배터리 저장 장치의 전력망 통합 이유

이번 포스팅은 BESS 즉 배터리 에너지 저장 시스템을 전력망에 연결하는 것이 어떤 장점이 있는지를 알아보려고 합니다. 요즘 뉴스에서도 BESS를 설치했다는 내용을 가끔 보게 되는데 전기를 하는 사람들은 최소한 왜 BESS를 전력망에 연결하는지에 대해 알고 있으면 좋겠다고 생각해서 EEP에 올라온 자료를 번역해서 공유합니다. 한번 가볍게 읽어 보시면 개략적인 개념을 이해할 수 있어서 좋은 자료입니다.


주목받는 새로운 에너지 저장 기술

솔직히 말해서 배터리에 에너지를 저장하는 기술은 요즘 아주 주목받고 있습니다. 전 세계의 전력 회사들이 배터리가 무엇인지, 국가별로 어떻게 혜택을 받을 수 있는지 배우려고 줄을 서는 것이 현명해 보입니다. 더 깨끗하고 지속 가능한 에너지에 대한 전 세계적인 노력이 강화됨에 따라 배터리 에너지 저장 시스템(BESS)이 빠르게 주목받고 있습니다.

Is storing excess energy in batteries worth integrating into the power system?

각국이 화석 연료 기반 발전에서 재생 에너지로 전환함에 따라 BESS는 전력망 안정화에 매우 중요한 역할을 하고 있습니다. 예를 들어, 2030년까지 탄소 순배출 제로를 달성하겠다는 영국의 목표는 풍력과 태양광과 같은 재생 가능한 에너지원에 크게 의존하고 있습니다.

그러나 이러한 소스는 햇빛 및 바람 패턴과 같은 자연력에 따라 가변적이며, 항상 에너지 수요와 일치하지는 않습니다.

BESS는 재생 가능한 생산량이 많은 시기에 생성된 과잉 에너지를 저장했다가 수요가 공급을 초과할 때 방출함으로써 이 문제를 해결합니다. 이 기능을 통해 보다 안정적인 전력 공급을 보장하고 기존 화석 연료 발전소에 대한 의존도를 줄입니다.

결과적으로 BESS는 전력망 안정성을 유지하고 재생 에너지 통합을 강화하는 데 핵심적인 역할을 합니다.

전력망 안정성의 중요한 측면 중 하나는 전통적으로 화석 연료 발전기의 대형 회전 터빈에서 제공하는 시스템 관성입니다. 반면 재생 에너지원과 초기 단계의 BESS 설치는 고유한 관성이 없기 때문에 전력망 안정화가 더 어렵습니다. 그러나 인공 관성과 같은 BESS 기술의 발전으로 인해 이제 이러한 시스템이 교란 시 전력망을 지원하여 전력 품질과 신뢰성을 개선할 수 있게 되었습니다.

전 세계 정부와 전력 회사가 탄소 배출량 감축에 집중함에 따라 배터리 비용 감소로 인해 BESS의 실행 가능성이 점점 더 커지고 있습니다. 현재 많은 전력 회사가 재생 에너지의 간헐성을 관리하기 위해 주요 변전소에 BESS를 배치하는 방안을 모색하고 있습니다.

BESS 기술은 특히 대규모 시설에서 여전히 진화하고 있지만, 탄력적인 에너지 미래로의 전환에 있어 빠르게 중요한 요소가 되고 있습니다.



Table of Contents:


1. Functionality of BESS Technology and Its Role in Power System Stability:

    1.1 Class A: For Power-Focused Application
    1.2 Class B: For Energy-Focused Application
     1.3 Class C: For Emergency and Ancillary Services

2. Key Drivers Behind the Growing Adoption of Battery Energy Storage Systems

    2.1 Decline in the National Grid’s Capacity to Maintain Power Quality
    2.2 Reduction in Integrated National Grid / Power System Inertia
           1) Understanding Inertia: From Classical Mechanics to Power Systems

3. Key Components Influencing Power System Inertia

    3.1 Challenges with Reduced Inertia

4. Why Power System Inertia Matters?

5. Synthetic / Virtual Inertia

6. Challenges of Low Fault Current Levels in Renewable Energy-Integrated Power Systems

7. Changing System Load Profile: Impact of Renewables and the Role of Battery Energy Storage Systems (BESS):

    7.1 Introduction to System Load Profile
    7.2 Variability of Renewable Energy Generation
    7.3 Transformation of Load Profiles
    7.4 The Role of BESS for varying load demand
    7.5 Rising Fossil Fuel Prices, Depleting Reserves, and the Role of BESS in Mitigating Fuel Inefficiency
    7.6 How Battery Energy Storage Systems (BESS) Mitigate Fuel Inefficiency
    7.7 Power Transmission Bottlenecks
    7.8 The Role of BESS in Alleviating Transmission Bottlenecks


목차:

1. BESS 기술의 기능과 전력 시스템 안정성에 대한 역할:

    1.1 클래스 A: 전력 중심 애플리케이션용
    1.2 클래스 B: 에너지 중심 애플리케이션용
     1.3 클래스 C: 응급 및 보조 서비스용

2. 배터리 에너지 저장 시스템의 채택 증가의 주요 이유

    2.1 전력 품질 유지를 위한 국가 전력망 용량 감소
    2.2 통합 국가 전력망/전력 시스템 관성 감소
           1) 관성의 이해: 고전 역학에서 전력 시스템까지

3. 전력 시스템 관성에 영향을 미치는 주요 구성 요소

    3.1 관성 감소로 인한 과제

4. 전력 시스템 관성이 중요한 이유?

5. 합성 / 가상 관성

6. 재생 에너지 통합 전력 시스템에서 낮은 고장 전류 수준의 과제

7. 시스템 부하 프로파일 변경: 재생 에너지의 영향과 배터리 에너지 저장  시스템(BESS)의 역할:

    7.1 시스템 부하 프로파일 소개
    7.2 재생 에너지 발전의 변동성
    7.3 부하 프로파일 변화
    7.4 다양한 부하 수요에 대한 BESS의 역할
    7.5 화석 연료 가격 상승, 매장량 고갈, 연료 비효율성 완화를 위한 BESS의 역할
    7.6 배터리 에너지 저장 시스템(BESS)이 연료 비효율성을 완화하는 방법
    7.7 전력 전송 병목 현상
    7.8 전송 병목 현상 완화를 위한 BESS의 역할


1. BESS 기술의 기능과 전력 시스템 안정성에 대한 역할

배터리 에너지 저장 시스템(BESS)의 기능은 단순히 에너지를 저장하는 것을 넘어 재생 에너지를 전력 시스템에 통합하는 것과 관련된 주요 과제를 해결하는 데 중요한 역할을 합니다.

BESS 애플리케이션을 분류하는 중요한 표준 중 하나는 IEC 62933-2-1로, BESS를 의도된 용도와 운영 기간에 따라 클래스 A, 클래스 B, 클래스 C의 세 가지 유형으로 분류합니다.


1.1 클래스 A: 전력 중심 애플리케이션용
BESS 클래스 A는 일반적으로 1시간을 초과하지 않는 기간 동안 전력망에 에너지를 공급하거나 흡수하는 단기간의 고출력 애플리케이션을 위해 설계되었습니다. 이러한 시스템은 전력 변동에 신속하게 대응할 수 있도록 설계되었으므로 전력 중심 애플리케이션에 적합합니다.

예를 들어, 간헐적 재생 에너지원이 지배하는 그리드와 같이 전력 공급 또는 수요가 급격히 변동하는 시나리오에서 필수적인 활성 전력을 공급하거나 흡수하여 주파수를 안정화하기 위해 클래스 A 시스템을 배포할 수 있습니다.

또한 클래스 A 시스템은 유효 및 무효 전력 흐름을 모두 관리하여 전압 안정화에 기여하며 네트워크 장애 시 순시 전압 강하나 서지를 방지하는 데 도움이 될 수 있습니다.

Figure 1 – Class A: Power-Focused Application (on photo: BESS for storing 100MWh of energy; credit: ESKOM)

1.2 클래스 B: 에너지 중심 애플리케이션용
반면, BESS 클래스 B 시스템은 일반적으로 1시간 이상의 장시간 동안 전력을 공급하거나 흡수하도록 설계되었습니다. 이러한 애플리케이션은 장기적인 에너지 공급 문제를 완화하기 위해 BESS가 일상적으로 작동하는 에너지 중심 애플리케이션입니다. 클래스 B 시스템은 특히 최대 수요 기간을 관리하는 데 유용합니다.

태양광 발전에서 한낮과 같이 재생 에너지가 과도하게 발전하는 시기에는 클래스 B 시스템이 잉여 에너지를 저장하고, 이 에너지는 저녁이나 저발전 기간에 수요가 많을 때 방출할 수 있습니다.

이는 부하 레벨링에 도움이 되고 보다 일관된 에너지 공급을 보장하여 전력망을 더욱 탄력적으로 만들고 더 높은 수준의 재생 에너지를 통합할 수 있도록 합니다.

Figure 2 – 400MW 500kV BESS Collection Substation – Four 34.5kV Feeder’s

1.3 클래스 C: 응급 및 보조 서비스용
클래스 C BESS 시스템은 일반적으로 긴급 애플리케이션 및 보조 서비스를 위해 대기하고 있습니다. 이러한 시스템은 일상적인 작동을 위해 설계된 것이 아니라 갑작스러운 전력망 중단이나 시스템 결함과 같은 중요한 사건 발생 시 전력망 안정성을 보장하는 백업 역할을 합니다.

클래스 C 시스템은 정전이나 그리드 불안정성을 방지하기 위해 전력을 공급하는데 긴급 상황 시 신속하게 지원하며, 극단적인 경우 결함 복구, 블랙 스타트 기능 또는 주파수 조절에 기여합니다.



2. 배터리 에너지 저장 시스템의 채택 증가의 주요 이유

배터리 에너지 저장 시스템(BESS)의 급속한 채택은 현대 전력 시스템의 복잡성과 불안정성의 증가에 기인하며, 이는 주로 재생 에너지원에 대한 의존도가 높아짐에 따른 것입니다. 청정에너지에 대한 전 세계적인 노력이 가속화됨에 따라 풍력, 태양광 및 기타 천연자원으로부터의 재생 에너지 발전이 계속 확대되고 있습니다.

그러나 이러한 에너지원은 환경친화적이지만 본질적으로 간헐적이고 예측하기 어렵기 때문에 상당한 문제를 야기합니다. 재생 에너지 발전의 이러한 예측 불가능성은 전력망 안정성과 운영에 새로운 문제를 야기하므로 BESS와 같은 솔루션이 필요합니다.

유틸리티 및 그리드 운영자가 이러한 문제를 해결하기 위해 노력함에 따라 몇 가지 요인이 BESS 설치 급증을 주도하고 있습니다:


2.1 전력 품질 유지를 위한 국가 전력망 용량 감소
전국 전력망은 방대한 규모로 운영되며, 수많은 전력원을 통합하여 전체 전력 공급뿐만 아니라 전력 품질을 유지하는 데 중요한 역할을 합니다. 예를 들어, 하나의 네트워크는 1MW 발전기로, 다른 하나의 네트워크는 50MW 발전기로 공급되는 단순화된 로컬 네트워크 시나리오를 고려해 보겠습니다.

장애가 발생하면 보호 릴레이가 장애를 감지하고 격리하여 나머지 네트워크와 세대가 중단 없이 계속 작동하도록 보장합니다.

그러나 더 작은 1MW 발전기에서 경험하는 전압 강하는 더 큰 50MW 발전기보다 더 심각할 것입니다. 이는 더 크고 강력한 전원이 전압 레벨을 유지함으로써 고장 조건에서 시스템을 안정적으로 유지하는 데 얼마나 도움이 되는지 보여줍니다.

반면에 풍력 및 태양광과 같은 재생 에너지원은 일반적으로 결함이나 시스템 장애 시 시스템 전압을 지원할 수 있는 용량이 제한적입니다. 재생 에너지의 통합이 증가함에 따라 전체 시스템 강도가 약화되었습니다. 시스템 강도는 장애 발생 후 전압 파형과 진폭의 안정성을 유지하는 그리드의 능력을 의미합니다. 기존 그리드에서는 대형 동기 발전기가 전압 안정성을 유지하는 데 도움이 되지만, 대부분 인버터에 의존하는 재생에너지 소스가 증가함에 따라 스트레스를 받고 전압을 유지하는 그리드의 능력이 감소했습니다.

배터리 에너지 저장 시스템(BESS)이 중추적인 역할을 할 수 있는 이유가 여기에 있습니다. BESS는 필요에 따라 무효 전력을 공급하거나 흡수하여 시스템 강도를 향상시킬 수 있습니다. 결함이나 전압 강하 시 BESS는 전압 레벨을 안정화하여 전력 품질이 유지되고 그리드가 탄력적으로 유지되도록 신속하게 대응할 수 있습니다.

Figure 3 – Global commulative installed renewable power generation capacity, 2000 – 2013

2.2 통합 국가 전력망/전력 시스템 관성 감소
재생 에너지원이 전력 시스템에 미치는 영향을 완전히 파악하려면 먼저 관성의 개념과 관성이 전력 시스템과 어떻게 연결되는지 이해하는 것이 필수적입니다.

2.2.1 관성 이해: 고전 역학에서 전력 시스템으로
1) 고전 역학의 관성

고전 역학의 영역에서 관성은 물체의 운동 상태 변화에 대한 저항을 정량화하는 물질의 근본적인 성질입니다. 뉴턴의 운동 제1법칙에 의해 정의되는 관성은 외부의 힘이 작용하지 않는 한 물체가 정지 상태를 유지하거나 직선으로 일정한 속도로 움직일 것이라고 말합니다. 이 원리는 물체가 현재의 운동을 유지하는 고유한 경향을 강조하며, 이는 정지 상태를 유지하든 균일하게 계속 움직이는 것을 의미하든 상관없습니다.

수학적으로 관성은 물체의 질량과 직접적인 관련이 있습니다. 물체의 질량이 클수록 관성이 커지므로 결과적으로 물체의 움직임을 변경하는 데 더 많은 힘이 필요합니다. 예를 들어 무거운 바위를 밀면 바위의 관성이 커지기 때문에 가벼운 바위를 밀 때보다 훨씬 더 많은 노력이 필요합니다.

이 개념은 가속 또는 감속에 적절한 힘이 필요한 차량 설계부터 우주 천체의 역학을 이해하는 데 이르기까지 다양한 응용 분야에서 중추적인 역할을 합니다.


2) 전기 공학에서 전력 시스템 관성
전기 공학, 특히 전력 시스템 내에서 전력 시스템 관성은 갑작스러운 발전 손실이나 부하의 급격한 증가와 같은 교란에 따른 주파수 변화에 저항하는 전력망의 고유한 능력을 의미합니다. 질량의 물리적 특성인 기계적 관성과 달리 전력 시스템 관성은 동기 발전기의 회전하는 질량에 저장된 운동 에너지에서 발생하는 동적 특성입니다(전통적인 화력 발전소에서 발견되는 것과 마찬가지).

전력 시스템 관성 작동 방식: 전력망에 장애가 발생했을 때(예: 발전기가 트립 되었을 때) 즉각적인 효과는 전력 공급과 수요 간의 불일치입니다. 관성이 높은 시스템에서는 발전기의 회전 질량이 약간만 느려져 불균형을 흡수하고 급격한 주파수 변동을 방지합니다.

이를 통해 제어 시스템이 반응하여 발전기를 추가로 온라인으로 전환하거나 부하를 분산하여 시스템을 안정화할 수 있는 귀중한 시간을 확보할 수 있습니다.



3. 전력 시스템 관성에 영향을 미치는 주요 구성 요소
구성 요소 №1 - 동기 발전기: 대형 터빈을 통해 전력망에 연결된 기존 발전기는 회전하는 질량을 통해 시스템 관성에 크게 기여합니다.

구성 요소 №2 - 인버터 기반 자원(IBR): 전력 전자 장치를 통해 전력망에 연결되는 풍력 및 태양광과 같은 재생 에너지원은 일반적으로 전력망 주파수에 동기화되는 회전 질량이 크지 않기 때문에 고유한 관성이 부족합니다.

3.1 관성 감소에 따른 과제
에너지 믹스가 재생 에너지로 전환됨에 따라 전체 시스템 관성은 감소하는 경향이 있습니다. 관성이 낮아지면 그리드가 급격한 주파수 변화에 더 취약해져 불안정성과 잠재적 정전 위험이 증가합니다.

이를 완화하기 위해 다음과 같은 다양한 솔루션이 모색되고 있습니다:

배터리 에너지 저장 시스템(BESS): 주파수를 안정화하기 위해 전력을 빠르게 공급하거나 흡수하여 합성 또는 가상 관성을 제공할 수 있습니다.

동기 콘덴서: 능동 전원을 생성하지 않고도 기계적 관성을 제공합니다.

고급 제어 시스템: 속효성 전력 전자 장치를 활용하여 관성과 유사한 응답을 모방합니다.



4. 전력 시스템 관성이 중요한 이유
전통적으로 대형 동기 발전기는 회전 로터를 통해 전기 시스템에 직접 연결되기 때문에 전력망에 고유한 관성을 제공해 왔습니다. 이러한 관성은 단기 변동 시 전력망을 안정화시키는 완충 역할을 합니다. 그러나 풍력 및 태양광과 같은 재생 에너지원이 전력 시스템에 점점 더 많이 통합됨에 따라 시스템 관성이 감소하고 있습니다.

이러한 재생 가능한 에너지원은 회전하는 질량 대신 전력 전자 장치(인버터)를 사용하는 경우가 많으며, 이는 관성에 동기 발전기와 같은 방식으로 관성에 기여하지 않는다는 것을 의미합니다.

재생 에너지가 많은 전력망에서 전력 시스템 관성이 감소하면 급격한 주파수 변화에 더 취약해져 제대로 관리하지 않으면 불안정성을 초래할 수 있습니다. 그 결과 배터리 에너지 저장 시스템(BESS) 및 합성 관성과 같은 기술이 기존 관성의 영향을 모방하여 재생 에너지 보급률이 높은 전력망을 안정화하는 데 도움이 되는 기술이 개발되고 있습니다.



5. 합성 / 가상 관성
이는 기존 회전 기계에서 제공하는 관성을 시뮬레이션하는 인버터 기반 기술(예: BESS 또는 풍력 터빈)의 능력을 의미합니다. 이 기술은 전력망 주파수 변화에 대한 빠른 응답 시간을 수반하며, 인버터 시스템이 주파수를 안정화하기 위해 전력을 공급하거나 흡수하여 동기 발전기 감소로 손실된 기계적 관성을 대체하는 역할을 합니다.

Figure 4 – Example of Frequency Response in a Traditional Power System vs. a Power System with High Renewable Energy Penetration

Figure 5 – Impact of adding virtual or artificial interia in the system, you can see the reduction in the frequecy Nadir

6. 재생 에너지 통합 전력 시스템에서 낮은 고장 전류 수준의 과제

일반적으로 높은 고장 전류를 전기 장비의 위험 및 손상과 연관시키기 때문에 낮은 고장 전류 수준이라는 개념은 언뜻 보기에 직관에 반하는 것처럼 보일 수 있습니다. 그러나 전력 시스템이 제대로 작동하려면 고장 발생 시 충분한 고장 전류가 흐르는 것이 중요합니다. 이 전류는 보호 릴레이가 고장을 감지하고 관련 회로 차단기를 트립하며 네트워크의 결함 섹션을 분리하는 데 필요합니다.

동기 발전기로 구동되는 기존 전력 시스템은 높은 고장 전류를 공급하여 신뢰할 수 있는 고장 감지 및 적시에 릴레이 활성화를 보장할 수 있습니다. 그러나 풍력 및 태양광과 같은 재생 에너지원은 인버터 기반 기술을 통해 작동하므로 본질적으로 훨씬 낮은 고장 전류를 생성합니다. 이러한 고장 전류 감소로 인해 효과적인 릴레이 보호 협조를 달성하고 고장을 적시에 격리하는 것을 더 어렵게 만들고 따라서 네트워크 보호 시스템의 복잡성을 증가시킵니다.

전력 네트워크가 진화하고 분산되어 여러 전압 레벨에서 발전함에 따라 낮은 고장 전류의 문제가 더욱 두드러집니다. 배터리 에너지 저장 시스템(BESS)이 전략적으로 배치되면 장애 시 전력을 빠르게 공급하거나 흡수하여 고장 수준을 관리하는 데 도움이 될 수 있습니다.

이러한 신속한 지원을 통해 결함을 신속하게 감지하고 제거하여 네트워크를 보호하고 시스템 안정성을 유지하는 데 도움이 될 수 있습니다.



7. 시스템 부하 프로파일 변경
(재생 에너지의 영향과 배터리 에너지 저장 시스템의 역할)


7.1 시스템 부하 프로파일 소개
시스템 부하 프로파일은 시간 경과에 따른 에너지 수요 패턴을 나타내며, 하루 종일과 계절에 따라 에너지 소비가 어떻게 변동하는지 보여줍니다. 시간, 계절별 변동, 경제 활동 등 여러 요인이 이 프로파일에 영향을 미칩니다.

예를 들어, 에너지 수요는 일반적으로 사람들이 가장 활동적인 아침과 저녁 시간대에 최고조에 달하며, 계절적 변화로 인해 여름에는 냉방 수요가 증가하고 겨울에는 난방 수요가 증가할 수 있습니다.

또한 산업 활동이 증가하면 전반적인 에너지 수요도 증가할 수 있습니다.

Figure 6 – Hourly electricity consumption pattern for households using 8.2 kWh per day

7.2 재생 에너지 발전의 변동성
에너지 수요의 변동성과 달리 태양광 및 풍력과 같은 재생 에너지원은 자체적으로 예측 불가능성을 가져옵니다. 태양광 에너지 발전은 햇빛 가용성에 따라 달라지므로 맑은 날에는 생산량이 더 많아지고 밤이나 흐린 날씨에는 생산량이 없습니다.

마찬가지로 풍력 에너지 발전은 풍속에 따라 변동하기 때문에 예측이 어렵고 자연 요인에 의존하기 어렵습니다. 결과적으로 재생 에너지원을 통합하면 발전량과 수요가 일치하지 않아 전력망 안정성에 문제가 발생할 수 있습니다.


7.3 부하 프로파일 변화
재생 에너지의 채택이 증가함에 따라 전력 시스템의 부하 프로파일은 상당한 변화를 겪었습니다. 이러한 통합으로 인해 상당한 변동성이 발생하여 발전량이 초과되거나 공급이 부족한 시기가 발생했습니다. 화창한 날이나 바람이 많이 부는 날과 같이 재생 에너지 발전량이 많은 시기에는 전력망에서 즉각적인 소비 수요를 초과하는 에너지 과잉 생산이 발생할 수 있습니다.

반대로 밤이나 바람 없는 날씨와 같이 재생 에너지 발전량이 적은 기간에는 공급이 크게 부족하여 전력망에 추가적인 스트레스를 줄 수 있습니다.

이러한 변동은 부하의 균형을 맞추고 실시간으로 안정성을 유지해야 하는 그리드 운영자의 책임을 복잡하게 만듭니다. 이러한 균형 조정은 가변 발전원의 보급률 증가로 인해 더욱 어려워졌으며, 새로운 역학을 효과적으로 관리하기 위한 혁신적인 솔루션이 필요합니다.


7.4 다양한 부하 수요에 대한 배터리 에너지 저장 시스템(BESS)의 역할
배터리 에너지 저장 시스템(BESS)은 시스템 부하 프로파일 변경과 관련된 문제를 해결하기 위한 중요한 솔루션으로 부상하고 있습니다. 이러한 시스템은 에너지 저장에서 중요한 역할을 하며, 특히 재생 가능 발전량이 많은 수요가 적은 시기에 생성된 과잉 에너지를 저장할 수 있습니다. 예를 들어, 태양광 생산량은 정점에 달하지만 수요가 적은 화창한 날에는 잉여 에너지를 배터리에 저장하여 나중에 사용할 수 있습니다.

특히 재생 가능 발전량이 적을 수 있는 피크 시간대에 수요가 급증하면 BESS는 저장된 에너지를 다시 전력망으로 방출할 수 있습니다. 이 기능은 안정적인 전기 공급을 보장하고 화석 연료 발전에만 의존하지 않고도 최대 부하 요건을 충족하는 데 도움이 됩니다.

전력회사는 BESS를 전략적으로 배포함으로써 더 완만하고 관리하기 쉬운 부하 프로파일을 생성하여 비효율적이고 비용이 많이 들 수 있는 일반 발전기를 빠르게 추가 투입할 필요성을 줄일 수 있습니다.

Figure 7 – Connections of battery energy storage systems in a power system

7.5 화석 연료 가격 상승, 매장량 고갈 및 연료 비효율성 완화를 위한 BESS의 역할
화석 연료에 대한 전 세계의 의존도는 점점 더 중요한 경제적, 환경적 과제가 되고 있습니다. 석탄, 석유, 천연가스와 같은 화석 연료는 오랫동안 발전과 운송의 주요 에너지원이었습니다. 그러나 이러한 자원의 가격은 지정학적 불안정성, 공급망 중단, 매장량 고갈 등 다양한 요인으로 인해 지속적인 상승과 극심한 변동을 보이고 있습니다.

많은 국가, 특히 연료 수입에 의존하는 국가들의 경우 이러한 물가 상승은 경제에 큰 압박을 가하고 있습니다. 대부분의 연료 수입이 달러로 거래되기 때문에 국가 예산의 상당 부분이 연료 수입에 할당되어 무역 적자가 증가하고 외환 보유고가 악화되고 있습니다.

화석 연료 매장량이 계속 고갈됨에 따라 희소성으로 인해 향후 수십 년 동안 가격이 더욱 높아질 것으로 예상됩니다. 또한 이러한 자원은 환경 오염에 크게 기여하여 청정에너지 대안으로의 전환이 더욱 필수적입니다.


7.6 배터리 에너지 저장 시스템이 연료 비효율성을 완화하는 방법
배터리 에너지 저장 시스템(BESS)은 화석 연료 기반 발전과 관련된 비효율성을 완화할 수 있는 실용적인 솔루션을 제공합니다. 전력 시스템에 BESS를 통합하면 재생 에너지 발전량이 많거나 피크 수요가 없는 시기에 에너지를 저장하고 피크 수요 시기에 방전할 수 있습니다.

이를 통해 기존 발전소가 자주 발전을 급속히 증가시키거나 감소시킬 필요성을 줄여 보다 효율적으로 운영되고 화석 연료 소비를 최소화할 수 있습니다.

BESS는 또한 화석 연료에 의존하지 않고 전기를 생산하는 태양광 및 풍력과 같은 재생 에너지원의 통합을 촉진합니다. BESS는 수요와 공급의 불일치를 완화하여 전력망 운영자가 피크 기간 동안 화석 연료 발전소에 대한 의존도를 낮추고 연료 효율성을 더욱 개선하고 운영 비용을 절감할 수 있도록 지원합니다.

또한 BESS는 완충 역할을 하여 에너지 가격을 안정시키고 글로벌 연료 가격 변동에 대한 전력 시스템의 취약성을 줄일 수 있습니다.


7.7 전력 전송 병목 현상
전력망에 재생 에너지를 통합하는 것이 계속 증가함에 따라 전송 네트워크의 특정 영역은 점점 더 스트레스를 받고 과부하가 걸리고 있습니다. 전력 전송 병목 현상으로 알려진 이러한 현상은 전력 전송 인프라의 용량이 특히 풍력과 태양광과 같은 재생 가능한 에너지원에서 발생하는 에너지의 양을 감당하기에 충분하지 않을 때 발생합니다.

이러한 병목 현상은 원활한 전기 흐름을 방해하여 전력망이 추가 공급을 수용할 수 없어 재생 에너지 발전이 감소하거나 중단되는 에너지 낭비 또는 심지어 감축과 같은 비효율성을 초래할 수 있습니다.

전력 전송 병목 현상은 재생 에너지원이 특정 지역에 집중되어 있는 지역에서 더 널리 발생합니다. 예를 들어, 대규모 태양광 발전소나 해상 풍력 시설이 있는 외딴 지역에서는 생산된 전력을 수요가 가장 많은 인구 센터로 이전하는 데 어려움을 겪을 수 있습니다.

이로 인해 재생 에너지가 풍부하게 생산되고 있음에도 불구하고 재생 에너지의 활용도가 낮아집니다.


7.8 전송 병목 현상 완화를 위한 BESS의 역할
배터리 에너지 저장 시스템(BESS)은 전력망 내 전송 병목 현상을 해결하기 위한 매우 효과적인 솔루션을 제공합니다. 혼잡하기 쉬운 지역에 BESS를 전략적으로 배치하면 수요가 적은 시기나 송전선이 포화된 시기에 에너지를 저장할 수 있습니다.

저장된 에너지는 시스템이 부하를 더 잘 처리할 수 있는 기간 동안 그리드로 다시 방출되어 전송 네트워크에 가해지는 압력을 완화할 수 있습니다.

또한 BESS는 과잉 발전량 감소를 방지하여 재생 에너지 사용을 최적화하는 데 도움이 될 수 있습니다. 전력망이 제한될 때 태양광 패널이나 풍력 터빈의 출력을 억제하는 대신 잉여 에너지를 배터리에 저장했다가 나중에 수요가 더 많거나 전송 제약이 완화될 때 사용할 수 있습니다.

이를 통해 재생 에너지가 낭비되지 않고 그리드의 전반적인 효율성과 유연성을 향상시킬 수 있습니다.



참고 자료

https://electrical-engineering-portal.com/storing-excess-energy-batteries-worth-integrating-into-power-system

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