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전기 에너지 저장 시스템은 전기 공급원에서 에너지를 받아 저장 매체에 저장한 후 나중에 전기를 공급합니다. 배터리가 한 종류입니다. 다른 기술은 물을 높이 올리거나, 압축 공기, 회전 질량, 전기 또는 자기장, 열 또는 제조된 연료에 에너지를 저장합니다. 이들의 유용성은 필요한 전력, 지속 시간 및 작동 조건에 따라 달라집니다.
주요 차이점은 출력입니다: 전기를 반환하는 장비는 저장된 열 또는 냉기를 공급하는 장비와는 다른 역할을 수행합니다. 둘 다 전기 수요 관리에 도움이 될 수 있지만, 백업 전원의 상호 교환 가능한 공급원은 아닙니다.
전기 에너지 저장 시스템의 종류
표를 사용하여 먼저 저장된 에너지 형태를 식별한 다음 변환 장비 및 현장 제약 조건을 확인하십시오. 이것은 보편적으로 더 좋거나 나쁜 시스템의 순위가 아니라 기술 지도입니다.
| 기술 | 에너지가 저장되는 곳 | 전기가 복구되는 방식 | 유용한 작업 및 제한 조건 |
|---|---|---|---|
| 배터리 에너지 저장 시스템 (BESS) | 셀 또는 플로우 배터리 전해질의 전기화학 반응 | 방전 시 직류(DC)가 생성되며, 변환 장비가 필요한 출력을 공급합니다. | 건물, 산업 및 그리드 저장; 화학, 열 관리 및 사용 가능한 용량이 중요합니다 |
| 양수 발전 | 높은 곳에 있는 물의 위치 에너지 | 물이 터빈-발전기를 통과합니다 | 대규모 에너지 전환 프로젝트; 적절한 고도, 저수지 및 허가가 필수적입니다 |
| 압축 공기 에너지 저장 (CAES) | 가압 공기, 설계에 따라 열 관리 | 팽창하는 공기가 적절한 기계를 통해 발전기를 구동합니다 | 현장 종속 에너지 저장; 일부 사이클은 방전 중 연료를 소비하기도 합니다. |
| 플라이휠 저장 | 회전 질량의 운동 에너지 | 모터-발전기는 로터 속도가 느려지면서 에너지를 추출합니다. | 빠른 전력 교환 및 사이클링; 격납, 손실 및 사용 가능한 속도 범위가 성능을 제약합니다. |
| 커패시터 및 슈퍼커패시터 | 저장된 전하; 슈퍼커패시터의 동작은 전극 기술에 따라 달라집니다. | 전력 전자 장치는 전압이 떨어지면서 에너지를 추출합니다. | 짧고 고출력 교환; 에너지 밀도 및 자체 방전은 장시간 공급을 제한합니다. |
| 초전도 자기 에너지 저장 장치 (SMES) | 초전도 코일 내 전류와 관련된 자기장 | 변환 장비는 전기 시스템으로 에너지를 전송합니다. | 특수 고속 응답 작업; 극저온 장비는 시스템의 일부입니다. |
| 전기 회수 기능이 있는 열 저장 장치 | 저장 재료 내의 열 | 열 엔진 또는 기타 변환 사이클이 전기를 생성합니다. | 열-전력 응용; 뜨거운 물질 탱크 자체는 전기 출력 시스템이 아닙니다 |
| 수소 기반 전기 저장 | 전기를 사용하여 생산된 수소의 화학 에너지 | 연료 전지 또는 적합한 발전기가 연료를 다시 전기로 변환합니다 | 전체 변환 체인이 현장에 적합한 확장 저장; 수소 생산만으로는 전기 방전이 제공되지 않습니다 |
이 그룹화는 미국 에너지부(DOE)가 설명한 저장 형태를 따릅니다 분산 에너지 기술 개요 및 해당 문서에서 검토된 메커니즘 전기 저장 기술 검토. 미국 에너지 정보청(EIA) 전기 저장 개요 상업용 전기 반환 경로와 연료 보조 압축 공기 작동에 대해 설명합니다. 이러한 출처는 특정 설치의 인증이 아닌 기술을 설명합니다.
이 그림은 배선도나 상대적인 장비 규모가 아닌 저장된 에너지 형태를 보여줍니다. 열 저장은 전기가 필요한 출력일 때 별도의 전기 복구 경로가 필요합니다.
EES, EESS, ESS 및 BESS: 용어의 의미
ESS 에너지 저장 시스템을 의미하며 광범위한 포괄적인 용어입니다. EES 는 전기 에너지 저장을 의미합니다.; EESS 는 전기 에너지 저장 시스템에도 사용됩니다. BESS (배터리 에너지 저장 시스템) 는 배터리 기반의 하위 집합을 식별합니다. 배터리 시스템은 ESS이지만, ESS가 반드시 배터리를 포함해야 하는 것은 아닙니다.
국제전기기술위원회(IEC)의 IEC 62933-1:2024 는 전력 시스템에서 전기를 공급받아 내부적으로 에너지를 저장하고 전기를 반환하는 그리드 연결 EES 시스템에 대한 용어를 제공합니다. 충전 및 방전에는 변환이 포함될 수 있습니다. 이 범위는 최종 출력이 열이거나 다른 용도로 판매되는 연료인 시스템을 포함하여, 일반적으로 “에너지 저장 시스템”으로 판매되는 모든 제품보다 좁습니다.
배터리 랙, 배터리 관리 및 전력 변환에 대한 자세한 내용은 다음을 참조하십시오. 배터리 에너지 저장 시스템 가이드. 위 기술 지도는 해당 작업이 배터리 저장인지 여부를 결정할 때 여전히 유용합니다.
열 저장 장치는 전기 에너지 저장 시스템인가?
자동적으로 그렇지는 않습니다. 얼음 저장 장치는 냉동기 소비를 피크 시간대에서 벗어나 나중에 냉방을 공급할 수 있습니다. 방전 중에 반드시 전기를 생산하는 것은 아닙니다. 마찬가지로, 온수 탱크는 발전기 없이도 유용한 열을 저장할 수 있습니다.
열 저장 장치는 저장된 열이 발전 변환 사이클을 공급할 때 전기 생산을 지원할 수 있습니다. 태양열 발전소는 태양광으로부터 직접 저장 장치를 충전할 수 있으므로 충전 소스도 중요합니다. DOE의 태양광 및 저장 장치 설명 직접 난방 또는 냉방과 전기를 생산하는 데 사용되는 열 저장을 구별합니다.
사양을 읽을 때 두 가지 질문을 하십시오: 무엇이 저장 장치를 충전하고, 방전 중에 무엇이 저장 장치에서 나옵니까? 이는 에너지 절약 조치가 전기 부하에 전력을 공급할 수 있는 소스로 오인되는 것을 방지합니다.
전기 저장 시스템 작동 방식
세 가지 기능적 단계가 있습니다: 저장 매체를 충전하고, 에너지를 유지하며, 부하 또는 그리드에 필요한 장비를 통해 방전합니다. 변환 손실 및 보조 소비로 인해 회수된 전기 에너지는 충전 에너지와 동일하지 않습니다.
물리적 장비는 다양합니다. 양수식 발전은 유압 기계를 사용하고, 플라이휠은 모터-발전기를 사용하며, 교류(AC)에 연결된 배터리 시스템은 일반적으로 양방향 전력 변환을 사용합니다. 이들은 에너지 전달 순서는 공유하지만, 동일한 캐비닛 레이아웃을 갖지는 않습니다.
이것은 AC 연결 배터리 예시, 보편적인 ESS 구성은 아닙니다. 실선 화살표는 기능적 전력 교환을 나타내며, 점선 경로는 제어를 나타냅니다. 보호, 절연, 접지 및 단자 배선은 의도적으로 생략되었으며 별도로 설계해야 합니다.
전력, 에너지 및 지속 시간은 다른 정격입니다
전력 (kW 또는 MW), 전기 공급 또는 흡수의 속도를 설명합니다. 에너지는 킬로와트시(kWh) 또는 메가와트시(MWh)로 표시되며, 시간에 따라 누적된 양을 설명합니다., 높은 에너지 용량이 있다고 해서 컨버터가 대형 모터를 시동할 수 있다는 것을 의미하지는 않으며, 높은 전력 등급이 몇 시간의 자율성을 보장하지도 않습니다.
일정한 부하의 경우, 초기 지속 시간 추정치는 다음과 같습니다:
지속 시간 (h) = 사용 가능한 출력 에너지 (kWh) / 부하 전력 (kW)
AC 출력 경계에서의 예시 입력:
사용 가능한 공급 에너지 = 100 kWh
일정한 AC 부하 = 25 kW
지속 시간 = 100 / 25 = 4 h여기서 “사용 가능한 공급 에너지”는 명시된 경계에서의 예상 작동 예비량, 변환 손실 및 보조 소비를 이미 고려한 것입니다. 동일한 항목을 두 번 공제하지 마십시오. 이것은 산술적 예시이며, 측정된 VIOX 런타임이나 완전한 백업 설계가 아닙니다.
만약 명시된 100 kWh가 대신 공칭 배터리 용량이라면, 4시간을 가정할 수 없습니다. 허용 가능한 충전 상태 범위, 온도 및 노화 조건, 변환 손실, 보조 장치 및 실제 부하 프로파일을 설정하십시오. 연속 및 돌입 전력을 별도로 확인하십시오. 고급 배터리 등급 용어는 다음에서 다룹니다. kWh, MWh 및 MW 저장 가이드.
응답 시간도 또 다른 매개변수입니다. 시스템이 전력을 변경하는 속도는 해당 전력을 지속할 수 있는 시간과 다릅니다. DOE의 슈퍼커패시터 평가 는 이러한 절충을 보여줍니다. 빠른 충전과 높은 비출력은 장시간 방전을 위한 높은 에너지 용량을 의미하지 않습니다.
작업에 맞는 저장 기술 선택
선호하는 저장 재료가 아닌, 필요한 전기 서비스를 먼저 고려하십시오.
| 필요한 작업 | 확립할 특성 | 그렇지 않으면 유망한 기술을 배제할 수 있는 것 |
|---|---|---|
| 재생 에너지 발전을 나중 시점으로 전환 | 사용 가능한 에너지, 충전 기회 및 지속적인 출력 | 불충분한 충전 시간, 보유 손실 또는 불일치하는 방전 프로파일 |
| 시설의 수요 피크를 줄입니다 | 출력 kW 및 전체 피크 지속 시간 | 피크 이하의 컨버터 전력, 불충분한 사용 가능 에너지 또는 불리한 요금 및 사이클링 경제성 |
| 빠른 전력 지원 제공 | 응답, 반복적인 사이클링 및 필요한 펄스 에너지 | 이벤트가 끝나기 전에 에너지가 고갈되는 빠른 장치 |
| 정전 시 부하 지원 | 지원되는 작동 모드, 부하 전력 및 자율성 | 안전한 독립형 공급을 설정할 수 없는 계통 연계 시스템 |
| 장기간 에너지 저장 | 유지보수, 현장 실행 가능성 및 완전한 복구 체인 | 자가 방전, 부적합한 지리, 연료 취급 제약 또는 과도한 보조 장치 요구 |
예를 들어, 몇 시간 동안 에너지를 이동하는 능력과 짧은 교란에 응답하는 능력은 다른 설계 목표입니다. EIA는 이러한 다른 시간 척도에서 저장 장치 사용을 설명합니다. 특정 프로젝트의 성능은 여전히 장비 및 제어 장치에 따라 달라집니다.
백업에는 저장된 에너지 이상의 것이 필요합니다. 설비는 의도적인 계통 분리 또는 기타 승인된 백업 아키텍처를 지원해야 하며, 필요한 경우 유틸리티와 안전하게 분리되고 의도된 부하에 전력을 공급해야 합니다. DOE의 마이크로그리드 지침 자율 운영과 제어되지 않는 계통 분리의 위험성을 모두 설명합니다. 정전 시 건물에 전력을 공급하는 그리드 연계 배터리를 가정하지 마십시오.
전기 보호의 역할
배터리 설치의 경우, 저장 매체, 변환 장비 및 전기 분배는 서로 다른 보호 요구 사항을 갖습니다. 배터리 관리는 배터리 상태를 모니터링하고 제어합니다. 회로 보호 및 분리도 도체, 고장원 및 전체 전력 경로를 다루어야 합니다.
후보 DC 보호 장치는 해당 회로에 대해 올바른 DC 전압 정격, 차단 용량, 전류 정격 및 배선 적합성을 가져야 합니다. 배터리 및 컨버터 고장 동작은 시스템 문서에서 확립되어야 합니다. 해당 DC 회로 차단기 가이드 AC 전용 정격이 DC 애플리케이션에 대한 충분한 증거가 아닌 이유를 설명합니다.
이러한 구성 요소 확인은 전체 저장 시스템이 화재 안전, 상호 연결, 설치 또는 조립 요구 사항을 충족함을 증명하지 않습니다. 또한 배터리 시스템 세부 정보가 양수식 발전, 열 또는 수소 장비에 자동으로 적용되는 것은 아닙니다.
시스템 아키텍처가 확립되면 VIOX의 태양광 PV 및 에너지 저장 장치 보호 부품 관련 부품 평가 시작점을 제공합니다. 실제 시스템 문서 및 대상 시장 요구 사항에 맞춰 선택하십시오. ESS 약어만으로는 선택하지 마십시오.
