초록 ▼

핵심기술
피크부하 저감과 비상발전 기능을 갖는 ESS이며, 이종 배터리를 이용한 하이브리드 ESS를 개발하여 건물에 실증함으로써 타당성을 검증함.

최종목표
최종목표 : 비상전원겸 피크부하 대응용 하이브리드 ESS 운용시스템 개발
- 1차년도 : 시각동기화 모듈 개발, 장단주기용 20kW급 PCS개발, 10kWh VRFB 개발, EMS 통신 Gateway 개발
- 2차년도 : 100kW급 하이브리드형 PCS 개발, 20kWh VRFB 개발 EMS 최적운전알고리즘 및 Big DATA/IoT 기반 EMS

핵심기술
피크부하 저감과 비상발전 기능을 갖는 ESS이며, 이종 배터리를 이용한 하이브리드 ESS를 개발하여 건물에 실증함으로써 타당성을 검증함.

최종목표
최종목표 : 비상전원겸 피크부하 대응용 하이브리드 ESS 운용시스템 개발
- 1차년도 : 시각동기화 모듈 개발, 장단주기용 20kW급 PCS개발, 10kWh VRFB 개발, EMS 통신 Gateway 개발
- 2차년도 : 100kW급 하이브리드형 PCS 개발, 20kWh VRFB 개발 EMS 최적운전알고리즘 및 Big DATA/IoT 기반 EMS 개발 하이브리드 ESS 실증(현장적용)

개발내용 및 결과
1) 전력변환장치(PCS), 전력관리시스템(PMS), 및 시각동기화 기반 PQM 모듈 개발
○ 전력변환장치(PCS) 개발 : 이종배터리를 충방전할 수 있는 100kW급 PCS를 개발하였으며 피크부하 저감과 비상발전 기능을 수행할 수 있도록 하였다.

○ 전력관리시스템(PMS) 개발 : 상위 에너지관리시스템(EMS)으로부터 피크 설정값 지령을 받아 피크부하 저감 동작을 수행하도록 PCS를 제어하고 배터리관리시스템(BMS)로부터의 배터리 정보를 받아 충방전을 제어한다. 또한, 정전시나 복전시 비상부하를 담당하거나 비상발전기 동작과 연계하는 PCS 동작을 제어하도록 하였다.

○ 시각동기화 기반 전력품질계측기(PQM) 모듈 개발 : 여러개의 PQM간의 시각을 동기화시키는 기능을 내장한 PQM 모듈을 개발하였으며 PQM간 50us이내 시각동기 정밀도를 갖도록 하였다.

2) 배터리관리시스템(BMS) 및 레독스배터리 Package 개발
○ 배터리관리시스템(BMS) 개발 : 배터리의 전압, 전류, 온도, SOC 등의 정보를 실시간으로 PMS에 보냄으로써 과방전, 과충전을 방지하고 배터리가 효율적으로 운용될 수 있도록 하였다.

○ 레독스배터리 Package 개발 : 20kWh VRF 배터리의 Package를 개발하였다.

3) EMS Server, 통신 Gateway, 최적운전 알고리즘 개발
○ EMS Server 개발 : Base System 구축, 기본 정보관리시스템 개발, 모니터링 및 제어 시스템 개발 등 EMS Server 시스템 구축

○ 통신 Gateway 개발 : 외부 통신할 수 있는 Gateway Framework를 구축하고, PQM으로부터 데이터를 수신할 수 있는 어댑터 개발

○ 최적운전 알고리즘 개발 : PCS/PMS, BMS로부터 수신된 데이터를 활용하여 전력을 효율적으로 사용할 수 있는 최적화 알고리즘을 개발하였다.

4) 실증센터 구축
○ 호남대 8호관 실증센터 구축 및 현장 적용 : 본 과제를 통해 개발한 최종 성과물을 호남대에 설치하여 ESS 운용 시스템의 타당성을 검증하였다. 실증센터를 통해 획득한 실증 데이터와 경험을 토대로 ESS 사업에 적극적으로 참여할 수 있을 것으로 기대한다.

기술개발 배경
현재 ESS관련 시장은 시작품단계에서 실용화 단계로 변화하는 단계로 파악되고 있다. 국내는 한전 주도의 주파수 조정(FR ESS) 사업이 2017년 이후 종료되면 피크전력 대응과 비상발전기 대체 시장에 ESS 시스템이 적용될 것으로 파악되며 그 시장은 정부 에너지 정책에 따라 급속도로 발전할 것으로 예상되어진다.

따라서, 에너지 다소비 건물 및 비상발전기 대응 시스템에 시각동기화 모듈을 통한 EMS(에너지관리시스템)과 iBMS(지능형 건물관리시스템)간의 실시간 부하예측 시스템에 측정 데이터를 제공하할 수 있고, 차세대 배터리 VRFB 및 다양한 배터리 종류의 BMS와 서로 다른 전압 레벨에서도 출력이 가능하며 소용량 하이브리드 PCS 조합만으로도 건물의 피크부하 및 비상발전기의 다양한 전력용량에 대응할 수 있는 ESS시스템 개발이 필요하다.

핵심개발 기술의 의의
서로 다른 전압 레벨를 갖는 이종 배터리는 각각 다른 입력전압 범위를 갖는 컨버터가 필요하며 특히 VRFB용 DC/DC 컨버터는 배터리 출력전압이 낮기 때문에 3배 이상의 안정적인 Boost 동작과 효율을 고려해야 한다. 이러한 문제를 해결하기 위해 Switch Interleaved 방식 채용하여 개발하였다.

레독스흐름배터리는 현재 피크부하 저감이나 비상발전용으로 현장에 적용하여 실증한 경우가 없는 실정이다. 따라서, ESS 실증센터를 통해 실증자료와 경험을 토대로 VRFB를 적용한 사업에 적극적으로 참여할 수 있을 것으로 기대한다.

적용 분야
건물용 ESS, 태양광 인버터, 계통연계형 인버터, 배터리 충방전 시스템

(출처 : 요약서 4p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제출문 ... 2
• 공공기관연계 지역산업육성사업(기술개발) 보고서 요약서 ... 3
• 기술개발사업 주요 연구성과 ... 9
• 목차 ... 12
• 제1장 서론 ... 13
• 제1절 과제의 개요 ... 13
• 제2장 개발 목표 및 개발 내용 ... 15
• 제1절 최종 목표 및 평가 방법 ... 15
• 1. 최종 목표 ... 15
• 2. 기술개발 목표 ... 15
• 제2절 연차별 개발 내용 및 개발 범위 ... 15
• 1. 연차별 개발 내용 ... 15
• 2. 개발내용 및 범위 ... 16
• 제3장 결과 및 사업화 계획 ... 17
• 제1절 연구개발 최종 결과 ... 17
• 1. 연구개발 추진 일정 ... 17
• 2. 사업목표 대비 추진 실적 ... 19
• 3. 기술개발 결과의 유형 및 무형 성과 ... 19
• 제2절 연구개발 추진 체계 ... 20
• 1. 각 기관/기업별 역할 및 추진 내용 ... 20
• 제3절 시장 현황 및 사업화 계획 ... 117
• 1. 시장 현황 및 전망 ... 117
• 2. 사업화 계획 및 마케팅 전략 ... 120
• 3. EMS 사업화에 따른 수익성 자체분석 결과 ... 122
• 끝페이지 ... 122