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전력저장 기술
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승인 2016.06.28  
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▲ 동신대 전기공학과
     최용성 교수
전기에너지는 생산과 동시에 소비가 이루어져야 하고, 시시각각 변화하는 수요 변화에 대응하기 위해 응답속도가 빠른 발전소를 가동하고 있다. 또한, 계절별로 발생하는 최대 피크전력 수요에 대응하기 위하여 대규모 예비전력이 필요하며, 최대수요전력에 맞추어 전력설비를 갖추어야 하므로 설비이용률이 저하되고 있다.

이에 대해 대용량의 전력저장시설과 분산형 전력저장시스템을 구축하여 잉여전력을 저장해 두고, 전력수요가 높은 시기에 에너지저장장치 (Energy Storage System, ESS)의 전원을 활용하여 원활하고 안정적인 전력공급을 하는 시스템이 해결책으로 대두되고 있다.
 
또한, 신재생에너지를 활용한 전력공급 비중이 점차 커지면서 전력품질 문제에 대한 대안으로서 전력저장 기술이 필수적이다. 전력공급의 발전량과 발전 시점이 불규칙한 신재생에너지 (풍력, 태양광)의 누계 발전용량이 확대됨에 따라 전력 공급의 안정성이 저하되고 있다.

전력계통에서 요구되는 에너지 저장장치는 다양한 출력과 저장시간에 따라 적용되는 분야가 크게 장주기와 단주기용 에너지 저장장치로 구분된다. 장주기용 중대형 에너지 저장장치는 기저부하의 유휴전력을 이용하여 전력계통의 운영 및 안정성을 증대시키기 위한 것으로서 리툼이온전지, RFB (redox flow battery), NaS 및 CAES (Compressed Air Energy Storage) 시스템 등이 있다. 단주기용 중대형 에너지 저장장치는 순간 정전 방지 및 재생에너지원의 단주기 출력 변동 완화를 위한 전력 안정화 용도로서 초고용량 커패시터와 FESS (Flywheel Energy Storage System)가 대표적이다.

전력저장장치 운용시스템 (Power Management System, PMS)은 전력계통과 연계된 대용량의 전력저장장치를 이용하여 상시(load leveling, peak shaving)을 통한 계통운영 방안 및 송전손실 최소화, 계통혼잡 최소화, 부하차단 최소화 방안을 고려하고, 신재생발전의 간헐 특성을 개선하여 전력품질 향상, 유․무효전력 제어를 통해 계통의 안정도를 향상시키는 통합 전력관리시스템이다.

전력저장시스템은 배터리 시스템, PCS (Power conditioning System), 운영시스템 (PMS)으로 구성된다.
리튬이온전지의 대용량화를 위해서 배터리 단위 셀의 열화 시뮬레이션, 수명계산, 보호 등을 위한 BMS (battery management system)가 필요하며, 배터리와 BMS를 합쳐 하나의 배터리 시스템을 구성한다. 배터리 시스템과 전력계통 사이의 전력변환을 담당하는 PCS는 대용량의 인버터․컨버터를 통해 배터리의 DC 시스템과 전력계통의 AC 시스템을 연계하여 배터리의 충․방전을 가능하게 하고, 배터리 시스템의 제어를 위해 BMS와 PMS 사이에서 매개 역할을 한다.

또한, 전력저장시스템 운용시스템은 부하평준화와 풍력, 태양광 등의 신재생에너지원의 간헐 특성을 제어하기 위여 전력저장장치의 충․방전을 결정하고, 상태를 감시하는 역학 등 전체 제어를 수행한다.

전력저장시스템 운용시스템의 역할은 load leveling, peak shaving 등의 장기 특성을 고려하 알고리즘과 신재생에너지원의 간헐 특성을 개선하기 위한 단기 특성을 고려한 알고리즘으로 나뉜다. load leveling, peak shaving을 통해 전력수급의 불균형을 해소하여 공급 예비력을 확보하고 기존의 부하조정을 위한 발전시설을 대체하여 이산화탄소 배출량 및 연료소비를 최소화한다. 또한, 단기 특성을 고려하여 풍력, 태양광의 간헐 특성을 개선하여 계통을 안정화하고, 전력품질을 향상시키며 주파수를 제어하여 전력 시스템의 안정도를 향상시킬 수 있다.

이런 전력저장장치 운영 시스템으로 실시간 배터리의 상태 정보, 전력계통, 발전예측 데이터를 취득하여 배터리 시스템의 충․방전 용량 및 시간을 결정하여 안정적인 전력저장장치의 운영을 할 수 있다.

다음 호에는 마이크로그리드 기술에 대하여 기고하겠다.

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