2차전지(ESS)

2차전지 배터리 관련 자동차용 배터리 관련으로 이것저것 적어보았는데 이번에는

ESS(Energy Management System)로 적어보려고한다.

 

ESS란?

 - 생산된 전력을 저장해 두었다가 전력이 필요한 시기에 꺼낼수 있도록 하는 장치를 말한다. 이 장치는 신재생 에너지사업에 굉장히 도움이 되는데, 태양광, 풍력등 원하는 시간에 전력을 생산하기 어려운 신재생에너지를 미리 저장했다가 필요한 시대에 사용할수 있기 때문이다.

 - 또한, 대규모 정전 상태인 블랙아웃이 됐을 때, ESS로 미리 충전해 둔 에너지를 사용하면 일상생활에 큰 문제없이 전력을 공급받을 수 있다.

자료출처: 대학생신재생에너지기자단, "ESS, 나를 잊었나요?: 앞으로 우리가 나아가야 할 방향"

도입배경

  ESS 설치 의무화

   - 계약전력 1천kW이상의 공공기관은 '17년부터 계약전력 5%이상 규모의 에너지저장장치를 의무적으로 설치해야 하고, 공공기관이 연먼적 1만㎡이상의 건축물 신축시에는 건물에너지관리시스템(BEMS)를 의무적으로 설치해야 한다.

   - "공공기관 에너지이용 합리화 추진에 관한 규정(산업통상자원부 고시 제 2016-97호, 2016.5 .27.)"을 통해 기존 권장사항인 공공기관 대상 에너지저장장치(이하"ESS") 설치를 의무화

  ESS 설치 세제혜택

   - 한전의 전기공급약관에 따라 경부하 시간대에 ESS를 충전하기 위해 구매하는 전력은 10%할인 적용

   - 조세특례제한법에 따라 구매하는 ESS가 고효율기자재인증을 받은 제품일 경우, ESS 구매비용의 일부(대기업3%, 중견기업5%, 중소기업10%)를 법인세 또는 소득세에서 공제

 

ESS 기본원리

  - 불안정하고 손실이 큰 교류(AC)를 직류로 변환하여, ESS에 저장시킨다. 이후 필요할때, 직류(DC)를 교류로 변환하여 사용하는 원리이다. 교류에 비해 비교적 손실이 적고 안정적이기 때문에 저장 시에는 직류를 이용한다.

* 교류(AC): 전압의 승, 강압이 용이함으로써 변압이 쉽다. 하지만 전력이 불안정하며, 송전 효율이 낮아 전력손실이 크다.

   직류(DC): 전압의 승, 강압이 어려움으로써 변압이 어렵다. 하지만 전력이 안정적이며, 송전 효율이 높고 전력손실이 적다. 또한, 주파수가 다른 계통에도 연결이 가능하다.

 

ESS 장점

  - 대부분의 발전량은 냉난방 수요가 급증하는 최고 수요 시점을 기준으로 설정되어 있다. ESS는 피크 수요 시점의 부하를 조절해주기 때문에 발전 설비에 대한 과잉된 투자를 예방가능하다. 이렇듯 ESS는 불규칙한 전기의 수요,공급을 조절해주는 등 전력망에 대한 신뢰를 심어줄수 있다.

  - 에너지를 저장해 두었다가 필요할 때 사용함으로써 전체적인 에너지 효율성을 향상시키며, 이 불규칙한 재생 에너지 생산을 안정화하여, 재생 에너지의 활용 범위를 확대한다. 또한, 이 재생 에너지의 활용을 증대시켜, 환경에 미치는 부정적인 영향을 줄일 수 있다. 

 

ESS 단점

  - 우선 ESS는 설치하기에 초기 투자 비용이 많이 필요하며, 현재의 배터리 기술로는 아직 수명, 안전성, 저장 효율에 한계가 있다.

  - 아이러니하게도 장점으로 환경에 부정적인 영향을 줄인다고 되어있지만, 배터리를 제조함과 폐기함에 있어서 그 과정에 환경에 미치는 영향이 많다.

   - 화재이다. 뉴스를 보면 간혹 ESS에서 화재가 났다는 뉴스를 볼껏이다. ess 화재요인으로는 크게 3가지로 살펴볼수있다. 첫쨰로, 전기적요인이다. 배터리 과부화, 전선 단락, 접촉불량, 외부가열 등이 있다. 두번째로는 환경적인 요인이다. 온도, 습도, 진동, 충격등이 있다. 세번째로는 내부요인이 있다. 배터리 과충전, 과방전을 통해 화재가 발생한다. 하지만 '22년 ESS 화재 발생관련해서 80%가 원인을 모른다는 것이다. 그렇기에 아직까지 안정성이 부족한 점이 있다.

 

ESS 산업 현황

  - ESS는 전 세계적으로 성장하고 있으며, 시장조사기관 BNEF(Bloomberg New Energy Finance)는 '21년 110억 달러 규모였던 전 세계 ESS 시장은 2030년 2620억 달러 규모로 약  24배정도 성장할 전망이라고 내다보고 있다. 또한, 미국 에너지 관리청 EIA(Energy Information Administration)은 2050년까지 미국 전력의 44%가 제생에너지 발전을 통해 공급될 것으로 전망하고 있어 ESS시장 규모는 꾸준히 성장할 것으로 보인다.

  - 이에 우리나라도 '23년 에너지스토리지(ESS)산업 발전전략을 산업통산자원부에서 '23년 10월에 발간하였다. 내용을 살펴보자면

   비전: 에너지스토리지 기반의 유연한 전력시스템 구축 및 세계 3대 ESS 산업 강국 도약

   목표: ESS 세계시장규모(점유율 목표) : '25년(266억불(15%)) → '30년(395억불(25%)) →'36년(615억불(35%))

   핵심전략 : 5개의 핵심전략 및 그에따른 11개의 세부 추진 과제

핵심전략	세부 추진 과제
- 장기 스토리지 믹스 최적화	1. 주기별, 기술별 재생e 백업설비 구성 2. 효율적 스토리지믹스 구현
- 시장 참여 활성화 및 보급 확대	1. 저력시장 참여 활성화 2. 수용가용 ESS 보급 확대 지원 3. 사용후배터리 재사용 시장 창출 4. ESS 응용 미래 신시장 개척
- 시장선점을 위한 핵심 ESS 기술개발	1. (단기) 초격차 유지형 기술개발 2. (중기) 조기 상용화형 기술개발 3. (장기) 신시장 도전형 기술개발
- 산업기반 조성 및 글로벌 진출 지원	1. ESS 산업 기반조성 2. 글로벌 시장진출 지원
- 안전관리 체계 강화	1. 안전기준 보완, 안전점검 등 안전관리 제도개선 2. 안전관리 인프라 구축 및 활용 3. 실시간 ESS 안전관리 강화

 

이 세부 추진중 몇가지만 알아보자면

 사용후배터리 재사용 시장 창출

   - 전세계적으로 전기차 사용후배터리의 재사용 또는 재활용을 위한 시장이 크게 성장할 것으로 전망하므로, ESS로 재사용을 촉진할 수 있도록 검사, 인증기준 등 제도 정비를 하겠다는 것이다.

   - 사용후배터리 산업 활성화를 위해 부가가치 및 공급망 특성을 반영하여 민간 중심의 통합관리체계를 마련할 예정이며, 신품대비 70~80% 수명이 남아있는 사용후배터리를 개별 제품단위로 전수 검사하여 재사용하는 안전성 검사제도를 추진할 예정이다.

 

 (단기) 초격차 유지형 기술개발

   - 삼원계 리튬전지에 대한 글로벌 초격차 경쟁력 확보를 위한 기술고도화 및 인산철 리튬전지 조기 대응 강화이다.

   - 우선, 삼원계 리튬전지의 기술력을 강화한 하이니켈, 하이망간 등 저가화하며, 안정성 강화를 통해 시장점유율 확대를 목표로 하며, 또 한가지는, LFP전지의 고성능화이다.  LFP(인산철)전지는 낮은 에너지밀도가 약점인데 이를 세계 최고 수준으로 올리는 것이다.  

 

 글로벌 시장진출 지원

   - 해외시장 진출을 지원하기 위한 방안 마련을 통해 ESS를 고부가가치 해외진출 및 수출 선도산업으로 육성하겠다는 것이다, 이에 미국, 호주등 대기업 레퍼런스를 활용하고, EPS 프로젝트형태의 진출, 인도는 현지 기업과의 합작투자, 동남아의 경우 ODA(국제원조 프로그램) 및 민간 부문의 협력채널을 활용하겠다는 것이다.

  - 금융 연계도 강화될 예정이다. 공적금융, 녹색채권, 다자개발은행 등을 활용하여 ESS 수출시 금율조달을 나라에서 지원하겠다는 것이다.

  -  ESS 산업진흥회, 에너지공단 등이 협력하여 민관합동 방식으로 개도국 진출 ESS 프로젝트를 활성화 하겠다는 내용이다.