ESS / 에너지 저장기술의 원리와 필요한 이유에 대해 알아보자
ESS란?
하루 24시간내내 소비되는 전력양은 일정하지 않다. 보통 새벽~아침 시간대에는 전력소비가 낮고 낮 시간대는 전력의 소비가 높은 편인데 이를 충족시키기 위해서 발전량은 peak time 때 소비되는 전력양보다 조금 더 많아야한다.
하지만, 나머지 시간대에선 전기 발전량이 소비보다 과하게 생산되고, 이로 인해 버리는 양이 많아지게 된다.
이 때 energy storage system (ESS)가 중요한 역할을 하게 되는데, ESS는 평소에 일정 에너지를 ESS에 저장을 하고 소비량이 매우 높은 낮 시간대에 꺼내서 사용하는 에너지 저장기술이라고 설명할 수 있다.
ESS의 역할
1. 부화 평준화 (load leveling)
전력 발전량을 최소로 하고 나머지를 ESS에 저장된 전력을 사용하는 방법으로 새벽 ~ 밤에 남는 전력을 모두 ESS에 저장을 하고 낮 시간대에 부족한 전력 생산량의 대부분을 ESS에 저장된 에너지를 소모하여 사용하는 것을 의미한다.
이는 전력 발전량을 줄일 수 있다는 장점이 있지만, ESS가 과량으로 필요하고, 이를 보관하거나 관리하는 문제에 있어서 버거울 수 있다.
2. peak shaving
전력 발전량을 피크 시간대 소비량보다 조금 낮게 잡아 낮 시간대에 가장 peak time 때 부족한 전력만 ESS를 사용하는 컨셉으로 전력 발전량을 크게 줄일 수 없지만 낮 시간대에 순간적으로 과다 사용되는 전력을 커버할 수 있다.
ESS가 많이 필요하지 않기 떄문에 보관, 관리에 있어서 용이하다.
3. frequency regulation
전력이 부족해지면 한국 규정 주파수인 60Hz보다 느려져 이때 ESS에 저장된 전력이 사용되기도 한다.
4. 신재생에너지 조절
신재생에너지. 즉 태양열 발전소와 풍력 발전소에서 생산되는 에너지는 불규칙적으로 전력이 쌓이기 때문에 이를 맞춰주기 위해 ESS가 사용되기도 한다.
ESS 물리적 저장
에너지를 물리적으로 저장하기 위해서 특수한 환경이 필요하다.
1. hydro-pumped
물의 위치에너지를 이용해 전력을 생산하는 방법으로 평소에 펌프를 통해 아래쪽 물을 퍼서 위로 올린다음 전력이 필요해지는 시점에 위에 있는 물이 아래로 떨어지는 에너지를 사용해 전력을 생산하는 방법.
물을 사용하기 때문에 친환경적이라고 볼 수 있으나 시설을 건설하는데 드는 비용과 지리적인 한계로 인해 경제성이 떨어지는 편이라고 볼 수 있다.
2. Compressed air energy storage (CAES)
평상시에 공기를 특수한 공간에 압축해서 불어넣어 보관을 하였다가 사용 시 공기를 가열하여 전력을 생산하는 시설로 보통 동굴이나 지하에 공기를 압축하여 보관을 하며 공기의 높은 기압을 버텨야 하므로 이때의 토양은 석회석등 특수한 흙으로 이루어진 공간이 필요하다.
따라서 우리나라에선 거의 불가능한 시설인 반면에 유럽에서는 종종 건설된 시설이다.
공기를 보관 시 공기압은 대기압의 몇 십배까지 올라간다.
시설조건이 굉장히 제한적이므로 세울 수 있는 곳이 hydro-pump 시설보다 더 적다.
ESS 화학적 저장
평소에 잉여 전력을 배터리에 저장해 필요할때마다 꺼내쓰는 방법으로 최근에 가장 많이 보관되어지는 방법이다.
배터리에 대해서 더 알고싶은 분들은 아래 링크를 참고하면 좋을 듯 하다.
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1) 납축전지
납축전지는 리튬이온배터리가 지금처럼 상용화되기 전에 많이 사용이되던 배터리로 현재는 ESS에 많이 사용되는 배터리 시스템이다.
양극으로 Pb 음극으로 PbO2를 사용하며 전해액은 황산을 사용한다.
납축전지는 전압대가 리튬이온배터리에 비해서 낮고 에너지밀도도 낮지만 가격이 리튬이온배터리에 비해 굉장히 싸서 배터리의 양이 천문학적으로 필요한 ESS시장에서는 경쟁력있게 사용이되고 있다.
2) 리튬이온배터리
리튬이온배터리의 수많은 양극재 중 LFP양극재만이 ESS배터리로 장점을 보이며 이는 당연하게도 가격문제이다.
ESS 배터리로써 중요한 점은 가격이므로 아무리 성능좋은 양극재라고 한들 비싸면 경쟁력이 밀리는 건 어쩔 수 없다.
현재 LFP양극재를 사용한 ESS 배터리는 크게 상용화가 되지 않았으나 앞으로 커질 전망이 높다고 봐도 무방하다.
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