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최전방에서 에너지 절감을 위한 군용 하이브리드 발전기
미군은 전기생산용 연료를 전장까지 운반하는데 필요한 재정적, 전략적 비용에 대해 부담을 느끼고 있다. 이러한 문제를 해결하기 위한 노력으로 미 해병대는 이번 7월에 아프카니스탄의 최전방 부대에 강력한 배터리를 결합한 디젤 발전기를 배치할 예정이다. 시스템 제조사인 Earl Energy에 따르면 이와 같은 하이브리드 전력 시스템은 발전에 필요한 연료소비를 50~70% 절감시킬 수 있는 것으로 나타났다.
현재 미군 캠프에서 사용하고 있는 발전기는 효율적으로 가동되지 못하고 있다. Earl Energy의 Doug Moorehead는 “1.5 kW의 전력만 생산하면 전기 부하를 만족시킬 수 있는데 10 kW급의 발전기를 갖고 있는 것이다. 따라서 미래를 위해 남는 8.5 kW의 에너지를 저장하지 않는다면 낭비하게 되는 것이다.”고 말한다. 이번에 개발한 디젤-배터리 하이브리드는 에너지 활용을 극대화하기 위한 발전기를 운영하고 있다. 이러한 발전기 운영은 군부대의 즉각적인 에너지 수요를 충족시킬 뿐만 아니라 시스템을 통해 리튬이온 배터리를 충전하는 것이 가능하다. 배터리가 완전하게 충전되면 발전기는 가동을 멈추고, 시스템은 배터리에서 전력을 끌어내기 시작한다.
7월에 적용될 하이브리드 시스템은 현재 전쟁터에서 사용되는 것과 유사한 18 kW급 디젤 발전기와 40 kWh급 리튬이온 배터리를 조합할 예정이다. 또한 이 시스템은 추가적인 연료소비를 절감하기 위해 10 kW급의 태양광발전(Photovoltaic) 전지판 어레이를 포함하게 될 것이다. Moorehead는 유사한 크기의 일반 발전기의 가격인 8~10만 달러(약 0.9~1.1억원)와 비교했을 때, 태양광발전을 포함한 전체 시스템의 비용은 10만 달러가 넘는다고 말한다. 아프카니스탄과 같은 극한 지역에서 안전하게 사용하기 위해 배터리 부분의 비용만도 1 kWh당 750~1,500 달러 사이이다.
Moorehead는 연료 비용에 따라 다르겠지만 7~12개월내에 시스템 스스로 투자 비용을 만회할 것으로 예측하였다. 또한 값비싼 태양광발전 시스템이 없다면 하이브리드 시스템은 더 많은 비용을 줄일 수 있기 때문에 현재 Earl Energy는 태양발전을 추가하지 않은 독립형 발전기를 개발하고 있다. 설비의 에너지 효율을 최대화하기 위해서는 배터리를 충전하기 전에 최대로 방전할 필요가 있다. 일반적인 납축(Lead-acid) 및 니켈-카드뮴(Nickel-cadmium) 배터리는 충방전 사이클이 반복되면 저장능력을 빠르게 잃어버린다. 그러나 Earl Energy는 배터리내에 차세대 리튬이온 기술을 적용하여 4,000회 또는 18~24개월 동안 사이클을 지속할 수 있다고 말한다. 참고로 Moorehead는 Earl Energy에 참가하기 전 배터리 제조업체인 A123 System에서 리튬이온 배터리 기술을 개발한 바 있다.
하이브리드 전력 시스템은 발전기의 효율을 최대화하기 위해 복잡한 알고리즘을 사용하는 에너지 관리 소프트웨어를 적용하였다. Lux Research의 Steven Minnihan는 "발전기와 배터리 전력 사이를 빠르게 전환할 수 있는 전력장치와 함께 에너지 관리도 매우 중요하다."고 말한다. 그는 “Earl Energy는 사용하고 있는 배터리와 관련하여 비교적 자유롭게 이야기를 하고 있지만, 에너지 관리 및 전력장치에 대해서는 아무런 언급을 하고 있지 않다.”라고 덧붙였다.
이번 기술은 중무장한 호위차량을 이용하여 최전방까지 디젤 연료를 운송하는 비용이 매우 값비싸기 때문에 경쟁력을 갖고 있다. Moorehead는 아프카니스탄에서 연료의 운반비가 갤런당 20~40달러 사이라고 말한다. 전방에서 연료를 절감하는 것은 단순 비용 절감 이상의 의미를 갖고 있다. 해군장관인 Ray Mabus는 최근 에너지 첨단연구프로젝트 사무국(Advanced Research Projects Agency for Energy, ARPA-E) 컨퍼런스에 참석하여 연료 비용이 상당한 부담으로 작용하고 있다고 말한 바 있다. 그리고 연료수송 과정에서 군인이 죽거나 부상 당하고 있어 연료 비용으로는 너무 높은 것이라고 덧 붙였다. Earl Energy는 고효율 발전기 시스템의 생산을 확대하길 바라고 있다. 회사에 따르면 이러한 시스템이 널리 보급되면 호위차량의 수를 절반 정도로 삭감할 수 있을 것으로 내다보았다.
- 사진: 10 kW급 프로토타입 하이브리드 전기 발전기
출처 : 녹색기술정보포털(www.gtnet.go.kr)
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