HESS(Hybrid Energy Storage System) - Aero & Hydro 융합

태양광·풍력 같은 재생에너지는 출력이 들쑥날쑥해 대규모 전력 저장이 필수입니다. 기존의 대용량 저장수단은 ▲압축공기 에너지저장(CAES) ▲양수수력(PSH) 두 가지가 대표적이지만, 각각 단점이 컸습니다.

CAES는 공기를 압축·저장했다 풀 때 발생하는 열손실 등으로 라운드트립 효율(RTE)이 50~70%로 낮았습니다. 반면 양수발전은 효율은 높으나 산 정상과 하부에 거대한 저수지가 필요해 지형 제약과 부지확보의 어려움이 있습니다. 게다가 환경영향도 커 신규 건설이 쉽지 않았습니다.

요컨대 재생에너지 확대에 필수적인 싸고 큰 배터리가 없는 상황이 전력망 안정화의 문제로 지적되어 왔습니다.

HESS는 압축공기(Aero)와 수력(Hydro)의 장점만 조합하여 두 기술의 단점을 상쇄했습니다. 압축공기는 저장 밀도가 높아 시설 면적이 양수의 1/10이면 되지만 효율이 낮았는데, 여기 수력의 원리를 융합하여 에너지 효율을 약 80%까지 끌어올린 것이 핵심입니다. 이는 기존 CAES보다 약 10~30%p 높고, 리튬이온배터리의 86%에 근접한 수치입니다.

동시에 거대한 지하 동굴이나 저수지를 필요로 하지 않도록, 지질 조건에 덜 의존적인 모듈식 설비로 설계되었습니다. 예를 들어 지하가 아닌 지상 탱크와 수력 실린더 등을 조합해 설치할 수 있어 부지 제약을 크게 줄였습니다.

이런 혁신으로, 양수발전처럼 높은 효율을 내면서도 설치 면적은 1/10, 1MWh당 투자비도 저렴한 대규모 저장을 구현했습니다. 결과적으로 재생에너지로 남는 전력을 하루 종일 저장해 두었다 필요시 방출함으로써, 전력망 변동성을 완화하는 유틸리티급 장치입니다.

이 솔루션은 전력회사 및 전력 인프라 투자자가 주 고객입니다. 한국전력공사 자체가 개발 주체인 만큼, 우선은 한전 및 발전자회사들이 국내 전력망에 설치할 것입니다.

향후 해외 수출 시에는 외국의 전력공기업, 민간 전력회사, 에너지 인프라 기업 등이 도입할 수 있습니다. 예를 들어 재생에너지 비중이 높은 중동이나 호주의 전력망 운영사가 장기저장용으로 구매하거나, 마이크로그리드를 구축하는 섬 지역 정부 등이 관심을 가질 수 있습니다.

일반 기업 중에서는 데이터센터 운영사나 대규모 재생에너지 단지를 가진 사업자가 ESS 용도로 도입할 가능성이 있습니다. 그러나 기본적으로 수백MW~GW급 설비이므로 B2G/B2B 대형 프로젝트 형태로 판매/구축될 것입니다.

HESS는 현존 상용 ESS 중 용량을 무한 확장하기 가장 유리한 개념으로 평가됩니다. 지리적 제약이 적으므로, 평지나 해안가 등 어느 곳이든 구축이 가능해 전세계 보급에 유리합니다. 특히 양수발전이 어려운 평탄한 지역, 사막 지역 등에서 재생에너지 저장솔루션으로 각광받을 수 있습니다.

기술의 확장으로는, 현재 초과전력 저장 외에도 전력품질 조정(주파수조정)이나 그린수소 생산 연계 등 다양한 응용이 가능합니다.

다만 초대형 인프라이다 보니 건설 비용이 크고 프로젝트 리드타임이 길어, 민간 시장에서 폭발적으로 늘어나기보다는 국책 사업 위주로 점진적 구축이 될 전망입니다. 또한 새로운 기술 조합인 만큼, 초기 상용 플랜트에서 성능 검증이 선행되어야 합니다. 각국 정책 지원여부와 친환경 기조에 따라 성장세가 결정될 것입니다.

규제 측면에서는 발전소 건설 인허가와 유사한 과정을 거쳐야 하고, 안전성 및 환경영향 평가를 통과해야 합니다.

CES 수상은 다소 이례적일 정도로 전력 인프라 분야 기술이 선정된 사례입니다. 그만큼 심사단이 지속가능 미래에 미칠 영향을 중시했다는 의미로 해석됩니다. "배터리가 아닌 방법으로 그리드 저장의 난제를 푼 점"이 혁신 포인트로 지적되며, 기술 완성도도 한전의 오랜 연구 결실이라 믿을 만하다고 평가되었습니다.

시장에서 이 기술이 상용화된다면 재생에너지 저장 단가를 크게 낮출 수 있어 기대가 큽니다. 다만 아직은 개념검증/파일럿 단계로 보이는 만큼, 과대평가를 경계하는 목소리도 있습니다.

전력업계 전문가들은 "땅 위 양수발전이라 불릴 만한 HESS가 실용화되면 게임체인저지만, 아직 실증 플랜트 데이터가 없다"면서, 향후 5년간 성능 검증이 필요하다고 언급합니다. CES 혁신상 수상이 오히려 전력 산업계 외부에 홍보하는 좋은 계기가 되어 투자와 협력을 이끌어낼 수 있다는 긍정적 견해도 있습니다.

전반적으로 기술 잠재력은 높게 평가되지만, 시장 기대치는 신중하게 관망하는 분위기입니다.