[전력산업 패러다임 바꿀 에너지저장장치(ESS)]
EESS의 정의와 표준화 동향_신재생에너지 활용도 제고&전력공급시스템 안정화에 기여

국내의 EESS 보급 정책 추진 현황을 보면 한국스마트그리드사업단과 에너지관리공단에서 추진하는 제1차 지능형 전력망 기본계획에서 2016년까지 EESS 200MWh 보급 목표를 세우고 있다. 2013년 예비타당성 조사를 통과해 올해 추진 예정이다.
<전기연구원 김응상 센터장>

취재/정리 신아현 인턴기자(tls2246@hellot.net)


전기에너지저장시스템 개요

전기에너지저장시스템(Electrical Energy Storage System, EESS)은 전기에너지를 적게 사용할 때 저장하고 필요할 때 공급함으로써 에너지의 이용 효율 향상과 신재생에너지의 활용도 제고 및 전력공급시스템의 안정화에 기여한다.
▶EESS의 기능
·전력 공급자 : Load leveling, Frequency Regulator, 신재생에너지 출력완충 등 전기품질 향상
·전력 사용자 : 기본요금 및 피크 전력 삭감, 시간대별 요금차 이용, 비상전원으로 활용
·정부 및 사회 : 에너지 효율 향상, 신재생에너지 활용도 향상, 전력공급 시스템 안정화



(1) 납축전지
납축전지는 정극(PbO2), 부극(Pb) 및 전해질(황산)을 이용한 전지로 150년의 역사를 지닌 상온 작동 전지로서, 가격적으로 장점이 있기 때문에 대용량 전력저장장치에 많은 실증이 이루어지고 있으나 낮은 충방전 성능 및 낮은 에너지 밀도가 문제가 되고 있다. MW~100kW급의 대용량 시스템의 실적이 있으나 전기자동차에서는 저에너지 밀도로 사용이 난이하다. 
(2) 리튬이온전지
전세계 ESS용 리튬이온 배터리 시장은 현재 6천억 원 수준에서 2020년 약 12조 원 수준으로 연평균 35% 이상의 폭발적인 성장세를 이어갈 것으로 예상되고 있다. 리튬이온전지(Lithium-ion battery, Li-ion battery)는 이차전지의 일종으로서 방전 과정에서 리튬이온이 음극에서 양극으로 이동한다. 충전 시에는 리튬이온이 양극에서 음극으로 다시 이동하여 제자리를 찾게 되는 충전 및 재사용이 가능하다. 리튬이온전지는 고에너지 밀도가 특징이 하드카본을 부극으로 사용해 흑연을 사용한 것에 비해 우수하고 수천 사이클 이상을 달성한다. 또 자기 방전율이 3~5%/월 이하로 작아 니켈카드뮴이나 니켈수소전지의 1/2 이하다. 사용 온도의 범위 또한 넓어 방전에서는 -20℃에서 +60℃의 범위를 지닌다.
(3) 레독스 플로(Redox Flow) 전지
레독스 플로 전지란 reduction(환원), oxdaition(산화), flow(흐름)의 단어를 합성한 것으로 가수(假數)가 변화하는 금속 이온을 가진 수용성 전해액을 탱크에 저장하고 그 전해액을 펌프로 셀이라고 불리는 부분에 송액하여 충방전하는 전지를 말한다.
양극과 음극의 전해액으로서 바나듐 등 금속 이온을 용해시킨 산성 수용액을 이용하여 양극과 음극의 전해액은 각각의 탱크에 저장되어 전지 셀로 송액 순환한다. 레독스 플로 전지의 특성은 전지 반응이 바나듐 이온의 원자가 변화에 의존하기 때문에 수명이 길다(12,000회 충방전 가능). 셀과 탱크부를 분리할 수 있어 설치 장소에 적합하게 제작할 수 있는 것도 장점이다. 한편 펌프, 냉각장치 등의 가동 부분이 필요하기 때문에 보수유지가 필요하며 바나듐 이온 멤브레인의 교환이 필요하다.
(4) NaS 전지
NaS 전지는 음극으로서 나트륨, 양극으로서 유황을 사용하고 전해질로서 베타알루미나 세라믹스(나트륨 이온 전도성을 가진 고체 전해질)를 사용하고 있다. 전지의 충방전은 300℃ 부근에서 가능한 고온형 전지이다. NaS 전지의 특성은 모듈의 출력과 용량이 크기 때문에 비교적 전력저장시스템에 적합하며 높은 에너지 밀도를 지녔다. 5,000회의 충방전이 가능한 긴 사이클 수명과 고충방전 효율에 자기 방전이 없기 때문에 효율적으로 전기를 저장할 수 있다.


EESS 정책과 표준화 동향 

각국의 EESS 정책을 비교하면, 우리나라는 2012년 7월 공공 부문의 우선 설치와 상가 건물 등 민간 부문은 점진적으로 보급을 확대해 간다는 내용의 대용량 전기에너지저장장치 보급 촉진 방안을 발표했다. 이어 2013년 8월에는 창조경제시대의 ICT 기반 에너지 수요관리 신시장 창출 방안을 발표하고 EESS의 설치 의무화를 추진 중이다.



보급 정책 추진 현황을 보면 한국스마트그리드사업단과 에너지관리공단에서 추진하는 제1차 지능형 전력망 기본계획에서 2016년까지 EESS 200MWh 보급 목표를 세우고 있다. 2013년 예비타당성 조사를 통과해 올해 추진 예정이다. 
일본은 250kW 이상 EESS의 초기설치비를 3분의 1 수준의 보조금을 지원하는 정책을 세우고 공공성이 강한 시민회관과 학교, 정부기관 등에 우선적으로 EESS의 보급을 추진하고 있다. 미국의 경우도 캘리포니아 주에서 EESS 설치 의무화 법안을 제정했으며 공공기관(ARPA-E, EPRI 등), 벤처 기업, 대형 전력회사를 중심으로 기술개발 및 실증을 진행 중이다. 유럽 역시 2020년까지 유럽 내에 390GW 규모로 설치하는 것으로 목표로 추진 중이며 중국의 경우도 국영 기업 주도형의 프로젝트를 추진하고 있으며 LIB 비중이 점진적으로 증가하는 추세다.
한편 국내의 EESS 표준화 현황을 살펴보면, 산업통상자원부 국가기술표준원의 지원과 관리하에 스마트그리드협회에 스마트그리드 표준화 포럼에 있는 분산전원 도메인 위원회에서 태양광, 풍력, 연료전지 및 전력저장에 대한 표준화 업무를 수행하고 있다. 국내 표준으로는 국가기술표준원이 IEC/ISO 등 국제 표준을 참고 표준으로 해 국내 표준을 확장한다는 계획이다.
전기에너지저장시스템 성능 시험은 KERI 창원 고전압 시험실에서 2차 전지에 대한 공인 성능시험을 수행 중이며 EESS용 변환장치에 대해서는 기존 태양광 시험설비를 활용하고 있다. EESS용 2차 전지 기술 기준에 대해서는 전지협회 주관으로 작성하며 변환장치 및 시스템은 지능형전력망협회가 주도하고 있다. 현재 EESS 고효율 기기 지정은 전지는 한국전지산업협회에서, 변환장치는 에너지관리공단에서 하고 있다.