‘희토류 없는 100MWh 배터리’… 핀란드, 세계 최대 상업용 모래 배터리 전격 가동

태양광과 풍력 등 간헐성이 강한 재생에너지의 급증으로 전력망 안정성이 주요 과제로 떠오른 가운데 핀란드가 희토류나 리튬 없이도 대규모 잉여 전력을 장기간 열에너지로 저장하는 세계 최대 규모의 상업용 '모래 배터리(Sand Battery)' 시스템을 가동했다.

7월 29일(현지 시각) 미국 에너지 전문매체 오일프라이스 보도에 따르면, 핀란드의 클린테크 스타트업 폴라 나이트 에너지(Polar Night Energy)는 핀란드 남부 포르나이넨에 100MWh 용량의 고온 열에너지 저장장치를 완공하고 상업 운전을 개시했다.

지역난방 회사 로비산 렘뵈의 의뢰로 건설된 이 대형 산업용 사일로는 높이 13m 구조물 내부에 지역 벽난로 제조업에서 발생한 부산물인 분쇄 비누석(Soapstone) 2000t을 채워 넣은 방식으로 제작되었다.

이 모래 배터리 시스템은 풍력과 태양광 발전량이 급증해 전력 가격이 저렴해지는 시점에 전력망에서 청정 전력을 끌어와 작동한다. 흡수된 전기는 대형 산업용 저항성 가열 요소를 통해 공기를 과열시킨 뒤, 폐쇄 루프 관망을 통해 분쇄된 비누석 내부로 이 순환 공기를 주입해 암석 온도를 400°C에서 최대 600°C까지 끌어올린다.
높은 열밀도와 열용량을 가진 비누석 재료 특성 덕분에 배터리는 이 열에너지를 최소한의 손실로 수개월간 유지할 수 있다.

전력·난방 수요가 높아지는 시기에는 내부 배관망으로 차가운 공기를 불어넣어 열을 추출한 뒤, 열교환기를 통해 최대 400°C의 온수를 생성한다. 이렇게 만들어진 온수는 포르나이넨 지역 난방망으로 직접 공급되어 인구 5000명 규모의 마을 전체에 겨울철에는 최장 일주일, 여름철에는 한 달간 사용할 수 있는 친환경 난방을 제공하게 된다.

전체 시스템 운영은 인공지능(AI) 소프트웨어로 자동 제어된다. AI 시스템은 실시간 전력 현물 시장 가격을 추적해 전력 가격이 마이너스이거나 저렴한 시점에 자동으로 충전을 진행하고, 전력망 과부하 시나 난방 피크타임에 방전함으로써 재정적 수익성과 타당성을 극대화한다.

폴라나이트에너지는 이번 모래 배터리 도입을 통해 지역 온실가스 배출량을 거의 70% 줄이고, 기존 목재 칩 연료 사용량을 약 60% 절감하는 효과를 거둘 것으로 추정했다.

모래 배터리의 최대 강점은 열화(劣化) 현상으로 수명이 줄어드는 기존 리튬이온 배터리와 달리 열 성능 저하가 전혀 없고, 공급망 리스크가 큰 희토류나 특정 전략 광물에 전혀 의존하지 않는다는 점이다.
토미 에로넨 폴라나이트에너지 최고경영자(CEO)는 "화석연료 중심의 발전 방식에서 태양광·풍력 중심의 에너지 구조로 급격히 전환되면서 대규모 장기 저장장치 확보가 절실해졌다"면서 "모래 배터리가 리튬이온 등 화학 배터리를 대체할 지속 가능한 저비용 대안이 될 것"이라고 강조했다.

폴라나이트에너지는 2022년 칸칸페에서 0.1MW/8MWh 시범 사업을 시발점으로 기술력을 입증했으며, 오는 2027년 여름 완공을 목표로 퓌엑시 지역에 250MWh 용량의 한층 더 확장된 차세대 시스템 구축을 추진하고 있다.

글로벌 유틸리티 기업들이 재생에너지 변동성을 극복하기 위해 리튬이온을 넘어 다양한 장기 에너지 저장(LDES) 솔루션을 도입하는 가운데, 핀란드의 모래 배터리 상업 가동은 하반기 글로벌 친환경 에너지 유통 단가와 차세대 장기 에너지 저장 생태계의 패권 향방을 결정할 거시 산업 변수로 작용하고 있다.


신경원 글로벌이코노믹 기자 shincm@g-enews.com