배고플 때 꺼내먹는 에너지 저장고 'ESS'를 아시나요

[자료제공=삼성SDI 커뮤니케이션팀]

'태양광 발전', '탄소배출권', '탈원전', '친환경' 최근 신문지 상에서 자주 만나 볼 수 있는 말들입니다. 모두 신재생 에너지를 장려하는 정책과 밀접한 관련 있는 단어들인데요. 우리나라뿐만 아니라 미국, 유럽, 일본, 중국 등의 주요국들 역시 다양한 정책을 통해 신재생 에너지 비중을 높이기 위해 노력하고 있습니다. 이런 신재생 에너지와 떨어져서는 안될 밀접한 제품 중 하나가 바로 ESS라고 합니다.

ESS는 에너지저장장치(Energy Storage System)의 줄임말로 에너지를 저장하는 저장창고 역할을 하는 장치입니다. 신재생 에너지를 생산해도 이를 저장하지 않으면 필요할 때 활용할 수 없죠. 이에 따라 ESS 역시 가파르게 성장하고 있습니다.

배고플 때 꺼내 먹는 에너지 저장고 'ESS'

너무나 당연하게 집집마다 가지고 있는 냉장고가 없다면 어떨지 생각해 본 적 있으신가요. 빨리 상하는 신선 식품이 먹다 남았을 때 실온에 두면 금새 버려야 하지만 냉장고에 저장해 두면 먹고 싶을 때 꺼내 먹을 수 있죠. ESS도 전력을 저장해 두는 냉장고 같은 역할을 합니다. 전기도 신선 식품과 비슷하게 생산과 동시에 소비되어야 하는 특성을 갖고 있는데, ESS가 전력의 '생산-소비'를 '생산-저장-소비'의 패러다임으로 바꾼 것이죠.

ESS는 전력을 저장해 필요할 때 공급하는 전력이용효율을 높여주는 시스템입니다. 이를 통해 전기요금이 저렴한 시간의 전력이나 신재생 에너지를 사용하고 남는 전력를 저장해두었다가 필요할 때 사용할 수 있습니다.

ESS는 크게 네 가지 요소로 구성됩니다. 바로 배터리, PCS, BMS, EMS입니다. BMS(배터리운용시스템)는 ESS에 들어가는 수십 개에서 수천 개의 배터리 셀을 하나처럼 움직이게 하고 각종 안전장치까지 포함된 장치입니다.

EMS는 ESS에 저장되어 있는 전기량을 모니터링하는 시스템입니다. ESS의 전반적인 운영 소프트웨어 역할을 맡는다고 이해하시면 됩니다. 그리고 PCS(파워컨디셔닝시스템)는 교류를 직류로, 직류를 교류로 바꿔주는 장치입니다. 배터리는 전류를 직류로 저장하지만 송전탑을 흐르는 전류는 교류이기 때문에 PCS가 꼭 있어야 하는 것이죠.

ESS는 이렇듯 네 가지 구성요소가 유기적으로 맞물려 하나의 시스템을 이루는 것입니다.

ESS의 활용

에너지를 저장할 수 있는 ESS의 특징을 이용하면 전력이 남을 때 저장하고 전력이 모자랄 때 혹은 전기요금이 높을 때 꺼내 쓸 수 있습니다. 신재생에너지 연계, 에너지 비용 절감 등 여러 방면에서 다양한 이점을 얻을 수 있죠.

아무리 써도 고갈되지 않는 태양광, 태양열, 풍력, 지열 등 신재생에너지에 대한 관심과 활용이 점점 늘어나고 있습니다. 그런데 신재생에너지의 단점이 하나 있다면, 바로 날씨 조건 등 상황에 따라 전력의 품질이 고르지 않고 변동이 크다는 것이죠.

ESS를 이용하면 신재생에너지의 출력 변동을 최소화해 전력 계통을 안정시킬 수 있습니다. 쉽게 이야기해서 태양광의 경우 낮시간에는 남는 전력을 ESS에 저장했다가 밤시간이나 흐린날 전력을 꺼내 쓸 수 있는 것이죠.

보통 하루 중 전력 수요는 낮 2~4시경 피크를 이룬 후 밤 시간대에 감소합니다. 그런데 전력 생산은 피크 때 사용량을 기준으로 이뤄지므로 밤 시간대에 전력이 남게 되고 사장되는 것이죠. 여기에 ESS를 도입함으로써 밤 시간대의 잉여 전력을 저장했다 피크 시간에 활용할 수 있게 됩니다. ESS를 통해 집중된 전력 수요를 분산할 수 있는 것이죠.

또한, 전기의 품질을 좋게 하려면 송변전 과정에서 주파수가 출렁일 때, 전력을 추가로 투입해 이를 일정 수준으로 유지해 줘야 합니다. ESS가 이 역할을 맡음으로써 전력 인프라 비용을 절약할 수 있습니다. 한전에서는 이렇게 절약할 수 있는 규모가 연간 수천억 원에 이른다고 합니다.

ESS의 종류

▶ 전력용

발전 및 송배전을 포함하는 전력 공급 시스템에 ESS를 설치해 송전망의 안정성을 확보할 수 있을 뿐만 아니라 주파수 제어를 통한 전력품질의 향상 등 다양한 효과를 거둘 수 있습니다.

송전망에 설치된 ESS는 신재생에너지 발전 시설에서 불규칙적으로 공급되는 전력에 의해 야기되는 송배전망의 일시적인 과부하 문제를 해결할 수 있으며, 많은 전력을 소비하는 공장에 설치되어 피크 부하를 억제해 전력 요금을 대폭 절약할 수 있게 됩니다.

▶ 무정전 전원공급장치 (UPS, Uninterruptible Power Supply)

ESS를 활용한 무정전전원공급장치(UPS)는 정전과 같은 비상시에 전력을 공급해 주는 역할을 합니다. 기업 데이터 센터나 전력에 민감한 IT공장 등에서 UPS의 중요성은 날로 강조되고 있습니다.

▶ 가정용

가정용 ESS는 일반적으로 태양광발전 시스템과 연결해 에너지 절약 효과를 극대화하기 위해 사용 됩니다. 태양광 패널에서 생산된 전력을 ESS에 저장하고 필요할 때 사용할 수 있기 때문입니다. 이를 통해 비싼 전기요금을 최소화할 수 있고, 더불어 정전사고 시에도 사용할 수 있는 비상용 전원으로 활용됩니다.

글로벌 ESS시장, 2023년까지 연평균 37% 성장 전망

앞서 말씀 드린 것과 같이 각국의 신재생 에너지 장려정책에 따라 ESS 역시 성장을 거듭하고 있습니다. 시장조사기관 BNEF(Bloomberg New Energy Finance)는 전세계 ESS 시장은 2023년까지 연평균 37%로 고속 성장 할 것이라고 예상했습니다.

[자료제공=삼성SDI 커뮤니케이션팀]

박소연 기자 muse@asiae.co.kr