저장이 어려운 전기에너지
필요한 에너지를 얻기 위해 우리는 발전소에서 전기를 생산해낸다. 그러나 전자는 끊임없이 움직이는 특성을 가지고 있기 때문에 생성된 전기는 보존할 수 없다. 때문에 현재 우리가 필요한 전기 수요보다 공급이 많으면 남는 전기는 모두 버려지게 된다.
이렇듯 끊임없이 이동하며 사라져 버리는 전기를 저장하기 위해서 우리는 전지를 만들어냈고 남는 전기를 저장하였다가 필요한 시점에 꺼내 쓰는 방법을 터득했다.
ESS란?
최근들어 지구의 환경을 지키기 위한 움직임이 지속적으로 일어나고 있고, 그에 따라 신재생에너지라는 테마가 떠오르기 시작했다. 그리고 그와 함께 주목받고 있는 것이 ESS 배터리이다.
ESS는 Energy Storage System의 약자로 에너지 저장 장치를 의미한다. 간단히 표현하면 전기에너지를 충·방전 하기위한 2차전지를 결합하여 부피가 큰 형태로 만들어 놓은 것이다. 즉, 여러 2차전지들의 결합으로 전지의 총용량을 증가시켜 에너지를 저장하고 필요할 때 꺼내 쓰는 장치라고 볼 수 있다.
ESS의 활용
그 크기가 큰 만큼 ESS는 전력용, 상업용, 가정용, UPS용, 통신용 등 대규모의 전력 시설이 필요한 곳에서 주로 사용된다. 특히, 발전량이 일정하지 않아 에너지를 관리하기 어려운 태양광발전이나 풍력발전 등 신재생에너지 발전소에서 그 활용도가 높다.
태양광 발전을 예로 들자면, 해가 떠있는 주간에는 전기 에너지를 생산할 수 있지만 해가 저문 야간에는 전기 에너지를 생산할 수 없다. 이를 위해서 주간에 생성된 전기를 ESS에 저장하고, 야간에 전기가 필요한 시점에 다시 ESS에서 전기에너지를 꺼내 쓴다.
이외에도 전기 요금이 쌀 때 에너지를 저장하고 수요량이 많아 전기 요금이 비쌀 때 전기를 꺼내 사용하여 전기 요금을 절감할 수 있으며, 갑작스러운 정전이나 전력 공급 부족 상황을 대비에 비상 전력을 공급할 수 있다. 또한, 전파가 잘 닿지 않는 곳에 설치하여 전파가 원활하게 닿게도 할 수 있다.
ESS의 구조
ESS는 크게 Battery, BMS, EMS, PCS로 구성되어 있다.
Battery
ESS에서의 배터리 단위는 전기차와도 유사하지만 그 이름이 조금 다르다. 가장 작은 단위의 셀(Cell), 여러 개의 셀을 결합한 모듈(Module), 그리고 여러개의 모듈을 결합한 랙(Rack)으로 이루어져 있으며 ESS의 배터리실 내부에는 배터리 랙 단위로 장착되어 있다.
BMS
BMS는 Battery Management System의 약자로, ESS에 들어가는 수천 개의 배터리 셀들을 관리하는 역할을 한다. 배터리의 전압과 충전상태를 모니터링하고, 셀간의 밸런싱을 유지하고 과충전 상태를 방지한다. 또한, 보호회로를 통해 과전류 및 단락 시 외부 스위치를 차단하는 기능을 한다.
EMS
EMS는 Energey Management System으로 ESS에 저장되어 있는 전기량을 모니터링하는 시스템으로, ESS의 전반적인 운영을 담당하는 소프트웨어 시스템이다. 한마디로 EMS는 ESS의 발전량, 충전량, 방전량, 운행이력 등의 데이터를 관리하고 PCS 상태를 모니터링하며 BMS의 제어하는 컨트롤 타워라고 볼 수 있다.
PCS
PCS는 Power Conversion System의 약자이다. 발전소에서 생성되거나 외부에서 사용하는 전기는 교류 형태이다. 하지만, 배터리에 저장되는 전기는 직류 형태이기 때문에 변환 장치를 통해 교류와 직류의 변환이 필요하다. 또한 안정적인 전류 흐름을 위해 전기의 전압과 주파수를 맞춰주어야 한다. 따라서 ESS에서 전기에너지를 충·방전하기 위해서 PCS를 통해 전기의 특성을 변환한다.
