재생에너지의 심장, ESS, 그리고 전기차

재생에너지는 이제 우리 삶의 일부가 되었습니다. 건물 옥상 곳곳에 설치된 소규모 태양광 발전기를 볼 수도 있고 고속도로를 달리다 보면 광활한 임야에 설치된 대규모 태양광 발전소를 볼 수 있습니다. 바닷가를 지나다 보면 하늘 높이 뻗어있는 풍력발전기도 볼 수 있죠. 재생에너지 발전은 발전기의 이름에서 짐작할 수 있듯이 태양광이나 바람같은 자연에너지를 사용해 전기를 발전하는 것을 말합니다. 그래서 재생에너지 발전에 대해 잘 모르는 분들이라도 친환경적이고 경제적일 것 같다는 느낌을 받는 분이 많을 것 같아요. 실제로 재생에너지 발전은 발전소가 한 번 설치되고 난 이후부터는 발전비용이 거의 들지 않고 환경도 훼손하지 않습니다.

듣기만 해도 매력적입니다. 점점 비싸지는 전기요금에 대비하기도 좋고 친환경적인 전기 발전이라면 하지 않을 이유가 없을 것 같아요. 그런데, 여러분은 재생에너지를 사용하고 계신가요? 기업들은 재생에너지를 사용하고 있을까요? 아마 사용하고 계시는 분들도 일부 있겠지만, 대부분은 그렇지 않을 것이라고 생각합니다. 그럼 이렇게 좋은 재생에너지를 왜 적극적으로 사용하지 못하는 걸까요? 무조건 많이 설치해서 전국에서 사용하는 전기를 모두 재생에너지로 발전해서 사용할 수는 없는 걸까요? 이렇게 하지 못하는 가장 큰 이유 중 하나는 재생에너지의 불확실성에 있습니다.

전기의 특징과 재생에너지의 한계

전기는 기본적으로 저장이 어렵고 생산과 동시에 소비되어야 합니다. 여러분이 집에서 전기를 사용하려고 전등을 켜는 순간 불이 바로 들어오는 것에서 알 수 있는 것처럼 전기는 계속해서 생산되어 우리에게 전달되고 바로 사용됩니다. 그래서 항상 적정량의 전기가 생산되고 적정량의 전기가 소비되어야 전력망이 안정된 상태로 운영될 수 있습니다. 이때 우리나라 전력망의 표준 주파수가 60Hz이며, 이를 안정적으로 유지해야 합니다(저희 회사명 식스티헤르츠도 바로 이 주파수를 의미합니다). 전기 생산량이 소비량보다 많으면 주파수가 높아져 전기설비에 문제가 발생할 수 있고, 전기 생산량이 소비량보다 적어지면 정전이 발생할 수 있습니다. 그래서 KPX(한국전력거래소)는 전력망을 안정시키기 위해 많은 노력을 하고 있습니다.

그런데 재생에너지는 어떤 특징을 가지고 있을까요? 자연에너지를 활용하는 만큼 전기의 발전량도 자연에 달려있을 수밖에 없습니다. 구름이 잔뜩 낀 날은 태양광 발전이 어렵고 바람 한 점 없는 날에는 풍력 발전이 어려울 거예요. 반면에 햇빛이 좋은 날에는 태양광 발전이 엄청나게 잘 되겠죠. 당장 한 가구를 위한 재생에너지 발전시설이 있다 하더라도 재생에너지만으로 전기를 충당하는 것은 불가능에 가깝다는 이야기가 됩니다.

예시를 들어보면, 한여름 오후 6시에 에어컨이 한창 가동되어 전력 소비가 많은 시기에 해가 지기 시작해 전력 공급이 점점 줄게 되면 정상적으로 소비 전력을 공급하지 못하는 상황이 올 거예요. 혹은, 전기를 쓰지 않는데도 태양광 발전이 너무 잘 되어 문제를 일으킬 수도 있게 되겠죠.

그렇다면 이런 재생에너지가 국가 전력망에 대규모로 연결되면 어떻게 될까요? 재생에너지 발전시설은 때로는 과도하게, 때로는 부족하게 계통에 전기를 공급하게 되고 이는 전력망을 불안정하게 만드는 위험 요소가 될 거예요. 이처럼 재생에너지의 불확실성과 간헐성은 전력망 안정성에 큰 도전 과제가 되고 있습니다.


재생에너지의 심장, ESS

그렇다면 재생에너지의 이런 한계를 어떻게 해결할 수 있을까요? 바로 여기서 ESS(Energy Storage System, 에너지저장시스템)가 등장합니다. ESS를 가장 쉽게 설명하자면 '거대한 배터리'라고 생각하시면 됩니다. 여러분이 스마트폰을 충전해두고 필요할 때 사용하는 것처럼, ESS도 전력을 저장해두었다가 필요할 때 꺼내 쓸 수 있게 해주는 시스템입니다.

예를 들어 볼까요? 한여름 낮 12시, 태양이 쨍쨍 내리쬐어 태양광 발전이 최대로 이루어지고 있습니다. 하지만 이 시간에는 대부분의 사람들이 외출해 있어서 전력 사용량이 많지 않아요. 이때 남는 전력을 ESS가 배터리에 저장해둡니다. 그리고 저녁 6시가 되면 사람들이 집에 돌아와 에어컨을 틀고 밥을 짓기 시작하면서 전력 사용량이 급증하죠. 하지만 태양은 이미 지기 시작해서 태양광 발전량은 줄어들고 있습니다. 바로 이때 ESS가 낮에 저장해둔 전력을 꺼내서 공급하는 거예요.

마치 우리 몸의 심장이 혈액을 온몸으로 순환시켜 생명을 유지하듯이, ESS는 에너지를 저장하고 공급하며 재생에너지 시스템의 생명력을 유지하는 핵심 역할을 합니다. 그래서 ESS를 '재생에너지의 심장'이라고 칭했습니다. ESS는 이렇게 재생에너지의 한계점을 보완하고 안정적인 전력공급을 할 수 있게 만들어 줍니다.


식스티헤르츠와 ESS

그럼 식스티헤르츠는 여기서 어떤 역할을 할까요? ESS는 위에 말씀드린 것처럼 재생에너지 생태계에서 아주 중요한 역할을 하지만, 자세하게 들여다 보면 단순한 거대 배터리에 불과합니다. 저장하면 저장이 되고, 방전하면 방전이 되는 게 전부인 것이죠.

여기서 식스티헤르츠가 '재생에너지의 뇌' 역할을 수행합니다. 식스티헤르츠는 ESS를 관리할 수 있는 소프트웨어를 개발해 ESS가 더 효율적으로 재생에너지를 활용할 수 있도록 돕습니다. 단순히 충방전 on/off만 하던 ESS를 더 다양한 상황에 맞춰 정밀하게 제어하는 것이죠. 구체적으로 몇 가지 예시를 들어보겠습니다.

1. 잔여 재생에너지 발전량 저장

태양광 발전량과 가구 소비량을 예측한 뒤 잉여 발전량이 예측되면 잉여 발전량은 ESS로 저장될 수 있도록 실시간으로 제어합니다. 저장된 전력은 필요한 때 방전해서 사용할 수 있게 되어, 재생에너지를 유연하게 활용할 수 있게 도와줍니다.

2. 전력 부하시간대별 요금 최적화

우리나라의 일부 전력 사용자들은 계절별/시간별로 전기요금이 경부하/중간부하/최대부하로 요금 체계가 나뉘어져 있습니다. 경부하 시간대에 사용하는 전기요금이 가장 저렴하고 최대부하 시간대에 사용하는 전기요금이 가장 비쌉니다.

그래서 경부하 시간대에는 ESS를 최대로 충전하고, 더 비싼 전기요금 시간대에 ESS를 방전해 전기요금을 절감할 수 있는 알고리즘을 개발해 운용하고 있습니다. 여기에 태양광 예측기술이 결합되어 경부하 시간대에 재생에너지만으로 ESS를 가득 충전할 수 없는 경우 부족한 전력은 계통을 통해 구매해 축적해 더 효율적으로 동작할 수 있도록 돕습니다.

3. DR 제도 대응

앞서 KPX에서 안정적인 전력망 유지를 위한 노력을 하고 있다고 말씀드렸는데요. 여러가지 방법 중 하나로 전력 사용을 조절하는 방법이 있습니다. KPX에서 전력이 부족한 시간대에는 전력 사용을 줄이라는 요청을 보내고, 전력이 남을 것 같은 시간대에는 전력 사용을 늘리라는 요청을 보내게 됩니다.

전력 사용을 줄이는 요청을 보내 전력망을 안정시키는 제도를 일반적인 DR(Demand Response)라고 부르고 전력 사용을 늘리는 요청을 보내 전력망을 안정시키는 제도를 플러스 DR이라고 부릅니다. 이런 DR 제도에 참여하게 되면 그에 응하는 보상을 받을 수 있고, ESS는 이런 제도에 참여하기에 최적화된 시스템입니다. DR에 적극 대응할 수 있도록 소프트웨어로 ESS를 제어할 수 있습니다.

전기차, 움직이는 ESS

그럼 전기차는 뜬금없이 왜 언급되었을까요? 전기차는 왜 전기차일까요? 전기로 동작하는 차량이기 때문에 전기차라고 부르겠지요. 전기로 운행이 가능하려면 무엇이 필요할까요? 바로 전기를 저장할 수 있는 배터리가 필요합니다. 그래야 전원 공급에서 멀어진 채로 장거리를 운전할 수 있겠죠. 그래서 전기차에도 모두 전기배터리가 있고 충전/방전을 할 수 있습니다. 최근에는 V2L(Vehicle to Load)라는 기술이 널리 퍼져 실제로 전기차에서 전기를 공급받아 캠핑이나 비상상황에 활용할 수 있게 되었습니다.

이제 왜 전기차가 언급되었는지 조금 감이 오시나요?

• 전기차는 이동이 가능하다.

• 전기차는 전기를 저장할 수 있다.

요약하면 전기차는 결국 움직일 수 있는 ESS라고 볼 수 있습니다. 이렇게 전기차를 계통과 연결해 전기차를 충전하는 것 뿐만 아니라 전기차를 방전시켜 전력망에 보낼 수 있는 기술을 V2G(Vehicle-to-Grid)라고 부릅니다.

사실 일반적인 ESS는 굉장히 비싸고 거대해서 일반 가정에서 활용하기 쉬운 시스템은 아닙니다. 그에 비해 전기차는 이제 널리 보급되어 쉽게 볼 수 있죠. 그래서 저희는 전기차를 ESS처럼 활용해 일반 가구의 재생에너지 활용도를 높이는 방안을 고민하고 소프트웨어로 해결할 수 있는 기술을 개발하고 있습니다. 언젠가는 전기차 차주들이 계통망을 안정화시키는데 가장 큰 역할을 할 것이라고 확신합니다.

함께 만들어갈 미래

식스티헤르츠에서는 이처럼 다양한 상황에 다양한 방법으로 재생에너지를 활용하는 소프트웨어를 개발해 운영하고 있습니다. 현재 전력시장과 재생에너지 생태계를 분석해 그에 맞는 알고리즘을 개발하고, 이를 적절하게 시각화해서 고객들이 사용하기 편하고 이해하기 쉬운 형태로 서비스를 만들어 나가고 있습니다.

재생에너지, V2G에 관심이 있으시다면 식스티헤르츠의 행보를 관심있게 지켜봐주시면 감사하겠습니다. 더 나아가 이런 기술 개발에 함께 참여하고 싶은 소프트웨어 엔지니어분들의 많은 관심 부탁드립니다.


By 방경민 ㅣ TVPP/FE Leader ㅣ 60Hertz




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