전기저장장치(ESS)의 분류, 특징 및 전력계통 적용 방안

1. 배터리형 전력 저장 장치(ESS)

1) 이차전지를 이용한 화학적 저장 방식이 대표적임
2) 주요 이차전지 종류:

• 리튬이온(LiB), 나트륨유황(NaS), 흐름전지(RFB)
• 현재는 리튬이온 계열이 주류

(1) LiB(Lithium-Ion Battery)의 특징

• 고 에너지 밀도 (300~600 kWh/m³), 고 에너지 효율
• 수명은 약 10년, 저장용량은 수 MW~수 MWh
• 국내 상용화 성공, 다양한 가정용·산업용 ESS에 적용 가능

2. 비배터리형 전력 저장 장치(ESS)

(1) 역학적 에너지 저장

① 양수 발전

• 위치 에너지 형태로 대규모 저장
• 저장 에너지:

$$
W = \int F dx = \int m g dx = mgh \quad [J]
$$

② 플라이휠 저장

• 회전 운동 에너지 형태로 저장
• 저장 에너지:

$$
E = \frac{1}{2} I \omega^2 = \frac{1}{2} m r^2 \omega^2 \quad [J]
$$

(2) 압축공기 저장 (CAES)

• 전기로 공기를 압축해 저장, 이후 팽창시켜 가스터빈 발전
• 기존 가스터빈 발전 대비 효율 개선 효과

(3) 초전도 코일 저장 (SMES)

• 자기 인덕턴스에 에너지 저장:

$$
W = \frac{1}{2} L I^2 \quad [J]
$$

• 초전도 상태를 유지하여 장시간 손실 없이 에너지 저장 가능

[SMES 시스템 구성]
3상 교류
  │
[AC→DC 변환기] → [정류기/인버터] → [초전도 코일] → [냉동기]

3. ESS의 전력계통 적용 방안

(1) 피크 부하 이전을 통한 부하 평준화

• 에너지 저장을 통해 피크 시간대 부하를 분산
• 전력망 안정화 및 피크발전 회피 효과

(2) 정전 방지

• 공급 예비력이 부족할 때 ESS로 전력을 보충
• 계통 안정성에 기여

(3) 신재생 에너지 연계

• 태양광, 풍력 등 신재생 발전과 연계하여 2차 저장 후 공급
• 출력 안정화, 전기 품질 개선

(4) 스마트그리드 연계

• ICT 기술 기반의 스마트 계통에 ESS 연동
• 실시간 전력수요에 따라 공급 제어 가능, 에너지 효율 향상