낙민동추노의 팜

20년도 나온 레거시급 자료.

ESS에 대한 개념뿐만 아니라 그때와 달라진 것은 무엇인지? 확인

• 에너지 저장장치 - 전력계통 ESS 기능은 발전,송전,배전 설비로 대체 가능, 신재생 운영보조는 ESS만 수행 가능한 대체불가 영역

• 간헐성 에너지 저장

• ESS 전력계통에서 사용

-.전기생산 발전 부분 - 전력수요 없을 때. 전력 저장하고, 피크시 공급

-.전기전달 송배전 부분 - 생산된 전력 출력이 불안정 할때 주파수 안정용으로 사용

-.전기를 사용하게 되는 수용가 부분 - 피크 전력을 낮추어 요금을 절검 OR 남는 전력 판매 용도

• 전기는 저장비용이 타 에너지원 대비 고가이므로 생산과 동시에 소비하는 것이 일반적으로 제한적 형태로만 저장

• ESS는 - 하드웨어플레이어 & 소프트웨어 플레이어로 구분

-.하드웨어 부분

-.PCS(Power converstion system) :전기보관 장소인 배터리 제조사 & 전기 충방전 제어

-.PMS(Power Management System) :ESS & EMS(Energy Management system) 연결담당

-.BMS(Battery Management System) :배터리 관리는 SI업체가 개발, 공급은 배터리 업체에서 진행

-.배터리에서 문제가 발생할 경우 책임을 논하기 어려워지기 때문에 배터리 업체들이 BMS까지 공급하는 것이 대체적인 경향

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-.소프트웨어 부분

-.ESS컴포넌트를 가지고 조립하는 SI(System Intergrator)업체

-.프로젝트 기획의 디벨로퍼 & 조달, 건설의 EPC(Engineering Procurement Construction)업체

-.구축된 ESS 운여하는 O&M (Operation & Maintenance)업체

• ESS의 구성

-.1)에너지 저장을 위한 배터리(Battery),

-.2)배터리 관리 시스템(BMS) - 배터리를 모니터링하고 충·방전을 제어

-.3)전력변환 시스템(PCS) - 교류(AC)와 직류(DC)를 변환하며 전력 품질을 제어

-.4)에너지 관리 시스템(EMS) - 통합 감시/제어 시스템으로서 ESS 운영을 제어,

BMS 및 PCS에 제어에 관한 정보를 전달하며 비용 절감 등 운전 효과를 분석

• 전력저장장치용 2차전지는 리튬이온전지가 설치비용과 에너지 효율면에서 탁월한 수준

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-.전기화학적 장치 내에서도 리튬이온전지가 가장 큰 비중을 차지

-.IRENA(국제 재생 에너지기구)의 ESS 기술별 설치비용과 에너지 효율을 비교한 자료에 따르면,

LiB(리튬이온전지)의 효율은 2016년 92%~96%에서 2030년에는 94~98%에 이를 것으로 전망된다.

-.리튬이온전지 ESS 적합한 사유

:1)충방전의 자유로움 - 전력계통의 대부분 자원은 전력생산은 가능, 저장은 불가

:2)전력저장하거나 전달시간이 수초에서 천분의 일초 단위로 빨라서 정전과 같은 응급상황에 대처 가능

:3) 에너지효율이 높고, 전력수급에 맞게 저장시간을 가지고 갈수 있어 대부분 전력계통에 부합하는 특성을 가짐

:4)설치비용이 지속적으로 감소하므로 경제성이 향상

• ESS 시스템 구조

-.아래 그림처럼 ESS용 배터리는 모듈화 되어 이고 랙(Rack)에 모듈 형태로 쌓게 되어짐

-.이런 랙들이 합쳐져 필요한 용량만큼 컨테이너에 들어가며, 통상 한 개의 ESS 컨테이너는 1~5MWh 의 용량을 가지게 됨

-.모듈화된 특성으로 인해 필요한 ESS 스케일에 따라 구성이 가능하고 셀 레벨까지 관리가 용이함.

-.이렇게 구성된 배터리는 BMS를 통해 관리, 단위 BMS가 모듈내의 셀을 관리하고 마스터 BMS가 랙 안에 단위 모듈들을 관리함.

-.System 에너지저장장치(ESS) 10BMS는 모듈내의 셀, 랙 안에 단위 모듈 등 전체를 통제하게 됨.

-.단위 셀들은 컨테이너 안에 에어컨 기능 등을 통해 주변 온도에 영향을 받지 않게 되고, PCS는 교류 및 직류를 변화시켜주는 장치로,

생산된 전력의 주파수와 전압을 전력계통의 특성에 맞게 관리함

• 배터리의 내구성과 신뢰성 향상을 위해서는 각형태가 유리하며 셀 단위의 다중안전장치를 갖춰 안전성이 뛰어남.

• 매일 충·방전이 이루어지는 ESS의 거친 환경에서 셀이 견디기 유리하고, 급속 충전 시 열이 발생하는데 알루미늄 캔 형태가 발열 관리에 용이하며, winding 방식 구현으로 인해 전해액양이 충분한 구조여서 장수명을 구현 가능함.

-.해당건은 삼성SDI진행

• 파우치형 배터리는 Stack & Folding 기술을 적용해 높은 에너지 밀도를 구현가능함.

• 소형화가 가능하며, 잦은 충·방전에도 안정적인 구조를 유지해 수명이 긴편임.

• 특히 각형 Winding 기술에 비해 전극 두께를 확대할 수 있고, 셀 내부 Dead Space를 최소화할 수 있어 에너지 밀도에 강점을 가짐

-.해당건은 LG에너지솔루션 진행 (과거에는 LG화학)

• 신재생에너지는 자연의 영향을 받는 변동성으로 인한 연속공급이 불가능하며, 에너지생산시점과 수요시점의 시간차 발생으로 신재생에너지 활성화를 위한 ESS 시스템이 중요하게 대두됨.

• ESS는 피크 감축, 재생에너지 간헐성 보완, 주파수 조정 등을 통해 전력 수급의 안정화 및 효율화에 기여

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① 피크 감축

:계절별 수요에 따라 전력 부하를 관리하여 발전소와 송·배전설비의 이용률 향상을 위해 야간에 유휴전력을 저장하였다가 주간에 사용하는 부하평준화 등을 통해 전력운영의 최적화에 기여하며, ESS 설치 시 최대 사용 전력량을 감소시켜 사용자에게 전기요금 할인 등 경제적 이익을 제공​한다.

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② 재생에너지 간헐성 보완

:ESS 설치로 재생에너지 발전원의 출력을 안정화 할 수 있으며 최대 부하 관리가 가능하고 출력변동성이 심한 재생에너지(태양광, 풍력)에서 발생된 전원 출력을 고품질로 전환하여 전력망에 연계함으로써 전력망의 안정성과 신뢰도를 향상시킨다​. 또한 정부의 재생에너지 3020 정책에 따라 발전사업자들의 재생에너지 공급의무화 제도(RPS, Renewable Portfolio Standard)의 이행이 강화되면서 재생에너지 연계용 ESS 수요가 확대되고 있다.

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③ 주파수 조정

:수요와 공급의 불일치로 발생하는 주파수 변동에 대응할 수 있는 수단으로 ESS가 활용되고 있으며, 활용 예를 살펴보면 기존 화력 발전기는 실시간으로 변하는 주파수를 일정 범위 내(기준 주파수 60Hz)에서 유지하기 위해 전체의 5% 용량을 주파수 조정용으로 대기시켜 운전하게 된다. 주파수 조정용 예비력을 ESS 충·방전으로 대체하면 기존 화력 발전기를 100% 고정출력으로 운전할 수 있어 전력생산비용을 절약할 수 있을 것으로 분석되며, 미국, 칠레 등은 ESS 주파수 조정의 유용함을 인식하고 2010년대 초부터 대규모 상업운전을 개시하고 있다.

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• 과거의 전망역시 계속 상승한다고 되어 있으나, 실질적인 설치는 전망대비 많이 되지 못한것 같음.

• 신재생 에너지 확대 = ESS 확대

• 글로벌 ESS 공급사 - 테슬라, BYD, SMA, 파나소닉, ENPH, BMZ (SMA에 한중엔시에스는 25년 1분기 약 20-30억 규모 납품진행함)

• 국내 공급사 - 이것저것 많지만 실질적인 배터리3사만 확인하면 될 것 같음.

• 코스닥 기업에는 아래와 같이 언급이 되었으나, 지금 상황에서는 실질적인 기업들이 아닌 상황. (미래는 어찌 될지 어렵네)

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