스마트그리드 발전 속도에 맞춰 에너지 저장 시스템 시장 큰폭 성장

스마트그리드에 대한 관심이 높아지면서 스마트그리드의 핵심인 ESS(에너지 저장 장치 Energy Storage System)시장이 큰폭으로 성장할 것으로 예상됩니다. 지난 9월 15일 전력이 부족해 대정전 사고를 겪은 이후 전력부족 현상이 하계·동계 부하에 관계없이 나타나면서 ESS에 대한 관심은 더욱 높아지고 있는 추세입니다.

ESS가 실용화 될 경우 경부하시 남는 전력을 저장하고 과부하시 전력을 사용함으로써 첨두 부하 분산을 통해 발전소 건설비, 송전선 설치비 등의 투자비를 절감할 수 있고 이를 통해 전력 예비율을 높여 여름·겨울철의 전력 피크와 대규모 정전 사고 등에 효과적인 대응이 가능할 것으로 전력 전문가들은 예상하고 있습니다. 

특히 출력이 불규칙한 신재생에너지원을 고품질 전력으로 변환하는 등 신재생에너지 보급 확산과 동시에, 실시간 전력 거래가 이루어지는 스마트그리드 구현을 위해서도 반드시 필요한 기술인데요, 에너지저장시스템을 발전량과 발전시점이 불규칙한 태양광, 풍력 등과 결합해 시간대별로 전력공급을 일정하게 조정, 신재생에너지를 통해 만들어지는 전력품질의 안정화를 가져올 수 있습니다. 태양광, 풍력 등 신재생에너지 시장이 발전하려면 ESS시장도 함께 성장할 수밖에 없는 구조를 가지고 있는 것이죠.

그래서 스마트그리드가 발전함에 따라 ESS 시장도 빠른 속도로 커지고 있습니다. 현재는 일부 선진국을 중심으로 2010년 약 2조원 정도의 초기 시장이 형성된 상태이며, 2020년 약 47조원, 2030년에는 약 120조 수준에 달할 것으로 전망됩니다. 정부도 ESS시장 선점을 위해 산학연 중심으로 적극적인 투자를 계획하고 있고 정부는 2020년까지 총 6조 4000억원 규모의 R&D 및 설비 투자를 추진하되, 단기적으로는 상용화 R&D 및 실증, 중장기적으로는 원천 기술개발 지원에 중점을 두고 지원할 계획입니다. 이를통해 3년내 MW급 이상의 시스템을 개발하고 5년내 산업화가 가능한 기술 분야에서 4개 과제를 선정하여 향후 3~5년간 총 1200억원 규모의 시장 주도형 기술개발을 추진할 계획입니다. 에너지 저장기술을 현장에 적용해 산업화를 촉진한다는 방침이라고 합니다.

제주도 조천 154kV 변전소에 Test Bed를 구축하여 총 8MW 규모의 파일럿 실증을 추진하고 2015년 이후에는 345kV 이상의 변전소에 수십 MW 규모의 실증을 추진하여 보급을 확대해나갈 계획이고, 수용가와 연계할 수 있는 그린홈 100만호 보급 사업 등과 같은 주택 신재생에너지를 보급하는 사업과 연계해 수용가용 ESS 실증을 확대해나갈 방침입니다.

세부적인 ESS 기술을 살펴보면, 대용량 리튬2차전지, MWh급 이상의 대용량화에 유리한 레독스 흐름 전지(전해액 내의 이온의 산화 환원 전위의 차를 이용한 전지), NaS(나트륨 황) 전지, 미래기술로 금속 공기 전지기술 및 이러한 전지를 제어하기 위한 BMS(Battery Management System;전지제어시스템)기술이 있습니다. 특허청자료에 의하면, ESS에 관한 특허출원은 2001년부터 2010년까지 모두 944건에 달하는데, 특허출원 추이를 연도별로 보면 2005년에 급격히 증가한 후 매년 140여건이 꾸준히 출원되고 있는 것으로 파악되고 있으며 이 중 대용량 리튬2차전지 특허출원 비중이 66%로 가장 높았고, 그 다음은 BMS 기술이 18.5%를 차지하는 것으로 나타났습니다.

출원인별로 보면 세계 리튬2차전지 시장에서 1위, 3위를 차지하고 있는 삼성SDI, LG화학이 ESS용 리튬2차전지 출원건수에서도 서로 순서를 바꿔 LG화학이 1위, 삼성 SDI가 2위를 차지하고 있어 전기자동차 분야에서 쌓은 경험을 십분 활용하고 있는 것으로 보입니다.

레독스 흐름 전지분야에서는 2009년부터 삼성, 에너지기술연구원 등의 국내출원인이 전극쌍, 전지 시스템에 대한 기술을 중심으로 출원을 늘리고 있는 추세이고, NaS 전지 분야에서는 내국인의 특허 출원이 거의 없다가 2009년에 효성이, 2010년에는 포스코가 출원을 시작했고 특히, 포스코는 2010년 NaS 전지의 개발에 성공했다고 발표한 바 있습니다.

BMS분야는 삼성 SDI, SB리모티브, LG화학, 현대자동차의 출원이 65%이상의 출원을 차지하고 있어, 국내기업의 관련 기술개발이 활발히 이루어지고 있음을 알 수 있습니다.현재 수MWh급에 머무르고 있는 ESS가 저장용량이 정전사태를 막을 수 있는 수준인 수백 MWh급으로 적용되기 위해서는 중장기적으로 가격·수명·저장 용량 등에서 획기적인 개선이 가능한 새로운 방식의 전지 기술이 필요하며, 이러한 미래 기술로는 금속 공기 전지가 가장 가능성이 큰 것으로 전문가들은 보고 있습니다. 특허청에 따르면, 금속 공기 전지 분야에서는 2008년까지 출원이 미미하였으나 2009년부터 해마다 10건 이상씩 출원되어 관련 기업들이 기술 개발에 박차를 가하고 있는 것으로 나타났습니다.

특허청 관계자는 “ESS가 지능형전력망에 연계해 제주 스마트그리드 실증단지에서 kWh급 가정용 및 수 MWh급 규모의 변전소용으로 실제 적용되고 있을 뿐만 아니라, 지능형전력망 시장 확대에 따른 ESS 관련 산업의 폭발적인 성장세와 전력대란을 막을 수 있는 중요한 기술로서 ESS가 가지는 가치를 생각해보면, 국내 업체의 산·학·연 협력강화를 통한 전략적인 기술개발 추진 및 원천기술 특허권 확보가 시급한 것으로 보인다” 고 지적했습니다.