Power-to-X 에너지 저장

Konrad Wolfenstein

5년 전

Power-to-X는 유연한 스토리지 솔루션을 위한 핵심 기술입니다

유연한 에너지 저장 장치 Power-to-X – 이미지: Xpert.Digital

Power-to-X란 무엇인가요?

Power-to-X는 유연한 에너지 저장 솔루션을 위한 핵심 기술입니다. Power-to-X는 재생 에너지원이나 잉여 전력을 에너지 저장 형태로 변환하는 모든 기술을 의미합니다. P2X 및 P2Y(PtX/PtY)라는 용어도 흔히 사용됩니다. 여기서 P는 수요를 초과하는 일시적인 잉여 전력을 나타내고, X 또는 Y는 전기 에너지가 변환되는 에너지 형태 또는 용도를 나타냅니다.

기후 보호에 필요한 탈탄소화의 일환으로 전체 에너지 공급 시스템을 100% 재생 에너지로 전환하려면, 특정 재생 에너지원의 변동성을 해결하고 난방 및 이동 부문에 에너지를 공급하기 위해 파워투엑스(Power-to-X) 기술이 필요합니다. 재생 에너지 비중이 더욱 증가함에 따라, 미래에는 발전량이 수요를 초과하는 시기가 발생할 것이며, 풍력 및 태양광 발전량이 적은 시기에는 에너지 저장 시스템이 수요를 충족하기 위해 투입되어야 할 것이기 때문입니다.

탈탄소화의 목표는 탄소 배출량을 지속적으로 줄이는 방향으로 경제를 전환하는 것입니다. 탄소는 다이아몬드, 흑연, 카오아이트와 같은 순수한 형태로 자연에 존재하기도 하고, 탄화물, 탄산염, 이산화탄소, 석유, 천연가스, 석탄과 같은 화학적으로 결합된 형태로 존재하기도 합니다. 장기적인 생태학적 목표는 탄소 배출이 없는 에너지 경제를 구축하는 것입니다.

에너지 형태에 따른 파워투엑스(Power-to-X) 기술 분류

파워투가스(Power-to-Gas
, PtG)는 물 전기분해와 전기를 이용하여 연료 가스를 생산하는 기술입니다. 이렇게 생산된 연료 가스(수소, 암모니아, 메탄)는 저장하여 추후 사용할 수 있습니다. PtG는 운송 부문에서 연료로 활용되거나(특히 선박 및 항공기 연료), 화학 원료로 사용되거나(일반적으로 파워투케미컬이라고 함), 가스 인프라에 저장하여 가스 발전소에서 전기로 재변환하는 데 사용될 수 있습니다.

전력열교환(Power-to-Heat, PtH)은
전기 에너지를 이용하여 열을 발생시키는 것을 말합니다. 이는 전기 보일러나 열펌프를 통해 구현할 수 있습니다.

전력-액체화(Power-to-Liquid, PtL)
는 전기를 액체 연료로 변환하는 기술입니다. PtL 공정은 여러 하위 공정으로 구성됩니다. 아직 산업 규모로 상용화되지는 않았지만, 이 기술은 항공 산업과 같이 액체 연료가 필수적인 분야에 재생 가능한 전기를 연료로 공급할 수 있는 잠재력을 지니고 있습니다. PtL 공정에는 에너지와 물 외에도 이산화탄소(CO2)가 필수 투입 요소입니다.

용도에 따른 Power-to-X 기술의 분류

전력-암모니아 전환:
전력-암모니아 전환 공정은 재생 에너지원의 에너지를 화학적으로 암모니아 형태로 저장하여 운송 및 저장이 가능하도록 하는 것을 목표로 합니다. 이렇게 저장된 에너지는 탄소 배출이 없는 연료로 직접 사용하거나 수소 공급원으로 활용하여 다시 사용할 수 있습니다.

파워
투케미컬(Power-to-Chemicals)은 재생 에너지원에서 발생하는 잉여 전력을 이용하여 물 전기분해 및 후속 공정을 통해 화학 원료를 생산하는 과정을 말합니다.

파워투퓨얼(Power-to-Fuel)
은 일반적으로 운송 부문용 전기 기반 합성 연료, 즉 소위 e-연료 생산을 의미합니다. 이 용어는 재생 에너지원에서 얻은 전기 에너지를 사용하여 전기 기반 연료 가스 또는 액체 연료를 생산하는 다양한 파워투가스(Power-to-Gas) 및 파워투액(Power-to-Liquid) 방식을 포괄하는 용어입니다.

파워투파워(Power-to-Power)
는 전력 생산 과정에서 발생하는 전기 에너지를 일시적으로 저장할 수 있는 에너지 저장 발전소를 의미합니다. 발전소 유형에 따라 에너지 저장 발전소는 전기 에너지를 위치 에너지(중력 위치 에너지), 운동 에너지, 화학 에너지 또는 열 에너지로 변환하여 일정 기간 동안 저장한 후 필요할 때 다시 전기 에너지로 변환합니다.

에너지에서 단백질로:
식품용 단백질은 생합성과 전기화학적 공정을 조합하여 생산할 수 있습니다. 이는 탄소, 산소, 질소, 수소와 같은 화학적 출발 물질로부터 단백질을 생산하는 과정을 포함합니다.

전력을 이용한 합성가스 생산:
공기와 전기를 이용해 합성가스를 생산합니다. 산화탄소(CO2)는 대기 중에서 얻을 수 있으며, 더 높은 농도로는 아민 스크러빙을 이용하여 연도 가스에서 얻을 수 있습니다. 이렇게 얻은 CO2는 사바티에 공정을 통해 메탄으로 전환될 수 있습니다.

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독일 내 Power-to-X 발전소 수

독일 내 Power-to-X 발전소 수 – 이미지 출처: Xpert.Digital

2020년 가동 . 이 중 일부는 2019년에 새로 가동을 시작했습니다. 파워투엑스란 재생 에너지원에서 생산된 전기를 수소(물 전기분해) 등으로 변환하고, 필요에 따라 메탄(메탄화)으로 추가 변환하는 기술을 말합니다. 이렇게 생성된 가스는 천연가스망에 공급하거나 저장할 수 있습니다.

에너지원별 전 세계 1차 에너지 소비량

에너지원별 전 세계 1차 에너지 소비량 – 이미지 출처: Xpert.Digital

독일의 발전소 유형별 Power-to-X 발전소 수

독일 내 식물 유형별 Power-to-X 발전소 수 – 이미지: Xpert.Digital

독일에서는 2020년 11월 기준 총 55개의 파워투가스(Power-to-Gas) 프로젝트가 진행 중이었습니다 . 이 중 23개는 계획 단계에 있었습니다. 함부르크의 수소 충전소 프로젝트처럼 이미 중단된 프로젝트도 있습니다. 파워투X(Power-to-X)는 재생 에너지원에서 생산된 전기를 수소(물 전기분해)로 변환하고, 필요에 따라 메탄(메탄화)으로 추가 변환하는 기술을 의미합니다. 이렇게 생성된 가스는 천연가스망에 공급되어 저장될 수 있습니다.

독일 내 최종 제품별 Power-to-X 발전소 수

독일 내 최종 제품별 Power-to-X 플랜트 수 – 이미지: Xpert.Digital

독일에서는 2020년 11월 기준 총 16개의 파워투엑스(Power-to-X) 발전소가 가동 중이었으며, 이들 발전소는 최종 생산물로 수소를 . 파워투엑스란 재생 에너지원에서 생산된 전기를 수소로 변환(물 전기분해)하고, 필요에 따라 메탄으로 추가 변환(메탄화)하는 공정을 의미합니다. 이렇게 생성된 가스는 천연가스망에 공급되어 저장될 수 있습니다(파워투가스, Power-to-Gas).

파워 투 X

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