관련 통계자료 다운로드 에너지저장장치(ESS) 구성도 최근 고유가, 이상 기후 변화로 인한 냉·난방기기 보급이 확대되고 있다. 이로 인해 에너지 수요는 매년 증가하고 있다. 소득 증대와 삶의 질 향상, 각종 서비스 고도화 요구에 따라 새로운 에너지 수요가 지속 발생, 직접적인 전력 의존도가 심화돼 전력 수급에 차질을 빚고 있다.
국내 에너지원의 상당수가 원유 및 원자력에 의존하고 있어 에너지 수급 개선은 당장에 해결해야 하는 시급한 국가적 과제다. 이런 와중에 전력 피크 관리에 효과적인 수단이자 신성장동력 산업의 하나인 에너지저장장치(ESS)의 중요성이 부각되고 있다.
ESS는 잉여 생산된 전기를 저장하거나 신재생에너지를 활용해서 생산한 전기를 필요한 시간대에 사용 가능하도록 할 수 있는 장치다. 전기수요가 적은 시간에 유휴전력을 저장해 두었다가 수요가 많은 시간대에 전기를 공급해 안정적으로 전력을 활용할 수 있다. 효율적인 에너지 생산과 관리는 국가적 과제로 체계적인 계획과 집중적인 실행이 중요하게 됐다.
ESS를 도입해 활용하는 방안을 다음과 같다.
첫 번째로 전력부하 평준화로 부하를 분산할 수 있으며 발전소 설비 투자를 절감할 수 있다. 두 번째로 태양광, 풍력 등 출력변동이 심한 신재생에너지원의 저장장치로 사용돼 전력품질의 안정화를 꾀할 수 있다. 세 번째로 ESS를 도입하면 정전시 자립운전 모드가 가능해 정전으로 인한 피해를 감소시킬 수 있다.
ESS의 활용방안 때문에 일본, 미국, 중국 등에서는 ESS 도입 필요성을 인지하고 전력수급 안정화 및 ESS 보급사업을 추진 중이다. ESS 도입이 빠르게 진행되려면 현재의 리튬기반 2차전지에 비해 낮은 비용으로 도입 가능한 배터리의 등장이 필요하다. 그 중 리독스 플로우(Redox Flow) 배터리는 상용화 가능한 단계까지 근접한 솔루션으로 평가받고 있다.
ESS 장치는 배터리 외에 생산된 전력을 변환하고 관리하기 위한 전력변환장치(PCS Power Conversion System), 배터리관리시스템(BMS Battery Management System), 전력관리시스템(EMS Energy Management System)으로 구성된다.
지금까지 ESS를 배터리나 PCS 등 설비와 장비에 초점을 맞춰 개발해왔고 분명한 성과도 있었다. 하지만 단순히 설비 및 장비에 초점을 맞춘 현재 개발방식으로는 ESS를 제대로 활용하는데 한계가 있다. ESS는 앞서 설명한 바와 같이 여러 구성요소로 구성된 시스템이다. ESS를 시스템 관점에서 사용자들의 다양한 요구에 맞게 활용할 수 있는 방안을 고민하고 대안을 찾아야 하는 시기가 도래했다. 이러한 고민을 해결하는 데 가장 먼저 고려해야 하는 것이 EMS다.
EMS는 ESS 내부에서 전달되는 정보를 실시간으로 모니터링하고 외부 기관과 다양한 시스템을 연계한다. 생산예측과 소비예측으로 최적의 운영 시나리오를 생성, ESS가 가장 효율적으로 운영될 수 있도록 제어한다. 경우에 따라 ESS가 전력계통에 직접적으로 전력 효율화를 위한 운전에 관여하는 역할을 하기도 한다.
한편으로는 신재생 에너지 발전설비와 조합되어 에너지의 생산 예측을 통해 ESS의 최적 운영에 필요한 시나리오에 따라 가장 효율적인 운영방안을 제시한다. 신재생 에너지와 전력계통을 조합해 소비·생산 예측으로 효율적인 운영 시나리오에 기반해 전력 피크를 보상하기도 한다. 이러한 ESS의 운영시나리오는 신재생에너지와 전력계통에서 발생하는 다양한 상황과 동적으로 반응하면서 진행된다.
종합운영센터(TOC Total Operation Center)와 실시간으로 연계해 에너지 생산 및 소비 지령에 따라 전력계통과 조화롭게 운영이 가능하도록 해준다. EMS는 적용범위에 따라 다양한 형태의 시스템이 존재한다. 일반 가정에 적용하는 소규모 EMS에서부터 빌딩, 마을단위의 커뮤니티급 EMS, 대규모 신재생발전단지에서 적용해 전력 생산과 계통연계까지를 제어하는 대형 EMS까지 용도와 규모에 따라 매우 다양한 형태의 EMS가 적용될 수 있다.
현재 국가에서 △직면하고 있는 전력 수요 증가에 따른 전력 관리 이슈 △RPS(Renewable Portfolio Standard) 본격 시행에 따른 신재생 에너지 발전 설비 구축 확대 △에너지저장장치에 대한 정부의 적극적인 법·제도 등 지원과 투자 정책으로 이미 IT 기업, 전문 에너지 관련 설비 업체 등 많은 기업들이 ESS시장에 이미 진입했거나 준비하고 있다.
일본, 미국 등 선진국은 ESS의 중요성을 인식하고 전력수급의 안전화를 위해 ESS산업 육성차원에서 정부의 다양한 보급사업을 추진 중이다. 관련 규제 및 정부 지원책의 구체적인 법안을 이미 가동하고 있다. 반면 국내실정은 상대적으로 안정된 전력 수급 상황으로 인해 ESS에 대한 정부 투자 및 지원이 미비하다. 최근 우리 정부에서도 차세대 국가 기반산업으로 ESS를 육성하겠다는 정책변화가 일어나고 있는 시점이다.
국내 2차전지의 기술력이 세계적 수준에 올라 있어 ESS의 가장 핵심이 되는 기반 기술은 이미 확보했다고 할 수 있다. 2차전지 외에, PCS, EMS 등 관련 시스템 기술 확보에 대해 관심을 기울여야 할 것이다.
EMS의 도입사례 몇 가지를 살펴보면, 2011년 제주도 스마트그리드 실증단지에 신재생 에너지 발전 분야 및 에너지 저장장치(Energy Storage System)용 EMS를 개발, 검증 완료했다. 2012년 7월에 착공한 `강릉 저탄소 녹색시범도시 선도사업`에 적용되는 EMS는 국내 최초로 실증 단지나 테스트베드가 아닌 전 국민 누구나 방문하고 체험할 수 있는 체험관 및 전시관에서 접할 수 있다.
정재열 SK C&C 그린IT개발팀 차장 jy.chung@sk.com
ESS 및 EMS 구성도
자료 : SK C&C
