KR102268723B1

KR102268723B1 - 충전율 제어가 가능한 에너지 저장 시스템 및 이의 제어 방법

Info

Publication number: KR102268723B1
Application number: KR1020190054138A
Authority: KR
Inventors: 윤주영; 이영훈; 박성구
Original assignee: 두산중공업 주식회사
Priority date: 2019-05-09
Filing date: 2019-05-09
Publication date: 2021-06-24
Also published as: KR20200129555A

Abstract

본 발명은 에너지 저장 시스템 및 이의 제어 방법에 관한 것으로, 더 구체적으로는 신재생 에너지의 전력 생산량을 기반으로 충전 또는 방전 계획을 수립하고, 특히 실시간으로 신재생 에너지의 전력 생산량을 모니터링 및 보정함으로써 에너지 저장 시스템 내 배터리들이 원하는 특정 시점에 완충이 되도록 충전율을 조절하는 것까지 가능한 에너지 저장 시스템 및 이의 제어 방법에 관한 것이다.

Description

충전율 제어가 가능한 에너지 저장 시스템 및 이의 제어 방법{SYSTEM AND METHOD FOR CONTROLLING CHARGING RATE}

신재생 에너지란, 기존의 화석 연료를 재활용하거나 재생 가능한 에너지를 변환시켜 이용하는 에너지를 일컫는 것으로, 인구의 증가, 산업의 발달에 따라 화석 연료에 대한 수요가 증가하고 있는 것에 대응하여 대안으로 제시되고 있는 것이다. 이러한 신재생 에너지의 종류에는 풍력 에너지, 태양광 에너지, 바이오 에너지, 조류 에너지, 지열 에너지 등이 존재하며, 이러한 신재생 에너지는 화석 연료와 달리 재생이 가능하기 때문에 고갈의 염려가 없다는 점, 오염 물질이나 이산화탄소 배출이 적어 친환경적이라는 점 등에서 장점이 있는 반면, 신재생 에너지를 생산하기 위한 구조물들(발전소)을 설치할 시 자연환경의 영향을 많이 받는다는 점, 개발 초기에 투자 비용이 많이 들고 경제성이 낮다는 점 등에서 단점이 존재하기도 한다.

한편, 에너지원으로서의 신재생 에너지 생산과 관련된 기술에 대한 관심과 더불어, 생성된 전력을 제공하는 시설물들에 대하여도 기술적 관심이 지속적으로 높아지고 있는데, 특히 산업의 발달과 함께 전력 수요는 지속적으로 증가하고 있는 반면 전력을 생산해 내기 위한 자원들은 점차 한계에 이르고 있는 현실에서, 최근 전력의 수급을 효율적으로 관리하기 위한 시스템들이 다각적으로 연구되고 있다. 에너지 저장 시스템(Energy Storage System)은 위와 같은 문제점을 해결하기 위한 노력의 일환에서 제안된 것으로, 특히 계통 내에서 전력의 공급과 수요가 불균형을 이룸에 따른 에너지 낭비와 소비자 불편을 해소하기 위해 에너지를 계획적으로 생산 및 소비할 수 있는 환경을 제공하고자 최근에는 에너지 저장 시스템에 대한 연구가 활발하게 이루어지고 있다.

에너지 저장 시스템이란, 기본적으로 에너지원으로부터 생산된 전력을 저장한 후 필요한 시점에 이를 활용하게 하는 시스템을 이르는 것으로, 특히 최근 신재생 에너지로의 에너지원 전환이 불가피한 시점에서 공급의 변동성, 불안정성, 불균형성 특징을 가지는 신재생 에너지를 효율적으로 활용하기 위해 에너지 저장 시스템에 대한 관심이 높아지고 있다.

특히, 신재생 에너지원은 공급의 변동성이 심하기 때문에 이로부터 전력을 공급 받는 에너지 저장 시스템의 경우 충방전 계획을 수립하기에 어려운 점이 있어 왔는데, 본 발명에서는 신재생 에너지원의 생산량을 참조하여 충방전 계획을 수립하는 과정, 나아가 에너지 저장 시스템 내 구비되는 배터리들의 수명을 극대화 할 수 있도록, 그리고 충전된 전력의 전력 누수를 최소화 할 수 있도록 충방전 계획을 수립하되 충전율까지 제어할 수 있는 과정에 대해 논하고자 한다.

공개특허공보 제10-2018-0114272A호 (2018.10.18. 공개)

본 발명은 신재생 에너지원의 생산량을 지속적으로 모니터링하고, 이를 기반으로 실시간으로 생산량에 따른 충방전 계획을 조정함으로써 에너지 저장 시스템의 충방전 효율성을 높이는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 충방전 계획 조정에 의해 충전율 제어가 가능하게 함으로써 에너지 저장 시스템의 완충 시점을 임의의 시점으로 정할 수 있게 하는 것을 목적으로 하며, 이에 따라 에너지 저장 시스템 내 배터리부가 완충 후 대기함에 의해 전력이 누수되는 시간을 최소화 할 수 있게 하는 것을 목적으로 한다.

위와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명에 따른 충전율 제어가 가능한 에너지 저장 시스템은, 신재생 에너지원으로부터의 전력 생산량을 예측하고, 상기 예측에 기반하여 배터리부의 충방전 계획을 수립하며, 상기 신재생 에너지원으로부터의 실제 전력 생산량을 모니터링하고, 모니터링 결과에 따라 상기 예측된 전력 생산량을 보정하고, 상기 보정된 전력 생산량 및 현재 배터리부의 용량을 참조하여 당해 배터리부의 충전 여부를 결정하는 에너지 관리부; 상기 에너지 관리부의 결정에 따라 충전을 수행하는 배터리부; 상기 배터리부의 충전을 제어하는 전력 변환부;를 포함한다.

또한, 상기 충전율 제어가 가능한 에너지 저장 시스템에 있어서 상기 에너지 관리부는, 상기 배터리부의 충전율을 결정하되, 상기 배터리부의 완충 시각과 기 설정된 방전 시작 시각 간 완충 유지 시간을 최소화 하도록 상기 배터리부의 충전율을 결정할 수 있다.

또한, 상기 충전율 제어가 가능한 에너지 저장 시스템에 있어서 상기 에너지 관리부는, 상기 보정된 전력 생산량 및 현재 배터리부의 용량을 참조하여 당해 배터리부의 방전 여부를 더 결정할 수 있다.

또한, 상기 충전율 제어가 가능한 에너지 저장 시스템에 있어서 상기 에너지 관리부는, 상기 신재생 에너지원으로부터의 전력 생산량을 예측한 이후, 기 설정된 주기마다 상기 신재생 에너지원의 전력 생산량을 모니터링하고, 모니터링 결과에 따라 상기 전력 생산량을 보정할 수도 있다.

또한, 상기 충전율 제어가 가능한 에너지 저장 시스템에 있어서 상기 에너지 관리부는, 상기 신재생 에너지원으로부터의 전력 생산량을 예측한 이후, 기 설정된 조건의 상태가 감지될 때마다 상기 전력 생산량을 보정할 수 있으며, 이 때 상기 기 설정된 조건은, 상기 신재생 에너지원의 전력 생산량 변동이 기 설정된 범위를 초과한 경우, 상기 신재생 에너지원의 전력 생산량 변동에 의해 배터리의 충전율 변화가 감지된 경우, 또는 상기 신재생 에너지원이 설치된 지역의 기상변화가 감지된 경우 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.

한편, 본 발명의 또 다른 실시예인 충전율 제어가 가능한 에너지 저장 시스템을 제어하는 방법은 에너지 관리부가, 신재생 에너지원으로부터의 전력 생산량을 예측하는 단계; 에너지 관리부가, 상기 예측에 기반하여 배터리부의 충방전 계획을 수립하는 단계; 에너지 관리부가, 상기 신재생 에너지원으로부터의 실제 전력 생산량을 모니터링하고, 모니터링 결과에 따라 상기 예측된 전력 생산량을 보정하는 단계; 에너지 관리부가, 현재 배터리부의 용량을 모니터링 하는 단계; 에너지 관리부가, 상기 보정된 전력 생산량 및 현재 배터리부의 용량을 참조하여 당해 배터리부의 충전 여부를 결정하는 단계; 를 포함한다.

또한, 상기 충전율 제어가 가능한 에너지 저장 시스템을 제어하는 방법은 상기 에너지 관리부가 상기 배터리부의 충전율을 결정하는 단계를 더 포함하되, 상기 에너지 관리부는, 상기 배터리부의 완충 시각과 기 설정된 방전 시작 시각 간 완충 유지 시간을 최소화 하도록 상기 배터리부의 충전율을 결정하는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 충전율 제어가 가능한 에너지 저장 시스템을 제어하는 방법에 있어서는 상기 에너지 관리부가, 상기 보정된 전력 생산량 및 현재 배터리부의 용량을 참조하여 당해 배터리부의 방전 여부를 결정하는 단계를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 충전율 제어가 가능한 에너지 저장 시스템을 제어하는 방법에 있어서 상기 에너지 관리부는, 상기 신재생 에너지원으로부터의 전력 생산량을 예측한 이후, 기 설정된 주기마다 상기 신재생 에너지원의 전력 생산량을 모니터링하고, 모니터링 결과에 따라 상기 전력 생산량을 보정하는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 충전율 제어가 가능한 에너지 저장 시스템을 제어하는 방법에 있어서 상기 에너지 관리부는, 상기 신재생 에너지원으로부터의 전력 생산량을 예측한 이후, 기 설정된 조건의 상태가 감지될 때마다 상기 전력 생산량을 보정하는 것을 특징으로 할 수 있다. 이 때 상기 기 설정된 조건은, 상기 신재생 에너지원의 전력 생산량 변동이 기 설정된 범위를 초과한 경우, 상기 신재생 에너지원의 전력 생산량 변동에 의해 배터리의 충전율 변화가 감지된 경우, 또는 상기 신재생 에너지원이 설치된 지역의 기상변화가 감지된 경우 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.

본 발명에 따르면 충방전 계획 수립 시 신재생 에너지원의 실시간 전력 생산량을 모니터링 한 결과를 기초로 할 수 있으므로 종래 신재생 에너지의 과거 생산량 데이터만을 가지고 충방전 계획을 수립하던 것에 비해 더 효율적으로 충방전 계획을 수립할 수 있게 되는 효과가 있다.

특히, 충방전 계획의 수립에는 에너지 저장 시스템 내 구비되는 배터리부의 충전율 제어도 포함될 수 있는 바, 본 발명에 따르면 사용자(운용자)가 원하는 시점에 배터리부의 완충이 이루어지도록 유도할 수 있어 배터리부의 수명 극대화 및 에너지 저장 시스템 운용 전반의 효율성을 높일 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명이 제안하고자 하는 에너지 저장 시스템의 개략적인 구성 및 에너지 저장 시스템 주변의 구성들을 도시한 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 에너지 저장 시스템의 충방전 제어 방법, 더 정확하게는 에너지 관리부가 배터리부의 충방전을 제어하는 방법을 순서에 따라 도시한 것이다.
도 3은 신재생 에너지원의 예측된 전력 생산량과 배터리부의 충전율을 하나의 그래프에 도시한 것이다.
도 4는 에너지 저장 시스템이 충방전을 계획하는 실시예, 더 정확하게는 충전율을 제어하는 실시예를 도시한 것이다.
도 5는 에너지 저장 시스템이 또 다른 실시예에 따라 충전율을 제어하는 것을 도시한 것이다.

본 발명의 목적과 기술적 구성 및 그에 따른 작용 효과에 관한 자세한 사항은 본 발명의 명세서에 첨부된 도면에 의거한 이하의 상세한 설명에 의해 보다 명확하게 이해될 것이다. 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세하게 설명한다.

본 명세서에서 개시되는 실시예들은 본 발명의 범위를 한정하는 것으로 해석되거나 이용되지 않아야 할 것이다. 이 분야의 통상의 기술자에게 본 명세서의 실시예를 포함한 설명은 다양한 응용을 갖는다는 것이 당연하다. 따라서, 본 발명의 상세한 설명에 기재된 임의의 실시예들은 본 발명을 보다 잘 설명하기 위한 예시적인 것이며 본 발명의 범위가 실시예들로 한정되는 것을 의도하지 않는다.

도면에 표시되고 아래에 설명되는 기능 블록들은 가능한 구현의 예들일 뿐이다. 다른 구현들에서는 상세한 설명의 사상 및 범위를 벗어나지 않는 범위에서 다른 기능 블록들이 사용될 수 있다. 또한, 본 발명의 하나 이상의 기능 블록이 개별 블록들로 표시되지만, 본 발명의 기능 블록들 중 하나 이상은 동일 기능을 실행하는 다양한 하드웨어 및 소프트웨어 구성들의 조합일 수 있다.

또한, 어떤 구성요소들을 포함한다는 표현은 “개방형”의 표현으로서 해당 구성요소들이 존재하는 것을 단순히 지칭할 뿐이며, 추가적인 구성요소들을 배제하는 것으로 이해되어서는 안 된다.

나아가 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 “연결되어” 있다거나 “접속되어” 있다고 언급될 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 한다.

도 1은 본 발명에서 제안하고자 하는 에너지 저장 시스템(100), 그리고 에너지 저장 시스템(100) 주변의 구성들에 대한 개략적인 설명을 하기 위한 도면이다.

도 1을 참조할 때, 본 발명에 따른 에너지 저장 시스템(100)은 신재생 에너지원(200)과 그리드(300)에 동시에 연결되는 것으로, 기본적으로 에너지 저장 시스템(100)은 신재생 에너지원(200)으로부터 생산된 전력을 공급받아 저장을 하거나 또는 이를 그리드(300) 측에 다시 공급하는 역할을 한다.

본 상세한 설명에서 언급되는 신재생 에너지원이라는 용어는, 더 구체적으로는 신재생 에너지를 이용하여 에너지, 즉 전력을 생산할 수 있는 설비들을 의미하는 것으로 이해될 수 있으며, 여기에는 풍력 발전소, 지열 발전소, 태양광 발전소, 바이오에너지 발전소, 조력 발전소 등이 포함될 수 있다. 참고로, 본 상세한 설명에서는 발명의 이해를 돕기 위해 태양광 발전소를 신재생 에너지원의 대표적인 예로 삼아 설명하기로 한다.

한편, 그리드(300)는 발전소에서 생산된 전기를 소비자에게 전달하는 전력망을 의미하는 것으로, 여기에는 송전선, 변전소 등 전력을 개별 부하단에 공급하는 데에 필요한 구성요소들이 포함될 수 있다.

에너지 저장 시스템(100)은 도 1에 도시되어 있는 것과 같이 에너지 관리부(110), 배터리부(120), 전력 변환부(130)를 기본 구성으로 포함할 수 있으며, 여기에 추가적으로 배터리 관리부(140)가 더 포함될 수 있다.

먼저 에너지 관리부(110)(Energy Management System)는 계통 내에서의 에너지 사용 패턴을 분석하고 분석된 사용 패턴을 기초로 에너지의 공급을 조절할 수 있게 한 것으로, 전체 전력공급 계통에 대한 상시 정보 수집 및 부하 주파수 감시를 통하여 계통에 연계된 발전 설비의 운전을 최적으로 제어하며, 전력계통의 효율적인 관리로 경제급전을 수행하는 구성을 의미한다. 에너지 관리부(110)는 계통 내 사용자들의 소비전력 수요, 현재 전력 상황 등의 정보를 수집하고, 과거로부터 최근까지의 소비 전력 패턴을 분석하는 것을 하나의 주된 기능으로 하며, 또한 분석된 소비 전력 패턴을 기초로 향후 전력 소비량 예측하고, 이에 따라 에너지 저장 시스템(100)에서의 충/방전 스케줄을 조정하는 것을 또 다른 기능으로 한다.

또한, 본 발명에서의 에너지 관리부(110)는 신재생 에너지원(200)으로부터 공급되는 전력량을 상시 모니터링 할 수 있으며, 그에 따라 후술하게 될 도면에서의 실시예에서와 같이 배터리부(120) 및 전력 변환부(130)를 제어함으로써 배터리들의 충방전을 제어할 수도 있다.

다음으로 전력 변환부(130)(Power Conditioning System)는, 기본적으로는 에너지원으로부터 생산된 전력을 전력 계통과 연계시키는 중간 단계의 시스템으로, 교류와 직류 간의 변환, 전압/전류/주파수 변환 등을 수행한다. 예를 들어 신재생 에너지원(200)으로부터 공급되는 에너지는 전력 변환 시스템을 통해 배터리부(120)에 충전될 수 있으며, 또는 배터리부(120)로부터 방전된 에너지는 전력 변환부(130)를 통해 계통으로 공급될 수 있다.

다음으로 배터리부(120)는, 상기 전력 변환부(130)를 통해 배터리를 충전 또는 방전시키는 주체가 되는 것으로, 상기 배터리부(120)는 어느 한 종류의 배터리 또는 다양한 종류의 배터리들로 구성될 수 있다. 참고로, 상기 배터리부(120) 내에 구비되는 배터리들은 상이한 충방전 주기를 가지는 둘 이상의 배터리들일 수 있으며, 바람직하게는, 상기 둘 이상의 배터리는 단주기 배터리 및 장주기 배터리, 즉 충방전의 주기가 서로 상이한 것으로서 어느 하나는 상대적으로 짧은, 그리고 다른 하나는 상대적으로 긴 것들을 포함할 수 있다. 또한, 본 상세한 설명에서 언급되는 배터리는 플로우 배터리, 이차전지와 같은 다양한 것들 것 포함할 수 있으며, 예를 들어 플라이휠, NAS, 전고체전지 등의 종류가 포함될 수 있다. 참고로, 본 상세한 설명에서는 단주기 배터리의 대표 예시로 리튬이온배터리를, 그리고 장주기 배터리의 대표 예시로 바나듐 산화환원 흐름 축전지(Vanadium Redox Flow Battery)를 언급할 것이나, 단주기 배터리 및 장주기 배터리는 이러한 실시예에 한정되지 않으며 충방전 주기의 상대적인 차이에 의해 정의될 수 있는 한 그 종류에는 제한이 없다 할 것이다.

마지막으로, 본 발명에 따른 에너지 저장 시스템(100)은 배터리 관리부(140)(Battery Management System)를 더 포함할 수 있다. 배터리 관리부(140)는 배터리의 전압, 전류, 온도 등을 감지하고 배터리의 충방전량을 적정한 수준으로 제어하는 구성으로, 배터리의 셀 밸런싱을 수행함과 동시에 배터리의 잔여 용량을 모니터링하는 역할도 수행한다. 또한, 배터리관리부는 위험상황이 발생하는 경우 비상 동작을 함으로써 배터리를 보호하기도 한다. 본 배터리관리부는 앞서 설명한 전력 변환부(130)와는 별개의 기능을 수행하지만 각각 배터리에 대한 제어권을 가지고 있다는 점에서는 공통점이 있으며, 설계에 따라 상기 전력 변환부(130) 및 본 배터리 관리부(140)는 하나의 서버로도 구현될 수 있다.

이상 본 발명에 따른 에너지 저장 시스템(100)의 주요 구성들에 대해 살펴보았다.

한편, 본 상세한 설명에서는 발명의 이해를 돕기 위하여 먼저 도 2를 참조하여 본 발명에 따른 에너지 저장 시스템(100), 그 중에서도 특히 에너지 관리부(110)가 배터리부(120)의 충방전 계획을 수립하는 과정에 대해 설명하기로 한다.

도 2를 참조할 때, 에너지 저장 시스템(100)의 제어 방법은 가장 먼저 신재생 에너지원(200)으로부터의 전력 생산량을 예측하는 것으로부터 시작될 수 있다. (S101) 전력 생산량을 예측한다는 것의 의미는 임의의 시간 동안 얼마나 많은 양의 전력을 생산해 낼 수 있는지에 대한 값을 연산해 내는 것으로 이해될 수 있으며, 해당 단계에서는 과거 상기 신재생 에너지원(200)이 생산해 내었던 전력량을 기반으로 한 것이거나, 또는 해당 신재생 에너지원(200)이 존재하는 지역의 주변 환경, 날씨에 대한 정보를 기반으로 한 것이거나, 또는 위의 정보들을 모두 참조하여 이루어질 수 있는 것으로 이해될 수 있다. 또한, 언급된 정보들 외에도 상기 신재생 에너지원(200)의 전력 생산량을 연산하는 데에 필요한 모든 정보들이 포함될 수 있으며, 해당 단계에서는 다양한 통계 기법들이 활용될 수 있어 상기 전력 생산량을 확률 기반으로 예측해 낼 수 있다. 예를 들어, 상기 신재생 에너지원(200)이 태양광 발전소라 가정할 때에 전력 생산량을 예측하는 단계는 상기 태양광 발전소의 과거 임의의 기간 중 생산된 전력량, 또는 상기 태양광 발전소가 설치된 지역의 주변 날씨에 대한 정보들(구름, 비 예보)을 중 적어도 하나를 기반으로 이루어질 수 있다.

한편, 전력 생산량에 대한 예측이 이루어진 후, 본 발명에 따른 에너지 관리부(110)는 배터리부(120)의 충방전 계획을 수립할 수 있다.(S102) 본 단계는 배터리부(120)가 저장할 수 있는 전력 용량을 기초로 상기 배터리부(120)의 충전 시간, 시간 당 충전량을 결정하는 단계로 이해될 수 있으며, 이는 곧 해당 에너지 저장 시스템(100)의 충전율을 결정하는 것으로도 이해될 수 있다. 에너지 저장 시스템(100)의 충전율을 결정하는 것은 전체 시스템의 효율성을 위해서도, 그리고 배터리부(120)의 수명을 극대화 하는 데에 있어서도 매우 중요한 단계라 할 수 있는데, 특히 배터리는 완충이 이루어진 후 방전을 위해 대기하는 동안 일부 전력의 누수가 발생한다는 점, 또한 완충 상태로 배터리를 오랜 시간 유지하는 경우 배터리의 수명이 단축될 수 있다는 점에서 배터리의 완충 유지 시간을 가급적 짧게 하는 것이 중요하다 할 수 있다. 즉, 과거 전력 수요량의 예측에 따라 배터리의 방전 시간대가 정해져 있다고 가정할 때에, 해당 배터리의 완충 시각은 가급적이면 상기 방전 시간대에 근접한 시점이 되도록 충전율을 조절함으로써 배터리의 완충 유지 시간이 가능한 한 짧아지도록 하는 것이 바람직하다.

한편 S102단계에서 배터리부(120)의 충방전 계획이 수립된 후, 상기 에너지 관리부(110)는 실제 신재생 에너지원(200)으로부터의 출력, 즉 전력 생산량을 모니터링 할 수 있으며, 이러한 모니터링 결과를 기반으로 앞서 S101단계에서 연산되었던 전력 생산량 예측치를 실시간으로 보정할 수 있다. (S103) 즉, 본 단계는 이미 배터리에 대한 충방전 계획이 일응 수립된 후 임의의 시점에 신재생 에너지의 실제 전력 생산량을 모니터링하고, 모니터링 된 현재 시점의 전력 생산량을 앞서 예측된 전력 생산량 대신 활용할 수 있게 한 단계로 이해될 수 있다. 한편, 본 S103단계는 시스템 운영자가 정한 주기에 따라 주기적으로 실행될 수 있거나, 또는 시스템 상에서 기 정해진 조건의 상태가 감지될 때에 자동적으로 실행될 수 있도록 구현할 수 있는데, 이에 대해서는 후술하기로 한다.

다음으로, S103단계 이후에 에너지 관리부(110)는 현재 배터리의 남은 용량을 확인(S104)하여 앞으로 충전 가능한 전력량이 얼마나 남았는지를 파악하며, 그에 따라 충전 여부를 결정하고 실제 충전을 수행하게 된다. (S105 및 S106) 또한, 배터리 충전이 수행 중이거나 또는 기 정해진 시간 동안 수행된 후, 에너지 관리부(110)는 재차 배터리의 용량을 확인한 후 (S107) 남은 용량에 따라 충방전 계획을 수립하는 단계로 회귀할 수 있다.

한편, S105단계는 충전 여부를 결정하는 단계인데, 만일 충전의 필요성이 없어 충전을 하지 않는 것으로 결정된 경우, 에너지 관리부(110)는 여기서 그치는 것이 아니라 방전의 필요성이 있는지에 대한 판단, 즉 방전 여부를 결정하는 단계(S108)를 더 진행할 수도 있다. 본 발명이 배터리의 충전율, 즉 정해진 시간 동안 정해진 양 만큼의 전력을 수용하는 비율을 결정하기 위한 것임을 고려할 때에, 그리고 배터리란 반드시 충전만 가능한 것이 아니라 방전도 가능한 구성임을 고려할 때에, 충전율을 제어함에 있어서는 충전뿐 아니라 방전 역시 하나의 제어 파라미터가 될 수 있음은 물론이며, 본 발명에서는 이와 같은 사정에 기인하여 방전 역시 충전율 제어의 한 수단으로 활용할 수 있다. 방전 여부를 결정하는 단계(S108)에서 방전이 필요하다고 결정된 경우, 에너지 관리부(110)는 전력 변환부(130) 또는 배터리부(120)를 직접 제어함으로써 해당 배터리부(120)의 방전이 수행되도록 할 수 있다. (S109) 반대로, S108단계에서 방전이 필요 없다고 결정된 경우, 해당 배터리는 대기 상태에 머무르게 될 것(S110)이며, 일정 시간 동안 대기 상태에 있은 후 에너지 관리부(110)는 다시 배터리의 용량을 확인하는 단계에 이어 충방전 계획 수립 단계로 회귀할 수 있다.

이상 도 2를 참조하여 본 발명에 따른 에너지 저장 시스템(100), 더 정확하게는 에너지 관리부(110)에 의한 충방전 제어 방법에 대해 살펴보았다.

도 3은 내지 도 5는 신재생 에너지원(200)의 예측된 생산량 그래프, 그리고 에너지 저장 시스템(100)의 충전율을 하나의 도표 상에 나타낸 것이다.

먼저 도 3은 예측된 신재생 에너지원(200)으로부터의 전력 생산량, 에너지 저장 시스템(100)의 충방전 계획에 따른 충전율을 나타낸 것이다. 앞서도 언급하였지만, 본 발명은 이미 예측된 전력 생산량을 기초로 충방전 계획을 수립한 이후에도 수시로 현재 시점의 전력 생산량을 모니터링 함으로써 충방전 계획을 새로이 수립하는 것을 하나의 특징으로 하며, 특히 이에 의해 제어될 수 있는 충전율은 배터리의 완충 유지 시간을 가능한 한 짧게 하기 위한 것임을 전술한 바 있다. 도 3의 실선은 예측된 전력 생산량의 그래프를 나타낸 것이며, 점선은 충전율을 나타낸 것인데, 도 3은 일응 과거의 정보들 또는 환경 정보들을 기초로 예측된 전력 생산량을 참조하여 충전율이 결정된 상태의 모습을 나타낸 것이며, 이 때의 충전율은 완충이 될 때까지 유지되고 있음을 확인할 수 있다. 또한, 임의의 방전 시작 시각이 정해져 있다고 가정할 때에, 상기 완충이 된 시점부터 방전 시작 시각까지의 완충 유지 시간은 FT로 표시하였으며, 본 발명은 이러한 FT를 가능한 한 짧게 하는 것을 하나의 목적으로 한다는 점은 전술하였다.

도 4는 앞서 도 2의 S103단계, 즉 실제 신재생 에너지원(200)으로부터의 전력 생산량을 모니터링 하는 단계가 기 설정된 주기마다 실행되는 실시예를 도시한 것이다. 이에 따를 때, 본 발명에 따른 에너지 저장 시스템(100)은 정해진 주기 T마다 모니터링 단계를 수행할 수 있으며, 이 경우 (a)구간은 과거의 전력 생산량 정보 또는 주변 지역의 날씨 정보 등을 기초로 최초 결정된 충전율에 따라 배터리가 충전되는 구간을, (b)구간 내지 (d)구간은 각각 모니터링 단계가 수행된 이후 재설정된 충전율에 따라 배터리가 충전되는 실시예를 나타낸 것이다. 참고로 (b)구간은 (a)구간에 비해 충전율이 더 낮은 값을 가지는 것으로 도시되었는데, 이렇게 충전율이 이전 구간보다 낮게 설정되는 경우는 해당 시점에서 모니터링 된 전력 생산량의 추이를 볼 때에 전력 생산량이 충분하여 예정된 시각까지 완충이 충분히 이루어질 수 있는 것으로 판단된 경우, 또는 배터리 내부에 전력이 이미 일정 정도 충전이 되어 있어서 빠른 충전이 필요 없는 경우 등이 포함될 수 있다. 이와 달리 (c)구간은 (b)구간에 비해 충전율이 더 높고, (d)구간은 (c)구간에 비해 충전율이 더 높음을 볼 수 있는데, 이렇게 이전 구간보다 충전율이 높아지는 경우는 앞선 예시와 반대로 모니터링 된 전력 생산량의 추이를 볼 때에 향후 전력 생산량이 부족할 것으로 예상되는 경우, 또는 앞으로 예상되는 전력 생산량에 비해 현재 배터리 충전량이 낮은 경우 등이 포함될 수 있다.

한편, 도 5는 본 발명의 또 다른 실시예를 도시한 것으로, 도 5에서는 앞서 도 2의 S103단계, 즉 전력 생산량을 모니터링 하는 단계가 기 정해진 조건의 상태가 감지될 때마다 자동적으로 실행되는 예시를 나타낸 것이다.

도 5를 살펴볼 때, (e)구간에서 최초의 충전율이 결정된 후, 그 다음 모니터링 단계는 T시간이 경과한 후 이루어짐을 알 수 있으며, 그 다음 모니터링 단계는 다시 T′시간이 경과한 후, 그 다음 모니터링 단계는 다시 T''시간이 경과한 후, 그 다음 모니터링 단계는 다시 T'''시간이 경과한 후에 이루어짐을 알 수 있다. 즉, 도 5에서는 일정하게 정해진 시간마다 모니터링 단계가 수행되는 것이 아니라 임의의 시점마다 해당 단계가 수행되는 것을 하나의 특징으로 함을 알 수 있다. 이와 같은 모니터링 단계를 트리거 시키기 위한 조건으로는, 예를 들어 신재생 에너지원(200)의 갑작스러운 전력 생산량 변동이 감지되었을 때, 또는 이러한 갑작스러운 전력 생산량 변동으로 인해 배터리의 충전율 변화까지 감지되었을 때, 신재생 에너지원(200)이 설치된 지역에의 기상변화가 감지되었을 때, 계통에서의 수요에서 갑작스러운 변동이 감지되었을 때 등이 포함될 수 있다.

한편, 도 5를 참조할 때, 해당 실시예에서는 배터리가 방전이 되는 시점도 포함되어 있음을 확인할 수 있다. 즉, 앞서 도 2에 대한 설명에서는 방전 여부를 결정하는 단계인 S108단계 및 방전을 수행하는 단계인 S109단계에 대해서도 논하였는데, 도 5의 (f)구간 및 (g)구간 사이에서는 에너지 관리부(110)가 배터리부(120)가 방전되도록 함으로써 충전량을 떨어뜨리는 모습이 도시되어 있다.

이상 신재생 에너지원의 전력 생산량을 수시로 모니터링 함으로써 배터리부의 충방전 계획을 수립하고 나아가 충전율을 제어하는 에너지 저장 시스템 및 이의 제어방법에 대해 살펴보았다. 본 발명은 상술한 특정의 실시예 및 응용예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 구별되어 이해되어서는 안 될 것이다.

100 에너지 저장 시스템
110 에너지 관리부
120 배터리부
130 전력 변환부
140 배터리 관리부
200 신재생 에너지원
300 그리드

Claims

충전율 제어가 가능한 에너지 저장 시스템에 있어서,
신재생 에너지원으로부터의 전력 생산량을 예측하고, 상기 예측에 기반하여 배터리부의 충방전 계획을 수립하며, 상기 신재생 에너지원으로부터의 실제 전력 생산량을 모니터링하고, 모니터링 결과에 따라 상기 예측된 전력 생산량을 보정하고, 상기 보정된 전력 생산량 및 현재 배터리부의 용량을 참조하여 당해 배터리부의 충전 여부를 결정하는 에너지 관리부;
상기 에너지 관리부의 결정에 따라 충전을 수행하는 배터리부;
상기 배터리부의 충전을 제어하는 전력 변환부;
를 포함하고,
상기 에너지 관리부는,
상기 배터리부의 충전율을 결정하되,
상기 배터리부의 완충 시각과 기 설정된 방전 시작 시각 간 완충 유지 시간을 최소화 하도록 상기 배터리부의 충전율을 결정하고,
신재생 에너지원으로부터의 전력 생산량을 예측한 이후, 기 설정된 조건의 상태가 감지될 때마다 실시간으로 상기 전력 생산량을 보정하되 상기 기 설정된 조건은,
실시간으로 측정된 상기 신재생 에너지원의 전력 생산량의 변동이 기 설정된 범위를 초과한 경우, 또는
상기 신재생 에너지원의 전력 생산량 변동에 의해 실시간으로 측정된 배터리의 충전율 변화가 감지된 경우인 것을 특징으로 하는,
충전율 제어가 가능한 에너지 저장 시스템.
삭제
제1항에 있어서
상기 에너지 관리부는,
상기 보정된 전력 생산량 및 현재 배터리부의 용량을 참조하여 당해 배터리부의 방전 여부를 더 결정하는 것을 특징으로 하는,
충전율 제어가 가능한 에너지 저장 시스템.
제1항에 있어서,
상기 에너지 관리부는,
상기 신재생 에너지원으로부터의 전력 생산량을 예측한 이후, 기 설정된 주기마다 상기 신재생 에너지원의 전력 생산량을 모니터링하고, 모니터링 결과에 따라 상기 전력 생산량을 보정하는 것을 특징으로 하는,
충전율 제어가 가능한 에너지 저장 시스템.
삭제
삭제
충전율 제어가 가능한 에너지 저장 시스템을 제어하는 방법에 있어서,
에너지 관리부가, 신재생 에너지원으로부터의 전력 생산량을 예측하는 단계;
에너지 관리부가, 상기 예측에 기반하여 배터리부의 충방전 계획을 수립하는 단계;
에너지 관리부가, 상기 신재생 에너지원으로부터의 실제 전력 생산량을 모니터링하고, 모니터링 결과에 따라 상기 예측된 전력 생산량을 보정하는 단계;
에너지 관리부가, 현재 배터리부의 용량을 모니터링 하는 단계;
에너지 관리부가, 상기 보정된 전력 생산량 및 현재 배터리부의 용량을 참조하여 당해 배터리부의 충전 여부를 결정하는 단계; 및
에너지 관리부가, 상기 배터리부의 충전율을 결정하는 단계를 더 포함하되,
상기 에너지 관리부는, 상기 배터리부의 완충 시각과 기 설정된 방전 시작 시각 간 완충 유지 시간을 최소화 하도록 상기 배터리부의 충전율을 결정하고,
신재생 에너지원으로부터의 전력 생산량을 예측한 이후, 기 설정된 조건의 상태가 감지될 때마다 실시간으로 상기 전력 생산량을 보정하되 상기 기 설정된 조건은,
실시간으로 측정된 상기 신재생 에너지원의 전력 생산량의 변동이 기 설정된 범위를 초과한 경우, 또는
상기 신재생 에너지원의 전력 생산량 변동에 의해 실시간으로 측정된 배터리의 충전율 변화가 감지된 경우인 것을 특징으로 하는,
충전율 제어가 가능한 에너지 저장 시스템의 제어 방법.
삭제
제7항에 있어서
상기 에너지 관리부가, 상기 보정된 전력 생산량 및 현재 배터리부의 용량을 참조하여 당해 배터리부의 방전 여부를 결정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
충전율 제어가 가능한 에너지 저장 시스템의 제어 방법.
제7항에 있어서,
상기 에너지 관리부는, 상기 신재생 에너지원으로부터의 전력 생산량을 예측한 이후, 기 설정된 주기마다 상기 신재생 에너지원의 전력 생산량을 모니터링하고, 모니터링 결과에 따라 상기 전력 생산량을 보정하는 것을 특징으로 하는,
충전율 제어가 가능한 에너지 저장 시스템의 제어 방법.
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