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VRFB System

What is Vanadium Redox Flow Battery?

바나듐 레독스흐름전지 (Vanadium Redox Flow Battery, VRFB)는 대표적인 흐름전지로 양극과 음극 전해질로 바나듐을 사용하며 전해질의 산화 및 환원 반응에 의해 충방전이 일어나는 이차전지 입니다. 일반적인 전지와의 가장 큰 차이점은 에너지가 저장되는 전해질을 순환시키면서 충전과 방전이 이루어진다는 점입니다. 충방전은 산화와 환원의 전기화학적 반응이 일어나는 스택에서 이루어지고, 전기는 별도의 탱크에 보관되는 전해질에 저장되게 됩니다.

Long Cycle Life & Shelf Life
VRFB의 장점 중 하나는 사이클 수명 및 보관 수명이 길다는 것입니다. 일반적으로 VRFB는 20,000 사이클 및 20년 이상의 수명을 가지며, 이는 현재 상용화 되어 있는 이차전지 중 가장 깁니다. 이러한 긴 수명으로 인해 유지 보수 비용을 획기적으로 절감할 수 있습니다.
Power/Energy Scalability
VRFB의 가장 큰 특징 중 하나는 출력과 에너지 용량이 완벽하게 분리되어 있다는 점입니다.
출력은 스택 개수 및 크기에 의하여 결정이 되고 에너지는 별도의 탱크에 저장되는 전해질의 양에 의하여 결정되기 때문에 고객의 요구사항에 따라 출력과 에너지 용량을 매우 쉽게 조합할 수 있습니다. 이러한 점 때문에 VRFB는 수 kW부터 수십 MW까지 다양한 출력의 에너지저장장치 (ESS)용 이차전지로 매우 적합합니다.
Safe & Sustainable
VRFB에서 전기를 저장하는 전해질은 반영구적으로 사용할 수 있기 때문에 매우 친환경적이며, 양극과 음극의 전해질이 모두 바나듐으로 이루어져 있으므로 혼합되더라도 충방전에 의해 다시 적합한 전자가로 돌아가는 장점을 가지고 있습니다. 또한 전해질은 폭발의 위험성이 전혀 없으며 중금속을 함유하고 있지 않아 안전합니다.

Core Components

Stack - Single cell components
양극과 음극 바나듐 전해질의 반응을 유도하여 전기를 화학에너지로 변환하여 전해질에 저장하거나(충전) 전해질의 화학에너지를 전기로 변환하여(방전) 사용할 수 있게 해주는 셀을 결합하여 구성
Vanadium electrolyte
바나듐전해질의 양극 전해질 탱크에 V⁵⁺와 V⁴⁺의 양이온이 저장되고 음극 전해질 탱크에 V²⁺와 V³⁺가 저장되어 있고 스택에서 반응시켜 충전과 방전을 시행함

Solutions

마이크로그리드
- 전력망 또는 신재생에너지 발전과 연계하여 일정한 지역에서 전기를 만들고 소비하는 전력공급시스템. 기존의 광역 전력망으로부터 독립된 분산전원을 중심으로 한 국소적인 전력공급체계로 전력원은 주로 태양광, 풍력발전, 가스터빈, 디젤발전기 등을 사용함.
- 마이크로그리드는 독립운전을 기본으로 하고 전력망을 보조적 수단으로 활용하므로 에너지용량이 큰 플로우배터리가 적합함.
- 가스터빈, 디젤발전기, 열병합발전소 등 운용 시 최대출력으로 가동하는 것이 발전효율이 높으므로 발전 시 잉여전력을 대량 저장하고 장시간 배터리로 전력을 공급하는 운전이 경제적인 형태임
- 에너지 자립마을, 학교, 군부대, 섬, 대단위 아파트 등
신재생 연계
- 태양광, 풍력, 지열, 조력, 소수력 등 화석연료를 사용하지 않고 자연의 에너지를 전기에너지로 변환하는 형태의 신재생에너지를 활용하는 시스템. 통상 발전량이 많은 시간과 전기소비가 많은 시간이 상이한 경우가 많아 ESS와의 연계가 점차 증가하고 있고, 연계를 통해 전체 에너지의 효율이 증가하기 때문에 ESS와의 연계가 권장되고 있음
- 태양광과 풍력발전은 통상 최대출력 대비 3.5 ~ 5시간의 1일 용량을 발전하기 때문에 100% 저장할 수 있는 장주기 ESS가 적합함. 신재생에너지 보급비율이 높은 국가의 경우 수십 MW 출력과 수십 MWh의 용량을 갖는 플로우 배터리 연계사례가 증가하고 있음
- 태양광 발전단지, 풍력 등 신재생에너지 단지, 마이크로그리드, 옥상·주차장 등 태양광 연계 등
통신 타워
- 통신타워 연계 ESS는 전력이 불안정하거나 단절되어 있는 개발도상국, 오지, 섬지역 등 전력조달비용이 높은 장소에서 안정적이고 저렴하게 전력을 조달하기 위해 활용하는 시스템. 태양광, 미니 풍력발전 등 신재생에너지 발전과 연계하거나 디젤발전기 등을 통해 발전하고 ESS에 저장하여 TV, 라디오, 이동통신, 무선인터넷 통신교환에 사용함
- 출력은 낮으나 장시간 방전이 필요하여 플로우 배터리와 적합
- 통상 접근성이 저조한 곳에 설치되는 경우가 많아 플로우배터리를 사용 시 유지보수 요구횟수가 줄어 비용을 절감하는데 유리함
- 독립전원형 기지국 및 이동통신타워, 라디오 중계타워, 텔레비전 중계타워
유틸리티
- 발전소, 송배전망 등 큰 규모의 전력이 발전하고 이동, 분산되는 전력망에서 ESS를 연계하여 시너지를 증대시키는 시스템. 주로 발전소에서 주파수조정(F/R), 발전 전력의 대규모 저장, 변전소에서의 송배전 효율향상, 수용가측에서 예비력 확보 등 ESS가 사용되고 있음
- 에너지 용량의 확장이 용이한 플로우 배터리는 전력망 각 단계에서 대규모 전력을 저장하는데 적합함
- 정전과 천재지변 등으로 발전소부터 수용가로 이어지는 전력망 단절 시 대용량 플로우 배터리는 긴급복원시까지 전력공급을 담당하기에 적합하며 발전소보다 신규 설치가 용이하여 백업 전력으로 효용이 높음
- 발전소, 변전소, 수용가 인접 대규모 전력저장설비 등
주거 및 상업지구
- 주거지와 상업시설, 공장 등 전력 수용가에서 ESS 연계를 통해 소비 전력의 단가를 저하시키고, 피크 부하 절감, 부하 분산 등 기능을 수행하는 시스템. 신재생 에너지 발전 설비의 보급 증대에 따라 발전 잉여전력을 저장하여 전력망의 전력 소비 대신 저장한 ESS의 전력을 사용하여 비용 발생을 절감하거나 잉여 전력을 저장하여 개인간 거래 등을 통해 추가 수익을 확보하기 위해 ESS가 사용되고 있음
- 플로우 배터리와 ESS 전기요금제도와 연계하여 최대부하시간에 전력사용량이 많은 장소와 연계하여 전기요금을 10% 이상 절감 가능
- 전력사용이 특정 시간대에 집중되는 공장, 상가 등에서 플로우 배터리 연계를 통해 최대전력수요량을 절감하고, 최대부하전기요금을 절약 가능
- 주거지역의 소비패턴에 맞는 연계 운전을 통해 누진제도를 회피하고 정전, 천재지변 등 비상 시 전력공급이 가능함
- 주택단지, 마을, 아파트, 아케이드 센터, 공장 등

H2

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