가. 에너지저장시설의 수요 범위
에너지저장시설은 전력을 필요한 때, 그리고 필요한 장소에 공급 (Generation Utilization)하기 위하여 전력계통에 전기를 저장해 두는 시설로 서 그 용도가 다양하다. 전력품질의 개선에서부터 에너지관리에 이르기까지 사용 목적과 용도에 따라서 광범위한 에너지저장시스템 애플리케이션을 제 공하는 바, 크게 4가지로 분류 가능하다. 부하관리 등 전력공급을 주된 목적 으로 하는 Utility 애플리케이션, 높은 전력품질과 효율을 제공하는 계통운영 보조서비스 애플리케이션, 신재생에너지 시스템을 통합하기 위한 신재생 애 플리케이션, 그리고 분산형 저장 애플리케이션 등을 들 수 있다.
(1) Utility 애플리케이션(부하관리를 위한 애플리케이션)
전력산업의 중요한 관심사는 계통의 피크부하를 어떻게 관리하느냐 인데, Utility 애플리케이션은 경부하시에는 유휴전력을 저장하고 과부하시에는 저 장된 전력을 사용함으로써 부하관리(부하평준화 : peak shaving/load shifting/load leveling)를 통한 전력운영의 최적화가 주된 목적이다. 우리나 라는 현재 이러한 부하 관리(balancing) 역할을 가스터빈이나 다른 화석연료 발전이 담당하고 있다.
<그림 3-2> 전력수요 Peak 시 부하관리(peak shaving)
자료 : ‘Sp 분야 ESS 서비스업’ SK이노베이션(2011)에서 재인용
에너지저장시스템을 계통과 결합할 경우 시스템의 용량 증가(increased system capacity), 송전 예비력(transmission reservation) 확보, 전력차익거래 (energy arbitrage) 등의 효용가치를 창출하게 된다. 즉 에너지저장기술은 전
캘리포니아 ISO의 Discussion Paper Renewable Integration: Market and
Product Review(CA ISO, 2009. 7)는 2020년까지 캘리포니아의 33% 신재생에 너지 의무 포트폴리오 기준을 충족하기 위해서는 향후 캘리포니아 ISO의 출 력 조정(ramp) 서비스 증가가 필연적이라고 보고하였다. 몇 시간 전의 전력 수요 예측과 실제 부하(actual load) 간의 차이를 관리하기 위해서는 ISO에서 실시간 부하 추종 서비스를 위하여 (급전한 전력 증가분 또는 감소분) 출력 변화율 조절이 급격히 증가할 것이고, 이를 위해서는 에너지저장시스템과 같 은 非발전전원(non=generation resources)이 이러한 문제를 해결하게 될 것으 로 전망하고 있다.
<그림 3-3> 미국 텍사스 내 풍력발전 생산량의 가변성(24시간 동안)
자료 : EPRI(Electric Power Research Institute)
풍력발전의 경우 현재 용량률은 40%도 되지 않는데, 송전제한으로 인해 풍력발전이 축소되면 용량률이 30%도 되지 않을 수 있다. 따라서 에너지저 장시스템은 수요가 적은 야간시간에 전기를 비축하고 풍력 변동에 대한 램 핑(wind ramping fluctuation)을 안정화(smoothing)시키는 충격흡수기와 같 은 역할을 할 수 있다.
(4) 분산형 전력저장 애플리케이션 제러미 러스킨의 3차 산업혁명 키워드 :
① 탄소에 기초한 화석연료 에너지 체제에서 새로운 재생가능 에너지 체 제로 전환한다.
② 모든 건물과 주택을 미니 발전소로 변형하여 재생가능 에너지를 현장
에서 생산한다.
③ 모든 건물과 사회 인프라 전체에 수소 또는 여타의 저장기술을 보급하 고 불규칙적으로 생산되는 재생가능 에너지를 저장하여 지속적이고 신 뢰할 수 있는 녹색전력의 공급체계를 확보한다.
④ 인터넷 커뮤니케이션 기술을 이용하여 전력망을 지능형 공익사업 네트 워크로 전환함으로써 (인터넷상에서 정보가 생산되고 공유되듯이) 수백 만 명이 주거지나 건물에서 직접 생산한 녹색전력을 국가전력망으로 보내 오픈소스 공유 공간에서 다른 사람과 나눠 쓰도록 한다.
⑤ 승용차, 버스, 트럭, 기차 등 모든 교통수단을 수백만 개의 건물에서 생성된 재생가능 에너지에 의존하는 PHEV 및 연료전지 차량으로 교 체하고 국가 및 대륙 전역에 충전소를 설치하며, 사람들이 분산형 전 력망에서 전기를 사고팔 수 있게 한다.
VPP 서비스란 전력 소비지 근처에서 전력을 생산토록 한다는 개념임이다.
우리나라 전력계통(특히 송배전)상의 애로사항 중의 하나는 대형 발전소를 신축한다 하더라도 송전철탑을 세우기가 어려운 실정이다. 따라서 이러한 문 제를 해결하기 위해서라도 분산형 전력저장시설을 적극 추진할 필요성이 제 기되고 있다. 분산형 전력저장시설의 종류로는 전력가격의 편차를 이용하여 전력을 저장․사용하는 계통 연계형과 상용전기가 없는 곳에서 신재생에너 지를 저장하여 필요시에 사용하는 독립형으로 구분 가능하다. 또한 에너지저 장시스템은 사용 규모에 따라 커뮤니티용, 주거용, 산업·상업용 등으로 구분 된다. 커뮤니티용은 일반적으로 4~8개의 주택, 비즈니스 공원, 캠퍼스 또는 여러 가구가 거주하는 시설의 전력량계에 위치하는 소형 전력저장시설이다.
주거용 시장 수요로는 주택 및 홈 오피스 전력의 신뢰성 향상 및 백업전 력, 가정용 전력관리, 급속 충전 PHEV, 전기자동차(EV) 등을 포함하고 있다.
산업·상업용 시장은 전력공급의 신뢰성과 전력품질에 높은 가치를 부여하 는 고객들로 구성되는데, 일반적으로 무정전 전원장치(UPS: Uninterrupted Power Supply)가 필요하거나 백업 발전기(back-up generator)를 사용한다.
<그림 3-4> Energy storage system의 확산 가속화
자료 : Fuji Economics, Nomura Research Institute, Credit Suisse, Deutsche Bank