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친환경 에너지 기술 | 친환경 미래 에너지, 신재생에너지 답을 믿으세요

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어느 날 갑자기 석유가 사라진다면 이 세상은 어떻게 될까요?
우리가 타고 다니는 자동차와, 비행기가 멈추는 것은 물론 마트에 가서 물건도 제대로 살 수 없을 것입니다. 볼펜부터, 가방, 그릇까지 이를 만드는 대부분의 기계들은 석유를 연료로 작동하고 있기 때문이죠. 실제로 석유 같은 화석 연료는 한정된 자원으로 언제 바닥날지 모르는 고갈의 위험이 있습니다.

그렇다면 오늘은 환경친화적이며 자원고갈이 걱정 없는 미래 에너지, 바로 신재생에너지에 대해 함께 알아볼까요?



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Tech Issue – 친환경 에너지 기술을 선도하고 있는 3가지 사례

최근 월스트리트저널은 개발에 따른 비용 부담 때문에 산업으로서 성장에 한계가 있었던 신재생에너지가 기술의 급속한 발전과 고유가에 따른 정부 및 민간의 투자 증가로 …

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Source: webzine.koita.or.kr

Date Published: 10/22/2021

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[big story]미래 주도할 친환경 에너지 6선 – 매거진한경

중국이 태양광 패널과 대용량 배터리 같은 녹색 에너지 기술 제조를 선도하는 점은 이 목표를 달성하는 데 큰 도움이 될 수 있다.

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Source: magazine.hankyung.com

Date Published: 9/15/2021

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한국친환경에너지기술(주)

01. 회사소개. 02. 태양광모듈제조. 03. 자체개발기술. NEWS. 한국친환경에너지기술(주) 하계휴가 일정. 2022.07.22. “한국일보 지면16면에 8단기사” 2022 녹색경영 …

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Source: www.kret.co.kr

Date Published: 6/4/2021

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수증기, 빗방울, 유리창으로 전기를 만든다? 친환경 신재생 …

친환경 신재생에너지 기술 3. 한화토탈에너지스 2020. 8. 24. 16:22. 신재생에너지 하면 대표적으로 태양광 에너지와 풍력 에너지를 떠올리게 되는데요.

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Source: www.chemi-in.com

Date Published: 8/21/2021

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신재생에너지 – 한국전력기술

한국전력기술은 기후변화, 에너지 안보, 수요관리 등 에너지 분야의 주요 현안에 대응하여 신재생에너지 사업을 활발하게 전개하고 있습니다. ESCO(Energy Saving …

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Source: www.kepco-enc.com

Date Published: 11/29/2022

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미래를 선도할 10대 청정에너지 기술 – 대한전기협회

그렇다면 세계 각국은 미래 에너지시장을 선도할 청정에너지 기술로 어떤 것을 꼽고 … 고효율 태양광 발전 △해상풍력 △신재생에너지 하이브리드시스템 △빅데이터.

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Source: www.kea.kr

Date Published: 12/17/2021

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[기획] 친환경 에너지를 실현하는 기술 (1) < 반도체 - 테크월드뉴스

[테크월드뉴스=서유덕 기자] 기술의 고도화와 인구의 증가는 양과 질 양면에서 전자제품 보급과 사용을 늘린다. 이는 곧 에너지 수요를 높인다.

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Source: www.epnc.co.kr

Date Published: 7/3/2022

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새롭게 주목받는 신재생 에너지원 ‘중력’ – 사이언스타임즈

친환경 신재생에너지라고 하면 대부분 태양광이나 풍력을 이용한 에너지를 떠올리기가 쉽다. … 적정기술로 발전하는 중력에너지 활용 램프.

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Source: www.sciencetimes.co.kr

Date Published: 4/23/2021

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한국친환경에너지기술(주) 2022년 기업정보 – 사람인

한국친환경에너지기술(주) 회사 소개, 기업정보, 근무환경, 복리후생, 하는 일, 회사위치, 채용정보, 연봉정보 등을 사람인에서 확인해보세요.

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Source: www.saramin.co.kr

Date Published: 2/26/2021

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친환경 미래 에너지, 신재생에너지
친환경 미래 에너지, 신재생에너지

주제에 대한 기사 평가 친환경 에너지 기술

  • Author: 국가인적자원개발컨소시엄
  • Views: 조회수 56,369회
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  • Date Published: 2021. 3. 14.
  • Video Url link: https://www.youtube.com/watch?v=DKgOUKsvMV8

친환경 에너지 기술을 선도하고 있는 3가지 사례

Tech Issue – 친환경 에너지 기술을 선도하고 있는 3가지 사례 – 친환경 에너지 산업의 전망

Tech Issue 는 글로벌 기술 트렌드 및 해외 유망 기술을 소개하기 위해 (주)스페이스점프와 협력하여 게재하고 있습니다.

▲ 이형민 대표

(주)스페이스점프정부

신재생에너지가 새로운 성장 산업으로 급부상하고 있다.

최근 월스트리트저널은 개발에 따른 비용 부담 때문에 산업으로서 성장에 한계가 있었던 신재생에너지가 기술의 급속한 발전과 고유가에 따른 정부 및 민간의 투자 증가로 인해 경쟁력을 갖추어가고 있다고 보도했다.

향후 이러한 추세는 지구 온난화와 에너지안보 문제로 더욱 강화될 것으로 전망했다.

특히 풍력은 신재생에너지원 중 가장 성공적이라고 평가되는데, 풍력 발전비용은 1980년에 1kWh당 80센트 수준이었으나 현재는 3~4센트 수준으로 화석연료와의 경쟁 단계에 들어섰다.

또한 바이오연료 중 바이오에탄올은 수송부분에서 중요한 에너지원으로 부각되고 있다.

이에 따라, 신재생에너지를 위한 노력이 스페이스점프정부, 기업 등에서 다양한 방법으로 추진되고 있다.

한편, 국제에너지기구(IEA)는 총 에너지 소비 중 석유의 비중이 현재의 31.5%에서 2035년에는 27%로 줄어들 것으로 전망한다.

이는 화석연료에 의한 환경 파괴 우려와 함께 에너지 공급 및 수요 판세의 세계적인 변화를 의미한다.

미국, 중남미 등 비석유수출국기구 국가들의 석유 생산은 증가하는 데도, 전 세계의 석유 수요 증가세는 둔화되고 있다.

유럽연합(EU)은 집행위원회를 통해 온실가스 배출 및 신재생에너지 사용을 장려하는 ‘Energy Package Energy for a changing World’를 발표하며 에너지 산업 구조 자체를 개선한 새로운 산업경쟁력 확보의 필요성을 제시한 바 있다.

이를 위해 2020년까지 역내 전체 에너지사용량의 20% 이상을 친환경적인 신재생에너지로 충당하고 향후 7년간 친환경 에너지개발부문에 재정지출을 50% 이상 늘린다는 야심찬 전망을 내놨다.

특히 수송부분의 바이오 연료 사용 비중을 10%까지 끌어올린다는 계획이다.

미국은 이미 2003년 대통령 연두교서에서 ‘수소·연료전지 강국건설’을 선언한 바 있으며, 수소제조·인프라 구축(Hydrogen Fuel Initiative)에 12억 달러(2003∼2007년), 연료전지차(FreedomCAR)에 5억 달러(2002∼2006년) 등 총 17억 달러를 투자했다.

또한 수소경제국제파트너쉽(IPHE) 프로그램을 만들어 현재 한국, 일본, 캐나다 등 17개국이 참여하는 최대 국제협력채널을 운영하고 있으며, 수소스테이션과 연계한 수소 고속도로 건설, 수소관련 법규 및 표준화 작업, 경제성 분석 등을 추진함으로써 세계 수소 경제의 주도권을 선점하고자 적극적으로 움직이고 있다.

신재생에너지 사업은 세계적 기업의 투자를 이끌어 내는 매력적인 분야로 성장하고 있다.

미국의 실리콘밸리에서 신재생에너지에 대한 투자가 매년 크게 증가하고 있고, 뉴에너지 파이낸스에 따르면 벤처캐피탈과 사모펀드 투자도 크게 늘어난 것으로 확인되고 있다.

마이크로소프트의 빌 게이츠는 이미 바이오에탄올 공장 설립에 8,400만 불을 투자하였고, 골드만삭스, 모건스탠리, 지멘스 등 유명 기업들이 풍력 관련 기업을 사들이거나 투자를 확대하는 등 신재생에너지의 미래 가치가 점차 높아지고 있다.

전기차를 충전하는 ‘솔라 패널 도로’

우리가 흔히 보는 솔라 패널들(Solar Panel)은 아직까지 특정 위치에서만 발견할 수 있다.

태양광 발전소에서는 흔히 볼 수 있지만, 일반적으로는 친환경 하우스의 지붕이나 벽면에서나 볼 수 있었다. 그러나 현재 이러한 솔라 패널들이 다양한 장소에 적용되고 있다.

전자 기기를 충전하는 친환경 충전기 제품에도 적용되고 있고, 최근에는 반투명 솔라 패널도 개발되어 앞으로 건물의 유리창에도 적용될 수 있을 것으로 보인다.

미국 솔라 패널 전문기업 솔라 로드웨이(Solar Roadways)가 만들고 있는 친환경 솔라 패널 도로는 단순히 솔라 패널을 바닥에 깔아놓아 전기를 생산하는 수준에서 그치지 않는다.

자체 생산한 전기를 이용하여 도로 바닥에 있는 LED 전구들의 불빛을 밝혀 라인을 그려주고, 횡단보도, 정지선, 속도 지시 등 각종 사인까지 표시해줄 수 있다.

무엇보다 놀라운 것은 태양 에너지를 통해 생산된 전기에 무선 충전 방식을 이용하면, 전기자동차 충전이 가능하다는 점이다.

현재의 기술 수준으로 볼 때 주차공간 내에 전기차를 주차하기만 하면 자동으로 배터리가 충전되는 시스템 구축이 충분히 가능하다.

또한 추운 겨울에 도로의 특정 영역에 열선을 제공하여 눈이 쌓이지 않도록 실시간으로 녹여줄 수도 있다.

인도에 설치된 타일처럼 강화 유리섬유로 제작된 6각형의 솔라 패널을 서로 조립하면 되기 때문에 신개념 도로 구축 사업은 현재 큰 문제가 없는 것으로 전문가들은 평가하고 있다.

한편, 솔라 로드웨이의 솔라 패널 도로 구축 프로젝트는 미국 연방고속도로운영청의 기술개발자금을 지원받아 추진 중이고, 이미 2011년 GE가 개최한 ‘Ecomagination Challenge’ 대회에서도 우승을 차지한 바 있다.

영국, 프랑스, 중국에서도 솔라 패널 도로를 도입하고 있다. 솔라 패널에 코팅처리를 해 내구성과 마찰력을 증가시켜 도로 바닥에 깔아 전기차 전용도로를 구축한다.

앞으로 솔라 패널 도로가 새로운 에너지 발전소로 각광받을 수 있을지 기대되는 대목이다.

배설물로 만든 에너지로 달리는 ‘바이오 버스’

최근 영국에서는 새로운 연료를 사용하여 운행하는 버스도 등장했다. 웨섹스워터의 자회사 젠에코(GENeco)사가 개발한 바이오 버스(Bio-Bus)가 그 주인공이다.

바이오 버스는 일반 버스와 달리 경유나 전기를 사용하지 않고, 사람의 배설물과 음식 쓰레기에서 나오는 바이오메탄가스만을 연료로 사용한다.

바이오 버스는 바이오메탄가스를 연료로 이용했음에도 불구하고 최대 속도가 무려 300㎞에 달한다.

사람 5명 정도가 약 1년 동안 배출하는 배설물이면 가스탱크 하나를 채울 수 있을 정도의 가스를 만들 수 있다.

실제로 이 버스에 사용되는 가스는 이 지역 주민들의 배설물로 만든 것이다.

바이오 버스 엔진은 기존 버스의 디젤 엔진과 유사하며 압축 메탄가스는 버스 지붕 위에 설치된 탱크에 저장된다.

40인승으로 제작된 이 버스는 최근 브리스톨 공항과 배스 시내 중심가 구간에서 운행하기 시작했다.

바이오 버스는 기존 디젤 엔진의 버스보다 이산화탄소를 30%나 적게 배출하며, 재생 가능하고 지속적인 에너지를 사용하고 있다는 점에서 큰 의미가 있다.

현재 매월 1만여 명의 승객이 바이오 버스를 이용하고 있으며, 바이오메탄가스에 대한 사람들의 관심도 크게 증가하고 있다.

에너지를 만드는 ‘솔라 페인트’

호주 멜버른에 위치한 RMIT 대학교의 연구진이 좀 색다른 페인트를 개발했다. 벽에 바르면 에너지가 만들어지는 솔라 페인트(Solar Paint)이다.

놀랍게도 솔라 페인트는 공기 중의 수증기로부터 무제한으로 에너지를 생산한다. 과연 솔라 페인트는 어떤 원리로 에너지를 끊임없이 만들어낼 수 있는 걸까?

그 핵심 비밀은 바로 페인트에 함유된 ‘실리카 겔(Silica Gel)’에 있다. 실리카 겔은 일반적으로 공기 중의 수분을 흡수하는 용도로 많이 사용되는 화합물이다.

솔라 페인트는 합성 몰리브덴 황화물과 산화 티타늄 입자를 포함하고 있으며, 화합물의 혼합과 태양열의 작용으로 인해 실리카 겔이 흡수한 수분이 산소와 수소로 분리된다. 그런 다음 수소는 재생 가능한 수소 연료로 수집되는 원리이다.

일반 태양 전지로 불리는 솔라 패널은 빛에 민감한 실리콘으로 만들어진 웨이퍼(wafer)를 사용해 만든다.

그런데 웨이퍼는 실리콘을 정제하는 과정에서 너무나 많은 비용과 인력이 필요하고, 유해한 화학물질까지 사용된다.

이에 비해 솔라 페인트는 기존 솔라 패널보다 생산하기가 훨씬 간편하다. 또한 유해한 화학물질이 전혀 필요 없으며, 정제 과정이 간단해 많은 인력도 필요하지 않아 매우 경제적이다.

RMIT의 선임연구원 Torben Daeneke는 솔라 페인트는 별도의 연료가 필요하지 않고 공기 중의 수증기와 태양열만을 이용해 수소 연료를 생산하기 때문에 매우 친환경적이라고 말했다.

솔라 페인트가 기존 솔라 패널과 비교해서 에너지 효율성이 다소 떨어진다는 단점만 보완한다면, 또 다른 대체 에너지가 될 수 있을 것으로 예상된다.

[big story]미래 주도할 친환경 에너지 6선

태양광·수소에너지, 소형모듈원자로 등등. 수년째 미디어를 통해 미래 친환경 에너지 관련 용어들이 쏟아지고 있지만 여전히 생소하기만 하다. 그래서 준비했다. 당신이 반드시 알아둬야 할 주요 친환경 에너지의 개념과 원리를 소개한다.탄소중립이 전 세계적으로 대세가 되면서 탄소 배출이 없는 친환경 에너지에 대한 관심이 높다. 전 세계에서 탄소배출량 1위 국가는 중국이다. 그래서 중국의 에너지 정책을 보면 친환경 에너지의 미래를 엿볼 수 있지 않을까.칭화대 연구진은 2050년까지 전력 생산의 90%가 원자력과 재생에너지에서 나와야 한다고 말한다. 중국이 태양광 패널과 대용량 배터리 같은 녹색 에너지 기술 제조를 선도하는 점은 이 목표를 달성하는 데 큰 도움이 될 수 있다.재생에너지를 밀고 있는 국제에너지기구(IEA) 역시 ‘재생에너지 2021 보고서’에서 태양광 패널과 풍력 터빈을 만드는 핵심 원자재 비용 상승에도 불구하고 올해 신재생에너지 발전 용량 추가량은 290기가와트(GW)로 증가했다고 발표했다.2020년 한국의 총 발전설비 용량은 129GW다. 이의 2.25배가 넘는 재생에너지 설비가 전 세계에 1년 동안 설치됐다. 재생에너지 설치를 이끄는 국가는 중국이다. 2026년까지 향후 5년간 전 세계 재생에너지 용량의 43%를 중국이 설치할 것이다. 중국은 2030년까지 풍력과 태양광 발전설비 1200GW를 구축한다는 목표다. 규모 면에서는 유럽, 미국, 인도 순으로 이 4개 시장이 전 세계 재생에너지 용량 확장의 80%를 담당할 것으로 보인다. 발전을 위한 유망 미래 친환경 에너지 6선을 살펴보자.첫째, 태양광 발전이다. 중국의 태양광에너지 발전량은 전 세계에서 가장 규모가 크다. 20201년 새로 설치된 태양광 설비 용량은 2020년보다 17% 늘어난 160GW다. 2021년 추가된 재생에너지의 절반 이상을 넘는 수준이다.태양에너지를 활용해 전기를 생성하는 방법에는 태양광 발전과 태양열 발전이 있다. 태양광 발전은 빛에너지를 전기에너지로 바꾸어 전기를 생산한다. 물질 표면에 일정 진동수 이상 빛을 비추면 물질 표면에서 전자가 발생하는 ‘광전효과’가 나타난다. 이때 발생하는 에너지를 모아 전기를 만든다. 태양열 발전은 집열판에서 모은 태양열로 물을 끓여 증기를 발생시키고, 터빈을 돌려 전기를 생산하는 방식이다.태양광에 비해 효율이 낮아 제한적으로만 쓰인다. 가장 널리 쓰이는 태양 전지는 반도체 주성분인 실리콘 웨이퍼로 만든다. 여러 종류의 실리콘을 녹여 제작하는 다층 태양 전지는 공정이 간단하지만 빛에너지가 전기에너지로 되는 평균 전환 효율이 18~19%에 불과하다. 태양빛이 머금고 있는 에너지의 80% 이상이 전기로 변환하는 과정에서 소실된다는 얘기다. 울산과학기술원이 2019년 개발한 페로브스카이트 태양전지에 주목할 필요가 있다.이는 값싼 무기물과 유기물을 혼합해 만들어 저렴하고 저온에서 용액 공정으로 손쉽게 제조할 수 있어 유력한 차세대 태양전지 후보로 손꼽힌다. 태양전지는 태양광을 직접 흡수해 전자를 생산하는 광활성층이 얼마나 튼튼하고 안정적인지, 빛을 전기로 바꾸는 효율이 얼마나 높은지가 상용화의 관건인데, 페로브스카이트 태양전지가 세계 최고의 효율을 자랑하며 그 가능성에 도전하고 있다.둘째, 풍력이다. 그중에서도 부유식 해상풍력에 주목할 필요가 있다. 풍력 발전은 바람의 속도의 세제곱에 비례하기에 바람이 어느 정도 불어야 한다. 부유식의 경우 초속 8~9m2는 불어야 한다. 어업권역 피해를 주장하는 주민과의 갈등으로 입지 선정에 난항을 겪고 있는 해상풍력은 더 먼 해상으로 눈을 돌리고 있다. 우리나라의 경우 넓은 바다를 이용한 해상풍력을 확대해야 한다.네덜란드, 덴마크, 노르웨이 등 해상풍력 선진국을 방문하면 깊은 인상을 받는다. 울산 남동쪽 육지에서 58km 떨어진 곳인 동해가스전 인근에 서울시 면적의 2배에 달하는 ‘세계 최대 부유식 해상풍력 단지’ 조성을 목표로 한다. 이를 바탕으로 부유식 풍력 발전 세계 시장 선도, 생산·운송·저장·활용 등 해상풍력을 활용한 그린 수소 전주기 생태계 조성, 기존 주력 산업의 원활한 사업 전환, 바다목장, 해양 관광 등 연계 사업을 발굴함으로써 지역경제를 활성화하고 청정에너지 강국으로 도약하고자 한다.울산시는 부유식 해상풍력 단지에서 생산된 전력의 20%를 활용해 탄소 배출이 전혀 없는 ‘그린 수소’를 생산하는 혁신적인 산업 융합 전략을 추진한다. 부유식 해상풍력은 바다에 부유체를 띄우고 그 위에다 풍력 발전기를 설치하는 방식이다. 바람이 많이 부는 먼 바다에 설치할 수 있어 발전량이 기존 해상풍력보다 많고 주민 피해가 적다. 하지만 먼 바다에 설치하는 만큼 운영과 설치에 비용이 많이 든다. 해상풍력은 발전단가와 효율성으로 보았을 때 경쟁력이 높은 에너지원이다.셋째, 세계적으로 한국, 미국, 러시아, 중국 등에서 탄소중립 달성을 위한 소형모듈원자로(Small Modular Reactor, SMR)가 대안으로 대두되고 있다. SMR 시장은 2030년부터 본격적인 상용화가 예상되며, 영국 국립원자력연구소는 2035년 시장 규모가 390조~620조 원 규모로 예측하고 있다. SMR의 특징을 보자.기존 대형 원전은 원자로, 증기발생기 및 냉각재 펌프로 구성돼 원자로에서 핵분열 반응을 통해 냉각재를 가열하면, 이 냉각재가 배관을 따라 증기발생기로 이동 후 증기를 발생시켜 터빈을 구동시킨다. 냉각재는 냉각재 펌프를 거쳐 다시 원자로로 들어가는 강제 순환 방식이다. SMR은 원자로, 증기발생기, 가압기와 같은 주 기기를 하나의 모듈(module)에 집약시키고, 대형 원전의 거대 콘크리트 돔(dome)인 격납 건물까지 이 모듈에 일체화해 대형 원전의 100~150분의 1 이하 수준이다.대형 원전은 냉각재 펌프를 활용해 냉각재를 강제 순환시키지만, 소형원자로는 강제적인 방식이 아닌 자연 대류를 통해 모듈 내부의 냉각재를 순환시켜 냉각재 펌프가 불필요하다. 각 모듈은 지하에 있는 거대 수조의 저장수에 잠긴 상태로 운전돼 자연재해로 인해 외부로부터 들어오는 전력이 끊기거나 냉각수가 공급되지 않는 상황이 발생하면 수조의 물이 냉각 역할을 한다. 대형 원전과 같은 별도의 격납 건물도 불필요하다. SMR은 전력 생산이 주목적이지만 각 모듈에서 발생하는 공정 열을 담수, 지역난방, 셰일가스 추출, 수소 생산에도 활용 가능하다.넷째, 수소경제다. 수소는 석탄, 석유처럼 그 자체가 에너지 생산원이다. 현재 생산되는 수소의 약 96%는 화석연료로부터 수소를 생산하는 ‘그레이수소’다. 그레이수소는 천연가스의 주성분인 메탄과 고온의 수증기를 촉매 화학반응을 통해 수소와 이산화탄소를 만들어내는데, 약 1kg의 수소를 생산하는 데 이산화탄소 10kg을 배출한다.우리가 수소에 주목하는 것은 다양한 활용 가능성이 있다는 점이다. 재생에너지가 확대되면서 생겨나는 잉여 전력을 저장할 수 있는 에너지 저장원 역할도 할 수 있다. 또 트럭, 선박, 항공 등 장거리 교통 부문과 철강, 화학 등 산업 부문 수요에 대응할 수 있다는 장점이 있다. 2050년에는 수전해와 탄소포집저장활용(CCUS) 기술을 적용한 저탄소 기술에 의한 수소 생산이 대부분을 차지할 것으로 전망했다.IEA는 글로벌 수소 생산의 60%가량이 재생에너지를 통한 수전해 설비로 생산(그린수소)되고 나머지 40%가량은 CCUS 기술을 적용해 생산(블루수소)될 것이라고 예상했다. IEA는 수소 생산 기술 발달에 따라 생산능력이 향상되면서 수소 생산비용이 급속도로 떨어질 것으로 내다봤다. CCUS 기술을 적용해 수소를 대량 생산할 경우 수소 생산비용은 2050년 기준 kg당 1~2달러 정도 소요되고, 수전해 기술을 적용한 그린수소는 현재 kg당 3.5~7.5달러에서 2050년까지 1~2.5달러로 낮아질 것으로 예측했다.미국, 유럽, 일본은 이미 그린수소 생산이 상용화 단계에 접어들었다. 미국이나 일본과 달리 태양열·풍력 발전 여건이 좋지 않은 한국으로선 그린수소 개발이 쉽지 않다. 한국은 2017년부터 2021년 4월까지 제주 상명풍력단지에서 실증 사업을 진행한 게 전부다. 청정에너지 보급 계획을 제대로 세워야 하는 이유다.다섯째, 소형 핵융합이다. 우리를 환히 비추는 태양은 플라즈마(양 혹은 음으로 이온화된 기체) 형태에서 수소가 핵융합을 하고 있다. 이 과정에서 발생한 빛과 열에너지를 외부로 방출한다. 지구에서 인공태양을 만들어 무한 에너지원으로 사용하기 위해서는 강한 자기장이나 관성으로 핵반응을 일으킬 수 있는 조건과 상상할 수 없는 고온 환경을 만드는 게 필요하다. 지구상에서 태양의 핵융합 원리를 재현해 거의 무제한의 전기를 공급할 수 있다면 놀랍지 않은가.진정한 탄소중립의 길이 여기에 있다. 빌 게이츠는 제로에너지 관련 투자 펀드(Breakthrough Energy Ventures)를 설립해서 핵융합에 투자했다. 지난 몇 년 동안 스타트업, 대학 프로그램, 기업 프로젝트를 통해 많은 연구진이 핵융합 분야에서 괄목할 만한 발전을 이루었고, 몇 년 내에 상용화를 목표로 하는 사례도 등장했다. 이들은 종전과는 근본적으로 다른 설계에 기초한 핵융합 원자로를 만들고 있다. 종전은 국제열핵융합실험로(International Thermonuclear Experimental Reactor, ITER) 프로젝트처럼 도너츠 모양의 거대한 자석 용기인 도카막이나 엄청나게 강력한 레이저를 사용했다.여섯째, 수소연료전지 발전이다. 수소연료전지는 리튬이온 배터리를 이용한 에너지저장시스템(ESS)보다 전기를 장기간 안전하게 저장할 수 있고 방전 우려가 없다는 장점이 있다. 수소연료전지를 이용해 전기에너지와 열에너지를 얻을 수 있으므로 수소차, 연료전지 발전 등에 활용된다. 수소에너지는 직접 연소, 수소 저장 합금에 의한 2차전지, 수소화 반응에 의한 열펌프로 이용될 수 있으나 가장 일반적인 것은 수소차, 발전 설비에 탑재되는 연료전지(fuel cell)다. 물을 전기분해하면 전극에서 수소와 산소가 발생되는데, 연료전지는 이러한 전기분해의 역반응을 이용한 장치다.우리나라에서는 석유, 가스에서 추출된 수소를 연료로 공급해 산화제인 공기 중의 산소와 반응시켜 전기와 열을 생산한다. 일반 화학전지와 달리 연료인 수소와 공기가 공급되는 한 계속 전기를 생산할 수 있다. 수소연료전지의 전기 발전 효율은 42~60%로 화석연료(예, 석탄은 38~45%)에 비해 높다. 화석연료처럼 연료를 연소시켜 열에너지를 발생시키고, 이 열에너지를 기계적 에너지로 변환해야 하는 과정이 필요없다.건설 기간 역시 수개월 수준으로 기존 화석보다 현저히 짧다. 연료전지는 열에너지를 전기에너지로 변환하는 보통의 발전 방식에 비해 간단하며 효율적이다. 소음이 없고 온실가스 발생이 적은 친환경 에너지원으로 유해가스를 배출하지 않기 때문에 도심 지역에도 발전 시설을 건설할 수 있다.글 조원경 울산시 경제부시장

수증기, 빗방울, 유리창으로 전기를 만든다? 친환경 신재생에너지 기술 3

신재생에너지 하면 대표적으로 태양광 에너지와 풍력 에너지를 떠올리게 되는데요. 바로 화석연료가 아닌 태양, 바람, 바이오매스, 지열, 해양에너지, 폐기물에너지 등을 이용해 만드는 에너지를 의미합니다. 온실가스 배출을 줄이면서도 부족한 에너지를 확보하기 위해 신재생에너지의 중요성은 더욱 커지고 있는데요. 최근 대기 중에 존재하는 수증기, 내리는 빗방울, 그리고 유리창문에서도 에너지를 만드는 새로운 기술이 등장해 주목받고 있습니다.

이산화탄소를 전혀 배출하지 않으면서도 에너지를 생성할 수 있는 획기적인 신재생에너지 기술 세가지를 여러분께 소개 드리겠습니다.

01

대기 속 수증기로 전기 생성, ‘에어-젠’

지난 2월 미국 연구진은 천연 단백질을 이용해 공기 중에 존재하는 수증기에서 전기를 만들어내는 기술을 개발했는데요. ‘에어-젠(Air-gen)’이라 불리는 이 기술은 자연적으로 생긴 공기 중의 수증기로부터 전류를 생성하는 방식으로, 단백질 나노와이어(nanowire)에 전극을 연결해 전기를 얻는 방식입니다.

특히 에어젠은 태양광이나 풍력 에너지와 달리 햇빛이나 바람이 필요 없으며, 두께 10미크론 미만의 얇은 단백질 나노와이어 필름만 있으면 되는데요. 필름의 바닥 아래에 전극 하나를 놓고, 필름위에 좀 더 작은 전극을 올려놓습니다. 이 상태에서 나노와이어 필름은 대기 중의 수증기를 흡수하게 되고, 단백질 나노와이어의 전기 전도성과 표면 화학 조합은 필름 안 나노와이어 사이의 미세 모공과 결합해 두 전극 사이에서 전류가 생성하게 됩니다.

02

빗방울로 전기 생성하는 ‘전기발전기(DEG)’

홍콩 시립대 연구팀은 지난 2월 하늘에서 떨어지는 빗방울을 이용해 전기를 생산하는 기술을 발표했습니다 물방울이 표면에 부딪힐 때 접촉전기와 정전유도에 의해 유도되는 전기를 발생시키는데요. 하지만 이 때 발생하는 전하량은 에너지 변환 효율이 매우 낮아 전기에너지로 전환되지 못했습니다.

이에 연구팀은 에너지 변환 효율을 높이기 위해 ‘전기발전기(Droplet-based Electricity Generator, DEG)’를 개발했는데요. 알루미늄 전극과 *PTFE 막이 침전된 인듐 주석 산화물(ITO) 전극으로 구성되어 있으며, PTFE/ITO 전극은 전하생성, 저장 및 유도를 담당합니다. 떨어지는 물방울이 PTFE/ITO 표면에 부딪혀 퍼지면 전기가 발생하는 방식입니다. 물 한방울은 140V 이상의 전압을 발생시키는데, 작은 LED 전구를 켤 수 있는 전력을 생성할 수 있다고 합니다.

*PTFE(Polytetrafluoroethylene, 폴리테트라플루오로에틸렌): 높은 열안정성과 내화학성, 낮은 마찰계수, 높은 전기적 저항성을 지닌 불소수지.

03

유리창문이 태양광 패널로! ‘클리어뷰 파워 윈도우’

태양광 에너지를 얻기 위해서는 태양광전지 패널이 필요한데요. 이를 설치하기 위해서는 별도의 장소와 설치비용을 필요로 합니다. 하지만 도심 속 수많은 건물이 태양광 에너지를 만드는 발전소가 될 수 있다고 하는데요. 그 비밀은 바로 유리창문을 태양광전지 패널로 만든 ‘클리어뷰 파워 윈도우(Clear View Power Window)’입니다.

미국 에너지 전문 스타트업인 유비쿼터스 에너지는 ‘유기 염료’를 사용해 일반적인 창문처럼 가시광선은 통과시키면서 적외선을 포착하는 기술을 개발했는데요. 이렇게 포착한 적외선이 유리창문에 흡수되면서 전기로 변환되는 것입니다. 아직 연구단계이지만 상용화가 된다면 고층빌딩 창문은 물론, 자동차 유리, 스마트폰 디스플레이에도 적용해 유리창을 통해 충전하며 달리는 자동차와 충전이 따로 필요 없는 스마트폰이 나올 수 있을 것으로 기대됩니다.

종합 케미칼 & 에너지 리더,

한화토탈에 대해 더 알고 싶다면?

한국전력기술은 기후변화, 에너지 안보, 수요관리 등 에너지 분야의 주요 현안에 대응하여 신재생에너지 사업을 활발하게 전개하고 있습니다. ESCO(Energy Saving Company) 전문기업으로서 각종 에너지 시설에 대한 성능개선, 설비교체 서비스를 제공하고 있습니다.

스마트그리드(Smart Grid) 분야에서는 ‘제주도 실증단지 사업’에서 ‘풍력단지 발전량 예측용역’을 수행했습니다. 또한 김천혁신도시, 원주혁신도시, 강릉시 등과 ‘스마트그리드 연계 녹색도시 조성 및 신재생에너지 개발’을 추진하고 있습니다.

세계 최대 규모의 50MW급 매립가스(LFG : LandFill Gas) 발전소와 RDF(Refuse Derived Fuel) 열병합발전소 건설 등 폐기물의 자원화 사업에서도 많은 실적을 쌓았습니다. 풍력발전 분야에서는 제주도의 ‘한경풍력’, ‘성산풍력’ 등을 성공적으로 수행함으로써 제주도의 녹색중심 에너지 자립화에 기여하였습니다.

한국전력기술은 에너지 기술과 신기술·정보통신기술(ICT) 등을 융합한 에너지신산업 분야의 기술 경쟁력 확보에도 역량을 기울이고 있습니다. 이를 통해 에너지 분야의 ‘문제해결형’ 기업으로서 위상을 더욱 확고히 하고자 합니다.

2030년까지 총 48.7GW의 신재생에너지 발전설비 신규 설치를 목표로 하는 국가 “재생에너지 3020 정책” 달성을 위해, 한국전력기술은 에너지 공기업으로서의 책임과 의무를 다하기 위하여 풍력, 태양광, 연료전지, 수소에너지 등 신재생에너지 확대에 집중하고 있습니다.

대규모 태양광발전 EPCM기술

40년 이상의 발전소 설계 및 EPC 경험을 바탕으로 인허가, 타당성, 설계, 구매, 전력계통연계, 시공 등 태양광발전 Total Solution 제공

300MW 안좌도 솔라팜 타당성 자문 수행 중

80MW 대호호 수상태양광 타당성평가 수행

다수의 태양광발전 설계용역 수행

기술력과 사업 경쟁력 확보로 국내·외 사업 진출

풍력발전 EPCM 기술

40년 이상의 발전소 설계 및 EPC 경험을 바탕으로 인허가, 타당성, 설계, 구매, 전력계통연계, 시공 등 풍력발전 Total Solution 제공

100MW 제주한림해상풍력 EPC 사업수행 중

다수의 설계 및 타당성, 기술개발과제 수행

국제수준 기술력 확보로 지속적 기술고도화

연료전지발전

사업부지 여건, 고객 요구에 따른 연료전지 Type 선정 및 최적배치, 열수요 계산 등 기술성 및 경제성 분석 기술 보유

20MW 함안모로연료전지발전 EPC 수행중

인허가, 타당성조사(재무분석 포함)

기본설계 및 상세설계

구매, 설치 및 시운전

재생에너지 연계

재생에너지 변동성 대응 및 유휴전력(Curtailment) 활용을 위해 전기에너지를 수소 또는 메탄가스로 전환, 저장 및 활용하는 기술

재생에너지와 전기분해설비 연계기술

전력망(Grid)과 전기분해설비 연계기술

전력, 가스 및 열의 통합 EMS 설계기술

제주한림해삼풍력사업

한국전력기술은 정부의 적극적인 신재생에너지 정책에 부합하여 발전에너지 공기업으로서 책임과 역할을 다하고자 제주특별자치도에 해상풍력 건설사업을 추진하고 있습니다.

한국전력기술은 본 사업 추진을 통해 신·재생에너지 사업추진 역량 및 수주경쟁력 강화를 추구하고 있습니다.

[기획] 친환경 에너지를 실현하는 기술 (1)

[테크월드뉴스=서유덕 기자] 기술의 고도화와 인구의 증가는 양과 질 양면에서 전자제품 보급과 사용을 늘린다. 이는 곧 에너지 수요를 높인다. 국제에너지기구(IEA)가 발간한 ‘글로벌 에너지 리뷰 2021’ 보고서에 따르면, 2021년 전 세계 에너지 수요는 2020년보다 4.6% 늘고, 특히 화석연료 수요가 4.8% 증가해 CO2 배출량도 1.5Gt 늘어날 것으로 전망된다.

미래 삶의 질에 직결되는 자연 환경을 보전하기 위해, 인류는 에너지 생산·전달·소비의 전 과정에서 더 지능적이고 효율적인 방법을 모색해야 한다. 특히 전 세계 에너지 수요의 3분의 1 이상을 차지하면서도 미래 친환경 에너지로 주목받는 전기의 효율을 높일 필요가 있다.

(출처: 게티이미지뱅크)

전기 에너지 사슬(생산, 전송, 저장, 소비)의 모든 과정에서, 전력 효율을 높이고 손실을 줄이며 친환경적인 방법을 사용하는 데는 반도체가 많은 역할을 한다. 친환경 고효율 반도체는 전력 변환, 송·배전, 저장 시 손실을 줄인다.

재생에너지 생산 효율 향상

최근 탄소배출량을 저감하는 데 기여하는 재생에너지로 태양광·풍력 발전이 각광받고 있다. 한국수출입은행 해외경제연구소에 따르면, 2021년 전 세계 태양광 발전 수요는 180GW를 넘고, 2022년에는 200GW에 달할 전망이다. 풍력 발전의 경우 2020년 96.8GW를 기록했으며, 2050년 4100GW 규모로 성장해 전체 발전설비용량의 20%를 차지할 것으로 분석된다.

태양광과 풍력을 이용해 생산한 전력을 전력망에 공급하기 위해서는 몇 가지 단계를 거쳐야 한다. 재생에너지는 자연 환경에 따라 생산 전력량의 변동이 심해 에너지 저장 시스템(ESS)을 갖추고 있다. 그리고 막 생산된 전기는 DC(직류)로 공급된다. 따라서, 높은 효율을 달성하려면 태양광 패널 또는 풍력 터빈과 ESS를 효율적으로 결합하고, DC-AC(교류) 변환 시 손실률을 낮춰야 한다. 이를 위해 고효율 풍력 변환기, 전원 모듈, 인버터 등이 사용된다.

재생에너지의 발전 효율을 높이는 것은 상업적 수익성에 영향을 미친다. 이는 곧 재생에너지의 보급과 확산에, 더 나아가 공해를 줄이는 데 기여하게 된다.

(출처: 게티이미지뱅크)

송·배전, 저장 중 손실 저감

송·배전 손실을 낮추는 것은 전체 전력 효율 개선에 크게 기여한다. 미국 에너지정보국(EIA)은 2015년부터 2019년까지 미국 전체 전력의 약 5%가 송·배전 과정에서 손실됐다고 추정했는데, 이 손실률을 0.1%p라도 낮추면 연간 500GWh 만큼의 전력을 더 사용할 수 있다.

유연성과 신뢰성은 효과적인 송·배전 시스템을 위한 핵심 요소다. 특히 전력 생산 현장(발전소, 풍력 터빈, 태양광 패널 등)과 소비 지점이 멀어 중·장거리 송전이 이뤄지는 경우엔 손실량이 급증한다. 송전압을 높인다면 손실을 줄일 수 있으며, 이를 위해 초고압 변압이 가능한 IGBT 모듈이 필요하다. 이처럼 적절한 부품으로 구성된 배전 시스템은 공급과 수요의 균형을 맞추고 안정적인 전력 전달을 수행할 것이다.

저장 효율은 지능형 ESS를 사용함으로써 얻을 수 있다. 에너지 저장의 핵심 요소는 발전의 분산이다. 가능한 한 전력망을 유연하게 운영하고, 저장과 소비의 균형을 유지하는 것이 ESS에 걸리는 부하를 낮추고 화석 연료 기반 발전소의 대기 비용을 절감하는 데 유리하다. 센서, MCU 등 부품과 AI 기반의 체계가 결합된 스마트 그리드 솔루션이 고효율 전력망을 구현할 수 있다.

에너지 효율을 높이는 인피니언의 기술

인피니언은 전력 반도체 시장에서 효율을 높이고 새로운 발전 방법을 도입하며 전력망을 개선하는 데 필요한 솔루션을 40년 이상 공급해 왔다. 인피니언의 솔루션은 태양광과 풍력 같은 재생에너지 시스템의 효율성 향상과 소형화에 기여하고 기존 에너지원과 동등한 수준의 발전 효율을 내도록 돕는다.

태양광 시스템에는 OptiMOS/CoolMOS/CoolSiC MOSFET, IGBT, EiceDRIVER 게이트 드라이버, XMC 마이크로컨트롤러(MCU)를 적용할 수 있다. 이들 부품들은 최소 와트에서 최대 킬로와트(㎾) 단위의 주거용 태양광 발전 시스템뿐만 아니라 메가와트(㎿) 수준에 이르는 상업·유틸리티용 시스템을 아우른다. 풍력 시스템에는 PrimePACK 전원 모듈 패키지가 사용될 수 있는데, 이는 풍력 터빈에서 발생하는 전기를 전력망에 안정적으로 공급하고, 풍력 터빈과 로터 날개를 바람 방향과 정렬하며, 동결과 과열로 인한 피해를 방지하는 기능을 제공한다.

※ 인피니언의 친환경 에너지 기술에 대한 개요와 응용처별 포트폴리오 등 자세한 내용은 인피니언 그린에너지 웹에서 확인할 수 있다.

새롭게 주목받는 신재생 에너지원 ‘중력’ – Sciencetimes

친환경 신재생에너지라고 하면 대부분 태양광이나 풍력을 이용한 에너지를 떠올리기가 쉽다. 하지만 태양광이나 풍력처럼 익숙하지는 않지만, 신재생에너지로서의 가능성은 태양광이나 풍력보다 더 유망한 에너지원이 있다. 바로 중력(重力)이다.

중력은 지구 위의 물체가 지구로부터 받는 힘이다. 따라서 이를 잘만 활용하면 임의의 물체에 저장되는 위치에너지를 운동에너지로 변환할 수 있고, 이 운동에너지는 다시 전기에너지로 전환할 수 있기 때문에 새로운 에너지원으로 주목받고 있다.

적정기술로 발전하는 중력에너지 활용 램프

중력이 새로운 에너지원이 될 수 있다는 가능성을 보여준 사례는 ‘전기 공급이 없어도 어두운 밤을 밝힐 수 있는 램프(lamp)’가 발명되고 나서 부터다. 그래비티라이트(Gravity Light)라는 이름의 이 LED 램프는 중력에 의해 빛을 낼 수 있도록 설계되었다.

영국의 가전제품 디자이너인 ‘짐 리브스(Jim Reeves)’와 ‘마틴 리디포드(Martin Riddiford)’는 우연한 기회에 아프리카를 방문했다가 등유 램프를 사용하는 주민들의 모습을 보며 커다란 충격을 받았다.

호흡기 질환을 유발하고, 화재 사고의 위험성이 높으며, 이산화탄소를 발생시켜 기후변화를 앞당기고 있음에도 불구하고 주민들은 등유램프를 사용하기에 급급했기 때문이다. 그로 인해 주민들은 자주 호흡기 질환을 앓았고, 화재 사고도 수시로 겪었다.

리브스와 리디포드는 이같은 주민들의 고통을 조금이라도 덜어주기 위해 그동안 배웠던 경험과 지식을 총동원하여 중력에너지로 작동하는 LED 램프를 만드는 데 성공했다.

중력을 에너지원으로 이용하는 램프라고 하니 상당히 복잡한 장치가 내장된 줄로 생각하는 사람들이 많겠지만, 그래비티라이트는 의외로 간단한 구조로 이루어져 있다.

우선 10kg 정도의 돌이나 모래로 채운 주머니를 준비해야 하는데, 이 주머니들은 줄을 잡아당기면 올라갔다가 줄을 놓으면 천천히 떨어지도록 설계되었다. 주머니가 천천히 떨어질 수 있도록 리브스와 리디포드는 낙하하는 단계마다 톱니바퀴를 장착하여 전기를 생산할 수 있도록 했다.

이에 대해 리디포드는 “주머니가 높은 곳에서 낮은 곳으로 천천히 내려가게 되면 위치에너지가 운동에너지로 바뀌게 된다”라고 설명하며 “운동에너지가 톱니바퀴를 움직일 때마다 0.1와트(W)의 전기를 생산하게 되는데, 이렇게 생산된 전기가 LED 램프에 전기를 공급하는 것”이라고 말했다.

주머니를 올리기 위해 줄을 몇 초만 당겼다 놓아도 약 20분 정도 LED 램프로 빛을 낼 수 있는 만큼, 효율이 뛰어난 편이다. 또한 그래비티라이트를 설치할 수 있는 곳이라면 어디든지 가능하며, 배터리도 필요하지 않아서 즉시 사용할 수 있다는 장점을 갖고 있다.

특히 등유 램프처럼 연기도 나지 않아서 실내에 설치되어 있어도 언제나 맑은 공기를 유지할 수 있다는 것은 그래비티라이트만의 최대 장점이다.

이같은 저비용 고효율의 성능 때문에 그래비티라이트는 현재 저소득 국가의 주민들을 위한 적정기술의 대표적 모델로 소개되고 있다. 저소득 국가 외에도 그래비티라이트는 재난재해 발생 시 자가 발전 용도로 활용될 수 있을 것으로 전망되고 있다.

물과 콘크리트 이용한 중력에너지 저장 시스템

그래비티라이트처럼 무거운 물체를 위에서 아래로 내리면서 에너지를 확보하는 시스템을 ‘중력에너지 저장 시스템(gravity energy storage system)’이라고 한다. 중력에너지를 이용한다고 하면 생소하게 느껴질 수 있지만, 국내에서도 이미 중력을 이용한 발전소가 운영되고 있다. 바로 ‘양수(揚水)’ 발전소로서 강원도 양양에 가면 국내 최대 양수 발전소를 만날 수 있다.

‘양수 발전(pumped storage hydroelectricity)’은 수력 발전의 하나이지만, 기존의 수력발전소와는 다르게 댐이 하나가 아니고 상부댐과 하부댐 2개로 나누어져 있는 것이 특징이다.

상부댐에서는 중력을 이용하여 물을 아래로 흘려보내 발전을 하고, 하부댐에서는 내려온 물을 양수기처럼 모터를 이용해 다시 상부댐으로 올려보내며 발전하는 것이 양수 발전의 핵심 원리다.

미국의 에너지 전문기업인 그라비티파워(Gravity Power)는 양수 발전소처럼 물을 이용하여 중력으로 에너지를 만드는 시스템을 개발하고 있다. 지하에 대량의 물을 저장한 다음, 그 물로 거대한 피스톤을 상하로 움직여 에너지를 저장하도록 설계되었다.

문제는 이 시스템으로 일정한 에너지를 만들어내기 위해서는 무게 800만 톤 이상의 피스톤이 필요하다는 점이다. 그러나 그라비티 파워의 설립자이자 엔지니어인 ‘짐 휘스케(Jim Fiske)’ 대표는 “800만 톤의 피스톤을 충분히 제조할 수 있는 기술이 있기 때문에 중력에너지를 이용한 시스템 개발은 가능하다”라고 말했다.

반면에 양수 발전처럼 물은 아니지만, 콘크리트를 이용하여 대규모 중력에너지를 만들어내는 시스템으로는 스위스의 에너지 전문 스타트업인 ‘에너지볼트(Energy Vault)’가 개발 중인 시스템을 꼽을 수 있다.

이 시스템은 110m 높이의 타워에 설치된 6개의 크레인으로, 무게 35톤의 콘크리트 블록을 상하로 움직여서 최대 80메가와트시(MW/h)의 에너지를 저장할 수 있다. 이들은 거대한 콘크리트 블록을 마치 레고 블록처럼 쌓아 올렸다가 이를 아래로 내릴 때 발생하는 운동에너지를 활용하여 전기를 만들어낼 수 있다.

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