ESS 배터리

ESS 배터리

 

1) ESS 란?

ESS(Energy Storage System) :리튬이온전지와 같은 기존의 중소형 2차 전지를 대형화하거나 기타 방식으로 대규모 전력을 저장하는 시스템. 즉, 생산된 전력을 저장장치(배터리 등)에 저장하였다가 필요한 시기에 공급하여 에너지 효율성을 높이는 시스템 또는 장치라고 할 수 있다.

ESS(에너지 저장 시스템)은 전력을 저장하여 필요할 때 사용함으로써 전력이용효율을 높이고 고품질의 전력을 공급하는 장치이다. 즉, 발전소에서 생산한 전력을 대형 22차 전지에 저장하였다가 필요시에 전송하여 에너지 효율을 높이는 시스템이다.  ESS는 전력 수요가 가장 낮을 때 에너지를 저장하였다가 수요가 가장 높은 시점 또는 과부하 시점에 공급함으로써 전력 품질을 높이고 에너지 효율을 극대화한다. ESS기술로 우리는 전력이 충분할 때 남는 전기를 저장했다가 전기가 필요한 시점에 사용할 수 있다. 전력 사용량이 적은 봄철과 가을철 미리 전력을 저장해 두고, 전력 사용량이 많은 여름철과 겨울철에 저장했던 전력을 사용한다면 최대 전력 공급량을 낮출 수 있는 것이다. 또한 일과 중에도 전력사용량이 적고 사용료가 상대적으로 저렴한 저녁 시간에 남는 전기를 저장하였다가, 전력 사용량이 많고 사용료가 상대적으로 비싼 낮 시간에 사용하는 것도 좋은 방법이 될 수 있다.

ESS는 안정적이고 효율적인 전력수급체계 구축을 위한 효과적인 수단으로 국내외에서 주목받고 있다. 안정적인 전력수급체계 구축을 위한 효과적인 수단으로 막대한 시장 잠재력이 가지고 있어 새로운 성장 동력으로 주목받고 있다. 주요 선진국은 기술개발 지원과 함께 정부 예산으로 에너지 저장 시스템 실증사업을 추진하고 보조금 지급, 세금 감면 및 의무화 등을 실시하고 있다.

 

2) 구성 요소

배터리(Battery)

BMS(Battery Management System)

PMS(Power Management System)

PCS(Power Conditioner System)로 구성된다고 할 수 있다.

 

ESS의 구성(출처: 아이앤아이알앤씨)

(1) 배터리

PCS로부터 받은 전기에너지를 직류(DC)저장(충전)하거나, 저장되어있는 전기에너지를 계통에 출력(방전)하는 동작을 수행할 수 있는 장치를 의미한다..

 

(2) BMS(Battery Management System) 

배터리의 전류, 전압, 온도 등 실시간 데이터를 저장하고, 저장용량을 계산하여, 배터리의 용량 및 수명을 예측하는 등 배터리의 상태 및 동작을 감시하는 것으로 PCS, PMS와 통신하여 정보를 교환하는 장치이다.

 

(3) PMS (Power Management System) 또는 EMS

에너지 저장장치 내에서의 에너지 소비를 감시하고 규제하며, 전력사용을 예측하여 필요한 조정을 할 수 있는 기능 등의 전력을 관리하는 시스템으로 전력 변환장치(PCS)와(PCS) 배터리 주변기기의 정보를 제공받아 에너지 저장장치로 실시간 모니터링이 가능하여 애플리케이션의 연산 결과를 반영, 배터리관리장치(BMS)배터리 관리 장치(BMS)에 지시 및 관리하는 장치다.

 

(4) PCS(전력변환장치PCS(전력 변환장치, Power Conditioner System)

배터리에 저장된 전기에너지를 상용의 전압, 주파수를 가진 전력으로 바꾸어주거나(방전), 또는 그 반대로 성용의 전원, 주파수를 가진 전력을 직류(DC)로 변환하여 배터리를 충전하는 동작을 수행하는 장치이다.

 

기자재	설 명
PCS	전지에 전력을 충전하거나 계통으로 전력을 공급하는 전력변환장치
배터리	PCS에 의해 전력을 저장하고 저장된 전력을 공급하는 이차전지 장치
BMS	전지의 상태와 전위차를 안정화하고, 과충전 또는 과방전시 전지를 보호하는 등 전지를 관리하는 시스템
PMS	PCS와 BMS를 직접 통신하여 충·방전 전력량을 제어하고 시스템과 연계된 보호계전기 등과 보호협조 기능을 수행하는 전력관리시스템
EMS	에너지를 효율적으로 관리하기 위해 다수의 PMS 또는 원격지에서 설비를 제어하거나 상위제어기(예, SCADA)를 통해 다른 시스템과 상호 동작할 수 있는 통합 에너지관리시스템
전기설비	ESS 시스템을 계통에 연결하는 변압기, 차단기, 보호계전기, 전력량계, 접지 및 통신 등의 기자재
공조설비	전지의 수명과 성능을 안정적으로 유지하기 위한 항온항습설비
소방설비	ESS 설비의 사고를 대비한 CO2 또는 하론 등의 설비

 

3) ESS 배터리

(1) 이차전지

배터리는 일차전지와 이차전지로 나누어진다. 일차전지는 한 번만 사용하는 전지로 공해문제를 유발한다. 이차전지는 전기화학반응을 이용해 충전과 방전을 연속적으로 반복함으로써 반영구적으로 사용할 수 있는 화학전지다.

 

용도	특성
IT 제품	현재 리튬이차전지의 대표적인 사용처 장시간 연속 사용과 소형 및 경량화 이슈
자동차	하이브리드 자동차, 전기자동차 등 친환경 자동차에 탑재 고출력(노트북 전지의 50배 이상), 내구성(15년 이상), 안정성(폭발위험 해소)가 필수 요건
에너지 저장	풍력, 태양광 발전 등으로 생산한 전력을 저장 고정형으로 자동차처럼 엄격한 조건 불필요

 

[TIP 오래 동안 사용하기 위해 알아두어야 할 사항] 1) 전지를 사용한 다음 빨리 충전해야 한다. 사용하지 않고 보관해 둘 때에는 40∼60%정도 충전한 상태로 습도가 낮은 곳에 두는 것이 좋다. 2) 완전히 방전될 때까지 사용해서는 안 된다. 완전히 방전된 상태로 되면 충전 시간이 매우 길어지거나 더 이상 충전이 되지 않는다. 3) 제조 일자를 확인하여 제조일로부터 경과 시일이 짧은 것을 사도록 한다. 미리 사 두는 것은 좋은 방법이 아니다. 4) 높은 온도에 두지 않도록 한다. 높은 온도에서는 수명이 급격하게 짧아진다.

 

국내 이차전지 산업은 LG화학, 삼성SDI삼성 SDI와 중소·벤처기업 및 소재 및 장비산업 등 업체로 구성되어 있으며, 삼성SDI와 LG화학은 일차전지 생산 경험이 없는 토대에서 리튬 이차전지에 집중하여 전지산업에 성공적으로 진입하였다.

국내 IT기기용 이차전지 시장은 생산과 소비 측면에서 리튬이온 이차전지가 절대적 비중을 차지하고 있으며 IT 기기용 이차전지 생산은 리튬이온이 리튬이온 폴리머에 비해 8배 이상 많이 생산되고 있다.

 

4) 가정용 ESS와 가격

가정용 ESSESS 시장은 태양광과 연계해 사용하는 것이 보편적인데, ESS만 단독으로 설치해 심야 전기를 충전해 피크타임에 사용하거나 전력이 불안한 일부 지역에서 비상용으로 설치하기도 한다. 가정용 시장은 선진국의 높은 전기요금과 보조금 혜택을 바탕으로 자가소비 수요가 증가하고 있다. 

국내 기업들이 해외의 가정용 ESS 시장에 진출하고 있지만 국내에서는 산업용과 달리 가정용 ESS 분야 성장이 더디다. 기존의 가정용 ESS는 설치자가 태양광 인버터와 PCS, 배터리를 따로 구매해 설치해야 해 번거롭고 가격 부담도 컸다. 현재 전 세계적으로 가정용 ESS를 확대하고자 정부에서 보조금을 지원하는 등 보급 확대에 나서는 추세다.

그러나 우리 정부는 이 같은 추세를 따라가지 못하고 있다. 산업용 등 대용량 ESS 지원만 있을 뿐 가정용 ESS에 대한 지원은 미미하다. 이 때문에 국내 ESS 생산업체들은 신제품을 개발하고도 국내에 출시하지 않고 외국으로 수출하고 있다. 5㎾h급 ESS의 가격이 300만 원 선이기 때문에 국내 시장에서는 구매자가 없다는 판단이다.

 

최근에는 소형화된 산업용 ESS도 눈에 띄게 늘고 있으며 소비자의 문턱을 낮추기 위한 렌털 서비스 등 다양한 비즈니스 전략이 나오고 있다. 이는 미래 에너지산업의 패러다임 변화와 밀접한 관계를 맺고 있으며 향후 글로벌 ESS 시장의 폭발적인 확대를 전망케 한다.

(출처: KB 지식비타민)

 

5) 주요 이슈(feat. 화재)

 

국내 전기차 등록대수가 약 1414만 대에 이르는 상황에서 화재가 잦고 인명사고까지 일어나 안전대책 마련이 시급한 상황이다. 사고 원인으로 설치 작업자 부주의·시공 불량, 필수 보호 연결 장치 누락, 배터리 시스템 결함 등이 있을 수 있다. 그중 발화 요인은 전기적 요인이 58.0%로 가장 많은 것으로 나타나고 대표적인 전기차 '코나'는 2018년 출시 이후 국내 11건, 해외 4건 등 총 15건의 화재가 발생했다. 

전기차 배터리는 셀과 모듈, 그리고 팩으로 구성되어 있는데 전기차의 화재원인으로 셀이 지목받고 있으며 셀의 분리막 손상으로 인하여 발생된다고 알려져 있다. 

 

6) 주요 업체 (ESS 관련주)

 

(1) 삼성 SDI

삼성 SDI는

그동안 스마트폰, 전동공구용 등으로 주로 쓰이는 소형 배터리 매출 비중이 컸으나, 최근에는 ESS, 전기차용 중대형 배터리 매출이 빠르게 성장하는 중이다.

 

(2) LG화학

LG화학 전지 사업은 차별화된 소재와 차세대 전지 개발로 미래 친환경 에너지 산업을 선도 중이다. 전 세계 전지업체 중 유일한 화학기반의 회사로서 차별화된 소재기술을 바탕으로 세계 리튬이온 배터리 시장을 선도하고 있는 사업영역이다. 전기차, 에너지저장장치(ESS) 전지 분야에서 글로벌 강자로 자리하고 있으며, 독보적인 기술력을 바탕으로 적극적인 신제품 개발과 세계적인 규모의 배터리 생산능력 확보하며 차세대 에너지 시장에서의 지배력을 높이고 있다. 향후 전기차 판매가 본격 확대되고, ESS 수요 확대 및 소형 원통형 신시장 규모 성장에 따라 매출 성장 및 수익성 개선 지속될 것으로 전망된다.

 

(3) SK이노베이션

전기차 배터리 부분에서 업계 최초로 리튬이온 배터리에 고에너지밀도 삼원계 소재를 적용하여 양산에 성공하였다. 이러한 기술력을 바탕으로 SK이노베이션은 현대자동차 그룹, 베이징자동차 그룹, Daimler 그룹 등 세계 유수의 자동차 업체들과 공급 계약을 체결하고 전기차 배터리 사업을 확장하고 있다. 중대형 배터리 사업은 친환경 전기자동차 및 ESS에 사용되는 대용량 리튬-이온 배터리를 생산, 판매하는 사업이다. 세계 각국의 환경 규제와 더불어 전기자동차 기술이 발전하고 경제성이 강화됨에 따라 향후 친환경 전기자동차 시장의 빠른 성장과 폭넓은 확대가 예상된다.

 

(4) (주)코캄

코캄은 세계적으로 인정받는 전지 제조 사이며 배터리 설루션 제공사로써, 지난 30년간 신뢰성과 안정성이 보장된 고객 중심의 친환경, 고성능 배터리 설루션을 개발해 왔다. 코캄은 폴리머 필름,, 편광필름 제조 시스템,, 통기성 (다공성) 필름 개발 등 폴리머 가공시스템 제조부터 시작하여 90년대 말, 사업 영역을 리튬 이온 폴리머 전지의 설계 및 개발까지 확장시키며 세계 최초의 고출력 리튬폴리머 배터리 개발에 성공하였다. 코캄의 최첨단 배터리 설루션은 세계 전역에서 그 우수한 성능을 인정받아 왔다. 60여 개 이상의 국제 특허와 708MWh 이상 규모의 실증 경험을 바탕으로 독창적인 최첨단 배터리 설루션 개발을 위해 지속적으로 노력할 예정이다.

 

(5) LS산전

LS산전은 발전소에서 만들어진 전력에 대해 수용가까지의 전력공급과 계통보호에 사용되는 전력기기 제품을 생산하고 있으며, 초고압 전력시스템 사업도 영위하고 있다. 전력산업은 특성상 제품에 대한 안전성과 높은 신뢰성이 요구되는 고도의 기술집약적 산업이다. 전력기기와 시스템의 제조 및 공급, 자동화기기와 시스템의 제조 및 공급, 그리고 녹색성장과 관련된 그린에너지 사업을 영위하고 있다.

 

(6) 효성중공업

효성중공업은 전력산업의 핵심 설비인 변압기, 차단기와 산업 생산설비 등에 필요한 전동기, 기어 등을 생산ㆍ판매하고 있으며, 그린에너지인 풍력발전 사업도 육성해 나가고 있다. 특히, 초고압 변압기와 차단기 제품의 경우 한 차원 높은 기술력을 바탕으로 국내 시장을 선도하고 있으며, 글로벌 시장에서의 인지도를 더욱 높여나가고 있다. 중전기 분야의 경험과 역량을 바탕으로 최근 전력난 해소를 위한 대안으로 부상하고 있는 ESS, 스태콤(STATCOM) 및 HVDC 등 차세대 전력 IT산업으로IT 사업 분야를 확대하고 있다.