강릉 저탄소 녹색도시 체험센터 전경


21세기에 들어서서 세계가 가장 주목하는 분야가 어떤 것일까요?

뉴스나 영화에서 심심치 않게 등장하는 소재인 바로 에너지에 대한 분야일 것입니다. 석유와 석탄, 가스 자원이 고갈될 것이라는 과학자들의 생각은 드뎌어 현실로 다가왔습니다. 영화와 같은 현실은 멀리 있을 것이란 예상은 생각보다 빨리 다가올 전망입니다.  우리 삶을 지탱해 주는 필수적인 것에 해당되는 전력은 2013년 대한민국에서 아주 심각한 사태가 벌어질 정도로 위협을 주고 있답니다



이제 정부와 기업은 에너지에 대한 심각성과 향후 신재생 에너지에 대한 연구에 집중하고 투자를 아끼지 않고 있는 상황입니다. 그래서  앞서 소개해 드린Green IT 핵심기술 EMS(Energy Management System)에 이어 이번 시간에는 ESS(Energy Storage System)에 대해 소개해 드리려 합니다.


ESS는 분산전원 또는 신재생 에너지에 서 발생되는 다양한 전압/전류를 제어하여 필요에 따라 전력계통에 연결하거나, 유휴 에너지를 저장, 사용하게 하는 에너지 저장 시스템(Energy Storage System) 입니다. 현대와 미래를 아울러ESS가 얼마나 중요한지와 어떻게 만들어져 있는지 살펴보겠습니다. 




ESS(Energy Storage System)의 필요성 


세계적으로 에너지에 대한 이슈가 떠오르면서 스마트그리드(Smart Grid), 신재생에너지(태양광, 풍력발전 등) 각광받고 습니다. 이에 ESS 스마트그리드와 신재생에너지의 사용 효율을 높이는 최선의 선택이라고도 말합니다. 

그렇다면 과연 ESS는 특성을 가지고 있을까요?  


SK C&C가 독자적으로 개발한 3kWH ESS 활용 예시


1. 전력 Peak 관리를 위한 효율적 방안에 필수적입니다.

올 여름같이 전력의존도가 높아지는 시즌에는 한낮의 전력 사용량이 최대치를 기록합니다반면, 밤에는 냉장고와 같은 풀타임으로 사용해야 하는 제품정도만 전력을  가동하기에 전력 사용량이 적습니다.  낮과 밤의 전력 사용량이 차이가 많이 나면 발전소에서 공급하는 전력은 낮에는 부족하고, 밤에는 남아서 버려지게 되는 비효율적인 현상이 나타납니다



이 때 전력 Peak 관리를 위해 대규모 투자와 상당한 시간이 소요되므로 기존 화력/원자력 발전설비 외 신재생에너지 활용 또는 전력에 대한 효율적인 사용이 요구되는 ESS 필수적일 수  밖에 없습니다.


2. 경제적 효과 및 전력수급 안정화가 가능합니다.

ESS 도입으로 Power Quality, Operating Reserve, Time Shift, Energy Reserve의 이점이 존재하며 이에 따라 발전소 설비 투자 절감, 신재생 에너지의 전력 품질 향상, 정전 시 피해 최소화 등의 효과를 누릴 수 있습니다.


 

신재생에너지로 떠오르는 태양광, 풍력발전은 무제한 에너지원이라는 이점이 있지만, 환경에 따른 변동성이 크기 때문에 ESS를 활용하여  신재생에너지를 좀 더 효율적으로 사용할 수 있습니다.



3. 전력 품질의 안정화를 유지할 수 있습니다.

전력의 수요와 공급은 시시각각 변동하기 때문에 발전소/변소에서 일정한 전력을 공급할 수 있도록 해야 합니다. 이에 ESS를 사용하면 변동성이 큰 수요와 공급의 불안한 전력량을 제어할 수 있답니다. 이런 모니터링을 통해 고품질의 전력 사용이 가능하다는 이점이 있습니다외에도 ESS 도입 이점은 여러가지 존재하나, ESS 도입비용을 커버하고 경제적 효과를 극대화 하기 위해서는 다수의 ESS 도입 이점이 확보되어야 합니다.




ESS 구성도


ESS 구성요소 

 

SK C&C는 강릉시가 추진하는 저탄소 녹색 도시 체험센터에 에너지 저장 설비를 구축하였습니다. 체험 연수 센터에는 100kWh리튬 폴리머 에너지 저장장치를 실치하여 낮에 생산되는 태양광 잉여전력을 배터리에 저장하여 야간 시간대 체험형 숙소에 공급하여 배전 계통의 신뢰도 향상 및 외부 전력과의 독립성을 극대화하였습니다.  과연 ESS를 이루는 구성요소들에는 무엇이 있을까요?


SK C&C가 독자적으로 개발하고 설비한 ESS 장비 모습.

  

1. 배터리

먼저 배터리에 대해 알아보겠습니다배터리는 '양극음극전해질분리막'으로 구성되어 잇습니다다른 말로 셀(Cell)이라고 합니다배터리는 ESS에서 전기에너지를 저장하는 콘포넌트(Component)로 되어 있으며, PCS를 거쳐 일정형태로 변환된 전력을 저장해 두었다가필요할 경우 방전이 되도록 구성하였습니다.

 

2. 전력변환장치 (PCS, Power Conversion System) 

ESS를 구성하는 요소 중 배터리 외에 전력변환정치가 필요합니다전력을 저장할 때의 특성과 사용할 때의 특성이 달라 서로가 보완해 역할이 필요합니다이에 PCS  발전원에서 전력을 입력받아배터리에 저장하거나 계통으로 방출하기 위하여 전기의 특성(AC/DC, 전압주파수)을 변환 합니다.

 

3. BMS(Battery Management System)

말그대로 배터리의 충전상태 등을 외부 인터페이스를 통해 알려주고과충전/과방전 등의 보호기능을 수행하는 역할을 합니다.

 

4. EMS (Energy Management System) 

배터리의 상태 모니터링, PCS의 상태 모니터링 및 제어하는 역할을 하며콘트롤 센터(Control Center) 등에서 ESS를 모니터링하고 제어하기 위한 운영 시스템이라 할 수 있습니다.



ESS의 특징


 

□단순한 설비 및 장치에서 통합 시스템으로 진화하는 ESS

 

ESS 도입 효과의 극대화를 위해서는 기능/성능 중심의 제품에서 시스템 관점의 통합적인 최적화 관점으로 전화되어야 합니다. 왜냐하면 최적화된 통합 시스템으로 ESS 도입을 하면 전력부하 분산을 통해 발전소 설비 투자 비용 절감이 가능하고, 간헐적인 신재생 에너지원의 품질을 향상시킬 수 있어 전력수급이 안정화될 수 있습니다. 무엇보다 자립 운영 모드를 통한 정전 시 피해를 최소화 시킬 수 있다는 것이 장점입니다.




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