ESS와 VPP의 상관관계에 대한 종합 분석

 

ESS와 VPP는 현대 에너지 시스템에서 떼려야 뗄 수 없는 관계를 형성하고 있습니다. 이 두 기술의 유기적 결합이 재생에너지의 효율적 활용과 전력망 안정화에 어떻게 기여하는지 살펴보겠습니다.

 

ESS 관련기사 바로가기>>>

 

K-배터리 캐즘 돌파구 'ESS' 본격화 - 중소기업신문

 

 

1. ESS와 VPP의 기본 개념

1-1. VPP(가상발전소)의 정의와 역할

VPP(Virtual Power Plant, 가상발전소)는 소규모 분산 자원의 전력시장 참여 및 전력계통 운영 기여를 목적으로 모집된 분산자원의 집합을 의미합니다. 물리적으로 존재하는 발전소는 아니지만, 정보통신기술(ICT)을 활용하여 전국 각지에 분산된 발전원들을 마치 하나의 발전소처럼 통합 관리하고 에너지 생산과 분배를 최적화하는 시스템입니다. 특히 재생에너지, 에너지저장장치(ESS), 전기자동차 등 분산되어 있는 소규모 에너지 자원을 통합하여 하나의 발전소처럼 관리하는 것이 VPP의 핵심 역할입니다.

1-2. ESS(에너지저장장치)의 정의와 특성

ESS(Energy Storage System)는 전기 에너지를 저장했다가 필요한 시점에 사용할 수 있게 해주는 장치입니다. 주택용, 상업용, 산업용 등 다양한 규모로 설치되며, 특히 재생에너지의 간헐성을 보완하고 전력 수급 안정화에 기여합니다. 2022년 글로벌 주택용 ESS 판매량은 전년 대비 2배 가까이 증가한 15 GWh를 기록하며 급격히 성장했으며, 특히 스페인, 이탈리아 등 유럽 국가와 미국에서의 주택용 ESS 판매량이 급증했습니다.

2. ESS와 VPP의 유기적 관계

2-1. ESS, VPP의 핵심 구성요소

ESS는 VPP를 구성하는 가장 중요한 요소 중 하나입니다. 유럽에서 VPP 사업자는 간헐성을 지닌 여러 재생에너지 발전자원과 ESS 등 유연성 자원을 통합관리하고 하나의 전통발전소처럼 최적화합니다. 미국의 VPP 사업자들은 비상전원이나 태양광 전력 저장 용도로 주택/상업건물에 설치된 ESS를 활용해 VPP를 구성하는 방식을 취하고 있습니다. 공급형 VPP는 태양광, 풍력, ESS를 모집해 기저발전과 동일한 서비스(에너지 및 보조서비스 시장 참여)를 제공하는 형태로 운영되어, ESS가 VPP 구성의 핵심 요소임을 확인할 수 있습니다.

2-2. ESS, VPP의 안정성과 효율성 향상 기여

가상발전소(VPP)는 발전량을 예측하고, 예측과 다른 부분은 ESS, 전기차, 수요관리(DR) 등의 유연성 자원들을 활용해서 전력을 효율적으로 운영하는 역할을 합니다. 태양광, 풍력 등 재생에너지는 날씨 조건 및 시간대에 따라 불규칙한 발전량을 보이는 '간헐성'의 특징을 가지고 있는데, ESS는 이러한 간헐성을 보완하여 전력 공급의 안정성을 높이는 역할을 합니다. VPP는 실시간으로 전력의 공급·수요 정보를 교환하고, 발전량 예측 및 소비량 조절 등을 통해 재생에너지를 효율적으로 사용할 수 있게 하며, 이 과정에서 ESS는 핵심적인 역할을 수행합니다.

2-3. VPP 확대에 있어 ESS의 중요성

주택용 ESS 설치가 증가함에 따라 향후 이를 이용한 VPP의 확대가 예상됩니다. ESS는 주로 주택용 태양광과 함께 설치되어 태양광의 자가소비를 극대화하는 역할을 하는데, 일부 국가에서는 소매 전력가격이 30~40%까지 상승하며 ESS 투자회수기간이 크게 짧아져 설치가 증가하고 있습니다. 이러한 ESS의 보급 확대는 VPP 사업의 기반을 넓히는 계기가 됩니다.

3. 국내외 ESS 활용 VPP 사례

3-1. 해외 VPP 구축 사례

호주의 경우, AGL Energy는 소규모 태양광과 ESS를 연계하여 VPP를 구축했습니다. 이더넷 및 Wi-Fi를 통해 등록설비 간 네트워킹 연결을 상시 유지하고, 스마트미터를 통해 정밀 제어 및 전력 소비·공급량 측정을 수행합니다. AGL Energy는 가정용 태양광이 설치된 1,000가구의 태양광 5MW를 모집하고, 7 MWh급 ESS를 저렴한 가격으로 제공해 주면서 VPP 실증사업에 참여를 유도했습니다.

 

또 다른 호주 VPP 사업자인 Reposit Power는 태양광과 ESS를 활용한 보조서비스 사업에 참여하며, 가입 고객 확충을 위해 5년간 전기요금 무료 혜택을 제공하는 사업 모델을 운영하고 있습니다. 이 회사는 가정용 ESS를 활용하여 피크전력 저감효과를 검증하고, 수익성이 높은 보조서비스 시장에 진출했습니다.

 

독일의 Next Kraftwerke는 세계 최대 규모의 VPP 사업자로 알려져 있으며, 자체 개발한 소프트웨어를 활용하여 비상발전소(ESS), 바이오가스, 태양광·풍력, 수요반응 등의 분산에너지 자원을 통합 운영하고 있습니다. 2009년에 설립된 이 회사는 유럽을 중심으로 세계 전역에 걸쳐 15,346개의 분산자원과 12,294MW 용량을 보유하고 있습니다(2022년 12월 기준).

3-2. 국내 VPP 구축 동향

우리나라에서는 2023년 5월, '한국형 통합발전소(K-VPP)'의 도입 계획을 발표한 바 있습니다. VPP 활성화를 위한 기술적·제도적 방안 마련을 위해 정부는 2023년부터 4년에 걸쳐 총 260억 원을 투입할 예정입니다. SK에코플랜트는 2023년 7월 제주도에서 91개의 재생에너지 발전소와 협약을 맺고, 이들의 전력을 모아 50MW 규모의 전력중개사업을 시작했으며, 향후 그 범위를 전국으로 확대할 계획입니다.

4. ESS 기반 VPP의 경제성 및 미래 전망

4-1. ESS 기반 VPP의 경제성 분석

태양광 발전 자원을 100% 모집한 VPP 사업의 경우, VPP 설비 투자비가 10%에서 30%까지 감소하게 되면 B/C 비율이 0.01에서 0.03까지 향상되는 것으로 분석되었습니다. ESS와 VPP 설비투자비 감소, 태양광 발전 예측오차 감소, 국내 배출권 가격 상승 등이 VPP 사업의 경제성에 영향을 미치는 주요 요소로 분석되었습니다.

4-2. ESS와 VPP의 미래 전망

글로벌 VPP 시장은 2021년 8억8000만달러(약 1조 1000억 원)에서 2028년 67억 4000만 달러(약 8조 3700억 원)로 연평균 32.89%의 고성장이 예견됩니다. 특히 전기차와 연계된 V2G(Vehicle to Grid) 기술과 VPP의 결합이 새로운 성장 동력이 될 것으로 전망됩니다. 전기차에 저장된 전력을 전력망에서 활용하는 V2G에 대한 관심이 높아지고 있으며, 전기차가 가정의 에너지 소비와 생산 패턴에 미치는 영향이 더욱 중요해질 것입니다.

결론

ESS와 VPP는 상호보완적 관계를 맺으며 재생에너지의 한계를 극복하고 전력망의 안정성을 높이는데 기여하고 있습니다. ESS는 VPP의 핵심 구성요소로서 재생에너지의 간헐성을 완화하고 전력 공급의 안정성을 높이는 역할을 하며, VPP는 분산된 ESS를 포함한 에너지 자원을 효율적으로 통합 관리하여 전력 시스템의 효율성을 극대화합니다.

 

ESS의 보급 확대는 VPP 사업의 확장으로 이어질 것이며, 전기차와 연계된 V2G 기술과의 결합을 통해 더욱 다양한 형태의 VPP가 등장할 것으로 예상됩니다. 앞으로 정부 정책 지원과 기술 발전에 따라 ESS와 VPP는 에너지 전환 시대의 핵심 인프라로 자리매김할 것입니다.

 

 

전력기기 관련주: HD현대일렉트릭 변압기 공장 증설 4000억투자

 

에너지 3법 전력설비 관련주 6종목, 전력망확충법 소위 통과