미국 전역에는 수십만 개의 버려진 광산이 곳곳에 흩어져 있습니다. 이들 중 다수는 한때 국가에 활력을 불어넣었던 산업의 유물인 탄광입니다. 따라서 이러한 광산을 풍력이나 태양열과 같은 재생 가능한 자원에서 수집한 에너지를 저장하기 위해 용도를 변경할 수 있다는 사실은 아이러니한 일이 아닙니다.
전제는 간단하며 오래된 광산을 배터리로 변환할 수도 있는 UGES라는 또 다른 계획과 유사한 라인을 따릅니다. 두 방식 모두 중력 위치 에너지의 원리를 활용합니다. 이 방식은 과잉 전기를 펌프에 사용하여 앞서 언급한 위치 에너지의 형태로 에너지를 저장합니다. 이는 재생 가능 에너지와 관련된 기술적 과제 중 하나를 해결합니다. 자연은 수요가 가장 높을 때 전기를 생산할 만큼 항상 충분히 배려하지 않습니다.
초기 UGES 시스템은 광산 샤프트 안팎으로 모래를 들어 올리는 것을 제안했지만, 새로운 연구에 따르면 버려진 광산은 양수 수력 발전(PSH) 시스템으로 기능할 수 있다고 합니다. 이 시스템에서는 잉여 전기를 사용하여 광산 내의 더 높은 수준으로 물을 펌핑하고 필요할 때까지 에너지를 저장합니다. 수요가 증가하면 물은 터빈을 통해 다시 방출되어 전기를 생산합니다. ORNL(Oak Ridge National Laboratory)의 연구원들은 과학자와 엔지니어가 기존 광산이 시스템을 지원할 수 있는지 평가할 수 있는 모델링 도구를 개발했습니다.
버려진 광산에 재생 에너지를 저장하는 방법
PSH의 개념은 새로운 것이 아닙니다. 실제로 이 기술은 이미 미국 전체 에너지 저장량의 약 88%를 차지해 유틸리티 규모의 전력을 저장하는 데 중요한 역할을 하고 있습니다. 원리는 상대적으로 간단하며 일반적인 수력 발전 시스템과 매우 유사하게 작동합니다. 둘 다 흐르는 물의 힘을 사용하여 터빈에 전력을 공급하고 전기를 생산합니다.
그러나 일반적인 수력 발전 방식은 물을 하류로 방출하는 저수지와 댐으로 구성되는 반면, PSH는 필요할 때 물을 다시 상부 저수지로 다시 펌핑하는 폐쇄형 시스템인 경우가 많습니다. 이것이 바로 그러한 계획을 배터리라고 부를 수 있는 이유이며, 잉여 전기는 배터리를 효과적으로 “충전”합니다. 전기 수요가 증가하면 중력을 이용해 배터리를 방전하고 잠재적인 에너지를 다시 유용한 전력으로 변환하는 것만 큼 간단합니다.
최신 연구가 추가한 것은 이것이 어디에서 작동할 수 있는지 이해하는 더 나은 방법입니다. 모든 광산이 PSH 시스템을 지원할 수 있는 구조적 완전성이나 화학적 조성을 갖고 있는 것은 아닙니다. ORNL 팀은 남은 광물로 인한 부식 위험과 이것이 터빈에 어떤 영향을 미칠 수 있는지 예측할 수 있는 고급 모델링 도구를 개발했습니다. 또한 이를 통해 엔지니어는 터널이 터널을 통과하는 고압 물의 힘을 견딜 수 있는지 여부를 평가할 수 있습니다. 본질적으로 이 연구는 잠재적인 에너지 저장 장소를 평가하는 훨씬 더 정확한 방법을 제공합니다.
이것이 중요한 이유
개념이 실행 가능한 것으로 입증되면 에너지 저장에 대한 의미가 중요할 수 있습니다. 양수 시스템은 이미 미국에서 그리드 규모의 저장 장치를 장악하고 있지만 이를 더욱 확장하는 데에는 지리라는 큰 문제가 있습니다. 큰 저수지와 상당한 고도 차이가 필요합니다. 콜로라도와 같은 산악 지역에 대한 계획이 계획된 경우 이는 모두 매우 좋지만 대평원과 같은 지역에는 그다지 유용하지 않습니다.
이것이 바로 이 연구가 보이는 것보다 더 중요한 이유입니다. 미국 전역에는 약 500,000개의 버려진 광산이 있으며, 그 중 다수는 완전히 지도화되거나 연구된 적이 없지만 이들 중 작은 부분이라도 용도를 변경하면 장기간 에너지 저장을 확장하는 새로운 방법을 제공할 수 있습니다. 또한 그들은 현대의 다른 강국인 리튬 이온 배터리에 비해 뚜렷한 이점을 가지고 있습니다. 전동 공구에 사용되는 배터리를 포함한 리튬 이온 배터리는 사용하지 않을 때에도 충전이 손실됩니다. 반면, 물이 적절하게 저장되는 한 PSH 시스템은 훨씬 더 오랜 기간 동안 모든 잠재적 에너지를 저장합니다.
ORNL 팀은 이 계획의 ‘잠재력’에 대해 기대하고 있지만 광산이 PSH 배터리로 용도 변경되는 것을 보기 전에 해결해야 할 과제가 여전히 있다는 것을 인정합니다. 그러나 새 모델은 프로젝트가 시작되기 전에 부식 위험과 구조적 약점을 식별하는 데 도움이 될 수 있습니다. 역사를 뒤바꿔 보면, 한때 산업 시대에 연료를 공급했던 바로 그 광산이 결국 재생 에너지로의 전환을 뒷받침하게 될 수도 있습니다.
