ESS 시장 규모화, BMS 개발 함께 일어나야해

조선대학교 김종훈 교수 “BMS 관련 심화 교육과정 개설 필요하다”

기사입력 2016-02-03

조선대학교 공과대학 전기공학과 김종훈 교수

[산업일보]
최근 일본 훗카이도 인근 해역에서 규모 6.7(잠정치)의 지진이 발생했다. 지진 발생 시 순간적으로 ESS(Energy Storage System, 에너지저장시스템) 사용률이 가파르게 상승한 것으로 나타났다. 발전소에서 과잉 생산된 전력을 저장해 뒀다가 전력이 부족한 순간, 송전해주는 ESS가 제 몫을 한 것이다. 

시장조사업체 야노경제연구소에 따르면, 오는 2017년 일본 ESS 시장규모는 119만5천708kwh로 올해 58만1491kwh에 비해 2배 이상 늘어날 것으로 보인다. 2020년에는 330만6600kwh로 6배가량 증가한다. 

네비건트리서치에 의하면, 글로벌 ESS 시장은 지난해 1조9천억 원 규모에서 2020년 15조6천억 원 규모로 큰 폭의 성장세가 전망된다. 설비용량은 지난해 6001MWh에서 2020년 4만5촌394MWh로 증가한다. 

ESS 및 연료전지 연구 분야에서 권위자인 조선대학교 전기공학과 김종훈 교수는 “신재생에너지의 안정적 공급과 전기자동차(EV), 스마트그리드 인프라 구축을 위해서 고전압, 고용량 어플리케이션 수요가 높아지고 있다”며 “이에 산·학·연에서 ESS 개발에 주목하고 있다”고 말했다. 

LG화학, 삼성SD이 전 세계 ESS 업계에서 1~2위를 차지하는 등 한국은 ESS 제조에 있어서 다른 국가와 비교해서도 결코 뒤처지지 않는 경쟁력을 보유하고 있다. 

하지만 일본에 비교했을 때, 국내 ESS 개발에 대한 정부의 소극적인 대응으로 향후 세계 배터리 시장에서 우위를 선점할 수 있을지 우려를 사고 있다. 

김 교수는 ESS 개발뿐만 아니라, BMS(배터리관리시스템)에 대한 개발도 함께 이뤄져야 세계적인 경쟁력을 확보할 수 있을 것이라고 강조했다. 

ESS의 효율적인 관리·운영을 위한 BMS에는 SOC(state-of-charge), SOH(state-of-health), 온도관리시스템, 밸런싱, 스크리닝, 고장진단 알고리즘 등 다양한 세부 분야가 존재한다. 

김 교수는 ESS용 SOC/SOH 추정알고리즘 기술 연구에 주력하고 있다. 그에 따르면 SOC는 배터리의 충전상태를 모니터링 해 과충전과 과방전을 사전 예방해 효율적인 충방전을 돕는다. SOH도 사용가능한 배터리의 수명정보를 사용자에게 제공해주는 중요한 지표다. 

기후적인 특성상, 여름과 겨울에 ESS 운용이 불가피한 국내에서는 온도관리시스템 연구도 필요하다고 덧붙였다. 

고출력, 고용량 어플리케이션을 위해 배터리 소재 개발 역시 시급하다고 강조한 그는 “리튬과 결합하는 소재에 따라 배터리 성능에 현저한 차이가 있다”며 “온도에 강하고, 수명이 긴 구성 물질을 리튬과 결합해야 한다”고 설명했다. 

납축전지나 리튬계열보다 충전과 수명 성능이 우수한 리튬에어(Lithium air), 리튬서퍼(Lithium sulphur)와 같은 차세대 전지 개발이 활발히 일어나고 있지만 아직 실험단계다. 특히, 금속을 기반으로 하는 산화극과 공기를 기반으로 하는 환원극으로 이뤄져 대기에서 산소를 지속적으로 추출하는 리튬에어는 에너지 밀도가 무척 높다. 

이탈리아 토리노 공과대학의 Qiuping Chen 교수는 “리튬에어 배터리는 리튬이온 배터리 대비 이론적으로 10배 이상의 에너지 밀도를 갖고 있지만 최대 사이클이 50회 밖에 되지 않는다”고 언급했다. 리튬이온 배터리의 경우 전체 수명 기간에 400에서 1천200회의 사이클이 가능하다. 

이 같이 해결해야 할 과제가 산적한 중에도 정부는 올해 에너지신산업 육성에 박차를 가한다고 발표했다. 미래형 전기자동차 관련, 충전인프라를 구축하고 배터리 밀도를 2배로 높인다는 방침이다. ESS의 국내 신규수요 창출과 해외진출 지원도 적극 모색할 계획이다. 

김종훈 교수도 “ESS 시장의 규모화에 따라 앞으로 ESS 수요는 점차 높아질 것으로 전망된다”고 단언했다. 

또한 “ESS의 효율적인 관리를 위해서는 반드시 BMS 개발이 함께 일어나야 한다”며 “정부 차원에서 BMS의 중요성을 인식하고, ESS·BMS 관련 연구인력 확보와 심화 교육과정 개설이 필요하다”고 촉구했다.

ICT와 에너지 융합으로 가치를 창출하라

세 번째 에너지ICT 융합혁신 세미나 개최

기사입력 2015-11-17 

[산업일보]
미래부 지원을 받아 운영되는 에너지ICT융합지원센터(센터장 함경선)는 최근 ‘ESS를 활용한 ICT융합 전망 및 비즈니스 사례’라는 주제로 에너지ICT 융합혁신 세미나를 개최했다. 올해 세 번째를 맞이하는 에너지ICT 융합혁신 세미나는 에너지 분야와 ICT 분야의 현업 전문가를 한자리에 모아 산업간 간격을 좁히고 새로운 비즈니스 모델을 모색하기 위해 마련됐다. 

에너지ICT융합지원센터 함경선 센터장은 “에너지와 ICT 등 서로 다른 분야의 융합을 통해 새로운 비즈니스 모델을 모색하고 가치를 창출하는 것이 중요하다”라고 강조했다. 세미나에서는 ESS관점에서 새로운 비즈니스 기회, ESS용 SOC/SOH 알고리즘, 국내전기버스 사업 사례, ESS의 중요성과 해외 실증사례 등 ESS의 개념뿐만 아니라 국내외 적용 사례까지 다양한 내용이 심도 있게 논의 됐다. 

이번 세미나는 pmgrow의 박재홍 대표, Blue Sigma 이찬재 대표, 조선대 김종훈 교수, 코캄의 홍인관 이사 등이 연사로 초청돼 ESS에 대해 실무적이고 이론적으로 접근하는 시간을 가졌다. 

조선대 김종훈 교수는 배터리에너지저장시스템(BESS)용 SOC/SOH 추정 알고리즘기술 발표를 통해 전기화학적 모델링과 전기적 등가회로 모델링의 중요성을 주장했다.