수력 발전과 수소의 통합으로 탄력을 얻다

지난 5월 미국 국립 연구소 아이다호 국립 연구소(INL)와 태평양 북서부 국립 연구소(PNNL)는 규제 대상 전력회사인 아이다호 전력(Idaho Power)과 협력하여 수소 생산과 수력 발전의 통합 가능성을 확인했습니다. 연구소에서는 이 전망이 Idaho Power의 17개 저비용 수력 발전 프로젝트에서 새로운 중요한 역할을 시작할 수 있다고 지적했습니다. 이 프로젝트는 Idaho와 Oregon의 24,000평방 마일에 달하는 지역에 공급되는 전력의 대부분을 생산합니다. Idaho Power의 환경 담당 이사인 Brett Dumas는 "이 프로젝트는 Idaho Power가 2045년까지 100% 청정 에너지 제공이라는 목표를 달성하는 데 도움이 될 수 있는 시나리오를 식별하기 위해 전해 수소 생산 기술과 수력 발전소의 결합을 평가할 것"이라고 말했습니다.

이 조치는 지난 5년 동안 수소에 대한 관심이 눈에 띄게 높아졌음에도 불구하고 수소 생산과 수력 발전을 통합하려는 노력이 미국에서 크게 소홀해졌기 때문에 주목할 만합니다. 수력 발전은 2022년 미국 전체 유틸리티 규모 발전의 약 6.2%를 차지했습니다. 미국 에너지 정보청(EIA)에 따르면 미국 전체 유틸리티 규모의 기존 수력 발전량 중 약 절반이 워싱턴, 캘리포니아, 오레곤에 집중되어 있습니다.

수력발전은 기저부하 전력과 유연성을 제공하는 능력을 고려할 때 이 지역에서 중요한 역할을 해왔습니다. 여기에는 전압 지원, 관성 응답, 기본 주파수 응답 및 작동 예비력을 제공하기 위해 실제 전력 출력과 무효 전력 출력을 모두 변경하는 것이 포함됩니다. 그러나 수력 발전 및 양수 저장 수력 유연성은 환경 흐름, 관개, 항해, 레크리에이션, 홍수 통제 및 전력 생산보다 우선시되는 기타 서비스에 대한 현장별 요구 사항에 의해 제한될 수 있습니다.

Idaho Power 프로젝트의 수석 조사관이자 연구원인 INL의 Daniel Wendt는 “비피크 에너지 생산을 수소로 포착함으로써 피크 에너지 수요 동안 수소를 다시 전기화할 수 있습니다.”라고 말했습니다. 수소를 연료로 저장하면 전력망을 안정화하는 데 도움이 될 수 있으며 화석 연료 백업 발전에 대한 보다 깨끗한 대안을 제공할 수 있다고 연구소는 지적했습니다.

그러나 또 다른 주목할만한 목표의 일환으로 이 프로젝트는 수소 생성의 부산물로 생성된 과잉 산소를 어떻게 하천 수질 문제를 해결하는 데 활용할 수 있는지 평가할 것입니다. INL은 "댐 뒤의 저수지는 특히 여름과 초가을에 용존 산소 수준이 낮을 수 있습니다"라고 설명했습니다. "강의 용존 산소는 물고기와 기타 수생 생물에게 필요합니다." Idaho Power는 이미 Hells Canyon의 Brownlee Dam에서 흘러나오는 물에 산소를 추가함으로써 긍정적인 결과를 얻고 있다고 Dumas가 말했습니다.

PNNL의 수석 연구 엔지니어이자 기술 책임자인 Di Wu에 따르면, 연구소에서는 고급 모델링 및 분석 방법을 통해 수소의 다양한 배포 시나리오를 탐색할 예정입니다. “수소 생산을 효과적으로 계획하려면 시스템 및 구성 요소 수준 제약 조건에 따라 에너지 전환 기회와 산소 요구량을 모두 설명하는 고급 모델링 및 최적화 기술이 필요합니다.”라고 그는 말했습니다.

이 연구는 이미 전 세계적으로 진행 중인 프로젝트 포트폴리오에 추가될 것입니다. 특히 유럽 발전기는 기존 수력 발전 자산을 최대한 활용하기 위한 인센티브와 신흥 수소 시장에서 핵심 공급업체로서의 발판을 확보할 전망에 힘입어 수력 발전소에 수소 통합을 개발하는 데 앞장서고 있습니다.

지난 4월, 독일 에너지 회사 RWE는 인프라 회사인 Badenova와 협력하여 어퍼 라인강에 H2@Hydro 이니셔티브에 따라 수소 허브를 구축할 것이라고 발표했습니다. RWE는 2026년 말까지 Albbruck의 RADAG Rhine 수력 발전소에 50MW 용량의 전기분해 발전소를 건설할 계획입니다. 기저부하 하천 발전소는 독일과 스위스 국경에서 연간 660GWh를 생산합니다. 전기분해 플랜트는 수력발전의 일부를 사용하여 연간 최대 8,000톤의 수소를 생산할 예정입니다.