한전, 국내 최초 주파수 조정용 ESS 준공식 개최

52MW 규모 ESS 설비 구축 통해 ‘전력저장과 활용시대’ 본격 개막

이번에 구축된 ESS는 전기를 저장했다가 필요할 때 언제든지 쉽고 빠르게 다시 꺼내 사용할 수 있는 ESS의 최대 장점을 활용해 기존의 발전소에서 시행하던 ‘주파수 조정’ 기능을 대체하는 것으로, 계통의 주파수가 기준 이하로 떨어지거나 상승시 ESS의 충방전을 통해 표준 주파수를 유지함으로써 전력망의 안정적인 운영은 물론 발전설비를 효율적으로 운영한다는 계획이다. 주파수 조정이란 전력의 안정적 공급을 위해 전력수요의 변동에 따라 발전량을 조절함으로써 우리나라에서 사용하는 전력의 표준 주파수인 60Hz로 일정하게 유지하는 것을 말하며, 현재 일부 발전기 최대 출력의 약 5% 가량을 주파수 조정용으로 활용하고 있다.

한국전력 조환익 사장은 이날 기념사에서 “ESS는 전력품질 향상, 전력계통의 안정화 등 활용 분야가 무궁무진한 창조경제의 핵심 분야”라면서, “이번 사업은 대기업과 중소기업이 다양하게 참여하는 사업으로, 한전은 ESS 분야에의 적극적인 투자를 통해 국내 기업과의 동반성장 및 국외 동반진출을 이끌어 나갈 것”이라고 밝혔다. 아울러 이날 행사에서는 이번 사업이 성공적으로 준공될 수 있도록 노력한 관련 직원 및 참여기업에게 표창장을 수여하기도 했다.

한편, 한전은 2017년까지 향후 3년간 총 5,680억원을 투자해 2015년 200MW를 비롯해 2016년에는 124MW, 2017년에는 124MW 용량의 ESS 설비를 추가로 설치함으로써 기존 발전기의 주파수 조정용 예비력을 일부 대체할 수 있도록 총 500MW의 주파수 조정용 ESS를 구축할 예정이다. 그리고 이를 통해 한전은 발전기 출력효율 향상 등 에너지의 이용 효율을 높이는 한편 관련 비용을 절감하는 효과 등을 기대하고 있다. 이 외에도 한전은 전력과 ICT가 융복합된 에너지 신기술인 ESS를 신재생 출력 안정용 및 피크절감용 ESS 분야로도 활용범위를 넓혀 ESS 분야 생태계를 적극 조성하는 등 관련 에너지 신산업도 적극 선도해 나갈 계획이다.

ESS(Energy Storage System)란?

전기(전력)는 우리가 사용하는 에너지의 형태 중 그 편리함 덕분에 가장 광범위하게 사용되고 있다. 그러나 생산과 동시에 소비가 이뤄져야 하고, 저장이 어려운 전기에너지의 형태가 가지는 특성상 시시각각 변화하는 수요 변화에 대응하기 위해 응답 속도는 빠르지만 생산단가가 높은 발전소들을 가동해야 하는 단점을 가지고 있다. 또한 계절별로 발생하는 최대 피크전력 수요에 대응하기 위해 대규모 예비전력이 필요하며, 최대 전력수요에 맞춰 전력설비를 갖춰야 하므로 설비이용률 저하로 비효율적으로 운영될 수밖에 없다는 한계성을 지닌다.

일반적으로 전력 공급은 수요에 맞춰 탄력적으로 변화시키기 힘들다. 주요 전력 공급원인 원자력은 항상 가동상태를 유지해야 하며, 화력이나 수력 역시 원자력보다는 낫다고는 하지만 일정 수준 이하로 가동률을 낮출 수는 없다. 전력 수요가 공급을 초과할 경우 대규모 정전사태로 이어지기 때문에 발전업체는 항상 충분한 전력 예비율을 확보해야 한다. 문제는 예상치 못한 순간 수요가 발생하거나 혹은 발전기 고장 등으로 공급이 감소하는 경우다. 발전업체가 예비 발전기를 가지고 있지만 발전기 가동에 15분 이상이 필요하기 때문에 그만큼 전력 공급에 공백이 발생하게 된다. 이러한 공백을 메워주는 역할을 하는 것이 바로 ESS다. 만약 ESS가 없을 경우 발전회사는 비상 상황에 대비해 적정 수준보다 많은 발전기를 항상 가동 상태로 유지시켜야 한다.

비상상황뿐 아니라, 일일 전력 수급을 효율적으로 관리하기 위해서도 ESS는 필요하다. 일일 전력수요를 살펴보면 하계의 경우 낮 2~4시경 피크를 이룬 후 저녁시간으로 갈수록 수요가 점차 감소한다. 하지만 앞서 언급했듯 전력 생산은 탄력적이지 못하며, 때문에 피크 시간 수요를 기준으로 생산해야만 한다. 즉, 심야시간의 잉여 전력은 그대로 사장되며, 전력 이용의 효율성 역시 떨어질 수밖에 없다.

이런 측면에서 발전업체에서 ESS를 도입하면 심야시간의 잉여 전력을 저장해뒀다 피크 시간에 활용할 수 있기 때문에 보다 전력을 효율적으로 이용할 수 있다는 장점이 있다. 과거에는 ESS 구입비용보다 발전기 가동비용이 저렴했기 때문에 발전업체 입장에서는 발전기를 추가로 가동하는 편이 훨씬 용이했지만, ESS 가격 하락과 맞물려 정책적으로 탄소배출 발전을 제한함에 따라 발전업체들도 ESS에 대한 관심을 가질 수밖에 없는 상황이다. 최근 풍력, 태양광 등 신재생에너지발전 비중이 증가하고 있다는 점도 ESS 보급 확대에 긍정적으로 작용하고 있다.

주파수 조정(F/R)용 ESS 설비의 필요성

전력 분야에서 ESS는 크게 주파수 조정·피크 감소·신재생 출력 안정 등에 활용될 수 있지만, 주파수 조정을 제외한 다른 용도는 아직 경제적 편익이 미흡한 편이다. 경제적 효과를 고려해 한전은 우선 주파수 조정을 위한 ESS 설비에 집중적으로 투자함으로써 관련 분야의 기술 발전과 에너지 신산업을 선도하고자 한다. 전력계통의 안정적인 운전을 위해서는 계통 주파수를 항상 정격 주파수인 60Hz로 유지해야 한다. 계통의 주파수는 계통의 전력 공급이 잘 이뤄지고 있는지를 판별하는 지표라고 볼 수 있는데, 이는 발전기의 발전량과 부하 소비량 간 차이에 따라 달라진다. 만약 발전량이 부하량보다 많으면 주파수가 상승하고, 부하량이 발전량보다 많은 경우 주파수가 떨어진다. 이러한 주파수 조정을 위해 화력발전기나 수력발전기 등의 조속기를 조정함으로써 발전기의 출력을 조절해 계통의 주파수를 일정하게 유지하고 있다.

현재 주파수 조정을 위해서는 일부 발전기가 출력의 약 5%를 예비력으로 보유하고 있어야 한다. 이 때문에 생산단가가 저렴한 석탄 화력발전기에서 24시간 동안 발전을 유보하는 용량이 약 50만kW에 이르고, 이 유보 용량에 해당하는 전기를 공급하기 위해 LNG 등 고원가 발전기를 추가적으로 가동하고 있다. 이러한 주파수 조정 용량 50만kW를 ESS로 대체하는 경우 석탄 화력발전기를 100% 활용하게 돼 값싼 연료를 이용할 수 있기 때문에 연간 약 3,200억원의 국가편익이 발생한다.

SOLAR TODAY 김 미 선 기자 (st@infothe.com)

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