한전, 고용량 하이브리드 ESS 실증 나서…신·재생 간헐성 극복 대안

[이데일리 김형욱 기자] 한국전력공사(015760)가 고용량 슈퍼커패시터를 활용한 신개념 하이브리드 에너지저장장치(ESS) 실증에 나섰다. 신·재생에너지의 간헐성을 극복하기 위한 새로운 대안이 될 수 있을지 관심을 끈다.

한국전력과 한전 전력연구원, (주)비나텍 등 관계자가 23일 전북 고창전력시험센터에서 열린 주파수 조정용 고용량 슈퍼커패시터 계통연계시스템 준공식

한전은 지난 23일 전북 고창전력시험센터에서 주파수 조정용 메가와트(㎿)급 고용량 슈퍼커패시터 계통연계시스템을 구축하고 하이브리드 ESS를 실제 전력망(계통)에 적용하기 위한 실증을 시작했다고 24일 밝혔다.

태양광, 풍력 같은 신·재생에너지 발전은 햇빛·바람에 따라 전력생산량이 일정치 않아 이를 그대로 전력망에 연결할 때 계통이 불안정해질 우려가 있다. 현재는 그 대안으로 ESS를 설치해 전력이 남을 땐 이곳에 저장해뒀다가 부족할 때 저장한 전력을 내보내는 방식을 쓰고 있으나 이 역시 잦은 주파수 변동과 충방전 횟수 증가로 배터리 수명이 줄어들거나 화재 위험을 키운다는 단점이 있다.

한전 전력연구원은 이 단점을 줄이고자 (주)비나텍 등과 주파수 조정용 ㎿급 대용량 슈퍼 커패시터를 활용한 하이브리드 ESS를 실제 계통에 연계하고자 관련 연구과제를 수행하고 있다.

커패시터(capacitor)는 전력을 정전기 형태로 저장하는 전력저장장치다. 축전기로도 불린다. 전기를 화학에너지 형태로 바꿔 저장하는 통상적인 배터리보다 출력량과 출력속도가 빠르고 수명이 길다는 장점이 있다. 그러나 저장할 수 있는 전력량이 적어 단독으로는 상용화가 어렵다. 한전을 비롯한 국내외 연구진은 이를 기존 배터리와 혼용한 하이브리드 ESS를 상용화한다면 충전량은 유지하면서도 수명을 늘릴 것으로 보고 관련 연구를 진행하고 있다.

한전 전력연구원도 지난 2019년 슈퍼커패시터의 전력 저장량 밀도를 5배 이상 늘린 4000F 그래핀 슈퍼커패시터 단위셀을 개발했다. 또 이를 380셀 직렬 연결한 100킬로와트(㎾) 주파수 조정용 뱅크를 만들어 2020년부터 실증 중이다.

한전은 이번 실증 연구를 통해 내년 1월까지 1㎿당 2억4000만원 이내의 경제성으로 슈퍼커페시터의 용량을 2배 이상 늘려 ㎿급 출력을 30초 이상(현 15초) 유지할 수 있는 기술을 개발한다. 또 내년 말까지는 이를 실제 계통에 연결해 운전 이력을 확보한다는 목표다.

이번 실증이 계획대로 이뤄진다면 한전은 세계 최고 수준의 고용량 하이브리드 ESS 기술력을 확보하게 된다. 일부 선진국에서 슈퍼커패시터와 기존 배터리의 협조 운전을 실제 계통에 적용하는 기술을 연구 중이지만 아직 실증 단계에는 이르지 못했다.

한전 전력연구원 관계자는 “㎿급 슈퍼커패시터와 하이브리드 ESS 설계·운영 기술이 앞으로 신·재생에너지의 간헐성을 보완해 탄소중립을 실현하는 중요 축으로 자리매김하기를 기대한다”고 말했다.