ESS, 철저한 준비와 정책 통해서만 연착륙 가능

[산업일보]
재생에너지는 탄소중립과 함께 에너지의 해외 의존도를 낮출 것이라는 기대를 한 몸에 받고 있다. 그러나, 자연을 기반으로 하는 에너지원인 만큼 통제가 어려운 ‘간헐성’의 문제는 여전히 해결해야 할 숙제다. 이에 ESS(에너지저장시스템)은 간헐성 문제를 해결할 수 있는 단초를 제공해 줄 기술로 각광받고 있다.

4일 코엑스에서 한국전기산업진흥회와 산업일보의 공동 개최로 열린 ‘2026 에너지플러스 컨퍼런스’는 ‘분산에너지와 ESS를 통한 지속 가능 혁신’이라는 주제로 진행돼 ESS를 통한 재생에너지의 활성화에 대한 심도 깊은 논의가 이뤄졌다.

첫 번째 발제자로 나선 전력거래소 김기식 차장은 ‘ESS 중앙계약시장 개요’라는 발표를 통해 ESS에 대한 중요성과 국가에서 추진하고 있는 사업 방향을 소개했다.

“안정적인 전력계통 운영을 위해 재생에너지를 백업할 수 있는 유연성 설비 구성이 필요하다”고 말한 김 차장은 “이를 위해 기술특성과 투자비 등을 고려해 중장기적인 대응이 가능한 단‧장주기 ESS가 대안으로 제시된다”고 소개했다.

김 차장의 설명에 따르면, ESS 중앙계약시장은 저탄소 전원의 확산과 안정적인 전력수급 확보 및 계통운영을 위해 공급능력과 보조서비스 등을 장기계약하는 시장이다. 중앙계약과 선도계약, 장기계약으로 구성되며, 낙찰사와 전력거래소 간 계약 후 한전 등 전력거래소를 통해 정산금을 지급하는 형태로 운영된다.

그는 내년 12월까지 진행되는 2차 사업의 추진방향과 주요 내용에 대해 “기본방향은 1차 사업 추진 방향과 동일하나, 고도화를 위한 일부 개선과 함께 제주 지역을 대상으로 한 시범사업이 도입됐다”며 “11MW에서 최대 99MW까지 입찰이 가능하고 한전에서 관리 중이 계통관리 변전소 및 개폐소 연계 가능 설비가 입찰 대상”이라고 설명했다.

특히 새로 추가된 제주 시장 시범사업에 대해 “육지 사업과 동일하게 총 사업비로 입찰이 진행되며, 사업자의 자율적 충‧방전 계획 입찰에 기반해 운영된다”고 말한 김 차장은 “정산은 총 사업비에 대해 기준금액 및 차익거래수익 합계 수준에 따라 총 3개 구간으로 월 단위 정산이 이뤄진다”고 말했다.



LS일렉트릭 김석민 매니저는 ‘계통강건성 확보를 위한 Grid Forming 기반 ESS 제어전략’이라는 주제의 발표를 통해 그리드 포밍 기술과 자사에서 현재 개발 중인 기술에 대해 소개했다.

김 매니저는 “재생에너지와 인버터 기반 설비가 늘어나면서 전력계통의 '약계통' 문제가 심화되고 있다”는 지적으로 발표를 시작했다. 그의 설명에 따르면, ‘약계통’은 계통 임피던스 증가, 단락용량비(SCR) 저하, 기계적 관성 감소 등으로 전력망의 안정성이 약화되는 현상이다.

김 매니저는 스페인, 남호주, 영국에서 발생한 대정전 사례를 들며 "문제의 핵심은 재생에너지 자체가 아니라 사고 발생 시 주파수와 전압을 지지할 수 있는 계통의 여력 부족"이라고 말한 뒤 “기존에 널리 사용되던 그리드 팔로잉(Grid Following) 인버터는 계통 전압과 주파수를 추종하는 구조로, 약계통 환경에서는 전압 변동에 따른 제어 불안정성이 커질 수 있다”고 언급했다.

이에 대한 대안으로 김 매니저는 그리드 포밍(Grid Forming) 기술을 제시했다. 그리드 포밍 인버터는 자체적으로 전압과 주파수 기준을 생성해 계통을 형성하며, 주파수 지지, 고장 시 전압 유지, 블랙스타트 측면에서 장점이 있다.

“그리드 포밍 기술은 가상 동기 머신(VSM), 드룹 제어, 가상 임피던스 등의 개념을 기반으로 동기발전기의 특성을 소프트웨어적으로 모사한다”고 말한 김 매니저는 “시뮬레이션 결과, 주파수 급변 시 그리드 포밍 인버터는 가상 관성 효과로 즉각적인 응답이 가능했고, SCR이 급격히 낮아지는 약계통 조건에서도 그리드 팔로잉 대비 안정적인 동작을 보였다”고 말했다.

현재, 단일화된 국제 표준은 없으나 북미, 유럽, 호주 등의 계통 운영기관들이 요구 기능을 제시하고 있는 상황이라는 것이 김 매니저의 설명이다.

김 매니저는 “현재 모듈형 PCS 2세대 제품에 그리드 포밍 기능을 적용해 UL 인증을 완료했으며, 차기 버전에서는 과부하 대응을 강화할 계획”이라며 “재생에너지 확대와 함께 ESS 및 인버터 설비에서 그리드 포밍 기술 요구가 필수화될 것”이라고 전망했다.

한편, 전기‧전력계 관계자들이 대거 참석한 가운데 열린 이번 컨퍼런스에는 법률사무소 솔라리스, 라이젠에너지(RISEN ENERGY), ZEV, DEYE, 한국전기안전공사, 선그로우(SUNGROW), 법무법인 지평, HENERGY 등의 기업‧기관 관계자들이 발제자로 참여해 다양한 시선을 공유했다.