버려진 폐광, 청정에너지 저장소로 거듭난다

미국 최대 국립연구소인 오크리지 국립연구소(ORNL) 연구진이 미국 전역에 있는 수천 개의 폐광을 거대한 에너지 저장 시설로 활용할 수 있는 첨단 모델링 도구를 개발했다고 과학 매체 인터레스팅엔지니어링이 최근 보도했다.

연구팀은 가동이 중단된 폐광 시설을 양수발전(PSH) 설비로 재활용할 수 있는지 평가하기 위한 고정밀 유체역학·화학 모델을 개발하는 데 성공했다.

폐광이 거대한 에너지 저장 시설로 활용될 수 있는 길이 생겼다. (사진=클립아트코리아)

폐광을 양수발전 시설로 활용하면 탄소중립 전력망 구축에 필요한 장기 에너지 저장 기능을 확보하는 동시에 과거 광산 산업에 의존했던 지역사회에 새로운 경제 활력을 제공할 수 있다는 점에서 주목 받고 있다.

‘물 배터리’의 새로운 개념

전통적인 양수발전은 서로 다른 높이에 위치한 두 개의 저수지 사이에서 물을 이동시키는 방식으로 작동하며, 흔히 ‘물 배터리’로 불린다. 이는 전력이 저렴하거나 풍부한 낮 시간대에 펌프로 물을 높은 곳의 저수지로 끌어올려 저장하고, 전력 수요가 증가할 때 물을 터빈을 통해 아래로 흘려 보내 전기를 생산하는 방식이다.

현재 미국에서 양수발전은 유틸리티 규모 에너지 저장 시설의 90% 이상을 차지하고 있지만 지리적 제약으로 인해 신규 시설 확대가 쉽지 않았다. 기존 양수발전소는 필요한 높이 차, 즉 ‘낙차’를 확보하기 위해 대규모 산이나 언덕이 필요하기 때문이다.

하지만 이번 연구는 발전 시스템을 지하로 이동시키는 방식으로 이런 한계를 극복할 가능성을 제시했다.

연구진은 새로운 산악 시설을 건설하는 대신 폐광의 깊은 갱도를 저수지로 활용하는 방식을 제안했다. 이 접근법을 적용하면 기존에 수력발전이 어려웠던 평지에서도 기술을 활용할 수 있으며, 기존 터널과 갱도를 활용해 건설 비용을 크게 줄이고 구축 기간도 단축할 수 있다.

화학적 침식·구조 안정성 평가 가능

연구진은 이번에 개발한 모델을 활용해 물이 폐광 터널을 통과할 때의 물의 흐름과 주변 광물과의 상호작용을 시뮬레이션할 수 있었다. 이를 통해 잔류 광물이 발전 시스템 터빈을 손상시킬 가능성을 분석하고, 장비 부식 위험을 예측했다. 또한 고압 상태에서 물이 빠르게 흐를 때 광산 벽이 균열되거나 붕괴되는지 여부를 평가해 구조적 안정성도 검증했다.

티엔 응웬 ORNL 선임 연구원은 “지하 양수발전은 매우 흥미로운 기회이지만 화학적 침식과 구조적 안정성 같은 과제를 해결해야 한다”고 말했다. 현재 연구진은 해당 기술의 상용화를 위한 기술경제성 분석을 진행 중이다.