BESS: 미리 대비하는 에너지 관리 솔루션

재생 가능 에너지의 확장과 효율적인 에너지 소비에 대한 세계적 경향으로 에너지 스토리지 솔루션, 특히 배터리 에너지 스토리지 시스템에 대한 관심이 커졌습니다 이 글은 이러한 시스템의 용도와 이를 사용함으로 얻는 이점을 이해하는 데 도움이 될 것입니다.

BESS란 무엇인가요?

배터리 에너지 스토리지 시스템(BESS)은 충전식 배터리를 사용하여 에너지를 저장하고 이후에 방출하는 복잡한 솔루션입니다. BESS 유형은 전기화학 또는 사용하는 배터리와 연관이 있습니다. 시스템은 리튬 이온, 납축, 니켈 카드뮴, 나트륨 유황 및 플로우 배터리를 기반으로 할 수 있습니다. 에너지 스토리지 시스템(ESS)은 더 넓은 의미의 용어이며 예를 들어 수력 발전, 플라이 휠, 압축 공기 등 배터리 이외의 다양한 기술에 의존할 수 있습니다.

BESS가 무엇이며 어떻게 작동하는지 알아보려면 BESS의 구조와 핵심 요소를 살펴보는 것이 좋습니다.

배터리

태양광, 풍력 또는 발전소 등의 다양한 에너지원에서 공급되는 전기 에너지는 배터리 충전 과정에서 화학 에너지로 변환됩니다. 배터리 방전 중에 방출되는 에너지는 가정, 차량, 상업용 건물과 그리드에 전력을 공급할 수 있습니다. 배터리는 전지로 구성되며 모듈, 팩 및 컨테이너로 배열됩니다.

배터리 관리 시스템(BMS)

BMS는 배터리가 안전하고 정확하게 작동하도록 합니다. 모든 배터리 유형에는 특정한 충전 및 방전 조건이 있습니다. BMS는 배터리가 필요한 전류, 전압 및 온도 범위 내에서 유지되는지 확인합니다. BMS는 매개 변수를 모니터링하고 배터리의 충전 상태(SOC) 및 노화 상태(SOH)를 추정하여 안정적이고 오래 가는 성능을 보장합니다.

전력 변환 시스템(PCS)

BESS는 전력 변환 시스템을 사용하여 직류(DC)를 교류(AC)로 변환하거나 교류를 직류로 변환합니다. AC는 전원에서 흘러나와 배터리 충전 중에 DC로 변환됩니다. 배터리가 방전되면 DC를 생성하고 이는 BESS 응용 분야에 필요한 AC로 다시 변환됩니다.

에너지 관리 시스템(EMS)

EMS는 배터리 에너지 스토리지 시스템의 제어 장치입니다. 이는 BESS에서 사용할 수 있는 전력, 즉 에너지를 축적하거나 방출하는 시기, 이유, 양을 관리합니다. EMS는 BESS의 요소를 통합하고 전체 성능을 최적화합니다.

안전 시스템

각각 특정 작업을 담당하는 일련의 안전 시스템이 존재합니다. 예를 들어, HVAC 시스템을 사용하면 BESS가 난방, 환기 및 공조를 통해 원하는 온도와 습도를 유지할 수 있습니다. 화재 방지 시스템은 연기를 감지하고 화재 사고를 예방할 수 있습니다.

그림 1: 일반적인 BESS 구조. (이미지 출처: Integra Sources LLC)

BESS의 기능에는 무엇이 있나요?

매년 배터리 에너지 스토리지 시스템은 전세계의 수천 가구, 기업, 공장 및 커뮤니티에 전력을 공급합니다. 규모와 스토리지 용량은 다양합니다.

예를 들어, 가용 용량 13.5kWh의 Tesla Powerwall는 한 가구에 끊김 없는 전력 공급원 역할을 할 수 있는 소형 장치입니다. 총 용량 1,600MWh의 Vistra Moss Landing Energy Storage Facility는 세계 최대 BESS로 30만 가구에 에너지를 공급할 수 있습니다.

그러나 크기와 용량에 차이가 있음에도 BESS는 유사한 기능을 수행하고 유사한 문제를 해결할 수 있습니다. 배터리 에너지 스토리지 장치가 작동할 수 있는 경우를 생각해 보겠습니다.

재생 에너지 통합

BESS는 모든 날씨에서 항상 태양광과 풍력을 효율적으로 활용할 수 있습니다. 충전용 배터리는 간헐적 재생 에너지로 생성된 잉여 에너지를 저장할 수 있습니다. 나중에, 이 에너지는 사용자의 필요에 따라 전달됩니다.

배터리 스토리지 솔루션과 통합될 경우, 재생 에너지원은 화석 연료를 대체하여 다양한 응용 분야에 값싸고 깨끗한 에너지를 공급할 수 있습니다. 재생 통합은 다음 분야에서 널리 사용됩니다.

• 태양광 및 풍력 발전 시설
• 오프 그리드와 격리된 커뮤니티(섬 및 접근하기 어려운 지역)
• 태양광 패널과 결합된 가정용 에너지 스토리지 장치(예: Powerwall)

BESS는 오프 그리드 시스템 외에도 주거용, 상업용 및 산업용 온 그리드와 하이브리드 솔루션을 크게 지원할 수 있습니다.

그림 2: 배터리 에너지 스토리지 시스템은 태양광 및 풍력 발전 시설에서 널리 사용됩니다. (이미지 출처: Integra Sources LLC)

에너지 차익거래

전력 수요와 비용 사이에는 양의 상관관계가 있습니다. 에너지 가격은 피크 수요 기간에 상승하고 수요가 감소하면 하락합니다. 타임 시프팅이라는 별칭으로 불리는 에너지 차익 거래는 소비자가 배터리 스토리지 시스템을 사용하여 적용할 수 있는 것입니다.

소비자는 피크 시간이 아닐 때 배터리를 충전함으로써 저렴한 에너지를 구입하여 BESS에 저장할 수 있습니다. 그리고 전기 가격이 오를 때까지 기다렸다가 배터리를 방전시켜 저렴한 에너지를 사용하거나 그리드에 판매할 수 있습니다.

따라서 가정과 기업은 에너지 자원을 효과적으로 관리하여 비용을 절감할 수 있습니다.

부하관리

에너지는 하루 종일 그리고 계절에 따라 다르게 소비되며, 피크 시간과 오프 피크 시간이 있습니다. BESS를 사용하면 사용자는 이 기간 사이를 탐색하고 에너지 소비를 조정하여 전기 비용을 절약할 수 있습니다.

피크 쉐이빙은 부하 관리에서 가장 인기 있는 BESS 사용 사례 중 하나입니다. 이는 피크 기간의 전력 소비를 줄이는 것입니다. 이와 함께 소비자는 에너지 차익거래처럼 비용을 절약할 수 있습니다.

배터리 스토리지 솔루션은 전력망의 피크 부하를 방지하고 결과적으로 정전 및 기타 비상사태를 방지할 수 있습니다. BESS는 저장된 에너지를 방전시킴으로써 그리드에서 부하를 제거하고 중단 없이 전력을 공급합니다.

블랙 스타트

BESS는 정전 후 발전소와 전기 그리드의 신속한 복구를 지원합니다. 소비자는 디젤 발전기를 사용하는 대신 보다 저렴하고 친환경적인 블랙 스타트 솔루션인 배터리 스토리지 시스템을 사용할 수 있습니다. BESS는 그리드의 송전선과 독립적으로 작동하고 필요한 시간(분에서 시간 단위)동안 에너지를 공급할 수 있습니다.

전력 백업

BESS는 가정, 기업 및 기타 시설에 에너지를 공급하여 지속적인 운영을 보장할 수 있습니다. 이는 의료 기관과 국민의 건강 및 안전과 관련된 서비스를 제공하는 기타 조직에 매우 중요합니다. 스토리지 용량에 따라 BESS는 심각한 그리드 장애가 발생하더라도 필요한 만큼의 백업 전력을 공급할 수 있습니다.

주파수 및 전압 제어

전원 공급 장치가 실수요와 동기화되지 않으면 주파수와 전압이 작동 한계를 벗어날 수 있습니다. 이로 인해 정전과 블랙 아웃이 일어날 수 있습니다. BESS는 전압과 주파수의 조절을 통해 전력망 또는 전력 시스템의 안정성을 보장할 수 있습니다. 배터리 에너지 스토리지 시스템은 빠른 응답 시간으로 인해 효율적인 그리드 밸런싱 솔루션이 됩니다.

마이크로 그리드

이는 상업용 건물, 제조 공장 또는 더 큰 그리드에 연결될 때 이웃에 전기를 공급할 수 있는 작은 전기 그리드입니다. 자율 마이크로 그리드는 섬처럼 동떨어진 곳과 커뮤니티에 전력을 공급할 수 있습니다. BESS와 결합하고 재생 에너지와 통합할 경우, 마이크로 그리드는 여러 사용자에게 탄력적인 전력 시스템 역할을 할 수 있습니다.

그림 3: 마이크로 그리드는 섬처럼 동떨어진 곳과 커뮤니티를 위한 탄력적인 전력 시스템 역할을 할 수 있습니다. (이미지 출처: Integra Sources LLC)

송전 및 배전 연기

송전 및 배전(T&D)선은 최대 부하와 혼잡으로 인해 낡고 가치가 떨어지기 쉽습니다. 배터리 스토리지 솔루션은 T&D 자산의 역할을 수행하여 이 문제를 해결할 수 있습니다. BESS는 추가 스토리지 용량을 제공하고 부하 균형을 맞출 수 있으므로 기존 T&D 선의 업그레이드와 새로운 인프라 구축 시기를 늦출 수 있습니다. 이는 많은 돈을 절약함을 의미합니다.

BESS를 가장 잘 활용하는 분야는 무엇입니까?

BESS는 저렴한 기술에 의존합니다. 예를 들면 리튬 이온 배터리의 가격은 지난 10년간 거의 90%나 떨어졌으며 앞으로 더 떨어질 것입니다. 배터리 스토리지 솔루션은 스토리지 용량 및 크기를 포함한 광범위한 구성을 갖추어 다양한 산업 및 응용 분야에 적합합니다.

이러한 응용 분야는 전기공급자 측(FTM) 또는 유틸리티 스케일 시스템(소비 에너지는 전기 계량기로 측정됨)과 소비자 측(BTM) 또는 현장 솔루션(소비된 에너지는 그리드에 연결할 수 없으므로 전기 계량기로 측정됨)으로 나눌 수 있습니다. 다음은 FTM 및 BTM BESS의 응용 분야 목록입니다(완전하지는 않습니다).

전기공급자 측 응용 분야

배터리 에너지 스토리지 시스템은 유틸리티 규모의 시설과 장비의 운영 및 유지 보수에 크게 기여할 수 있습니다. BESS는 예비 용량 및 블랙 스타트 서비스를 제공하고 전압 및 주파수 안정성을 제공하며 유지 보수를 시기를 늦춰 비용을 절약할 수 있습니다. FTM BESS 응용 분야에는 다음이 포함됩니다.

• 유틸리티 그리드
• 변전소
• 송배전선
• 발전소

소비자 측 응용 분야

BTM 시스템은 전기 그리드를 우회하여 소비자에게 전력을 공급할 수 있습니다. 그린 에너지원과 함께 BESS는 독립형 전력 시스템 또는 마이크로 그리드를 지속적으로 지원할 수 있습니다. 제조업체는 배터리 스토리지를 전력 백업용으로 사용하여 생산 시설의 다운타임을 방지할 수 있습니다. BESS를 사용함으로써 기업과 가정은 에너지 타임 시프팅으로 전기 요금을 많이 절약할 수 있습니다. BTM 배터리 에너지 스토리지 시스템은 다음에서 확인할 수 있습니다.

• 산업 및 제조 시설
• 사업 분야
• 가정
• 전기 차량
• 해양 시스템

그림 4: BESS 응용 분야. (이미지 출처: Integra Sources LLC)

BESS 구축이 의미가 있나요?

짧게 답하자면 예, 그렇습니다. 길게 답하자면 약간의 설명이 필요합니다.

의심할 여지 없이 기성품 BESS를 구입하면 많은 시간, 가끔은 돈을 절약할 수 있습니다. 시스템에 대한 특별한 요구 사항이 없는 경우 시중에서 구입할 수 있는 많은 에너지 스토리지 제품 중에서 즉시 사용 가능한 솔루션을 선택할 수 있습니다. 하지만 소비자가 구매를 망설이는 몇 가지 이유가 있는데 예를 들면 다음과 같습니다.

• 비즈니스 틈새 수요와 운영 조건을 포함한 구체적인 고객 요구 사항
• 원하는 기능의 부재와 시스템 비용을 증가시키는 불필요한 기능
• 시스템의 불완전성과 지원 장비의 부족
• 저품질 소프트웨어
• 전무한 보증 및 유지보수

배터리 에너지 저장 시스템 구축은 시간, 비용 및 전문 지식이 필요한 지루한 과정일 수도 있습니다. 하지만 이를 통해 최종 사용자의 모든 요구사항을 완벽하게 충족하는 고도의 맞춤형 솔루션을 만들 수 있습니다.

맞춤형 BESS는 향상된 기능, 사용성, 안전 및 사이버 보안을 제공할 수 있습니다. 고급 BMS 알고리즘을 구현하여 배터리 성능을 향상시키고 배터리 수명을 연장할 수 있습니다. 맞춤형 솔루션을 개발은 최종 사용자 또는 BESS 제공자에게 필요한 기술 지원, 고객 관리 및 기타 서비스를 최적화합니다.

고품질 BESS를 설계하기 위해서는 배터리 기술, 전력 전자 부품, 내장형 소프트웨어 및 하드웨어 개발에 능한 전문가팀이 필요합니다. 설계부터 인증, 제조까지 제품을 만드는 각 단계를 조직화하고 조화시키는 것이 중요합니다. 관련 전문 지식과 경험을 갖춘 엔지니어를 고용하면 소비자의 기대치를 예상하는 본격적인 배터리 스토리지 시스템 구축에 도움이 됩니다.

그럼에도 불구하고, 맞춤형 제품은 확실한 해결책이 아닙니다. 맞춤형 BESS를 제작하는 것은 사례별로 고려해야 하며 일부 프로젝트의 경우 턴키 솔루션이 가장 효과적입니다. 맞춤형 BESS와 기성품 BESS에 대해 더 알고 싶으시다면 Integra Source LLC 블로그 페이지에서 배터리 에너지 스토리지 시스템에 대한 자세한 글을 참조하십시오. 또한 해당 글에서 독자들은 다양한 배터리 기술과 특성, 주요 BESS 제조업체, 대체 에너지 스토리지 시스템 및 기타 관련 세부 사항에 대하여 배울 수 있습니다.