Special Report l ESS / 업체현황

“ESS 시장을 잡아라” 대기업 시장 확보 경쟁

국내 기업들이 ESS(Energy Storage System·에너지 저장시스템) 시장 선점 경쟁에 불이 붙었다. 시장성이 있기 때문이다. 호남석유화학·LG화학·SK이노베이션·효성 등 기술력을 갖춘 화학계열 기업들이 ESS 기술 개발 및 국내외 시장 공략에 적극 나서고 있다.

LG화학은 지난 6월 독일 IBC솔라와 태양광발전용 ESS 사업 협력 MOU를 체결했다. LG화학이 생산하는 중대형 2차전지가 IBC솔라의 태양광발전 시스템에 탑재되는 내용이다.

LG화학은 작년 11월 세계 최대 전력 엔지니어링 회사인 ABB와 ‘ESS 배터리 장기공급계약’을 체결한 바 있다. 앞서 LG화학은 2010년 10월 가정용 ESS 분야에서 미국 캘리포니아 전력사인 SCE에 10kwh 규모의 배터리를 납품한 바 있다. LG화학은 독일 수드케미와 함께 ESS용 2차전지의 핵심소재인 리튬인산철 양극재를 생산하는 합작법인 설립을 추진중이다.

호남석유화학은 ESS 사업 추진을 위해 지난해 미국 ZBB에너지社와 기술제휴를 맺고, 오는 2015년 상업화를 목표로 연구개발을 진행중이다. ZBB에너지社는 ‘대형 케미칼(화학) 밧데리’ 전문회사다. 호남석유는 우선 상용화 수준의 500kWh급 ‘3세대 아연-브롬 화학흐름전지’를 개발하는 것이 목표다.

SK이노베이션도 ESS 시장에 적극 뛰어들고 있다. SK이노베이션은 지난해 중국 황밍그룹 및 포모사그룹과 ESS 실증사업을 위한 협약을 맺었다. 중국 최초 태양광사업 시범도시로 선정된 더저우시 솔라밸리에 ESS를 설치하는 게 골자다. 앞서 SK이노베이션은 제주도 스마트그리드 실증단지에 국내 최대 규모 ESS를 설치한 바 있다.

효성이 전기자동차 충전인프라 사업에 이어 전력난 해결 대안으로 꼽히는 전력저장장치(ESS)사업에 진출했다.

효성은 지식경제부 스마트그리드 보급사업의 일환으로 구리 농수산물센터에 ESS(용량 500kWh) 1대를 2012년 말까지 구축한다고 밝혔다. 효성은 이달 중순 가동 예정인 삼성SDI 기흥공장의 1MW ESS 구축사업에도 참여해 관련 기술을 확보한 상태다.

이번에 공급하는 ESS는 LG화학의 중대형 리튬이온 2차전지를 탑재, 자사 전력변환장치(PCS)를 포함해 전체 시스템을 구축한다. 구리 농수산물공사는 사업장 내 1,000여개 업체의 전력 보조장치로 활용할 방침이다.

일본기업의 한국진출, 한국기업의 해외진출 시장경쟁

한편 해외 기업의 국내 진출도 빠르게 진행되고 있다. 대표적인 기업이 신고베전기다. 일본 대형 2차전지 업체인 신고베전기가 한국 전력저장장치(ESS) 시장에 진출한 것. 일본 신고베전기는 최근 국내 판매법인 이비케이와 협력을 맺고 한국 ESS 시장에 진출한다고 밝혔다.

신고베전기의 ESS는 일본에 판매 중인 제품으로 납축 계열 및 리튬이온 2차전지를 장착한 두 가지 형태로 산업용 시장에 공략한다.

일본에서 지난해부터 판매 중인 신고베전기 ESS는 충·방전 효율을 높이고 전력 저장 시 부하 평준화 등의 기술을 접목한 LL(부하평준화)형으로 보수가 필요 없는 밀폐형 납축전지를 세계 최초로 개발해 적용했다. 증류수 등의 보충이 필요 없고 17년 수명을 검증받은 제품이라 게 회사 측의 설명이다.

신고베전기는 이비케이를 통해 공장, 대규모 산업단지, 빌딩 등에 공급할 예정이다.

이 회사는 최근 제주 가파도에 납축전지를 탑재한 1MW급 ESS를 공급해 지난 10일 가동에 들어갔다. 가파도 내 설치된 태양광 풍력발전에서 생산된 전기를 저장해 195가구에 생활 전기로 활용된다. 지식경제부는 ESS를 포함한 스마트그리드 보급 사업에 리튬이온 배터리로 정했으며 납축 등의 다른 2차전지 채택도 검토 중이다.

이와 반대로 국내기업의 해외진출도 눈에 띈다. 삼성이 그 선두에 섰다. 삼성물산과 삼성SDI가 각각 일본과 유럽에 진출한 것.

삼성물산이 일본 전력저장장치(ESS) 시장에 진출한다. 후쿠시마 원전사고로 비상전원의 필요성이 부각된 현지 시장을 선점하기 위한 행보다. 삼성물산은 포스코ICT 컨소시엄과 협력을 맺고 일본 가정용 ESS 시장 공략에 착수한 것으로 확인됐다.

삼성SDI가 일본 니치콘을 통해 제품을 공급하지만 국내 기업이 현지에 직접 진출해 영업을 진행하는 것은 이번이 처음이다. 삼성물산은 일본의 주택사업자를 대상으로 사업 구체화를 진행한다.

삼성물산은 현지 영업 등 사업 총괄을 맡으며, 포스코ICT 컨소시엄은 설치 및 AS를 책임진다. ESS용 배터리는 삼성SDI의 리튬이온 2차전지 셀(용량 60Ah) 모듈과 배터리관리시스템(BMS)을 탑재한다. 여기에 포스코ICT의 전력제어장치(PCS)를 추가한 완제품을 판매할 예정이다.

일본은 전력수급 안정화를 위해 경제산업성과 지방자치단체가 수용가를 대상으로 대대적인 ESS 보급사업을 진행한다. 지난 7월부터 가정과 상업시설을 대상으로 보급하기 시작했다.

삼성SDI는 최근 독일에서 열린 세계 최대 태양광 전시회인 ‘인터솔라’에서 독일의 카코(KACO)와 ESS 공급 및 공동 연구개발(R&D)을 위한 양해각서(MOU)를 교환했다고 밝혔다.

삼성SDI는 ESS 배터리 모듈과 배터리관리시스템(BMS)을 KACO에 공급하고 KACO는 전력제어장치(PCS)를 추가한 후 완제품을 제작, 유럽 시장에 판매할 예정이다.

판매 제품은 가정용(5.8 kWh급)과 산업용(100kWh 이상)으로 올해 말부터 독일을 비롯한 유럽 시장에 출시한다.

KACO는 태양광 인버터 분야 세계 2위 생산업체로 세계 9개국에 생산 및 영업 거점을 두고 있다. 최근에는 스마트그리드, 신재생에너지 저장시스템 등 친환경 에너지 분야의 부품사업을 확대하고 있어 이번 계약을 시작으로 삼성SDI와 폭넓은 다양한 비즈니스 협력을 진행할 방침이다.

스마트그리드 AMI로 연간 1조8,000억 전기료 절감 

2014년 유난히 더운 여름. 전력거래소 중앙급전소는 비상이 걸렸다. 에어컨 등 냉방기 전력 사용량이 폭등해 예비전력량이 얼마 남지 않았기 때문이다. 이대로 가다가는 대정전(Black Out) 상황 직전까지 간 2011년 ‘9·15 대정전’이 재연될 수도 있는 긴박한 상황이다. 

한전과 전력거래소는 긴급히 단문문자메시지(SMS)와 방송을 통해 순환정전 예고를 알리고 우선순위에 따라 단전을 실시한다. 9·15 대정전 때는 배전선로 단위로 단전이 들어가면서 배전선로에 물린 공장·음식점·개인주택 등 구분 없이 일괄 단전에 들어갔다. 하지만 올해는 원격검침인프라(AMI)에 의해 개별 주택단위로 단전이 기능하다. 우선순위에 따라 정전피해를 최소화될 수 있는 전기사용자 그룹부터 단전에 들어갈 수 있어 안심되는 상황이다. 

고속 전력통신(PLC)기반 AMI 통신망에 의해 가능한 일이다. AMI는 종전 단순 원격검침에서 진화한 개념이다. 전자식미터(Digital Meter)와 고속PLC 칩을 내장한 모뎀 간 양방향 통신을 통해 자동 검침뿐 아니라, 전력계통에서 벌어지는 다양한 서비스가 가능한 스마트그리드 인프라다. 

지식경제부 국가 스마트그리드 로드맵에서는 전자식 계량기, 양방향 통신망, 계량데이터 관리 소프트웨어 등으로 이루어진 시스템으로 정의했다. AMI로 가정의 가스·전력·수도·열량 등 사용량을 원격지에서 검침하고 상태를 모니터링할 수 있다. 

부과금 조회 등 데이터 관리가 가능하며 지역·시간대별 등 다양한 조건에 따라 사용 실태를 분석할 수 있다. 검침 비용과 소요시간이 절약될 뿐만 아니라 실시간으로 검침정보를 모니터링해 효율적인 에너지 수급관리가 가능하다. 

AMI의 스마트미터는 전기관련 정보를 사용자에게 실시간으로 알려줘 전기를 효율적으로 사용하도록 유도하는 전자식 계량기다. 사용한 전력량을 다양한 시간과 구간 등 간격으로 데이터베이스화해 사용 패턴을 분석하고 새로운 요금제 설계 및 실행이 가능하다. 

스마트그리드에 접목하면 시간대별 전력요금에 따라 최적의 운용 시간대를 설정할 수 있다. 전력회사에서 받은 전기요금 예상치에 따라 냉장고 제빙, 제상시기를 조절하거나 세탁기 작동시간대를 결정할 수 있다. 주·월간 단위로 사용한 전기량과 전기요금도 확인할 수 있다. 

정부는 전력회사들이 스마트미터·스마트가전·전기차 등을 활용해 전력수요를 감축하고 그 실적에 따라 보상을 받을 수 있는 수요관리시장 개설을 추진할 계획이다. 

또 실시간요금제 도입을 위한 중간단계로 주택용에 계절·시간대별로 2~3단계 차별화된 요금제를 마련하고 시범운영에 들어갈 예정이다. 실시간요금제는 전력소비가 많을 때는 요금을 높게적용하고 적을 때는 낮게 매김으로써 피크타임을 억제할 수 있다. 이 모든 것이 AMI에 의해 가능한 것이다. 

2020년까지 국내 1,800만 가구에 보급 

지경부와 한전은 2020년까지 저압수용가(1,800만호)를 대상으로 전자식전력량계(스마트미터)를 보급할 계획이다. 한전이 2010년부터 10년간 총 1조1,367억원, 연평균 1,033억원을 투입한다. 전체 전력 판매량의 72%를 점유하는 고압고객(산업시설·공장·빌딩 등) 14만호에는 AMI가 보급돼 가동하고 있어 기술적인 어려움은 없다. 국가 전체로 봐서는 약 6% 에너지를 절감시킬 수 있다는 계산이다. 월 4만원의 전기요금을 내는 가정은 월 2,400원 가량을 아낄 수 있고 국가 전체로 연간 1조8,000억원 전기요금을 절감할 수 있고 가구당 정전시간도 15분에서 9분으로 단축된다는 게 한전 측 설명이다. 

스마트그리드가 상용화하면 피크타임 전기 소비를 줄여 온실가스를 내뿜는 발전소 건설을 줄일 수 있다. 

전력을 생산하는 발전소는 안정적 전력 공급을 위해 피크타임을 기준으로 건설하고 있다. 전력 공급 시 피크전력을 10%(700만kW)만 줄이면 연간 1조원의 설비 투자비용을 줄일 수 있다는 계산이다. 또 풍력·태양광 등의 다양한 신재생 전원과 저장장치 등 모든 에너지원을 수용할 수 있다. 

가정용 전기사용량을 실시간으로 확인

한전은 2010년부터 사우디아라비아·말레이시아·베트남·우즈베키스탄 등에서 고속PLC와 무선통신을 이용한 원격검침·변압기감시·정전감시 등의 테스트 마케팅 사업을 진행, 교두보를 마련하고 있다. 세계적인 스마트그리드 열풍에 따라 신수종 사업화가 가능할 것으로 전망된다. 

정부는 2010년 50만호 원격검침인프라(AMI) 구축을 시작으로 2020년까지 1,800만 가구 전체에 AMI 구축을 완료할 예정이다. 고속PLC 기술 뿐만 아니라 전파법규상 PLC 사용이 어려운 곳(해안기지국 주변 등)은 근거리 무선통신 기술 등으로 보완해 구축할 수 있다. 

고속PLC 기반으로 구축하면 원격검침 뿐만 아니라 △변압기 과부하감시 △전력선 정전 △도전 △전선도난 감시 등을 쉽게 할 수 있다. 가구별 가전기기·전기차·태양광 패널 등의 운전상태 감시와 제어 등도 PLC 모뎀이 장착된 스마트미터를 통해서 가능할 전망이다. 

한전은 새 기술을 도입하기 전에 각 기기에 대한 사전 시험인증 체제 구축도 진행 중이다. 대전에 위치한 PLC 종합시험장에는 30가구분 모뎀·수집기·미터·가전기기·각종 시험장치 등이 갖춰져 있다. 2010년에 보급된 50만호 AMI사업용 기기들도 이곳에서 1차 성능시험(BMT)을 거친 바 있다. 앞으로 PLC기반 AMI사업에 참여를 희망하는 업체는 수시로 시험인증성적서 발급을 요청하면 시험을 받을 수 있다. 

한전은 관련 절차와 시험장비 보강을 추진 중이다. 2012년 초부터는 본격적으로 시험인증과 기술지원 사업을 진행할 예정이다. 

정강식 한전 PLC팀 차장은 “해외경쟁력 확보를 위해 AMI 관련 제품 신뢰성을 높이면서 사업 참여를 준비하는 업체 기술개발도 수시로 지원하고 재정적 부담을 덜어 주고 있다”며 “현재 이런 고속PLC 기반 종합시험장과 시험인증센터을 자체 운영하는 전력회사는 세계적으로 우리나라가 유일하다”고 말했다. 

GM과 ABB, 세계 최초로 전기차 배터리를 가정용으로 사용

제너럴 모터스와 ABB가 오늘 배터리 재사용에 대한 차기 단계를 밝혔다. 평균 3~5 미국가정에 2시간 동안 전기 공급이 가능한 모듈에 5개의 중고 쉐보레 볼트 배터리를 재포장하는 것이다.

GM의 Electrification Experience동안에 전력 공급과 그리드 전력 균형 시스템이 실증작업이이루어졌다. 무정전 전원공급 및 그리드 전력균형 시스템이 GM 전기화 체험 동안 시연되었다. 행사에 사용된 독립형(Off-Grid) 전력구조 내에서 프로토 타입 장치를 통해 25kW와 조명, 시청각 장비를 위한 50kW 전력이 공급되었다.

“GM의 배터리 개발로 인해 2차 사용을 포함하여 배터리의 전체 수명을 연장시킵니다”며 배터리 수명주기관리 담당자 파블로 발렌시아 GM수석 매니저가 언급하며, “대부분 자동차에서 수명이 다된 배터리는 실제 수명의 30%미만 정도만 사용된다. 배터리를 재활용하기 전에, 전력공급 장치와 같이 다른 응용 부문에 적용할 수 있는 실로 엄청난 양의 수명을 가지고 있다.” 라고 전했다.

GM과 ABB는 지난해 에너지를 모아 그리드에 공급하고 보조전력을 가정과 업체로 연결하기 위해 쉐보레 볼트 배터리 팩이 어떻게 사용될 수 있는지 입증하였었다.

시연에서, 에너지 저장 시스템은 원격 전원 백업 모드에서 실행되었으며, 모든 시설물의 전력은 ABB 에너지 저장 인버터 시스템을 통해 볼트 배터리에서 공급되었다. 유사한 응용범위로써 주택이나 소규모 상업용 건물 정전 시 전력을 공급할 수 있으며, 값비싼 최대 전력 수요시에 대비하여 상대적으로 전력금액이 낮을 때 전력 저장이 가능하다. 또한 태양광, 풍력 및 이외 신재생 에너지 발전 시 발생할 수 있는 격차를 보완할 수도 있다.

전기배전시스템의 주파수 규정과 함께 이런 기능은 미래에 고객의 비용을 절감하고 전기 품질을 향상시키기 위한 유틸리티에 사용될 수 있다. 이런 애플리케이션은 변전소 크기의 에너지 저장 프로젝트와 구분하기 위해 커뮤니티 에너지 저장(CES: Community Energy Storage)으로 언급된다.

앨런 부쳇 북미 사업 개발 담당 ABB 수석 부사장은 “우리는 연구개발 구상이 얼마나 빠르게 현실로 실현되는지 보여주었습니다.” “ABB와 GM의 볼트 배터리 시스템은 가정이나 상업용을 위한 가능한 예비전력으로 자동차 배터리를 세계 최초로 사용하였습니다. 그리고 이는 우리 모두에게 예비전력과 같이, 에너지 비용을 절감하고 유틸리티의 배전 시스템을 강화하며 잉여 신재생 에너지를 저장하는 등 스마트 그리드 애플리케이션이 가능하다는 것을 말해줍니다.”고 전했다.

노스캐롤라이나의 롤리에 위치한 ABB 연구센터에서는 연구개발이 진행되고 플로리다의 레이크 메리에 위치한 수배전 사업부는 기술검증 테스트, 시장조사 및 제품개발을 담당하였다. 세계 최대규모의 전기차 급속 충전 기업 및 스마트 그리드와 에너지 저장분야의 선도 기업으로서, 전력 및 산업의 생산성과 효율을 높이는데 일조하고자 ABB는 자동차 회사, 배터리 제조사 및 유틸리티 기업과 함께 노력했다.

GM은 미래의 쉐보레, 뷰익, GMC, 캐딜락 등에 사용되는 배터리 시스템이 차량에 적용되는 것을 넘어 환경과 사회적 혜택을 가져온다는 보증에 중점을 두었다. 배터리를 재활용하기 오래 전에 2차적 사용은 배터리 자원을 완전히 활동하는 기회가 된다.

GM은 작업과 제조시설에서 폐기물의 90%를 재활용 동안 내내 폐기물을 감량하는데 전념하여 왔다. 배터리가 자동차의 환경 영향을 줄이는데 일조한다는 보장은 지속가능에 대해 회사 로드맵의 일부이다.

<출처: ABB 코리아>