자동차 산업이 발전함에 따라 태양광, 풍력, 조류 에너지와 같은 새로운 에너지원이 차량 충전소에 점점 더 통합되고 있습니다. 다양한 시간대 간의 전력 공급-수요 불일치를 균형잡고 대규모 에너지 저장 충전소의 장소 관련 제약을 극복하는 것이 상업 및 산업용 (C&I) 에너지 저장 시스템을 전력 그리드 응용에서 주요 관심사로 만들었습니다.
본 논문은 전력 그리드에서의 다양한 사용 사례를 심층적으로 다루며 기술적 특징, 운영 원칙 등을 포함하고 있습니다. 또한 C&I 에너지 저장 배치에서 직면하는 기술적 및 경제적 도전과제를 살펴보고 미래 발전 동향을 예측합니다.
1. 배경
전역적인 에너지 전환과 악화되는 생태적 압박 속에서 전력 시스템은 새로운 에너지의 불규칙성/변동성, 전력 수요의 지속적인 증가, 그리고 전력 품질 요구사항의 상승 등으로 인해 점점 더 많은 도전을 맞이하고 있습니다. 전기차 충전소와 C&I 에너지 저장 시설은 종종 도시 지역 근처에 위치하여 엄격한 부지 크기 제한을 받고 있습니다. C&I 에너지 저장은 공간 제약으로 인해 대규모 저장 건설 장벽을 우회하면서 전력 공급 안정성 문제에 유연하고 효율적인 해결책을 제공하며, 그리드 신뢰성과 접근성을 위한 새로운 길을 열어줍니다.
2 상업 및 산업용 에너지 저장 시스템 개요
2.1 작동 원리
상업 및 산업용 에너지 저장 시스템은 배터리나 슈퍼캐패시터와 같은 특정 매체에 전기를 저장하고, 전력 변환 시스템(PCS)을 통해 필요할 때 저장된 에너지를 방출하여 전력 스케줄링과 전력 조절을 가능하게 합니다. 일반적으로 에너지 저장 시스템은 배터리, 배터리 관리 시스템(BMS), 에너지 관리 시스템(EMS), DC 병렬 모듈, PCS, 출력 시스템으로 구성됩니다. 에너지 저장 시스템의 도식도는 그림 1에 표시되어 있습니다.
2.2 유형 및 특징
(1) 올인원 캐비닛 모드. 외관은 분배 캐비닛과 유사하며 비교적 적은 공간을 차지하므로 공간 제약이 있는 환경에 적합합니다. 높은 수준의 모듈화로 운송, 확장, 유지보수가 편리합니다.
(2) 분할 캐비닛 모드
캐비닛 크기 제약으로 인해 용량이 상대적으로 작습니다(일반적으로 200 kWh), 저용량 시나리오에 적합합니다. 더 큰 에너지 저장 필요 시 여러 캐비닛을 조립할 수 있습니다.
분할 캐비닛 모드는 배터리 캐비닛과 시스템 제어 캐비닛(일반적으로 ≤2 배터리 캐비닛, 예: 1 + 1/1 + 2 구조)을 결합합니다. 공간 소비가 많지만(all-in-one 모드보다) 공간 제약이 덜한 시나리오에 적합합니다.
핵심 기능은 모듈화되어 있습니다: 배터리 캐비닛은 에너지 저장/관리에 특화되며 독립적인 냉각(공기/액체), 소화, 폭발 방지 설계를 갖추고 있습니다. 제어 캐비닛은 시스템 조정, 배터리 집합, 전력 변환을 처리합니다.
이는 신뢰성과 유지보수성을 향상시킵니다 - 한 모듈의 고장이 다른 모듈에 영향을 미치지 않으며, 배터리 캐비닛의 수는 다양한 요구사항에 유연하게 적응할 수 있습니다. 두 모드 모두 그림 2에 표시되어 있습니다.
3 상업 및 산업용 에너지 저장 시스템의 응용
3.1 피크 전력 감소
상업 및 산업 사용자는 전력 부하에서 피크-밸리 차이를 보입니다. 오프피크 시간 동안 충전하고 피크 시간 동안 방전함으로써 에너지 저장 시스템은 부하 균형을 맞추고 전기 비용을 줄이며 피크 시간 동안 그리드 공급 압력을 완화하여 그리드 운영 효율성을 향상시킵니다.
3.2 전력 품질 개선
에너지 저장 시스템은 그리드의 전력 품질 문제에 신속하게 대응할 수 있습니다. 무효전력 공급 또는 흡수, 전압 변동 안정화, 하모닉 완화를 통해 전력 품질을 향상시킵니다.
3.3 비상 전력 공급
그리드 고장이나 정전이 발생할 때 에너지 저장 시스템은 비상 전력 공급원으로 작용하여 상업 및 산업 사용자에게 단기간의 전기를 제공합니다. 이는 손실을 최소화하고 전력 공급 신뢰성을 향상시킵니다.
3.4 재생 에너지 통합
분산형 재생 에너지(예: 태양광, 풍력, 조류 에너지)를 가진 상업 및 산업 사용자에게 에너지 저장 시스템은 잉여 재생 에너지를 저장합니다. 재생 에너지 출력이 낮을 때(예: 일조가 없거나 바람이 약할 때) 저장된 전력을 방전하여 그리드에서 재생 에너지 활용을 높이고 에너지 전환을 가속화합니다. 성공적인 사례 중 하나는 태양광-저장-충전소 통합으로, 태양광 발전 특성을 최적화합니다.
4 응용 과정에서의 도전
4.1 기술적 도전
(1) 배터리 수명, 성능, 충전-방전 효율에 대한 부분: 현재 일부 제품은 5년 동안 용량 저하 없이 PCS 변환 효율 95% 이상을 달성하였지만 기술적 돌파구는 여전히 어려움이 있습니다. 배터리 관리 전략 최적화와 변환 효율 향상이 제품 경쟁의 핵심이 되었습니다.
(2) 배터리 안정성 및 시스템 안전성: 대규모 에너지 저장과 달리 상업 및 산업용 에너지 저장은 주거 지역에 더 가깝습니다. 따라서 배터리 열 관리 시스템, 폭발 방지 시스템, 소화 시스템은 배터리 안정성 및 시스템 안전성을 보장하는 데 중요합니다.
4.2 경제적 도전
(1) 초기 투자 비용이 높고 회수 기간이 길다.
(2) 현재 상업 및 산업용 에너지 저장의 수익은 주로 피크-밸리 가격 차익에서 오며, 수익의 지속 가능성과 안정성이 개선되어야 합니다.
5 결론
상업 및 산업용 에너지 저장 시스템은 전력 그리드에서 광범위한 전망과 중요한 응용 가치를 가지고 있으며 다양한 역할을 수행합니다. 그리드의 안정성과 신뢰성을 향상시키는 데 도움을 주는 동시에 사용자에게 경제적 이익을 가져다주며 효율적인 에너지 활용과 지속 가능한 발전을 촉진합니다. 그러나 여전히 많은 기술적 및 경제적 도전이 존재합니다. 기술 혁신 강화, 시장 메커니즘 및 정책 개선, 상업 및 산업용 에너지 저장 시스템의 널리 적용 및 건강한 발전을 촉진하기 위한 추가적인 노력이 필요합니다.
