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신재생에너지와 스마트 그리드가 주목받으면서 함께 관심을 끄는 것이 바로 에너지 저장 시스템(ESS, Energy Storage System)이다. ESS는 전기 에너지를 저장해 두었다가 필요할 때 사용하는 시스템이다. 예를 들어, 태양광이나 풍력으로 생산된 전기를 밤이나 바람이 없는 날에도 사용할 수 있게 해준다. 이렇게 ESS는 재생 가능 에너지를 더 효율적으로 활용하고, 전력 공급이 끊이지 않도록 도와준다. ESS의 등장은 전력 시스템의 변화와 에너지 공급 문제에서 비롯되었다. 재생 가능 에너지가 점점 더 많이 사용되면서, 집이나 회사에서 전기가 끊기지 않고 안정적으로 공급되는 것이 중요해졌다. 또한, 전기 사용량이 갑자기 늘거나 줄 때도 ESS가 그 변동을 조절해 줌으로써, 우리가 일상에서 겪을 수 있는 불편을 줄여준다.
사진 자료=BATTERY INSIDE
기존 전력 시스템은 발전소에서 생산된 전력을 송변전 및 배전을 통해 소비자에게 전달하는 방식으로 운영되었으며, 안정적인 전력 공급을 위해 가장 높은 피크 수요에 맞춰 설비를 구축해야 했다. 그러나 피크 시간대를 제외한 다른 시간대에는 수요가 낮아 설비의 활용도가 떨어지고, 송변전 과정에서 에너지 손실이 발생했다. ESS를 도입하면 전력 계통의 유연성을 높이고, 전력의 효율적인 공급과 품질 향상 등 다양한 이점을 제공한다. ESS는 신재생에너지나 소규모 발전소에서 생산된 전력의 공급을 최적화하고, 전기차 충전소 등에서의 높은 전력 수요를 효과적으로 관리할 수 있다. 또한, ESS는 전력망의 신뢰성을 강화하는 핵심 설비로, 신재생에너지를 활용한 스마트 그리드에서 중요한 역할을 하고 있다.
에너지 저장 시스템 ESS는 배터리, PCS, BMS, EMS 등 네 가지 주요 구성 요소로 이루어진다. 배터리는 전력을 저장하는 장치로, 저장 매체에 따라 다양한 종류가 있다. PCS(Power Conditioning System)는 교류 전기를 직류 전기로 변환해 배터리에 저장하고, 방전 시에는 반대로 직류 전기를 교류로 변환하는 양방향 인버터 역할을 한다. EMS(Energy Management System)는 ESS의 충전 및 방전 조건을 설정하고 모니터링, 제어 관리하는 프로그램이며, BMS(Battery Management System)는 배터리 관리 시스템을 담당한다.
사진 자료=BATTERY INSIDE
ESS의 작동 원리는 주로 배터리 기술에 기반한다. 배터리는 화학 반응을 통해 에너지를 저장하고 방출하는 방식으로 작동한다. 배터리 내부에서는 이온이 양극과 음극 사이를 이동하면서 전기가 생성되며, 이 과정에서 에너지가 저장되고 방출된다. 이때 사용되는 화학 물질은 충전 및 방전 과정에서 안정성을 유지해야 하며, 안정성이 높은 화학 물질은 반복 사용에도 손실이 적어 장기간 사용할 수 있다. ESS는 초기에 주로 대형 배터리를 사용하는 방식으로 발전해왔다. 현재 ESS는 배터리 외에도 연료전지, 수전해 산소, 압축 공기 저장 등의 다양한 기술을 활용해 다양한 용도와 환경에 적용될 수 있게 되었다. 예를 들어, 연료전지는 전기와 열을 동시에 생산할 수 있어 효율적인 에너지 사용이 가능하고, 압축 공기 저장 기술은 대규모 에너지 저장에 유리해 풍력 발전 등 대형 재생에너지 프로젝트에서 활용될 수 있다. 또한, 인공지능과 데이터 분석 기술의 발전으로 ESS의 운영 및 관리가 더욱 효율적으로 이루어지고 있다. 이러한 기술들은 ESS의 성능을 최적화하고, 재생에너지의 변동성을 효과적으로 관리하며, 전력망의 안정성을 더욱 강화하는 데 기여하고 있다. 결과적으로 ESS는 재생에너지의 효율적인 사용을 지원하는 핵심 기술로 자리매김하고 있으며, 스마트 그리드와 같은 미래 에너지 시스템의 중요한 구성 요소로 발전하고 있다.
ESS는 화석연료 의존도를 줄이는 데 크게 기여하고 있다. 2020년부터 2022년 사이 미국 캘리포니아주에서 ESS를 활용한 재생에너지 프로젝트가 도입된 이후, 해당 지역의 탄소 배출량이 연간 약 5% 감소해 약 200만 톤의 이산화탄소(CO2) 배출량을 줄였다. 이는 40만 대의 자동차가 도로에서 사라진 것과 같은 효과이다. 또한, 2021년 영국에서는 ESS를 통해 전력 피크 시간대의 낭비를 25% 감소시켜, 연간 약 2억 kWh의 전력 소비 절감과 함께 약 10만 톤의 CO2 배출 감소를 달성했다. ESS는 분산형 전력 생산을 촉진하여 에너지 수송 과정에서의 탄소 배출도 줄이고 있다.
독일에서는 분산형 ESS를 통해 지역 내에서 생산된 재생에너지를 현지에서 소비함으로써 연간 3만 톤 이상의 탄소 배출을 줄였다. 이러한 사례들은 ESS가 재생에너지 활용을 최적화하고 전력망의 효율성을 높여 전 세계적으로 탄소 배출량을 줄이는 데 중요한 역할을 하고 있음을 보여준다.
우리나라도 에너지 전환과 탄소중립 목표를 달성하기 위해 ESS 도입을 적극 추진하고 있다. 2020년 기준으로 한국의 ESS 설치 용량은 약 5.2GW로, 세계적으로 상위권에 속한다. 특히 한국은 대규모 재생에너지 프로젝트와 연계한 ESS 도입에 집중하고 있으며, 정부는 ‘그린 뉴딜’ 정책을 통해 2025년까지 ESS 용량을 12GW 이상으로 확대할 계획이다. 또한, 한국전력공사(KEPCO)는 전력망 안정성을 위해 다양한 ESS 파일럿 프로젝트를 진행 중이며, 이러한 사업들은 전국적으로 확대될 전망이다.
ESS는 재생에너지의 간헐성 문제를 해결하고 안정적인 전력 공급을 가능하게 하여 화석 연료 의존도를 크게 줄일 수 있다. 이는 전력 부문에서의 온실가스 배출을 감소시키는 핵심 전략이 될 것이다. 또한, 한국의 ESS 기술은 세계적으로 인정받고 있으며 글로벌 ESS 수요가 증가하는 상황에서 한국의 ESS 산업은 새로운 성장 동력으로 발전할 가능성이 크다. 결론적으로, ESS 도입과 확대는 한국의 에너지 전환과 탄소중립 목표 달성에 필수적인 요소로 작용하며, 장기적으로 경제적 이익과 환경적 가치를 동시에 창출할 중요한 기술로 자리 잡을 것이다.
넷제로프렌즈 청년기자 정혜윤
원문 바로가기: https://blog.naver.com/nyeyunni_/223581038301
본 글은 넷제로프렌즈의 개인적인 의견으로, 탄녹위 공식 입장과 다를 수 있습니다.
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