전기 에너지 저장 시스템(ESS)의 전기 에너지 저장 기술
전기 에너지 저장 시스템(ESS)은 나중에 사용하기 위해 전기 에너지를 저장하는 기술입니다. 유연성, 안정성 및 신뢰성을 제공함으로써 최신 전력 시스템에서 중요한 역할을 합니다. ESS는 수요가 적은 시간에 잉여 에너지를 저장했다가 피크 시간이나 태양광, 풍력 등 간헐적으로 재생 가능한 에너지원을 사용할 수 없을 때 공급합니다. ESS는 그리드 규모의 에너지 저장, 오프 그리드 전력 시스템, 전기 자동차 및 휴대용 전자 장치를 포함한 다양한 응용 분야에 활용됩니다. 재생 가능 에너지, 피크 저감, 부하 평준화, 주파수 조절 및 백업 전원 공급 장치의 통합을 가능하게 합니다. ESS는 기본 기술에 따라 여러 유형으로 분류할 수 있습니다.
전기화학적 에너지 저장 시스템:
배터리: 배터리는 가장 일반적인 전기화학 ESS입니다. 화학 에너지를 전기 에너지로 변환하고 나중에 사용할 수 있도록 저장합니다. 납산, 리튬 이온, 나트륨 이온 및 흐름 배터리를 포함하여 다양한 배터리 화학 물질을 사용할 수 있습니다. 배터리는 높은 에너지 밀도, 긴 주기 수명 및 빠른 응답 시간을 제공합니다.
슈퍼커패시터: 울트라커패시터 또는 전기화학 커패시터라고도 하는 슈퍼커패시터는 정전하 분리를 통해 전기 에너지를 저장합니다. 이 제품은 높은 전력 밀도, 빠른 충전/방전 기능 및 긴 주기 수명을 제공합니다. 슈퍼커패시터는 종종 단기 에너지 저장 및 고전력 애플리케이션에 사용됩니다.
기계적 에너지 저장 시스템:
PHS(Pumped Hydro Storage): PHS는 가장 성숙하고 널리 사용되는 기계식 ESS입니다. 잉여 에너지를 사용하여 물을 더 높은 고도로 펌핑한 다음 터빈을 통해 방출하여 수요가 가장 높을 때 전기를 생성합니다. PHS 시스템은 고효율, 장기 보관 및 그리드 안정성 지원을 제공합니다.
압축 공기 에너지 저장(CAES): CAES는 공기를 압축하여 지하 동굴이나 탱크에 저장하여 에너지를 저장합니다. 배출하는 동안 압축 공기는 터빈을 통해 팽창되어 전기를 생성합니다. CAES 시스템은 대규모 저장 용량을 제공하고 그리드 안정성과 피크 저감을 지원할 수 있습니다.
플라이휠: 플라이휠 시스템은 회전하는 질량에 에너지를 저장합니다. 플라이휠을 고속으로 가속하여 전기 에너지를 기계 에너지로 변환한 다음 방전 중에 저장된 에너지를 추출합니다. 플라이휠은 높은 전력 밀도, 빠른 응답 및 긴 주기 수명을 제공하므로 주파수 조절 및 단기 보관에 적합합니다.
열 에너지 저장 시스템:
현열 저장: 현열 저장 시스템은 재료를 가열하거나 냉각하여 열 에너지를 저장하고 방출합니다. 사용되는 일반적인 재료에는 물, 용융 염 및 상 변화 재료가 포함됩니다. 현열 저장 시스템은 과잉 열을 저장하고 필요할 때 열 에너지를 제공하기 위해 발전 또는 산업 공정과 함께 사용됩니다.
잠열 저장: 잠열 저장 시스템은 용융 및 응고 과정을 통해 에너지를 저장 및 방출하기 위해 상 변화 물질(PCM)을 활용합니다. PCM은 높은 에너지 저장 능력을 가지고 있으며 상변화 동안 일정한 온도로 에너지를 저장할 수 있어 태양열 시스템, 폐열 회수 등 다양한 응용 분야에 적합합니다.
화학적 에너지 저장 시스템:
수소 저장: 수소 저장 시스템은 물을 전기 분해하여 수소를 생성함으로써 전기 에너지를 화학 에너지로 변환합니다. 수소는 저장했다가 나중에 연료 전지에 사용하여 필요할 때 전기를 생성할 수 있습니다. 수소 저장은 높은 에너지 밀도와 장기 저장 기능을 제공하므로 장기 에너지 저장 및 운송에 유용합니다.
메탄 및 합성 연료: 메탄 및 합성 연료는 전기 에너지를 화학 에너지로 변환하여 생산할 수 있습니다. 이러한 연료는 전기를 생성하기 위해 기존의 연소 공정 또는 연료 전지에 저장 및 사용할 수 있습니다.
새로운 에너지 저장 기술:
전고체 배터리: 전고체 배터리는 액체 전해질 대신 고체 전해질을 사용하여 향상된 안전성, 더 높은 에너지 밀도 및 더 긴 수명을 제공합니다. 고성능 애플리케이션을 위한 유망한 차세대 배터리 기술로 간주됩니다.
레독스 흐름 배터리: 레독스 흐름 배터리는 외부 탱크에 포함된 액체 전해질에 에너지를 저장합니다. 확장성, 긴 주기 수명, 독립적인 에너지 및 전력 스케일링을 제공하여 그리드 규모의 에너지 저장에 적합합니다.
용융 실리콘을 사용한 열 저장: 용융 실리콘 저장 시스템은 실리콘을 고온으로 가열하여 전기 에너지를 열 에너지로 변환합니다. 저장된 열은 발전, 산업 공정 및 지역난방을 포함한 다양한 응용 분야에 사용될 수 있습니다.
고급 커패시터: 리튬 이온 커패시터 및 금속 폴리머 커패시터와 같은 고급 커패시터는 기존 커패시터에 비해 높은 전력 밀도, 긴 사이클 수명 및 향상된 에너지 밀도의 조합을 제공합니다. 단기 에너지 저장 및 고전력 응용 분야에 사용됩니다.
시스템 통합 및 제어:
ESS를 전력 시스템에 통합하려면 에너지 흐름을 최적화하고 공급과 수요의 균형을 맞추며 시스템 안정성을 보장하기 위한 고급 제어 및 관리 시스템이 필요합니다. 시스템 통합의 주요 측면은 다음과 같습니다.
에너지 관리 시스템(EMS): EMS는 ESS 및 기타 그리드 구성 요소의 작동을 모니터링, 제어 및 최적화합니다. 실시간 데이터, 예측 알고리즘 및 제어 전략을 통합하여 에너지 급전을 최적화하고 손실을 최소화하며 시스템 안정성을 보장합니다.
전력전자 및 변환기: 전력전자 변환기는 ESS를 전력망에 연결하는 데 중요한 역할을 합니다. 양방향 에너지 흐름, 전압 조절 및 그리드와의 동기화를 용이하게 합니다.
에너지 관리 알고리즘: 최적화 기술, 기계 학습, 예측 분석 등의 고급 알고리즘을 사용하여 ESS 운영을 관리합니다. 이러한 알고리즘은 부하 수요, 재생 가능 에너지 가용성, 가격 신호 및 그리드 조건과 같은 요소를 고려하여 ESS 활용을 최적화하고 혜택을 극대화합니다.
계통연계기준: ESS는 전력계통과의 원활한 통합 및 상호운용성을 보장하기 위해 계통연계 기준 및 규정을 준수해야 합니다. 이러한 표준은 안전, 전력 품질, 통신 프로토콜 및 그리드 지원 기능을 다룹니다.
요약하면 전기 에너지 저장 시스템은 유연성, 안정성 및 신뢰성을 제공함으로써 최신 전력 시스템에서 중요한 역할을 합니다. 전기화학, 기계, 열, 화학 및 신흥 기술을 포함한 다양한 유형의 ESS는 서로 다른 장점을 제공하며 다양한 응용 분야에 적합합니다. ESS 통합에는 고급 제어 시스템, 에너지 관리 알고리즘 및 그리드 상호 연결 표준 준수가 필요합니다. 잉여 에너지를 저장했다가 필요할 때 방출함으로써 ESS는 재생 에너지의 통합을 지원하고, 그리드 운영을 최적화하고, 피크 수요를 완화하고, 전력 품질을 개선하고, 전기 시스템의 전반적인 효율성과 신뢰성을 향상합니다..