[눈에 쏙 배터리3] 꺼내 쓰는 에너지 ESS, 신재생 에너지의 동반자

날씨·기후 영향받는 신재생 에너지, 안정적 전력 저장·공급 장치 필요
ESS, 대용량 전력 저장·필요할 때 빼서 쓸 수 있어

미국 캘리포니아 지역에 설치된 세계 최대규모 ESS 공급 시설. 사진제공=삼성SDI
[쿠키뉴스] 황인성 기자 = 글로벌 친환경 기조에 따라 탄소 배출이 거의 없는 신재생 에너지가 주목받고 있다. 신재생 에너지로 만든 전기를 저장·공급하는 에너지 저장 장치(Energy Storage System, ESS)에 대한 관심도 높다. 전기차 배터리와 함께 글로벌 배터리 시장의 양축으로 불리는 ESS에 대해 알아본다.

친환경 신재생 에너지는 환경오염 없이 에너지를 생산할 수는 있지만, 자연을 에너지원으로 삼기 때문에 날씨와 기후의 영향을 많이 받는다. 태양광 발전은 해가 떠 있는 맑은 날에만 전력을 생산할 수 있고, 풍력은 바람이 있는 날에 안정적인 전력 생산이 가능하다.

이런 이유로 신재생 에너지를 안정적으로 저장하고 공급하는 과정은 필수적인데 이와 관련된 배터리 장치가 에너지 저장 장치다. 전기는 생산과 동시에 사용하지 않으면 그대로 소모된다. 그래서 배터리에 저장해야한다. 만들어진 대규모의 전력을 한곳에 모아두는 것도 화재 위험을 안고 있어 고급 기술이 요구된다.
자료=삼성SDI


에너지 저장 장치(ESS)는 전력을 저장하는 배터리를 중심으로 PCS, BMS, EMS 등으로 구성된다. 

배터리는 ESS의 핵심이자 에너지를 저장하는 부품으로 배터리 단위는 셀, 모듈, 랙 등이다. 배터리의 가장 작은 단위인 셀을 여러 개 묶어 모듈 구성하고, 이런 모듈을 연결하면 커다란 랙이 된다. 모듈은 셀을 열과 진동 등 외부 충격에서 보호할 수 있도록 셀을 하나의 프레임에 넣어 조립한 형태다. 이런 모듈들을 모아 배터리 온도나 전압 등 상태를 확인하고 관리하는 각종 보호시스템을 추가해 랙을 구성한다.

PCS(전력변환장치, Power Conversion System)는 교류 전기를 직류로, 직류 전기를 다시 교류로 바꿔주는 역할을 하는 장치다. 배터리에 전기를 저장할 때는 직류, 전기를 필요한 곳에 송전할 때는 교류의 특성을 가지는데 이를 위해서 전력 전환 장치가 꼭 필요하다.

BMS(배터리관리시스템, Battery Management System)는 ESS에 들어가는 수십 개에서 수천 개에 이르는 배터리 셀을 하나처럼 움직이게 하고 전압·전류·온도 이상 등이 감지될 경우, 충전과 방전을 중단시키는 등의 안전장치가 포함된 장치이다. 현재 주로 쓰이는 리튬이온배터리는 오랜 시간 고온 상태에 있으면 화재 위험성이 있는데 BMS를 통해 이를 억제하고 조절한다.  

EMS(에너지관리시스템, Energy Management System)는 ESS에 저장된 전기량을 모니터링하는 시스템으로 ESS의 전반적인 운영 소프트웨어 역할을 담당한다.

한편 글로벌 ESS 시장은 국내 배터리사들이 주도하고 있다. 삼성SDI와 LG에너지솔루션이 점유율 1, 2위를 차지하고 있으며, 2014년 ESS 사업에 진출했다가 철수한 SK이노베이션도 재진출을 준비하고 있다. 

국내 ESS 화재 발생 이슈로 인해 최근 관련 산업 성장세가 주춤한 상태지만, 세계 각국이 환경 규제를 강화하고 신재생에너지 사용을 확대하고 있어 지속 성장이 예상된다.

his1104@kukinews.com
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