[ECOK 인사이트 #13] 태양광만 설치할까, ESS도 같이 할까: ESS 용량은 이렇게 정합니다

공장 지붕에 태양광을 올릴 때 "ESS도 같이 해야 하나"는 쉽게 답하기 어려운 질문입니다. 앞 글(#12)의 충남 제조공장을 대상으로, 태양광만 설치한 경우와 태양광+ESS를 같은 조건에서 비교하고 ESS 용량을 어떻게 정했는지 정리했습니다.

※ 고객사 정보 보호를 위해 회사명은 밝히지 않고 수치는 반올림했습니다. 발전량은 PVsyst, 경제성은 HOMER Grid로 계산한 분석 사례이며, 실제 결과는 현장 조건에 따라 달라집니다.

■ 1. 검토한 설비

- 태양광: 3개 동 지붕에 약 550kWp, 연간 발전량 약 720MWh(하루 평균 3.6시간 발전)

- ESS: 약 630kWh, 전력변환장치(PCS) 약 210kW

- 사용 방식: 전부 공장에서 쓰는 자가소비(한전으로 되팔지 않음)

■ 2. 태양광만 설치하면 생기는 두 가지 빈틈

○ 아침 피크는 그대로 남습니다

- 이 공장 피크의 약 65%는 아침 8~9시에 생깁니다

- 이 시간에는 태양광 발전량이 적어 기본요금의 기준(요금적용전력)이 거의 내려가지 않습니다

- 태양광만 설치하면 기본요금은 약 11% 줄어드는 데 그칩니다

○ 주말에는 전기가 남습니다

- 연간 발전량 약 720MWh 가운데 공장에서 바로 쓰는 양은 약 550MWh(76%)입니다

- 나머지 약 170MWh는 공장이 쉬는 시간에 생겨 쓸 곳이 없습니다

- 남는 전기의 74%가 토·일요일에 생깁니다

■ 3. ESS는 하루에 네 가지 일을 합니다

① 밤(22~08시)의 싼 전기(1kWh에 116~123원)로 충전합니다.

② 아침 8~11시에 부하가 목표값을 넘으면 그만큼 방전해 피크를 깎습니다.

③ 전기가 가장 비싼 최대부하 시간(151~229원)에 방전해 비싼 전기를 덜 삽니다.

④ 주말 낮에 남는 태양광을 저장했다가 월요일 아침 피크에 씁니다.

에너지관리시스템(EMS)이 한전에서 받는 전력을 실시간으로 보고 있다가, 그 달의 목표 피크를 넘기 전에 방전을 시작합니다.

■ 4. ESS 용량은 이렇게 정했습니다

- 250kWh부터 2,000kWh까지 여러 용량을 같은 조건으로 계산해 비교했습니다

- 용량이 커질수록 절감액은 늘지만 투자비가 더 빨리 늘어납니다

- 이 공장은 500~750kWh 구간이 가장 유리했고, 750kWh를 넘으면 경제성이 떨어졌습니다

- 3,000kWh는 20년 안에 회수되지 않아 제외했습니다

- 그 구간 안에서 실제 제품 조합으로 약 630kWh를 골랐습니다

"크게 넣을수록 좋다"가 아니라, 그 공장의 피크 크기와 지속 시간에 맞는 용량이 따로 있습니다. 이 공장은 600kW를 넘는 시간이 1년에 19시간뿐인 짧은 피크라서, 용량을 키워도 더 깎을 피크가 많지 않았습니다.

■ 5. 피크는 얼마나 내려가나

- 지금의 요금적용전력: 약 650kW

- 태양광+ESS 뒤, 맑은 날: 매달 약 400kW 안쪽

- 태양광이 없는 가장 나쁜 날(15분 실측 기준): 약 510kW

기본요금은 12개월 중 가장 높은 값으로 정해지므로, 맑은 날이 아니라 가장 나쁜 날인 약 510kW로 보수적으로 평가했습니다. 그래도 기본요금이 연 약 1,500만 원 줄어듭니다.

■ 6. 태양광만 vs 태양광+ESS, 숫자로 비교

○ 전기요금

- 현재를 100으로 놓으면 태양광만 68(32% 감소), 태양광+ESS 58(42% 감소)입니다

- 태양광+ESS에서 기본요금은 약 37%, 전력량요금은 약 43% 줄어듭니다

○ 투자비와 회수기간

- ESS를 더하면 초기 투자비는 약 1.5배가 됩니다

- 단순 회수기간: 태양광만 5.7년, 태양광+ESS 6.4년

- 20년 순이익(현재가치)은 태양광+ESS가 약 17% 더 큽니다

- ESS만 따로 떼어 보면 회수 8.8년으로, 태양광보다 느리지만 20년 수명 안에 회수됩니다

※ 분석기간 20년, 할인율 4.5%, 전기요금 인상률 0%로 계산한 값입니다. 전기요금이 오르면 회수는 더 빨라집니다.

■ 7. 그래서 ESS는 넣어야 할까

이 공장에서는 ESS를 더하는 쪽이 20년 이익이 더 컸습니다. 다음 조건이 겹쳤기 때문입니다.

- 피크가 아침에 몰려 있어 태양광만으로는 기본요금이 거의 줄지 않는다

- 주말에 쉬어서 태양광이 남는다

- 사용량의 약 30%가 가장 비싼 시간대에 있다

반대로 피크가 한낮에 생기거나 주말에도 가동하는 공장이라면 결과가 달라질 수 있습니다. 또 배선 공사 같은 현장 조건에 따라 ESS 회수기간이 1년 넘게 늘어나기도 하므로, 공장마다 따로 계산해 봐야 합니다.

■ 8. 우리 공장은 어떻게 확인하나요

① 최근 1년 15분 데이터로 피크가 언제 생기는지 봅니다.

② 지붕 면적으로 태양광 용량과 발전량을 계산합니다.

③ 태양광만 설치한 경우와 ESS를 더한 경우를 같은 조건으로 비교합니다.

▶ 앞 글: #12 최대수요전력 15분이 1년 기본요금을 정합니다