ESS 시스템

 

ESS 에너지 저장 시스템

 

세계적으로 자원이 점점 부족해지는 상황으로 인해 에너지에 대해 관심이 많아지면서 친환경 신재생에너지의 활용이 대두되고 있으며 관련 기술도 각광 받고 있다.

신재생 에너지 기술에는 크게 태양광 발전과 풍력 발전으로 나눌수 있습니다.

이러한 신재생 발전에는 공급이 일정하지 않고 효율이 낮다는 단점이 있기에 이를 보완하는 것이 필요하다.

ESS(Energy Storage System)에너지 저장시스템은 신재생에너지 기술을 보완하는 기술로 등장했습니다.

ESS 는 생산한 전력을 저장장치에 저장했다가 전력이 필요할 때 꺼내어 쓰는 작은 발전소와 같은 개념이다.

시스템 구성요소

전력저장장치, 전력변환장치, 관리시스템 등의 시스템으로 구성되어 있다.

1. 전력저장장치로는 리튬배터리, 나트륨황배터리, 레독스배터리, 슈퍼캐패시터등이 사용되고 있다.

2. PCS(Power Coversion System)전력변환장치는 ESS의 발전원에서 전력을 받아 저장장치에 저장, 방전을 위해 전기 특성을 변환하고 제어, 독립운전, 계통 연계보호기능의 시스템이다.

3. EMS(Energy Management System)전력관리시스템은 전체적인 시스템의 모니터링, 제어관리가 가능한 프로그램을 ESS의 충,방전 조건 설정으로 효율적 운영을 가능하게 한다.

ESS의 역할

1.발전의 보조

신재생에너지 태양광, 풍력 발전량이 부족할 때 전력을 공급하여 안정적인 전력을 공급

2. 무정전 전원역할

 정전과 같은 전원 차단시에 저장된 전기를 사용하는 비상시 전력공급역할

개발 및 구축 현황

1. 장주기형  NaS

 나트륨 유황 배터리는 고체전해질을 이동하면서 전기화학에너지를 저장하는 배터리이다.

NaS 배터리는 에너지 밀도가높고, 비용이 저렴하며, 대용량화가 용이하다는장점이 있지만,

고온 운용에 따른 안정성에 대한 부담감, 높은 운영비용은 단점이다.

 1995년일본은6MW 규모의ESS를오히토, 즈나시마변전소에 설치하여 대용량 분산전원공급을 수행함으로써 세계 최초의 베타-알루미나 전해질을 적용한 대용량 ESS 기술개발에성공하고,

일본NGK는2008년미국미네 소타의루체른에50kW 풍력모듈20개와7.2MWh ESS를 설치

현재까지NaS 시스템은 전세계적으로221개소에 설치되었으며, 누적용량은1,896MWh에 달한다

2. 장주기형 RFB

RFB(Redox Flow Battery, 레독스 흐름 배터리)는 전해액중의 활물질이 산화/ 환원되어 충/ 방전 되는 배터리로, 전해액의 화학적 에너지를 직접 전기에너지로 저장시키는 전기화학적 축전장치이다. RFB는 비용이 저렴하고, 대용량화가 용이하며, 장시간 사용이 가능하다는 장점이 있지만, 에너지 밀도가 낮고, 에너지 효율이 낮다는 것이 단점으로 꼽힌다

3. 단주기형  Flywheel

Flywheel(플라이휠)은 전기에너지를 회전하는 운동에너지로 저장했다가 다시 전기에너지로 변환하여 사용하는 기술이다. 출력이 높고 에너지효율이 높아 UPS 및 전력망 안정화용으로 적용이 가능하고, 수명이 길고 안정적으로 순간적인 전력을 공급해 줄 수 있다는 것이 장점이다. 그러나 전력을 화학적으로 저장하는 것이 아니라 기계적/ 물리적으로 저장하는 것이기 때문에 장시간 저장이 불가능하며, 초기 구축비용이 높고 에너지 밀도가 낮다는 단점이 있다.

Beacon Power사는 PJM Interconnection과 중서부 발전과 합작하여 2010년부터 작년까지 미국 메사추세추의 타잉스보로시에 20MW 급의 Flywheel을 설치한 바 있다. 이 실증시험에서 Beacon Power사의 flywheel은 100kW의 출력과 25kWh로 설계되었으며, 200개의 flywheel이 병렬 연결됨으로써 20MW의 전력을 제공했다.

4. 단주기형 LIB

 LIB(Lithium-ion Battery, 리튬 이온 배터리)의 원리는 리튬이온이 양극과 음극을 오가면서 전위차를 발생시켜 충/방전 시키는 배터리이다. 에너지 밀도 및 효율이 높아 적용범위가 가장 넓지만 다소 비용이 높다는 것이 단점이다. 최근 EV, ESS를 중심으로 LIB의 수요가 가속화되고 있으며 ESS의 설치규모도 기존 1MWh 급에서 수십 MWh 급으로 급증하며 가격이 점차 낮아지는 추세다.