한국전력공사(사장 김종갑) 전력연구원은 단주기 ESS 신기술로서 에너지밀도가 기존 상용품 대비 5배 이상 향상된 100kW급 그래핀 슈퍼커패시터의 자체개발 성과를 활용해 (주)비나텍과 함께 전력계통 안정화용 ‘MW급 고용량 슈퍼커패시터 협조운전 시스템’ 개발 및 실증에 착수했다.
전력연구원은 2020년 100kW 고속 충·방전을 하는 1100V급 그래핀 ESS시스템을 개발하고 원내 계통에 연계해 9개월간 장기 실증시험에 성공했다.
‘MW급 고용량 슈퍼커패시터 기술’은 주파수조정용 ESS 배터리-슈퍼커패시터 하이브리드 병행운전 시스템에 적용되는 핵심기술로 기존 리튬배터리의 화재 안전성 및 수명 열화 문제를 개선해 주파수 및 과도안정도 향상에 기여할 수 있다. 또한 기존 1100V 그래핀 슈퍼커패시터의 연구성과를 활용해 동일한 투자비용으로 5초 미만의 슈퍼커패시터 운전영역을 30초 이상으로 운영성능을 확대할 수 있는 차세대 단주기 ESS 신기술이다.
전력연구원과 (주)비나텍은 100kW급으로 개발 완료된 장수명의 그래핀 슈퍼커패시터의 요소기술을 이용해 고용량 1MW급 슈퍼커패시터를 제작할 예정이다. 이를 기반으로 전력계통 주파수 조정 ESS에 있어 급격하거나 30초 이내의 잦은 출력변화는 슈퍼커패시터가 우선적으로 담당하고, 그 외의 경우에는 기존 리튬배터리가 담당하는 하이브리드 형태의 ESS 운영기술 및 시스템을 개발할 예정이다.
MW당 2.4억 원을 목표로 경제성을 향상시키기 위해 대량생산 전극의 복합화 및 컴팩트화를 추진할 계획이다. 또한 고용량 셀 기술, 유지보수 절감을 위한 셀 열화 수명 제어 및 밸런싱 최적화 기술, 배터리-슈퍼커패시터 하이브리드 운전기술을 개발할 예정이다.
전력연구원 관계자는 “고용량 슈퍼커패시터는 주파수 조정용 ESS에 사용되는 리튬이온 전지와 병행운전으로 ESS의 수명을 최대 1.5배까지 향상시킬 수 있으며, 화재 안정성 또한 증가될 것으로 기대한다”고 밝혔다.
향후 전력연구원은 ‘MW급 슈퍼커패시터 병행운전 시스템’을 고창 전력시험센터에서 실증 후 이를 기반으로 국내 주파수조정용 ESS의 수명연장 및 안정성 향상에 기여할 계획이다. 아울러 신재생에너지 계통 유입에 따른 간헐성 보완과 단주기 대응 및 장수명 특성을 이용한 분산전원의 경제성 향상 기술에 확대 적용할 계획이다.
