미국내 재생가능 에너지(Renewable Energy)와 관련한 새로운 보고서에 따르면, 기존 대비 개선된 저장 기술(Storage Technology)을 이용하거나 전체적인 전기 흐름(Flow of Electricity)을 더 안정적으로 공급할 수 있는 다양한 대체 에너지 시스템을 서로 조화롭게 연결하는 노력들은 지금보다 재생가능 에너지(Renewable Energy)가 확대될 수 있게 하는 중요한 도약의 기회를 제공하는 것으로 나타났다.
그 동안의 이력으로 볼 때 대체 에너지 시스템의 활용 및 비용 효율성과 관련한 주요 단점은 이들이 너무 많은 변동성을 보여준다는 것이었다. 만약 바람이 불지 않거나 태양이 빛나지 않는 날씨에서는 완전히 다른 에너지 시스템을 활용해야만 상호 보완할 수 있었다. 이러한 의존성 부족은 높은 비용과 비효율성이라는 결과를 초래하게 된다. 그러나 Electricity Journal에 발표된 한 분석결과에서 연구원들은 개선된 에너지 저장 기술이나 하이브리드 시스템(Hybrid System)을 활용한다면 이러한 문제의 대부분을 해결할 수 있다고 주장하였다. 여기서 하이브리드 시스템이라는 것은 넓은 지리학적 규모의 개념 속에서 하나의 재생가능 에너지 생산이 증가하면 다른 하나는 생산을 낮추는 것을 의미한다.
오레곤 주립대학(Oregon State University)의 대학원생이자 에너지 정책 분석가인 Anna Kelly는 "풍력에너지는 상당한 가격 경쟁력을 확보하고 있으며, 태양에너지 역시 이러한 경쟁력을 빠르게 갖추어 가는 상황이다. 이들 기술과 관련된 다른 기술을 보다 폭넓게 활용하는데 있어 중요한 것은 스마트 그리드(Smart Grid) 연결 시스템에 적절히 결합시키는 일이다. 이러한 일은 다수의 국가들에서 이미 성공적으로 수행되고 있으며, 접근방법 또한 앞으로 확대될 것으로 보인다"고 말한다. 또한 "예를 들어, 일부 지역에서 바람은 야간 시간대에 더 강하게 분다. 그리고 태양발전 기술은 해가 떠 있는 낮 시간에만 에너지를 생산할 수 있다. 연결된 그리드의 기본 개념을 보다 복잡하게 활용하고 에너지 저장과 같은 보다 개선된 형태에 짝을 지어줌으로써 재생가능 에너지 시스템의 활용도를 지금보다 훨씬 확대할 수 있다. 이는 단순한 아이디어 이상의 것으로 미국뿐만 아니라 스페인, 모로코, 중국 등 전세계에 있는 에너지 공장의 현실에 잘 부응한다"고 덧붙였다.
Kelly는 "지열(Geothermal) 에너지는 태양발전과 짝을 이룰 수 있고, 풍력 및 태양발전은 리튬이온 배터리(Lithium-ion Battery)와 연결될 수 있다. 그리고 풍력발전 및 바이오디젤(Biodiesel)은 배터리 시스템과 이어진다. 이러한 접근방법은 가격 이슈를 해결하는데 도움을 주기 때문에 실제 기업들은 하이브리드 시스템을 통해 에너지를 생산하면서 이익을 창출하고 있다"고 설명하였다. 차세대 에너지 저장 기술은 재생가능 에너지의 활용도를 높이는데 필요한 또 다른 중요한 요소가 될 것이다. 이와 관련한 한가지 예는 미 서부에 위치한 몇 개의 주에서 진행되고 있는 사례이다. 와이오밍(Wyoming) 주에 위치한 효율화된 풍력단지(Wind Farm)를 통해 전기를 생산하고 있으며, 생산된 전기는 유타(Utah) 주로 전달된다. 이 에너지는 특정 암석지대내의 압축공기(Compressed Air)를 통해 저장되며, 최종적으로 로스엔젤리스의 전기 공급에 활용되고 있다. 압축공기는 에너지 수요에 대해 빠르게 응대할 수 있고, 상업화 규모에서 가격 경쟁력을 갖기 위한 규모 확장이 용이하기 때문에 80억 달러(약 9조 원)의 이 시스템은 다가오는 시대의 새로운 지표가 될 것으로 보인다.
이번 논문의 공동저자이자 오레곤 주립대학 대학원생인 Joshua Merritt는 "그렇지만 아직까지 극복해야 할 다수의 장애물이 있다"고 말한다. 그는 "에너지를 보다 손쉽게 생산하고 필요한 지역에 보낼 수 있게 하기 위해서는 지금의 송전 그리드에 중요한 개선이 이루어져야 한다. 이를 극복하기 위해서는 규제와 관련한 일부 장애물들이 있다. 그리고 대중은 이론적인 측면만이 아니라 실용적인 면에서 풍력, 파력 및 태양발전과 같은 에너지 시스템을 지금보다 더 많이 수용해야 할 것"이라고 말한다.
과학자들은 재생가능 에너지 시스템 도입과 관련하여 ‘내가 살고 있는 지역에는 안된다(Not in My Back Yard).’는 인식이 아직까지 남아 있다고 말한다. 그리고 어떤 형태의 에너지라도 환경적인 우려는 아직 남아 있다. 예를 들어, 풍력터빈 로터(Wind Turbine Rotor)는 날아다니는 새를 죽일 수 있고, 수력발전은 물고기에 영향을 줄 수 있다. 또한 태양에너지를 사용하는 것에 의해 화학적 오염이 발생하기도 한다.
연구진은 가까운 미래에는 더 많은 에너지 옵션을 제공할 수 있을 것이라 말한다. 차세대 배터리 기술은 점차 활용 가능한 수준이 개선되고 있다. 파력(Wave)이나 조력(Tida) 에너지는 실질적인 기여자가 될 수 있으며, 이들 에너지는 다른 에너지 대비 예측이 가능하면서 안정적이라는 장점이 있다. 그리고 낮은 비용으로 건설이 가능하면서 온실가스(Greenhouse Gas)를 배출하지 않는 소규모 모듈식 원자로(Modular Nuclear Reactor)의 탄생은 재생가능 에너지원으로부터 시작되는 에너지 흐름에 균형을 맞추는데 큰 역할을 할 것으로 기대된다.
이번 보고서에서 언급되었듯이 장기적인 목표는 일관성과 재생가능 에너지 간 상호 의존성을 제공하는 하이브리드 시스템을 잘 운영할 수 있는 기술을 확인하는 것이다. 시스템, 개선된 송전 능력, 일부 신규 기술의 진보와 관련한 신중한 조합을 통해 이러한 목표는 보다 현실적으로 가까워질 수 있다. 연구진은 "개발이 진행되면서 하이브리드 시스템의 비용은 점차 하락하여 경쟁력이 크게 증가할 것이다. 이러한 시스템이 미래 전기 생산에 있어 큰 역할을 하게 될 것으로 기대된다"고 결론내렸다.
Historically, a major drawback to the use and cost-effectiveness of alternative energy systems has been that they are too variable -- if the wind doesn't blow or the sun doesn't shine, a completely different energy system has to be available to pick up the slack. This lack of dependability is costly and inefficient.
But in an analysis just published in The Electricity Journal, scientists say that much of this problem could be addressed with enhanced energy storage technology or by developing "hybrid" systems in which, on a broader geographic scale, one form of renewable energy is ramping up even while the other is declining.
"Wind energy is already pretty cost-competitive and solar energy is quickly getting there," said Anna Kelly, a graduate student in the School of Public Policy at Oregon State University, and an energy policy analyst. "The key to greater use of these and other technologies is to match them in smart-grid, connected systems.
"This is already being done successfully in a number of countries and the approach could be expanded."
For instance, the wind often blows more strongly at night in some regions, Kelly said, and solar technology can only produce energy during the day. By making more sophisticated use of that basic concept in a connected grid, and pairing it with more advanced forms of energy storage, the door could be opened for a much wider use of renewable energy systems, scientists say.
"This is more than just an idea, it's a working reality in energy facilities around the world, in places like Spain, Morocco and China, as well as the U.S.," Kelly said. "Geothermal is being paired with solar; wind and solar with lithium-ion batteries; and wind and biodiesel with batteries. By helping to address the price issue, renewable energy is being produced in hybrid systems by real, private companies that are making real money."
Advanced energy storage could be another huge key to making renewable energy more functional, and one example is just being developed in several cooperating states in the West. Electricity is being produced by efficient wind farms in Wyoming; transmitted to Utah where it's being stored via compressed air in certain rock formations; and ultimately used to help power Los Angeles.
This $8 billion system could be an indicator of things to come, since compressed air can rapidly respond to energy needs and be readily scaled up to be cost-competitive at a significant commercial level.
"There are still a number of obstacles to overcome," said Joshua Merritt, a co-author on the report and also a graduate student in mechanical engineering and public policy at OSU. "Our transmission grids need major improvements so we can more easily produce energy and then send it to where it's needed. There are some regulatory hurdles to overcome. And the public has to more readily accept energy systems like wind, wave or solar in practice, not just in theory."
The "not in my back yard" opposition to renewable energy systems is still a reality, the researchers said, and there are still some environmental concerns about virtually any form of energy, whether it's birds killed by wind turbine rotors, fish losses in hydroelectric dams or chemical contaminants from use of solar energy.
The near future may offer more options, the researchers said. Advanced battery storage technologies are becoming more feasible. Wave or tidal energy may become a real contributor, and some of those forces are more predictable and stable by definition. And the birth of small, modular nuclear reactors -- which can be built at lower cost and produce no greenhouse gas emissions -- could play a significant role in helping to balance energy outflows from renewable sources.
The long-term goal, the report concluded, is to identify technologies that can work in a hybrid system that offers consistency, dependability and doesn't rely on fossil fuels. With careful matching of systems, improved transmission abilities and some new technological advances, that goal may be closer than realized, they said.
"With development, the cost of these hybrid systems will decrease and become increasingly competitive, hopefully playing a larger role in power generation in the future," the researchers wrote in their conclusion.
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