햇빛이 만든 전기는 어디로 갈까?

우리는 매일 전기를 사용합니다. TV를 보고, 스마트폰을 충전하고, 냉장고를 작동시키고, 컴퓨터를 사용하며 밤이 되면 전등을 켭니다. 하지만 전기는 물건처럼 창고에 미리 쌓아 두었다가 필요할 때 꺼내 쓸 수 있도록 미리 준비된 ‘저장된 에너지’가 아닙니다.

전기는 기본적으로 생산과 동시에 소비가 이루어지는 에너지입니다. 발전소는 사람들이 사용하는 전기의 양에 맞춰 계속 전기를 생산하고, 전력망은 생산량과 소비량이 균형을 이루도록 관리됩니다. 그런데 태양광과 풍력 같은 재생에너지가 늘어나면서 새로운 고민이 생겼습니다. 재생에너지는 우리가 원하는 시간에 맞춰 생산되지 않기 때문입니다.

태양광 발전은 햇빛이 강한 낮 시간대에 가장 많은 전기를 만듭니다. 하지만 해가 지거나 흐린 날에는 발전량이 크게 줄어듭니다.

풍력 발전 역시 마찬가지입니다. 바람이 강하게 부는 순간에는 많은 전기를 만들 수 있지만, 바람이 약해지면 발전량도 감소합니다. 이처럼 재생에너지는 날씨와 시간에 따라 전기를 만드는 양이 달라지는 ‘간헐성’이라는 특징을 가지고 있습니다.

문제는 사람들이 전기를 가장 많이 생산되는 시간과 재생에너지가 가장 많이 생산되는 시간이 항상 같지 않다는 것입니다. 예를 들어 태양광 발전이 활발한 낮에는 전기가 충분히 생산되지만, 사람들이 퇴근 후 전기를 많이 사용하는 저녁에는 오히려 태양광 발전량이 줄어들 수 있습니다.

그렇다면 낮에 만들어진 전기를 저장해 두었다가, 필요한 순간 꺼내 사용할 수 있다면 어떨까요?

바로 이런 역할을 하는 기술이 ESS(Energy Storage System, 에너지저장장치)입니다. ESS는 남는 전기를 저장해 두었다가 전기가 부족할 때 다시 공급합니다. 이것으로 재생에너지의 단점을 보완하고, 전기를 더 안정적으로 공급하게 하는 미래에너지 시대의 핵심 기술로 주목받고 있습니다.

그렇다면 ESS는 어떻게 전기를 저장하고, 또 어떻게 필요할 때 다시 꺼내 사용할 수 있을까요? 또한, 재생에너지 시대에 ESS가 꼭 필요한 기술로 떠오르는 이유는 무엇일까요?

태양광 에너지와 ESS가 만드는 미래 전력망

우리가 사용하는 전기는 언제나 필요할 때 바로 꺼내 쓸 수 있어야 합니다. 하지만 태양광과 풍력 같은 재생에너지는 기존 발전 방식과 다른 특징을 가지고 있습니다. 재생에너지는 전기를 만드는 양과 시간이 자연환경의 영향을 받는다는 특징이 있습니다.

햇빛이 강할 때는 많은 전기를 만들 수 있지만, 해가 지면 발전량은 급격히 줄어듭니다. 햇빛이 없는 밤에도 태양광 전기를 사용할 수 있는 이유는 무엇일까요? 그 해답이 바로 ESS(Energy Storage System, 에너지저장장치)로 남는 전기를 저장했다가 필요할 때 다시 공급하는 역할을 합니다.

태양광 전기는 언제 가장 많이 만들어질까?

태양광 발전은 태양의 빛 에너지를 전기에너지로 바꾸는 방식입니다. 태양광 패널에 햇빛이 닿으면 내부의 반도체에서 전자가 움직이기 시작하고, 이 움직임이 전기를 만들어 냅니다. 따라서 태양광 발전량은 햇빛의 양에 따라 달라집니다.

일반적으로 태양광 발전은 해가 뜨기 시작하는 아침부터 증가하고 햇빛이 가장 강한 낮 시간대에 가장 많은 전기를 생산하며 해가 지면 발전량이 감소합니다. 즉, 전기가 가장 많이 만들어지는 시간과 가장 많이 사용하는 시간이 서로 다를 수 있습니다.

예를 들어 낮 시간에는 태양광 발전량이 많아 전기가 남을 수 있지만, 사람들이 퇴근 후 전기를 많이 사용하는 저녁 시간에는 태양광 발전량이 줄어드는 상황이 발생할 수 있습니다.

바람과 햇빛은 항상 일정하지 않다. 재생에너지의 ‘간헐성’

태양광뿐 아니라 풍력 발전도 자연환경의 영향을 받습니다. 풍력 발전은 바람이 일정한 속도 이상으로 불어야 전기를 생산할 수 있습니다. 하지만 바람은 시간과 장소에 따라 세기가 달라지고, 태양 역시 날씨와 계절에 따라 발전량이 변합니다. 이처럼 날씨와 시간에 따라 발전량이 계속 달라지는 특징을 간헐성(intermittency)’이라고 합니다.

예를 들어, 맑은 날의 낮에는 태양광 발전량이 증가하고 흐린 날엔 감소, 바람이 강한 날엔 풍력 발전량이 증가하고 바람이 약한 날엔 감소하는 것처럼 자연 조건에 따라 전기 생산량이 달라지기 때문에 재생에너지가 확대될수록 전기를 안정적으로 저장하고 관리하는 기술이 중요해집니다.

전기를 저장한다는 것은 어떤 의미일까?

우리가 사용하는 전기는 일반적인 물건처럼 창고에 쌓아두었다가 필요할 때 꺼내 쓰는 방식으로 저장하기 어렵습니다. 전력망에서는 기본적으로 전기를 생산하는 양과 사용하는 양이 항상 균형을 이루어야 합니다. 발전량이 부족하면 전력 공급 문제가 발생하고, 반대로 생산된 전기가 남아도 제대로 활용하지 못하면 전력망 운영에 어려움이 생길 수 있습니다.

그래서 등장한 기술이 바로 ESS(Energy Storage System)입니다. ESS는 쉽게 말해 전기를 저장하는 거대한 배터리입니다. 스마트폰 배터리가 남은 전기를 저장했다가 필요할 때 사용하는 것처럼, ESS도 남는 전기에너지를 저장했다가 필요할 때 다시 전력망으로 공급합니다.

ESS는 전기가 많이 생산되는 시간과 많이 필요한 시간을 연결하는 역할을 합니다. 낮에 만들어 둔 태양광 전기를 밤에도 사용할 수 있도록 도와주는 것입니다.

전기는 왜 저장해야 할까?

전력망의 가장 중요한 조건은 항상 균형을 유지하는 것입니다. 우리가 전등을 켜거나 냉장고를 사용할 때마다 전력 수요는 변합니다. 발전소와 전력망 운영자는 이 변화에 맞춰 전기 공급량을 조절해야 합니다.

하지만 태양광과 풍력처럼 날씨에 따라 발전량이 변하는 에너지원이 늘어나면 기존 방식만으로는 전력 균형을 맞추기 어려워집니다. ESS는 이때 전력망의 완충 장치 역할을 합니다.

전기가 남을 때 저장하고 전기가 부족할 때는 빠르게 공급하며 갑작스러운 전력변화에도 안정적으로 대응할 수 있도록 합니다. 결국 ESS는 단순히 전기를 저장하는 배터리가 아니라 재생에너지를 안정적으로 사용할 수 있게 만드는 전력망의 핵심 기술입니다.

전기는 어떻게 저장할까?

이러한 기술 외에도 흐름 전지, 슈퍼커패시터, 초전도 자기 에너지 저장 장치와 같은 새로운 기술들이 현재 개발 중입니다.

출처 : US EPA https://www.epa.gov/energy/electricity-storage?utm_source

미래 전력망의 숨은 주인공, ESS.

최근 전 세계 주요국에서는 ESS 보급을 확대하기 위해 설치 의무화, 보조금 지급, 전력시장 참여 유도 등 다양한 정책을 추진 중입니다. 특히 미국에서는 캘리포니아, 오레건, 메사추세츠, 뉴욕, 뉴저지 등 5개 주에서 ESS 설치 의무화를 진행, 22년 8월 IRA 도입 이후 ITC(Investment Tax Credit)를 통해 ESS 설치 투자비에 대한 세액공제 비율 및 지원 대상 확대, 전력시장 참여 등 전방위적 지원을 하고 있습니다.

그 외에도 중국, 일본, 유럽 등에서 ESS 보급 확대를 위해 정책적 지원을 진행 중입니다.

한국 역시 22년 기준 세계 4위 수준의 ESS 설비 규모를 보유하고 있으며 20년 20.9억 달러에서 22년 29.5억 달러러로 수출이 급상승하는 등 풍부한 ESS 설치 경험과 전문성, 전기·화학·기계 분야 기술을 축적하여, 향후 에너지스토리지의 수출 산업화 잠재력 보유하고 있습니다.

출처 : KDI 경제교육정보센터 에너지스토리지 산업 발전전략(산업통상자원부)

https://eiec.kdi.re.kr/policy/callDownload.do?num=244119&filenum=2

또한 정부의 호남권 전력 인프라 확충을 위해 '차세대 인공지능(AI) 배전망' 사업을 추진 중이며 'AI 활용 ESS 구축지원사업'은 재생에너지를 통해 만든 전기를 보낼 선로에 ESS를 구축하고 AI를 통해 이를 효율적으로 운영하도록 지원할 예정입니다.

출처 : 연합뉴스 https://n.news.naver.com/mnews/article/001/0016187748?sid=101

앞으로 태양광과 풍력 같은 재생에너지의 비중은 더욱 커질 것으로 예상됩니다. 하지만 자연이 만드는 에너지는 우리가 원하는 시간에 맞춰 생산되지 않습니다.

그래서 미래의 전력망은 “더 많은 전기를 만드는 것”뿐 아니라 “만든 전기를 필요한 순간 사용할 수 있도록 관리하는 것”이 중요해집니다.

ESS는 바로 그 연결고리입니다.

햇빛이 강한 낮에 저장한 전기를 밤에도 사용할 수 있게 하고, 바람이 많이 부는 순간의 에너지를 필요한 때 활용할 수 있도록 하는, 보이지 않는 곳에서 전기의 시간을 조절하는 기술.

ESS는 재생에너지 시대의 안정적인 전력망을 만드는 숨은 핵심 기술입니다.

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