에너지저장시스템산업, 전세계 ‘주목’
최근 스마트그리드와 신재생에너지 보급 확대로 전력계통 효율화와 안정성이 강조됨에 따라 전력 공급·수요 조절 및 품질 향상에 용이한 ESS가 필수 장치로 떠오르고 있다.
이에 따라 ESS에 대한 현황을 짚어보고 앞으로의 전망에 대해 알아보고자 한다.
지구온난화에 따른 기후 변화와 각종 화석연료의 고갈로 인해 전세계는 신재생에너지 개발·보급의 중요성은 더욱 커지고 있다. 하지만 신재생에너지의 대부분은 자연 에너지에 기반하고 있어 효율성과 출력의 변동이 심하고 발전량 조절이 쉽지 않다는 단점이 있다.
실제로 태양광이나 풍력을 이용한 신재생에너지는 간헐적으로 출력을 얻을 수 있어 전력 소비 패턴과 일치시키는데 어려움을 겪고 있다.
이러한 단점을 보완하기 위해 발전 전력을 저장해 수요패턴에 맞게 공급할 수 있는 시스템의 개발이 시급해졌고 많은 나라에서 에너지저장시스템산업에 주목하고 있다.
또한 앞으로 신재생에너지의 보급이 확대되면서 전문가들은 전력의 품질과 전력망의 안전성 문제로 인해 ESS의 성장 가능성은 더 크다고 예상하고 있다.
전문가들은 현재 실증단계에 머물고 있는 ESS시장의 향후 폭발적인 성장을 전망하고 있으며 전력계통연계가 열악한 지역에 신재생에너지와 연계 설치 시 안정적인 에너지를 자체 생산할 수 있어 수출산업으로 주목받고 있다. 또한 신재생에너지의 불규칙적인 출력의 안정화를 이끌어 낼 수 있으며 쓰고 남은 잉여전력을 저장해 쓸 수 있다는 점에서 경제성이 높다는 평가다.
ESS는 전력 경부하 시 축전하고 피크 부하 시 방전함으로써 피크 전력을 저감할 수 있어 전력 예비율 확보의 효과가 있으며 전기요금이 싼 야간에 전력을 저장해 비싼 주간에 사용, 전기요금을 절감할 수 있다. 또한 무정전 전원 장치(UPS: Unintrruptible Power Supply System)로 활용이 가능해 순간 정전에 대비해 중요시설 보호 효과와 디젤·가스 터빈 등 비상 발전기 역할을 대체할 수 있어 CO₂ 저감 효과가 있다.
특히 ESS는 응용분야가 다양해 중소기업 육성 및 일자리 창출이 가능해 ESS산업의 경제적 파급효과 또한 높은 것으로 나타났다.
▲ESS시장 전망
파이크 리서치(Pike Research)의 자료에 따르면 2012년 전세계 ESS시장은 8억달러 규모로 보고 있으나 2015년부터 본격적으로 성장, 2020년에는 193억달러를 형성해 연 20% 이상의 성장을 기록할 것으로 전망된다.
에너지저장시스템의 수요 확대가 예측되는 가운데 스마트그리드 등의 차세대 산업과 함께 리튬이차전지산업이 주목받고 있다.
IHS 이머징에너지리서치(IHS Emerging Energy Research)가 발표한 자료에 따르면 작년 미국의 그리드에너지저장 프로젝트들 가운데 절반가량이 리튬이온전지(LiB: lithium ion battery)기술을 기반으로 하고 있다. 배터리 저장방식 중 가장 많이 보급된 납축전지는 유해물질 배출 등의 문제로 설치 장소가 비교적 자유롭고 고용량·고효율의 LiB가 각광받고 있다.
ESS산업은 납축전지 기반의 무정전 전원 장치시장을 제외할 경우 실증 단계의 태동기라 할 수 있다. 가장 선두에 있는 것은 LiB 솔루션으로 LiB로 발전용이나 가정용으로 실증 및 보급에 나서고 있다.
SNE리서치(대표 김광주)가 집계한 자료에 따르면 지난해 LiB 출하량은 49억셀로 이 중 삼성SDI가 약 11억셀을 출하해 시장점유율 22.4%를 차지하며 1위의 자리에 올랐다. LG화학은 7억2,500만셀을 출하해 일본 파나소닉에 이어 시장점유율 14.8%로 3위에 올랐다.
국가별로는 한국이 약 18억3,000셀로 점유율 37.2%로 1위, 중국이 18억셀로 36.7%를 차지하며 근소한 차이로 2위에 올랐다. 일본은 약 12억8,000만셀로 26.1%를 점유했다.
이같이 LiB시장은 우리나라가 선도하고 있다고 해도 과언이 아니다. LiB산업 인프라를 적극 개발해 LiB기반 ESS시장 역시 이끌어 갈 필요가 있다.
그러나 높은 전지 셀의 단가를 낮추기 위한 기술 혁신이 요구되고 있으며 시스템에 대한 국제적 표준도 미비하다.
이러한 상황에서 일본과 미국이 적극적으로 ESS산업에 관심을 가지고 있으며 일본이 가장 적극적으로 자국 기준을 국제 표준으로 확대하려 하고 있다.
▲해외 ESS보급 지원제도
일본 경제산업성은 2012년 3월부터 LiB를 채용한 ESS도입 보조금 지급을 추진하고 있다. 이를 위해 210억엔의 예산을 투입, 가정용 100만엔, 상업용 1억엔 한도에 도입 비용의 최대 1/3을 지급하고 있다. 또한 지방 자치 단체들도 ESS 보조금지원사업을 진행하고 있다.
도쿄시는 중소기업을 대상으로 ESS도입 시 최대 2,000만엔 한도에서 도입비용의 최대 2/3를 지급하고 있으며 사이타마현은 가정용 ESS 1kWh당 5만엔을 지급하고 태양광, 연료전지 등 신재생에너지와 연계 시 10만엔을 추가 지원하고 있다.
미국의 캘리포니아 주정부는 2011년부터 ‘Self-Generation Incentive Program’을 통해 ESS 대상 용량 범위에 따라 W당 0.5~2.0달러를 지급하고 있으며 피크전력의 2.25%(~2014년), 5%(~2020년) 설치 의무화하는 피크 발전량에 따른 ESS 도입 법안을 추진 중에 있다.
유럽의 경우 2020년까지 에너지효율 20% 증가, CO₂ 20% 감소, 신재생에너지 20%를 목표로 하는 EU차원의 ‘20-20-20’ 프로젝트를 추진하고 있으며 ESS도 이에 포함돼 있다. 또한 독일은 2013년 2월부터 태양광 연계 ESS 설치비용의 30%를 지원하는 ESS 보조금지급사업을 진행하고 있다.
▲ESS의 국내 기술 동향
국내 LiB 채용 ESS 기술은 선진국과 비교해 늦은 실정이다. LiB 셀 제조기술은 매우 우수하나 ESS기술은 매우 다양해 일부 기술들은 선진국대비 그 응용기술면에서 미흡하다. 또한 원천기술 등의 무형적인 고부가 가치 기술력 역시 낮은 편이며 소재 자체의 고도분석 기술과 소재의 특성과 셀의 특성을 연계시켜주는 기술도 부족하다.
ESS 시험인증 설비·기술 및 표준화가 미흡하고 보다 많은 실증 데이터 및 시스템 운용기술 등의 확보가 필요하다.
그러나 현재 실증사업이 진행되고 있으며 실증을 통한 실증 데이터가 확보된다면 국내 역량으로 충분히 단기간에 선진국을 추월할 수 있는 기술력을 갖추고 있어 국내 ESS산업은 그리 어둡지만은 않다는 것이 전문가들의 전망이다.
또한 정부 역시 향후 시장 성숙기에 우리나라의 성장동력사업의 중추적인 역할을 할 수 있는 기술로 주목하고 있어 다양한 기술 개발 및 실증을 지원하고 있다.