1. ESS란 무엇인가? 에너지 저장 시스템 살펴보기
에너지 저장은 에너지를 자연에서 보다 안정적으로 존재할 수 있는 형태로 변환한 다음 필요할 때 사용할 수 있도록 저장하는 과정입니다. 에너지가 생성, 변환, 이동 및 사용되는 과정에서는 양, 형태, 분포 및 시간 측면에서 수요와 공급 사이에 종종 차이가 발생합니다. 에너지 저장 기술을 사용하여 에너지를 저장하고 방출하면 이러한 차이를 해소할 수 있습니다. 이를 통해 에너지 공급과 수요의 균형을 맞추고 에너지 효율을 높일 수 있습니다. 기계 에너지, 열 에너지, 화학 에너지, 복사(빛) 에너지, 전자기 에너지, 핵 에너지 등 다양한 유형의 에너지가 있습니다. 복사 에너지를 제외한 모든 에너지는 표준적인 형태로 저장할 수 있습니다. 예를 들어, 기계 에너지는 운동 에너지 또는 위치 에너지로, 전기 에너지는 유도장 에너지 또는 정전기장 에너지로, 열 에너지는 잠열 또는 현열로 저장할 수 있으며, 핵 에너지는 순수한 형태의 에너지 저장 방식입니다. 에너지 저장 방식에는 양수 발전, 압축 공기 저장, 플라이휠 저장, 배터리 저장, 열 저장, 수소 저장 등이 있습니다.
현재 마이크로그리드에서 에너지 저장 수단으로 배터리가 널리 사용되고 있는데, 이는 배터리가 오랜 운영 경험을 가진 성숙한 기술이기 때문입니다. 배터리 에너지 저장 시스템은 주로 에너지 저장 배터리 팩, 배터리 관리 시스템(BMS), 승압 변압기, 에너지 저장 양방향 변환 장치(PCS), 에너지 저장 추적 시스템 등의 구성 요소로 이루어져 있습니다. 전력망에 장애가 발생하면 에너지 저장 시스템은 전력망 연결을 해제하고 독립적으로 작동하도록 전환할 수 있습니다. 이렇게 하면 전력망에 연결되지 않은 상태에서도 전체 마이크로그리드 시스템의 백업 전원 역할을 하며 전압과 전류를 안정적으로 유지합니다.
2. 에너지 저장 배터리 선택
2.1 납탄소 배터리
납-탄소 배터리는 일반 납축전지의 음극에 정전 용량 특성을 가진 탄소 소재를 첨가하여 만든 새로운 종류의 에너지 저장 장치입니다. 이러한 첨가는 "내부 첨가" 또는 "내부 혼합" 방식으로 이루어질 수 있습니다. 납-탄소 배터리는 일반 납축전지와 슈퍼 커패시터의 장점을 모두 갖추고 있습니다. 여러 면에서 일반 납축전지의 성능을 크게 향상시킬 수 있으며, 그 과학적 이점은 다음과 같습니다.
1. 높은 충전 배율;
2. 충방전 수명은 일반 납축전지의 4~5배입니다.
3. 우수한 안전성;
4. 높은 재생 에너지 활용률(최대 97%), 다른 화학 배터리보다 훨씬 높음; 풍부한 원료로 저렴한 비용(일반 납축전지의 1.5배 수준); 일반 납축전지 가격의 약 1.5배; 일반 납축전지보다 1.5배 더 강력함.
납-탄소 배터리의 성능은 기존 납산 배터리에 비해 크게 향상되었습니다. 그러나 핵심 소재인 탄소 소재가 납-탄소 배터리 성능 향상에 어떤 역할을 하는지는 아직 명확히 밝혀지지 않았습니다. 탄소 소재를 첨가하면 음극에서 수소가 석출되거나 배터리 내부의 수분 손실과 같은 부작용이 발생할 수 있으므로, 이는 해결해야 할 과제입니다.
2.2 리튬 배터리
리튬 이온 배터리는 충전 및 방전 과정에서 리튬을 함유한 화학 물질을 양극으로 사용합니다. 리튬 이온 배터리에는 리튬 금속이 직접 포함되어 있지 않습니다.
리튬 이온 배터리는 리튬 코발트산염(LiCoO2), 리튬 망간산염(LiMn2O4), 리튬 철 인산염(LiFePO4) 및 기타 2성분 또는 3성분 소재와 같은 리튬 함유 화합물로 만들어진 양극을 가지고 있습니다. 음극은 흑연, 연질 탄소, 경질 탄소 및 리튬 티탄산염과 같은 리튬-탄소 층상 화합물로 만들어집니다.
리튬 이온 배터리는 높은 에너지 저장 밀도와 높은 출력 밀도라는 두 가지 뛰어난 장점을 가지고 있습니다. 그 외에도 높은 효율, 폭넓은 활용 범위, 많은 관심, 빠른 과학 발전, 그리고 큰 성장 잠재력 등이 장점으로 꼽힙니다. ① 화학 전해질을 사용하기 때문에 안전성 측면에서 큰 위험이 존재하며, 안전성 개선이 시급합니다.
2.3 에너지 저장 배터리 선택
이 두 가지 유형의 에너지 저장 배터리의 차이점을 방전 깊이, 작동 온도 범위 및 수명 주기 측면에서 살펴보겠습니다.
위 표에서 볼 수 있듯이 납-탄소 배터리는 수명이 짧고 위험한 수소를 방출합니다. 반면 리튬인산철 배터리는 넓은 온도 범위에서 작동 가능하며 수명, 에너지 전달 효율 및 에너지 밀도가 높습니다.
이러한 이유로 리튬인산철 축전지는 대부분의 에너지 저장 프로젝트에 가장 적합한 선택입니다.
