재사용된 유정: 녹색 에너지 저장의 새로운 전선

지구의 평균 표면 온도는 이미 산업 이전 수준보다 약 1.2 °C 높아져서 인간, 동물, 그리고 인프라에 위험을 초래하는 극端한 기상 사건을 일으키고 있습니다.

에너지 부문은 오염과 지구 온난화의 주요 원인 중 하나로, 화석 연료의 연소는 주요한 온실 가스(GHG) 배출 및 대기 오염의 원천입니다. 이것은 에너지 전환 운동으로 이어졌으며, 화석 연료에서 재생 가능 에너지源으로의 전환을 의미합니다.

재생 가능 에너지 전환은 2050년까지 제로 카본 에너지 시스템을 만들기 위한 목표로 강한 속도로 진행되고 있습니다.

재생 가능 에너지의 부상 – 그러나 문제점이 있습니다

재생 가능 에너지 용량은 2024년에 4,448 기가와트(GW)에 도달하여 대폭 증가했습니다. 이는 국제 재생 가능 에너지 기구(IRENA)에 따르면, 지난 해에 추가된 585 GW는 총 용량 확장의 92.5%를 차지하며, 연간 성장률은 15.1%로 기록적인 속도입니다.

“매년 재생 가능 에너지의 지속적인 성장은 재생 가능 에너지가 경제적으로 타당하며 쉽게 배포할 수 있다는 증거입니다. 매년 새로운 확장 기록을 깨고 있지만, 우리는 또한 지역 간의 큰 격차와 2030년 기한이 임박한 사실을 직면해야 합니다.”

“IRENA 총재 프란체스코 라 카메라

– IRENA 총재 프란체스코 라 카메라

재생 가능 에너지 유형 중에서, 태양 에너지는 가장 높은 용량 확장을 보였으며, 32.2% 증가하여 1,865 GW에 달했습니다. 태양광 발전은 지난 해 451.9 GW 증가했으며, 중국은 278 GW를 추가하여 전체 확장의 대부분을 차지했습니다. 그 뒤를 이어 인도가 24.5 GW를 추가했습니다.

태양 에너지 다음으로 풍력 에너지가 11.1% 증가하여 1,133 GW의 용량에 달했습니다. 이는 중국과 미국이 주도했습니다.

수력 발전 용량은 펌프식 수력 발전을 제외하고 1,283 GW에 달했으며, 역시 중국이 주도했습니다. 바이오 에너지는 4.6 GW의 용량을 증가시켰으며, 중국과 프랑스가 각각 1.3 GW씩 추가했습니다. 지열 에너지의 경우, 뉴질랜드가 주도하여 전체적으로 0.4 GW 증가했습니다.

재생 가능 에너지源은 에너지 전환을 진전시키는 유망한 방법을 제공하지만, 풍력과 태양광 같은 녹색 에너지는 본질적으로 간헐적입니다. 이것은 나중에 사용하기 위한 에너지 저장을 위한 더好的 방법이 필요합니다.

해결책으로, 펜실베니아 주립 대학의 연구자들은 고갈된 유정과 가스를 재사용하여 지열 보조 압축 공기 에너지 저장(GA-CAES)을 제안했으며, 이는 에너지 저장 시스템의 효율성을 9.5%까지 향상시킬 수 있습니다.

연구의 공동 저자 인 아라시 다히 탈레가니(Arash Dahi Taleghani)에 따르면, 펜실베니아 주립 대학의 석유 및 천연 가스 공학 교수입니다:

“문제는 때때로 에너지가 필요할 때, 햇빛이나 바람이 없을 때입니다. 이것은 대부분의 재생 가능 에너지의 추가 확장에 대한 큰 장벽입니다. 따라서 그리드 지원을 위한 저장 용량을 갖는 것이 매우 중요합니다.”

대규모 및 장기 에너지 저장 솔루션

에너지 저장은 안정적이고 신뢰할 수 있으며 지속 가능한 에너지 시스템을 위한 핵심입니다.에너지를 후에 사용하기 위해 포착함으로써, 이는 간헐적인 재생 가능 에너지源의 통합을 가능하게 하며, 그리드의 안정성을 개선하고, 풍력과 태양광 발전의 활용을 최대화합니다. 또한 화석 연료에 대한 의존도를 줄여, 온실 가스 배출을 줄입니다.

이것이 전부는 아닙니다. 에너지 저장은 극단한 기상 사건 동안 에너지 복원력과 교통 분야의 전기화 지원을 촉진합니다. 또한 에너지 접근성을 확대하고 경제적 기회를 창출하는 데 중요합니다.

따라서 에너지 저장은 지속 가능한 및 깨끗한 에너지 미래를 달성하는 데 중요합니다. 현재, 에너지를 저장하는 방법은 여러 가지가 있으며, 압축 공기 에너지 저장(CAES)이其中 하나입니다.

CAES는 이름에서 알 수 있듯이 공기를 압축하여 저장하는 기술입니다. 작동 원리는 다음과 같습니다. 전기需求이 낮을 때, 남는 에너지를 사용하여 공기를 압축하고 저장합니다. 전기需求이 높을 때, 압축된 공기를 방출하여 터빈을 구동하여 전기를 생성합니다.

이 기술은 이미 반세기 이상 상업적으로 이용 가능하며, 오랜 기간 동안大量의 에너지를 저장할 수 있는 능력으로 인해 심각하게 조사되고 있습니다.

CAES 시스템은 다양한 에너지 저장需求에 쉽게 확장할 수 있습니다. 또한 깨끗하고 쉽게 이용할 수 있는 공기를 사용하므로, 녹색 에너지 저장 기술입니다. 결과적으로, CAES는 투자자, 공공事業, 정부로부터 점점 더 많은 관심을 받고 있습니다.

물론, 낮은 반송 효율성, 느린 반응 시간, 높은 초기 비용과 같은 단점이 있습니다. 따라서 이 분야의 연구는 CAES 시스템의 효율성과 비용 효율성을 개선하는 데 중점을 두고 있습니다.

최근 연구는 미국 에너지부의 지원을 받아 CAES의 경제적 효율성을提高하는 데 중점을 두고 있습니다.

녹색 에너지 저장을 위한 새로운 접근법

대규모 에너지 저장 방법과 같은 CAES는 에너지 공급과需求을 더 잘 균형을 맞추기 위해 많은 관심을 받고 있습니다.

과거 수십 년 동안, CAES 기술은 크게 성숙했습니다. 여러 CAES 시설이 건설되었습니다. 예를 들어, 미국의 베델 에너지 센터 프로젝트(324 MW)와 맥킨토시 CAES 플랜트(110 MW)가 있습니다.

그러나 기존의 대부분의 CAES 플랜트는 이 연구에 따르면, 열을 압축 과정에서 잃어버리며, 재사용 옵션이 없습니다. 또한, 화석 연료를 사용하여 공기를 확장하면 추가적인 온실 가스 배출이 발생하며, 시스템의 효율성이 저하됩니다.

adiabatic 압축 공기 에너지 저장(A-CAES)은 압축 과정에서 발생하는 열을 저장하고 확장 전에 재사용함으로써 이 문제를 해결합니다. 그러나, 초기 투자 비용이 더 높고, 효율적인 공기 저장을 위한 높은 압력容器와 큰 체적이 필요하여, 이러한 파일럿 플랜트는 제한적입니다.

따라서, 연구는 기존의 유정과 가스를 재사용하여 CAES 개발을 위한 개념적, 수학적, 수치적 모델을 사용하여 문제를 해결했습니다.

미국 환경 보호청(EPA)에 따르면, 약 390만 개의 이런 고갈된 유정이 있으며, 이는 대규모의 기회를 제공합니다.

점점 더 많은 고갈된 유정은 적절한 유지 보수와 모니터링이 없으며, 온실 가스 누출, 지하수 오염, 토양 오염의 위험을 가지고 있습니다.

이 문제를 해결하기 위해, 미국 정부는 여러 노력을 기울였습니다. 24개 주에 5.6억 달러를 배정하여 이러한 유정을 막고, 복원하고, 폐쇄했습니다. 또한, 인프라 투자 및 일자리 법(IIJA)은 전국적으로 이러한 유정을 복원하고 모니터링하기 위해 47.5억 달러를 할당했습니다.

그러나, 이러한 노력에도 불구하고, 이러한 고갈된 유정은 정부에게 큰 도전으로 남아 있습니다. 재생 가능 에너지와 에너지 전환에 이러한 유기를 재사용하는 것은 이러한 문제를 해결하는 실질적인 해결책입니다.

이러한 지하 공간은 안정성과 자연적인 단열과 같은 몇 가지 고유한 장점을 제공하여 다양한 에너지 저장 기술에 적합합니다. 이러한 유정을 재사용하면 폐쇄된 부지를復活시키고, 에너지 생산의탄소足跡을 줄이며, 다른 에너지 시스템과 통합할 수 있습니다.

연구는 이러한 유정을 저렴한 CAES 컨테이너로 사용하여 구조를 봉인하고 변환하는 것을 제안합니다. 또한, 지하 지열열을 사용하여 저장된 공기를 추가로 가열하고 압력을 증가시킬 수 있습니다.

이 연구는 펜실베니아 주립 대학의 에너지 전환을 위한 재사용 센터(ReCET)의 일부로 수행되었습니다. 이 센터는 특히 전통적인 에너지 지역에서 에너지 전환 응용 프로그램을 위한 기존의 화석 에너지 인프라를 재사용하는 것을 목표로 합니다.

모든 이해관계자에게 승리하는 해결책

CAES 플랜트의 상업적 개발을 제한하는 초기 비용으로 인해, 과학자들은 기존의 유정과 가스를 사용하여 지열 보조 압축 공기 에너지 저장 시스템을 제안했으며, 이는 효율성을 9.5%까지 개선할 수 있습니다.

이것은 저장된 에너지의 더 큰 양을 회복하여 전기로 변환할 수 있음을 의미합니다.

“이 효율성의 향상은 압축 공기 에너지 저장 프로젝트의 경제성을 정당화하는 데 결정적인 역할을 할 수 있습니다. 또한, 생산이 중단된 기존의 유정과 가스를 사용함으로써 초기 비용을 크게 줄일 수 있습니다. 이것은 승리하는 상황일 수 있습니다.”

– 탈레가니

이러한 유정은 더 이상 유가나 가스를 생산하는 데 경제적으로 타당하지 않지만, 지열열을 접근할 수 있게 해주어, 운영자의 이익을 потен적으로 증가시킬 수 있으며, 기술을 더 매력적으로 만들 수 있습니다.

연구에 따르면, 이러한 시설을 재사용하면 경제적 타당성을 개선하고, 지열 에너지를 시스템에 통합하면 효율성을さらに 증가시킬 수 있습니다.

이러한 가열된 유정을 사용하는 또 다른 장점은 저장된 에너지를 더 많이 저장할 수 있다는 것입니다. 온도가 증가할수록, 압축된 공기의 압력이 증가하기 때문입니다. 팀은 수치적 모델링 시뮬레이션을 사용하여 이러한 고갈된 유정에 CAES 시스템을 설치하면 시스템의 공기 온도를 크게 향상시킬 수 있음을 발견했습니다. 탈레가니에 따르면:

“지열 설정을 이용하지 않으면, 충분히 설득력 있는 숫자를 얻을 수 없습니다.”

또한, “새로운 유정을鑿井하는 것은 이러한 종류의 저장의 경제성을 정당화하지 않을 수 있습니다. 그러나 이러한 두 가지 요인을 결합하고, 모델링과 시뮬레이션을 통해 가고 나면, 이것이 매우 좋은 해결책일 수 있음을 발견했습니다.” 탈레가니는 추가했습니다.

재생 가능 에너지의 간헐적인 본질의 문제를 해결하여 재생 가능 에너지 전환에서 CAES가 핵심 역할을 할 수 있도록 도와주는 것 외에도, 고갈된 유정의 재사용은 이러한 유정의 환경적 영향을 완화하는 데 도움이 될 수 있습니다.

재사용은 또한 전통적인 에너지 산업이 풍부한 지역에서 새로운 고용 기회를 제공할 수 있습니다. 펜실베니아는 이러한 고갈된 유정이 약 30만 개 있는 좋은 예입니다.

이러한 유정의 손상 또는 부적절한 플러깅은 대기와 지하수에 메탄을 누출시킬 수 있습니다. 따라서, 연구자들의 재사용 제안은 “본질적으로 두 마리의 새를 한 번에 잡는 것입니다.”

“첫째, 우리는 이러한 유정을 봉인합니다. 이것은 어떤 потен적인 누출을 막습니다. 그리고 나서 만약 우리는 이러한 유정을 에너지 저장을 위해 재사용한다면, 우리는 여전히 이러한 지역의 인프라를 사용하고 있습니다. 이것은 지역에서 고용을 유지할 수 있으며, 지역 사회가 에너지 미래의 일부가 될 수 있습니다.”

– 탈레가니

실제 적용이 가능한 접근법은 기존의 인프라를 사용하여 재생 가능 에너지를 저장하는 비용 효율적이고 지속 가능한 방법을 제공할 수 있으며, 이는 향후 5년에서 7년 내에 시작될 수 있습니다. 추가 연구와 규제 승인이 필요합니다.

혁신적인 회사

넥스트에라 에너지, Inc. (NEE )

클린 에너지의 선도적인 회사인 넥스트에라 에너지는 플로리다에 본사를 두고 있으며, 재생 가능 에너지 생성과 고급 에너지 저장 솔루션, 특히 CAES 기술에 투자합니다.

넥스트에라 에너지는 플로리다 파워 앤드 라이트 컴퍼니(FPL)를 소유하고 있으며, 이는 미국에서 가장大的 전기 공급 회사입니다. FPL은 플로리다에 약 1,200만 명의 사람들에게 깨끗하고, 저렴하고, 신뢰할 수 있는 전기를 공급합니다. 지난달, FPL은 현재의 기본 요금 협약이今年 말에 종료되면 새로운 요금을 설정하기 위해 플로리다 공공 서비스위원회(PSC)에 4년간의 요청을 제출했습니다.

제안에 따르면, 2026년부터 2029년까지, 1,000-kWh의 일반적인住宅 요금은 20년 전과 비교하여 물가에 따라 조정하면 약 20% 낮아집니다. 한편, 소규모 및 중소규모 사업 고객의 요금은 평균 연간 1%에서 5%의 속도로 증가할 것입니다.

넥스트 에너지의 클린 에너지 사업 — 넥스트에라 에너지 리소스 —는 태양과 풍력으로부터의 재생 가능 에너지의 가장 큰 생성자입니다. 또한, 배터리 저장을 포함한 재생 가능 에너지와 상업용 원자력 발전소에서 깨끗한 전기를 생성합니다. 이러한 원자력 발전소는 총 7개로, 뉴햄프셔, 위스콘신, 플로리다에 분포되어 있습니다.

회사 재무에 관하여, 넥스트 에너지는 1,434억 달러의 시가 총액을 보유하고 있으며, 2024년 4분기에 12.03억 달러의 순이익을 달성했으며, 이는 주당 0.58달러에 해당합니다. 또한, 2024년 전체에 걸쳐, 순이익은 6.946억 달러로, 주당 3.37달러를 기록했습니다.

“넥스트에라 에너지는 2024년에 훌륭한 실적을 보였습니다.” 넥스트에라 에너지의 CEO 존 케첨은 말했습니다. 그는 또한 미국에서 가장 많은 전기를 생성하고, 에너지 인프라에 가장 많은 투자를 한 회사라고 말했습니다.

2024년에, 회사에서는 약 8.7 기가와트의 새로운 재생 가능 에너지와 저장 프로젝트를 서비스에 투입했습니다. CEO 케첨은 다음과 같이 말했습니다.

“에너지 가치 사슬의 모든 부분에서 경험을 갖춘 넥스트에라 에너지는 앞으로 있을 기회를 활용하고, 현재 미국에서 발생하고 있는 전력 수요의 증가를 잘 대처할 수 있을 것입니다.”

현재, NEE 주가는 69.73달러로, 연초부터 2.73% 하락했습니다. 회사가 지불하는 배당 수익은 3.25%로 khá 매력적입니다.

이번 년초, 회사는 전기 수요의 급증에 대응하기 위해 천연 가스와 원자력 발전을 확대하기로 계획을 발표했습니다. AI 붐은 미국의 전력 소비를 크게 증가시키는 주요 요인 중 하나였으며, 경제의 전기화도 증가했습니다. 이것은 새로운 가스 플랜트의 수요를 창출하고 원자력 에너지에 대한 관심을 다시 불러일으켰습니다.

이 수요를 충족하기 위해, 넥스트에라 에너지는 8,765억 달러의 시가 총액을 보유한 GE 버노바(NYSE: GEV)와 제휴했습니다. GE 버노바에 따르면, 데이터 센터는 24시간 전력 공급이 필요하기 때문에, 가스보다 풍력과 태양광을 선호하며, 가스 터빈 주문은 지난해 20 기가와트로 두 배 이상 증가했으며, 올해도 더 강할 것으로 예상됩니다.

가스 터빈 제조업체의 도움으로, 회사는 데이터 센터의 전력 수요를 충족할 수 있을 것입니다.

“아이디어는 대규모 부하 고객을 대상으로 하여, 가스 화력 발전과 재생 가능 에너지, 배터리 저장을 통합하여 처리하는 것입니다.”

– 케첨은 지난 1월 말에 말했습니다

넥스트에라 에너지는 또한 2019년에 폐쇄된 아이오와에 있는 듀안 아놀드 에너지 센터라는 원자력 발전소를 재개하는 절차를 시작했습니다. 이를 위해, 회사는 미국 원자력 규제위원회에 라이선스 변경을 요청했으며, 2028년 말까지 가동을 재개하기를 목표로 합니다.

작년 여름, 넥스트에라 에너지 재단은 플로리다 대학교 공과대학의 AI启用 센터에 100만 달러를 지원했습니다. 이 프로젝트에는 벽면에 걸쳐 있는 화면이 있어, FPL의 스마트 그리드를 재현하여 심각한 날씨 이벤트를 시뮬레이션합니다.

4월에, 케첨은 또한 재생 가능 에너지와 에너지 저장 시장은 향후 7년 동안 이전 7년 동안의 3배로 성장할 수 있으며, 이는 데이터 센터의 건설에 의한 수요 증가로 인한 것이라고 말했습니다.

데이터 센터 개발자는 저렴한 에너지, 탈탄소화에 대한 기여, 및 시장 출시를 위한 적절한 위치를 원합니다. 그 외에도, 칩 제조와 석유 및 가스 산업은 전기화를 진행 중이며, “중대한 전기 수요”를 창출하고 있습니다.

최신 넥스트에라 에너지, Inc.

결론

넷 제로 배출을 향한 여정은 재생 가능 에너지를 중요한 구성 요소로 포함하며, 이는 화석 연료를 줄이고 깨끗한 에너지源을 제공함으로써 온실 가스를 줄이는 데 도움이 될 수 있습니다. 그러나, 녹색 에너지 혁명은 대규모 에너지 저장 솔루션이 필요합니다.

압축 공기 에너지 저장(CAES)은 해결책을 제공하지만, 효율성이 낮고 비용이 높은 문제가 있습니다. 그러나, 최신 연구는 초기 투자 비용을 크게 줄이고 효율성을提高하는 혁신적인 접근법을 제안합니다.

기존의 유정과 가스를 에너지 저장 응용 프로그램을 위해 재사용하고, 시스템에 지열 에너지를 통합하면, 효율성을提高하고, 환경적 영향을 줄일 수 있습니다.

이 새로운 구성은 지속 가능한 에너지 솔루션의重大한 발전을 나타내며, 깨끗하고 더 많은 이익을 창출하는 CAES 시스템을 위한 경로를 제공하며, 더 강력하고 환경적으로 친화적인 에너지 미래를 제공합니다!

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