신재생에너지의 간헐성(기상조건에 따른 발전량 변동)을 극복키 위해 주파수 조정용 ESS를 단독으로 사용할 경우 잦은 주파수 변동으로 충·방전 횟수가 증가해 배터리 화재와 수명 단축 등의 문제가 발행한다. 이를 해결키 위해 다양한 설치환경에 적합한 하이브리드 형태의 ESS 개발이 요구됐다.

한국전력공사(사장 정승일) 전력연구원과 (주)비나텍은 2021년부터 하이브리드 ESS에 적용되는 MW급 주파수 조정용 슈퍼커패시터의 경제적인 모델 개발을 목적으로 ‘MW급 고용량 슈퍼커패시터 시스템 개발 및 실증’ 연구과제를 진행하고 있다. 

이를 통해 각 기관은 2023년 12월까지 ▲MW급 장수명·고용량 슈퍼캡 개발 ▲슈퍼캡-배터리 하이브리드 ESS 기반 구축 및 운영기술 개발 ▲2.4억원/MW 이하의 경제적 슈퍼캡 모델 확보 등의 과제를 수행하고 있다.

‘슈퍼커패시터’는 15년 이상 장기 사용이 가능하고 유지비용이 적어 다른 단주기 ESS보다 유지보수 측면에서 유리하다. 배터리와 협조 운전을 통해 역무를 분담함으로써 배터리의 수명을 대폭 연장하고 전기품질을 향상시킬 수 있다. 

슈퍼커패시터와 배터리의 협조 운전을 실제 계통에 실증하는 기술은 선진국에서 시도됐지만 아직 실증단계까지는 도달하지 못했다. 전력연구원에서는 100kW급 그래핀 슈퍼커패시터 기술개발 경험을 바탕으로 계통연계 시스템의 경제적인 사업화 모델을 추진 중이다.

2023년까지 슈퍼커패시터의 에너지 밀도를 2배 이상 향상시켜 30초 이상 MW급 출력을 낼 수 있는 고용량 시스템을 개발할 예정이다. 또한 사업화 모델을 확보해 한전의 기술적 우위와 다양한 수요 기반을 바탕으로 세계시장 선점을 위한 전략적 아이템으로 활용할 계획이다. 

사업의 연장선상으로 한전은 5월 23일 전북 고창전력시험센터에서 김숙철 한전 기술혁신본부장, 신원식 전라북도 정무부지사, 이철휴 한전 계통계획처장, 이중호 한전 전력연구원장, 성도경 비나텍 대표이사 등 30여 명이 참석한 가운데 ‘MW급 슈퍼커패시터 계통연계시스템’을 구축하고, 주파수 조정용 하이브리드 ESS의 계통 적용을 위한 실증시스템 준공식을 개최했다.

전력연구원 관계자는 “대용량 MW급 슈퍼커패시터-ESS 하이브리드 설계 및 운영 기술이 향후 에너지 시장에서 신재생에너지의 간헐성을 보완해 탄소중립을 실현하는 중요한 한 축으로 자리매김할 수 있기를 희망한다”고 밝혔다.
 

박재구 기자 다른기사 보기