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2018 세계 태양에너지 엑스 

<3> ESS




(지난 기사에서 이어집니다. http://blog.kepco.co.kr/1300 )



앞선 기사에서 태양에너지 발전을 위해 부가적으로 PV 모듈, 인버터 등의 기기가 필요하다고 말씀드렸는데요. 이 외에도 필수적인 기기가 있으니, 바로 ESS(Energy Storage System, 에너지 저장장치)입니다.


ESS는 이름 그대로 전력을 저장하는 장치입니다. 태양에너지 발전의 단점 중 하나는 원하는 시간에 전력을 생산하기 어렵다는 점이에요. 태양이 없는 밤 시간에는 발전이 불가능하죠. 이런 경우, 낮에 전력을 미리 생산해뒀다가 ESS에 저장해놓으면 필요한 시간대에 에너지 사용이 가능하답니다. 그래서 태양에너지 발전 장치를 ESS와 함께 설치해두면 돌발적인 정전 시에도 안정적인 전력 공급이 가능하답니다.




2018 세계 태양에너지 엑스포 탐방기의 마지막 기사인 이번 글에서는 ESS(에너지 저장 장치)에 대해 이야기해 보겠습니다.



최신 에너지 저장 장치의 트렌드!




 

▲ (좌) 철제 컨테이너 박스 형태의 ESS / (우) ESS 에너지 홈 



ESS를 설치할 때는 배터리 모듈을 보관하기 위한 저장소가 필수입니다. ESS 개발 초기에는 대형 철제 컨테이너 박스 안에 배터리 모듈을 보관했는데요. 최근에는 배터리와 PCS(전력변환 장치)를 함께 보관하는 ‘ESS 에너지 홈’과 같이 소규모 저장소가 등장하고 있답니다. 편리한 이동성, 짧은 제작기간, 우수한 단열성 그리고 다양한 사이즈 덕분에 ESS의 보급이 더 원활해지도록 도와주죠.




리가 흔히 알고 있는 ESS의 모습인 대용량 ESS 컨테이너입니다. 이 제품의 경우 용량별 플러그인(Plug-in) 타입으로, 시스템 분석을 통해 수익률을 극대화하는 기능이 탑재돼 있답니다. 더불어 국내 주요 배터리 제조사와 계약해 배터리 수명 문제에 대한 솔루션도 제시하고 있어요.


그렇다면 이렇게 큰 컨테이너 내부에는 무엇이 있을까요? 아래 사진과 같은 기기들이 들어있는데요.




낯선 단어들이 많죠? 전기공학을 전공하고 있는 제가 이해하기 쉽게 설명드릴게요!




PMS(Power Management System)는 ESS의 전체적인 운영을 담당하는 부분입니다. 전력 생산 및 저장 현황을 모니터링하고 발전소 시스템을 제어하죠.


PCS(Power Conditioning System)는 전력 변환을 제어하는 역할을 합니다. 생산된 전력을 배터리에 충전하고 방전할 수 있도록 전기적 특성을 변환해주죠.


Battery는 PCS에서 받은 전력을 저장(충전) 후 대기하다가 필요한 시간에 전력을 계통에 출력(방전)하는 역할을 합니다.


BMS(Battery Management System)는 배터리 모니터링과 함께 배터리를 제어하는 역할을 합니다.



이렇게 ESS 내부의 각 기기들이 서로 상호작용을 하면서 전력을 언제든지 사용할 수 있도록 도와준답니다.




이 사진은 배터리가 없는 컨테이너 내부 사진인데요. 좁은 통로에 옷장이 나란히 채워져 있는 듯한 모습입니다.



배터리를 보관하는 장소의 내부 모습은 이렇게 생겼습니다. 여러 개의 층으로 이뤄진 선반에는 각각 모듈을 장착하게 되어 있죠.




더 가까이서 관찰해보면 선반 뒤로 구멍이 많이 뚫려있는 모습을 볼 수 있어요. 태양광 모듈과 배터리는 작동하면서 많은 열을 발생시키는데요. 이런 열로 인해 기기 작동 효율이 떨어질 수 있죠. 그만큼 컨테이너 내부의 온도관리를 세심하게 신경 써야 하기 때문에 이런 모양으로 제작됐답니다.



태양에너지 발전판의 발전 용량에 따라, 또 설치되는 장소에 따라 저장소의 모습도 천차만별입니다. 위 사진은 새로운 공조시스템 기술이 적용된 ESS 모델인데요. 여기서 공조시스템이란 뜨겁거나 차가운 공기를 천장 배관을 통해 실내에 유입시켜 온도를 조절하고 환기를 통해 먼지를 제거하는 설비랍니다.




공조시스템이 잘 구축된 저장소일수록 ESS가 안정적으로 작동된답니다. 리튬 배터리의 특성상 지나친 고온은 화재의 위험으로 이어질 수도 있기 때문에 온도 조절과 환기는 안전에 중요한 요소이기도 합니다.




확실히 다른 컨테이너와 비교해 만졌을 때 시원함을 더 많이 느낄 수 있었습니다.



배터리 모듈이 함께라면?


 


다음은 ESS 저장소에 들어가는 배터리 셀과 모듈입니다. 위에서 본 ESS 저장소의 빈 공간을 이 배터리 모듈로 촘촘하게 가득 채우는 거죠.




공조시스템과 함께 살펴보니 마치 냉장고처럼 보이네요. 실제로 ESS 컨테이너 내부는 냉장고처럼 시원하며 건물 내부의 ESS는 온도센서를 통해서 철저하게 모니터링 되고 있었답니다.




가까이에서 각 모듈이 연결된 모습까지 확인하니 그토록 궁금했던 ESS 내부가 이제는 좀 더 친숙하게 느껴졌답니다.



이런 ESS도 있다는 사실!


위에서 살펴본 ESS들은 크기가 커서 공간을 많이 차지합니다. 이런 일반적인 ESS보다 좀 더 작은 사이즈의 ESS를 소개해 드릴게요.



 


이 기기는 전 세계에서 가장 작은 ESS랍니다. 성능은 1MW인데요. 지난 시간에 살펴봤던 인버터와 마찬가지로 ESS 역시 동급 용량에 공간을 적게 차지하는 디자인을 고객들이 선호하는 추세입니다.



 


다음은 가정용 ESS입니다. 소규모 태양광 발전 사업에 대한 관심이 많아지면서 태양광 발전판을 일반 가정에서도 많이 설치하고 있는데요. 기존의 대규모 ESS는 가격이 비싸기 때문에 가정보다 기업이나 공장에서 많이 활용했죠. 그와 비교해 이런 소용량 ESS라면 가정에서도 쉽게 설치할 수 있을 거예요.



EMS, 에너지 관리를 도와줘!



ESS 내부를 살펴보니 정말 많은 기기들이 상호작용하고 있죠. 그렇기에 사용자가 직관적으로 ESS의 효율을 판단하기에는 어려움이 많습니다. 이를 해결하기 위해 필요한 기기가 EMS(Energy Management System)랍니다. 말 그대로 에너지 관리 시스템이란 뜻인데요.



 


 

▲ EMS의 관리 현황을 살펴볼 수 있는 모니터



EMS는 일사량과 날씨를 자동으로 분석하고 발전 현황에 대한 정보를 사용자에게 전달합니다. 그러면 사용자는 일, 월, 연도 순으로 발전 금액을 파악할 수 있고 저장된 데이터를 통해서 어떤 날에 발전이 가장 효율적인지에 대한 정보를 얻을 수 있습니다. 이런 정보를 토대로 ESS를 가동한다면 좀 더 효율적인 에너지 생산이 가능하겠죠.


또한 수요전력과 이용률을 분석해 어떤 시간대에 어느 정도의 전력을 사용할지 조정이 가능합니다. 전력이 변환되는 모든 과정이 한눈에 들어오기 때문에 상세한 과정들을 모두 모니터링할 수 있죠.


ESS를 오랜 기간 사용하면 분석 가능한 양의 데이터가 만들어지는데요. 분석을 토대로 전력 사용량의 피크시간 체크가 가능하며 비상사태에 대비한 전력 사용구간을 나눌 수도 있답니다. 한국전력에서도 EMS를 변전소에 활용하고 있으며, K-BEMS와 같이 한국전력이 개발한 빌딩 에너지 관리 시스템도 있답니다!




혁신적인 최신 태양광 발전 장치들을 살펴보니 어떠셨나요? 이런 최신 신재생에너지 발전 장치들이 내년에는 얼마나 더 혁신될지 참 기대됩니다. 이상으로 기사 세 편에 걸쳐 2018 세계 태양에너지 엑스포를 밀착 취재했습니다. 감사합니다.




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  • 물과기름 2018.08.22 11:16
    ESS가 더 경제적이고 대중화가 되면 좋겠어요. 그럼 블랙아웃 걱정도 안해도 되고 좀 더 효율적으로 발전소를 운영할 텐데요. 전기 소비가 점점 많아지는 만큼 기술발전이 시급합니다.

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