지난 2011년 갑작스런 정전사태인 ‘블랙아웃’을 겪으면서 에너지저장장치(ESS)에 대한 관심이 커졌다. 발전소를 짓는 것도 중요하지만 ESS를 설치하면 전력수요에 탄력적으로 대응할 수 있기 때문이다.
ESS는 전기에너지를 저장, 필요할 때 꺼내 사용할 수 있도록 하는 장치다. 전력공급 시스템을 안정화하는 역할을 한다. 용도에 따라 주파수 조정용, 계통연계형 등으로 나뉜다.
주파수 조정용은 수시로 변하는 전력계통 주파수를 일정하게 유지하기 위해 사용된다. 발전소 출력을 조절하는 것이 아니라 ESS의 충전과 방전을 이용하는 것이다. 규정주파수 초과 시 충전하고, 미달 시에는 방전하는 형태로 일정한 주파수를 제공한다. 발전소 출력을 조절하는 것보다 전력생산비용을 크게 줄일 수 있다.
계통연계형은 전력 계통(발전소, 변전소, 송·배전선 및 부하로 구성)에 연결해 전력이 남을 때 저장하고, 수요가 많을 때 저장했던 전력을 쓸 수 있도록 하는 장치다. 주로 발전이나 송배전 단계에 적용해 사용한다.
| ▲ 자료: 한국전력공사 |
최근에는 ESS가 신재생에너지와 연계돼 주로 발전량을 보조하는 수단으로 사용된다. 신재생에너지의 발전량이 많아지고 있어 ESS 시장의 성장속도도 더욱 빨라질 전망이다. 글로벌 시장조사기관 내비건트리서치는 글로벌 ESS 시장 규모가 작년 16조원에서 연평균 53%씩 성장, 오는 2020년에는 58조원에 이를 것으로 내다봤다.
ESS는 기본적으로 배터리와 전력변환장치(PCS), 이를 시스템화 하는 설비(컨테이너 등)로 나눌 수 있다.
배터리는 양극과 음극, 전해질, 분리막 등으로 구성된다. 이들 기본 구성요소로 만들어진 것을 셀(Cell)이라 한다. 여러 개의 배터리 셀을 하나로 모은 것은 모듈(Module), 이를 집합시킨 것을 랙(Rack)이라 한다. 랙이 모인 것이 바로 시스템이다. 여기에 BMS(Battery Management System, 셀마다 다른 배터리 성질을 조절하는 장치)가 더해져 최대 성능을 이끌어낸다.
PCS는 전력을 저장할 때의 전기적 특성과 전력을 사용할 때의 특성이 다를 경우 이를 조절해주는 역할을 한다. 신재생 전압을 배터리 전압으로 바꾸고, 배터리저장 전압을 실제 사용하는 상용전압으로 바꿔준다.
◇ 국내 기업, ESS 설치 늘리는 선진국 공략
미국과 유럽 등 신재생에너지 발전 비율이 높은 선진국은 ESS 설치를 늘리는데 집중하고 있다. 특히 각국 정부가 ESS 설치 시 일정 금액을 지원하거나 인센티브를 부여해 설치를 독려하고 있다.
미국은 ESS를 통한 전력 수요 관리가 국가 에너지 계획의 핵심 사업으로 자리 잡았다. 캘리포니아주에선 세계 최초로 ESS 설치 의무화 법안을 제정했다. 올해는 공급전력의 2.25%, 2020년에는 5%까지 ESS를 의무적으로 설치해야 한다.
일본은 정부에서 230억엔의 보조금 예산을 책정, ESS 도입비용의 33% 가량을 지원한다. 가정용 ESS를 설치하면 최대 100만엔, 기업용은 최대 1억엔 가량을 도와주고 있다. 또 민간기업 주도의 ESS 프로젝트가 빠르게 확대되고 있다. 독일은 태양광 발전 연계 ESS 대상 설치비용의 30%를 지급하고 있다. 중국도 몽골과 신장, 하이난 등에서 대규모로 신재생에너지와 ESS를 연계한 형태의 마이크로그리드 사업을 확대하고 있다.
| ▲ 자료: LG경제연구원 |
이처럼 해외 선진국들의 ESS 설치가 늘어나면서 국내 기업들은 이 시장에 ESS를 공급하는데 집중하고 있다. 삼성SDI는 지난달 미국 캘리포니아주 전력회사가 추진하는 주파수 조정용 ESS 구축 사업의 배터리 공급업체로 선정됐다. 지난 5월에는 일본 니치콘과 1조원 규모의 가정용 ESS 공급 계약을 체결했다.
효성은 홍콩전력청과 400KW 계통연계형 ESS 수주 계약을 맺으며 글로벌 시장 개척에 나섰다. 최근에는 전력난이 심각한 아프리카 모잠비크에 1.3MW 규모의 독립형 태양광 발전소를 건설하고 900KW/20MWh 급 ESS를 공급했다.
SK이노베이션은 2010년부터 ESS개발에 본격적으로 뛰어들었고, 최근에는 독일에 자체개발한 ESS 시스템을 처음으로 수출했다. 또 독일의 프라운호퍼 연구소와 양해각서(MOU)를 맺고, 공동 연구개발에 나서기로 했다. 풍력과 태양광 등 신재생에너지 발전 비율이 높은 독일과 유럽 시장을 공략하기 위해서다.
◇ 국내 ESS 설치 본격화..활용도 높인다
국내서 ESS를 설치하려는 기업들도 늘고 있다. 지난달 산업통상자원부가 국내 기업의 ESS 투자계획을 조사한 결과, 14개 기업이 오는 2017년까지 72MW 규모(배터리용량 139MWh)의 ESS 투자계획을 수립했거나 준비 중이다. 현재 ESS 제품가격을 고려하면 1500억원의 투자규모로 추정된다.
이 가운데 ESS 배터리를 공급하는 LG화학과 삼성SDI, SK이노베이션은 17MW 규모(배터리용량 58MWh)를 선도적으로 투자한다. LG화학은 지난 6월 150억원을 투자해 익산공장에 3MW(배터리용량 22.7MWh) 규모의 ESS를 설치했다. 공장에 적용되는 단일 ESS 설비로는 세계 최대 규모다.
한국전력의 경우 작년 10월 ESS 종합추진계획을 수립하고 올해부터 2017년까지 6500억원을 투입해 주파수 조정용 ESS를 설치할 계획이다.
| ▲ 국내 기업 ESS 설치 투자 계획(자료: 산업통상자원부) |
하지만 아직까지 국내에서 민간 주도의 ESS프로젝트는 미미한 실정이다. 글로벌 ESS 시장에 비해 규모도 작고, 시장 역시 대기업 위주다. 이는 ESS의 초기 투자비용이 높아 경제성 확보가 어렵기 때문이다. 우리나라의 현행 전기요금 수준으로는 투자비 회수에만 10년 이상 걸린다.
또 ESS시장은 이질적이고 세분화된 시장이어서 관련 기업끼리 파트너십을 통해 협력하는 게 필요하다. 하일곤 LG경제연구원 선임연구원은 "ESS 시장은 단독으로 사업을 하기엔 쉽지 않다"며 "개별 기업이 각자 갖고 있는 역량을 바탕으로 다른 기업과의 파트너십을 통해 시장을 개척하는 전략이 요구된다"고 말했다.
정부도 ESS 시장 확대에 힘을 보탤 계획이다. 산자부는 지난 17일 에너지관리 통합서비스 사업의 일환으로 투자효과가 높은 중소규모 사업장에는 ESS와 EMS(에너지관리장치) 사업분석부터 사후관리까지 토털 서비스를 제공키로 했다고 밝혔다. 또 2017년까지 100개 사업장에 ESS를 보급한다는 계획이다.
이와 함께 ESS 설치율을 높이고 ESS를 활용한 전력거래가 가능하도록 전력시장제도도 개선할 방침이다. 지난 4월에는 공급 위주인 전력시장에 수요관리 시장 도입을 골자로 한 전기사업법 개정안이 국회를 통과, ESS를 통한 새로운 에너지 시장 형성 가능성이 높아졌다.
