ESS(Energy Storage System)가 뜬다

ESS(Energy Storage System)가 뜬다

안정적 전력공급·신재생·스마트그리드에 필요…LS산전Li-Ion 이용한 BESS 개발

ESS(Energy Storage System)이란 생산된 전력을 에너지 저장장치에 저장하였다가 전력이 필요한 시기에 전력을 공급하여 에너지 효율을 높이는 시스템을 말하면 ESS의 중요성은 다음과 같다. 

첫째, 안정적인 전력 공급이 가능하다.

경부하시(야간)에 유휴전력을 에너지 저장장치에 저장하였다가 과부하시(야간) 사용함으로써 부하 평준화를 통한 전력 최적화가 가능하다. 그리고 전력의 부하 평준화를 통하여 첨부 부하 분산을 할 수 있으며,발전소 건설비, 송전선 설치비 등의 설비 투자를 절감할 수 있다.

또 전력 예비력을 확보할 수 있어서 여름 또는 겨울철의 전력 피크및대규모 정전 사고 등에 효과적인 대응할 수 있고, 대규모 정전 사고에 대한 사전 예방이 가능하며 비상 전력으로도 사용이 가능하다.

둘째, 신재생 에너지 확대를 위해 반드시 있어야 하는 기술이다. 

태양광, 풍력 등 외부 환경에 따라 출력 변동성이 심한 신재생 에너지원을 에너지 저장장치를 사용함으로써 고품질의 전력으로 만들 수 있다.

에너지 저장장치 없이 신재생 에너지 발전량의 비율이 전체 발전량의 10% 이상을 상회할 경우 신재생 에너지의 불안정한 발전량으로 인해 전력망 시스템에 예상치 못한 문제가 발생할 수 있다. 

셋째, 스마트 그리드 구현시 반드시 있어야 하는 기술이다. 

전력 공급자와 소비자가 양방향으로 실시간 정보를 교환, 에너지 효율을 최적화하는 차세대 전력망인 스마트그리드의 핵심 구성요소이다.

BESS(Battery Energy Storage System) : LSB-T050LT(50kW BESS PCU)

에너지 저장 시스템에는 여러 종류가 있는데, LS산전에서는 Li-Ion Battery를 이용한 에너지 저장 장치를 개발하고 있으며 개발하고 있는 제품의 기능과 사양은 다음과 같다. LSB-T050LT(1)는 ESS의 가장 기본기능인 안정적인 전력공급을 위하여 유효 전력 제어 기능을 구현하였고, 향후 스마트 그리드 / 신재생 에너지와의 연계시 전력 품질을 고려해서 무효전력 제어기능과 P.F 기능을 추가하였으며, 정전시 주요 부하 보호를 위한 자립 운전 모드 기능을 가지고 있다.

주요 특징은 다음과 같다. 

첫째,  유효전력 제어 : 유효 전력을 계통에 주입 (제어 범위 : 0 ~ 50kW / 오차 범위 : 3% )

둘째, 무효 전력 제어 : 무효 전력을 계통에 주입 (제어범위 : 0 ~ 50kVA / 오차 범위 : 3%)

셋째, P.F 제어 : 무효 전력제어를 이용하여 P.F 제어 가능(제어 범위 : ±0.9 / 오차 범위 : 3% )

넷째, 자립 운전 : 계통 정전시 주요 부하에 전력 공급 가능, 제어 전원 이중화

시스템 구성

BESS 시스템 구성

LS산전의 50kW BESS PCU는 Battery 입력, 인버터, 계통 출력으로 구분할 수 있으며 BESS 시스템의 전체 회로 간략도는 그림2와 같으며 전체 Sequence는 다음과 같다. 

BMS에서 Battery의 충/방전과 계통에서 요구하는 유/무효 전력을 제어하기 위해서 PCU에 Stand-by지령을 전송한다. 

Stand-by 지령이 RS485통신을 통해서 PCU에 전송되면 PCU는 계통에 유/무효 전력제어를 하기 위하여 PCU를 계통과 연계시킨다. 

BMS에서 유/무효 전력과 P.F의 지령을 통신을 통해서 전송되면 PCU에서는 지령에 따라서 계통에 유/무효 전력을 주입하게 된다. 

BESS PCU 구성(LSB-T050LT)

BESS PCU의 파워부 회로도는 그림 3과 같으며 DC입력, 인버터, AC 출력으로 구분할 수 있다. DC 입력부는 DC 차단기, 초기 충전 저항으로 구성되어 있으며, 인버터부는 커패시터와 IGBT 그리고 스위칭 리플 저감용 리액터와 커패시터로 구성되어 있다. 마지막으로 AC 출력부는 절연을 위하여 변압기와 Noise Filter 그리고 차단기 등으로 구성되어있다.  

HMI

LS산전의 BESS PCU는 사용자의 편의성을 고려하여 Graphic LCD Touch Screen을 사용하여서 HMI의 화면을 클릭하는 것만으로 현재 BESS PCU의 각종 동작 정보를 조회할 수 있다. 그림 4는 BESS PCU의 HMI Main 화면과 Battery, Inverter, Grid 아이콘을 클릭 하였을때의 화면이다.

MAIN 화면은 BESS PCU 기본 화면으로 Battery의 입력 파워, 인버터의 출력, 그리고 계통전압을 확인 할 수 있으면 각 아이콘을 클릭하면 세부적인 전압 전류에 대한 내용을 조회할 수 있다. 

그리고 오른쪽 하부에 위치한 Setup 아이콘을 클릭하면 시간과 전압/전류 Fault 레벨을 조절 할 수 있도록 사용자의 편의를 제공하였다.

전 세계적으로 ESS(Energy Storage System) Market에 대한 수요가 급증하고 있고, 향후 급격한 성장이 예상되고 있다. 그리고 국내에서도 ESS의 필요성을 인식하여 지식경제부에서 2011년 5월 에너지저장 기술개발과 및 산업화 전략[K-ESS 2020]을 발표하였다. 향후 ESS시장에서 기술적 우위를 점하기 위하여 보다 빠른 대응과 끊임없는 연구가 지속되어야 할 것이며, 그에 따른 투자 또한 과감하게 이루어져야 할 것이다.