[EMS] ESS 이해와 사례분석

1. ESS 개요
2. ESS 주요 구성품
3. EMS 주요 항목 및 ESS 용량산정
4. ESS 사례분석(국/내외)

---

ESS (ENERGY STORAGE SYSTEM) 개요

1. ESS 설치 목적

• 전력 peak를 shifting 및 억제 전력사용 평준화
• 신재생에너지 이용률 향상
• 스마트 그리드 구현 : 소비자가 전력을 소비하는 양에따라 효율적인 발전

 

2. ESS 설치 유형 별 종류

• Peak 저감형
• 주파수 조정용(FR) :  부하의 특성에따라 발전기 터빈 속도가 달라지고 발생하는 주파수도 달라져 문제가 될 수 있다.
• 신재생 연계형(태양광, 풍력)

* 충, 방전이 가능한 배터리 (BESS)가 대세다. 흡수용 ESS도 있다. 제주도에 대량으로 건설 중. 

* 배터리는 항상 직류로 충전해야한다. 한전에서 보내는 전력은 교류. 따라서 변환기(PCS)가 필요

 

 

3. ESS 종류

• SMES :  초전도에너지저장장치, 코일에너지 저
• BESS : 보통 ESS를 말함, 리튬이 +,- 극을 이동하면서 충전(+), 방전(-)을 한다. 충격에 매우 약함
• Fly Wheel :  회전 운동에너지 저장, 대규모 에너지 저장에 적합하지않다. 비상공간에 예비용으로 많이 사용
• 증기에너지 저장: 열에너지 시용, 고온증기를 온수로 저장, 축열조(열에너지를 저장하는 시설) 필수, 발전소 주변 위치
• 압축 공기 저장 : 복합화력(압축공기+화력=화력증대) 이용 심야시간에 압축해뒀다가 피크때 사용
• 양수발전 : 물의 위치에너지 저장, 심야시간에 물을 역송하여 부하에 공급

 

*리튬은 작은 면적에 대량 저장이 가능함, 화재나 폭발 위험이 큰 편.

* 2차전지 :  재충전에서 쓸 수 있는 배터리

 

 

ESS 주요 구성품

 

*SOC :  충/방전율

 

*건전지 1.5V (전압) X 1A(전류) = 1.5W(전력량,용량)

*직렬연결 => 전압(V) 곱셈

 병렬연결 => 전류(A) 곱셈 

 배터리 연결 방식에 따라 전압, 전류가 변한다.(2P12S => 12개직렬, 2개 병렬연결, 1P22S => 22개 직렬연결)

*100Ah => 100A(전류)를 1시간동안 방전한다.  50A는  2시간 방전한다.

  전류가 커지면 방전 속도에 가속이 붙는다. 금방 방전된다.

*충전종지전류(A) : 배터리를 충전하기위한 최소 전류

 

1. 배터리 구성

 

 

2. BEMS

• 배터리 관리 장치
• 배터리 내부 이상 시 PMS(EMS) 알림 발송, 경보 및 비상 정지
• RS-485통신 및 CAN통신 연결 (CAN : Control Area Net-Work : 근거리 제어 통신)
• 역할
  • BMS 단독의 개별 모니터링 장치는 없으니 PMS와 통신 연계로 실시간 모니터링 가능
  • 배터리 그룹의 전압, 전류, 온습도, 충방전량(SOC%), 용량 DATA 실시간 공유 및 통신
• 기능
  • 충방전, 용량확인, 배터리 수명연장, 셀발란스 조정, 배터리 보호 
  • 사용전압, 사용용량의 편차발생 억제로 용량감소 및 전압 평준화로 수명 연장
  • Partial 운전 :  배터리 이상시 Rack 분리 이탈 운전, 비상정 정지 최소화 (이상한 렉 운전 안하게 감시, 조절)

*지락검출방식 :  전기가 들어오는 값과 나가는 값이 다른 (누전) 부분을 검사

 

 

EMS  주요 항목 및 ESS 용량 산정

1. EMS 기

• 최적의 충방전을 통한 ESS의 효율적 운영
• Data 기반의 관리 - 실시간 충방전상태, 누적 충방전량, 이벤트, 고장상태 표출 및 저장
• 기상예보 및 바전량 예측(Virtual Power Plant)
• 최적의 충방전 기능 - 신재생E 연계형은 최적의 충전량 제어, Peak저감형은 최적의 방전량 계산
• ESS 연계기기 감시 - CCEV, 자동화재 감지설비, 수배전반 및 보호 계전기 연계제어
• 주요기기 조작 및 원격제어

 

 

ESS 적용 사례

1. ESS 산업 전망

• 전 세계적으로 탄소중립 실현을 위한 재생에너지 확대 및 에너지 효율 향상을 중심으로 한 에너지 전환.
• 향후 10년간 ESS 시장 성장을 가속할 것으로 예상

 

2. ESS 설치 용량 전망

• 향후 6년간 13배 이상 (연평균 53.7%) 폭발적인 성장 전망

 

3. ESS 전지 종류별 전망

• 현재는 리튬이온전지 기반 95% 이상 차지

높은 안전성과 긴 수명 등으로 리튬인산철(LFP) 전지 기반의 ESS 보급이 확대 될 전망

 

 

---

 ESS는 조금 재미있다. 처음 들어보는 강의지만 잘 설명해주셔서 이해가 어느정도 된다. 말투는 구수하심