현재 에너지 산업에서 가장 인기 있는 기술은 에너지 저장입니다.
산둥성, 산시성, 신장, 내몽골, 안후이성, 티베트를 포함한 12개 이상의 성에서 태양광 및 풍력 발전소에 에너지 저장 시스템을 의무적으로 설치하도록 하는 문서를 발표했습니다.
에너지 업계는 오랫동안 "에너지 저장 장치가 태양광 및 풍력 발전의 간헐성과 변동성을 해결하고 에너지 활용도를 높이며 발전량 제한을 줄이는 효과적인 솔루션"이라는 점을 인식해 왔습니다. 이번 대폭적인 가격 인하는 이러한 장점을 더욱 부각시키지만, 기술적 및 비용적 제약으로 인해 그동안 "외면당해 왔습니다." 그러나 오늘날, 공식적인 집단적 선택이 마침내 에너지 저장 장치의 가치를 드높이고 있습니다.
하지만 에너지 저장 기술이 '부가적인 요소'에서 '시장에서 반드시 필요한 요소'로 완전히 전환하려면, 명확하고 강력한 정책 지원뿐 아니라 기술 및 제품 혁신을 통해 광 저장 산업의 발전을 촉진해야 합니다. 그렇다면 어떻게 하면 최적의 조합을 이룰 수 있을까요? 융합의 과제는 무엇일까요? 이 모든 질문에 대한 답을 찾아야 합니다.
1. 일반적인 시스템 시나리오는 무엇입니까?
현재 시장에는 주로 계획형 상품들이 나와 있습니다.
AC 측 결합 방식은 태양광 발전 시스템과 에너지 저장 장치를 AC 측에 연결하는 것을 의미하며, 에너지 저장 시스템은 저전압 측에 연결할 수 있을 뿐 아니라 10kV~35kV 모선에도 연결할 수 있습니다. 이 방식은 대규모 광에너지 저장 발전소, 에너지 저장 시스템의 중앙 집중식 배치, 간편한 운영 관리 및 전력망 배전에 적합합니다.
DC 측 결합 방식은 에너지 저장 시스템을 DC 측에 연결하는 방식을 말하며, 두 시스템 간의 전력 변환 과정에서 연결 단계가 적어 에너지 손실이 적고 장비 투자 비용도 절감됩니다. 이 방식에서는 태양광 인버터에 에너지 저장 장치와의 연결 인터페이스를 확보해야 합니다.
2. 1 + 1 > 2를 적분하는 방법은 무엇입니까?
융합 솔루션은 있지만, 1 + 1 > 2의 효과를 얻기 위한 융합은 쉽지 않습니다.
광융합 기술은 더욱 복잡합니다. 통합 시스템은 태양광 발전, 에너지 저장 장치 및 전력망의 안전하고 안정적인 작동을 보장해야 하며, 하드웨어, 소프트웨어 및 시스템 수준 간의 장벽을 허물어야 합니다.
광 저장 장치 융합 시스템에는 다양한 장치가 사용되는데, 하드웨어와 소프트웨어 간의 인터페이스 호환성 문제를 해결해야 합니다. 장비는 제조사가 서로 다른 경우가 많고, 발전소 설계, 장비 조달, 운영, 유지보수 측면에서 어려움과 비용이 증가하며, 무엇보다도 장비 간 통신 인터페이스가 다르기 때문에 시스템 통합업체는 다양한 프로토콜과 인터페이스에 대한 이해가 필수적입니다.
따라서 광 저장 융합은 단순히 태양광 장비와 에너지 저장 장비를 물리적으로 결합하는 것이 아니라, 심층 융합 기술을 활용하여 1 + 1 > 2의 시너지 효과를 내는 것입니다. 이는 통합 장비의 통합 능력을 극명하게 시험하는 과제입니다.
3. 저가 경쟁으로 인해 산업 통합 장애가 발생했다.
광 저장 발전소 구축에 있어 시스템 통합은 핵심이지만, 국내 통합 분야에는 많은 과제가 남아 있습니다.
한편으로, 광 저장 시스템 통합 역량을 갖춘 기업은 많지 않습니다. 기술 융합이든 비즈니스 모델 융합이든, 우리나라의 에너지 저장 산업은 아직 초기 발전 단계에 있습니다. 태양광 인버터, 에너지 저장 배터리, PCS, EMS 등 개별 분야에서는 강점을 보이는 기업이 많지만, 광 저장 시스템을 통합적으로 제공하는 기업은 극소수에 불과합니다.
반면, 저가 입찰 경쟁이 심화되면서 기업들은 비용 절감에 어려움을 겪고 있습니다. 현재 국내 신에너지 부문에서 에너지 저장 장치의 입찰 가격은 2.15위안/Wh(EPC 가격)에서 1.699위안/Wh(EPC 가격)로 하락했는데, 이는 업계에서 인정하는 원가보다 훨씬 낮은 수준입니다.
다양한 시나리오마다 에너지 저장 시스템에 대한 요구 사항이 다르며, 에너지 저장 시스템의 설계 및 비용에 대한 통일된 표준이 없어 모호한 영역이 되기 쉽습니다.
"현재 기업들은 배터리 입찰에 참여하고 있는데, 표준 수명 주기가 6,000회입니다. 하지만 업계에는 통일된 평가 기준이 없습니다. 일부 제조업체는 3,000회 미만의 수명 주기를 가진 배터리를 저렴한 가격에 공급하는 프로젝트 입찰에 참여하고 있습니다. 당연히 우리는 가격 경쟁에서 밀립니다."라고 한 에너지 저장 분야 고위 전문가는 어쩔 수 없다는 듯이 말했다.
"물론 에너지 저장 시스템 통합에서 가장 중요한 측면은 DC 측의 안전 관리, 즉 배터리 시스템의 안전 관리이며, 이를 위해서는 매우 완벽한 시스템 보호 설계가 필요합니다."라고 관계자는 덧붙였다. "셀, 모듈, 배터리 클러스터, 배터리 시스템 관리의 4단계가 서로 연동되고, 우수한 시스템 보호 설계가 이루어져야 실시간으로 작동 상태를 파악하고, 고장 조기 경보를 발령할 수 있으며, 고장 발생 시 단계별 보호 및 신속한 연동 보호를 구현할 수 있습니다."
그렇지 않으면 작은 문제가 큰 문제로 번질 수 있습니다. 최근 몇 년 동안 한국에서는 30건 이상의 화재 사고가 발생했는데, 대부분 전기 시스템 설계 결함이나 보호 시스템 오작동이 원인이었습니다.
테스트는 여기서 끝나지 않습니다. 배터리 수명 문제도 있고, 에너지 저장 장치의 온도 제어 시스템 설계도 필수적입니다. 엄격한 열 시뮬레이션 및 실험 검증, 에너지 저장 용기의 공기 덕트 설계, 공조 전력 구성 등 이러한 부분들이 엄격하게 관리 및 설계되지 않으면 용기 내부 리튬 배터리의 온도 불균형을 초래하고 셀의 불안정성을 악화시킬 수 있습니다.
저자는 4H 에너지 저장 시스템을 사용하면서 셀 간 온도 차이가 22℃에 도달할 경우 배터리 수명에 심각한 영향을 미칠 뿐만 아니라 에너지 저장 발전소 운영 위험도 증가한다는 사실을 발견했습니다.
4. 에너지 저장 시스템을 효율적으로 관리하는 방법은 무엇입니까?
설계 선정부터 시스템 통합에 이르기까지 전체 에너지 저장 시스템의 안전한 운영과 최적의 효율성은 전체 시스템의 운영 및 관리와 밀접한 관련이 있습니다.
기존의 발전소 경제적 배분 방식과 비교하여, 광 에너지 저장 발전 시스템을 배분할 때는 발전소 내 배터리와 컨버터의 효율적인 관리를 충분히 고려해야 하며, 이를 통해 발전소 전체의 안전성과 경제성을 향상시킬 수 있습니다.
바로 이 지점에서 광 에너지 저장 시스템의 지능형 두뇌 역할을 하는 EMS(에너지 관리 시스템)의 중요성이 부각됩니다. 에너지 저장 시스템은 태양광 발전 시스템 및 전력망과 어떻게 연동될까요? 배터리는 얼마나 충전해야 할까요? 어떻게 충전해야 할까요? 안전은 어떻게 보장해야 할까요? 이 모든 것을 위해서는 통합 관리를 위한 지능적이고 효율적인 EMS가 필요합니다.
태양광 발전 시스템의 평활화를 예로 들면, 에너지 저장 시스템은 태양광 발전의 출력 평활화 제어를 기반으로 평활화 매개변수를 설정할 수 있습니다. EMS는 이 평활화 매개변수를 제어 목표로 삼아 에너지 저장 시스템에 고속 충방전 제어를 적용함으로써 발전 시스템의 출력 전력이 설정된 변화율 범위 내에 있도록 합니다.
현재 업계에서 더욱 성숙한 기술은 태양광 발전량 예측 및 에너지 저장 장치의 밀리초 단위 응답 특성을 기반으로 하는 스마트 EMS를 활용하여 태양광 시스템의 원활한 제어를 구현하고, 전력망에 미치는 영향을 줄이며, 전력망 운영의 안정성과 신뢰성을 향상시키는 것입니다. 동시에 BMS, PCS 및 EMS 간의 밀리초 단위 고속 연동 메커니즘을 구축하여 배터리와 전체 시스템을 보호합니다.
또한, 첨단 지능형 EMS는 다중 에너지 디지털 통합 관리를 통해 모발, 전달, 분배 등 모든 상황을 포괄하는 종합적인 관리가 가능합니다.
