[칼럼] 보조배터리계의 골리앗, 태양광발전 산업계에서 인기 절정의 떠오르는 뉴 스타
  • 인더스트리뉴스 기자
  • 승인 2018.12.04 11:09
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전기는 저장할 수 없다는 기존 개념을 벗어나 최근에는 전기 저장이 이뤄지고 있다. 다양한 보조배터리가 활용되는 가운데 신재생에너지 산업분야에서도 보조배터리의 활용이 확산되고 있다. 골리앗 배터리로 불리는 ESS의 확대로 재생에너지 산업은 더욱 활성화 되고 있다.

전기도 저장이 되는 시대 열리고 있어… 소비자 패턴에 최적화하는 ESS 기반 수요관리 모델 탄생 희망

[파란에너지 김성철 대표] 휴대폰의 배터리가 착탈식이었다가 일체형이 된지 좀 되었다. 애플이 처음 그렇게 하면서 심플하고 예쁜 장점이 있어선지 다들 따라하게 된 것 같다. 덕분에 보조배터리 시장이 반사이익을 봤다. 이동 중에 휴대폰 배터리가 거의 방전되어도 가방에서 보조배터리를 꺼내서 연결하면 집에 콘센트에 연결한 것처럼 충전이 잘 된다.

신재생에너지 산업분야에서도 보조배터리의 활용이 확산되고 있다. 골릿앗 배터리로 불리는 ESS의 확대로 재생에너지 산업은 더욱 활성화 되고 있다. [사진=dreamstime]
신재생에너지 산업분야에서도 보조배터리의 활용이 확산되고 있다. 골리앗 배터리로 불리는 ESS의 확대로 재생에너지 산업은 더욱 활성화 되고 있다. [사진=dreamstime]

최근에 대형 보조배터리, 건물용 보조배터리, 골리앗 보조배터리라 할 수 있는 ESS가 인기다. 건물이야 한전 전기가 언제나 연결되어 있어서 방전시 필요한 것은 아니다. 물론 최근엔 건물에 한전 전기 공급이 안 될 때 비상용으로 대체하는 것도 구체적으로 검토하고 있기는 하지만 지금 인기 있는 것은 그와 다르다. 전기요금제에 효과적으로 활용해서 비용절감을 하는 좋은 수단이 되었기 때문이다.

ESS는 Enegy Storage System의 약자이다. 건물에 설치되어 초기에는 BESS(Building Energy Storage System)로 불렸다. 그러다가 굳이 B가 거추장스러우니 빼고 쓰게 되면서 ESS라는 말로 쓰이고 있다. 그러나 ESS 에너지저장장치는 전기만 저장하는 것이 아니라 빙축열, 수축열 시스템도 그렇고 가스를 저장해서 냉난방으로 쓰는 저장장치도 ESS 에너지 저장장치라 한다. 그래서 최근에 NCS 등 교육자료 및 표준문서에는 EESS(Electric Energy Storage System)로 정의를 내렸다.

ESS의 구성은 크게 3가지이다. 배터리, PCS, PMS 또는 EMS이다. 배터리는 전기를 넣어두는 탱크라고 보면 된다. 물탱크처럼 가득 전기를 받아놓았다가 필요할 때 꺼내어 쓰는 것이다. PCS는 전력변환장치로 Power Conversion System의 약자이다. 배터리에는 직류로 충전되어야 하니 교류를 받아서 직류로 충전하는 전력변환장치가 필요하다. 또 실제 건물에서 사용할 때는 교류이어야 하니 충전된 직류를 교류로 변환하는 전력변환장치가 필요하다. PCS는 변환도 하지만 정격용량이 정해져있다. 충전 및 방전할 양이 PCS 용량에 의해 결정되는 것이다.

배터리가 물탱크라고 빗대어 설명했다면 이제 PCS는 물탱크에 달려 있는 수도꼭지가 된다. 수도꼭지는 탱크에 물을 넣을 때나 뺄 때 이용된다. 대형 수도꼭지라면 짧은 시간에 많은 물이 들어가거나 나올 수 있다. 손가락만한 수도꼭지라면 물이 조금씩 들어가거나 나올 수밖에 없다. PCS 용량(kW)이 배터리의 용량(kWh)과 같다면 배터리를 가득 채우는데 1시간이 걸린다. 방전하는 것도 동일하다. PCS 용량이 배터리용량의 절반이라면 배터리를 가득 채우는데 2시간이 걸릴 것이다. 방전도 2시간이다. PCS 용량이 배터리용량의 1/6이라면 배터리를 가득 채우거나 모두 방전시키는데 각각 6시간이 걸리는 것이다.

PMS(Power Management System) 또는 EMS(Energy Management System)는 배터리, PCS 각각 그리고 상호간의 상황을 모니터링하고 관리를 하며 전체적 운영 스케줄 및 최적 알고리즘을 제공하는 것이다. 통신 상태나 보안, 오동작 알람, 자가진단 기능 등은 물론이요 요금제나 기타 활용방안을 최대로 끌어올리는데 중요한 역할을 한다.

ESS 통해 요금절감 효과 누릴 수 있어

ESS의 효과는 건물에서 요금절감이 우선이다. 요금절감이란 역시 2가지이다. 기본요금절감에 활용되는 것과 사용량요금 절감에 활용하는 것이다. 앞에서 물을 받아놓는다는 말을 했다. 전기도 받아놓는 것이다. 그리고 7, 8, 9월 또는 12, 1, 2월 15분 피크를 관리한다. 1년 기본요금을 좌우하는 피크시간때 설비를 줄이기는 부담된다. 대신 배터리에 받아놓았던 전기를 적절한 타이밍에 방전하는 것이다. 그렇게 피크는 잡히고 1년 기본요금은 그만큼 뚝 떨어진다. 사실 기본요금 피크를 잡는 것은 단순하지 않다. 정교하게 관리해야 하고 피크가 너무 난잡하게 발생하는 패턴에서는 적용하기가 꽤 어렵다. 피크 패턴이 일정한 곳은 ESS로 기본요금을 절감하는 것이 가능하다.

ESS는 Enegy Storage System의 약자이며, 그 구성은 크게 배터리, PCS, EMS 3가지로 구성된다. [사진=dreamstime]
ESS는 Enegy Storage System의 약자이며, 그 구성은 크게 배터리, PCS, EMS 3가지로 구성된다. [사진=dreamstime]

사용량 요금 절감은 충전과 방전의 요금차를 활용하는 것이다. 경부하시 60원에 충전해서 최대부하 190원대에 방전하면 kWh당 130원의 비용을 줄일 수 있다. 배터리 전체를 매일매일 이렇게 받았다 썼다 하면 적지 않은 전기요금 절감이 된다. 그러나 ESS시스템의 설치구축단가가 워낙 높아서 이것만 가지고는 투자비회수기간이 10년을 훌쩍 넘겨버린다.

국가에서 ESS를 보급·활성화하고자 애를 쓴다. 설치 보조금을 지급하는 것이다. 보조금이 초기 2013년에는 75% 지원하면서 보급 확대를 꾀했다. 2017년에는 25%까지 지원금이 내려갔지만 그만큼 설비구축비용이 많이 내려갔다. 특히 ESS시스템의 70~80%를 차지하는 배터리의 가격이 꾸준히 떨어지고 있다. 공공기관에 ESS설치를 의무화했다. 2017년 건축허가를 신청하는 신축건축물부터 적용되며 기존 건축물(약 1,384개소)은 규모별로 단계적(2017~2020)으로 추진된다. 단, 임대건축물, 발전시설이나 전기 및 가스공급시설, 석유비축, 상하수도, 빗물 펌프장, 공항, 철도, 지하철시설은 예외로 했다.

또한 2016년 3월부터는 ESS촉진요금제를 만들어 ESS 활용도를 극대화 시켰다. 최대부하시간대 방전하면 방전한 양의 1/3 만큼을 기본요금 적용전력에서 빼고 산정한다. 정부에서는 이로써 초기투자비 회수기간이 10년인 것을 6년으로 낮출 수 있었다고 말한다. 그리고 1년후 1/3마저 없애므로 파격적인 3배의 혜택을 주었다. 동시에 경부하충전시 10% 할인혜택을 주던 것을 동기간동안 50% 할인하는 추가적 지원을 했다.

이를 통해 정부는 투자비 회수기간이 6년에서 4.6년으로 줄게 될 것이라 말하고 있다. 수용가 전력사용패턴 및 요금제 활용방법에 따라 투자비 회수기간은 다르기에 일률적으로 적용할 수 없다. 그러나 한시적(2017~2019)이긴 하고 다시 1/3로 돌아가며 그마저도 2026년이면 모든 혜택이 사라지기는 하나 세계적으로 유례없는 정부보조이긴 하다. 민간회사들은 지속적인 활성화를 위해 기간연장을 요청하고 있지만 어찌될지 알 수 없다. 어쨌건 지금 ESS는 순풍에 돛단 듯 신나게 달려가고 있다.

ESS는 요금제 활용의 부하이동이나 수요반응 외에 다른 용도가 있다. 전력계통 주파수 조정이나 신재생에너지 연계형이 그것이다. 주파수 조정은 FR(Frequency Regulation)로 수요와 공급의 급작스런 변화로 실시간 주파수(60Hz)가 계통에 악영향을 줄 때에 ESS가 적절히 방전하므로 전력균형(Power Balance)을 유지하는 것이다.

신재생 연계란 기후와 날씨에 따라 발전량이 달라지는 풍력, 태양광 발전원에 ESS를 연계하므로 출력을 보장하며 효율과 경제성을 높이는 것이다. 풍력발전소에 이어 태양광발전에 연계한 ESS에도 신재생에너지공급인증서(REC) 가중치를 5.0으로 부여했다. 2019년까지 5.0을 유지하고 2020년까지는 4.0으로 줄어들 계획이다. 이로써 건물, 공장의 활성화된 ESS가 태양광발전으로 옮겨지고 있다. 참고로 풍력발전연계는 2015년 REC 가중치 5.5, 2016년 5.0, 2017년 4.5로 줄어들어 2019년까지 유지되며 2020년까지는 4.0으로 줄어들 계획이다.

전기의 대표적인 특징 중의 하나가 저장할 수 없다는 것이다. 생산과 동시에 소비가 일어나고 소비가 일어나기에 생산이 일어난다. 그러나 큼직한 보조배터리로 건물의 운영효율 및 요금최적화의 성과를 내었다. 더 나아가 배터리는 야외로 나가서 신재생에너지에 접목되어 성과를 내기 시작한다. 전기도 저장이 되는 시대가 열리는 것이다. 저장의 부가가치는 집중되는 시간을 분산시키는 수요반응에서 빛을 발했다. 정부의 지원을 등에 업은 김에 중소형 건물, 공동주택, 소형 점포 및 상가에도 확산되기를 희망한다. 소형 전기소비자의 ESS에도 적합한 지원제도를 개발해 소비자 패턴에 최적화하는 ESS기반의 새로운 수요관리 모델이 나오기를 희망한다.


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