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경제레터 803회 - 계속 발전하는 에너지 저장 시스템
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계속 발전하는 에너지 저장 시스템
전기 에너지는 우리 일상에서 가장 중요하게 많이 사용하는 에너지 중의 하나입니다. TV를 보고, 컴퓨터를 쓰고, 인터넷을 사용하기 위해서는 전기가 필요합니다. 전기로 가는 자동차, 전기로 가는 기차, 빵을 굽거나 음료를 만들기 위해 사용하는 요리 도구들도 모두 전기로 움직입니다. 태풍이나 아파트 설비 문제 등으로 정전이 일어나면 뉴스에 나올 정도로 큰일로 여겨집니다.
정전에 대비하고, 만들어진 전기를 효율적으로 사용하기 위한 방법으로 에너지 저장 시스템은 큰 관심을 모으고 있습니다. 에너지 저장 시스템은 전기에너지를 다른 에너지 형태로 활용해서 나중에 필요할 때 전기 에너지로 바꿔 사용할 수 있도록 에너지를 저장하는 기술입니다.
에너지 저장 시스템은 에너지를 저장하는 장치, 저장된 에너지를 다시 이용할 수 있도록 변환하는 장치, 배터리의 충전, 방전 상태를 관리하고 제어하는 시스템으로 구성되어 있습니다.
에너지를 저장하는 방법은 물리적 저장, 열역학적 저장, 전자기적 저장, 화학적 저장 등으로 나뉩니다. 물리적 저장의 대표적인 형태로는 양수발전이 있는데 전력 소비가 적은 밤에 높은 곳에 있는 저수지로 물을 퍼올린 후 전력 소비가 많은 낮에 물을 떨어뜨려 발전을 하고 전기를 만들어내는 형태입니다. 보통의 수력발전이 높은 곳에서 낮은 곳으로 물을 떨어뜨려 발전을 하고 이 물은 강을 따라 흘려보내지만 양수발전에서는 물을 버리지 않고 다시 사용합니다. 양수발전은 위치에너지를 활용하기 때문에 이에 맞는 지형지물이 중요합니다. 한번 만들어 놓으면 30 ~ 50년까지도 사용할 수 있고, 많은 양의 전기 에너지를 저장할 수 있다는 장점이 있습니다.
전자기적 에너지 저장방법으로는 슈퍼 커패시티가 있습니다. 전극과 전해질 개면으로 이온 이동이나 표면화학반응을 이용해 전기에너지를 충전하는 방법입니다. 수퍼커패시티는 빠른 속도로 전기에너지가 충전되고, 또 전기를 밖으로 흐르게 하는 방전도 매우 빠르게 할 수 있습니다. 배터리의 수명도 매우 길다는 장점이 있지만 이 방법은 가격이 매우 비싸다는 단점이 있습니다.
현재 에너지 저장 시스템에서 가장 많이 사용되는 방법은 화학 반응을 이용한 배터리로 리튬 이온 전지가 있습니다. 리튬 이온 전지는 방전할 때 리튬이온이 음극에서 양극으로 이동하고, 충전할 때 리튬 이온이 양극에서 음극으로 다시 이동하면서 제자리를 찾게 됩니다. 이런 방식으로 배터리를 다시 사용할 수 있습니다. 리튬 이온 전지는 다른 전지에 비해 용량과 에너지 밀도가 크고, 에너지 효율도 높습니다. 리튬 이온 전지는 우리가 늘 들고 다니는 휴대폰 배터리부터 전기차 배터리까지 널리 이용되고 있습니다. 그렇지만 리튬 이온 전지는 충전하던 배터리에서 불이 일어나는 등의 안전성 문제가 있습니다. 비용이 높다는 점과 발전소와 같은 대규모 전력 저장은 어렵다는 단점도 있습니다.
몇 가지 에너지 저장 시스템을 살펴보았지만 공기를 압축해서 전기 에너지를 저장하거나 초전도 에너지 저장 시스템 등 더 다양한 방법으로 전기 에너지를 저장하기 위한 연구 개발이 이루어지고 있습니다.
세계 여러 나라에서 에너지 저장 시스템에 대한 많은 관심을 갖고 추진하고 있습니다. 미국의 경우 발전소용 대형 에너지 저장 시스템과 함께 각 가정에서도 이용할 수 있는 주거
경제레터 802회 - 농부의 은퇴
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경제레터 801회 - 큰 비용으로 시작하지만 평균 비용은 내려가는 자연독점
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큰 비용으로 시작하지만 평균 비용은 내려가는 자연독점
우리나라에서 집을 찾을 때 가장 좋아하는 향은 남향입니다. 햇빛이 잘 들고, 겨울에는 따뜻하기 때문입니다. 그런데 집의 방향으로 남향을 굳이 찾지 않는 곳도 있습니다. 그중에는 미국의 텍사스가 있습니다. 햇빛이 매우 강하고, 건조한 기후로 한겨울에도 평균 기온이 10도 정도로 그리 춥지 않습니다. 그래서 텍사스 사람들은 남향보다는 북향의 집을 더 좋아합니다. 그런데 이렇게 더운 텍사스에서 올해 2월 영하 20도의 한파가 닥치면서 큰 어려움을 겪었습니다. 추운 날씨 때문에 전기로 난방을 하려고 전력 수요는 올라갔습니다. 전력을 더 많이 생산하기 위해 발전소를 더 많이 가동해야 했지만 실외에 있는 화력 발전소는 부품이 얼어붙으면서 전력을 만들어 낼 수 없었습니다. 풍력발전도 터빈에 붙은 얼음을 없애는 장치를 설치하지 않아 추운 날씨에는 발전을 할 수 없었습니다. 1999년 텍사스는 전기를 민간이 공급할 수 있게 되면서 220개의 업체가 전기를 공급하고 있습니다. 아주 다양한 요금 체계가 있어 조건에 맞으면 싸게 전기를 쓸 수 있지만, 최악의 한파에서 이런 요금 체계는 엄청난 전기 요금 고지서를 받게 하는 결과를 낳았습니다.
전력처럼 사회에서 꼭 필요한 서비스를 여러 업체 중에서 선택하는 경우는 많지 않습니다. 보통의 경우 자연독점 상태에서 공급됩니다. 자연독점은 시장 전체의 수요를 하나의 생산자가 생산해서 공급할 수 있는 시장을 뜻합니다. 여러 생산자가 공급하는 경우보다 훨씬 싼 가격으로 서비스나 재화를 만들어 낼 수 있는 조건을 갖추는 경우에 자연독점이 생깁니다.
전력을 공급하기 위해서 발전소를 세워야 하고, 발전소에서 나오는 전기를 변전소를 거쳐 가정과 기업으로 전달하기 위한 전력 공급망을 갖춰야 합니다. 전기를 공급하기 위해 갖춰야 할 비용은 엄청나게 높습니다. 여러 생산자가 전력 공급망을 갖추는 비용이 너무 높기 때문에 한 생산자가 담당하는 편이 훨씬 저렴합니다. 한번 공급망을 갖추고 나면 이후에는 새로운 소비자를 위해 드는 비용이 높지 않습니다. 그렇기 때문에 소비자가 늘어나면 늘어날수록 전기를 공급하는 비용은 줄어듭니다.
자연독점의 조건에서는 시장에 새로운 경쟁자가 들어오기 어렵습니다. 그 시장에 새로 들어오는 기업은 기존의 독점기업과 동일하게 공급망을 갖춰야 하는데 그러려면 돈이 엄청나게 듭니다. 그럼 소비자에게 싼값에 공급할 수가 없습니다. 반대로 독점 기업인 경우 많은 소비자로 인해 평균비용은 내려가고, 싼값에 소비자들에게 서비스를 줄 수 있습니다.
우리나라의 한국전력은 대표적인 자연독점이라고 할 수 있습니다. 전 국민을 대상으로 전기를 공급해야 하기 때문에 발전소, 변전소, 송전망을 갖추는데 큰 비용이 들었습니다. 그러나 전 국민이 소비자이기 때문에 전기를 생산하는 평균 비용은 낮아졌고, 소비자에게도 싼값에 전기를 공급할 수 있습니다.
자연독점은 국가의 필요에 의해 이루어지기도 합니다. 전기는 그 중요성이 매우 크기 때문에 정부의 규제를 받으면서 한국전력의 독점이 계속되고 있습니다. 텍사스가 한파 때문에 정전이 생기고, 텍사스 주민들이 고통을 겪은 가장 큰 이유 중의 하나는 텍사스의 전력 공급망이 다른 주와 연결되지 않았기 때문입니다. 다른 주에서 전기를 받을 수도 없고, 자체 발전도 불가능했기에 텍사스 주민은 정전으로 힘든 시간을 보냈습
