안녕하세요 아이티 박사 호입니다.

오늘은 ESS에 대해서 알아보겠습니다.

ESS는?



ESS(Energy Storage System, 에너지 저장 시스템)은 전기에너지를 화학적·물리적 형태로 저장했다가 필요할 때 방출해 전력 품질을 개선하고, 재생에너지 변동성을 보완하며, 전력 수요 피크를 완화하는 핵심 기술이에요. 주요 기술을 크게 분류해 보면 다음과 같습니다.


쉽게 설명하면 남아도는 전기 에너지를 어떠한 방식으로든 나중에 쓸 수 있도록 보관하는 방법이라고 생각하시면 됩니다.

엥? 전기 보관이 어렵나? 라고 생각하실 수 있지만 생각보다 전기 에너지는 오랫동안 보관이 어렵습니다.

방전이 되기도하고 그래서 수요와 공급이 잘 맞아야 하는 사업이기도 합니다.

만약에 수요와 공급이 무너지기라도 하면 이전에 이베리아반도 대정전 스페인 대정전 처럼 전쟁 만큼 무서운 대정전 사태가 일어날 수 있습니다.

여기서 한가지 의문이 생깁니다. 그럼 베터리에 저장 하면 되는거 아냐? 라고 하실 수 있지만 아전에 설명 처럼 방전이라는 손실이 있고 많은 량의 전기를 충전해 놓기가 물리적으로 지금 기술력으로는 한계가 있습니다. 그래서 다양한 방법으로 많은 과학자 분들이 배터리 기술 그리고 위치에너지로 변환하여 저장하는 기술 열에너지로 변환해서 저장하는 기술 등 다양한 방법으로 연구중에 있습니다.

자세한 내용은 아래에 정리를 해두었습니다.


1. 화학적 저장 기술

1-1. 리튬이온 배터리

원리: 양극(리튬 금속 산화물)과 음극(흑연) 사이를 리튬 이온이 이동하며 충·방전

장점: 에너지 밀도 높음, 효율(80–95%) 우수, 응답 속도 빠름

단점: 수명 제한(수백~수천 사이클), 열 관리 필요, 원료(코발트·니켈) 비용


1-2. 레독스 흐름 배터리(Redox Flow Battery)

원리: 양·음극 전해액을 탱크에 저장하고 필요 시 펌프로 순환시켜 전기화학 반응

장점: 수명 길고(수만 사이클), 대용량 확장 용이, 설계 유연성

단점: 에너지 밀도 낮음, 시스템 복잡도↑, 초기 비용 높음


1-3. 납축전지(Lead–acid)

원리: 납(Pb) 전극과 황산 전해액에서 화학 반응

장점: 검증된 기술, 저비용

단점: 무겁고 에너지 밀도 낮음, 수명 짧음


2. 물리적 저장 기술

2-1. 수소 저장 (Power-to-Gas)

원리: 전기로 물을 전기분해해 수소 생산 → 저장 후 연료전지로 전환

장점: 장기·대용량 저장, 장거리 운송 가능

단점: 효율(30–40%) 낮음, 인프라 구축 비용


2-2. 압축공기 저장(CAES)

원리: 잉여 전력으로 공기를 압축해 지하 동굴 등에 저장 → 발전 시 팽창 터빈 구동

장점: 대규모 저장 가능, 부지 한정적이지만 긴 수명

단점: 저장 효율(50–70%) 보완 필요, 부지·지질 조건


2-3. 중력식 저장(예: 중력 기반 배터리)

원리: 잉여 전력으로 무거운 물체를 들어올리고, 방전 시 낙하시켜 발전기 돌림


장점: 간단한 구조, 긴 수명, 환경 부담 작음


단점: 에너지 밀도 낮고 설치 공간 필요


3. 시스템 구성 요소

BMS(Battery Management System)

셀·팩 전압·온도 감시 및 균형 제어

안전 보호(과충전·과방전 차단)

PCS(Power Conversion System)

직류(DC) ↔ 교류(AC) 변환

계통 연계 시 전력 품질(고조파 억제, 동기화) 보장

EMS(Energy Management System)

충·방전 스케줄링, 예측(수요·가격·태양·풍력 발전량)

수익 최적화(전력 거래, 피크 절감)

열 관리 시스템

배터리 작동 온도 유지(냉각·난방)

수명 연장 및 안전 확보


4. 주요 적용 분야

전력 계통 연계: 재생에너지(태양광·풍력) 불규칙 보완, 주파수·전압 조정

피크 절감(Peak Shaving): 전력 소비 급증 시 축전된 전력 방출해 요금 절감

무정전 전원공급(UPS): 데이터센터·병원 등 중요 설비 백업

마이크로그리드: 독립형 소규모 전력망 안정 운용

전기차 충전소: 충전 수요 집중 완화, 전력망 부하 관리



5. 도전 과제 및 전망

비용 절감: kWh당 설치비용 낮추기(리튬 가격 하락, 제조 공정 개선)

안전성 강화: 화재·폭발 위험 제어, 고체 전해질 등 대체 소재

수명 연장: 고속 충·방전·잔류 용량 유지 기술

친환경 소재: 코발트·니켈 저감, 재활용 프로세스 확립

통합 솔루션: EMS 고도화·AI 기반 예측 제어로 경제성 극대화