는데 사용되는 전기의 30%는 소실된다는 것이다. (많은 축전지의 효율성은 90% 이상이다.) 이 회사에 의하면, 경제성은 여전히 중요한 것으로, 이러한 버려지는 축전지는 대규모 재생에너지에는 부적절한 것이다. 버려지는 에너지를 보상하려면 더 많은 태양전지가 설치되어야 할 것이다.
이 회사에 의하면, 축전지가 현재의 실증화 모델보다 더 큰 규모로 상업적인 생산이 가능할 시점을 위해 대규모로 실증화 시험이 진행되고 있고, 지금 현재 시장에 출시된 것과 가장 비슷한 류의 축전지인 바나듐 레독스 플로우 축전지(vanadium redox flow batteries) 비용의 1/5 정도에 불과해질 것이다.
[출처 : KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』/ 2014년 6월 3일]
[원문출처]
Battery made of iron could improve economics of solar and wind power
At a small solar power plant near Modesto, in California's Central Valley, a startup called Enervault recently unveiled battery technology that could increase the amount of renewable energy utilities can use. The technology is based on inexpensive materials that researchers had largely given up on because batteries made from them didn't last long enough to be practical. But the company says it has figured out how to make the batteries last for decades.
The technology is being demonstrated in a large battery that stores one megawatt-hour of electricity, enough to run 10,000 100-watt light bulbs for an hour. Enervault says its batteries could compete with the cheapest form of electricity storage available today—pumping water up a hill so that it can spin turbines as it flows back down, which is feasible only in certain locations.
The company has been testing a similar, though much smaller, version of the technology for about two years with good results. It has raised $30 million in funding, including a $5 million grant from the U.S. Department of Energy. The batteries are particularly well suited to storing large amounts of energy, such as hours of output from a wind farm or solar plant. They could thereby help solve a big problem with renewables: sometimes they generate electricity when not much is needed, such as in the early morning hours or on cool, sunny weekend days.
The technology is a type of flow battery, so called because the energy storage materials are in liquid form. They are stored in big tanks until they're needed; then they're pumped through a relatively small device, called a stack, where they interact to generate electricity. Building bigger tanks is relatively cheap, so the more energy storage is needed, the better the economics become. That means the batteries are best suited for storing hours' or days' worth of electricity, not delivering quick bursts.
Enervault's particular version of the technology uses water, chromium, and iron—cheap, safe materials that had been tried in batteries in the 1970s. But unwanted chemical reactions such as the release of hydrogen caused them to degrade, decreasing the amount of energy they could store.
"By proving that the unwanted reactions are reversible, we've solved the problems with iron-chromium chemistry," says Enervault CEO Jim Pape. The company says the energy storage materials can last for more than 20 years.
One significant drawback to the technology is that it's less than 70 percent efficient—30 percent of the electricity used to charge the battery is lost (many batteries are better than 90 percent efficient). The company says the economics still work out, but such a wasteful battery might not be ideal for large-scale renewable energy. More solar panels would have to be installed to make up for the waste.
Enervault says that when the batteries are produced commercially at even larger sizes than the current demonstration model, they will cost just a fifth as much as vanadium redox flow batteries, which have been demonstrated at large scales and are probably the type of flow battery closest to market right now.
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