친환경 시대 ‘에너지 저장’ 뜬다…용도별 ESS 종류는

[이데일리 김은경 기자] 친환경 시대 에너지저장장치(ESS)의 중요성이 부각되고 있다. 태양광이나 풍력 등 신재생에너지는 기상 여건에 따라 발전량이 달라져 수급 불일치가 큰 편이다. 전체 발전량에서 신재생에너지 비중이 커질수록 전력 계통 전반의 안정성은 더 낮아질 것이라는 우려가 제기되는 이유다. ESS는 이러한 신재생에너지의 ‘간헐성’ 문제를 해결하는 최적의 솔루션으로 꼽힌다.

삼성SDI의 특수 소화 시스템이 적용된 ESS용 배터리.(사진=삼성SDI)

흔히 알려진 ESS는 외관상으로 컨테이너와 비슷하지만, 용도에 따라 기능과 모양 등이 나뉘게 된다. ESS 종류는 용도에 따라 △전력용 △상업용 △무정전 전원 장치(UPS)용 △가정용 △통신용 등 크게 다섯 가지로 나뉜다. ESS는 종류별로 어떤 특징을 가지고 있을까.

먼저 전력용 ESS는 발전과 송배전을 포함하는 전력공급 시스템에 활용되는 장치를 말한다. 발전소에서 생산되는 전기는 전류의 방향이 주기적으로 변하고 발전된 전력과 수요 전력 차이에 의해 부하 변동이 발생한다. 이런 이유로 주파수가 시시각각 변하면 전력의 질에 문제가 생길 수밖에 없다. 전력용 ESS를 활용하면 이를 안정화해 전력 품질을 향상할 수 있다.

전력용 ESS는 태양광이나 풍력 발전과 같은 친환경에너지의 불안정한 전력생산성을 평준화하는 역할도 한다. 태양광 발전의 경우 날이 좋은 날은 전기가 많이 생산돼 남지만, 비가 오는 날은 전기가 생산되지 않아 부족하게 되는데 생산된 전기를 ESS에 저장하면 날씨에 구애받지 않고 전기를 사용할 수 있으니 전력 안정화를 꾀할 수 있게 된다.

상업용 ESS는 시간대별 전기요금의 차이를 이용해 요금을 절감하는 역할을 한다. 가정용과 달리 상업용 전기는 시간대별, 계절별로 요금이 다르다. 전기를 많이 사용하는 때는 비싸고 적게 사용하는 때는 비교적 저렴한데, 봄과 가을에는 저렴하고 여름과 겨울에는 비싼 것이 그 이유다. 전기요금은 사용한 전력량과 시간대별 요금을 곱해서 산정하기 때문에 상업용 ESS를 설치하게 되면 비용 절감 효과를 볼 수 있게 된다. 요금이 싼 시간대에 충전했다가 경부하와 중간부하 시간대에 사용할 수 있기 때문이다.

SNE리서치의 글로벌 ESS용 배터리 시장 전망.(자료=삼성SDI)

무정전 전원 장치(UPS)는 갑자기 정전이 발생했을 때 짧은 시간 동안 전력을 공급해 정전을 막아준다. 사용자들은 데이터를 저장할 시간을 확보하고 전력이 복구될 때까지 전기를 사용할 수 있게 된다. UPS가 중요시되는 이유는 4차 산업혁명과 관련이 있다. 4차 산업혁명의 대표 기술로 빅데이터를 들 수 있는데, 자칫 정전으로 많은 데이터를 잃어버리게 된다면 막대한 피해를 막기 어렵기 때문이다.

24시간 운영되는 병원이나 공장에서도 정전이 일어나면 피해가 크다 보니 UPS를 설치하는 추세다. UPS는 보조전원으로 작동해 데이터의 손실을 막고 정전의 위험을 없애기 때문에 의무적으로 설치해야 하는 곳이 꾸준히 늘고 있어 UPS용 배터리에 대한 관심도 높아지는 추세다. UPS에는 빠른 충전과 긴 수명의 특성이 있는 배터리가 장착되며 동일 용량에 적은 공간을 차지하는 가벼운 배터리가 선호된다.

가정용 ESS는 주로 태양광 발전 시스템과 연계해 낮에 태양광 발전을 통해 생산된 전력을 저장했다가 필요 시 사용하기 위해 설치한다. 가정의 전력 구매를 최소화하는 역할을 하는 셈이다. 전력 수급이 원활하지 않은 산간이나 낙도의 가정집에서도 갑작스러운 정전 시에 저장된 전기를 쓸 수 있어 요긴하게 사용된다.

마지막으로 통신용 ESS는 기지국에 안정적인 전력 공급과 원활한 통신환경 구축을 위해 활용된다. 전파가 잘 닿지 않는 곳에도 ESS 설치를 통해 원활한 전파 수신이 가능하도록 할 수 있다. 가정용과 통신용 ESS에 들어가는 배터리는 주로 표준화된 랙 형태를 사용하는데 설치와 확장이 편리하다는 장점이 있고 표준 인버터와 호환이 가능해 관리도 수월한 편이어서다.

신재생에너지로 대표되는 친환경 에너지원에 대한 니즈(요구)와 함께 ESS의 성장세도 더욱 커질 것으로 전망된다. 국내 기업 중 삼성SDI는 2010년 본격적으로 ESS 사업을 시작한 이후 2011년 일본의 니치콘사와 독점 계약을 체결하고 일본 가정용 ESS 시장에서 점유율 1위를 기록한 바 있다. 이어 2016년에는 당시 기준으로 세계 최대 ESS 프로젝트인 미국 캘리포니아의 ‘알리소 프로젝트’를 성공적으로 진행하면서 전 세계적으로 이름을 알리게 됐다. 삼성SDI 관계자는 “글로벌 배터리 선도 기업으로서 차별화된 경쟁력을 바탕으로 앞으로도 ESS 산업을 선도할 계획”이라고 밝혔다.