태양광 발전의 계통 연계 용량 확대와 그로 인한 계통 영향은 에너지 저장 기술 개발에 더욱 유리한 환경을 조성했습니다.
태양광 에너지 저장 시스템은 계통 연계형 발전 시스템과 달리 배터리를 에너지 저장용으로 사용하고, 배터리 충전 및 방전 장치를 활용한다는 점에서 차이가 있습니다. 초기 투자 비용은 더 높지만, 활용 범위는 훨씬 넓습니다. 본 논문에서는 다양한 응용 분야에 적용 가능한 네 가지 태양광 + 에너지 저장 시스템 시나리오, 즉 계통 연계형 태양광 에너지 저장 시스템, 독립형 태양광 에너지 저장 시스템, 하이브리드 계통 연계형 태양광 에너지 저장 시스템, 그리고 마이크로 그리드형 태양광 에너지 저장 시스템을 제시합니다.
1. 태양광 독립형 에너지 저장 장치 적용 시나리오
태양광 독립형 에너지 저장 및 발전 시스템은 전력망에 의존하지 않고 자율적으로 작동할 수 있는 외딴 산간 지역, 전력 공급이 불가능한 지역, 섬, 통신 기지국, 가로등 등에서 점점 더 많이 활용되고 있습니다.
이 시스템은 태양광 패널, 태양광 인버터, 배터리 저장 장치 및 전력 부하로 구성됩니다. 빛이 있을 때, 태양광 패널은 태양 에너지를 전기 에너지로 변환하고, 동시에 역제어 통합 장치를 통해 부하에 전력을 공급하며 배터리 팩을 충전합니다. 빛이 없을 때는 배터리가 인버터를 통해 AC 부하에 전력을 공급합니다.
독립형 태양광 발전 시스템은 전력망이 없거나 정전이 잦은 지역에 설치하기 위해 특별히 설계되었습니다. 이러한 시스템은 마치 숯을 눈 속에 통과시키는 것처럼 "저장 후 사용" 또는 "먼저 저장하고 나중에 사용"하는 방식으로 작동합니다. 전력망이 없거나 가정에 영향을 미치는 잦은 정전이 발생하는 지역에서 독립형 시스템은 매우 실용적입니다.
2. 태양광 하이브리드 전력망 에너지 저장 장치 적용 시나리오
태양광 하이브리드 전력망 에너지 저장 시스템은 잦은 정전 시에 일반적으로 사용됩니다. 높은 자가 소비 요금은 잉여 전력을 인터넷으로 공급하는 것을 어렵게 하며, 피크 시간대 요금은 비수기 요금이나 다른 용도에 대한 요금보다 훨씬 비쌉니다.
이 시스템은 태양 전지 모듈로 구성된 태양광 어레이, 독립형 및 계통 연계형 태양광 발전 통합 장비, 배터리 팩, 부하 및 기타 구성 요소로 이루어져 있습니다. 빛이 있을 때, 태양광 어레이는 태양 에너지를 전기 에너지로 변환하여 배터리 뱅크를 충전하는 동시에 태양광 제어 인버터를 통해 부하에 전력을 공급합니다. 빛이 없을 때는 배터리가 태양광 제어 인버터를 충전하고, 인버터가 AC 부하에 전력을 공급합니다.
계통연계형 및 독립형 태양광 발전 시스템에 충방전 제어 장치와 배터리를 포함시키면 계통연계형 발전 시스템에 비해 전체 비용이 약 30~50% 증가합니다. 그러나 이러한 비용 증가는 시스템의 잠재적 활용 범위를 넓혀줍니다. 첫째, 전력 수요가 높은 시간대에 정격 용량으로 전력을 생산하도록 태양광 발전 시스템을 구성하여 전기 요금을 절감할 수 있습니다. 둘째, 독립형 모드로 작동하는 동안 태양광 발전 시스템을 충전하고 전력 수요가 높은 시간대에 방전하여 피크 시간대와 비피크 시간대의 가격 차이를 활용할 수 있습니다. 마지막으로, 계통 전원이 공급되지 않는 경우 태양광 발전 시스템은 백업 전원 공급 장치 역할을 하며, 인버터를 비활성화하여 독립형 모드로 작동할 수 있습니다. 현재 이러한 시나리오는 해외 선진국에서 점점 더 많이 구현되고 있습니다.
3. 계통연계형 태양광 에너지 저장 시스템 적용 시나리오
본 시스템은 태양광 및 에너지 저장 구성 요소를 주로 사용하여 교류 결합 모드로 작동하는 계통 연계형 에너지 저장 태양광 발전 시스템입니다. 자가 발전량 대비 자가 소비량 증가, 지상 기반 태양광 분산 저장, 산업 및 상업용 태양광 에너지 저장 등 다양한 잠재적 응용 분야에 활용될 수 있을 뿐 아니라, 잉여 전력을 저장할 수 있는 기능도 갖추고 있습니다.
태양 전지 모듈은 태양광 발전 어레이를 구성하며, 여기에 배터리 팩, 충방전 제어기(PCS), 그리고 전력 소비 부하가 추가됩니다. 태양광 발전량이 부하 전력에 미치지 못할 경우, 시스템은 태양 에너지와 전력망을 함께 사용하여 전력을 공급받습니다. 반대로 태양광 발전량이 부하 전력을 초과할 경우, 태양 에너지의 일부는 부하에 공급하고 나머지는 제어기를 통해 저장합니다. 또한, 에너지 저장 시스템은 수요 관리, 피크 시간대 및 비피크 시간대의 전력 가격 조정 등 다양한 시나리오에서 시스템의 수익성을 향상시키는 데 활용될 수 있습니다.
중국의 신에너지 시장에서 태양광 발전과 전력망 연계를 결합한 에너지 저장 시스템은 새로운 재생에너지 활용 시나리오로서 상당한 관심을 받고 있습니다. 이 시스템은 에너지 저장 장치, 태양광 발전, 그리고 교류 전력망을 통합하여 재생에너지의 활용도를 극대화합니다.
4. 마이크로 그리드 에너지 저장 시스템 적용 시나리오
마이크로 그리드 에너지 저장 시스템은 에너지 저장 장치로서의 중요성 때문에 중국의 전력 시스템 및 신에너지 개발에서 더욱 중요한 위치를 차지하고 있습니다.
재생에너지의 인기가 높아지고 과학 기술이 지속적으로 발전함에 따라 마이크로 그리드 에너지 저장 시스템의 적용 시나리오도 계속해서 확대되고 있습니다. 이러한 시나리오는 주로 아래 나열된 두 가지 측면과 관련이 있습니다.
1) 분산형 발전 및 에너지 저장 시스템: 분산형 발전이란 풍력, 태양광 등의 에너지원을 활용하여 소규모 발전 설비를 최종 사용자 가까이에 설치하는 것을 말합니다. 생산된 잉여 전력은 에너지 저장 시스템에 저장되어 전력 수요가 높은 시기나 전력망 장애 발생 시 예비 전력 공급원으로 사용됩니다.
2) 마이크로 그리드 전력 백업: 외딴 지역, 섬, 기타 전력망 접근이 어려운 지역에서 안정적인 지역 전력 공급을 위해 마이크로 그리드 에너지 저장 시스템을 예비 전력원으로 활용할 수 있습니다.
마이크로그리드는 다양한 에너지원의 상호보완성을 활용하여 분산형 청정에너지의 잠재력을 최적화할 수 있습니다. 이를 통해 용량 제한, 불안정한 발전, 불안정한 독립 전력 공급과 같은 불리한 측면을 완화하는 동시에 대규모 전력망의 안정적인 운영을 보장할 수 있습니다. 결과적으로 마이크로그리드는 대규모 전력망을 보완하는 중요한 역할을 합니다. 마이크로그리드의 적용 범위는 수 킬로와트에서 수십 메가와트에 이르기까지 매우 넓으며, 구현 방식 또한 훨씬 다양합니다.
태양광 에너지 저장 장치의 활용 패턴은 마이크로 그리드, 독립형 시스템, 계통 연계형 시스템 등 광범위하고 다양합니다. 재생 에너지의 실제 적용은 각 시나리오 유형별 고유한 이점과 특성을 지니고 있으며, 이러한 모든 시나리오가 사용자에게 안정적이고 효율적인 전력을 제공합니다.
태양광 기술이 지속적으로 발전하고 비용이 절감됨에 따라, 태양광 에너지 저장 장치는 미래 에너지 시스템에서 더욱 중요한 위치를 차지하게 될 것입니다. 동시에, 다양한 시나리오의 발전과 구현은 중국 신흥 에너지 부문의 빠른 성장을 촉진하고 에너지 전환 및 저탄소, 환경적으로 지속 가능한 발전을 달성하는 데 기여할 것입니다.
