신재생에너지의 약점 보완하는 에너지저장시스템
독일 카를수르에대학 Gutsch 박사 실증 연구

에너지 저장 시스템은 에너지 전환에 있어 중요한 기술 중 하나다. 에너지 저장 시스템은 태양광발전이나 풍력발전과 같은 신재생에너지를 통해 얻는 전기를 저장했다가 필요한 순간에 이를 활용할 수 있게 한다.

독일 카를수르에대학 Competence E project 담당자인 Andreas Gutsch 박사는 "리튬 이온을 기반으로 하는 고성능 배터리는 이미 그리드에 적용되고 있다"고 설명했다. 리튬이온 배터리로 구성된 고정형 에너지 저장 시스템(Stationary Storage Systems)은 태양발전이나 풍력발전을 통해 얻은 전기를 저장했다가 그리드에 필요할 때 다시 전기를 내보낼 수 있는 시스템이다. Gutsch 박사는 "적절하게 활용한다면 이 배터리는 지금보다 더 높은 수준에서 부하(Load) 및 전력 생산 피크 간의 균형을 맞출 수 있을 것이다. 즉 경제성을 갖출 수 있다는 말"이라고 덧붙였다.

Competence E project는 현재 리튬이온 배터리, 태양광발전소, 풍력발전소를 연계하는 파일럿 시스템을 개발 중이다. 연구진은 어떻게 그리드상에서 피크 로드Load Peaks의 균형이 이뤄지며, 어떻게 미래 독립 네트워크에 의해 재생 가능한 전기가 공급될 수 있는지를 보여주기 위해 파일럿 규모의 태양광발전 설비, 풍력발전 설비, 리튬 이온 배터리 및 관련 전력전자 장치를 설치했다. 2년이 넘는 개발 단계를 통해 전 세계 배터리들의 선별 작업을 했다. Gutsch 박사 연구팀은 이 같은 작업을 통해 리튬이온 전지가 고정식 저장 시스템에 적합하다는 것을 알게 됐다.

배터리 외에 고정형 에너지 저장 시스템의 중요한 요소는 2시간 만에 배터리를 충전하고 전기를 다시 내보낼 수 있는 개선된 전력 전자 기술이다. 이는 고정형 저장 시스템이 피크 부하의 균형을 유지하기 위해 중간 저장 시스템으로도 활용될 수 있다는 것이다. 전기 사용이 그리 많지 않는 시간대에는 태양발전 및 풍력발전에서 얻어진 전기를 배터리에 공급한다. 그리고 피크 부하 시에는 태양광발전 시스템, 풍력발전기, 배터리에서 그리드로 에너지를 내보낸다. 특히 야간에 전기를 내보내는 것은 경제적인 면에서 중요하다. 이는 태양광발전과 같이 주간에만 사용 가능한 에너지원들을 야간에 이용할 수 없기 때문에 배터리 시스템을 통해 오후 내내 충전했다가 야간 내내 사용할 수 있도록 만들기 때문이다.

Gutsch 박사는 "태양전지, 풍력발전기, 저장 시스템, 그리드 간의 상호관계를 제어하는 것이 가장 어려운 단계"라며 "시스템을 제어한다는 것은 다양한 가동 상태에서 정확하고 신뢰성 있게 이들의 관계를 상호 조절하는 것"이이라고 말한다. 이러한 제어가 가능해야만 리튬이온 배터리의 오랜 수명 및 성능을 보장할 수 있고, 전제 시스템의 경제적 효율도 제고할 수 있다. Gutsch 박사는 "충분한 배터리 지식을 갖고 이러한 시스템을 하루 24시간, 1년 365일 통제할 수 있어야 한다. 그렇게 된다면 경제적인 효율과 안전 운영을 보증할 수 있다"고 강조했다.