WO2017142218A1 - 에너지 저장 시스템 및 시스템 운용 방법 - Google Patents

에너지 저장 시스템 및 시스템 운용 방법 Download PDF

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윤주영
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Abstract

본 발명은 에너지 저장 시스템에 관한 것으로, 신재생 에너지원으로 전력을 생산하는 복수의 신재생 에너지 발전 설비와, 전력 부하에 전력을 공급하는 외부 전력망 또는 상기 신재생 에너지 발전 설비에 의해 충전되고, 방전되면서 상기 전력 부하에 상기 전력을 공급하는 복수의 에너지 저장 장치와, 상기 에너지 저장 장치의 전력을 관리하는 PCS(Power Conditioning System)를 구비한 에너지 저장 설비를 포함하며, 상기 에너지 저장 장치는 서로 다른 충전 및/또는 방전 주기를 갖는 복수의 배터리를 포함할 수 있다. 본 발명에 따르면, 고가의 수퍼 캐패시터를 대체하는 수단으로 충전 주기 및 출력 특성 등이 상이한 복수의 배터리를 혼용함으로써 시스템에서 요구되는 최적의 성능을 제공할 수 있다. 또한, 각 배터리가 가장 효율적인 출력으로 구동되므로 에너지 저장 시스템의 효율이 향상되고 피크 컷 또는 피크 쉐이빙 등의 운용에 적합한 장점이 있다.

Description

에너지 저장 시스템 및 시스템 운용 방법
본 발명은 에너지 저장 시스템 및 시스템 운용 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 특성이 다른 복수의 전기화학 에너지 저장장치가 조합된 에너지 저장 시스템 및 시스템 운용 방법에 관한 것이다.
일반적으로 신재생 에너지는 신에너지와 재생에너지를 합쳐 부르는 말이다. 기존 화석연료를 변환하여 이용하거나 햇빛, 물, 강수, 생물유기체 등을 포함하여 재생이 가능한 에너지로 변환하여 이용하는 에너지를 말한다. 재생에너지에는 태양광, 태양열, 바이오, 풍력, 수력 등이 있고, 신에너지에는 연료전지, 수소에너지 등이 있다.
에너지 저장 시스템(ESS, Energy Storage System)은 태양광으로 대표되는 신재생 에너지 발전 시스템과 전력 저장 시스템을 연계한 것으로, 충전 및 방전이 가능한 배터리에 신재생 에너지 또는 전력 계통의 잉여 전력을 저장하고 필요 시 부하에 전력을 공급하는 시스템이다. 한국특허공개 제2013-0138611호에 신재생 에너지 발전 시스템과 연계된 에너지 저장 시스템이 개시되어 있다.
에너지 저장 시스템의 경우 통상적으로 신재생 에너지 또는 기존 계통의 전력으로 에너지 저장 장치를 충전하고, 부하에 전력 공급이 필요할 때 신재생 에너지, 계통, 에너지 저장 장치 중 어느 하나를 통해 부하에 전력을 공급한다. 시스템의 운용 중 순간적으로 부하가 증가할 때를 대비해 에너지 저장 장치는 배터리와 함께 수퍼 캐패시터(Super Capacitor)를 구성해 부족한 순간 출력을 보완하는 방법을 주로 사용하고 있다.
그러나 수퍼 캐패시터는 에너지 밀도가 낮고 대용량으로 이용하기에는 가격 부담이 큰 단점이 있다. 또한, 수퍼 캐패시터는 엘리베이터 등과 같이 수 초 이내에 큰 출력을 필요로하는 경우에 적합하므로, 빌딩이나 공장 등 전력의 피크 컷(peak cut), 피크 쉐이빙(peak shaving)을 위한 에너지 저장 시스템에는 적합하지 않은 문제가 있다.
본 발명의 목적은 특성이 다른 복수의 전기화학 에너지 저장장치를 조합해 요구 성능에 부합됨과 동시에 각 에너지 저장장치가 가장 효율적인 출력을 제공할 수 있는 에너지 저장 시스템 및 시스템 운용 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 에너지 저장 시스템은, 신재생 에너지원으로 전력을 생산하는 복수의 신재생 에너지 발전 설비와, 전력 부하에 전력을 공급하는 외부 전력망 또는 상기 신재생 에너지 발전 설비에 의해 충전되고, 방전되면서 상기 전력 부하에 상기 전력을 공급하는 복수의 에너지 저장 장치와, 상기 에너지 저장 장치의 전력을 관리하는 PCS(Power Conditioning System)를 구비한 에너지 저장 설비를 포함하며, 상기 에너지 저장 장치는 서로 다른 충전 및/또는 방전 주기를 갖는 복수의 배터리를 포함한다.
상기 에너지 저장 장치는 출력 특성, 가격이 서로 다른 것을 특징으로 한다.
상기 에너지 저장 장치는 제1 배터리 및 제2 배터리를 포함한다.
상기 제1 배터리는 상기 충전 및/또는 방전 주기가 상기 제2 배터리에 비해 상대적으로 짧은 단주기형 배터리이고, 상기 제2 배터리는 상기 충전 및/또는 방전 주기가 상기 제1 배터리에 비해 상대적으로 긴 장주기형 배터리인 것을 특징으로 한다.
상기 제1 배터리는 첨두 부하에 대응하도록 제어되고, 상기 제2 배터리는 기저 부하에 대응하도록 제어되는 것을 특징으로 한다.
상기 에너지 저장 장치는 제3 배터리를 더 포함하며, 상기 제3 배터리는 상기 상기 충전 및/또는 방전 주기가 상기 제1 배터리에 비해 상대적으로 짧은 초단주기형 배터리인 것을 특징으로 한다.
상기 에너지 저장 장치의 종류 및 특성 정보를 저장하고 이에 따라 상기 에너지 저장 장치의 충전 및 방전량을 제어하는 BMS(Battery Management System)을 더 포함한다.
상기 PCS는 외부 전력망 또는 상기 신재생 에너지 발전 설비에 의해 생산된 상기 전력을 상기 전력 부하 또는 상기 에너지 저장 장치로 공급하고, 상기 전력의 교류 또는 직류간 변환을 수행하며 상기 전력 부하의 소비 전력을 모니터링해 저장하는 것을 특징으로 한다.
상기 제1 배터리 및 제2 배터리는 피크 컷(peak cut) 또는 피크 쉐이빙(peak shaving) 운전 적용이 가능한 것을 특징으로 한다.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항의 구성을 포함하는 에너지 저장 시스템 운용 방법에 있어서, 상기 에너지 저장 장치가 상기 신재생 에너지 발전 설비 또는 상기 외부 전력망 중 적어도 어느 하나에 의해 충전될 때, 상기 제1 배터리는 상기 신재생 에너지 발전 설비로부터 생산된 전력에 의해 충전되고, 상기 제2 배터리는 상기 외부 전력망에 의해 공급된 전력에 의해 충전되는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템 운용 방법을 제공할 수 있다.
상기 제1 배터리의 충전량에서 상기 제2 배터리의 충전량을 뺀 값이 설정값 이상인 경우, 유휴 시간에 상기 제1 배터리에 저장된 전력으로 상기 제2 배터리를 충전하는 것을 특징으로 한다.
상기 제2 배터리의 급속 충전 시 상기 제1 배터리의 방전 출력을 증가시켜 상기 제2 배터리의 충전율을 증가시키는 것을 특징으로 한다.
상기 전력 부하에 전력을 공급하기 위해 상기 에너지 저장 장치를 방전시키는 경우, 상기 제1 배터리의 방전을 먼저 시작하도록 제어되는 것을 특징으로 한다.
상기 제2 배터리는 상기 제1 배터리의 방전 시작 후 지속적으로 방전하도록 제어되는 것을 특징으로 한다.
상기 제2 배터리의 충전량에서 상기 제1 배터리의 충전량을 뺀 값이 설정값 이상인 경우, 유휴 시간에 상기 제2 배터리에 저장된 전력으로 상기 제1 배터리를 충전하는 것을 특징으로 한다.
상기 제1 배터리 및 제2 배터리는 상기 전력 부하가 최고조인 시간 대에 피크 컷(peak cut) 또는 피크 쉐이빙(peak shaving) 방식으로 운용되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 에너지 저장 시스템 및 시스템 운용 방법은 고가의 수퍼 캐패시터를 대체하는 수단으로 충전 주기 및 출력 특성 등이 상이한 복수의 배터리를 혼용함으로써 시스템에서 요구되는 최적의 성능을 제공할 수 있다. 또한, 각 배터리가 가장 효율적인 출력으로 구동되므로 에너지 저장 시스템의 효율이 향상되고 피크 컷 또는 피크 쉐이빙 등의 운용에 적합한 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 에너지 저장 시스템을 도시한 모식도,
도 2는 도 1의 에너지 저장 시스템에 따른 용량 대비 출력 예를 도시한 그래프,
도 3은 도 1의 에너지 저장 시스템에 따른 충전 중 전력 흐름을 도시한 모식도,
도 4는 도 3에 따른 충전 시 전력 곡선을 도시한 그래프,
도 5는 도 3에 따른 유휴 시간 대 에너지 저장 장치 간 균형 맞춤 시 전력 흐름을 도시한 모식도,
도 6은 도 1의 에너지 저장 시스템에 따른 방전 중 전력 흐름을 도시한 모식도,
도 7은 도 6에 따른 방전 시 전력 곡선을 도시한 그래프,
도 8은 도 6에 따른 유휴 시간 대 에너지 저장 장치 간 균형 맞춤 시 전력 흐름을 도시한 모식도이다.
이하에서는 도면을 참조하여, 본 발명의 일 실시 예에 따른 에너지 저장 시스템에 대해 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 에너지 저장 시스템을 도시한 모식도이고, 도 2는 도 1의 에너지 저장 시스템에 따른 용량 대비 출력 예를 도시한 그래프이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 에너지 저장 시스템은 크게 적어도 하나의 신재생 에너지 발전 설비(200)와, 에너지 저장 설비(300)로 구성될 수 있다. 신재생 에너지 발전 설비(200)에서 발생되는 전력은 외부 전력망(100)으로부터 공급되는 전력과 함께 에너지 저장 설비(300) 또는 전력 부하(400)로 공급된다.
전력망(100)은 화력, 수력, 원자력 등 기존의 발전 시스템에 의해 생산된 전력을 공급하는 전력망이며, 전력 부하(400)는 전력을 소비하는 가정, 빌딩, 공장 등의 다양한 시설을 의미한다.
신재생 에너지 발전 설비는 태양광, 풍력, 조력, 바이오 매스 등과 같은 신재생 에너지를 이용한 발전 설비로, 설치 장소에 따라 각기 다른 종류의 발전 설비가 적용될 수 있다. 신재생 에너지 발전 설비는 적어도 하나가 적용되며, 바람직하게는 지역 특성에 맞는 복수의 설비가 적용되는 것이 바람직하다(본 발명에서는 편의상 태양광 발전 설비(210)와 풍력 발전 설비(230)를 동시에 운용하는 경우를 예로 하여 설명한다).
태양광 발전 설비(210)는 태양전지, 태양전지에서 생산된 전기 에너지를 직류에서 교류로 변환하고 전력 계통에 연결시키는 전력 변환장치, 생산된 전기 에너지를 일시적으로 저장하는 저장 장치 등으로 구성될 수 있다. 태양광 발전 설비의 구성은 주지관용의 기술이므로 상세한 설명을 생략하기로 한다.
풍력 발전 설비(230)는 블레이드, 블레이드에 의해 바람의 운동 에너지를 전기 에너지로 변환하는 에너지 전환 장치 및 동력 전달 장치, 제어장치 등으로 구성될 수 있으며, 역시 주지관용의 기술이므로 상세한 설명을 생략하기로 한다.
에너지 저장 설비(300)는 충전 또는 방전이 가능한 복수의 에너지 저장 장치(300)를 구비하며, 에너지 저장 장치(300)를 충전하여 에너지를 저장하고, 에너지 저장 장치(300)를 방전시켜 저장된 에너지를 전력망(100) 또는 전력 부하(400)에 전력을 공급한다. 일반적으로 에너지 저장 설비는 에너지 저장 장치(300)의 충전 또는 방전 관리를 위한 BMS(Battery Management System)과, 전력 공급 및 관리를 위한 PCS(Power Conditioning System)을 포함할 수 있다.
에너지 저장 장치(300)는 출력 특성과 가격, 충전 주기가 서로 다른 두 개의 배터리로 구성될 수 있다. 본 발명에서는 편의상 제1 배터리(310)를 단주기형 배터리로 구성하고, 제2 배터리(330)를 장주기형 배터리로 구성한 것을 예로 하여 설명하기로 한다. 그러나 복수 개의 배터리를 에너지 저장 장치로 구성할 수도 있으며, 그 경우 충전 주기와 출력 특성을 고려해 배터리의 종류가 달라질 수 있다. 단주기형 배터리의 경우 장주기형 배터리에 비해 상대적으로 충전 용량이 작은 배터리를 의미한다. 단주기형 배터리는 장주기형 배터리에 비해 빠른 충전 및 방전이 가능해 빠른 부하 응동이 필요한 경우나 갑작스러운 부하 변동, 간헐적인 전력 변동에 대응하기 쉽다. 장주기형 배터리는 단주기형 배터리에 비해 용량이 크므로 충전 및 방전은 느리나, 지속적인 부하 대응이 가능하며, 단주기형 배터리에 비해 방전 시간이 긴 장점이 있다.
이러한 배터리의 종류 및 특성에 따라 배터리 충/방전 계획을 달리하여 효율적인 배터리 관리가 가능하며, 추가적으로 배터리의 잔여 용량 정보를 획득함으로써 단기 전력 운용 계획을 수립할 수 있다. 또한, 배터리(140)는 신재생 에너지 발전 설비(200)나 전력망(100)을 통해 공급되는 전력을 충전하여 에너지를 저장하는 에너지 저장소의 기능과, 방전을 통해 저장된 에너지를 전력 부하(400)나 전력망(100)에 공급하는 에너지원으로 기능한다.
PCS(330, 370)는 전력변환장치로서, 교류와 직류간의 변환 및 전압, 전류, 주파수를 변환시키는 역할을 한다. PCS(330, 370)는 전력망(100)을 통해 발전소로부터 공급되는 에너지를 전력 부하(400)에 공급하거나 배터리에 충전시키거나, 신재생 에너지 발전 설비(200)로부터 공급되는 에너지를 전력 부하(400)에 공급하 거나 배터리에 충전시킨다. 또는 배터리를 방전시켜 저장된 에너지를 전력 부하(400)나 전력망(100)에 공급하여, 전력 관리를 수행한다. 이때, 배터리의 충/방전은 배터리의 종류 및 특성 정보를 고려하여 운용된다. 또한, PCS(330, 370)는 전력 부하(400)에서 소비되는 전력을 모니터링하여 정보로 저장하여 보유할 수 있다.
BMS는 배터리 관리 시스템으로서, 배터리의 전압, 전류, 온도 등을 감지하여 배터리의 충/방전량을 적정 수준으로 제어함은 물론, 배터리의 셀 밸런싱을 수행하고, 배터리의 잔여 용량을 파악한다. 또한, BMS는 위험이 감지되는 경우 비상 동작을 통해 배터리을 보호한다. BMS는 배터리의 종류 및 특성 정보가 저장되며, 배터리의 특성에 맞게 충전 및 방전을 관리한다(본 발명에서는 편의상 도면에 BMS를 별도로 표시하지 않고 PCS만 표시하였으나, BMS가 구비된 것으로 이해되어야 할 것이다).
도 2a에 도시된 바와 같이, 단주기형 배터리나 수퍼 캐패시터만을 구비한 경우 시스템에서 요구되는 저장 용량(도 2의 요구 성능 포인트)이 커지면 오버 스펙(overspecialize)이 발생하는 문제가 있다. 또한, 장주기형 배터리만을 구비한 경우 급격한 부하 변동에 대처하기 어렵고 시스템에서 요구되는 순간 출력(도 2의 요구 성능 포인트)을 만족시키려면 오버 스펙되는 문제가 있다. 그러나 단주기형 배터리와 장주기형 배터리를 혼용하는 경우, 각각의 배터리가 오버 스펙되는 일이 없이 시스템에서 요구되는 저장 용량과 출력을 만족시킬 수 있다.
예를 들어, 도 2b에 도시된 바와 같이 제1 배터리(310)가 단주기형 배터리인 리튬 이온 배터리(LiB)로 구성되고, 제2 배터리(330)가 장주기형 배터리인 나트륨 이온 배터리(NiB)로 구성될 수 있다. 제1 배터리는 C-rate(Charge-rate, 1Wh 당 0.5W의 출력)에 kWh당 450달러이고, 제2 배터리는 C-rate(1Wh 당 0.05W의 출력)에 kWh당 300달러인 경우를 예로 들 수 있다.
이때, 동일한 성능을 지니면서 출력 조합 비율을 변경할 때 용량비로 제1 배터리가 44.4%, 제2 배터리가 55.6%의 비율이 되면 요구 성능을 만족하면서 리튬 이온 배터리로만 구성했을 때에 비해 약 18.5%의 비용을 절감할 수 있다.
즉, 단주기형 배터리와 장주기형 배터리의 조합을 통해 가격과 성능 모두를 최적화하는 것이 가능하다.
한편, 평상시 큰 변화가 없는 전력 부하(이하 기저 부하)에 전력을 공급하는 경우가 아닌, 순간적인 고출력을 요하는 일시적 부하(이하 첨두 부하)가 발생할 수 있다. 종래에는 수퍼 캐패시터를 이용해 이러한 첨두 부하에 대응하였다.
그러나 수퍼 캐패시터는 고출력은 가능하나, 비용이 비싸고 피크 컷(peak cut)이나 피크 쉐이빙(peak shaving) 운전을 수행하는 에너지 저장 시스템에는 적합하지 않은 단점이 있다. 이를 보완하기 위해 본 발명에서는 에너지 저장 장치에 충전 주기가 상이한 복수의 배터리를 적용함으로써 첨두 부하에 대응하고자 한다.
피크 컷(peak cut) 운전이란 특정 시간대에 집중하는 부하를 다른 시간 대로 옮길 수 없는 경우, 목표 전력을 초과하지 않도록 일시적으로 차단할 수 있는 일부 부하를 차단하는 운전 방식을 말한다.
피크 쉐이빙(peak shaving) 운전은 피크 부하 저감 또는 피크 부하 관리라고도 하며, 전력 부하가 최고조인 시간 대에 대비해 유휴 전력을 저장했다가 피크 시간 대에 저장된 전력을 사용하는 운전 방식을 말한다.
전술한 예와 동일하게 제1 배터리(310) 및 제2 배터리(330)가 구성된 경우, 제1 배터리(310)는 단주기형 배터리로 충전 주기가 짧으므로 부하의 변동이 심한 첨두 부하를 담당하게 된다. 제2 배터리는 장주기형 배터리로 충전 주기가 길기 때문에 부하의 변동이 거의 없는 기저 부하를 담당하게 된다.
전술한 구성을 갖는 본 발명의 에너지 저장 시스템에 있어서, 에너지 저장 장치의 운용 방법에 대해 설명하기로 한다(에너지 저장 장치의 운용 제어 주체는 PCS이며, 이하에서는 제어 주체에 대해 별도로 언급하지 않아도 PCS에 의해 제어되는 것으로 이해되어야 할 것이다).
전술한 바와 같이, 제1 배터리(310)로 단주기형 배터리인 리튬 이온 배터리를, 제2 배터리(330)로 장주기형인 나트륨 이온 배터리를 이용한 것을 예로 하며, 구체적으로 250kW/1MWh급 에너지 저장 장치(300)를 구성한 경우를 예로 하여 설명한다.
먼저 에너지 저장 장치의 충전 시 전력 흐름을 설명하면 다음과 같다.
도 3은 도 1의 에너지 저장 시스템에 따른 충전 중 전력 흐름을 도시한 모식도이고, 도 4는 도 3에 따른 충전 시 전력 곡선을 도시한 그래프이며, 도 5는 도 3에 따른 유휴 시간 대 에너지 저장 장치 간 균형 맞춤 시 전력 흐름을 도시한 모식도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 제1 배터리(310) 및 제2 배터리(330)는 태양력 발전 설비(210)나 풍력 발전 설비(230)와 같은 신재생 에너지 발전 설비(200) 또는 전력망(100)으로부터 전력을 공급받아 충전된다. 또는 신재생 에너지 발전 설비(200) 및 전력망(100) 모두로부터 전력을 공급받아 충전될 수 있다.
이 때 도 4에 도시된 바와 같이, 제2 배터리(330)는 장주기형 배터리로 충전 속도가 느리므로 최대한 부하 변동 없이 지속적으로 충전을 하는 것이 바람직하다(도 4의 A 영역 참조). 이를 위해 제2 배터리는 전력망(100)으로부터 전력을 공급받는 것이 바람직하다. 신재생 에너지 발전 설비(200)로부터 생산되는 전력은 기상 조건에 따라 간헐적인 전력 변동이 발생할 수 있으므로, 기본적으로 신재생 에너지 발전 설비(200)로부터 생산되는 전력은 제1 배터리(310)로 충전되는 것이 바람직하다(도 4의 B 영역 참조).
만약, 제1 배터리(310)의 충전량에서 제2 배터리(330)의 충전량을 뺀 값이 설정값 이상인 경우, 도 5에 도시된 바와 같이 유휴 시간에 충전 주기가 짧아 빠르게 충전된 제1 배터리(310)로부터 제2 배터리로 전력을 공급해 제2 배터리(330)를 충전할 수 있다. 이런 방법으로 제1 배터리(310)와 제2 배터리(330)의 충전량 균형을 맞출 수 있다. 그러나 급속 충전이 필요할 때에는 제1 배터리(310)의 방전 출력을 높여 더 높은 C-rate(충전율)로 제2 배터리(330)를 충전할 수 있다(도 7의 E 영역 참조). 필요에 따라 제1 배터리(310)의 출력으로 제2 배터리(330)를 충전해 충전량의 균형을 맞추기 어려운 경우가 발생하면, 전력 부하 요구량을 만족시킬 수 있는 상황이라면 전력망(100)의 전력을 일부 공급받아 제2 배터리(330)를 충전시킬 수도 있다.
다음으로 에너지 저장 장치의 방전 시 전력 흐름을 설명하면 다음과 같다.
도 6은 도 1의 에너지 저장 시스템에 따른 방전 중 전력 흐름을 도시한 모식도이고, 도 7은 도 6에 따른 방전 시 전력 곡선을 도시한 그래프이며, 도 8은 도 6에 따른 유휴 시간 대 에너지 저장 장치 간 균형 맞춤 시 전력 흐름을 도시한 모식도이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 전력 부하(400)에 전력을 공급하기 위해 에너지 저장 장치(300)를 방전시키는 경우, 우선 부하에 대한 응동이 빠른 제1 배터리(310)로 대응을 하도록 한다(도 7의 C 영역 참조). 제2 배터리(330)는 기저 부하에 대해 대응하도록 하며, 최대한 부하 변동이 적게 지속적으로 방전시킨다(도 7의 D 영역 참조). 변화하는 전력 피크에 대한 응동은 제1 배터리(310)가 담당하며(도 7의 E 영역 참조), 필요 시 평소보다 높은 출력으로 제2 배터리(330)를 방전시켜 피크 전력 수요에 유연하게 대응할 수 있다.
만약, 에너지 저장 장치(300)의 방전 시 제2 배터리(330)의 충전량에서 제1 배터리(310)의 충전량을 뺀 값이 설정값 이상인 경우, 도 8에 도시된 바와 같이 유휴 시간에 제2 배터리(330)로부터 제1 배터리(310)로 전력을 공급해 제1 배터리(310)를 충전할 수 있다. 이런 방법으로 제1 배터리(310)와 제2 배터리(330)의 충전량 균형을 맞출 수 있다.
전술한 바와 같이, 에너지 저장 장치는 단주기형 배터리와 장주기형 배터리를 조합하여 사용할 수 있으며, 아래와 같이 다양한 조합으로 사용될 수 있다.
단주기형 배터리 장주기형 배터리
LiB(리튬 이온 배터리) NiB(나트륨 이온 배터리)
LiB VRFB(바나듐 산화환원 흐름 전지)
LiB LAB(납 축전지)
LAB NiB
LAB VRFB
VRFB NiB
Super Capacitor LiB
단주기형 배터리와 장주기형 배터리의 종류가 지정되어 있는 것은 아니다. 즉, 조합되는 배터리의 종류 및 특성에 따라 다른 하나 보다 상대적으로 C-rate가 높고 반응이 빠른 배터리를 단주기형 배터리로 활용하는 것이다. 따라서 전술한 표에 예시적으로 기재한 종류 이외에 다양한 타입의 배터리를 조합하여 사용할 수 있다. 배터리를 셋 이상 복수 개로 구비하는 경우 상대적인 배터리의 특성에 따라 초단주기형 배터리, 단주기형 배터리, 장주기형 배터리로 에너지 저장 장치를 구성할 수도 있다.
전술한 실시 예들에서는 수퍼 캐패시터 대신 다른 배터리를 구비한 것을 예로 하여 설명하였으나, 이용 목적과 경제성 등 시스템 구성 조건에 따라 단주기형 배터리 대신 수퍼 캐패시터를 사용하고, 장주기형 배터리를 조합하여 사용해도 무방하다.
특성이 다른 복수의 전기화학 에너지 저장장치가 조합된 에너지 저장 시스템 및 시스템 운용 방법에 적용될 수 있다.

Claims (16)

  1. 신재생 에너지원으로 전력을 생산하는 복수의 신재생 에너지 발전 설비와,
    전력 부하에 전력을 공급하는 외부 전력망 또는 상기 신재생 에너지 발전 설비에 의해 충전되고, 방전되면서 상기 전력 부하에 상기 전력을 공급하는 복수의 에너지 저장 장치와, 상기 에너지 저장 장치의 전력을 관리하는 PCS(Power Conditioning System)를 구비한 에너지 저장 설비를 포함하며,
    상기 에너지 저장 장치는 서로 다른 충전 및/또는 방전 주기를 갖는 복수의 배터리를 포함하는 에너지 저장 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 에너지 저장 장치는 출력 특성, 가격이 서로 다른 것을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 에너지 저장 장치는 제1 배터리 및 제2 배터리를 포함하는 에너지 저장 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1 배터리는 상기 충전 및/또는 방전 주기가 상기 제2 배터리에 비해 상대적으로 짧은 단주기형 배터리이고, 상기 제2 배터리는 상기 충전 및/또는 방전 주기가 상기 제1 배터리에 비해 상대적으로 긴 장주기형 배터리인 것을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1 배터리는 첨두 부하에 대응하도록 제어되고, 상기 제2 배터리는 기저 부하에 대응하도록 제어되는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 에너지 저장 장치는 제3 배터리를 더 포함하며, 상기 제3 배터리는 상기 상기 충전 및/또는 방전 주기가 상기 제1 배터리에 비해 상대적으로 짧은 초단주기형 배터리인 것을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템.
  7. 제3항에 있어서,
    상기 에너지 저장 장치의 종류 및 특성 정보를 저장하고 이에 따라 상기 에너지 저장 장치의 충전 및 방전량을 제어하는 BMS(Battery Management System)을 더 포함하는 에너지 저장 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 PCS는 외부 전력망 또는 상기 신재생 에너지 발전 설비에 의해 생산된 상기 전력을 상기 전력 부하 또는 상기 에너지 저장 장치로 공급하고, 상기 전력의 교류 또는 직류간 변환을 수행하며 상기 전력 부하의 소비 전력을 모니터링해 저장하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제1 배터리 및 제2 배터리는 피크 컷(peak cut) 또는 피크 쉐이빙(peak shaving) 운전 적용이 가능한 것을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항의 구성을 포함하는 에너지 저장 시스템 운용 방법에 있어서,
    상기 에너지 저장 장치가 상기 신재생 에너지 발전 설비 또는 상기 외부 전력망 중 적어도 어느 하나에 의해 충전될 때, 상기 제1 배터리는 상기 신재생 에너지 발전 설비로부터 생산된 전력에 의해 충전되고, 상기 제2 배터리는 상기 외부 전력망에 의해 공급된 전력에 의해 충전되는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템 운용 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제1 배터리의 충전량에서 상기 제2 배터리의 충전량을 뺀 값이 설정값 이상인 경우, 유휴 시간에 상기 제1 배터리에 저장된 전력으로 상기 제2 배터리를 충전하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템 운용 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제2 배터리의 급속 충전 시 상기 제1 배터리의 방전 출력을 증가시켜 상기 제2 배터리의 충전율을 증가시키는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템 운용 방법.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 전력 부하에 전력을 공급하기 위해 상기 에너지 저장 장치를 방전시키는 경우, 상기 제1 배터리의 방전을 먼저 시작하도록 제어되는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템 운용 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 제2 배터리는 상기 제1 배터리의 방전 시작 후 지속적으로 방전하도록 제어되는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템 운용 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 제2 배터리의 충전량에서 상기 제1 배터리의 충전량을 뺀 값이 설정값 이상인 경우, 유휴 시간에 상기 제2 배터리에 저장된 전력으로 상기 제1 배터리를 충전하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템 운용 방법.
  16. 제10항에 있어서,
    상기 제1 배터리 및 제2 배터리는 상기 전력 부하가 최고조인 시간 대에 피크 컷(peak cut) 또는 피크 쉐이빙(peak shaving) 방식으로 운용되는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템 운용 방법.
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