[한국] 한국전력, 신재생에너지 간헐성 극복 위해 하이브리드형 ESS 개발한다

참석자들이 세계 최대 MW급 주파수 조정용 슈퍼커패시터 계통연계 시스템 준공식에서 기념 촬영을 하고 있다. [사진제공 = 한국전력]

한국전력(대표이사 사장 정승일)이 신재생에너지 간헐성[1] 극복을 위해 하이브리드형 ESS를 개발한다고 24일 밝혔다.

신재생에너지의 간헐성을 극복하기 위해 주파수 조정용 ESS를 단독으로 사용할 경우, 잦은 주파수 변동으로 충·방전 횟수가 증가해 배터리 화재와 수명 단축 등의 문제가 발생한다. 이를 해결하기 위해 다양한 설치환경에 적합한 하이브리드 형태의 ESS 개발이 요구된다.

이에 한국전력 전력연구원과 비나텍은 2021년부터 하이브리드 ESS에 적용되는 MW급 주파수 조정용 슈퍼커패시터[2]의 경제적인 모델 개발을 목적으로 ‘MW급 고용량 슈퍼커패시터 시스템 개발 및 실증’ 연구과제를 진행하고 있다.

각 기관은 2023년 12월까지 △MW급 장수명·고용량 슈퍼캡 개발 △슈퍼캡-배터리 하이브리드 ESS 기반 구축 및 운영 기술 개발 △2.4억원/MW 이하의 경제적 슈퍼캡 모델 확보 등 과제를 수행한다.

슈퍼커패시터[3]는 15년 이상 장기 사용할 수 있고 유지비용이 적어 다른 단주기 ESS보다 유지보수 측면에서 유리해, 배터리와 협조 운전을 통해 역무를 분담함으로써 배터리의 수명을 대폭 연장하고 전기 품질을 향상할 수 있다.

슈퍼커패시터와 배터리의 협조 운전을 실제 계통에 실증하는 기술은 선진국에서 시도됐으나, 아직 실증단계까지는 도달하지 못했다. 한전 전력연구원에서는 100kW급 그래핀 슈퍼커패시터[4] 기술 개발 경험을 바탕으로 계통연계 시스템의 경제적인 사업화 모델을 추진 중이다.

또한 2023년까지 슈퍼커패시터의 에너지 밀도를 2배 이상 향상해 30초 이상 MW급 출력을 낼 수 있는 고용량 시스템을 개발할 예정이다. 또한 사업화 모델을 확보해 한전의 기술적 우위와 다양한 수요 기반을 바탕으로 세계 시장 선점을 위한 전략적 아이템으로 활용할 계획이다.

사업의 연장선상으로 한전은 5월 23일 전북 고창 전력시험센터에서 MW급 슈퍼커패시터 계통연계 시스템을 구축하고, 주파수 조정용 하이브리드 ESS의 계통 적용을 위한 실증시스템 준공식을 개최했다.

준공식에는 김숙철 한전 기술혁신본부장, 신원식 전라북도 정무부지사, 이철휴 한전 계통계획처장, 이중호 한전 전력연구원장, 성도경 비나텍 대표이사 등 30여 명이 참석했다. 행사 참여기관은 △한전 △전라북도 △비나텍 △인텍이다.

한전 전력연구원 담당자는 “대용량 MW급 슈퍼커패시터-ESS 하이브리드 설계 및 운영 기술이 향후 에너지 시장에서 신재생에너지의 간헐성을 보완해 탄소중립을 실현하는 중요한 한 축으로 자리매김할 수 있기를 희망한다”고 말했다.

[1] 기상 조건에 따른 발전량 변동

[2] 1MW 주파수 조정용 슈퍼커패시터 협조 운전 시스템 기술: 변전소에 설치가 가능한 MW급의 고용량 슈퍼커패시터 시스템 개발 및 실증 연구를 2021년부터 진행 중이다. 2023년까지 단가 2.4억원/MW를 목표로 슈퍼커패시터 뱅크를 개발할 예정이며, 이번에 준공된 시스템은 배터리와의 경제적 협조 운전 전략을 수립하기 위해 고출력뱅크(15초)를 설치했다.

[3] 슈퍼커패시터(super capacitor)는 전력을 정전기 형태로 저장하는 기술로, 배터리의 화학반응으로 저장하는 방식과 구별되며 화학반응이 없어서 매우 빠른 충·방전이 가능하고, 50만 회 이상의 장수명을 갖는 장점이 있다.

[4] 한전 그래핀 슈퍼커패시터 기술: 전력연구원은 슈퍼커패시터의 단점인 낮은 전력 저장량을 개선해 기존 대비 전력 저장량 밀도를 5배 이상 향상한 4000F 그래핀 슈퍼커패시터 단위 셀을 2019년 개발했다. 이는 380셀을 직렬로 연결해 100kW 주파수 조정용 뱅크를 제작하고 2020년 1월부터 현재까지 장기 실증을 진행 중이다.

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