UPS와 ESS 차이, 무정전전원장치와 에너지저장장치

전기안전관리자라면 UPS와 ESS에 대해서 많이 들어봤을 겁니다. 언뜻보면 비슷한것 같으면서도 각각의 목적과 작동원리 및 용도에서는 상당한 차이가 있습니다. 이번에는 UPS와 ESS 차이에 대해서 살펴보고 각각의 특징을 알아보겠습니다.

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UPS와 ESS 차이, 무정전전원장치와 에너지저장장치

1.UPS와 ESS 차이

☞무정전전원장치, UPS란 참고

구분	UPS(Uninterruptible Power Supply)	ESS(Energy Storage System)
목적	전력 공급에 장애가 발생했을 때 중요한 기기나 시스템에 대한 즉각적, 일시적인 전원공급을 위한 전기설비로써 데이터 손실, 하드웨어 손상, 운영 중단등을 방지하기 위해 사용하는 것	에너지를 저장하고 필요할 때 방출하는 데 초점을 맞춤 장기적인 대책으로써, 전력망의 안전성을 개선하고 재생에너지원의 변동성을 관리하는 데 사용하는 것
작동원리	주로 배터리를 사용하여 저장된 에너지를 전기로 변환하며, 전원공급이 중단되면 UPS는 자동으로 배터리전원으로 전환하여 연속적인 전원공급을 유지.	리튬이온배터리, 플라이휠, 펌프식저장시스템 등을 사용하여 에너지를 저장. 이들 시스템은 대규모의 에너지를 장기간 저장하고, 필요에 따라 전력계통에 에너지를 공급할 수 있음.
용도	주로 데이터센터, 병원, 은행등 그 밖의 중요한 인프라를 갖춘 기관에서 컴퓨터 시스템 및 의료장비와 보안 시스템등을 보호하는데 사용	전력계통 관리, 재생 에너지의 변동성 완화, 수요 반응 서비스, 최대 수요 시간에 전력 사용을 줄이는 것 등에 사용됨. 주된 용도는 아니지만 UPS로도 사용은 가능.
백업시간	일반적으로 보통 몇 분에서 수십 분 정도의 짧은 백업 시간을 가짐. 이는 장비를 안전하게 종료하거나 대체전원으로 전환할 충분한 시간을 제공하기 위한 것.	일반적으로는 몇 시간에서 며칠에 이르는 긴 백업시간을 가짐. 이는 대규모 전력망의 안정성을 유지하거나 재생 에너지원의 불규칙성을 관리하는데 필수적.

2.리튬이온배터리

UPS와 달리 배터리를 이용한 전기저장장치인 ESS는 리튬이온배터리의 뛰어난 사이클링성능과 높은 에너지 밀도로 인해 더 작은 물리적 설치 공간에서 더 많은 에너지를 사용할 수 있기 때문에 처음부터 납산과 같은 오래된 기술보다 리튬이온과 같은 기술이 일반적으로 사용되었습니다.
또한, 리튬이온배터리는 기존 배터리 기술보다 유지보수 요구 사항이 훨씬 적은 점입니다.

▶리튬이온배터리 작동원리

리튬이온배터리는 양극재, 음극재, 전해액, 분리막 총 4가지 요소로 구성이됩니다. 양극(+)과 음극(-) 물질의 ‘산화환원반응’으로 화학에너지를 전기에너지로 변환시키는 일종의 장치입니다.
양극의 리튬이온이 음극으로 이동하면 배터리가 충전되고, 반대로 음극의 리튬이온이 양극으로 돌아가면 배터리가 방전되는 원리지요.

3.KEC에서의 UPS와 ESS 차이 및 규정

2022년 국내에서 발생했던 최대 이슈중의 하나는 ‘카카오 데이터센터 화재사건’이죠. 이에 대한 안전강화 대책으로 다양한 규정들이 마련이 된 계기이기도 합니다.

①충전율 제한을 보증수명으로 변경하고, 배터리 셀 적합성 인증 의무화

②사용 후 배터리, 이동형 전기저장장치 등 다양한 전기저장장치 안전기준 추과

③디지털 기술을 활용한 안전관리 인프라 확충(전기저장장치통합관리시스템) 등)과 전기저장장치 산업의 지속가능한 성장을 위한 대책을 추진

▶관련 KEC 규정中

●KEC245.1 적용범위

교류 입력전원이 정전되었을 때 부하전력의 연속성을 확보하기 위해 전력변환장치, 스위치 및 이차전지 등을 조합하여 구성한 전원장치를 시설하는 것에 적용

●KEC245.2 안전 요구사항

1. 감전 또는 전로나 기기의 손상 방지
2. “무정전전원장치 시설장소” 표지 및 출입제한 잠금장치
3. 비상상황 발생 시 부하에 전원공급 방지 또는 차단
4. 이차전지를 이용한 UPS는 전기저장장치 공통사항에 준하여 시설
   – 시설장소, 설비의 안전, 옥내 전로의 대지 전압 제한 요건 준용
   – 전기저장장치의 전기배선, 단자와 접속, 이차전지, 재사용 이차전지 및 지지물의 시설
   – 전력변환장치, 제어 및 보호 장치, 충전 및 방전 기능, 접지 및 계측장치 시설기준 준용

●KEC 245.3 특정기술을 이용한 무정전전원장치의 시설

1. 20kW 초과 리튬 나트륨 계열의 이차전지를 이용한 UPS → 245.2 에 따르는 외에 다음에 의해 시설

①이차전지 용량 선정과 운영
→ ESS의 이차전지 용량 및 운영 규정 적용(KEC 512.1.2)

• 이차전지 용량은 수명보증기간 동안 정격방전용량 확보
• 정격방전용량 이하로 운영

②이차전지 열 폭주 및 폭발방지 대책
→ ESS 열폭주 및 폭발방지 규정 적용(KEC 512.1.3)

• 기준 이상의 가연성 가스농도 및 내부압력이 발생한 경우 파열 또는 폭발을 방지하기 위한 급속 배기장치 시설
• 이차전지는 KS에 적합한 제품 사용
• 이차전지 모듈 또는 렉이 화재확산 방지구조이거나 소화장치 시설

③제어 및 보호장치의 시설
→ ESS의 제어, 감시 및 보호장치 등의 규정 적용(KEC 512.1.4)

• 직류 전로에 직류 서지보호기(SPD) 설치
• 긴급상황이 발생한 경우 관리자에게 경보하는 시설을 하되, 자동 비상정지장치는 5초 이내 작동, 수동 조작 비상정지장치는 신속 접근 및 조작 가능한 곳에 설치
• 이차전지 시설장소 내외부 감시용 CCTV를 시설하고 정보는 이차전지실 외부의 안전한 장소에 1개월 이상 보관, 다만, CCTV 영상정보는 7일간 보관