에너지저장장치 (Energy Storage System)
쉽게 풀면
ESS는 전력망을 위한 커다란 저수지와 비슷합니다. 비가 많이 오는 날 물을 저수지에 가둬 두었다가 가뭄이 든 날 그 물을 꺼내 쓰는 것처럼, 전기가 남는 시간대(예: 태양광이 쨍쨍한 한낮)에 전기를 배터리에 가둬 두었다가 전기가 부족한 시간대(예: 해가 진 저녁)에 그 전기를 꺼내 쓰는 것입니다. 태양광이나 풍력 같은 재생에너지는 날씨에 따라 발전량이 들쭉날쭉하기 때문에, 이렇게 전기를 잠시 저장해 두는 장치가 없으면 전력망 전체의 전압과 주파수가 불안정해지기 쉽습니다. ESS는 리튬이온 배터리를 여러 개 묶어 만드는 경우가 가장 흔하지만, 원리 자체는 물을 높은 곳으로 퍼 올렸다가 떨어뜨려 발전하는 양수발전이나 압축공기를 저장하는 방식도 모두 같은 목적을 가진 ESS의 한 종류입니다.
왜 중요한가
ESS는 태양광·풍력 같은 변동성 재생에너지의 간헐성을 보완하는 핵심 설비이기 때문에, 탄소중립과 전력망 안정화를 다루는 에너지공학 연구에서 매우 중요하게 취급됩니다. 전력 수요와 공급의 시간적 불일치를 해소함으로써 발전소 증설 없이도 피크 수요를 관리할 수 있어, 전력 시스템 운영 최적화 연구의 핵심 대상이기도 합니다. 또한 배터리 열화, 안전성, 경제성 문제는 재료공학과 전력시스템 공학이 함께 다루는 융합 연구 주제로 자리잡고 있습니다.
논문에서는 이렇게 쓰입니다
이 문장은 전력 수요가 몰리는 시간대(피크시간대)에 ESS가 미리 저장해 둔 전기를 방출함으로써, 발전소가 감당해야 하는 부담(계통 부하)을 얼마나 줄여 주었는지를 실험으로 확인했다는 뜻입니다.
분산전원 및 마이크로그리드 연구에서 ESS가 계통 안정화에 기여하는 역할을 보여주는 예문이다.
배터리 재료 및 수명 연구에서 ESS의 장기 성능 저하를 다루는 예문이다.
조금 더 깊게 보면
ESS의 성능을 평가할 때는 저장 용량(에너지 밀도)뿐 아니라 얼마나 빠르게 충전·방전할 수 있는지를 나타내는 출력 밀도, 저장한 전기를 얼마나 손실 없이 다시 꺼내 쓸 수 있는지를 뜻하는 왕복 효율, 그리고 반복 사용에 따른 용량 감소를 나타내는 수명(사이클 수)을 함께 고려합니다. 리튬이온 배터리 외에도 응답 속도가 빠른 슈퍼커패시터, 장기간 대용량 저장에 유리한 양수발전이나 압축공기저장 등 용도에 따라 다른 저장 기술이 선택되며, 최근에는 이러한 여러 기술을 조합한 하이브리드 ESS 연구도 늘고 있습니다.
주의할 점
ESS는 전기를 새로 만들어내는 발전 설비가 아니라 이미 만들어진 전기를 잠시 보관했다가 돌려주는 저장 설비이므로, 저장하고 꺼내는 과정에서 일부 에너지는 열로 빠져나가 항상 배터리의 충방전 원리 효율만큼의 손실이 발생합니다. 따라서 ESS의 성능을 논할 때는 저장 용량뿐 아니라 이 왕복 효율도 함께 고려해야 합니다.