Special Report 1 l 에너지저장장치(ESS) 시장 l ③ 기술 동향

ESS 기술 해외수출 등 기술력 인정받아
기존 에너지저장장치보다 충전 3배 빠른 에너지저장장치 기술 개발

국내 연구진이 그래핀의 조각형태인 ‘그래핀 플레이크’를 수직으로 세워 충·방전이 2~3배 빠른 고성능 에너지저장장치를 개발했다. 빠른 충전이 필요한 전기차에 사용될 에너지저장장치 개발에 기여할 것으로 기대된다. 미래창조과학부는 이효영 성균관대 화학과 교수(교신저자), 윤여흥 박사(제1저자) 연구팀이 수직 구조체의 환원그래핀 플레이크 필름전극을 만들었다고 지난 4월 16일 밝혔다.
그래핀 플레이크 전극은 높은 비표면적과 전도성을 가져 에너지저장장치에 적합하지만 전극밀도가 낮아 저장장치 부피가 커지는 단점이 있다. 이를 극복하기 위해 그래핀 플레이크를 압축하거나 첨가물을 넣어 밀도를 높이려는 연구가 있었으나 수평 구조로 인한 느린 충·방전 속도를 개선하는 것이 관건이었다.
연구팀은 수평이 아닌 수직 구조의 플레이크 필름전극을 만들어 기존 단점을 보완했다. 물에 분산된 산화그래핀 플레이크가 수평구조 필름을 쉽게 만드는 것에 착안해 두루마리 형태의 롤을 제조했다. 이를 절단해 수직 구조체의 환원그래핀 플레이크 필름전극을 만들었다.
빠른 충·방전을 위해서는 전극의 균일한 기공 확보가 관건이다. 연구진은 롤을 이루는 산화그래핀 플레이크 시트 사이에 탄소나노튜브를 위치하도록 해 시트 사이에 규칙적인 기공을 형성했다.
개발된 그래핀 플레이크 전극은 기존 에너지저장장치보다 높은 에너지 효율을 보였다. 연구팀은 “기존 사용되고 있는 분말형태나 수평구조 그래핀보다 개발된 전극은 약 3배의 에너지저장용량(170F/cc)을 나타낸다”고 밝혔다. 전극밀도 역시 기존 활성탄이나 그래핀(<0.5g/cc) 대비 높은 것(1.18g/cc)으로 나타났다. 특히 다른 첨가제나 복잡한 공정 없이 수직 구조체를 만들고 이를 규칙적으로 배열해 높은 밀도의 전극을 제조, 높은 비표면적을 갖는 그래핀 플레이크의 장점을 그대로 살릴 수 있어 주목받는다.
이 교수는 “높은 전극밀도를 갖는 수직 구조의 그래핀 플레이크 기술은 고용량 고속의 슈퍼 커패시터와 배터리 충전기 등 차세대 에너지저장장치 개발에 응용될 수 있을 것”이라고 밝혔다.
이번 연구는 미래부와 한국연구재단이 추진하는 리더연구자지원사업(창의적 연구)과 한국전자통신연구원의 지원으로 수행됐다. 연구결과는 미국화학회가 발간하는 나노분야 국제학술지 ACS 나노지 4월 2일 자 온라인 판에 게재됐다.

미국 기업에 에너지저장장치 핵심기술 이전

한양대는 에리카캠퍼스 하성규 교수(공학대학 기계공학과)팀이 미국 에너지저장장치(ESS) 분야 선두기업 비컨파워에 ‘플라이휠 에너지저장장치 핵심 기술’을 이전하는 계약을 체결했다. 하 교수팀은 기술료 33만달러(한화 약 3억5,000만원)와 향후 10년간 판매액의 1.5%를 로열티로 받는다.
하 교수팀이 핵심기술 개발에 성공한 ‘플라이휠 에너지저장장치’는 공해가 전혀 없고 무한 수명의 미래 에너지 저장 장치로 기대를 모은다. 하지만 초고속으로 회전하는 로터와 허브의 설계제작 기술 개발이 어려워, 지난 10년간 세계적 연구기관들은 전력량 35kW를 넘지 못했다.
하 교수팀은 로터에 들어가는 유리섬유 및 카본 섬유를 획기적 설계 기법으로 혼합하고 이를 재배치, 지름 약 1m, 무게 1톤, 회전수 약 2만rpm의 로터를 지지하는 허브를 개발해 전력량 50kW를 넘는 저장장치 상용화를 이뤄냈다.
하성규 교수는 “개발한 플라이휠 에너지저장장치는 다른 방식보다 전력 저장 용량을 크게 높일 수 있고, 유지 보수 비용이 낮다”며 “국내에서는 전력사용량이 적은 심야에 여유분의 전력을 저장 장치에 저장한 후 전력수요가 급증하는 낮에 공급하는 방식으로 여름철 전력부족사태를 해결할 수 있는 기술"이라고 설명했다.
에너지저장장치는 물을 저수지나 댐에 저장하듯 수요가 없을 때 전력을 저장한 뒤 필요할 때 꺼내 사용할 수 있다. 플라이휠 에너지저장장치는 초고속 회전 운동에너지로 전환해 에너지를 저장하고, 필요 시 전력으로 변환한다. 풍력발전, 태양광 발전장치에 결합하면 바람·태양 에너지 공급이 일시적으로 끊겨도 전력을 계속 공급할 수 있다.

목재 폐기물로 친환경 에너지 저장 소재 개발

국내 연구진이 목재 폐기물로부터 이차전지에 활용할 수 있는 에너지저장장치를 만들었다.
한국과학기술연구원(KIST) 계산과학연구단 박사와 경희대 화학공학과 박호석 교수, 미국 메릴랜드대 이상복 교수 공동 연구진은 목재 폐기물로부터 생체고분자인 ‘리그닌’을 추출해 재생 가능한 에너지 저장용 전극 소재를 개발했다고 밝혔다.
기존의 무기물 기반의 이차전지 소재는 값이 비싸고 재생이 어렵다는 문제를 갖고 있었다. 연구진은 폐기되어 버려지는 목질계 바이오매스 내 존재하는 리그닌 나노결정을 2차원 나노신소재인 그래핀과 결합시켜 고용량 및 빠른 충·방전, 장기 내구성을 가지는 재생 가능한 친환경 ‘슈퍼커패시터’용 전극소재를 개발했다. ‘슈퍼커패시터’는 전기화학적 반응을 통해 에너지를 충전하는 에너지 저장 소자로서, 리튬 이차전지에 비해서 높은 출력, 빠른 충·방전 속도 및 오래 사용해도 안정하다는 장점을 갖고 있다.
연구진이 개발한 ‘리그닌·그래핀 전극’은 충전용량을 기존의 ‘활성탄 전극(200F/g 이하)’의 2배 이상인 432F/g까지 증가시키는 데 성공했다.

Special Report 1 l 에너지저장장치(ESS) 시장 l ② 민간기업

LG화학·삼성SDI 등 대기업 에너지 저장사업에 가속 붙인다
맥스컴·프로파워 등 중소업체 ESS 신제품 발표로 시장 점유 나서

차세대 먹거리로 떠오르고 있는 ‘에너지저장장치(ESS)’ 사업에 내로라하는 국내 기업들이 속속 뛰어들고 있다. 지난 3월 LG화학은 주주 총회를 통해 ‘ESS 설비 및 관련 제품 제조’를 사업 목적에 추가했다.
ESS는 배터리 여러 개를 묶어 전력이 남는 시간에 충전했다가 전력공급이 부족할 때 사용할 수 있도록 한 장치다. 풍력ㆍ태양광 등 발전량이 불규칙한 신재생 발전원 출력을 안정적으로 만들고 전력생산 비용을 줄일 수도 있다.

LG그룹, 차세대 미래 먹거리로 ‘ESS’ 주력

LG그룹이 차세대 미래 먹거리로 에너지저장장치(ESS, Energy Storage System)를 정하고 전략적 육성에 나섰다. 최근 정부가 ESS 핵심기술에 대한 관심을 표명하고, 수요관리 중심으로 에너지 정책 패러다임을 전환하겠다고 나서면서 ESS에 대한 시장의 관심이 뜨겁다. LG화학, LG CNS 등 계열사들이 신재생에너지에 ESS를 결합한 신개념 전력시스템 개발에 박차를 가하고 있다.
정부는 지난 1월 분산형 발전시스템 구축과 신재생에너지 보급을 11%까지 확대 목표 등을 주요 골자로 한 2차 에너지기본계획을 발표했다. 에너지 세율조정과 전기요금 체계 개선, ESS 설치 인센티브 제공 등을 통해 2035년까지 전력수요의 15%를 달성하겠다는 계획이다.
ESS는 전력을 저장해 필요할 때 사용함으로써 전력 이용 효율을 높이는 시스템이다. 전기요금이 저렴할 때 전력을 저장한 후 전기요금이 비싼 피크 시간대 사용할 수 있다. ESS가 전기분야에서 오랫동안 유지된 ‘생산-소비’ 이원 구조를 ‘생산-저장-소비’로 재편하는 에너지 혁명 꿈의 기술로 꼽히고 있는 이유다. 태양광, 풍력 등 신재생에너지의 출력 안정 등 에너지 활용 효율성도 높일 수 있어 에너지 분야의 핵심 성장동력으로 평가받는다.
정부와 지방자치단체도 ESS와 신재생에너지를 결합한 ‘에너지 자립 섬(자립형 마이크로 그리드)’ 구축에 뛰어들었다. 도서 지역에 설치된 디젤발전기 대신 신재생에너지 발전원을 활용해 에너지 자립을 달성한다는 목표다.
글로벌 시장조사업체인 네비건트 리서치에 따르면 ESS 세계시장 규모는 2020년 47조원, 2030년 120조원까지 성장할 전망이다. 한국 시장의 경우 2017년 연 9,000억원까지 커질 것으로 예상한다.

핵심기술 결집 ‘태양광·ESS 결합’… 마이크로그리드 솔루션 구축

LG그룹은 태양광을 이용한 신재생에너지원에 ESS를 결합한 전력시스템을 신성장동력으로 보고 기술 역량을 확보하는데 역량을 결집하고 있다.
LG는 태안 태양광발전소에 태양광과 ESS를 결합한 ‘마이크로그리드 솔루션’을 구축했다. 이로써 발전소 운영에 드는 전력을 자체 생산할 수 있게 됐다. LG CNS가 개발한 이 시스템은 LG전자의 태양광 패널과 LG화학의 144kWh 규모의 ESS 배터리를 장착, 발전량과 전력 소요량에 따라 실시간 효율적 사용과 저장이 가능하도록 한 에너지관리시스템(EMS, Energy Management System)이다.
이 시스템을 통해 발전소 운영에 필요한 전력 약 60%를 자체 생산할 수 있게 됐다. 연간 전기비용만 5,000만원 가량 아낄 수 있다. 낮 동안에는 태양광발전을 통해 생산된 전기를 바로 발전소 운영에 사용하고 사용 후 남은 전기를 ESS에 저장했다가 밤에도 사용한다.
LG는 LG전자의 태양광 모듈, LG화학의 ESS 배터리, LG CNS의 EMS를 포함한 전력 관리 솔루션 등 각 계열사가 핵심 분야의 기술 역량을 구축하고 있다. 신재생에너지 발전원과 ESS 및 EMS를 결합한 마이크로그리드 분야에서 경쟁력을 갖췄다는 평가다.
전기차 배터리 분야에서 세계 1위를 달성한 LG화학은 ESS 시장에서 눈에 띄는 성과를 내고 있다. LG화학은 최근 직접 생산한 2차 전지를 적용해 전북 익산과 충북 오창 공장에 각각 23MW, 7MW 규모의 ESS를 설치키로 했다. 이번에 구축하는 ESS는 총 30MW급 국내 최대 규모다.
ESS 가동으로 연간 13억원의 전기료를 절감할 수 있다. LG화학은 대규모 ESS 기술력과 신뢰성을 검증해 이 시장의 주도권을 더욱 강화해 나간다는 계획이다.
LG화학은 LG전자, GS칼텍스, 한국전력 등과 함께 제주도 스마트그리드 실증사업의 3개 프로젝트(Smart Place, Smart Transportation, Smart Renewable)에 참여했으며, 전남 신안군 팔금도에 구축되는 1MW급 ESS에 배터리를 공급하기로 했다. 지난해 5월엔 SCE의 북미 최대 ESS 실증사업인 테하차피 풍력단지의 신재생에너지 전력안정화용 ESS 배터리 공급 계약을 체결하는 등 해외 ESS 시장 공략에도 적극적으로 나서고 있다.

삼성SDI, 전기차·전력저장장치 배터리 시장 공략

삼성SDI는 리튬이온 2차전지 배터리 세계 시장점유율 1위의 기술력과 경쟁력을 바탕으로 전기자동차 및 전력저장장치(ESS) 시장을 적극적으로 공략하고 있다.
우선 지난해 6월 삼성SDI 배터리를 장착하고 출시된 첫 번째 양산 전기차인 ‘크라이슬러 F500e’는 미국 시장에서 큰 인기를 끌고 있으며, 독일에서부터 단계적으로 판매가 시작된 BMW의 전기자동차 ‘i3’도 사전예약 주문량만 벌써 1만대에 달한다. 연비가 무려 리터 당 39km인 후속모델인 ‘i8’은 사전 주문단계부터 매진 사례다. 고성능 스포츠카의 양대 명가 페라리와 포르셰의 전기차에도 삼성SDI의 배터리가 적용됐다.
이 같은 인기의 비결은 세계 최대 수준의 에너지 용량인 60Ah급 배터리다. 60Ah급 고용량 배터리는 기존의 저용량 30~40Ah급에 비해 같은 공간 안에 많은 에너지를 저장할 수 있는 기술이 적용되면서 배터리의 무게를 줄이고 동시에 자동차 내 배터리 공간을 줄여 디자인 제약을 덜었다.
ESS도 삼성SDI가 시장 선점을 위해 주력하고 있는 사업 중 하나다. ESS는 심야나 전기요금이 저렴한 시간에 송전망에 연결된 대용량 배터리에 전력을 충전하고, 이를 전력수요 피크시간이나 전기요금이 비싼 시간에 사용하는 에너지저장장치다.
삼성SDI는 지난 2010년 지경부가 추진한 ‘세계 시장을 선점할 10대 핵심소재(WPM, World Premium Materials)’ 개발 사업에서 ‘고(高)에너지 이차전지용 전극 소재’ 분야 주관기업으로 선정돼 ESS 관련 과제를 수행하고 있다. 같은 해 ‘10kWh급 리튬이온전지 에너지저장시스템 실증사업’이 지경부 국책 과제로 최종 선정됨에 따라 삼성SDI는 작년 말까지 대구시를 대상으로 해당 실증사업을 실시하기도 했다.
이를 통해 경쟁력을 입증한 삼성SDI는 지난 2011년 10월부터 일본의 니치콘사와 가정용 ESS 독점 공급을 시작해 지난해에는 일본 가정용 ESS 시장의 약 3분의 2 이상을 점유했다. 또 일본의 이토추 상사를 통해 패밀리마트와 같은 일본 지역 내 편의점, 소규모 점포에도 ESS를 공급 중이다.
한편, 삼성SDI는 현재 매출의 약 16%를 차지하고 있는 소형 뉴 애플리케이션용 제품과 자동차 전지, ESS 등의 비IT제품 매출 비중을 2020년까지 72%로 늘여 기존의 IT 중심의 사업구조를 신규 비즈니스 영역으로 확대해 나간다는 계획이다.

효성, 전남 가사도에 에너지저장장치 공급

효성은 전남 진도군 가사도에 풍력·태양광 등 신재생에너지 발전시스템과 연계한 에너지저장장치(ESS)를 공급하기로 했다고 지난 3월 13일 밝혔다.
육지의 전력을 끌어와 쓰기 어려운 곳으로 그동안 자체 디젤발전기로 전기를 생산해 왔으나 이번 프로젝트로 친환경 신재생에너지 발전시스템이 갖춰진다. 가사도는 면적 6.4km2에 주민 380여 명의 주민이 살고 있다.    
ESS는 전력변환장치(PCS)와 리튬이온 배터리로 구성돼 전기를 저장했다가 필요할 때 쓰는 저장장치다. 이번에 설치되는 ESS는 1.25MW 용량으로 국내 도서지역에서는 가장 크다. 효성은 8월 말까지 ESS 설치를 끝내면 섬 내 160여 가구에 안정적으로 전력을 공급할 수 있을 것으로 기대했다.   
효성은 작년 말 제주도에 풍력발전연계용 ESS를 설치했으며 삼성SDI 기흥사업장에도 1MW급 ESS를 구축했다. 또 홍콩전력청과도 400kW급 ESS 수주 계약을 체결하는 등 해외시장 개척에도 나서고 있다.

맥스컴, 에너지저장장치(ESS) 개발

중소기업들의 에너지저장장치를 독자 개발하고 시장에 적극적으로 나서고 있어 저장장치 시장은 대기업과 중소기업 간 시장 선점 경쟁도 치열해질 전망이다.
다양한 산업분야의 전력제어 기술을 보유한 맥스컴(대표 박경선)의 에너지저장장치(ESS)가 국내 전력·에너지 시장에서 주목을 받고 있다.
맥스컴은 지난 2010년 정부의 스마트그리드 제주 실증사업 신재생에너지 분야에서 현대중공업 컨소시엄에 참여해 1MW급 대용량 풍력발전기용 ESS를 개발, 실증사업을 완료했다. 사업을 통해 상호운용성 성능과 신재생에너지 전력계통연계형 ESS 기술의 사업성을 검증받았다는 평가다.
지난해 10월에는 산업통상자원부가 2015년부터 구축하는 스마트그리드 확산사업에도 현대중공업 컨소시엄에 참여해 예비사업자로 선정됐다. 사업은 ESS 기반의 국가 스마트그리드 산업의 상용모델을 제시하고 전력피크관리, 정전예방, 분산형 발전 등의 시장을 창출할 예정이다.
맥스컴의 ESS는 양 방향 충·방전이 가능한 전력제어 기술로 최대 1MW급 용량까지 제품화가 가능하다. 맥스컴은 ESS 핵심장치인 전력변환장치(PCS)와 충방전 기술을 보유했다. 이 때문에 회사의 ESS는 고객 요구에 따라 직류(DC)의 입력범위를 자유롭게 설계할 수 있어 신재생에너지와 전력분야의 자유로운 적용이 가능하다.
이 같은 전력제어 기술로 맥스컴은 리튬이온 이차전지에 이어 니켈수소와 연축전지 기반의 다양한 ESS 솔루션을 개발하며 사업영역을 확장하고 있다. 2012년 광역경제권 선도 사업 육성사업에 세방전지와의 컨소시엄에 참여해 니켈수소(Ni-MH)를 이용한 저가형 1MW급의 풍력변동 출력 안정화용 ESS와 양 방향 컨버터를 개발했다. 또, 한국전기연구원이 추진하는 연축전지 기반의 전력 수요관리용 2.4MWh급의 ESS 개발에 500kW급의 PCS를 개발할 예정이다.
1994년에 창립한 맥스컴은 무정전전원공급장치(UPS), 인버터·컨버터, 전력 주파수 변환기, 배터리 충전기 등을 개발·생산해 왔다. 지난해에는 경기도 화성시에 제2공장을 세우고 태양광용 PCS, ESS 등을 위한 연구개발(R&D)과 제품 생산에 주력하고 있다.

프로파워, 스스로 전력 생산하는 ESS 개발

국내 처음으로 연료전지와 리튬이온 배터리를 결합한 하이브리드 에너지저장장치(ESS)가 나왔다. 전기 공급이 단절된 독립전원 환경에 유용할 전망이다.
프로파워(대표 고병욱)는 직접메탄올연료전지(DMFC)와 리튬이온 이차전지를 결합한 4.5kWh급 ESS를 개발했다고 밝혔다. 메탄올과 물만 주입해도 전기를 생산하는 DMFC와 리튬이온 배터리가 가진 각각의 단점을 서로 보완해 장점은 극대화했다는 평가다.
초기 투자비용은 일반 리튬이온 배터리를 장착한 ESS와 비교해 두 배가량 높지만 외부 전원 충전 없이 자체 전력 생산이 가능하고 운영비용은 거의 들지 않는다. 1리터당 500원 하는 3%의 메탄올과 97%의 물로 이뤄진 DMFC에서 생산한 전기를 이차전지에 저장했다가 헤어드라이어 등 급격한 정격 출력을 발생시키는 가전제품에 활용한다. 프로파워는 메탄올과 물의 비율을 제어하는 기술을 보유했다.
이 장비는 2kW급 DMFC와 2.5kWh급 리튬이온 폴리머 이차전지와 PCS 등으로 구성된다. 이는 두 가구(4인 가구 기준)가 하루 동안 사용할 수 있는 전기 사용량과 맞먹는다. 프로파워는 국가 전력망이 부족한 동남아, 아시아, 아프리카 등을 대상으로 시장 공략에 나설 방침이다.

Special Report 1 l 에너지저장장치(ESS) 시장 l ① 정부·공기업

정부, 에너지저장장치(ESS) 보급사업 닻 올려
한전 실증단지 조성, 제주도 ESS 설치 의무화 실시

전 세계 각국이 에너지저장장치(ESS)에 대한 투자를 확대하고 있다. 한전경제경영연구원에 따르면 2013년 전 세계 신재생 청정에너지 투자 금액 중 ESS에 대한 투자는 13% 증가한 것으로 나타났다. 2017년경이면 태양광과 연계한 ESS 설치용량은 약 7GW에 달할 전망이며 시장 규모도 300억달러로 추산하고 있다.
독일은 지난해 5월부터 태양광 연계 ESS에 대해 kW당 최대 660유로를 설치보조금으로 지급하고 있다. 이는 설치비용의 30% 수준으로, 보조금 지급에 따라 ESS와 연계한 태양광 설치도 늘어날 것으로 기대하고 있다.
미국 캘리포니아 주는 전력회사에 ESS 설치 의무를 부과하고 있다. PG&E, SCE, SDG&E 등 3개사는 2024년까지 총 1,325MW 규모의 ESS를 설치해야 한다. 또 기존 태양광 대여사업에 ESS를 접목한 서비스도 출시되고 있다. 지난해 12월 태양광-ESS 사업 추진을 공표한 솔라시티 외에도 스템, 에디슨 등이 사업에 뛰어들었다.
일본은 발전차액지원제(FIT)와 ESS 보조금, 지자체별 ESS 보급사업이 활발히 진행되면서 정전 대비용 ESS 설치도 늘어나고 있다. 특히 민간기업들이 태양광, ESS, 에너지관리시스템(EMS)을 결합한 상품을 선보이고 있다. 파나소닉은 태양광과 연계할 수 있는 1.6kWh, 3.2kWh의 ESS와 홈에너지관리시스템(HEMS)을 제공하고 있다. 교세라도 지난해 초까지 약 만대의 태양광-ESS를 판매하며 현재 14.4kWh 규모의 ESS까지 제공하고 있다. 
우리나라도 예외는 아니다. 정부, 기업, 연구단체를 중심으로 기술개발, 표준화, 혁신적 제품 개발에 적극적으로 나서고 있다.

한전, 공공기관 ESS 시범보급사업

한국전력은 지난 4월 초 한전 대전충남본부에서 공공기관 ESS 시범보급사업 준공식을 개최했다. ESS 보급사업은 정부가 지난해 8월 발표한 ‘ICT 활용 에너지 수요관리방안’ 일환으로 처음 시행됐다. 심야 예비전력을 ESS에 저장했다가 최대 부하 시간대에 방전함으로써 피크전력을 관리하는 방식이다.
대전충남본부 ESS 보급사업은 정부지원 사업비 75%가 투입됐다. 한전KDN과 삼성SDI, 세방전기, 넥스챌 등 5개사가 참여했다.
ESS 설치로 전력수용가는 전기요금을 절감하고 정부는 피크전력 시간대 전력공급 부담을 줄일 수 있다고 한전 측은 설명했다. 한전은 이번에 준공된 ESS 설비로 피크전력 최대 21% 감축과 연간 전기요금 10% 절감 효과를 기대하고 있다. 2017년까지 500MW 규모의 주파수 조정용 ESS를 설치하는 등 국내 ESS 산업 육성에 적극적으로 참여할 것이라고 한전 측은 설명했다.
김병숙 한전 신성장동력본부장은 “한전은 우리나라를 대표하는 에너지 공기업으로 본격적인 ESS 확산과 기술개발로 ESS 산업을 선도해 나갈 것”이라며 “앞으로도 나주 본사 신사옥을 비롯해 전국 사업소에 점진적으로 ESS를 확대 설치할 예정”이라고 밝혔다.
ESS 설비를 설치할 경우 전력수용가는 전기요금을 절감할 수 있고, 국가는 피크전력 시간대의 전력공급 부담을 줄여 전력수급 안정성을 개선하고 전력공급 비용을 절감할 수 있다.

에너지관리공단, 에너지저장장치 설치 적극 유도

에너지관리공단은 ‘정보통신기술(ICT)을 활용한 에너지 수요관리’라는 새로운 시장 선도에 나섰다. 에너지관리공단의 주요 사업은 크게 ‘에너지 수요관리 기반 확충’, ‘고효율기기 보급을 통한 효율 향상 유도’, ‘신재생에너지 보급 확산 및 산업 육성’, ‘기후변화 대응기반 구축’, ‘에너지 절약 생활 실천 문화 확산’ 등으로 나뉜다.
이 중에서도 에너지 수요를 원천적으로 줄일 수 있도록 에너지 체계를 효율화해 합리적으로 수요를 줄인 후 공급을 확대하는 수요관리 정책이 중요하다.
기존에는 에너지를 많이 사용하는 산업 위주로 경제 성장이 이뤄져 저렴하고 안정적인 에너지 공급에 초점을 뒀다. 하지만 한국의 에너지 가격은 사회적 비용이 제대로 반영되지 않아 상대적으로 저렴한 탓에 전력 수요가 급격히 증가했다.
2000~2010년간 한국의 전력소비 증가율은 5.3%로 일본(0.2%), 미국(0.7%), 경제협력개발기구(OECD) 평균(1%) 보다 매우 높다. 에너지관리공단은 정보통신 인프라가 잘 구축된 한국의 ICT를 활용해 체계적인 시스템에 기반을 둔 수요관리에 나섰다.
이를 통해 소비자의 전력 사용 패턴을 합리적인 방향으로 이끌고 에너지 사용의 효율성을 높이는 것이다.
우선 신재생발전사업자에게 에너지저장장치(ESS) 설치를 유도하고, 다양한 형태의 인센티브를 통해 전기를 많이 소비하는 사용자와 공공기관에도 ESS 설치를 권장한다는 방침이다.
또, 에너지 사용량을 관찰하고 분석해 건물(BEMS) 산업체(FEMS) 등에 최적의 에너지 사용기기 통합운전 솔루션을 제공할 수 있는 ‘에너지관리시스템(EMS)’을 보급할 계획이다.
에너지관리공단은 에너지 정책의 패러다임이 기존 공급 위주에서 수요관리 중심으로 바뀜에 따라 지난해 말 대대적인 조직개편을 단행했다.
ICT를 활용한 시스템적이고 근원적인 에너지 수요관리 정책 추진을 위해 수요관리정책실을 신설하고, 국가 에너지 및 온실가스 통계·분석 기능 강화를 위한 통계분석실을 재편했다.
또, 분산전원 보급 기반 조성 및 확대, 열 공급 시장관리를 위해 집단에너지실을 새로 설치했다. 에너지관리공단 관계자는 “기존에 이원화돼 있던 기후변화대응 지원과 목표관리제 업무를 기후대책실로 통합하는 등 조직 간 업무 재조정을 통해 시너지를 제고했다”고 설명했다.

제주도, 에너지저장장치 설치 의무화

제주도가 국내에서 처음으로 신재생에너지 일부를 반드시 에너지저장장치(ESS)로 설치해야 한다는 ‘신재생에너지+ESS’ 융합 모델 구축을 의무화한다.
날씨나 기후변화에 따라 발전량 기복이 심한 신재생에너지 발전 효율을 높이기 위한 유일한 대책이지만 일각에서는 ESS 추가에 따른 비용 부담 등 사업자 반발도 예상된다.
제주특별자치도는 풍력발전기 설비용량에 따라 일정량 이상 ESS 설치 의무화를 담은 ‘전력계통 연계망의 안정 및 풍력발전출력 신뢰 향상을 위한 ESS 설치’ 공고를 고시한다고 지난 3월 20일 밝혔다. 도내 풍력 발전사업 허가를 받은 사업자는 1년 내 발전 설치 용량의 10% 만큼 ESS를 의무 구축해야 한다. 제주에 운전 중인 풍력발전기 64기(설치용량 110MW)에 해당하는 약 11MWh(배터리 용량)를 포함해 앞으로 들어서는 풍력발전기 모두가 ESS를 구축해야 한다.
지금까지 풍력발전기에서 생산된 전력은 전력계통에 보내 한국전력 전력수급정책에 따라 도내 수용가에 전달됐다. 하지만 풍력·태양광 발전기는 날씨에 따라 발전량 기복이 심해 전력계통에 안정적인 공급이 어려웠다. 이에 ESS의 저장한 전기는 풍력발전기의 부족한 출력량을 채우거나 남는 발전기의 전기를 저장해 재사용하는 데 활용된다. 제주도의 풍력 등 신재생에너지원 발전비율이 늘어날 전망이다.
하지만 긍정적인 효과와 달리 반발도 예상된다. ESS 도입으로 적지 않은 비용이 소요되기 때문이다. 종전 투자 대비 3~4년의 손익분기점(BEP)이 늘어날 수 있다는 우려까지 제기됐다. 10MW의 풍력발전기 구축비용은 약 200억원이지만 10억원 안팎의 ESS(1MWh급)를 추가해야 한다. 여기에 기존에 없었던 발전 손실도 발생한다. 풍력에서 생산된 전기를 ESS에 담았다가 전력계통에 보낼 때 발생하는 충·방전 손실은 약 15%에 달한다. 그만큼 한전에 판매할 수 있는 전력량이 줄어든 셈이다.
산업통상자원부는 제주의 풍력발전기 ESS 구축 의무화에 따라 기존 신재생공급인증서(REC) 가중치를 피크 시간에 따라 0.4에서 최고 2까지 변동 부과하는 방안을 검토 중이다. 초기비용 부담을 덜기 위한 대책으로 해석된다.
김홍도 제주도 스마트그리드과장은 “전력계통 연계망에 안정적인 공급과 풍력발전출력 신뢰도 향상을 위해 ESS 구축 의무화를 고시할 것”이라며 “발전사업자의 초기 투자비용 부담을 줄이는 방안을 검토하고 있다”고 말했다.
업계 관계자는 “풍력발전기와 ESS 융합은 발전효율은 물론이고 발전기 운영에도 도움되는 최적의 모델이지만 초기 투자비용이 적지 않게 든다”며 “충·방전 과정에서 손실되는 전력 소모 등을 고려해 더욱 현실적인 지원책을 마련해야 한다”고 말했다.

전력저장장치(ESS) 선점 경쟁 ‘후끈’

한국전력이 마이크로그리드(독립형전력망) 구축사업을 본격화하면서 전력저장장치(ESS)용 리튬이온 2차전지 배터리 시장이 활기를 띨 전망이다. 삼성SDI와 LG화학 등 배터리 업계는 벌써 초기 시장 선점을 위한 치열한 경쟁을 벌이고 있다.
LG화학은 지난 2월 포스코ICT가 전라남도 신안군 팔금도에서 추진하는 마이크로그리드 사업에 배터리를 공급했다. 용량은 시간당 1메가와트(1MW/1MWh)로 소형 발전소 급이다. 팔금도 전체 가구에 해당하는 330가구가 사용할 수 있는 전력량이다.
이에 앞서 삼성SDI는 효성이 제주 가파도에서 추진 중인 출력용량 1MWh급의 마이크로그리드용 배터리를 수주한 바 있다. 효성이 최근 추진 중인 전남 가사도 마이크로그리드 사업에는 중소 업체가 ESS용 배터리를 공급한다.
‘마이크로그리드’란 다수의 분산전원 및 ESS 등을 이용해 내륙의 전력망이 닿지 않는 고립지를 중심으로 신재생에너지 등을 활용해 자체적으로 전력을 생산하고 저장·공급하는 소규모 전력망을 뜻한다.
업계에서는 한전의 마이크로그리드 구축사업이 가시화되면서 국내 ESS 시장이 빠르게 성장할 것으로 기대하고 있다.
한전은 도서 지역을 대상으로 독립형 마이크로그리드 표준모델 사업화 전략을 연내 수립할 계획이며, 내년부터는 국내 시범사업을 본격화하고 이후 해외에도 진출할 계획을 잡고 있다. 미국과 일본 역시 DOE 시티오브 프론트 콜린스(City of Fort Collins)·센다이 프로젝트 등을 진행 중이다.
시장 전망 역시 밝다. 네비건트 리서치(옛 파이크 리서치)에 따르면, 마이크로그리드 시장 규모는 오는 2020년 400억달러까지 성장할 전망이며, 규모는 5.7GW 수준이 될 것으로 내다봤다. 아직 경제성 확보 등 실증 단계지만 향후 이 사업이 활성화되면 ESS용 배터리 수요 확대에도 적잖은 기여를 할 것으로 보인다.
ESS 기술관계자는 “(ESS는)중앙 집중형 시스템의 단점을 극복하기 위해 소규모 에너지 저장 장치의 설치 수요가 높아 50MW급 이하 규모의 에너지 저장 장치 분야에서 두각을 나타낼 것으로 판단된다”며 “국내 리튬전지 기반 ESS 시장은 실증을 통한 사업화 및 제도적 기반 조성이 완료되는 2014년부터 서서히 개화될 것으로 예상한다”고 말했다.
한편, 업계에서는 세계 ESS 시장이 2013년 16조원에서 2020년 58조원 규모로 연평균 53%의 폭발적인 성장세를 보일 것으로 전망하고 있다.

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ESS(에너지 저장 장치) , 공공·민간 ‘필수’로 보편화 전망
ESS 시장, 3년 뒤 9,000억원 규모… LG·삼성 등 대기업 중심 경쟁 치열

ESS는 2020년까지 가격이 절반으로 떨어지며 보급이 늘어날 전망이다. ESS는 전기를 저장하는 대형 배터리다. 발전소에서 생산된 전기를 저장했다가 송배전 설비를 통해 수요처로 보내는 역할을 한다. 전기가 가장 필요한 장소에, 가장 필요한 시간에 딱 맞게 전기를 공급하는 데 유용하다. 우선 대형 건물, 공공기관 등을 중심으로 대규모 ESS 설치가 보편화할 전망이다. 정부는 2015년까지 ESS 설치 규모를 중소형 LNG(액화천연가스) 발전소 1기 규모인 20만~30만kW(킬로와트)까지 늘리기로 했다. 에너지 시장의 변화로 혜택을 입을 기업도 상당수 있다. 이미 ESS 분야에는 세계 2차전지 시장에서 1·2위를 다투는 LG화학·삼성SDI 등이 세계적인 경쟁력을 갖추고 있다. 미국 시장조사기관인 파이크리서치에 따르면 세계 ESS 시장은 2010년 2조원에서 2020년 47조원, 2030년 120조원으로 불어날 것으로 예상한다. 국내만 해도 2017년엔 9,000억원까지 커질 전망이다. ESS 시장을 둘러본다. 이승재 편집장 sjlee@engnews.co.kr

Special Report 1 I ESS 시장 동향
1. 정부·공기업 동향
2. 민간기업 동향
3. 기술 동향

Special Report 2 I 지자체 동향 l 서울시
시민이 체감하는 세계적 LED조명 메카 도시 건설