에너지 저장 시스템(ESS): 중국, 미국, 한국 사례
에너지저장장치(ESS)와 친환경에너지, 탄소저감, ICT 기술의 관계
ESS(Energy Storage Systems)는 전기 에너지의 관리와 활용에 있어서 상당한 발전을 나타내며, 재생 가능 에너지원으로의 전환에 중추적인 역할을 한다. ESS 기술은 에너지 시스템에 유연성과 복원력을 제공하면서 나중에 사용할 수 있도록 에너지를 저장하기 위한 다양한 방법을 포괄한다. ESS의 가장 일반적인 종류는 다음과 같다.
리튬이온전지: 에너지 밀도가 높고 효율이 높으며 비용이 적게 들기 때문에 널리 사용된다. 이들은 대규모 그리드 저장뿐만 아니라 전기자동차와 같은 소규모 응용 분야에서도 널리 사용된다.
납축 배터리: 신뢰성과 비용 효율성으로 유명한 이 배터리는 일반적으로 백업 전력 및 오프 그리드 에너지 시스템에 사용된다.
플로우 배터리 : 바나듐 레독스와 철 플로우 배터리를 포함한 이 배터리들은 액체 전해질에 에너지를 저장하고 수명이 길고 확장성이 좋기로 유명하다. 이들은 특히 장기 에너지 저장에 유용하다.
플라이휠: 전력망의 주파수 조절과 같은 단기 에너지 저장 용도에 적합한 전기를 저장하기 위해 회전 에너지를 사용한다.
축열 시스템: 이러한 시스템은 에너지를 열이나 냉이의 형태로 저장하고, 이는 나중에 전기로 다시 변환되거나 냉난방 목적으로 사용될 수 있다.
압축공기 에너지 저장장치(CAES): 지하 동굴의 공기를 압축하여 필요할 때 방출하여 전기를 생산함으로써 에너지를 저장한다.
ESS는 다음을 포함한 다양한 응용프로그램에서 사용된다.
그리드 밸런싱 및 안정성: 태양 및 풍력과 같은 재생 가능 에너지원의 가변성 및 간헐성을 관리하는 데 도움이 된다.
피크 쉐이빙: 피크 이외 시간에는 에너지를 저장하고 피크 수요 시에는 이를 사용하여 전기 비용을 절감한다.
비상 백업: 정전 시 전원을 제공하여 에너지 보안과 신뢰성을 강화한다.
오프 그리드 솔루션: 메인 그리드에 액세스하지 않고 원격 지역에서 안정적인 전원 공급을 가능하게 한다.
시장 동향
ESS 시장은 재생에너지의 증가하는 채택과 기술 발전, 그리고 정부의 지원 정책에 힘입어 빠르게 성장하고 있다. 테슬라와 같은 파워월, LG화학, 삼성SDI는 다양한 스토리지 솔루션을 제공하는 ESS 시장의 핵심 기업이다. 업계의 주요 관심사는 보다 저렴하고 효율적인 스토리지 기술 개발이다.
1. 중국 사례
중국에서 에너지 저장 시스템(ESS) 용량은 2026년까지 순제로 배출량을 달성하겠다는 정부의 약속과 재생에너지 용량의 지속적인 성장에 힘입어 매년 증가하고 있다. 2021년 중국은 설치된 전기화학적 ESS 용량이 전년 대비 50% 증가한 2.3GW 이상을 기록했다. 개발은 다양한 성(省)에 걸친 지원 정책에 의해 주도되며, 일부는 2025년까지 거의 100GW의 설치된 ESS 용량을 목표로 한다. 이러한 정책에는 에너지 저장 제조업체에 대한 인센티브뿐만 아니라 재생 가능원, 그리드 애플리케이션 및 최종 사용자 저장과의 통합을 위한 보조금이 포함된다. 프레임워크는 ESS 용량과 재생 가능 에너지 통합 의무화, 피크 규제 및 주파수 제어를 위한 보조금, 최종 사용자 에너지 저장을 장려하기 위한 관세 메커니즘 등 다양한 측면을 포괄한다. 이러한 포괄적인 접근 방식은 중국의 에너지 저장 산업에서 그리드 규모 및 FTM(Front-of-the-meter) ESS 애플리케이션에 강한 초점을 맞추며 급속한 확장을 이끌었다.
중국의 에너지저장장치(ESS) 산업은 급속한 성장을 목격하고 있으며, ESS 기술의 다양한 측면을 전문으로 하는 일련의 기업들의 지원을 받고 있다. 다음은 몇몇 중국의 주목할 만한 ESS 기업들의 간략한 개요이다.
산동 SCETL 에너지기술유한공사: 산동성 지난에 본사를 둔 SCETL은 에너지 저장 장비의 연구, 개발, 생산, 판매, 서비스를 통합하는 새로운 에너지 기업이다. 이 회사의 사업 범위는 배터리, 전력 조절 시스템(PCS), 배터리 관리 시스템(BMS), 에너지 관리 시스템(EMS), 에너지 저장 발전소 및 소형 에너지 저장 제품 등 에너지 저장 산업 전반에 걸쳐 있다.
샤먼 KELONG Technology Co., Ltd. KELONG은 2021년 푸젠성 샤먼에 설립된 KELONG은 에너지 저장, 태양광, 마이크로그리드 및 종합 에너지 서비스를 전문으로 합니다. KELONG은 다양한 응용 시나리오에서 전력 전자 제품 및 다양한 프로젝트에 대한 풍부한 경험을 바탕으로 글로벌 고객 기반을 위한 다양한 에너지 저장 제품 및 솔루션을 제공합니다.
Sungrow Power Supply Co., Ltd. Sungrow Power Supply Co., Ltd. 1997년에 설립되어 안후이성 허페이에 본사를 둔 Sungrow는 태양광 인버터 연구 및 개발 분야의 선두 주자입니다. 이 회사는 PV 인버터 솔루션, 에너지 저장 시스템 및 유틸리티 규모, 상업용, 산업용 및 가정용 애플리케이션을 위한 솔루션을 포함하는 광범위한 제품 포트폴리오를 보유하고 있습니다.
신위안 인텔리전트 스토리지: 베이징 팡산 구에 본사를 둔 신위안 인텔리전트 스토리지는 자산 규모가 가볍고 지능적이며 디지털 플랫폼 회사를 만드는 데 중점을 두고 있다. 이들은 에너지 스토리지 시스템의 모든 응용 시나리오를 구현할 수 있는 능력을 갖추고 있으며, 모듈식 조합과 인텔리전트 관리 기능을 갖춘 전체 프로세스 에너지 스토리지 솔루션을 제공한다.
Envision Group: Envision Group은 장쑤성 장인시에 위치한 넷제로 기술에 중점을 둔 글로벌 녹색 기술 회사이다. 그들은 스마트 풍력 터빈, 에너지 저장 시스템 및 그린 수소 솔루션을 포함한 다양한 제품 및 서비스를 제공한다.
핑가오그룹유한공사 핑가오그룹은 허난성 핑딩산시에 본사를 둔 중국 전기산업의 주요 기업으로 송배전 장비의 연구, 설계, 제조, 판매, 시험 등을 수행한다.
이들 기업의 성장은 재생에너지 및 ESS에 대한 중국의 강력한 정책 프레임워크에 의해 뒷받침된다. 여기에는 재생에너지와의 에너지 저장 통합, 피크 규제, 주파수 제어, 최종 사용자 에너지 저장에 대한 규제 및 보조금이 포함된다. 중국이 탈탄소화 노력의 핵심 요소로서 에너지 저장에 초점을 맞추는 것은 국내는 물론 글로벌 시장에서 이들 기업에게 상당한 기회를 제공한다.
2. 미국 사례
특히 유틸리티 규모의 에너지 저장 프로젝트를 위해 설계된 메가팩 제품으로 에너지 저장 시스템(ESS) 시장에서 상당한 발전을 이루었다. 테슬라의 ESS 프로젝트의 몇 가지 주요 측면은 다음과 같다.
메가팩: 메가팩은 테슬라가 설계한 대규모 배터리 저장 제품이다. 최대 3메가와트시(MWhs)의 저장 공간과 1.5메가와트시(MWhs)의 인버터 용량으로 공장에서 완전히 조립되어 제공된다. 이 제품은 대규모 배터리 저장의 복잡성을 줄이기 위해 설계되어 효율적인 설치 및 연결 프로세스를 제공한다. 메가팩은 신속하게 배치될 수 있으며 태양열 발전원과 직접 연결되어 매끄러운 재생 에너지 발전소를 만들 수 있다.
테슬라 ESS 사례
사우스오스트레일리아의 혼스데일 파워 리저브: 테슬라는 당시 세계에서 가장 큰 리튬이온 배터리였던 것을 혼스데일에 설치했는데, 이것은 그 지역의 그리드를 안정화하고 균형을 잡는데 크게 기여했다. 이 프로젝트는 운영 첫 해에 거의 4천만 달러를 절약했다.
Texas의 Gambit Energy Storage Park: 이 프로젝트는 재생 가능한 에너지 저장과 특히 악천후 시 더 큰 정전 보호 기능을 제공하는 81기 100MW 시스템을 갖추고 있다.
알래스카의 호머 일렉트릭 알래스카의 케나이 반도를 따라 재생 가능한 에너지 용량을 늘리기 위해 37기 46MW 시스템이 설치되었다. 이 시스템은 가스 터빈에 대한 의존도를 줄이고 정전을 방지하는 데 도움이 된다.
호주의 Victoria Big Battery: 212대로 구성되어 있고 350MW를 공급하는 이곳은 세계에서 가장 큰 재생 에너지 저장 공원 중 하나이며 빅토리아 주에 백업 보호 기능을 제공한다.
소프트웨어 및 제어 시스템 테슬라는 메가팩 설치를 감시, 제어 및 수익화하기 위한 자체 소프트웨어를 개발했다. 메가팩 시스템은 대규모 유틸리티 프로젝트 및 마이크로그리드를 위한 고급 모니터링 및 제어 플랫폼인 파워허브에 연결된다. 그들은 또한 자동화된 에너지 거래를 위한 테슬라의 기계 학습 플랫폼인 오토비더와 통합될 수 있다.
피크발전소의 지속가능한 대안: 메가팩 설치는 천연가스 피크발전소의 지속가능한 대안으로서, 일반적으로 지역 전력망이 피크 수요를 충족시킬 수 있는 충분한 전력을 공급할 수 없을 때 사용된다. 이러한 피크발전소는 종종 운영 비용이 많이 들고 오염에 크게 기여한다.
글로벌 스토리지 용량: 테슬라는 자사의 스토리지 제품과 함께 1GWh 이상의 글로벌 스토리지 용량을 설치하여 전 세계 총 설치 공간을 2GWh 이상의 누적 스토리지로 만들었다. 메가팩의 도입으로 이 용량은 향후 몇 년 동안 기하급수적으로 증가할 것으로 예상된다.
테슬라의 이러한 노력은 전 세계 전력망의 안정성과 효율성을 높이고 재생에너지 사용을 촉진하겠다는 회사의 의지를 보여준다. 테슬라의 에너지 저장 접근 방식은 혁신적인 하드웨어와 정교한 소프트웨어 솔루션을 결합한 것으로, 지속 가능한 에너지로의 글로벌 전환의 핵심 요소다.
미국에서 에너지 저장 시스템(ESS) 산업은 특히 장기 에너지 저장 분야에서 상당한 발전을 이루었다. 이 분야의 핵심 업체는 철 흐름 배터리 기술을 전문으로 하는 ESS Tech, Inc.이다. 이 기술은 지구에 풍부한 재료를 사용하는 것으로 유명하여 보다 지속 가능한 옵션이 되었다. ESS Tech, Inc.는 범위를 확장하고 유틸리티 규모 및 상업 프로젝트를 포함한 다양한 응용 분야에 시스템을 배치하는 작업을 진행해 왔다.
한편, 2022년 주식회사 ESS Tech는 Sacramento Municipal Utility District (SMUD), Portland General Electric 및 Tampa Electric Company와 ESS 시스템의 구축을 위한 주요 유틸리티 회사와 계약을 체결했다. 이 시스템은 깨끗하고 탄력적이며 경제적인 에너지 솔루션을 제공하도록 설계되었다. 에너지 창고 및 에너지 센터와 같은 회사의 기술 및 제품은 수 킬로와트에서 수 메가와트에 이르는 에너지 저장을 제공한다. 이 시스템은 마이크로그리드 및 오프 그리드 애플리케이션을 포함한 다양한 환경에서 사용된다.
ESS Tech, Inc.가 Energy Storage Industries Asia Pacific과 협력하여 호주, 뉴질랜드 및 오세아니아에 철 흐름 배터리를 공급한 것도 주목할 만한 진전이다. 이는 ESS 기술에 대한 국제적 관심이 증가하고 있음을 보여준다.
3. 한국 사례
한국에서 ㈜LG전자는 에너지저장장치(ESS) 시장의 핵심 업체로 자리매김했다. 이 회사는 전라남도 안좌도에 국내 최대 규모의 ESS를 설치했다. KCH그룹, 한국서부발전, 탑솔라그룹 등 현지 파트너들과 협력해 완성한 이 프로젝트는 단일 부지에 의미 있는 340메가와트시(MWh)급 ESS를 갖추고 있다. LG전자는 이 프로젝트를 위해 92MW 용량의 전력 조절 시스템(PCS)을 공급했다.
이 ESS는 국내 4인 가족의 하루 평균 전력 소비량을 고려할 때 약 2만9000가구가 하루 동안 사용할 수 있는 충분한 전력을 저장할 수 있다. LG전자는 안좌도 프로젝트에 전력관리시스템(PMS)을 포함한 최신 ESS 솔루션을 사용했다. LG전자는 계열사인 LG에너지솔루션이 생산한 배터리를 포함해 모든 ESS 부품에 대해 3년 보증을 제공했다. 또한 24시간 모니터링 및 원격 제어 시스템이 LG에너지솔루션의 배터리 화재 감지 및 억제 솔루션과 함께 ESS에 적용된다.
이번 프로젝트는 LG전자가 경북 풍력발전단지의 ESS를 포함해 한국 전역의 다양한 ESS 사업에 보다 광범위하게 참여하는 일환이다. 이들의 노력은 국내 ESS 기술의 발전과 재생에너지 분야에서의 주요 기술 기업들의 확장 의지를 보여준다.
삼성SDI는 리튬이온 에너지 저장 분야에서 한국을 대표하는 솔루션 업체다. 이들은 앞선 셀 기술을 바탕으로 설계, 생산, 설치 등 완벽한 에너지 저장 시스템 솔루션을 제공한다. 삼성SDI의 배터리 기술은 배터리 패킹, 배터리 관리 시스템(BMS), 유지보수 서비스, 냉각 시스템 등 다양한 분야에서 혁신을 거듭하고 있다.
과제와 미래 전망
발전에도 불구하고 높은 초기 비용, 안전성 문제, 배터리의 에너지 밀도와 수명 개선의 필요성 등의 과제가 남아 있다. 전고체 배터리와 같은 분야에서 더 높은 효율과 안전성을 위한 첨단 소재에 대한 연구와 개발이 계속되고 있다. ESS의 미래는 유망하며, 에너지 시스템을 혁신하여 보다 지속 가능하고 탄력적인 에너지 환경을 가능하게 할 수 있다.
