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에너지 저장(영어: Energy storage)은 장치 혹은 물리적 매체를 이용하여
에너지를 나중에 사용하기 위해 저장하는 것을 말합니다. 이에 쓰이는
장치를 축압기라고 하고, 더 넓은 범위의 체계 전체를 에너지 저장
시스템(Energy Storage System, ESS)라고 합니다. 일반 가정에서
사용하는 건전지나 전자제품에 사용하는 소형 배터리도 전기에너지를
다른에너지 형태로 변환하여 저장할 수 있지만 이런 소규모
전력저장장치를 ESS라고 말하지는 않고, 일반적으로 수백 kWh 이상의
전력을 저장하는 단독 시스템을 ESS라고 부릅니다.
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배터리는
기본적으로 '양극, 음극, 전해질, 분리막'으로 구성되고 이렇게 기본
구성요소로 만들어진 것을 셀(Cell)이라고 부르며,
리튬이온전지(Li-ion Battery)는 기본적으로 안정성 확보를 위해
보호회로까지 넣은 상태를 배터리 Cell이라고 합니다. 그리고 여러
개의 배터리 셀을 모아 다시 하나의 Module을 만들고, 여러 개의
Module이 모여 Rack이라는 또 다른 큰 단위를 만들죠. 마지막으로
이러한 Rack들이 모여 System을 이룹니다.
배터리를 한꺼번에
묶지 않고, 단계별로 나누어 단위를 만드는 이유는 각각의 배터리
셀마다 특성이 다르기 때문에 이를 조절할 수 있는 장치가 필요하기
때문입니다. 이 장치가 바로 BMS(Battery Management System)입니다.
BMS는 Cell용량/보호, 수명예측, 충/방전 제어 등 배터리 Cell이
최대의 성능을 발휘하면서 안전하게 사용될 수 있도록 제어하는
장치인데요, BMS는 Cell, Module, Rack, System마다 설치되어
시스템의 안전성을 높입니다.
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ESS를 완성하기 위해서는 배터리 외에 별도의 장치도
필요한데요, 전력을 저장할 때의 특성과 전력을 사용할 때의 특성이
서로 다를 경우, 이를 보완해주기 위해 PCS가 필요합니다. 컨버터를
사용하여 신재생 전압(직류 → 직류)을 배터리저장 전압으로
바꾸거나, 인버터를 사용하여 배터리저장 전압을 실제 사용하는
상용전압(직류 → 교류)으로 바꾸는 역할을 합니다.
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앞서 말한
바와 같이 배터리 셀이 단계적으로 커지면서 이를 한 번에 묶고,
시스템화 할 수 있도록 컨테이너와 같은 기구들도 ESS를 구성하는
가장 기본적인 구성요소입니다
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대부분의 국가는 심야전력이 낮 시간대의 전력가격보다 저렴합니다.
집에 ESS가 있다면 심야전력을 저장하여 낮 시간대에 저장된 전력을
사용해서 전력요금(보통 전기요금이라고 말하기도 함) 을 줄일 수
있습니다. 더 나아가, 태양광이 설치된 가정이라면 낮 시간에
발생되는 태양광 전력을 저장하고 사용할 수 있습니다. 집에서
사용하는 가정용 ESS에 저장할 수 있는 전력은 보통 3~10kWh 정도로,
크기는 일반 공기청정기에서부터 김치냉장고 사이즈까지 다양합니다.
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대규모 정전사태가 발생하더라도 안전에 필요한 비상등이 가동되고,
주요 시설에는 전력이 계속 공급되는데 이는 UPS와 UPS용 ESS
덕분입니다. UPS(무정전 전원공급장치)는 전력 공급 과정에서 문제가
발생했을 때, 이를 극복할 수 있게 도와주는 장치입니다. 최근
방대한 데이터 관리가 중요한 금융, IT 등 첨단산업 분야에서
전력공급 장애에 의한 데이터 손실 등을 방지하기 위해 UPS도입이
확산되고 있습니다. 하지만 UPS 혼자서는 전력을 공급할 수 없기
때문에, ESS를 함께 사용함으로써 전력공급 장애가 해결될
동안(15~30분 정도) 비상 전력을 공급할 수 있습니다.
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발전소에 사용되는 ESS의 경우, 전력수요가 적은 시간대에 여분의
전력을 ESS에 저장한 후, 주로 낮 시간대 전력사용량이 최대치인
시간(Peak Time)일 때에 사용함으로써 발전소의 과부하를
감소시켜주는 역할을 합니다. 발전소는 수십만 가구에서 사용 할
전력을 생산하는 곳이기 때문에 이 곳에 사용되는 ESS는가정용 ESS에
비해 크기가 굉장히 커서 주로 컨테이너 형태로 제작이 됩니다.
컨테이너 형태의 ESS는 현재 스마트그리드 실증단지가 있는 제주도에
전기자동차 충전용으로 사용되고 있습니다.
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