I II III Ⅳ Ⅴ ESS 정의및필요성현황및시사점해외동향대용량전력저장시스템실증현황향후전망 2/32
I. ESS 정의및필요성
Ⅰ. ESS 정의및필요성 이차전지 (Battery) : 전력을저장했다가필요시에사용가능한전지 전력저장시스템 (ESS) : 생산된전력을저장했다가필요한장소와시간대에 사용할수있도록지원하는종합운영시스템 CB 전력망 전력저장시스템 (ESS) 구성 전력계통 data SCADA/EMS - Battery : 전력저장 ( 충방전 ) PCS PMS 발전예측 data 발전정보 - BMS : 배터리감시및제어 - PCS : 전력변환제어 ( 배터리 DC- 계통 AC 연계 ) BMS Battery *PMS: Power Management System *PCS : Power Conditioning System *BMS: Battery Management System - PMS : 운전정보수집감시및전력저장 시스템전체적인제어역할 4/32
Ⅰ. ESS 정의및필요성 전력계통의효율적운영및안정적인전력공급 - 양수발전기능을대체하고수요관리기능보완 - 피크부하의분산으로부하율개선및발전소, 송전선로등건설비절감 * 부하율 (%) = 평균부하 / 최대부하 * 100 - 계통의고장시예비전력을공급하여고장파급방지및광역정전예방 - 신재생에너지확대연계시불안정한출력안정화, 전기품질개선등전력저장장치의경제성확보 - 연구개발추진, 정부지원제도시행등으로점진적가격경쟁력확보신성장동력 ( 산업 ) 성장및일자리창출기대 - 신재생에너지공급확대에따라내수와수출시장이활성화 * 전력저장장치 2020 년국내 4 조원, 세계 47 조원전망 - 전력분야의신사업개척및활성화로신규고용창출과전문인력양성필요 5/32
Ⅰ. ESS 정의및필요성 6/32
II. 현황및시사점
Ⅱ. 현황및시사점 광범위한지역에분산설치된송배전설비와부하설비는 SCADA, DAS, AMR 에의해감시, 제어, 계측 송변전설비 : 전력수급불안정해소, 전력계통안정적운영필요 - 국가적인이산화탄소감축이불가피, 전력산업의성장률 2% 대감소대비필요신재생발전원, 전기자동차, 전력저장장치등전력망연계증가등 - 유 / 무효전력제어및전력계통과연계된대용량의이차전지시스템을이용, Load Leveling, Peak Shaving을통한계통운영최적화필요송전손실최소화방안, 계통혼잡최소화방안, 계통고장시부하차단최소화방안필요 중장기전력계통에서필요한전력저장시스템의최적용량도출및신재생의활용성확대필요 8/32
Ⅱ. 현황및시사점 상용화정도, 원천 부품소재기술수준, 실증경험측면에서선진국보다열세 - 일부기술은상용화단계에도달하였으나, 그외는초기기술개발단계수준 - 리튬이온전지는최고수준의제조기술로해외수출이가시화되었으나, 전반적인 ESS 원천ㆍ부품소재기술은미흡 참조 : 지경부 K-ESS 2020 (2011.5) 구분 세계최고기술업체 주요국내업체 R&D단계 기술수준 ( 세계최고 : 100) 원천부품소재제조 리튬이온전지미쯔비시중공업, GS유아사 ( 일 ) 삼성 SDI, LG 화학 응용제품개발 55 70 95 나트륨-황전지 NGK( 일 ) 포스코 초기개발 35 35 30 레독스흐름전지 Prudent Energy( 중 ) LS 산전, 호남석유화학 초기개발 40 40 45 수퍼커패시터파나소닉 ( 일 ), MAXELL( 미 ) 네스캡, LS 엠트론 응용제품개발 50 55 80 플라이휠 보잉 ( 미 ) 전력연구원 제품개발 70 60 70 압축공기저장 PG&E( 미 ) 삼성테크윈 초기개발 50 70 55 ESS 기술개발전략강화와함께대규모실증사업추진필요 * 11 년지경부에너지저장기술개발및산업화전략 (K-ESS 2020) 발표및대용량저자장치기술개발및실증추진중 9/32
Ⅱ. 현황및시사점 전력저장시스템사업화로새로운시장형성및고용창출효과 - 대용량 / 소용량전력저장장치, PCS 및 EMS 제작사기술발전 - 신재생에너지원운영사업자, 엔지니어링회사및관련솔루션제공 기업 KEPCO LG 화학 포스코 삼성 SDI 주요내용 에너지저장장치플라이휠세계최고수준, 계통운영 ( 송배전, 보호 ) 확보 제주 SG 실증단지내분산형전원계통연계기술및에너지저장장치운영기술실증중 자동차용배터리기술세계최고수준, 미국 SCE 가정용 ESS 프로그램배터리공급업체선정 국내최초 NaS 전지개발성공 미국 AES 사 20MW 규모의 ESS 공급계약체결, 제주 SG 실증단지참여 SK 이노베이션 SK 이노베이션의첫배터리생산라인인충남서산공장본격가동 넥스콘테크 대용량배터리관리시스템전문업체, 중국의전지회사와에너지저장시스템사업제휴 ESS 기술의국내실적과경험으로동남아도서및원격지역등해외수출시장개척가능 10/32
Ⅱ. 현황및시사점 전력저장시스템은스마트그리드구축에핵심적인요소 - 추가발전소건립없이전력수급불균형해소, 안정적계통운영필요 - 온실가스감축및화석연료고갈로인해에너지저장시스템활용도 태양광, 풍력등신재생에너지의안정적계통연계필수기술 - 풍력, 태양광등신재생에너지는발전량을조정할수없기때문에전력망의안정적인공급및품질측면에서관리가필요 * 시간과장소에따라출력이변동하는신재생에너지의출력안정화기여 - 여름에전기가최대로소요되는시간대인오후 2 4시사이에는저장했던전력으로부터계통망으로공급하여피크수요에대응가정, 빌딩등스마트그리드와연계된실시간요금제도입시충전전력전력회사판매가능전기차보급확대로전기차핵심인배터리기술확보필요 11/32
Ⅲ. 해외동향
Ⅲ. 해외동향 2010 년현재전세계 850MW 보급 ( 전력계통 80%, 기타 20%) 시장이미국에편중 ( 전체시장의 80%) 전력계통용 ESS 시장전망 : 87 억 $( 13 년 ) 245 억 $( 16 년 ) (Pike Research) 2002 년시범운전이래 2009 년까지 11MW NAS 설치, 20 년 1000MW 설치예정 - Peak shaving, islanding, UPS 목적 - NaS 위주로설치, LiB 는 2.5MW(25kW 100) 설치 (Ohio 주 ) 13/32
Ⅲ. 해외동향 주파수조정, 발전예비력을목적으로 2009 년까지 16MW LiB 설치 2010 년이후 100MW 설치 주요설치현황 - Chile (2MW/500kWh), Indianapolis Power & Light (2MW/500kWh) - South Africa(12MW /4MWh, 2009년 ) - 뉴욕 Westover 발전소내화력발전설비와연계 20MW ( 10.6월)- 주파수조정용 14/32
Ⅲ. 해외동향 기업적용설치용량추가계획 AES (Applied Energy Service) 주파수조정 발전예비력 16MW 100MW AEP (American Electric Power) 통신용저장장치 2.5MW (25kW x 100) 2MW SCE (Southern California Edison) 계통안정화 풍력연계 25kW 10MW DTE (Detroit Edison) 통신용저장장치 2MW(Demo) 0.5MW 15/32
Ⅲ. 해외동향 프랑스 Saft 사와독일 Conergy 사등이프랑스와독일정부지원으로국책과제수행 2012년사업화를목표로태양광주택의에너지자급을위한 5~15kW급리튬이온전지도입타당성을평가하기위한것약 75개시스템에대한실증사업을포함. ( 출처 :http://www.saftbatteries.com/saft/uploadedfiles/pressoffice/2010/cp_20-10_en.pdf) 16/32
Ⅲ. 해외동향 2002 년상용화시작 (1997 년변전소실증 ) 2004 년 9.6MW/57.6MWh 설치 (60kW/360kWh per module) 2008 년까지동경전력 180MW 설치실적 ( 세계적으로 302 MW 설치 ) 6 MW (48 MWh) NAS (TEPCO Ohito Substation) 아오모리현 50MW 풍력단지 - Energy shifting (34MW 규모 NaS - 현재까지단일최대규모 ) 17/32
Ⅳ. 대용량전력저장시스템실증현황
Ⅳ. 대용량전력저장시스템실증현황 과제명 : 신재생에너지연계형 MW급리튬이차전지시스템운용기술개발기간 : 2011.07 ~ 2014.06 (36개월) 당해년도 : 2011.07.01~2012.06.30 (1차년도) 연구방법 : 공동연구 - 주관기관 : 한국전력공사 ( 책임자 : 책임연구원장병훈 ) - 참여기관 : 전력거래소, 일진전기, 삼성SDI, 효성 - 위탁기관 : 기초전력연구원 ( 서울과기대, 전북대, 건국대, 명지대 ) 소요예산 : 총 262.8억원 ( 정부 : 120억, 민간 : 142.8억 ) 19/32
Ⅳ. 대용량전력저장시스템실증현황 구분기관명주요업무 주관기관 참여기관 KEPCO 삼성SDI 효성전력거래소일진전기 대용량배터리시스템활용방안수립및운용기술개발 (PMS) 전력저장시스템분석모델개발및경제성평가 MW 급전력저장실증시스템구축및국내표준화 ( 안 ) 도출 대용량 (8MWh) 전력저장시스템개발 MW 급대응 BMS, Battery Pack, Container 개발 MW 급 ESS 용 Monitoring System 개발 4MW 급에너지저장장치용전력변환시스템 (PCS) 개발 대용량에너지저장장치용 PCS 제어기및냉각시스템개발 PMS 의 EMS 연계방안마련및검토 Test-bed 현장조사및 ESS 최적화변전시스템설계 이차전지시스템변전설비 / 보호계전설비구축및계통연계 20/32
Ⅳ. 대용량전력저장시스템실증현황 설치장소 : 제주 154kV 조천변전소설치기간 : 2012. 7 ~ 2013. 6 설치내용 : 4MW/8MWh 리튬이차전지시스템및운영시스템구축 - 4MW/8MWh 리튬이온전지시스템 (Container * 8EA) - 4MW AC-DC 변환설비 (PCS, Container * 3EA) - 전력저장장치운영시스템 (PMS, Power Management System) 1식 - 기타 23kV GIS, VCB, 수배전반, 연계선로및통신선로 제주국제공항 조천변전소 SG 홍보관 조천변전소 21/32
Ⅳ. 대용량전력저장시스템실증현황 154kV 조천변전소 23kV 모선및 SG 실증단지풍력단지연계실증 제주스마트그리드실증인프라를활용한다양한충 / 방전시나리오실증 - 부하평활화, 피크부하감소, 풍력발전의출력안정화및주파수제어등 CB CB 변전소 23kV 모선 전력계통 data SCADA/EMS PCS PMS 발전예측 data 통합운영센터 (TOC) 해상 D/L 풍력 BMS Battery *PMS: Power Management System *PCS : Power Conditioning System *BMS: Battery Management System 22/32
Ⅳ. 대용량전력저장시스템실증현황 저장장치부지 < PCS > < 수배전반 > 조천변전소 < 전력저장장치 > 23/32
Ⅳ. 대용량전력저장시스템실증현황 지재권확보 ( 특허 ) PMS 개발 대용량배터리개발 BMS/PCS 개발 개발 11.07~ 12.06 시스템확립 Test-Bed 구축 - PMS 제작및설치 - Battery 제작및설치 - PCS 제작및설치 설치 12.07~ 13.06 표준화수립 운용및실증분석 경제성평가 표준화 ( 안 ) 도출 검증 13.07~ 14.06 24/32
Ⅴ. 향후전망 25/32
Ⅴ. 향후전망 7 대광역권별스마트그리드거점도시구축 [ 지능형서비스 ] 수요자원 120만 kw 확보 [ 지능형소비자 ] 스마트미터보급률 50% 달성 [ 지능형운송 ] 충전인프라 150,000기보급 [ 지능형신재생 ] 신재생 4.3% 달성 [ 지능형송배전 ] 신뢰도 10% 향상 1 제도개선 (1,401 억원 ) * 요금제도, 수요관리, 전력산업구조, 동반성장 2 시장창출 (25,170 억원 ) * 국내실증, 해외실증, 핵심기기보급, 거점도시 3 기술개발 (7,659 억원 ) * 기술개발체계, 기술개발전략, 기술개발계획 4 기반조성 (1,345 억원 ) * 표준및보안, 인력양성, 국제협력, 산업진흥 소비자참여 * 총투자비 : 35,595 억원 26/32
Ⅴ. 향후전망 누적용량 20 만 kwh 에너지저장장치 (ESS) 보급 추진계획 에너지저장장치를계약용량에포함하지않는방안을검토 ( 13 년 ) - 에너지저장장치를계약용량에포함시기본요금상승의문제발생 ( 예외규정마련 ) 에너지저장장치를전기사업법상전기설비에포함되도록규정 ( 13 년 ) - 기술기준, 안전관리, 공사계획의인허가 신고, 사용전검사 정기검사등 지능형전력망법상사업자등록제도에 에너지저장서비스제공업자 를추가하여사업자육성 ( 14년, 지능형전력망법시행령개정 ) - 사업자가가정 건물에 ESS 설치를대신해주고, 이를통해절감되는전기요금중일부를회수하여이익을창출하는비즈니스모델구축 - 에너지저장사업자에게 ESS 설치융자사업도입검토 27/32
Ⅴ. 향후전망 추진계획 에너지절약시설에대한체계적인보급지원방안마련추진 - 에너지절약시설에에너지저장장치를포함하여투자세액공제추진 ( 기재부 / 12 년 ) * 에너지절약시설의경우초기투자금액의 10% 투자세액공제 - 전력부하관리기기에에너지저장장치를포함하여설치지원금지급추진 ( 13 년 ) - 비상발전기 ( 디젤발전기 ) 를에너지저장장치로대체보급검토 ( 13 년이후 ~) * 비상발전기설치의무건물주, 정부, ESS 사업자등이비용분담하는사업모델검토 * 전국우체국 (3,500 개 ) 신증축시 ( 연간 40 여개 ) 비상발전기를에너지저장장치로교체 * 공공건물의비상발전기의에너지저장장치교체의무화검토 ( 행안부 ) < 에너지저장장치보급계획 ( 신규 ) > 연도 12 13 14 15 16 보급용량 ( 만 kwh) 0.1 1 3.2 5.7 10 - 발전사업자저장장치의무화제도, 신재생에너지단지계통연계지원, 가정용 공동주택용 소형에너지저장장치보급사업중장기검토 ( 16 년 ) * 신재생에너지단지의계통연계와에너지저장장치보급을연계 * 그린홈 100 만호보급사업과연계하여신재생에너지보급과가정용에너지저장장치보급연계 에너지저장장치의표준화및인증체계마련 ( 중소형 : 13 년, 대형 : 16 년 ) 28/32
Ⅴ. 향후전망 Source : Pike Research 2011~2021 ESS 설치용량및가격전망 Source : Pike Research 29/32
Ⅴ. 향후전망 구분배경전망및특기사항 신재생분산전원품질보상무정전직류배전 풍력, 태양광등분산전원증가추세 품질보상필요성부각 전력저장기반품질보상기술이유력 Internet Data Center와같은대용량직류부하고객이최근에급증하는추세 일부분산전원에대한시장창출기대 전력회사가무정전직류전력을공급 하는사업모델로서시장창출가능 산업용비상전원 도서 / 소외지역 독립계통 산업용비상전지로서납축전지와디젤발전기를대체 Load leveling 을병행하여경제성을향상 도서또는소외지역에대한원거리전력 공급을대신하는독립계통개념을우선 적용 경제적인소용량전력저장장치개발 로서시장창출기대 국내일부도서지방에시범사업적용가능 전세계적으로중앙전력계통망이 취약한도서 / 소외지역이매우많을것으로예상 30/32
Ⅴ. 향후전망 구분배경전망및특기사항 마이크로그리드및직류배전 Load leveling & peak shaving 신재생에너지분산전원의확대보급으로소규모독립계통으로서마이크로그리드에대한기술개발이활발 전산기반디지털기기의일반화로직류부하가급속히증가하는추세 전력부하가큰한낮피크전력대체시기대이득 Load leveling 경제성은전력산업환경에크게의존 - 전력수요변동추세 - 화력발전연료비 - 원자력, 석탄, 복합화력등의발전량 직류마이크로그리드와직류배전시스템에서핵심적인역할을기대 전체분산형발전시스템시장의약 10% 정도예상 경제성이미흡 중장기적으로경제성확보가능성을기대 - 원자력발전비중확대 - 화력발전연료비상승 - 전력수요변동추세의선진화 - 전력저장비용저감등 31/32
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