기사제목 : 거대 배터리가 미국의 전력사용 방식을 완전히 바꾸고 있다.


기사내용

1) 캘리포니아 주는 다른 주보다 더 많은 전력을 태양광에서 얻는다. 태양광 전력은 낮에 풍부하지만, 전력수요가 최고치인 저녁이 되면 사라진다. 저녁 시간대의 전력수요를 충족하기 위해, 전력회사들은 화석연료를 태운다.

2) 2020년부터, 캘리포니아 주는 중국을 제외한 전 세계보다 더 큰 규모의 배터리를 설치했다. 배터리는 낮 동안 초과 태양광 전력을 흡수하고 저장해, 밤에 전력을 공급한다.

3) 첫번째 그래프에서 보듯, (2024년) 4월 30일 오후 7 ~ 10시 사이에 배터리는 캘리포니아 주의 전력 소요 중 20% 이상을 공급했으며, 몇 분 동안 7기의 대형 원전과 동등한 7,046 Mkw 전력을 뿜어냈다.

4) 미국에서 풍력과 태양광은 일정하지 않아, 전력을 저장하기 위해 배터리를 건설하고 있다. 지난 3년 넘게, 미국 전력망의 배터리 저장 용량은 10배로 성장해 16,000 Mkw가 되었다. 올해, 텍사스, 캘리포니아, 애리조나 주에서 최대 성장과 함께 2배 가까이 증가할 것으로 예측된다.

5) 배터리 전기차 산업이 지난 10년 동안 확장되는 동안, (배터리) 가격은 80% 감소해 대규모 전력 저장소의 경쟁력을 가지게 했다. 정부의 행정명령과 보조금 또한 성장에 원동력이 되었다.

6) 배터리가 확산되면서, 전력 회사들은 새로운 방식으로 (배터리를) 활용해 태양광과 풍력 발전소의 전력 생산량 변동을 관리하며 송전망의 혼잡을 줄이고 모든 것을 태울듯한 폭염에서 대정전을 예방하는데 도움이 된다. (온도가 상승하면 에어컨 등 전력 소요가 폭증한다.)

7) 캘리포니아 주는 기후변화와 맞서기 위해 야심 찬 목표를 세웠으며, 정책 입안자들은 전력망 배터리가 2045년에 탄소 배출량 0의 전력원에서 100%의 전력을 확보하는데 도움이 되기를 기대한다. 해당 주는 여전히 지구 온난화의 주요 원인인 천연가스에 지나치게 의존하는 동안, 배터리는 화석연료 시장을 잠식하기 시작했다. 주 규제기관은 2035년까지 배터리 용량을 약 3배로 늘릴 계획을 세우고 있다.

8) 2010년대 전력회사가 전력망에 배터리를 처음으로 연결할 때, 전력회사는 배터리가 발전소의 갑작스러운 중단으로 소규모 전력공급 중단을 없애는데 주로 쓰인다고 말했다. 대다수 배터리 운용사들은 여전히 수익의 대부분을 [*전력계통운영 보조서비스]에서 얻는다.

* ancillary services (전력계통운영 보조서비스) : 전력은 1년 365일 24시간 내내 수요에 맞게 공급되어야 한다. 또한 설비 고장이나 사고에서도 전력공급은 지속되어야 한다. 갑자기 예상하지 못한 발전과 부하의 불균형이 생길 경우, 전력을 공급한다.

9) 하지만 전력회사들은 배터리를 거래의 일환으로 사용한다. 전력이 풍부하고 가격이 낮을 때 배터리를 충전하고, 전력공급이 부족하고 가격이 비쌀 때 전력망에 전력을 공급한다. 캘리포니아 주는 태양광 발전이 전력수요보다 많은 정오에 전기료가 폭락하는 경우가 많다. 특히 에어컨 사용량이 적은 봄철에 그렇다. 저녁이 되면 태양이 지고 전력망 운영자가 화력발전소나 수력발전소의 출력을 늘릴 때 전기료가 급증한다. 이제 캘리포니아 주는 전력망에 연결된 배터리 용량이 [*10GW로] 1,000만 가구에 몇 시간 동안 전력을 공급하기에 충분하다.

* 10GW는 원전 10개의 발전설비 용량에 해당함.

10) 텍사스 주는 태양광 발전에서 캘리포니아 주를 빠르게 따라잡으며, 배터리는 저녁 시간대 전력 수요 최고치에 점점 도움이 되고 있다. 4월 28일 태양은 지고 풍력은 예상치 못한 공급 저하가 있었으며 화력발전소 대부분은 정비로 가동을 중단했다. 그 당시 배터리가 개입해 텍사스 전력 중 4%를 공급해, 백만 가구에 충분한 전력이었다. 작년 여름 기록적인 폭염에서 배터리는 추가 전력을 공급해, 텍사스 주의 저녁시간대 대정전을 방지하는데 도움이 되었다.

11) 텍사스와 캘리포니아 주는 서로 다른 방식으로 배터리 저장소를 짓고 있다. 캘리포니아 주에서 주 정부의 행정명령이 원동력이 되었다. 2019년 규제기관은 노후된 화력발전소들이 너무 많이 폐쇄되어 대정전을 우려했고, 전력운영회사에게 수천 메가와트 용량의 전력 저장소를 신속히 설치하도록 지시했다.

12) 텍사스 주는 시장의 조절이 지배적이다. 주 정부는 전력계통의 규제를 없애 전기료가 가파르게 변동할 수 있도록 허용했으며, 전기공급이 매우 부족해질 때 1Mkh 당 5,000 달러 (약 680만 원)까지 오를 수 있다. 배터리 저장소 개발자는 주기적으로 전력공급망이 막히는 곳의 전기료 급등을 이용해 수익성을 개선한다.

13) 다른 주들도 뒤따르고 있다. 애리조나와 조지아 주의 공기업들은 데이터 센터와 공장의 수요 증가를 관리하기 위해, 수천 Mkw급 용량의 배터리 저장소를 설치할 계획이다.

14) 하지만, 배터리 산업계는 여전히 장애물에 직면하고 있다. 리튬이온 배터리는 가연성을 가지며, 운용사가 (화재) 위험을 줄이는 조치를 수행해도 일부 지역은 본인 지역에 배터리 저장소 건설을 반대한다. 대부분의 배터리는 중국산이며, 무역 분쟁에 취약하다. 텍사스 주에서 천연가스 발전소에 보조금을 주면 배터리 호황에 악영향을 줄 수 있다. 다른 주의 복잡한 규제들은 공기업이 에너지 저장소를 추가하는데 막는 경우가 있다.

15) “이런 에너지 저장소는 최근에 등장했기 때문에, 규제가 여전히 뒤따르고 있다.” 환경단체 ‘천연자원 보호협회 (Natural Resources Defense Council)’에서 전력망 분야를 담당하는 ‘Natalie McIntire’이 말했다.

16) 한 분석가에 따르면, 현재 텍사스 주의 많은 배터리들은 탄소 배출량을 증가시키고 있다. 운영회사는 매출을 최대화하는데 집중해, 때로는 화력발전소로 배터리를 충전하기 때문이다.

17) 이와 대조적으로 캘리포니아 주의 배터리는 화석연료의 탄소 배출량을 줄이는 것 같다. 주의 4월 천연가스 사용량은 7년 만에 최저치로 감소했다. “우리는 태양광 발전량이 위, 아래로 변동할 때 배터리가 천연가스를 대체한다는 결론에 도달했습니다.” 전력량 자료를 수집하는 회사 ‘Grid Status’의 최고경영자 ‘Max Kanter’가 말했다.

18) 캘리포니아 주는 전력의 약 40%를 천연가스에서 얻고 있으며, 현재 배터리 기술로 전부 대체하기는 어려울 수 있다. ‘BloombergNEF’ 사의 한 분석가는 태양광과 배터리가 수요가 최고치일 때만 가동하는 소규모 [첨두*] 화력발전소보다 비용-효과 측면에서 대안이 될 수 있다고 밝혔다. 하지만 배터리는 대규모 천연가스 발전소를 대체하기에는 너무 비용이 들며 천연가스 발전소는 낮과 밤에도 일정한 전력을 생산한다.

* 첨두부하 (peaker load) : 시간 또는 계절에 따라 변동하는 발전부하 중 가장 높은 수요. 하루의 전력 사용량에서 여러 부하가 겹쳐 종합 수요가 커지는 시간의 부하.

19) “남은 메가와트시 용량의 전력을 모두 흡수하는 배터리 저장소는 너무나 비싸기 때문에 짓는 것을 원하지 않을 겁니다.” 캘리포니아 버클리 대학교의 경제학자 ‘Meredith Fowlie’가 말했다.

20) 국립 재생에너지 연구소의 에너지 저장소 전문가 ‘Nate Blair’에 따르면, 현재의 리튬이온 배터리는 방전되기까지 2 ~ 4시간 동안만 전력을 공급할 수 있다. 비용이 계속 줄어들면, 배터리 회사들은 용량을 8 ~ 10시간으로 확장할 수 있을 것이다. (배터리 팩을 추가할 것인지의 문제이다.) 하지만 그 이상은 경제성이 없을 것이다.

21) 캘리포니아 주가 재생 에너지에 더 크게 의존하려면, 몇 주 동안 바람이 불지 않거나, 흐린 날씨에 대처해야 한다. 다른 난제도 있다. 태양광 전력은 겨울보다 여름에 더 생산되며, 계절별 차이를 처리하기 위해 몇 달 분량의 전력을 저장할 수 있는 배터리는 없다.

22) 일부 회사들은 해결책을 찾고 있다. 캘리포니아 주 새크라멘토 시의 스타트 업 ‘ESS’ 사는 플로우 배터리를 건설해 전해액에 에너지를 저장하고 최소 12 시간 이상 전력을 공급할 수 있다. 다른 스타트 업 ‘Form Energy’ 사는 100 시간 용량의 철-공기 배터리를 건설했다. 이런 발상은 원자력 발전, 지열발전 또는 전력을 녹색 수소로 저장하는 대안들과 경쟁할 것이다.

23) 캘리포니아 주의 규제기관들은 어느 방식이 우위를 가질지 명확하지 않지만, 21세기 중반이 되면 전력 저장 용량이 5배로 증가되어야 한다고 말했다.

* 첫번째 그래프 주석
  해당 그래프는 하루 평균 발전량을 5분 단위로 연료 유형에 따라 반영했다. 그래프에서 배터리가 전력을 공급할 때, 다른 지역의 전력을 공급받은 것을 보여 준다. 하지만, 그래프는 배터리 충전과 타 지역으로의 송전을 보여주지 않는다. 자료는 전력회사 규모의 발전을 반영하지만, 주택 옥상의 태양광 발전과 같은 “자체 수요용 발전”을 포함하지 않는다. 날씨에 따른 변수를 보정하지 않았다.
‘California Independent System Operator’ 사의 천연가스 발전량 집계 방식은 23년 12월에 바꿨다. 대변인에 따르면 이전 방식으로는 천연가스 발전량이 “수백 메가와트 범위에서” 과대 집계되었다.
평균 일출, 일몰 시간은 그래프에 나와 있다.

* 몇년 전, 한국도 재생에너지를 저장할 ESS 건설이 늘었지만 화재 사고가 자주 나 위축되었습니다.
   미국은 이 문제를 어떻게 해결했는지 궁금하네요.
   추가로 비용과 폐 배터리 문제를 어떻게 처리할지 흥미롭습니다.