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ESS, 이렇게 다양하게 쓰인다!

사용처별로 다른 ESS의 용도


경일대학교 신재생에너지학부 박진남 교수



전기의 사용에 있어서 전력 생산량을 수요량에 맞추어서 공급하는 일은 쉽지 않습니다. 2011년 9월 15일, 전국적인 정전이 일어난 적 있었죠. 전력 수요량보다 전력 공급량이 부족해서 발생한 사태였는데요.


이런 일이 다시 일어나지 않게 하기 위해서는 전력 수요량보다 여유 있게 전력을 공급해야 한답니다. 더불어 전력이 더 필요할 경우 언제든지 추가로 전력을 공급할 수 있는 능력도 필수죠.


이를 위해서는 여유분의 전력을 저장했다가 부족할 때 공급할 수 있는 장치가 필요한데요. 우리가 흔히 ESS로 알고 있는 에너지저장 시스템(Energy Storage System)이 이러한 과정을 도울 수 있답니다~!






ESS란?


ESS는 Energy Storage System의 약자예요. 단어 그대로 생산된 전력을 저장하였다가 전력이 필요한 시기에 공급하여 에너지 효율을 높이는 시스템이죠. 필요할 때 사용할 수 있어서 에너지 효율을 향상시키고, 전기품질 개선과 전력계통 안정화에도 기여한답니다.







ESS는 저장용량(MWh)과 순시출력(MW)을 직접 설정할 수 있어요. ESS의 사용처는 발전소, 송전소 및 배전소, 수요처의 세 곳으로 구분할 수 있는데요.


발전소에 설치된 ESS, 요런 역할을 한다!


우선 발전소에 설치되는 ESS는 저장용량이 크며 순시출력도 수십 MW 이상이랍니다. 발전소용 ESS의 첫 번째 용도는 회전예비력(Spinning Reserve)의 제공이에요. 발전기는 부하에 맞춰 운전을 하는데, 부하가 증가하면 발전기의 출력도 증가하죠. 만약 출력의 증가가 한계에 도달하면? ESS로 추가 전력을 공급해줘야 해요.



▲ 경산변전소에 위치한 주파수조정용 ESS설비 전경



발전소용 ESS의 두 번째 용도는 주파수 조정(Frequency Regulation)이랍니다. 우리나라 전력은 60 Hz의 교류로 공급되는데요. 전력 공급 계통에서 수요와 공급의 불일치로 생기는 주파수 변화를 우리나라 표준 주파수인 60±0.5 Hz로 맞춰주는 작업이 필요하죠. ESS는 발전기와 비교했을 때 주파수 조정을 조금 더 빠르게 해 줄 수 있는데요. 부하량보다 발전량이 부족할 경우 전력을 내보내 주파수를 조금 낮추고, 반대의 경우에는 전력을 저장해서 주파수를 높이는 방식으로 균형을 맞춰준답니다.



발전소용 ESS의 세 번째 용도는 우리가 가장 잘 알고 있는 부하 조정 기능입니다. 발전량이 과다할 때 전력을 저장했다가 발전량이 부족할 때 전력을 공급해 주는 거죠.


일반적으로 발전 비용은 2차 함수로 증가한다고 알려져 있는데요. 이는 발전량이 많아질수록 발전비용이 급격히 증가하는 현상을 뜻한답니다. 이렇게 피크 부하 시에 ESS로 추가 전력을 공급하면 발전 단가의 상승을 억제할 수 있죠!





간헐적으로 발전이 이루어지는 태양광이나 풍력 발전소의 경우, 외부에 안정적으로 전력을 공급하기 위한 용도로 ESS를 사용해요. 바람이나 태양의 양에 따라 생산되는 에너지의 양이 일정하지 않아서 전력 공급이 불안정할 때, ESS에 저장해뒀던 전력을 방출해 출력을 안정화한답니다.



마지막으로 발전소용 UPS(Uninterruptible Power Supply, 무정전 전원공급장치) 기능을 들 수 있는데요. 발전소의 전력 생산이 중단되더라도 항상 전력이 공급되어야 하는데, 이를 위해 ESS가 필요하죠. 만약 원자력 발전소에 문제가 발생할 경우 안전 관련 설비들은 정상적으로 가동되고 있어야 하는데요. 이를 위해 ESS(또는 비상용 발전기)가 반드시 필요하답니다.



송배전소용 ESS : 송전선의 안정성을 높여줘요


송배전소용 ESS는 발전소용보다는 작은 저장용량 및 순시용량을 가지는데요.


▲ 경상북도 상주에 설치된 배전용 ESS



송배전소용 ESS의 첫 번째 용도는 송전선의 안정성 확보예요. 각 송전선은 흘릴 수 있는 전력량의 한계치가 정해져 있어요. 그런데 과다한 전력수요로 인해 한계를 넘어서면 정전이 발생하죠. 잘못하면 연속적인 대규모 정전이 일어날 수도 있는데요. ESS는 송전선에 과도한 전력이 공급되는 것을 막아 송전선의 안정성을 높여준답니다~!


송배전소용 ESS의 두 번째 용도는 전압 조정 기능이에요. 전력계통 내에 전압이 낮아지면 ESS를 이용해서 전압을 보상해 주죠. 마지막 용도는 역시 송배전소용 UPS 기능이랍니다. 송배전소에 ESS를 설치할 경우 전력망의 안정성이 개선되므로, 전력망 자체의 보강을 위한 투자시기를 연기할 수 있는 장점이 있어요.



수요처용 ESS, 전력비용을 절감해준답니다!



수요처용 ESS는 보통 수 MW 이하의 소용량인데요. 주로 수요자의 경제적 이익을 높여주는 용도예요. 그럼에도 결과적으로 전체 전력망 운용을 효율적으로 할 수 있게 도와주죠.


수요처용 ESS의 주 용도는 피크 전력 저감입니다. 100kW 이상의 전력을 사용하는 사업장의 경우, 피크 전력 사용량에 따라 1년 기본요금이 산정되는데요. ESS를 이용하여 이를 낮추면 전력비용을 절감할 수 있답니다. 보통 전기 요금이 싼 심야시간에 ESS를 충전하는데요. 태양광 발전과 ESS를 결합하여 사용할 경우에는 피크 전력 저감효과를 더 높일 수 있죠.





이상으로 ESS의 사용처에 따른 용도를 알아봤어요. 다음 글에서는 ESS에 사용되는 에너지 저장 기술에 대해 알아보겠습니다!

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  • ESS 2019.01.04 16:07
    최근 ESS관련 화재사건으로 기존 ESS도 운영중지 했다던대 앞으로도 발전 가능성이 있을까요?
  • 박진남 2019.01.09 09:01
    ESS 보급 초기에 설치한 것들은 안전성이 충분히 고려되지 못한 것들이 있습니다. 그래서 지금과 같은 문제가 발생하고 있습니다.
    현재 정부, 기관, 기업 여러 곳에서 ESS의 안전성 개선을 위해 노력하고 있습니다. ESS의 안전성은 향후 많이 개선될 것입니다.