Hacker News 의견

• 이 도시는 앵커리지(Anchorage)와 거의 같은 위도에 있어서 오늘은 햇빛이 7시간도 안 됨
  북유럽 국가들은 여전히 풍력과 태양광 확대를 원하지만, 겨울철에는 고기압의 찬 공기 때문에 바람도 햇빛도 없어서 문제가 생김
  5일치 에너지를 저장할 수 있는 에너지 저장 기술이 이런 시기를 버티는 데 도움이 될 것 같음
  수력은 이미 대부분 개발되어 있어서, 안정적인 비화석 에너지는 결국 원자력이나 풍력/태양광 + 저장 조합이 필요함

  • 수력은 보통 기저 부하용으로 설계되었지만, 약간의 시스템 변경만으로 피크 부하용으로 전환 가능함
    펌프식이 아니어도 터빈이 충분하면 유량 조절로 발전량을 조정할 수 있음. 터빈은 30초면 가동되지만, 열 발전소는 며칠이 걸림
  • 전력망 연계선(interconnector) 덕분에 노르웨이는 영국에서 값싼 풍력을 사서 수력 저장량을 아낄 수 있음
    이렇게 하면 기존 수력댐의 저장 용량을 더 효율적으로 활용 가능함
  • 캐나다 통계에 따르면 겨울철이 오히려 풍력 발전량이 더 높음
    캐나다 월별 통계 링크
    또한 바람은 낮보다 밤에 더 잘 부는 경향이 있음
  • 이런 현상은 독일어로 ‘Dunkelflaute’ (어둠+무풍기)라고 부름
    위키백과 설명
  • 수력 발전은 이미 포화 상태지만, 북유럽에는 수력 저장용 저수지를 더 만들 수 있는 지형이 많음
    발전용은 유량이 필요하지만, 저장용은 그렇지 않음

• 열 저장(thermal storage) 은 기하학적으로 흥미로운 특성이 있음
  큐브의 부피는 n³, 표면적은 6n²이므로, 크기가 커질수록 표면 대비 부피 비율이 줄어듦
  즉, 충분히 큰 열 저장소는 자체 질량으로 자기 단열(self-insulating) 효과를 가짐

  • 여기에 더해, 내부 열저항이 커질수록 열 시간 상수가 n²에 비례해 증가함
    그래서 지열이 수백만 년 동안 열을 유지할 수 있는 이유임
  • 저장 매체의 온도가 높을수록 카르노 효율(Carnot limit) 상 더 많은 전기를 회수할 수 있음
    같은 에너지로 모래 한 통을 200°C로 가열하는 게 두 통을 100°C로 가열하는 것보다 효율적임
    그래서 모래나 용융염이 좋은 저장 매체로 쓰이고, 증기 발전소가 고압으로 운영되는 이유임
  • 냉동고도 비슷한 원리임. 약간만 커져도 저장 용량이 훨씬 늘어나지만, 에너지 소비는 거의 증가하지 않음
    단, 부동산 가격이 높은 지역에서는 공간 효율이 문제임
  • 에너지를 열로 전달하면 구조가 길쭉해져서 파이프 형태가 됨
  • 기사에 따르면 14m 높이, 15m 폭의 컨테이너에 250MWh를 저장함
    LiFePO₄ 배터리보다 1.5~3.5배 낮은 밀도지만, 2MW 출력으로 2000가구를 5일간 공급 가능함
    가격과 용량 확장 비용이 궁금함

• 나도 DIY 열 배터리를 만들어보려 했지만, 열을 전기로 효율적으로 바꾸는 방법을 못 찾았음
  Peltier 모듈은 너무 비효율적이고, 증기 터빈은 위험하고 접근이 어려움
  Stirling 엔진을 써보려 했지만 소형 완제품이 없고 직접 가공할 장비도 없음
  결국 열을 제어된 전기로 되돌리는 방법을 못 찾아서 포기했음

  • 대부분의 전력 생산은 결국 터빈을 돌리는 것으로 귀결됨
    원자력, 화석연료, 열 배터리 모두 증기로 터빈을 돌림
    나머지는 태양광이나 화학 배터리처럼 직접 전자를 다루는 방식임
  • 카르노 효율 때문에 소규모 열 발전은 비효율적임
    원자로조차 1/3 효율인데, 가정용 터빈은 더 나쁨
    그래서 배터리와 태양광이 소형화·경제성 면에서 훨씬 유리함
    열 저장은 지역난방 규모 이상에서나 의미가 있음
  • 이 프로젝트는 전기 생산이 아니라 지역난방용임
    저온 열은 전기로 바꾸기 어렵고, 시중에 그런 장비도 없음
    직접 제작하려면 증기·압력 안전 설계를 배워야 함
  • 열 저장의 장점은 최종 사용처가 대부분 열 그 자체라는 점임
    난방, 조리, 산업용 가열, 증기 생산 등에서 바로 활용 가능함
  • 나도 몇 년마다 Stirling 엔진을 찾아보지만, 5~10hp급 제품은 시장에 없음
    수요가 없으니 생산도 없고, 생산이 없으니 시장도 생기지 않는 악순환임

• 많은 사람들이 “왜 이건 안 했냐” 식으로 묻는데, 실제 엔지니어들은 수많은 대안을 검토했을 것임
  예산, 기술, 정책, 특허, 경험 등 다양한 이유가 있음
  “내 방식이 더 낫다”는 식의 질문보다는 “왜 이 방식이 선택됐는가”가 더 생산적임
  “핀란드는 왜 25m마다 소형 원자로를 설치하지 않느냐”는 식의 비유는 의미 없음

• energy-storage.news 같은 사이트가 에너지와 출력 단위를 혼동한 건 좀 실망스러움

  • 나도 놀랐음. “2MW의 난방 출력과 250MW의 저장 용량”이라고 썼는데, 단위가 잘못됨
    이후 문맥상 올바른 단위를 쓰긴 해서 단순 오타로 보이지만, 아직 수정되지 않음
    참고로 Polar Night Energy는 이미 1MW/100MWh 모래 배터리를 상용화했음

• 어떤 전력원을 사용할지 궁금했음. 태양광일까, 아니면 풍력이나 석탄일까?
  열은 어떻게 이동시키는지도 궁금함

  • 실제로는 풍력을 사용함. 겨울엔 낮 시간이 짧고, 풍력 발전이 많을 때 전기요금이 낮아짐
    그래서 지역난방 회사들이 전기 보일러를 설치해 남는 전기로 열을 생산함
    열은 65~120°C의 물을 순환시키는 지역난방망으로 전달됨
  • 이건 지역난방용 열 배터리임. 전기 외에도 폐기물 소각열 같은 다른 열원도 사용 가능함
  • 북유럽 전력 균형 관련해서는 내가 다른 댓글에 설명했음
  • 태양광은 겨울에 거의 의미 없음. 남부에서도 오전 9시~오후 3시만 햇빛이 있음
    현재 핀란드 전력망 기준으로 태양광 0.05%, 원자력 31%, 풍력 50% 수준임
    밤에는 풍력이 특히 풍부함
  • 실제 기사에 따르면 천연가스와 목재칩 사용량을 80% 줄여 탄소 배출을 60% 감축할 예정임
    pv-magazine 기사 링크

• 추운 지역이라면 지열 단열을 위해 지하 매설형 설계가 나을 것 같은데, 왜 지상형일까 궁금했음

  • 이유는 단순히 굴착 비용이 비싸고, 땅이 넓기 때문임
    예산을 파는 데 쓰기보다 더 큰 구조물을 짓는 게 효율적임
    게다가 구조물이 커질수록 표면 대비 부피 비율이 줄어들어 단열 성능이 향상됨

• 이런 기술은 흥미롭지만, kWh당 저장 비용이 아직 높아서 계절 단위 저장에는 비경제적임
  단기 저장은 배터리와 경쟁해야 함
  Standard Thermal의 초저가 저항 가열 기술이 계절 저장에 더 적합할 수도 있음
  관련 기사 링크

  • 계절 저장까진 필요 없음. 핀란드는 전체적으로 겨울을 버틸 에너지가 있음
    이건 일주일 정도의 한파 대응용임. 화학 배터리로는 너무 비쌈
    게다가 모래 배터리는 현지 건설 중심 투자라 지역 경제에도 도움됨
  • 열 저장은 마모되지 않음. 유지보수가 적고, 배터리처럼 폭발 위험도 없음
    추운 지역에서는 배터리 성능 저하 문제도 피할 수 있음

• 핵심은 비용임. 독일의 물 기반 열 배터리는 5천만 유로에 20배 용량을 가짐
  모래는 더 높은 온도(100°C 이상)로 가열되므로 과한 것 같지만, 저장 부피를 줄일 수 있음

  • 비용은 크기와 질량에 비례함. 높은 온도일수록 효율적이고, 단순한 구조로 유지보수도 쉬움
    모래나 돌을 가열하고, 절연된 사일로에 보관하며, 물을 데우는 파이프만 있으면 됨
  • 공식 웹사이트에 따르면 저장 온도는 600°C 수준임

• 이 분야를 잘 모르지만, 14m 높이·15m 폭의 컨테이너에 그렇게 큰 용량을 담는 게 인상적임

  • AI 계산에 따르면 이 부피는 약 4000톤의 모래를 담을 수 있음
    그래서 높은 저장 용량이 가능한 것임