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• [포커스] 전력계통 안정 기능 갖춘 ‘액화 공기 에너지저장시스템’

  송고일 : 2026-04-06
  
  

  일본 히로시마가스의 LNG 터미널 부지 내에 구축되어 상업 운전 중인 하츠카이치 액체공기 에너지저장(LAES) 실증 플랜트 /스미토모중공업 제공

  [투데이에너지 이종수 기자] 재생에너지의 변동성(간헐성)으로 인한 전력 계통 불안정 문제는 한국뿐만 아니라 가까운 일본도 공통으로 겪는 어려움이다.

  일본 정부는 2040년 회계연도까지 전체 발전량 중 재생에너지 비중을 40~50%로 확대할 계획이다. 이에 따라 일본에서 장주기 전력 저장뿐만 아니라 전력 계통 안정화에도 기여할 수 있는 에너지 저장 기술의 필요성이 커지고 있다.

  오기모토 교수 “LAES, 계통 안정화 가능”

  일본 도쿄대학교 전기공학과 오기모토 카즈히코 교수가 이를 충족할 수 있는 기술로 ‘액화 공기 에너지저장시스템(LAES)’을 제시해 주목된다.

  도쿄대학교 오기모토 카즈히코 교수 /오기모토 연구실 제공

  오기모토 교수는 전력 시스템 전체를 설계·분석하는 에너지 시스템 통합 전문가로 통한다. 단순히 기술 연구자가 아니라 전력망, 재생에너지, 정책, 시장을 함께 보는 전문가로 정부, 기업과 협업을 많이 하고 있다.

  오기모토 연구실은 ‘재생에너지 시대의 전력 시스템을 어떻게 안정적으로 운영할 것인가’에 초점을 맞추고 있다.

  2005년부터 재생에너지, 수요 기술, 수요 활성화, 전력 시스템 내 수요와 공급의 균형에 중점을 두고 에너지 기술 전략을 연구해 왔다. 또 2030~2050년 기간에 대한 에너지 모델과 전력 공급 및 수요 모델을 연계해 분석을 수행해 왔고, 전기차와 재생에너지 생산·저장 기술 도입에 따른 에너지 수요의 구조적 변화에 대한 모델과 시나리오의 분석·평가를 발전시켰다.

  아울러 변동성 있는 재생에너지, 규제 기능이 작은 원자력, 석탄 가스화, 에너지 저장 장비 등 장기적인 에너지 공급과 수요에 주요한 영향을 미치는 기술을 포함한 동적 에너지 공급·수요 계획을 분석·평가하는 기술을 개발해 왔다.

  재생에너지 발전 예측과 HEMS(가정에너지관리시스템)·BEMS(건물에너지관리시스템)의 조정을 통한 전력망의 수요 조정 능력을 획기적으로 향상하는 데도 집중해 왔다.

  오기모토 교수는 재생에너지 시대 안정적인 전력망을 운영하기 위해서는 △장시간 에너지 저장 △계통 안정화 기능 △수요·공급 통합 제어 등 3가지를 동시에 충족할 수 있는 기술이 필요하다고 보고 있다. 단순히 재생에너지 전력을 저장만 하는 게 아니라 ‘액화 공기 에너지 저장(LAES) 기술’과 같이 계통 기능을 가진 에너지저장시스템(ESS)이 필요하다는 것이다.

  액화 공기 에너지 저장(Liquid Air Energy Storage, LAES) 기술은 남는 전력을 이용해 공기를 극저온(영하 196℃ 이하)으로 냉각해 액체 상태로 저장한 뒤 전력이 필요할 때 다시 고압 기체로 전환해 터빈을 돌려 전력을 생산하는 시스템이다.

  일본 스미토모중공업이 세계 최초로 영국의 Highview와 함께 히로시마 가스의 LNG 터미널 부지 내에 출력 5MW, 저장용량 20MWh(4시간) 규모의 하츠카이치 액체공기 에너지저장(LAES) 실증 플랜트를 구축해 상업 운전 중이다.

  이 설비는 도매 전력시장에서 최소 운전 출력 2MW, 수급 조정 시장에서는 3MW, 용량 시장에서는 5MW 규모로 참여하고 있다.

  오기모토 교수는 “액화 공기 에너지저장시스템은 계절과 시간대에 따라 변동하는 태양광·풍력 발전 전력을 최대한 활용하기 위해 수요를 초과해 생산된 잉여 전력을 저장하고, 전력 수요가 높은 시간대에 다시 전력을 계통에 송전할 수 있어 장시간 저장 설비로서 뛰어난 특성을 지니고 있다”라며 “또한 단순한 저장 기능에 그치지 않고, 동기발전기를 활용한 에너지 저장 설비이기에 관성력 제공, 전압 유지 등 전력 공급 측의 조정력 역할도 수행할 수 있다”고 밝혔다.

  실제로 오기모토 교수는 스미토모중공업의 액화 공기 에너지저장시스템에 대해 조언해 왔다.

  동기 조상 기능 가진 ‘LAES’

  오기모토 교수와 스미토모중공업 측에 따르면 LAES와 같은 기계적 장주기 에너지 저장 기술은 방전 단계에서 동기식 발전기(synchronous generator)를 활용하기 때문에 계통 관성(rotational inertia), 무효전력(reactive power), 전압 안정도(voltage support) 등 계통 안정성 확보에 필요한 핵심 서비스를 제공할 수 있다.

  특히 전기 출력이 요구되지 않는 시간대에는 터빈과 발전기를 기계적으로 분리한 후 외부 기동 전력을 활용해 발전기를 무부하 상태로 운전함으로써 동기조상기와 유사한 역할을 할 수 있다.

  스미토모중공업 관계자는 “이 같은 운전 방식은 유효전력의 출력 없이도 계통에 동기 관성을 제공함과 동시에 무효전력 공급·흡수 기능을 통해 계통 전압 유지에 기여하고, 발전기의 단락용량(short-circuit capacity)을 활용해 계통 고장 시 안정성을 제고하는 효과를 가진다”고 설명했다.

  ‘한국에너지학회 춘계학술대회’서 LAES 기술 소개

  오기모토 교수가 일본의 장기 에너지 저장 현황과 LAES 기술을 소개하기 위해 한국을 방문할 예정이어서 관심이다.

  오기모토 교수는 오는 15~17일 여수엑스포컨벤션센터에서 개최되는 ‘2026년 한국에너지학회 춘계학술대회’의 특별 세션(4월 15일 오후 2시~4시 30분, 세미나실1)에서 ‘재생에너지 대규모 도입을 위한 동기 조상(synchronous Condensing) 기능을 가진 장주기 에너지 저장 설비, LAES의 역할’이라는 주제를 발표할 예정이다. 이어서 스미토모중공업의 신스케 아키모토 프로젝트 매니저가 자사의 LAES 설비를 소개한다.

  출처 : 투데이에너지(https://www.todayenergy.kr/)