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ESS의 종류 <1>

물리적 방법을 이용한 ESS


경일대학교 신재생에너지학부 박진남 교수



(지난 기사에서 이어집니다. http://blog.kepco.co.kr/1409)




‘ESS, 이렇게 다양하게 쓰인다!’ 기사에서는 ESS(에너지 저장 시스템, Energy Storage System)의 다양한 용도에 대해서 설명드렸는데요. 이번 기사에서는 ESS에 전기를 저장하는 데 사용되는 다양한 기술에 대해 알려드리고자 합니다.


ESS에 사용되는 기술은 크게 물리적 방법과 화학적 방법의 두 가지로 나눌 수 있어요. 그렇다면 물리적 방법을 활용한 에너지 저장 시스템엔 무엇이 있을까요?





FESS : 플라이휠 에너지저장 시스템




기계적으로 전력을 저장하는 기술로는 플라이휠 에너지저장 시스템(FESS, Flywheel Energy Storage System)이 있는데요. FESS는 터/발전기 축에 연결되어 있는 플라이휠에 회전관성 에너지의 형태로 전기에너지를 저장한답니다. 높은 출력을 낼 수 있고 수명이 길며, 응답속도가 빠르다는 장점이 있는데요. 반면 지속적인 전력 공급을 위한 에너지 밀도가 낮고 대기전력 손실이 높다는 단점을 가지고 있답니다.


대기전력 손실을 줄이기 위해 다양한 기술이 연구되고 있어요. 탄소 섬유로 만든 축을 사용하거나 초전도 자기 베어링을 적용하기도 하고, 진공 체임버를 적용하는 식으로 말이죠.


토카막 핵융합 연구를 위해서는 간헐적으로 대전류가 필요한데요. 유럽에서는 775톤짜리 플라이휠을 225RPM으로 가동하는 FESS를 구축했어요. 이 시스템은 순간적으로 400MW의 출력을 낼 수 있다는군요.




FESS는 항공모함에서 비행기를 이륙시키는 장치를 가동하기 위해서도 사용되는데요. 플라이휠에 45초 동안 에너지를 저장한 후, 이를 2~3초 사이에 순간적으로 방출해 비행기를 날려 보낸답니다.




SMES : 초전도 자기 에너지 저장 시스템




초전도 자기 에너지 저장 시스템(SMES, Superconducting Magnet Energy Storage System)은 저항이 0인 초전도 코일에 전류를 흘려 자기장의 형태로 에너지를 저장해요. 일반적인 코일이나 토로이드 형태의 코일을 사용하는데요. 작동 시 도선이 초전도 상태를 유지하도록 냉각장치를 꼭 가동해야 한답니다.


SMES는 높은 출력을 낼 수 있고 응답속도가 매우 빠르며, 충·방전 속도 또한 빨라요. 하지만 에너지 밀도가 낮고 단가가 높다는 단점이 있죠. SMES는 전력망의 순간 정전이나 전압 급락에 원활하게 대응할 수 있는데요. 국내에서는 한국전기연구원(KERI)이 1초에 1.03 MW를 공급할 수 있는 SMES를 개발하기도 했답니다.



SCES : 슈퍼커패시터 에너지 저장 시스템




슈퍼커패시터 에너지 저장 시스템(SCES, Super-Capacitor Energy Storage System)은 특정 유전체를 사용하여 정전용량을 극대화함으로써 양극판에 직류 전기 형태로 에너지를 저장하는데요. 간단히 생각하면 전기부품인 커패시터를 대용량으로 만들어 축전 용량을 키운 것이라고도 볼 수 있습니다.


SCES는 높은 출력을 낼 수 있고 백만 번 이상 충·방전이 가능하며 응답이 빨라요. 하지만 SMES처럼 에너지 밀도가 낮고 단가가 높다는 단점을 가지고 있죠.





CAES : 압축공기 에너지 저장 시스템




압축공기 에너지 저장 시스템(CAES, Compressed Air Energy Storage System)은 잉여 전력을 이용해 공기를 압축하여 저장했다가, 필요시 압축 공기로 터빈을 구동해 전력을 공급하는 장치입니다. CAES 구축을 위해서는 일반적으로 암반 구조의 지하에 대규모 공동을 만드는데요. 양수발전을 제외하면 가장 큰 전력 저장 용량을 가지지만, 역시 입지의 선정에 제약이 많답니다.


독일은 세계 최초로 압축공기를 이용한 290MW급 터빈 발전소를 건설해 운영하고 있으며, 미국은 폐열회수 시스템을 개선하여 이보다 효율을 높인 100MW 급 CAES 시스템을 운영하고 있죠. 2.7GW 급 대용량 CAES 시스템의 구축도 계획한 바 있으나 이는 경제성 문제로 보류되고 있답니다.




이번 글에서는 물리적 방법을 이용한 에너지 저장 시스템에 대해 알아보았는데요! 이렇게나 많은 종류가 있다니, 참 재미있죠? 다음 기사에서는 화학적 방법을 이용한 에너지 저장 시스템을 소개해 드릴게요~!

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  • 권중근 2019.01.25 11:05 신고
    ESS에 대하여 자세하고 깔끔한 정리에 감탄하네요 ㅎㅎ 좋은 정보 감사합니다.