[전력산업 패러다임 바꿀 에너지저장장치(ESS)]
KEPCO ESS 사업화 계획_ESS 사업, 창조경제 실현 앞당긴다

2020년 ESS 시장 규모는 약 29GW에 22조가 형성될 것으로 전망되고 있는 가운데 전력 피크 감소나 주파수 조정으로 안정적 전력수급 체계를 구축할 수 있고 정부에서 추진 중인 친환경 에너지타운 건설 토대를 마련할 수 있을 것으로 기대된다. 나아가 다양한 기술의 융합을 통한 창조경제 활성화에 기여한다. <한전 황우현 차장>

취재/정리 신아현 인턴기자(tls2246@hellot.net)


ESS 정의 및 용도

ESS(에너지저장시스템)은 전력을 AC(교류), DC(직류)로 자유롭게 변환해 저장(충전)했다가, 필요한 시기에 전력을 공급(방전)하여 다양한 용도로 쓸 수 있도록 에너지 효율을 높이는 장치를 말한다.
ESS를 이용하면 어떤 효과가 있는지에 초점을 맞추어 보면, ESS는 충전을 하면 전력수요나 전기요금을 낮출 수 있고, 방전을 하게 되면 전력수요나 전기요금이 올라가는, 상관관계가 성립된다.



ESS는 PCS(전력변환장치), 배터리, BMS(배터리관리시스템), PMS(ESS 운영시스템)로 구성된다. 정부에서 발표한 대로 ESS를 중소기업의 성장 모멘텀으로 해 신산업육성을 해야 한다고 하는데, 구성 요소는 4개밖에 안 되는데 어떻게 중소기업에게 기회를 줘서 신산업을 육성시킬지 큰 이슈였다.
그런데 자세히 들여다보면 단순히 PCS, 배터리만 있는 것이 아니다. 이 형태를 만들기 위해서는 중소기업들의 제품들이 40% 이상 들어가야만 완성 형태를 갖추게 된다.
그럼 ESS는 주로 무엇을 하는가? ESS는 생산된 전력을 저장했다가 필요할 때 쓰는 것이 기본 개념이다. 다음은 공급 시스템을 안정화하는 것인데, 우리나라 전체 전력 발전 설비, 즉 국가 전체에 전력을 공급하기 위한 발전설비는 현재 약 87GW 정도다. 그런데 피크가 항상 문제가 되는데, 예비 운전을 하는 것에 대비하고 있어야 하고 갑자기 고장 나는 것에 대비해야 하다 보면 사용량에 여유가 없다. 그럴 경우에 ESS를 이용하면 부하율을 개선할 수 있다.
ESS는 주파수 조정, 신재생에너지 출력안정, 피크 감소의 용도로도 쓰인다. 대부분이 전력을 저장하는 것부터 기능을 실행하게 된다. 주파수 조정이라고 하면, 발전을 할 때 ESS를 이용해서 주파수가 변화가 심해지고 부하가 많이 걸린다. 부하가 늘어나면 늘어난 만큼 발전기가 출력을 올리는 데 시간이 걸린다. 그럴 때 주파수가 떨어지는데, 그때 ESS를 이용하면 발전기가 불과 10초도 안 되는 시간에 ESS를 이용해서 조정할 수 있다는 대전제가 있다.
다음의 출력안정화는 풍력발전기의 용량이 늘어나면(대용량) 바람이 불 때나 해가 안 뜰 때 발전량 플럭션(Fluxion)이 생기게 된다. 발전량 플럭션이 생길 때마다 주파수나 전압이 변경되는데 ESS를 이용해 이 문제를 해결할 수 있다. 피크 감소도 심야에 ESS를 이용해 충전했다가 주간 피크가 높을 때 쓰면 피크를 줄일 수 있다. 




국내외 ESS 동향 및 정부 정책

2020년 ESS 시장 규모는 약 29GW에 22조가 형성될 것으로 전망되며, 주요 용도는 피크 감소용, 신재생 출력안정용, 주파수 조정용을 들 수 있다.
피크 감소와 관련해서는 앞에서 경제성이 없다고 했는데 가격이 하락할 수 있다는 전제를 했기 때문이며, 이 점에 주목할 필요가 있다.
해외를 보면, 많은 나라들이 ESS 설비를 운영, 실증하고 있으며 국가별로는 미국이 가장 활발하다. 미국이 유난히 많이 이유는 시장성을 좋게 보고 있기 때문이라고 볼 수 있다. 중국과 일본도 그 뒤를 쫓고 있으며 개발도상국들은 상대적으로 약하다. 배터리의 종류를 보면 리튬이나 납축전지, 플로 배터리가 있고 리튬이 상대적으로 많은 것을 알 수 있다.
국내를 보면, 주파수 조정과 관련해서 한전에서 추진하고 있고 피크 감소, 신재생 출력안정과 관련해 14개소에서 ESS 설비 운영 및 실증을 하고 있다.
수요관리 창출 방안에 대해서는 스마트 표준형 ESS를 도입하겠다는 정부 정책이 발표됐다. 전력 다소비 수용가에 ESS 설치, 시간대별 차등요금 개선, 신재생에너지 연계형 등 정부에서 정책적으로 백업하고 있다.


KEPCO의 ESS 주요 사업

KEPCO에서 추진하고 있는 주요 사업을 보면 첫 번째로 주파수 조정용 ESS 사업을 들 수 있는데, 한전에서는 주파수 60Hz 기준으로 해서 내려가면 올리고 올라가면 내리는 역할을 발전소 내지는 다이렉트 부하 조절을 하면서 조정하고 있다. 상시는 발전소에서 하는 형태로 하고 있지만 비상시의 주파수들은 변전소에서 차단하는 방법을 쓰고 있다.



주파수 조정이라는 것은 수요와 공급의 불일치로 생기는 주파수의 변화를 기준 주파수로 맞추는 행위여서 어떻게 보면 원시적인데, 이 부분을 ESS로 대체하는 것을 추진하고 있다. 전력회사 입장에서는 구입 전력비 절감이나 신성장동력 확보, 창조경제 시대의 신성장동력을 만들겠다는 전제가 있어 정부의 방안이 나온 이후에 내부적으로 팀을 짜서 진행을 하고 있다.
이와 관련해 2017년까지 F/R용으로 설비량 500MW의 ESS를 단계적으로 추진하게 되는데 전체적으로는 6,250억 규모이다. 이를 위한 시범사업이 추진 중인데, 올해 최종 발표한 것은 52MW이고 지역별로 검토한 결과 2개 변전소에 설치할 예정이다.
주파수 조정용 ESS 사업 추진에서 얻을 수 있는 기대 효과는 연평균 3,200억 원의 전력 구입 절감을 할 수 있고 기업에게는 트랙 레코드(Track Record)의 확보로 해외시장 진출 기반을 마련할 수 있다.
또 ESS의 빠른 응동 특성으로 주파수 유지 최적화 등 계통 안정도도 향상된다. 이외에도 신규 전력설비 투자 회피로 인한 국가 전체의 편익 발생과 미래 신성장동력 확보 및 창조경제 기반 조성에도 기여할 수 있을 것으로 보고 있다.
한전에서는 주파수 조정용 외에도 제주에서의 실증을 토대로 스마트그리드 스테이션을 개발했는데, 단순하게는 지능형 콘센트를 이용해 대기전력을 차단하지만, 메인 운용 시스템과 연결하면 시간대별로 컨트롤을 할 수 있다. 물론 스마트폰을 이용해 원격으로도 가능하다. 조명과 건물 내 공조도 마찬가지다. 당연히 풍력이나 태양광 같은 신재생에너지원과도 연결할 수 있다. 그리고 층별로 분전반을 모형 CT를 써서 회로별로 정보를 읽어올 수도 있다.
스마트그리드 스테이션은 올해의 전체적인 사업 계획이 확정됐는데, 29개의 사옥에 스마트그리드 스테이션을 연말까지 설치할 계획이고, 내년에는 90개 사옥에 설치할 것이다. 그래서 총 119개를 설치하는데, 투자 금액은 262억 원 정도가 든다.
또 하나는 내년부터 진행하게 될 스마트그리드 확산사업을 들 수 있는데, 이 사업은 그동안 정부 주도로 진행되어 왔다. 사업 계획을 하면서 제일 고민했던 것은 BCR이었다. 일단 투자자의 수익이 들어와야 투자를 할 수 있으니까. 이것 역시 석 달 여에 걸쳐 계획을 세웠고 타당성 심사에 들어가 있다. 결과가 나오면 우리 회사에서 참여하는 컨소시엄은 약 1,580억 규모가 된다. 이 역시 비즈니스 모델의 주 포인트는 역시 ESS를 이용하는 것이다. 계산해 본 바에 의하면, 물론 이제 전기 자동차나 V2G는 아직 시장이 무르익지 않고 기업들이 개발 진행 속도가 빠르지 않기 때문에 BCR이 저조하게 나온다.
반면 ESS 같은 경우는 상당히 많은 분야에 할애를 했는데, 한전 같은 경우 8개 지자체가 참여하고 있다. 지난 5년 동안 제주에서 실증을 했고 정부가 확산사업으로 확대하려고 준비를 하고 있는데, 그 의미는 제주에서 했던 내용들이 8개 지자체 지역에서 뿌리를 내리고, 뿌리를 내린 곳이 BCR이 약 1.92 정도가 나오는데 전기요금이 올라갈수록 BCR은 높아진다. 1.92가 되면 BCR을 이용해 나온 여력으로 지역 단위로 재투자가 가능해진다는 것은 굉장히 중요한 의미를 가진다. 지역 단위에서 생태계가 조성이 돼서 사업들이 유기적으로 돌아갈 수 있는 틀이 갖춰질 것으로 계획을 세웠다.



다음으로 신재생에너지 출력안정화인데, 신재생은 입지 조건이 풍력발전이 있는 곳이어야 한다. 그래서 경북 혁신도시나 강릉 지역의 비중이 크고 제주도도 마찬가지이다. 그 다음에 ESS 중에서 대용량으로 해서 부하평준화에 초점을 맞추고 2011년도에 제주도 조천 변전소에 들어갔다. 당시는 FR용 개념은 포함이 안 됐고 주로 피크와 수요관리 중심의 내용이었다. FR용도 고안을 해서 올 8월까지 연장을 해서 테스트하고 있는 중이다.
마지막은 해상풍력 연계 송전급 ESS 운영기술 개발인데, 영광 앞바다 쪽에 대규모 해상풍력을 만들어 진행하고 있다. 대규모 해상풍력의 건설로 계통이 불안정해지므로 출력 조절용에 대응하는 만드는 것이 진행되고 있다.


창조경제 실현 기대 효과

그러면 ESS를 통해서 어떤 효과가 있을까?
전력 피크 감소나 주파수 조정으로 안정적 전력수급 체계를 구축할 수 있고 정부에서 추진 중인 친환경 에너지타운 건설 토대를 마련할 수 있다. 나아가 다양한 기술의 융합을 통한 창조경제 활성화에 기여한다. 
친환경 에너지타운의 경우에도 정부는 환경 문제가 대두되는 상황에서 추진을 하지 않을 수 없다.
ESS의 콘셉트는 정부, KEPCO, 소비자, 기업 4개의 스테이크 홀더(Stake Holder)가 모두 만족하는 형태로 해야 하는데, 이 사항은 그동안 스마트그리드 스테이션이나, 앞으로 가려는 확산사업 등을 통해서 만족도에 대한 공통분모는 찾아냈기 때문에 앞으로 사업이 빠르게 진행될 것으로 생각한다.