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버려지는 아까운 전기를 저장하는 신기술, ‘ESS’ - 부족하다는 전기를 왜 저장하나요? -

2014.01.29 11:30

 

2003년 8월 14일 오후, 뉴욕은 블랙아웃(blackout, 대정전)으로 인해 도시 전체가 마비되었습니다. 대중 교통은 물론, 항공기까지 운항이 중단되었고 상업 시설도 제 기능을 할 수 없었는데요. 그 당시 전력이 복구되는 데에만 꼬박 3일이 걸렸고 피해액은 무려 60억 달러(한화, 약 6조 8천억 원)에 달했다고 합니다.

 

<2003년 8월 14일 뉴욕 일대의 블랙아웃 당시 위성 사진>

(출처 : 0.tqn.com/d/urbanlegends/1/0/F/2/us_overflight.jpg)


우리나라에서는 이상 기후로 늦더위가 기승을 부리던 2011년 9월 15일 때 일인데요. 당시 냉방 수요가 빠른 속도로 증가하면서 전력 안정기준이 400만 kW 이하로 떨어지게 되었습니다. ‘전력거래소’와 ‘한전’은 블랙아웃(대정전)을 막고자 재빠르게 지역 별 순환 단전을 시행했는데요. 그럼에도 불구하고 4시간 45분 간 정전이 발생했고, 이로 인해 약 620억 원 규모의 피해가 발생했습니다. 그 후 대한민국에도 전력 사용이 급증하는 여름과 겨울, 블랙아웃을 우려하는 시민들의 목소리는 점점 커지고 있는 추세죠. 더 이상 우리나라도 블랙아웃의 안전지대가 아닙니다.


최근 법원 판결에서 9.15 정전대란의 주요 원인을 밝혔는데요. 지난 10여 년 간 전력거래소가 산출한 예비전력량에 포함된 ‘허수’가 그 이유라고 합니다. 따라서 이러한 문제를 근본적으로 해결하고, 전력 수급의 악화로 발생할 수 있는 블랙아웃 사태를 적극적으로 대비하는 방안이 필요하다는 목소리가 높아지고 있습니다. 그 해결책으로 제시되고 있는 것이 ‘ESS(Energy Storage System)’입니다. ESS는 발전소에서 과잉 생산된 전력을 저장한 뒤 전력 피크 시 송전하는 시스템입니다.

 

우리가 알고 있는 ‘전기’는 전선을 타고 흐르다가 사용되지 않으면 결국 버려집니다. 이렇게 소비되는 전기를 저장하기 위한 기술개발이 지속적으로 이루어졌는데요. 그 저장형태는 크게 3가지 유형으로 구분할 수 있습니다. 먼저 ‘울트라 카피시터(Ultra-capacitor)’와 같이 전기를 직접 충전하는 방식이 있습니다. 또한 ‘플라이휠(flywheel)’ 같이 회전력을 이용하여 에너지를 저장하거나, ‘양수발전(Pumped Hydro)’과 같은 물리적인 방식으로 에너지를 저장하기도 합니다. 마지막으로 2차 전지인 리튬이온 배터리와 같은 화학 에너지로 저장하는 방식도 있는데요.

 

<ESS 솔루션 유형>

(출처 : LG Business Insight 2013 11 20)


ESS는 전력 산업의 다양한 영역에서 사용되고 있습니다. ESS의 주요 활용 목적은 크게 세 가지로 설명할 수 있습니다.


1) 발전 : 전력 부하 조절

- 수요가 낮을 때 저장해 두었던 전력을 피크 시에 공급하여 전력 부하를 조절함

2) 송배전 : 전력 품질 제고

- 신 재생 에너지로 생산된 전력의 경우, 출력변동이 심함. 따라서 전기자동차의 급속 충전 시 전력망의 혼선이 야기될 수 있으므로 주파수 조정 용으로 사용함

3) 소비 : 공급 안정성 제고

- 수용가로 생산해 둔 전력을 돌발적인 정전 또는 가격이 비싼 피크시간 대에 사용함


<ESS 적용 영역>

(출처 : 지경부)


최근 ESS 적용 영역에서 신 재생 에너지와 결합된 형태가 필요성이 강조되고 있는데요. 그 이유는 화석 연료 고갈이 현실화 되고 있고, 원자력 발전에 대한 의존도를 낮추려는 움직임이 꾸준히 제기되고 있기 때문입니다. 이에 따라서 신 재생 에너지를 사용하고자 하는 움직임이 확산되고 있지만 태양광, 풍력에서 얻는 자연 에너지의 발전량은 불규칙하여 전력 공급이 불안정한 부분이 다소 있습니다. 그래서 이왕이면 발전량이 많을 때 전기를 저장해 두었다가 수요가 증가할 때 사용할 수 있는 ESS 기술 도입에 대한 관심이 높아지는 것입니다.

 

국내외에서는 ESS 보급을 촉진하기 위한 정책적인 지원이 진행되고 있습니다. 국내의 경우, 최근 산업통상자원부를 통해 ‘신 에너지 및 재생 에너지 개발ㆍ이용ㆍ보급 촉진법 시행령’ 일부 개정안을 입법예고 하였는데요. 이는 신 재생 에너지 발전설비와 ESS를 함께 설치하는 경우 REC(신 재생 에너지 공급인증서)의 가중치를 추가로 높여주는 방안을 골자로 하고 있습니다. 미국 캘리포니아 주는 전력회사를 대상으로 2020년 까지 공급 전력 5% 수준의 ESS 설치를 의무화 하였고, 이를 위해 보조금을 지원하고 있습니다. 일본과 독일 역시 보조금 지급을 통하여 ESS 구축을 촉진하고 있습니다.


 국가

정책 내용

 비고

 미국

 • ESS 설치 의무화

 - 공급 전력의2.25%(2014년), 5%(2020년) 수준 의무화

 - 전력회사 대상, 2020년 예상 최대전력의 1% 용량 ESS 구매지원서 제출 의무화

 - 피크 발전량의 일정 비율에 대한 ESS 의무화

 • ESS 구축 및 운영 시, $2,000/kwh 보조금 지급

 캘리포니아 주정부

 • 연방정부 에너지(DOE) 주도로 ESS 실증사업 및 보급 투자

 연방정부

 일본

 • ESS 구축 시, 구축 비용의 최대 1/3 수준 보조금 지원

 - 가정용 ESS 100만 엔, 법인용 ESS 1억 엔 지원 (전체 210억 엔 예산 배정)

 일본 경제산업성 주관

 • ESS 구축 시, 구축비용의 2/3 지급

 • 가정용 ESS 구축 및 운영 시, 1kwh 당 5만엔 지급 (사이타마현)

일본 각 지방자치단체 주관

 독일

 • 태양광 발전 연계 ESS 대상으로 ESS 구축 비용의 30% 지원

 2014년 2월부터 

시행

 국내

 • ESS 설치 의무화 검토

 - 1,000kwh급 이상 전력 소비 신축건물 대상

 2015년부터 시행

 • ESS 종합 추진계획 수

 - 한전은 ESS 투자 6,500억 원 집행계획 수립

 한국전력 주관

 

<SCE 테하차피 풍력 에너지 저장 프로젝트>


ESS 구축 프로젝트의 대표적인 사례로 미국 캘리포니아 테하차피(Tehachapi) 사막 지역의 풍력 발전 단지의 사례를 꼽을 수 있는데요. 이는 캘리포니아 최대 전력 회사인 SCE(Southern California Edison)가 DOE(미국 에너지국)로부터 펀드를 받아 추진하는 사업으로 2015년까지 북미 지역 최대 규모인 32MWh급 ESS 실증 프로젝트가 실행될 계획입니다. 참고로, LG화학이 해당 프로젝트를 위해 리튬이온 배터리를 공급했는데요. LG화학은 ESS 분야 매출 1위 기업으로 2010년에도 SCE에 가정용 ESS 배터리를 납품한 바 있습니다.



ESS는 버려지는 아까운 전기를 모아두었다가 피크 시간에 쓸 수 있는 합리적인 방안입니다. 하지만, 설치비 부담이 크고 국내 산업용 전기요금이 저렴했기에 그 동안 활성화 되지는 못했는데요. 하지만 최근 정부가 산업용 전기요금을 대폭 인상키로 결정함에 따라 국내 시장이 활기를 띨 것으로 전망됩니다. 국내뿐만 아니라 ESS의 해외 성장 가능성도 매우 큰데요. 전력 공급이 경제 성장을 따라가지 못하는 저개발 국가는 물론, 원전 사고로 전력 수급이 원활하지 못한 일본 등의 선진 시장도 ESS가 각광을 받을 것이기 때문이죠. 앞으로 ESS의 필요성은 점점 확대될 것으로 보이는데요. 이러한 추세와 함께 국내 에너지 솔루션 시장도 함께 성장해나가길 기대합니다. 


※ 자료사진은 원고 이해를 돕기 위해서만 사용된 이미지입니다.



l 글 김강민 l LG CNS 스마트 블로거


Posted by IT로 만드는 새로운 미래를 열어갑니다 LG CNS

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