한전, ESS 활용 전력산업 패러다임 전환 시도

‘창조경제 구현 위한 ESS 종합 추진계획’ 발표

하 상 범 기자

ESS는 심야 등 경부하 상황에서 생산된 전기를 저장했다가 주간 피크시간 등 필요한 시기에 전기를 공급해 에너지 효율을 높일 수 있는 시스템이다. 기술 발전에 따라 최근에는 배터리를 이용한 ESS가 세계적으로 주목받고 있다.

특히 핸드폰 등 소규모에서 전력분야 대용량 저장장치까지 다양하게 사용되는 리튬이온 배터리의 경우 국내기업의 생산량이 세계 1∼2위를 차지하고 있으며, 선진국과 경쟁할 수 있는 제조기술을 보유하고 있다. 한전의 대규모 ESS 구축 계획에 대해 배터리와 중전기기 관련 국내기업들은 각별한 관심을 갖고 적극적인 참여 의사를 밝히고 있다.

한전은 내년부터 약 625억원을 투자해 세계 최대 규모의 주파수조정용 5만kW급 ESS를 설치해 운전할 예정이다. 이를 위해 한전은 주파수조정용 ESS에 대한 기술검토를 시행하고 있으며, 2017년까지 단계적으로 총 50만kW의 주파수조정을 위한 ESS를 구축해 운영할 계획이다. 현재 발전기 출력을 5%로 제한해 주파수조정을 위해 사용하고 있으나 ESS를 통해 석탄화력발전기의 출력제한을 약 110만kW로 해소할 경우, 연료비 절감과 발전기 효율 향상에 따라 연간 약 6,500억원의 국가 편익이 발생할 것으로 평가되고 있다.

전력분야에서 ESS는 주파주조정, 피크감소, 신재생출력안정 등 다양하게 활용될 수 있으나, 한전은 경제적 효과를 고려해 우선 주파수조정을 위한 ESS 설비에 집중적으로 투자하고, 피크감소용 ESS와 전력품질향상을 위한 신재생출력안정용 ESS는 점진적으로 투자를 확대하겠다고 밝혔다.

한전은 ESS 종합 추진계획을 수립하기 위해 지난 7월 태스크포스팀을 만들어 관련업체와 간담회 및 세미나를 개최하고 배터리 및 PCS(전력변환시스템) 생산업체를 방문해 현장 의견을 수렴했다.

한전은 1단계 ESS 종합추진계획 시행을 통해 연간 약 3,000억원의 전력구입비용을 절감할 것으로 예상하며, 향후 계획추진에 따라 효과가 확대될 것으로 기대하고 있다. 또한, 배터리 및 ICT 등 ESS 관련 국내 산업을 육성해 일자리 창출과 국가 창조경제 구현에 기여할 수 있을 것이라고 기대하고 있다.

전력분야에서 ESS는 주파수조정, 피크감소, 신재생출력안정 등 다양하게 활용될 수 있으나, 주파수조정을 제외한 다른 용도는 경제성이 미흡한 편이다. 경제적 효과를 고려해 한전은 우선 주파수조정을 위한 ESS설비에 집중적으로 투자해 관련분야의 기술발전과 산업을 육성할 예정이다.

주파수조정(Frequency Regulation)용 ESS

현재 주파수조정을 위해 일부 발전기가 출력의 약 5%를 예비력으로 보유해야 한다. 이에 따라 생산단가가 저렴한 석탄화력발전소에서 24시간 동안 발전을 유보하는 용량이 약 50만kW에 이르고, 이 유보용량에 해당하는 전기를 공급하기 위해 LNG 등 고원가 발전기를 추가로 가동하고 있다. 주파수조정 용량 50만kW를 ESS로 대체하는 경우 석탄화력발전기를 100% 활용하게 돼 값싼 연료를 이용할 수 있어 연간 약 3,500억원의 국가 편익이 발생하게 된다. 또한, 한전도 약 3,000억원에 이르는 전력구입비용을 절감하는 효과를 볼 수 있어 경영효율화를 기할 수 있다.

한전은 2014년에 세계최대 규모의 주파수조정용 5만kW급 ESS를 설치해 운전할 예정이다. 현재 제주도 조천변전소에 ESS 실증시험을 진행하면서 엔지니어링 기술과 경험을 축적하고 있는 한전은 태스크포스팀을 지난 7월에 구성해 주파수조정용 ESS에 대한 기술검토를 시행하고 있으며, 1단계 사업으로 2017년까지 단계적으로 총 50만kW의 주파수조정을 위한 ESS를 구축해 운영한다는 계획을 추진 중이다.

피크감소용 ESS

전기사용 고객이 심야시간의 저렴한 전기를 ESS에 저장했다가 주간 피크시간에 사용하는 방식으로 전기요금을 절감하기 위해 설치하는 시스템이 피크감소용 ESS다. 정부에서는 선택형 시간대별 차등요금제를 활용해 인센티브를 확대하는 방안으로 보급을 촉진하기 위해 노력하고 있다.

피크감소용 ESS는 고객의 전기요금 절감은 물론, 발전소 및 송전선로의 건설을 최소화시킬 수 있으며, 전력예비율 부족으로 인한 순환정전도 예방하는 효과가 있다. 하지만 피크감소에 따른 기본요금과 피크-심야시간대 요금차이로 인한 전기요금 절감액으로는 투자비 회수가 어려워 정부의 적극적인 지원 없이는 기업에서 시스템을 구축하기 곤란하다.

한전은 전력피크 감소를 위한 ESS의 지속적인 기술발전과 산업육성을 위해 관련기업과 컨소시엄을 구성한 후 정부의 ESS 보급사업에 참여하고 있다. 이외에도 전국에 있는 사업소의 건물 옥상이나 변전소의 유휴 부지 등을 활용해 피크감소용 ESS를 구축할 계획이다. 올해 추진하고 있는 시범사업의 효과를 검토하고 그 결과를 바탕으로 내년부터 계약전력 1만kW 이상 사업소 14개소를 대상으로 피크감소용 ESS를 설치할 예정이다.

신재생출력안정용 ESS

국가적으로 신재생에너지인 풍력, 태양광 등이 지속적으로 확대되고 있으며, 2020년까지 전체 발전설비 대비 약 13%에 달하는 신재생에너지 발전설비가 국내 전력계통에 연계될 것으로 예상되고 있다. 하지만, 대규모 풍력발전과 같은 신재생 전원이 전력계통에 연계될 경우 출력 불안정과 전압변동이 심해지는 등 전력품질이 악화될 수 있어 이에 대한 대책으로 ESS를 설치하는 것이 필요하다. 즉, 신재생에너지 발전과 ESS를 연계해 설치하는 경우 불규칙한 전력품질을 개선하고 피크부하 공급에도 기여할 수 있게 된다.

한전은 신재생전원 확대로 초래되는 전력품질의 문제점을 해소하기 위해 지속적으로 연구개발에 투자할 계획이다. 내년부터 R&D 과제로 서남해안에 설치되는 250만kW급 대규모 해상풍력단지에 연계하는 대용량 ESS를 구축할 예정이다. 이런 연구개발을 통해 신재생연계형 ESS의 사업화 모델을 개발하고 신재생에너지원별 ESS 설치기준을 제·개정함은 물론, 국내기술에 대한 국제표준화를 동시에 추진하게 된다.

SOLAR TODAY 하 상 범 기자 (st@infothe.com)

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