그리드에서 전기를 저장하는 방법은 무엇입니까?

지난 50년 동안 전 세계 전력 소비는 지속적으로 증가해 2021년 예상 전력 사용량은 약 25,300테라와트시입니다. 산업 4.0으로의 전환으로 전 세계적으로 에너지 수요가 증가하고 있습니다. 이 수치는 산업 및 기타 경제 부문의 전력 요구 사항을 제외하고 매년 증가하고 있습니다. 이러한 산업 변화와 높은 전력 소비는 과도한 온실가스 배출로 인한 보다 실질적인 기후 변화 영향과 결합됩니다. 현재 대부분의 발전소와 시설은 이러한 수요를 충족하기 위해 화석 연료원(석유 및 가스)에 크게 의존하고 있습니다. 이러한 기후 문제는 기존 방법을 사용한 추가 에너지 생성을 금지합니다. 따라서, 재생 가능 에너지원으로부터 지속적이고 안정적인 에너지 공급을 보장하기 위해 효율적이고 신뢰할 수 있는 에너지 저장 시스템의 개발이 점점 더 중요해지고 있습니다.

에너지 부문은 재생 가능 에너지 또는 "친환경" 솔루션으로 전환하여 대응했습니다. 이러한 전환은 개선된 제조 기술로 인해 도움이 되었으며, 예를 들어 풍력 터빈 블레이드의 보다 효율적인 제조로 이어졌습니다. 또한, 연구진은 태양광전지의 효율을 향상시켜 사용 면적당 에너지 생산량을 높일 수 있었습니다. 2021년 태양광 발전(PV) 소스를 통한 전력 생산량은 크게 증가하여 기록적인 179TWh에 도달했으며 2020년 대비 22%의 성장을 나타냈습니다. 태양광 PV 기술은 현재 전 세계 전력 생산량의 3.6%를 차지하고 있으며 현재 세 번째로 큰 재생 가능 기술입니다. 수력과 풍력 다음의 에너지원.

그러나 이러한 혁신은 주로 가용성과 같은 재생 에너지 시스템의 본질적인 단점 중 일부를 해결하지 못합니다. 이러한 방법의 대부분은 석탄 및 석유 발전소처럼 수요에 따라 에너지를 생산하지 않습니다. 예를 들어, 태양 에너지 출력은 태양 조사 각도 및 PV 패널 위치에 따라 변화하면서 하루 종일 사용할 수 있습니다. 밤에는 에너지를 생산할 수 없지만 겨울철이나 흐린 날에는 출력이 크게 감소합니다. 풍력 발전 역시 풍속에 따른 변동을 겪습니다. 따라서 이러한 솔루션은 낮은 출력 기간 동안 에너지 공급을 유지하기 위해 에너지 저장 시스템과 결합되어야 합니다.

에너지 저장 시스템이란 무엇입니까?

에너지 저장 시스템은 이후 단계에서 사용하기 위해 에너지를 저장할 수 있습니다. 어떤 경우에는 저장된 에너지와 제공된 에너지 사이에 일종의 에너지 변환이 있을 수 있습니다. 가장 일반적인 예로는 리튬 이온 배터리나 납축 배터리와 같은 전기 배터리가 있습니다. 전극과 전해질 사이의 화학 반응을 통해 전기 에너지를 제공합니다.

배터리 또는 BESS(배터리 에너지 저장 시스템)는 일상 생활 응용 분야에서 사용되는 가장 일반적인 에너지 저장 방법을 나타냅니다. 댐에 저장된 물의 위치 에너지를 전기 에너지로 변환하는 수력 발전소와 같은 다른 저장 시스템이 존재합니다. 아래로 떨어지는 물은 전기 에너지를 생산하는 터빈의 플라이휠을 회전시킵니다. 또 다른 예는 압축 가스입니다. 방출된 가스는 터빈의 휠을 회전시켜 동력을 생성합니다.

배터리를 다른 저장 방법과 구별하는 것은 잠재적인 작동 영역입니다. 소형 장치 및 자동차 전원 공급 장치부터 가정용 애플리케이션 및 대규모 태양광 발전소에 이르기까지 배터리는 모든 독립형 스토리지 애플리케이션에 원활하게 통합될 수 있습니다. 반면, 수력 발전과 압축 공기 방식은 저장을 위해 매우 크고 복잡한 인프라가 필요합니다. 이로 인해 정당화되기 위해서는 매우 큰 애플리케이션이 필요한 매우 높은 비용이 발생합니다.

독립형 스토리지 시스템의 사용 사례입니다.

앞서 언급한 바와 같이, 독립형 스토리지 시스템은 태양광 발전, 풍력 발전과 같은 재생 가능 에너지 방법의 사용과 의존을 촉진할 수 있습니다. 그럼에도 불구하고 이러한 시스템을 통해 큰 이점을 얻을 수 있는 다른 응용 프로그램이 있습니다.

도시 전력망은 각 도시의 수요와 공급에 따라 적절한 양의 전력을 공급하는 것을 목표로 합니다. 필요한 전력은 하루 종일 변동될 수 있습니다. 변동을 완화하고 수요가 가장 많은 경우 더 많은 안정성을 제공하기 위해 독립형 스토리지 시스템이 사용되었습니다. 다른 관점에서 볼 때, 오프 그리드 저장 시스템은 주 전력망이나 예정된 유지 관리 기간 동안 예상치 못한 기술적 결함을 보상하는 데 매우 유용할 수 있습니다. 대체 에너지원을 찾지 않고도 전력 요구 사항을 충족할 수 있습니다. 예를 들어 2023년 2월 초에 발생한 텍사스 얼음 폭풍으로 인해 약 262,000명의 사람들에게 전력 공급이 중단되었고 어려운 기상 조건으로 인해 수리가 지연되었습니다.

전기 자동차는 또 다른 응용 분야입니다. 연구원들은 배터리의 수명과 전력 밀도를 확장하기 위해 배터리 제조 및 충전/방전 전략을 최적화하기 위해 많은 노력을 기울였습니다. 리튬이온 배터리는 이러한 작은 혁명의 선두에 서서 새로운 전기 자동차는 물론 전기 버스에도 광범위하게 사용되었습니다. 이 경우 더 나은 배터리를 사용하면 주행 거리가 더 길어질 수 있지만 올바른 기술을 사용하면 충전 시간도 단축될 수 있습니다.

UAV 및 모바일 로봇과 같은 다른 기술 발전은 배터리 개발로 인해 큰 이점을 얻었습니다. 모션 전략과 제어 전략은 제공되는 배터리 용량과 전력에 크게 의존합니다.

BESS 란 무엇입니까?

BESS 또는 배터리 에너지 저장 시스템은 에너지를 저장하는 데 사용할 수 있는 에너지 저장 시스템입니다. 이 에너지는 메인 그리드나 풍력 에너지, 태양 에너지와 같은 재생 에너지원에서 나올 수 있습니다. 이는 요구 사항에 따라 다양한 구성(직렬/병렬)과 크기로 배열된 여러 개의 배터리로 구성됩니다. DC 전원을 AC 전원으로 변환하여 사용하는 데 사용되는 인버터에 연결됩니다. 에이배터리 관리 시스템(BMS)배터리 상태 및 충전/방전 동작을 모니터링하는 데 사용됩니다.

다른 에너지 저장 시스템에 비해 특히 배치/연결이 유연하고 고가의 인프라가 필요하지 않지만 여전히 상당한 비용이 들고 사용량에 따라 더 정기적인 유지 관리가 필요합니다.

BESS 크기 및 사용 습관

배터리 에너지 저장 시스템을 설치할 때 해결해야 할 중요한 사항은 크기 조정입니다. 얼마나 많은 배터리가 필요합니까? 어떤 구성으로? 어떤 경우에는 배터리 유형이 장기적으로 비용 절감 및 효율성 측면에서 중요한 역할을 할 수 있습니다.

이는 소규모 가정에서 대규모 산업 플랜트에 이르기까지 적용 범위가 다양하므로 사례별로 수행됩니다.

소규모 가구, 특히 도시 지역에서 가장 일반적으로 사용되는 재생 가능 에너지원은 광전지 패널을 사용하는 태양광 발전입니다. 엔지니어는 일반적으로 가구의 평균 전력 소비를 고려하고 특정 위치에 대해 일년 내내 일사량을 평가합니다. 배터리 수와 그리드 구성은 배터리를 완전히 소모하지 않으면서 연중 태양광 전력 공급이 가장 낮을 때 가정의 수요에 맞게 선택됩니다. 이는 메인 그리드로부터 완전한 전력 독립성을 갖는 솔루션을 가정하는 것입니다.

상대적으로 적당한 충전 상태를 유지하거나 배터리를 완전히 방전시키지 않는 것은 처음에는 직관적이지 않을 수 있습니다. 결국, 스토리지 시스템의 잠재력을 최대한 끌어낼 수 없다면 왜 스토리지 시스템을 사용합니까? 이론상으로는 가능하지만 투자수익률을 극대화하는 전략이 아닐 수도 있습니다.

BESS의 주요 단점 중 하나는 배터리 가격이 상대적으로 높다는 것입니다. 따라서 배터리 수명을 극대화하는 사용 습관이나 충전/방전 전략을 선택하는 것이 필수적입니다. 예를 들어, 납축 배터리는 돌이킬 수 없는 손상 없이 50% 용량 미만으로 방전될 수 없습니다. 리튬 이온 배터리는 에너지 밀도가 높고 수명이 길다. 더 넓은 범위를 사용하여 배출할 수도 있지만 이로 인해 가격이 상승합니다. 화학 물질에 따라 비용 차이가 크며, 납축 배터리는 동일한 크기의 리튬 이온 배터리보다 수십만 달러 더 저렴할 수 있습니다. 이것이 바로 납축전지가 제3세계 국가와 가난한 지역 사회에서 태양광 응용 분야에 가장 많이 사용되는 이유입니다.

배터리 성능은 수명 기간 동안 열화로 인해 큰 영향을 받으며, 갑작스러운 고장으로 끝나는 안정적인 성능을 갖지 못합니다. 대신, 제공되는 용량이 점진적으로 줄어들 수 있습니다. 실제로 배터리 용량이 원래 용량의 80%에 도달하면 배터리 수명이 다 된 것으로 간주됩니다. 즉, 용량이 20% 감소하는 경우입니다. 실제로 이는 더 적은 양의 에너지가 제공될 수 있음을 의미합니다. 이는 완전히 독립된 시스템의 사용 기간과 EV가 주행할 수 있는 주행 거리에 영향을 미칠 수 있습니다.

고려해야 할 또 다른 점은 안전입니다. 제조 및 기술의 발전으로 최근 배터리는 일반적으로 화학적으로 더욱 안정적이었습니다. 그러나 성능 저하 및 남용 이력으로 인해 셀은 열 폭주 상태에 빠져 재앙적인 결과를 초래할 수 있으며 어떤 경우에는 소비자의 생명을 위험에 빠뜨릴 수 있습니다.

이것이 바로 기업들이 배터리 사용량을 제어하고 적시에 유지 관리를 제공하고 악화된 결과를 방지하기 위해 상태를 모니터링하기 위해 더 나은 배터리 모니터링 소프트웨어(BMS)를 개발한 이유입니다.

결론

그리드 중 에너지 저장 시스템은 메인 그리드로부터 전력 독립성을 달성할 수 있는 좋은 기회를 제공할 뿐만 아니라 가동 중지 시간 및 최대 부하 기간 동안 백업 전원을 제공합니다. 이러한 개발은 보다 친환경적인 에너지원으로의 전환을 촉진하여 에너지 생산이 기후 변화에 미치는 영향을 제한하는 동시에 지속적인 소비 증가로 에너지 요구 사항을 충족할 것입니다.

배터리 에너지 저장 시스템은 가장 일반적으로 사용되며 다양한 일상 애플리케이션에 맞게 구성하는 것이 가장 쉽습니다. 높은 유연성은 상대적으로 높은 비용으로 인해 각 수명을 최대한 연장하기 위한 모니터링 전략의 개발로 이어집니다. 현재 산업계와 학계에서는 다양한 조건에서 배터리 성능 저하를 조사하고 이해하기 위해 많은 노력을 기울이고 있습니다.