한국전력이 신재생에너지 간헐성 극복을 위해 하이브리드형 ESS를 개발한다고 24일 밝혔다. 신재생에너지의 간헐성을 극복하기 위해 주파수 조정용 ESS를 단독으로 사용할 경우, 잦은 주파수 변동으로 충·방전 횟수가 증가해 배터리 화재와 수명 단축 등의 문제가 발생한다. 이를 해결하기 위해 다양한 설치환경에 적합한 하이브리드 형태의 ESS 개발이 요구된다. 이에 한국전력 전력연구원과 비나텍은 2021년부터 하이브리드 ESS에 적용되는 MW급 주파수 조정용 슈퍼커패시터의 경제적인 모델 개발을 목적으로 ‘MW급 고용량 슈퍼커패시터 시스템 개발 및 실증’ 연구과제를 진행하고 있다. 각 기관은 2023년 12월까지 △MW급 장수명·고용량 슈퍼캡 개발 △슈퍼캡-배터리 하이브리드 ESS 기반 구축 및 운영 기술 개발 △2.4억원/MW 이하의 경제적 슈퍼캡 모델 확보 등 과제를 수행한다. 슈퍼커패시터는 15년 이상 장기 사용할 수 있고 유지비용이 적어 다른 단주기 ESS보다 유지보수 측면에서 유리해, 배터리와 협조 운전을 통해 역무를 분담함으로써 배터리의 수명을 대폭 연장하고 전기 품질을 향상할 수 있다. 슈퍼커패시터와 배터리의 협조 운전을 실제 계통에 실증하는 기술은 선진
헬로티 서재창 기자 | 텍사스 인스트루먼트(이하 TI)는 정동작 전류(IQ)가 60nA로 극히 낮은 양방향 벅·부스트 컨버터를 출시한다고 밝혔다. 이는 경쟁 부스트 컨버터에 비해 IQ가 1/3에 불과한 수준이다. 새로 출시된 TPS61094 벅·부스트 컨버터는 슈퍼커패시터 충전을 위한 벅 모드를 통합하는 동시에 IQ가 극히 낮기에, 일반적으로 사용하는 하이브리드 레이어 커패시터에 비해 배터리 수명을 20%까지 연장한다. 슈퍼커패시터의 충전과 방전은 스마트 계량기, 연기 감지기, 비디오 도어벨 등 배터리로 구동되는 산업용 애플리케이션이나 의료용 애플리케이션의 지속적인 작동에 중요한 피크 부하 및 예비전력 관리에 도움을 준다. 배터리로 작동되는 시스템을 설계하는 엔지니어들이 흔히 직면하는 설계 과제는 밀리암페어나 마이크로암페어 대역에서 무부하 또는 경부하 조건으로 높은 효율을 달성해야 하는 것이다. 이를 위해서는 전원 장치를 통해 출력을 조절하면서 전원 전류를 나노암페어 대역으로 극히 낮게 유지해야 한다. TPS61094는 기존에 상충하던 두 가지 장점을 모두 제공한다. 즉, 통합형 벅·부스트 컨버터를 통해 설계를 간소화하고 높은 출력 전류와 낮은 IQ로 배터리
국내 기업들도 자동차에 활용하기 위한 대용량 슈퍼커패시터를 개발하고 있다. 전기자동차와 하이브리드 자동차, 풍력 발전기 등에 쓰이는 슈퍼커패시터 시장에 전통 전자부품 기업들이 뛰어들어 신제품이 등장하고 있다. 삼화콘덴서는 최근 5000F 용량의 슈퍼커패시터 개발을 완료했다. 하이브리드 캡이라는 이름의 이 커패시터는 충전 속도가 2∼3초에 불과하다. 현재 하이브리드 자동차에서 주로 쓰이는 슈퍼커패시터의 용량은 2000∼3000F 수준이다. 삼화콘덴서는 세라믹을 이용해 전하 보유량을 기존 대비 40% 가까이 늘려, 7000F 용량의 슈퍼커패시터 개발에도 성공했다. 유리 전문업체인 코닝도 탄소를 이용한 슈퍼커패시터를 개발해 상용화하고자 울트라 커패시터를 개발했다. 이 커패시터는 1초 이내에 충전이 가능하고, 리튬이온전지 및 연료전지와 함께 사용할 수 있다. 리튬이온전지와 달리 슈퍼커패시터는 전력 충전을 1∼2초 내에 수행하기 때문에, 순간적으로 허비되는 에너지를 바로 전기에너지로 저장한다. 때문에 대표적으로 주정차를 반복하는 전기자동차가 슈퍼커패시터를 필요로 한다. 이는 에너지저장장치에 연결해 보조 전원으로 사용되며, 발전소, 연료전지 등에
그래핀은 2차원 구조를 갖는 탄소 기반의 나노소재이며, 전기적, 기계적, 물리적, 그리고 화학적 특성이 매우 뛰어나다. 특히 넓은 비표면적 및 뛰어난 전기전도도의 특성을 갖기 때문에 슈퍼커패시터(Supercapacitor) 및 이차전지와 같은 에너지 저장 소자의 낮다. 슈퍼커패시터는 일반적으로 양극과 음응용이 가능하다. 때문에 그래핀을 전극 소재로 활용한 에너지 저장 소자에 관한 연구가 활발하게 전개되고 있다. 최근 다양한 전자기기의 발전과 함께 그린에너지 정책에 부합하려면 에너지 저장 소자는 소형화 및 고효율화를 이뤄내야 한다. 이를 실현할 수 있는 물질로 그래핀 및 그래핀 하이브리드와 같은 뛰어난 전기화학적 특성을 지니고 있는 나노 재료가 각광받고 있다. 슈퍼커패시터는 단시간에 고출력을 발휘하며, 장기간 신뢰성을 갖추고, 빠른 충방전 순환 이 가능하다. 활성탄소 등 탄소 소재 중심의 친환경적 원료를 사용해 기존의 메모리 백업 전원 시장에서부터 수송, 기계 및 재생 에너지 발전 시설에 고출력 전원으로 활용될 전망이다. 특히 재난 시 전기 공급이 차단된 상황에서 비상 대피 유도 장치의 보조 전원, 사고 상황에서 자동차 항공기 블랙박스에 적용되는 보조 전원,
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