환경 실험 : ESS(Energy Storage System)

1. ESS란?

  ESS는, Energy Storage System의 약자로, 전기 재충전이 가능한 배터리입니다. 에너지가 풍부할 때 저장해 두었다가, 필요할 때 사용하는 시스텝입니다. 보통 리튬이온 전지와 같은 시스템을 사용하며, 신재생에너지 상용화의 중요한 기술 중 하나로 평가받고 있습니다.

2. ESS가 필요한 이유

  그렇다면 ESS는 왜 필요한 것일까요? 설명만 듣기에는 그저 배터리처럼만 보이는데요, 애초에 에너지를 저장할 필요가 있을까요? 단순히 생각해보면 그냥 바로바로 에너지를 사용하면 될 것 같습니다. 하지만, 이것은 에너지 사용량과 큰 연관이 있습니다. 우선, 첫번째로 에너지 수요는 일정하지 않습니다. 일반적으로 낮에는 평균적으로 많은 에너지를 요구하지만, 밤에는 더 적은 에너지를 사용합니다. 그렇다면 에너지를 전기에너지가 계속 회로에 흐르도록 두었다가 에너지 수요가 많을 때 사용하면 될 것 같은데요, 하지만 그렇게는 해결되지가 않습니다. 회로에 계속해서 전류를 흘린다는 것은 회로의 저항을 생각하면 매우 비효율적인 일이 될 수 있습니다. 두번째로는 신재생에너지를 전기에너지의 형태로 만들어 낼 경우, 에너지를 바로 사용하거나 저장하여야 한다는 것입니다. 에너지를 바로 사용할 낮에는 괜찮지만, 밤에는 필요보다 더 많은 에너지가 생산될 수 있다는 것입니다. 신재생에너지의 특성에 따라 낮이 될수도 있고 밤이 될수도 있지만, 어쨌든 에너지의 수요가 공급을 앞서는 시간과 그 반대인 시간이 존재한다는 것이 ESS가 필요한 이유입니다. 그렇다면 마지막 방법도 생각해볼 수 있는데요, 생산해낸 에너지를 바로 수송하여 필요한 곳에서 사용하는 방법도 생각해볼 수 있습니다. 하지만 이 역시 회로를 필요한 곳에 많이 깔아야 하는 경제적인 어려움이 있을뿐더러, 역시 전선의 저항을 생각하지 않을 수 없기 때문에 효율 또한 떨어지는 일이 됩니다.

  즉, ESS는 에너지 공급과 수요를 균형잡는 데 큰 도움이 되며 그 역할을 발휘합니다. 또한 정전이나 긴급 상황 발생 시 에도 도움이 될 수 있는데요, 비상 상황에서의 백업 전원을 제공하여 전력의 신뢰성과 내구성을 향상시킬 수 있습니다.

3. ESS 사용해보기

  우리가 ESS를 직접 만들기는 힘드므로, ESS로 사용되는 리튬이온 배터리를 준비해 줍니다. 또한, 전압과 전류 측정이 가능한 멀티미터가 필요하고요, 학교 과학실과 같은 곳에서 여러분이 구하실 수 있는 신재생에너지원을 준비해 주시면 됩니다. 예를 들어, 작은 크기의 태양전지나 풍력 터빈 등이 가장 무난한 선택이 될 것입니다. 또 기본적인 전선 등을 준비하여 에너지 생산을 ESS에 저장할 수 있도록 합니다. 그 다음은 여러분의 실험 설계로서 진행되는데요, 하나 예를 들어 드리자면, 태양전지판이나 풍력 터빈 등을 사용하여 여러분이 배터리를 충전하고, 그 충전 단자를 분리한 뒤, 배터리가 LED나 모터 등에 연결되었을 때의 전압과 전류를 측정하면서 ESS의 효율을 측정합니다. 이때, 신재생에너지원을 그냥 사용하였을 때의 시간과 전압/전류를 측정하여 얻어낸 전력량과 ESS에 저장되어 사용된 전력량을 비교하여 얻어낼 수 있겠지요. 다른 방식으로도 실험을 진행하실 수 있을텐데요, 낮과 밤의 신재생에너지 생산 전력량과 전력사용량을 분석하여 언제까지는 신재생에너지를 그대로 사용하고, 언제부터는 ESS에 충전하여 사용하는 것이 효율적일지와 같은, 좀 더 실생활과 연관된 분석 실험을 진행할 수도 있을 것입니다.

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  다음은 제가 소개드렸던 실험과 연계하여 진행해볼 수 있는 실험들입니다. 특히, 그린 수소 생산 실험은 ESS와 비슷하게 다른 형태로 에너지를 저장해놓는 기술인데, ESS와 효율/안전성/효율 등을 비교하며 실험을 진행하면 더욱 의미 있는 실험을 해내실 수 있으리라 생각합니다. 또, 태양빛 반사 실험 등 다른 주제의 실험들도 제 블로그에 있으니 궁금하시면 방문해주시면 감사하겠습니다. 긴 글 읽느라 고생하셨고요 ㅎㅎ 조금이나마 도움이 되셨기를 빕니다. 감사합니다!