경제성 우수해 가전 교통 등 활용 무궁무진

Special Report l ESS / 기술현황

 

 

경제성 우수해 가전 교통 등 활용 무궁무진

 

에너지저장 시스템(Energy Storage System)은 전력 공급 안정화, 신재생에너지 확산 등의 부가가치를 창출하는 녹색 분야의 핵심 기술이다. ESS는 환경 친화적이고, 경제성이 좋아 가전, 교통, 전력망 등에서 활용되는 유망한 신산업이다.

전력저장장치(ESS)는 리튬이온전지와 같은 기존의 중소형 2차전지를 대형화하거나 회전에너지, 압축 공기 등 기타 방식으로 대규모 전력을 저장하는 설비를 말한다. 생산된 전력을 계통계통(Grid)에 저장했다가 전력이 가장 필요한 시기에 공급해 에너지효율을 높이고 전력피크 관리에도 효과적인 수단이다.

ESS는 경부하시 유휴전력을 저장하고 과부하시 전력을 사용함으로써 첨두 부하 분산을 통해 발전소 건설비, 송전선 설치비 등의 투자비를 절감할 수 있을 뿐만 아니라, 전력 예비율을 높여 여름·겨울철의 전력 피크와 대규모 정전 사고 등에 효과적인 대응이 가능하다.

아울러, 출력이 불규칙한 신재생에너지원을 고품질 전력으로 변환하는 등 신재생에너지 보급 확산과 동시에, 실시간 전력 거래가 이루어지는 스마트그리드 구현을 위해서도 반드시 필요한 기술이라는 게 전문가들의 견해다.

특히 대용량 전력저장자치의 경우 신재생에너지 확대를 위한 필수 기술로 꼽히고 있다. 발전량과 발전시점이 불규칙한 태양광, 풍력 등 신재생에너지와 결합해 시간대별로 전력공급을 일정하게 조정할 수 있기 때문이다. 에너지저장 없이 신재생에너지 발전량 비율이 10%를 상회할 경우 전체 전력망이 불안정해 질 수 있다는 게 전문가들의 지적이다.

또 ESS는 스마트그리드 구현을 위해서도 꼭 필요하다. 스마트그리드는 공급자와 소비자가 정보를 교환해 에너지효율을 최적화하는 게 핵심요소다. ESS가 있어야 신재생에너지 등 분산전원의 불안정한 전력공급을 효율적으로 제어하고, 가정이나 회사에서 충전된 전력을 피크타임 때 사용하거나 전력회사에 판매할 수도 있게 된다.

 

 

선진국, ESS 실증 넘어 사업화 단계 진입

 

일본과 미국 등 주요 선진국들은 ESS와 관련한 연구개발과 실증을 활발히 추진 중이며, 일부에서는 상용화에 성공하는 등 사업화단계에 진입했다.

일본은 신재생에너지발전소용, 가정용 등 다양한 분야에서 기술개발을 추진하고 있으며, 나트륨-황 전지, 리튬이온전지 등에서 앞선 기술력을 보유하고 있다. 특히 NGK사는 나트륨-황전지 분야에서 세계 시장 점유율이 51%로, 프랑스 EDF와 150MW, UAE와 300MW공급계약을 체결하기도 했다.

미국도 에너지부(DOE) 산하 연구기관인 ARPA-E와 EPRI 등 공공기관과 AES, AEP 등 대형 전력회사 중심으로 기술개발이 이뤄지고 있다.

ARPA-E는 지난 2년간 R&D에 총 9,200만달러를 투자했으며, AES사도 뉴욕 웨스트오버발전소에 20MW급 리튬이온전지를 설치했다.

또 캘리포니아주의 경우 전력회사의 에너지저장시스템 설치를 의무화하는 법안이 통과되기도 했다. 이로써 캘리포니아 전력회사는 2014년 1월 1일부터 최근 5년간의 평균 공급전력의 2.25% 이상을 ESS를 이용해 공급해야 한다.

독일과 프랑스도 양국이 공동으로 Solion프로젝트를 추진하고 있다. 이 프로젝트는 태양광 주택의 에너지 자급을 위한 리튬이온전지 도입 타당성을 평가하기 위해 약 75개 시스템에 대한 실증사업을 추진 중이다.

앞으로의 연구개발 방향을 보면 50MW 이하는 리튬이온전지와 나트륨-황전지 등의 전지방식이, 50MW 이상은 압축공기저장 등의 대형저장방식이 대세를 이룰 것으로 전망된다.

또 중장기적으로 실시간 전력거래가 가능해지는 스마트그리드 확산에 따라 가정용 ESS 기술개발 수요도 확대될 전망이다.

 

 

국내, 기술개발 중 실증단계는 아직

 

우리나라는 기업과 연구소 등에서 기술개발을 추진 중이지만, 아직 기술과 실증경험 측면에서 선진국보다 뒤쳐져 있는 수준이다.

리튬이온전지와 수퍼 커패시터, 플라이휠은 상용화단계에 도달했지만, 그 외의 기술은 초기 기술개발 단계 수준이다.

기술별 주요업체로는 삼성SDI와 LG화학(리튬이온전지), 포스코(나트륨-황전지), LS산전, 호남석유화학(레독스 흐름전지), 네스켑, LS엠트론(수퍼 커패시터), 전력연구원(플라이휠), 삼성테크윈(압축공기저장) 등이다.

실증 현황을 보면 가정용 ESS의 경우 실증을 추진 중이지만 아직 초기 단계이고, 가장 큰 수요가 예측되는 전력망용 대규모 ESS 실증은 전무한 상태다.

기술별로는 상용화와 실증과제의 증가로 인해 리튬이온전지 분야의 R&D 예산 규모가 가장 많다. 지원기관은 초기 연구소 위주에서 최근에는 대기업 비중이 높아졌으며, 실증사업의 경우 삼성전자와 한전 등 대기업 위주의 실증사업이 진행 중이다.

앞으로의 투자방향은 단기적으로 상용화 R&D와 실증사업에 지원하고, 중장기적으로는 원천기술개발 지원을 확대할 계획이다.

정부는 또 에너지저장 실증을 통한 산업화도 촉진해 나갈 계획이다. 리튬이온전지 등 바로 설치가 가능한 기술을 우선 실증하고, ESS 운영기술을 확보해 국제표준화를 주도할 계획이다. 또 2.5GW 서남해안권 대규모 풍력단지와 새만금 풍력단지 등과 같은 대규모 신재생에너지단지의 발전원과 연계해 ESS실증도 추진할 방침이다.

ESS(Energy Storage System)는 전력제어장치인 PCS(Power Conditioning System), ESS 전반을 실시간으로 관리하는 EMS(Energy Management System), 배터리(2차전지), 배터리 상태를 관리하는 BMS(Battery Management System) 등으로 구성된다.

[출처] Special Report l ESS / 기술현황 - 경제성 우수해 가전 교통 등 활용 무궁무진 (월간 전기산업) |작성자 무지개별