52MW ESS 설비 구축, 전력 저장과 활용 시대 본격 개막
전력 분야에서 ESS는 크게 주파수 조정·피크 감소·신재생 출력 안정 등으로 활용될 수 있으나, 주파수 조정을 제외한 다른 용도는 아직 경제적 편익이 미흡한 편이다. 하지만 ESS 가격 하락과 맞물려 정책적으로 탄소 배출 발전을 제한함에 따라 발전 업체들도 ESS에 대한 관심을 가질 수밖에 없는 상황이다. 최근 풍력, 태양광 등 신재생에너지 발전 비중이 증가하고 있다는 점도 ESS 보급 확대에 긍정적인 배경이다.
ESS(Energy Storage System) 개요
전기(전력)는 우리가 사용하는 에너지의 형태 중 그 편리함 덕분에 가장 광범위하게 사용되고 있다. 그러나 생산과 동시에 소비가 이루어져야 하고, 저장이 어려운 전기에너지의 형태가 가지는 특성상 시시각각 변화하는 수요 변화에 대응하기 위해 응답 속도는 빠르지만 생산 단가가 높은 발전소들을 가동해야 하는 단점을 가지고 있다.
또한 계절별로 발생하는 최대 피크 전력 수요에 대응하기 위해 대규모 예비 전력이 필요하며, 최대 전력 수요에 맞추어 전력 설비를 갖추어야 하므로 설비 이용률이 저하되어 비효율적으로 운영될 수밖에 없다.
일반적으로 전력 공급은 수요에 맞추어 탄력적으로 변화시키기 힘들다. 주요 전력 공급원인 원자력은 항상 가동 상태를 유지해야 하며 화력이나 수력 역시 원자력보다는 낫다고는 하지만 일정 수준 이하로 가동률을 낮출 수는 없다. 전력 수요가 공급을 초과할 경우 대규모 정전 사태로 이어지기 때문에 발전 업체는 항상 충분한 전력 예비율을 확보해야 한다.
문제는 예상치 못한 순간 수요가 발생하거나 혹은 발전기 고장 등으로 공급이 감소하는 경우이다. 발전 업체가 예비 발전기를 가지고 있지만 발전기 가동에 15분 이상이 필요하기 때문에 그만큼 전력 공급에 공백이 발생하게 된다. 이러한 공백을 메워주는 역할을 하는 것이 바로 ESS이다. ESS가 없을 경우 발전 회사는 비상 상황에 대비하여 적정 수준보다 많은 발전기를 항상 가동 상태로 유지시켜야 한다.
비상 상황뿐 아니라 일일 전력 수급을 효율적으로 관리하기 위해서도 ESS는 필요하다. 1일 전력 수요를 살펴보면 하계의 경우 낮 2~4시경 피크를 이룬 후 저녁 시간으로 갈수록 수요가 점차 감소한다. 하지만 앞서 언급했듯 전력 생산은 탄력적이지 못하며, 때문에 피크 시간 수요를 기준으로 생산해야만 한다.
즉 심야 시간의 잉여 전력은 그대로 사장되며 전력 이용의 효율성 역시 떨어질 수밖에 없다. 발전 업체에서 ESS를 도입하면 심야 시간의 잉여 전력을 저장해 두었다가 피크 시간에 활용할 수 있기 때문에 보다 전력을 효율적으로 이용할 수 있다는 장점이 있다.
과거에는 ESS 구입 비용보다 발전기 가동 비용이 저렴했기 때문에 발전 업체 입장에서는 발전기를 추가로 가동하는 편이 훨씬 용이했다.
하지만 ESS 가격 하락과 맞물려 정책적으로 탄소 배출 발전을 제한함에 따라 발전 업체들도 ESS에 대한 관심을 가질 수밖에 없는 상황이다.
최근 풍력, 태양광 등 신재생에너지 발전 비중이 증가하고 있다는 점도 ESS 보급 확대에 긍정적인 배경이다.
전력 분야에서 ESS는 크게 주파수 조정·피크 감소·신재생 출력 안정 등으로 활용될 수 있으나, 주파수 조정을 제외한 다른 용도는 아직 경제적 편익이 미흡한 편이다. 경제적 효과를 고려해 한전은 우선 주파수 조정을 위한 ESS 설비에 집중적으로 투자함으로써 관련 분야의 기술 발전과 에너지 신산업을 선도하고 있다.
주파수 조정(Frequency Regulation)용 ESS
전력 계통의 안정적인 운전을 위해서는 계통 주파수를 항상 정격 주파수인 60Hz로 유지해야 한다. 계통의 주파수는 계통의 전력 공급이 잘 이루어지고 있는지를 판별하는 지표라고 볼 수 있다.
이는 발전기의 발전량과 부하의 소비량 간의 차이에 따라 변동하는데, 만약 발전량이 부하량보다 많으면 주파수가 상승하고 부하량이 발전량보다 많은 경우 주파수가 떨어진다.
이러한 주파수 조정(Frequency Regulation, F/R)을 위해 화력발전기나 수력발전기 등의 조속기(Governor)를 조정함으로써 발전기의 출력을 조절해 계통의 주파수를 일정하게 유지하고 있다.
현재 주파수 조정을 위해 일부 발전기가 출력의 약 5%를 예비력으로 보유해야 한다.
이에 따라 생산 단가가 저렴한 석탄화력발전기에서 24시간 동안 발전을 유보하는 용량이 약 50만kW에 이르고, 이 유보 용량에 해당하는 전기를 공급하기 위해 LNG 등 고원가 발전기를 추가적으로 가동하고 있다.
이러한 주파수 조정 용량 50만kW를 ESS로 대체하는 경우 석탄화력발전기를 100% 활용하게 돼 값싼 연료를 이용할 수 있어 연간 약 3,200억 원의 국가 편익이 발생한다.
그림 1. 주파수 조정용 ESS
국내 최초 주파수 조정용 ESS 설비 구축 …전력 저장과 활용 시대 본격 개막
한편 국내 최초로 주파수 조정용 에너지저장장치 준공식이 개최됐다.
한국전력은 지난 7월 10일 조환익 한전 사장을 비롯해 문재도 산업통상자원부 차관, 유상희 전력거래소 이사장, 백수현 한국표준협회장, 김희준 대한전기학회 회장, 삼성SDI 조남성 대표이사, LS산전 한재훈 대표이사 등 관련 학계 및 산업계 관계자 150여명이 참석한 가운데 경기도 안성시에 위치한 서안성변전소에서 국내 최초로 주파수 조정용 에너지저장장치 준공식이 개최됐다.
이번에 준공된 ESS 구축 사업은 한전이 지난 2013년 10월 발표한 ‘ESS 종합 추진 계획’의 일환으로 추진된 프로젝트로, 한전은 2014년부터 총 570억 원을 투자해 국내 최초로 전체 52MW(서안성변전소 28MW, 신용인변전소 24MW)의 용량으로 주파수 조정용 ESS 설비를 구축했다.
이번에 구축된 ESS는 전기를 저장했다가 필요할 때 언제든지 쉽고 빠르게 다시 꺼내 사용할 수 있는 ESS의 최대 장점을 활용하여 기존의 발전소에서 시행하던 ‘주파수 조정’ 기능을 대체 할 예정으로, 계통의 주파수가 기준이하로 떨어지거나 상승 시 ESS의 충방전을 통해 표준 주파수를 유지함으로써 전력망의 안정적인 운영 및 발전설비의 효율적인 운영을 꾀할 예정이다.
조환익 한전 사장은 이 날 기념사에서 “ESS는 전력품질 향상, 전력계통의 안정화 등 활용분야가 무궁무진한 창조경제의 핵심 분야이며, 대기업과 중소기업이 다양하게 참여하는 사업으로 한전은 ESS 분야에 적극적인 투자를 통해 국내 기업과의 동반 성장 및 해외 동반 진출을 이끌어 나갈 것”이라고 밝혔다.
아울러 이날 행사에서는 이번 사업이 성공적으로 준공할 수 있도록 노력한 관련 직원 및 참여 기업에게 표창장을 수여했다.
한편, 한전은 2017년까지 향후 3년간 총 5,680억 원을 투자해 매년 200MW(2015), 124MW(2016), 124MW(2017)의 ESS 설비를 추가로 설치함으로써 기존 발전기의 주파수 조정용 예비력을 일부 대체할 수 있도록 총 500MW의 주파수 조정용 ESS를 구축할 예정이다.
이를 통해 한전은 발전기 출력 효율 향상 등 에너지의 이용 효율을 높이는 한편 관련 비용을 절감하는 효과 등을 기대하고 있다.
이외에도 한전은 전력과 ICT가 융복합된 에너지 신기술인 ESS를 신재생 출력 안정용 및 피크 절감용 ESS 분야로도 활용 범위를 넓혀 ESS 분야 생태계를 적극 조성하는 등 관련 에너지 신산업도 적극 선도해 나갈 계획이다.
▲ 국내 최초 주파수 조정용 ESS 설비 구축 준공식
김혜숙 기자 (atided@hellot.net)
