에너지 저장 시스템용 납 축전지의 최근 실증 사례 recent ...을 가지고...

Review

Appl. Chem. Eng., Vol. 24, No. 4, August 2013, 344-349

344

에너지 저장 시스템용 납 축전지의 최근 실증 사례

안상용⋅정호영*,†

한국특수전지 기술연구소, *전남대학교 환경에너지공학과

(2013년 3월 16일 접수, 2013년 4월 2일 심사, 2013년 4월 18일 채택)

Recent Instantiation Case of Lead Acid Battery for Energy Storage Systems

Sang-Yong An and Ho-Young Jung*,†

Korea Special Battery Co. Ltd., Gyeongsangnam-do 641-120, Korea

*Department of Environmental Energy Engineering, Chonnam National University, Gwangju 500-757, Korea

(Received March 16, 2013; Revised April 2, 2013; Accepted April 18, 2013)

에너지 저장 시스템(energy storage system, ESS)은 발전설비에서 생산된 전력에너지를 저장하여 필요한 시점에 사용할

수 있도록 전기에너지를 화학적으로 저장하는 체계이다. 따라서 에너지 저장 시스템은 에너지 이용 효율향상, 전력공

급 시스템의 안정화에 기여할 뿐 아니라, 이산화탄소의 감축 및 화석연료의 고갈문제에 직접 대응할 수 있게 한다.

이차전지인 납 축전지는 현재까지 가장 기술적으로 안정되어 있고, 경제적이며, 신뢰성이 있는 축전지 중 하나이다.

이에 본 연구에서는 납 축전지를 적용한 에너지 저장 시스템의 국내외 실증사례를 조사하여 사례별로 정리하여 관련

연구에 참고하고자 한다.

Energy storage system is an energy reservoir which can store the electrical energy produced by the power plant into the chem-

ical energy at the time whenever it needs to use. Accordingly, the energy storage system can help to improve the energy

utilization efficiency and the stabilization of the power supply system. In addition, it can cope with the issues of carbon diox-

ide reduction and depletion of fossil fuel. Lead-acid battery in the secondary battery fields is one of the most developed

technologies. It is also economical, reliable storage device. Therefore, the instantiation case of energy storage system using

lead-acid battery was investigated for the reference studies.

Keywords: energy storage system, lead-acid battery, secondary battery, storage device, instantiation case

1. 에너지 저장 시스템의 개요1)

에너지 저장 기술은 발전설비 또는 신재생 에너지원으로부터 생산

된 전력 에너지를 에너지 저장 매체에 저장하여 필요할 때 사용하기

위한 기술이다[1-3]. 에너지 저장 기술은 최근 신재생 에너지의 도입

확대, 에너지 이용 효율 향상 및 전력공급 시스템 안정화를 위하여 크

게 연구되고 있으며, 미래 세계시장을 선도할 중요 기술로 부상하고

있다. 화석에너지 고갈 우려에 따른 주요 에너지원은 생산 비용 상승

압력이 더욱 거세질 것으로 예상된다. 뿐만 아니라, 분산 전력원의 효

율적인 이용을 위한 신재생 에너지원의 보급 증가와 전기 자동차 기

술의 확산으로 에너지 저장 분야의 기술 시장이 더욱 크게 성장할 것

으로 예측된다. 아직 대용량 전력 저장 시장은 활성화가 느리게 진행

되고 있는 것이 사실이다. 그러나 대용량 전력 저장 기술은 화석 연료

기반의 에너지 저장 패러다임을 대체할 수 있는 가능성을 가지고 있어

† Corresponding Author: Chonnam National University

Department of Environmental Energy Engineering

77, Yongbong-ro, Buk-gu, Gwangju 500-757, Korea

Tel: +82-62-530-1865 e-mail: [email protected]

pISSN: 1225-0112 @ 2013 The Korean Society of Industrial and Engineering Chemistry.

All rights reserved.

시장창출이 크게 예상되는 분야이기도 하다. 특히 전지를 이용한 에너지

저장 시스템이 크게 각광을 받고 있으며, 여러 종류의 전지 시스템들

중에서 안전성, 경제성 및 장수명과 리사이클 가능성 등의 시스템

선정에 필수적인 요소 검토에서 가장 선택성이 우수한 시스템이라 할

수 있다. 특히, 납 축전지는 오랜 기간 가장 경제적이고, 신뢰성 있는

에너지 저장매체로서 자동차 시동용을 비롯해서 지게차의 동력원

까지 다양한 산업분야에서 이용되었고, 잠수함 추진용에도 적용되고

있다. 납 축전지 제조기술과 성능은 지속적으로 향상되어왔고, 에너지

밀도 향상, 장수명화를 포함한 많은 성능개선이 이루어지고 있다. 환경

오염을 최소화하고 자원절약 및 활용에 있어서도 95%에 이르는 재활

용률은 단연 축전지 분야에 있어 최고이다. 이에 납 축전지를 적용한

국내 외 전력 에너지 저장 시스템의 실증사례에 대하여 조사하여 최

근의 에너지 저장 기술의 발전과 향후 기술의 흐름 방향을 고찰해보

고자 한다.

2. 납 축전지의 원리

납 축전지에 사용되는 기전작용물질은 납(Pb), 이산화납(PbO2) 및

황산(H2SO4)이다. 납과 이산화납은 각각 화학적으로 0가, +4가의 납

이고, 화학적으로 에너지가 풍부하지만 불안정한 상태여서 외부와의

345에너지 저장 시스템용 납 축전지의 최근 실증 사례

Appl. Chem. Eng., Vol. 24, No. 4, 2013

Figure 1. Overview of energy storage technology.

Figure 2. Positioning of energy storage system.

전자 교환을 통해 황산과의 반응으로 +2가의 안정한 황산납(PbSO4)

으로 되려는 경향이 있다.

납 축전지의 전기 발생 원리는, 묽은 황산 용액에 이산화납과 납을

침적하고 외부 회로를 연결하면 축전지에서 전기가 흘러 나가면서

양극판(PbO2)과 음극판(Pb)이 전해액 중의 황산과 화학 반응하여 서서히

황산납(PbSO4)로 변하고 전해액(H2SO4)은 물(H2O)에 가깝게 농도가

변한다. 화학식으로 나타내면 아래 식 (1)과 같이 표현할 수 있다.

따라서 방전을 계속하면 활물질은 완전히 황산납(PbSO4)으로 되어

전기를 발생할 수 없게 된다. 이 상태를 완전 방전 상태라고 한다.

전해액의 농도는 축전지의 방전 전기량에 비례하여 변화되므로 비중

계로 전해액 비중을 측정함으로써 축전지의 방전 상태를 확인할 수

있다.

PbO2 + 2H2SO4 + Pb ↔ PbSO4 + 2H2O + PbSO4 (1)

위 반응식에서 알 수 있듯이, 외부로부터 축전지에 전장을 인가하면

황산납(PbSO4)으로 되어 있던 양극 활물질 및 음극 활물질은 점차로

이산화납(PbO2) 및 납(Pb)으로 환원되며, 전해액은 황산(H2SO4)으로

되돌아가면서 충전 과정을 거치게 된다. 충전이 진행되어 전지가 완전

충전 상태로 되돌아가면 물이 전기 분해되어 양극에서 산소(O2), 음극

에서 수소(H2)가 발생된다.

3. 에너지 저장 시스템의 유형

Figure 1은 분산형 발전을 포함하여 발전 설비 또는 신재생 에너지

원으로부터 생산된 전력을 저장했다가 전력이 필요한 시기에 공급할

수 있는 에너지 저장 시스템의 일반적인 개요이다. 에너지 저장 유형

으로는 양수발전, 압축공기저장시스템과 같이 대규모인 것들도 있고,

짧은 시간에 고출력을 낼 수 있는 슈퍼 커패시터와 플라이 휠 등이

있으며, 이차전지와 레독스플로우전지와 같이 화학적으로 저장하는

유형이 있다[4]. 이러한 각종 에너지 저장 시스템들은 제각각 장단점

을 가지고 있으나, 전력손실, 설치지역의 한계성 및 계통상태에 따른

신속한 대응 및 경제성에 있어서 전지를 이용한 에너지 저장 시스템

이 가장 적합한 것으로 평가되고 있다[5].

4. 에너지 저장 적용분야와 이차전지

에너지 저장은 그 용도에 따라 단주기와 장주기용으로 구분할 수

있으며, 전력저장에 이용될 수 있는 전지시스템의 용도를 Figure 2에

나타냈다[6]. 단주기의 경우 0.25∼1 h 내 전력 수급 조정을 목적으로

설치한다. 이 때문에 반응시간이 빠른 고출력 전지가 요구된다. 장주

기는 심야시간의 잉여전력을 저장하여 피크시간에 방전하는 것을 목적

으로 설치한다. 따라서 1 h 이상 전력공급이 지속가능한 고용량과

저비용 특성의 전지가 요구된다. 경제성 측면에서 보면 단주기용은

kW당 생산단가가 낮아야 하는 반면 장주기용은 kWh당 생산단가가

낮아야 하는 특성이 있다.

니켈-수소와 니켈-카드뮴 전지는 완전 충전에 가까운 상태에서 오래

방치하면 메모리 현상으로 용량이 감소하는 특징을 가지고 있어 강제로

완전 방전시키는 장치가 필요하여 효율 측면에서도 바람직하지 않다.

리튬이온 전지는 가격이 높고, 안전성문제로 인해 대용량화하기에 어

려운 문제가 있다. 나트륨-황 전지의 경우, 높은 가격과 열관리 및 안

전성 문제가 제기되고 있고, 2011년 발생한 발전소의 화재는 안전성

문제가 완전히 해결되지 못하였음을 보여주고 있다. 이들 각각의 전

지들도 나름대로 장점을 가지고 있으나, 응용분야에 따라 경제성과

신뢰성 및 안정성은 필수적으로 검토되어야 할 분야이다. 한편, 납 축

전지는 재료 및 제조 단가가 저렴하여 경제적이며, 광범위한 온도범

위에서 사용 가능하고, 과충전에 강할 뿐만 아니라, 단시간율 방전이

가능한 장점과 폭발위험이 없는 가장 신뢰성이 높은 이차전지이다.

단점인 낮은 에너지 밀도는 대용량화로, 짧은 수명은 성능개선을 통해

기술적 보완이 이루어지고 있다. 현재 세계적 수준의 납 축전지 기술은

10000 Ah급 이상의 대용량, 방전심도 80%에서 2000 사이클 이상의

장수명 특성을 가진 제품이 제조된다. 따라서 전지를 적용한 에너지

저장 시스템에 있어 다른 이차전지에 비해 경제성과 신뢰성 및 안정

성 측면에서 납 축전지가 가장 유리한 것으로 판단된다.

5. 납 축전지 적용 에너지 저장 실증 사례

5.1. 해외 사례

미국을 포함한 해외에서 납 축전지를 적용한 전지 에너지 저장 시스템

적용사례에 대한 요약은 Table 1에 나타내었다.

Statesville Lead Acid Battery Project는 Crescent EMC가 New

Jersey에 Battery Energy Storage Test (BEST) 시설에 설치하였고, 약

200 사이클 시험 후 약 15년간 운용하였다. 시스템 용량은 500 kW

1 h (500 kWh), 300 kW 2 h (600 kWh), 200 kW 3 h (600 kWh)이며,

전지부는 6셀을 한 모듈로 하여, 324셀을 직렬로 연결하였다. 셀은 액식

심방전용 셀을 적용하였고, 용량은 2080 Ah / 5 h이었다. 초기 목표

계획은 2000 사이클 및 8년 수명 보장이었으나, 예상보다 훨씬 긴 수

명을 보여주었다[7].

Figure 3의 Chino Battery Storage Project는 1986년 프로젝트가 시작

되어 부하평준화, 배전 안정용, 무효전력조절, 블랙스타트 등 다목적

346 안상용⋅정호영

공업화학, 제 24 권 제 4 호, 2013

Table 1. Installation of Lead Acid Storage System[4-9]

Project Application Project term Capacity Battery type Industry participation

Statesville Lead Acid Battery Project,

Statesville, NC, USAPeak shaving

1987∼2002

(15 Y)

500 kW

500 kWh

2080 Ah / 5 h

324 cell

CEMC

GNB Industrial Battery

Delco Remy Battery Storage Project,

Muncie, IN, USAPeak shaving

1987

(6 Y)

300 kW

600 kWh

EPRI

Delco Remy Battery

Chino Battery Storage Project,

Chino, CA, USA

Multipurpose

demonstration

1988∼1997

(9 Y)

10 MW

40 MWh

2600 Ah

8256 cell

SCE

GE

Exide Batteries

Johnson Controls Battery Storage

Project, Humboldt Foundry,

Milwaukee, WI, USA

Peak shaving,

load leveling1989

300 kW

600 kWh6 V, 180 Ah JCI

La Mesa Lead Acid Battery Project,

San Diego, CA, USAPeak shaving 1993

200 kW

400 kWhVRLA

SDG&E, Omnion Power Engineering,

Yuasa-EXIDE

Vernon Lead Acid Battery Project

Vernon, CA, USA

Peak shaving,

spinning reserve1996

3.5 MW

3.5 MWh

2.45 MW

4.9 MWh

4800 Ah

(AGM) GNB Industrial Battery

PQ2000 Project,

Brockway Standard Lithography

Plant in Hornerville, GA, USA

UPS, power quality1996∼2001

(5 Y)

2 MW

55 kWh

Liquid type

384 cell

SN, DOE, Ominio, EPRI

PG&E, AC Delco battery

Metlakatla Lead Acid Battery

Project, Metlakatla, AK, USA

Voltage regulation,

power quality

1997∼

(15 Y)

1.3 MW

1.3 MWh

915 kW

1.83 MWh

700 kW

2.1 MWh

VRLA

1134 cell

MP&L, SNL, DOE

GNB Industrial Battery

Elektrizitätswerk

Hammermuehle, GermanyPeak shaving

1980∼2000

(20 Y)

400 kW

400 kWh

3200 Ah / 4 h

114 cellHammermuehle

BEWAG Battery System,

Belin, Germany

Frequency regulation,

spinning reserve

1986∼1995

(9 Y)

17 MW

14 MWh

1000 Ah / 5 h

7080 cellBEWAG, Hagen

Hagen Batterie AG

Soest, GermanyLoad leveling

1986∼1992

(6 Y)

500 kW

7 MWh

4000 Ah

400 cellHagen

Tatsumi Energy Storage Test

Facility, Tatsumi Substation,

near Osaka, Japan

Multipurpose

demonstration

1986∼1992

(6 Y)

1 MW

4 MWh

7500 Ah

526 cell

NEDO, Kansai Electric Power

Toshiba, Yuasa

PREPA Battery System,

Puerto Rico

Frequency regulation,

spinning reserve

1994∼1999

(5 Y)

20 MW

14 MWh1600 Ah 6000 cell

PREPA, GE

C&D Battery

Figure 3. Chino battery storage system (reproduced with permission

from ref. 8).

실증용으로 1988년 운용을 개시하였다. Southern California Edison,

Electric Power Research Institute 및 International Lead Zinc Research

Organization이 참여하였다[8]. 시스템 용량은 10 MW (40 MWh) 용량

으로 그 당시 가장 큰 규모였으며, 전지시스템은 8256셀, 8병렬(1032

셀/열) 구성되었다. 셀의 용량은 80% 방전 시 용량 2600 Ah / 5 h을

나타내었다. 1997년에 실험 및 실증이 완료되었으며, 플랜트 효율은

72% (전지효율 81%, 전력 조절기 효율 97%)를 나타내었다. Johnson

Controls Battery Storage Project는 Jonson Controls Inc.에 의해 첨두부

하삭감용 300 kW (600 kWh)로 개발되었고, 1989년에 운용을 개시하

였다. 전지부 구성은 64모듈(314 V, 1550 Ah)이며, 1모듈에는 6 V,

180 Ah 셀을 병렬로 연결하였다[9]. Table 1에서 General Electric,

GNB Industrial Battery가 참여한 Vernon Lead Acid Battery Project는

1995년 시험 완료 후 1996년부터 운용을 개시하였다. 시스템 용량은

3.5 MW (3.5 MWh), 2.45 MW (4.9 MWh)이고 용도는 UPS 및 첨두부

하 삭감용이다. 전지부 5000 Ah 모듈을 378개 직렬로 연결 구성하였

으며, 각 모듈에 AGM 3셀을 병렬 연결하였다.

Figure 4의 Metlakatla Lead Acid Battery Project에는 Metlakatla



Figure 4. Metlakatla battery storage system (reproduced with permission

from ref. 10).

Figure 5. BEWAG battery storage system (reproduced with permission

from ref. 11).

Table 2. Research & Developments of Lead Acid Storage System in Korea[14-18]

Institute Project Period

Korea Electrotechnology

Research Institute

A study of Battery Storage System: The Application Study of Batttery Energy Storage System to the Electric

Power System 1988∼1990

Development of 1MW Battery Energy Storage System Technology 1994∼1998

Korea Institute of Energy

ResearchA Development of Battery Energy Storage System 1987∼1991

Sebang Hi-techThe development of VRLA batteries for battery energy storage system 1996∼1999

The study of utility technique of VRLA batteries for photovoltaic power generation system 1998∼2001

Power & Light, General Electric, Sandia National Laboratories, GNB

Industrial Battery가 참여하였고, 알라스카 외곽의 Annette 섬에 설치

되었다. 시스템 용량은 3.5 MW로 용도는 계통안정 및 전력품질 향상

을 주목적으로 하였다. 1996년 완공하여, 1997년부터 운용을 시작하

였다. 전지 시스템 구성은 378모듈을 직렬 연결하였으며, 각 모듈은

3셀을 병렬로 구성하였다. AGM 무보수 밀폐형 타입셀이 1134개 적용

되었고, 각 셀의 용량은 3600 Ah / 8 h, 2000 Ah / 1.5 h이다. 2000년

9월 조사에 의하면 총 전지출력은 745,753 Ah이고, 총 입력된 전력은

751,468 Ah이었다[10]. Table 1에서 PQ 2000은 SNL, USDOE, Ominion

Power Engineering Corporation, EPRI 및 PG&E Oglethorpe Power

Corporation/AC가 참여하였고, 용량과 용도는 2 MVA (10 s) 순동 예

비력, UPS, 전력품질 향상을 목적으로 하였다. 1996년 설치되어 2001년

까지 운용하였다. 시스템 용량은 2 MW (55 kWh)이고, 250 kW 모듈

8개로 구성되었다. 모듈에는 Delco사의 12 V 저보수, 트럭 시동용셀

을 적용하였다.

Figure 5의 BEWAG Battery Storage System은 1986년 서 베를린에

전력을 공급하기 위해 Berliner Kraft und Licht (BEWAG; Berlin Power

and Light)가 참여하여 당시 가장 큰 규모의 에너지 저장 시스템으로

설치되었다. 1987년에부터 1993년까지 약 7년간 운용되었으며, 이후

서유럽 전력망에 연결 2년 더 사용하였다. 시스템 용량은 8.5 MW (60

min), 17 MW (20 min), 용도는 순동 예비력과 주파수 조정용이다. 전

지부의 셀은 음극에 동기판을 적용한 액식이고, 용량 1000 Ah / 5 h이

다. 12열을 병렬 연결하였고, 1열에 셀 590개가 적용되었다[11]. 전지

업체인 Hagen이 자사 공장인 Soest에 에너지 수요와 수용전력 비용을

절감하기 위해 부하평준화용으로 제작한 Hagen Battery System은 잠

수함용 전지(4000 Ah)를 적용하여 1986년에 설치하였다. 시스템 용량

은 500 kW (7 MWh)이었다. 5년 운용 후 1992년 10000 Ah / 20 h인

잠수함용 전지로 교체되었다. 전지부는 2병렬로 구성되었고, 1열은 잠

수함용 셀(튜블라식 양극, 동기판 적용 음극, 전해액 순환시스템 구비)

200개로 구성하였다[12]. 일본의 Tatsumi Energy Storage Test Facility

는 Kansai Electric Power와 Toshiba, Yuasa가 참여하여 1986년

Tatsumi 변전소에 설치되었다. 용량은 1 MW / 4 MWh이고 용도는 부

하평준화, 전압조정, 주파수 조절용이다. 전지부는 용량 7500 Ah인 셀

526개를 적용하였다[13]. Table 1의 PREPA Battery System은 Puerto

Rico Electric Power Authority (PREPA), GE C&D Battery가 참여하

였고, 1994년 운용을 개시하였다. 용량은 20 MW / 14 MWh이고, 용도는

순동예비력, 주파수조정 및 전압조절용이다. 전지부는 6병렬로 구성

되고, 1열에 용량이 2088 Ah / 3 h인 셀 1000개가 적용되었다. 1999년

부터 5년 사용 후 다량의 셀에서 성능저하가 발생하여 셀을 교체한 후,

2001년까지 운용하였다.

5.2. 국내 사례

국내의 경우 Table 2 에 나타냈듯이 실증보다는 정부지원에 따른

연구개발이 주로 이루어졌다. 전지전력저장시스템 구축 및 시뮬레이터

개발과제는 한국전기연구원이 참여하여 1988년에 시작하여 1990년까지

연구를 진행하였고, 연구목적은 전지전력저장시스템에 대한 기초연구,

적용방안 및 가능성 검토(경제성 평가, 적정 적용 장소 및 운전용량)

이었다[14-18].

348 안상용⋅정호영

공업화학, 제 24 권 제 4 호, 2013

Figure 6. 1 MW battery storage system.

Table 3. Demonstrations of Lead Acid Storage System for PV System

Location Application

Installation

(operation

period)

Battery type

Jamdo, Angok-dong, Jinhae-gu, Changwon-si, Gyeongsangnam-do Stand-alone photovoltaic power systems2000. 12

(6 yrs)

2000 Ah

VRLA (gel type) 100 cells

Jamdo, Angok-dong, Jinhae-gu, Changwon-si, Gyeongsangnam-do Stand-alone photovoltaic power systems2007. 2

(In-operation)

2000 Ah


Pyeongsado, Sinui-myeon, Sinan-gun, Jeollanam-do Stand-alone photovoltaic power systems2001. 2

(In-operation)

4000 Ah


Oebyeongdo, Jodo-myeon, Jindo-gun, Jeollanam-do Stand-alone photovoltaic power systems2001. 2

(6.8 yrs)

4000 Ah


Oebyeongdo, Jodo-myeon, Jindo-gun, Jeollanam-do Stand-alone photovoltaic power systems2007. 12

(In-operation)

4000 Ah


Dangsado, Soan-myeon, Wando-gun, Jeollanam-do Stand-alone photovoltaic power systems2002. 3

(In-operation)

3000 Ah


Gureopdo, Deokjeok-myeon, Ongjin-gun, Incheon Stand-alone photovoltaic power systems2002. 5

(In-operation)

2000 Ah


Wado, Samsan-myeon, Goseong-gun, Gyeongsangnam-do Stand-alone photovoltaic power systems2002. 5

(1.3 yrs)

2000 Ah

VRLA (gel type)) 100 cells

Wado, Samsan-myeon, Goseong-gun, Gyeongsangnam-do Stand-alone photovoltaic power systems2004. 2

(In-operation)

3000 Ah


Daesung Energy, Namsan dong, Jung-gu, Daegu Stand-alone photovoltaic power systems2003.10

(In-operation)

1000 Ah


Manjaedo, Heuksan-myeon, Sinan-gun, Jeollanam-do Stand-alone photovoltaic power systems2004. 2

(In-operation)

3000 Ah


Jido, Deokjeok-myeon, Ongjin-gun, Incheon Stand-alone photovoltaic power systems2005. 1

(In-operation)

2000 Ah


Gukdo, Yokji-myeon, Tongyeong-si, Gyeongsangnam-do Stand-alone photovoltaic power systems2007. 5

(In-operation)

3000 Ah


Figure 6의 1 MW급 전력저장 전지시스템 기술 개발과제는 한국전기

연구원과 이화전기가 참여하였고, 전지부에는 용량 4000 Ah 액식 셀이

적용되었다. 관련 연구는 1994년부터 1998년까지 이루어졌으며, 각종

과도시험 수행, 운전시험평가(기본성능시험, 계통연계운전시험, 단독

운전시험, 무효전력보상시험, 부하평준화용 운전패턴시험)이 주요 연구

내용이었다. 전지부 구성은 372셀이 직렬로 연결되어 구성되었다[15].

전지이용 에너지 저장 시스템 개발과제에는 한국에너지기술연구원과

이화전기가 참여하였으며, 1989년부터 1992년까지 과제를 수행하였다.

주요 연구내용은 개념 설계 후 시험 운전이었다. 시스템 용량은 200 kW

(800 kWh)이고 용량이 2800 Ah / 10 h인 셀 222개가 적용되었다[16].

Figure 7의 전지전력저장시스템용 고효율 대용량 연축전지 개발은

세방하이테크에서 1996년부터 1999년까지 수행하였으며, 주요 연구

내용은 전력저장용 겔 전지 개발이었다. 태양광 무보수 밀폐형 연축

전지 보급을 위한 실용화 기술과제는 세방하이테크가 1998년부터

2001년까지 밀폐형 연축전지 제조기술 확립 및 Pilot Plant를 통한 운

전 특성연구 보급화 기반구축을 위해 수행하였다. 실증을 위해 경남

창원시 진해구 잠도의 25 kW 독립형 태양광 시스템에 적용 설치하였다.

적용 셀은 용량 2000 Ah 무보수밀폐형(겔식)이고, 전지부는 100개의

셀이 적용되었다[18].

태양광 무보수 밀폐형 연축전지 보급을 위한 실용화 기술과제의 실증

사례 이후 도서지역에 보급된 사례를 Table 3에 나타내었다. Table 3의

자료는 전지제작사 납품실적과 운용지역에 실태를 확인하여 2010년



Figure 7. Battery storage system for PV system.

1월 기준으로 작성된 자료이다. 최초 실증사례인 잠도와 외병도의 에

너지 저장 시스템은 6년 이상 운용 후 교체되었고, 대부분의 시스템은

6년 이상을 사용하고 있었다. 교체된 경남고성군 와도의 경우, 초기

설치된 시스템이 운용도중 태풍 매미에 의한 침수로 인해 전지 성능이

악화되어 재설치된 사례이다.

6. 결론 및 향후 전망

광범위하고 다양한 응용분야에 활용된 납 축전지 에너지 저장 시스

템의 국내외 적용사례를 조사하였다. 국외에서는 부하평준화, 주파수

조정과 전압조정과 같은 전력 품질 개선을 포함한 다양한 전력분야에

적용되었으며, 경제적이고, 안정적인 시스템으로서 매우 우수한 결과

를 나타내었다. 국내에서는 1990년대에 납 축전지를 적용한 에너지

저장 시스템에 대해 기초 연구개발이 진행되었으나, 대체로 전지의

성능미달, 전력변환장치와 제어장치의 성능 및 기술수준이 만족스럽

지 못하였다. 또한, 당시 전기요금 체계로는 경제성에도 부합하지 못

하여 기초 연구상태에서 마무리 된 바 있다. 2000년 이후 무보수 밀폐

형 납축전지가 독립형 태양광 시스템에 적용, 보급되면서 성공적으로

운용되었고, 아직까지 운용중인 곳도 있다.

현재 국내에서는 환경규제와 더불어 급격히 상승하는 유가, 전력수

급의 불안정 및 정전사태 발생으로 인해 에너지 저장 시스템의 중요

성이 크게 부각되면서 각종 시범 및 실증사업이 추진되고 있다. 또한

전기자동차에 대한 연구개발과 더불어 효율 및 정밀도가 향상된 축전

지 감시장치와 전지상태에 따라 정교하게 충전할 수 있는 충전기 등

주변장치 기술들에 있어서도 비약적인 발전을 하고 있다.

에너지 저장 시스템은 에너지 이용 효율 향상, 전력공급 시스템의

안정화에 기여할 뿐 아니라, 이산화탄소 감축 및 화석 연료의 고갈문

제에 대응할 수 있는 장점을 가지고 있다. 특히, 납 축전지는 현재까

지 가장 기술적으로 안정되어 있고, 경제적이며, 신뢰성이 있는 축전

지로 다수의 에너지 저장시스템에 적용되어 운용된 사례가 있다. 따

라서 앞으로 높은 신뢰성과 경제성 및 안정적 운용적 요소를 갖춘 납

축전지 에너지 저장 시스템의 실증과 운용에 관한 기술 확대가 필요

할 것으로 판단한다.

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