오늘날 태양광 발전 에너지는 친환경 에너지가 주목받는 요즘 시대에서 매우 중요한 대체에너지 수단으로 떠오르고 있다. 이에 정부에서는 2019년 12월까지 태양광을 연계한 에너지 저장장치(Energy Storage System, 이하 ESS)를 설치시 신재생 에너지 공급인증서(REC) 가중치 5.0을 도입하였다. 태양광에 연계한 ESS로 에너지 신산업의 국내 보급 및 안정적인 전력품질 향상을 기대하고 있다. REC 가중치가 도입된 이후, 업계에서는 ‘국내 최초 태양광 연계 ESS 준공’이라는 타이틀을 누가 차지할 것인지에 초미의 관심이 모아졌다. 그리고 마침내 그 주인공은 세종시에 위치한 ‘은하수 태양광 발전소’가 선정되었다.

‘발전회사 최초 태양광 연계 ESS 설치’를 통해 새로운 가능성을 열다

태양광 발전은 태양의 빛 에너지를 광전 효과를 이용해 전기에너지로 변환시키는 ‘태양전지’를 기본으로 한다. 쉽게 말해 흔히 알려진 태양열 에너지에서 보다 발전된 형태가 바로 태양광 에너지라 할 수 있는데, 이는 매우 환경친화적이며 전기량 생산 조절도 용이해 최근 IT 디바이스, 전기자동차 등 다양한 분야에서 각광받고 있다.
이에 한국서부발전은 지난 2017년 5월, 세종시 은하수 태양광 발전소에 국내 발전회사 최초로 태양광 연계 ESS 설치를 완료했으며, 이를 통해 신재생 에너지 공급인증서(REC) 가중치 5.0을 부여받아 연간 약 5,800만 REC 증가와 약 3억 7,000만 원의 수익이 창출될 것으로 기대를 모으고 있다.

LG전자 ESS, 태양광 발전의 한계를 극복하다

ESS(Energy Storage System)의 기본 아이디어는 알고 보면 무척 단순하다. 전기요금이 가장 저렴할 때 전기를 저장, 충전했다가 비쌀 때 꺼내 쓴다는 것. 즉, ‘태양광 연계형 ESS’란 일조량이 많을 때에만 전기를 생산할 수 있는 태양광 발전의 한계를 극복하는 원리인 셈이다. LG전자 태양광 연계형 ESS가 최종적으로 세종시 은하수 태양광 발전소의 선택을 받을 수 있었던 비결은 무엇일까? 태양광 연계형 ESS는 낮 시간대에 태양광으로 생산한 전기를 ESS에 저장했다가 심야 시간대에 활용해 피크 부하를 완화하고, 태양광 발전의 계통 접속용량을 조절할 수 있다. LG전자의 ESS는 PCS, PMS, 배터리로 구분이 된다.
배터리의 전기량을 조절하는 PCS의 경우, 더블 PCS를 사용해 설치 비용과 설치 시간을 고루 낮춤으로써 경쟁력도 월등히 뛰어났다. 특히 전력의 왜곡률(THD)는 2% 이하로 전력을 운영해 준다. 또한, 글로벌 시장 점유율 1위에 빛나는 LG 배터리로 안정성은 물론 나노 세라믹 코팅으로 내열성과 내구성을 강화했다. 그리고 LG전자의 PMS는 시스템 전력의 내용을 5초당 1회씩 정교한 모니터링 한다.

‘One LG’ 통합관리 시스템으로 철두철미한 관리

특히, 또 하나 주목할 점은 바로 LG전자의 ‘One LG’ 통합관리 시스템이다. 설치 전 경제성 시뮬레이션부터 AS까지 모두 아우르는 종합서비스를 제공하는 ‘LG 원스톱 솔루션(One-Stop Solution)은 LG로 구성된 제품과 시공 그리고 책임있는 서비스까지 제공함으로써 소비자들의 만족도가 높다.

전기료 고지서를 받을 때마다 심장이 두근거리는 것은 만국 공통일 것이다. 그렇다면 정녕 비싼 전기료를 효율적으로 줄일 수 있는 방법은 없는 것일까? 이러한 전 세계 모든 기관, 기업 관리자의 바람을 알아채기라도 한 듯 반가운 대안이 등장했다. LG전자의 ‘ESS(Energy Storage System, 대용량 에너지 저장장치)’가 바로 그것이다.
서울 성동구에 위치한 중랑 물재생센터에서는 지난 2월 1일, 센터 내에 요금이 저렴한 시간대에 전력을 저장했다가 요금이 비싼 시간대에 저장된 전력을 사용하는 그야말로 ‘똑소리 나는’ 시스템인 ESS를 도입했다. LG 히타치 워터 솔루션(Hitachi Water Solutions)이 약 100억 원을 들여 설치한 중랑 물재생센터 내의 ESS는 1,600가구가 쓸 수 있는 전력량인 18㎿h로 전국 최대 규모를 자랑한다. 또한, 우리나라 공공기관 중 최초로 설치됐다는 점도 주목할 만하다.

업계 최고 효율&품질로 글로벌 시장 사로잡은 ‘LG 배터리’

이뿐만 아니라 LG 배터리는 2013년 이후 글로벌 ESS분야 배터리 기업 평가에서 1위를 유지할만큼 세계 최고수준을 자랑한다. ESS는 안정성이 특히 중요한대, LG화학 배터리는 LG화학만의 특허받은 공법을 적용하여 저항력을 높여 안정성을 높였다. 밀도 또한 지속적으로 높여 공간 효율성을 극대화하여, 복잡한 전기실의 공간 효율을 극대화했다는 점도 빼놓을 수 없는 매력 포인트다.

중랑 물재생센터의 ESS 설비는 ‘One LG 솔루션’이란 점에서 더욱 의미가 깊다. ESS는 전력을 변환하는 PCS와 전력을 저장하는 배터리, 그리고 전력을 관리하는 PMS의 세 가지 구조로 구성되는데, 쉽게 말해 배터리가 저수지라면 PCS는 저수지의 수문인 셈이다. 나머지 PMS는 수문을 언제, 얼마나 열지 결정하는데 LG는 이 세 가지를 모두 생산 및 관리한다. 즉 소유주나 시설관리 담당자들의 여러 가지 고민을 One LG 솔루션을 통해 한 번에 해결할 수 있는 것이다.

경제적인 솔루션으로 전기요금 절감 효과까지

ESS 시장은 전 세계적으로 지난 2011년에 비해 약 6배 가량 성장했다. 중랑 물재생센터의 ESS 설비를 살펴보면 그 놀라운 성장 속도를 새삼 실감할 수 있는데, 먼저 전력 사용에 여유가 있는 시간은 오후 11시에서 다음날 오전 9시까지다. 이 시간대에 LG ESS는 시간당 2,250㎾의 전력을 저장한다. 이후 전기를 많이 쓰는 시간대에 시간당 3,000㎾를 제공해 6시간 동안 사용하는 것.

LG 통합 에너지솔루션 적용으로 에너지 절감 효과 극대화!

LG전자를 비롯하여 LG그룹 주요 계열사의 R&D 허브인 LG사이언스파크는 국내 최대 규모의 첨단 융복합 연구단지로 One LG 통합 에너지솔루션을 적용하여 세계적 수준의 친환경 인증을 획득하였다. 통합지원센터(ISC)는 LEED Platinum 달성 목표로, 그 외 전 건물은 LEED Silver 달성 목표로 예비 인증을 획득하였다.
(* LEED : Leadership in Energy and Environmental Design, 미국 그린빌딩위원회에서 개발 시행중인 친환경 건축물 인증제도로, 설계단계로부터 시공완료 후까지 토지사용(26점),수자원효율(10점), 에너지와 대기환경(35점), 자재(14점) 및 실내 환경(15점) 등 총 72개 항목에 대한 평가를 통해 등급을 부여)

세계최고 수준의 친환경 인증을 받는데는 BEMS 솔루션(BECON energy)의 역할이 컸다.
BEMS란 Building Energy Management System의 약자로 빌딩의 에너지 현황을 모니터링하고, 이를 바탕으로 공조, 태양광, 조명 등의 건물내 설비를 최적으로 제어하여 에너지를 절감하는 것을 말한다.
실제로 LG사이언스파크 내 BMS 솔루션(BECON manager) 적용을 통해 AHU, EHP, 칠러, 보일러, 냉각탑과 같은 공조설비와 조명, 전기, 가스, 수도 등을 자동제어/감시하고, BECON energy로 에너지 사용량을 가시화하고 진단, 분석 및 에너지 절감 최적제어 로직을 적용함으로써 건물 전체 에너지의 5% 이상 절감목표로 실증 진행하고 있다

유지보수가 간편하고, 안정적인 수익창출 가능

사무실, 회의실 등 대부분의 공간에는 무선 통신 조명제어 솔루션을 탑재한 스마트조명을 적용하였다. 스케줄 제어, 조도 감지 및 동체 감지 제어를 통해 조명 전력의 25~40% 절감 효과가 예상된다.
모든 건물 옥상에는 고효율 태양광 모듈을 적용하여 태양의 광에너지를 전기에너지로 변환한다. 이때 변환된 전기에너지를 사용하는데, 이는 전체 전력부하의 약 3%를 자가발전으로 충당하는 것이다.
사이언스파크에 설치된 ESS(Energy Storage System) 는 심야시간에 값싼 전기를 저장해놓았다가 전기요금이 가장 비싼 최대부하시간에 방전하여 전기요금 절감 혜택을 받는 것이다. 특히, LG만의 One Stop 솔루션으로 설계부터 시공까지 안정적이고, 높은 품질의 시공이 가능했다. LG전자의 PCS는 효율이 높아 전기의 손실을 줄였고, PMS는 시간대별/요일별/피크저감용등 정교한 충방전 알고리즘이 탑재되어 전기료를 효과적으로 절감하고 있다. 그리고 최고수준의 리튬이온 배터리를 가진 LG화학만의 제조공법을 적용하여 에너지밀도를 높여 효율적인 공간활용을 제공한다.
또한 업계 최초로 DC배전 마이크로그리드 솔루션을 구현하였다. 이는 태양광에서 생산된 DC전력을 직접 ESS에 저장하고 건물 내 일부 LED 등기구로 소비 및 운영하여 기존 분산 전원(태양광, ESS) 단독운전 대비 10%이상 에너지 절감을 가능케 했다.

다양한 열원을 적용한 LG 종합공조 솔루션

사이언스파크가 입주한 마곡지구는 집단에너지 고시지역으로 지역난방공사에서 공급된 온수를 활용한 냉난방 시스템(저온수 2단 흡수식 냉동기)을 의무적용하여야 했다.
집단에너지 사업법에는 지역 열원 외에 타 열원을 사용할 수 있는 예외 규정(특수 용도의 시설, 신재생 에너지 사용시)이 있으며 이 규정을 활용하여 고효율의 다양한 열원을 복합 적용한 현장이다. LG는 국내유일의 종합공조회사로써, 다양한 열원에 대응하고 효율적인 공조솔루션을 마곡 사이언스파크에 구축했다. 지역난방 중온수를 열원으로 이용한 2단 흡수식 냉동기, 지열을 열원으로한 히트펌프/연료전지, 전기를 열원으로한 터보냉동기/EHP, 심야전기를 활용하기 위한 빙축열 시스템을 적용했다. 고객이 어떤 열원을 사용하던, LG전자는 그에 최적화된 공조설비를 제공 가능함을 확인할 수 있다.

최근 정부가 공공기관의 ESS(Energy Storage System, 대용량 에너지 저장장치)’ 설치를 의무화했다. 때맞춰 국내 시장은 재빠르게 성장하는 중이며, 이러한 미래 에너지 시스템 도입에 서울대학교가 앞장섰다. 지난 2017년 11월, 서울대는 63억 규모의 ESS 설치 계약을 완료했고 현재 ESS 시스템을 가동 중이다. 또한, 이 시점에서 ‘서울대학교 ESS 프로젝트’는 이후 다른 공공기관 구축에 준거가 된다는 점에서도 의미가 깊다.

‘글로벌 No.1’ LG 배터리와 고효율 PCS의 조화

현재 국내 정책에 따르면, 계약전력 1Mw 이상의 공공기관은 5% 이상 규모의 ESS 시스템을 설치해야 한다. 서울대학교는 이러한 ‘공공기관 설치 의무화’ 대상이었다. 국내 최고의 대학인만큼 그에 걸맞은 명성을 자랑하는 여러 업체의 ESS를 검토했는데, 최종적으로 서울대학교의 ESS는 LG제품이 선정되었다.
그 비결로는 우선 글로벌 시장 점유율 1위에 빛나는 LG화학 배터리를 꼽을 수 있다. 타사와 달리, 나노 세라믹 코팅으로 내열성과 내구성을 강화했고 안전성도 월등히 뛰어나기 때문이다. 뿐만 아니라 배터리의 전기량을 조절하는 높은 PCS의 효율이 전기료 절감금을 높였다.
특히, 서울대학교는 CJ 헬로에서 설치를 설치를 진행했는데, CJ 헬로의 자금을 활용한 BOT 방식이라는 점을 주목할 만하다. 서울대학교는 장소를 제공하고, CJ 헬로는 발생된 전기료 절감금을 약 7년간 투자비로 상환하고, 일정기간 후 ESS를 기증하는 방식이다.

"예측 못한 전기사용량 급증에도 걱정 없어요"

지난 2011년과 비교했을 때, ESS 시장은 전 세계적으로 약 6배 정도 성장했다. 게다가 풍력·태양광 등 신재생 에너지 발전이 부상하면서 ESS 사업은 공급이 일정하지 않은 신재생 에너지의 단점을 효과적으로 보완해줄 장치로 각광받고 있다. 즉 ESS가 신재생 에너지 발전의 효율성을 좌우하는 핵심설비인 셈인 것이다.
현재 우리나라 정부는 ‘ESS 특례요금제’를 실시하고 있다. 각 기관 및 시설에 ESS를 설치하면 기본요금 3배 할인에 추가로 사용량 요금 50% 할인까지 받을 수 있는 것. 이는 에너지 자급자족률이 매우 낮은 우리나라로서는 ESS만 한 확실한 대책이 없다는 결론으로부터 시작된 정책이기도 하다. 이처럼 발전소, 상업시설은 물론 일반 가정 등 전 영역에 걸쳐 활용할 수 있는 ESS. 무더위로 인해 전력 사용량이 급증하는 여름철 등 특정 시즌에도 ESS만 있으면 언제나 안정적으로 전력을 공급할 수 있으므로 걱정 없다.

"전기료 절감은 물론 절세효과까지 1석 2조"

별도의 발전설비를 증설하지 않고도 전력 사용의 효율을 극대화할 수 있는 신재생 에너지 설비기술인 ESS. 에너지 저장장치를 활용하면 평균적으로 전기 기본요금을 최대 3배까지 절감할 수 있다고 알려져 있다. 서울대학교는 향후 전기요금 대폭 감소는 물론, 전기요금 절감에 따른 세금 절감 효과도 추가로 얻게 될 것으로 기대된다.