신재생에너지의 핵심! 세계는 지금 ESS에 주목한다

전 세계적으로 탄소 중립 정책을 가속화하고 재생에너지에 대한 관심이 높아지면서 에너지저장장치(ESS) 시장도 커지고 있습니다. 미국, 일본, 독일 등 국가별 친환경 에너지 정책 발표에 힘입어 ESS에 대한 수요가 급격하게 증가하고 있는데요. 친환경 시대를 맞아 재생에너지의 보급률이 커지면서 부하의 관리, 재생에너지 출력 안정화 등 새로운 의미의 전력망 구축이 시급한 화두로 떠오르며 ‘ESS’가 그 중심에 섰습니다.

왜 ESS에 주목해야만 하는가?

에너지 전문 시장조사업체인 블룸버그 NEF가 지난 3월 발표한 보고서에 따르면 2021년 기준 글로벌 누적 설치 용량이 56GWh로 집계됐으며, 2030년 전 세계 ESS 시장 규모는 연간 178GWh에 달할 것이라 예측하며, ESS시장이 연평균 30% 성장할 것으로 내다봤습니다.

급격한 기후변화로 인한 여름·겨울철의 전력 피크와 대규모 정전 사고, 재생에너지 보급 확산 등 다양한 환경 변화에 노출되면서 전력 불확실성에 대비하기 위한 고용량·저비용 ESS 시스템의 개발 필요성이 점차 확대되고 있는 것입니다.

ESS는 생산된 전력을 저장 후 가장 필요한 시기에 공급함으로써 에너지 효율을 향상시키는 시스템입니다. 기존의 전력망 시스템의 단점을 보완하고 태양광 및 풍력 발전 등에서 발생하는 일관되지 못한 재생에너지의 문제점을 해결할 수 있습니다. 많은 전기를 저장했다가 필요할 때 사용할 수 있으므로 전력용, 상업용, 가정용, UPS(무정전전원장치), 통신용 등 대규모 전력 시설이 필요한 곳에서 다양하게 활용이 가능합니다. 가정에서는 전기 요금이 저렴할 때 저장해 두었다가 비쌀 때 사용해서 전기 요금을 절약하는 효과도 누릴 수 있죠. 이외에도 폭풍우 같은 갑작스러운 자연재해로 정전이 발생했을 경우 전력 공급을 도와주어 대규모 정전 사태를 대비할 수 있습니다.

향후 중장기적으로 신재생에너지 시장이 확대될수록 ESS 시장도 동반 성장할 텐데요. 풍력과 태양광 발전량이 전체 발전시장에서 차지하는 비중이 커질수록 출력 안정화 및 발전효율 제고 측면에서 ESS 설치수요 증가가 필수적이기 때문입니다. 신재생 발전의 효율성 제고 측면에서도 ESS 필요성이 증대되어 각국 정부의 정책적 지원도 추가될 것입니다.

<ESS의 구성은?>

ESS는 크게 배터리, PCS, BMS, EMS 등 4가지로 구성됩니다. PCS(Power Conversion System, 전력변환장치)는 전기의 교류를 직류로, 직류를 교류로 바꿔주는 역할을 합니다. BMS(Battery Management System, 배터리관리시스템)는 ESS에 들어가는 수십 개에서 수천 개의 배터리 셀을 하나처럼 움직이게 하고 전압·전류·온도 이상을 감지할 경우 충전과 방전을 중단시키는 등의 안전장치가 포함된 장치입니다. EMS(Energy Management System, 운영시스템)는 ESS에 저장되어 있는 전기량을 모니터링하는 시스템으로 ESS의 전반적인 운영 소프트웨어 역할을 담당합니다.

글로벌 ESS 시장의 움직임은?

글로벌 시장조사업체인 SNE 리서치에 따르면 글로벌 ESS 시장 규모는 2019년 11GWh, 2020년 20GWh를 기록했으며 2030년 302GWh까지 연평균 35% 성장할 것으로 전망했습니다. 전 세계적인 에너지 전환 추세와 국가간 탄소중립 연대 강화에 따라 향후 10년간 가속 성장을 예견하고 있는 것입니다. 또한 리서치 회사인 우드 매켄지(Wood Mackenzie)는 유럽이 1990년 대비 탄소 배출량을 55% 줄이는 2030년 목표를 달성하는 데 가장 큰 잠재력이 있는 기술 분야 중 하나로 에너지 저장을 꼽았습니다.

글로벌 ESS 시장에서도 미국은 가장 큰 마켓으로 전망되고 있으며 중국, 호주, 인도 등도 빠르게 그 뒤를 잇고 있습니다. ESS 시장이 급격히 성장하고 있는 주요 국가들은 에너지마켓 플랫폼 개방을 통한 자유로운 민간시장 활성화 및 정부 차원의 강력한 전력규제 의무이행 강화를 통해 시장을 견인하고 있습니다.

미국 바이든 행정부는 이전 화석연료 중심 에너지 정책을 탈피하고 신재생에너지 기술 개발, 신재생에너지 전원 및 송전망 투자 확대, 대중교통망 에너지전환, 건물에너지 효율 개선 등 청정에너지 중심의 에너지 정책을 추진하고 있습니다. 이에 따라 정부 차원에서 ESS를 설치하면 추가 세액을 공제해주는 법안을 마련 중입니다. 캘리포니아주, 오리건주, 매사추세츠주 등은 ESS를 의무적으로 설치해야 하는 법규를 만들어 시행 중입니다.

특히 미국은 주택용 ESS 상용화로 ESS 시장을 공략하고 있는데요. 주택용 ESS는 각 가정에 비상 시 사용할 수 있는 전력을 확보해 놓은 것으로 지진, 해일 등 재해 발생 시에도 유용한 에너지 공급망입니다. 텍사스 정전 사태 시 주택용 ESS의 효율성이 이미 입증되기도 했습니다.

중국 정부는 2030년까지 ESS를 핵심으로 한 ‘신형 에너지 저장’ 산업을 세계 최고 수준으로 끌어올리겠다는 목표를 제시했습니다. 리튬이온 배터리를 대량으로 묶은 ESS는 안정적 수자원 이용을 위해 저수지에 물을 모아 놓은 것처럼 전기를 보관했다가 필요할 때 쓸 수 있게 하는 새로운 기술입니다. 일명 ‘저수지 에너지저장’ 기술은 네이멍구자치구, 신장자치구, 시짱(티베트)자치구, 윈난성, 쓰촨성 등 태양광·풍력·수력 발전 시설을 결집한 초대형 청정에너지 클러스터의 안정적 전력 공급 문제를 해결할 것입니다.

중국은 ‘저수지 에너지저장’ 기술을 2025년까지 구축한 후, 본격적인 상용화에 접어들 것이라고 밝혔으며, 2030년까지 중국 산업 전면에 저수지 에너지저장 기술을 적용할 계획입니다. 또한 중국 정부는 ESS 사업 관련해 ‘핵심 기술 및 장비의 자주화’를 명시함으로써 시장 경쟁에서 중국 배터리 제조사인 CATL와 BYD에 유리한 조건을 내걸기도 했습니다.

수력발전을 제외한 신재생에너지 발전원 용량이 지난 10년간 약 35GW 증가해 연평균 6.3%의 성장률을 기록한 영국에서는 신재생 에너지 연계 ESS 사업자가 적정 이윤을 보장하는 차액정산제도를 시행 중입니다. 이외에도 호주는 전기 요금 절감을 위해 가정용 태양광에 연계된 ESS 보급 확대를 추진하고 있으며, 독일이나 일본의 경우 재생에너지에 부과되는 세금 및 전력계통 접속 수수료 등을 면제하는 방식을 취하고 있습니다.

ESS, 경쟁력을 갖기 위해 무엇이 필요한가?

안전하고 지속가능한 ESS의 발전을 위해 배터리 자체 개선과 시스템에 대한 스마트한 점검이 필요합니다. 현재 ESS에 주로 사용되고 있는 리튬이온 배터리가 가진 한계를 극복하기 위한 기술적 연구는 물론 이를 새롭게 대체할 다른 종류의 배터리도 등장하고 있습니다.

이처럼 배터리를 포함한 ESS의 소재, 부품, 장비와 같은 하드웨어의 기술 발전 및 경제성 확보만큼 효율성과 안정성을 위한 운용시스템 전반의 소프트웨어 개발이 필수적입니다. 또한, 에너지 모니터링과 같은 서비스 영역까지 사업을 확대한다면 한층 더 지속가능한 에너지 저장 분야를 구축해 나갈 수 있습니다.

세계적인 ESG 흐름에 발맞춰 한국 역시 2017년 정부 주도로 2030년까지 전체 발전량에서 태양광 풍력 등의 친환경 발전 비중을 20%까지 확대한다는 ‘재생에너지 3020 계획’을 발표한 바 있는데요. 당시 내용에는 1MW 이상의 전력을 사용하는 대규모 공공기관 건물에 일정 비율의 ESS 설치 의무화가 포함됐습니다.

이에 따라 국내 배터리 기업들은 신재생 에너지 시대를 대비하고 폐배터리를 재활용하기 위해 ESS 사업을 강화하고 있습니다. ESS 배터리의 생산·공급뿐 아니라, 사후 관리와 신사업 연계 등 ESS 후방 사업에 대한 적극적인 행보를 보이고 있으며 ESS 시장 확대에 따른 밸류체인 확대와 내재화도 추진하고 있습니다.

치열한 경쟁 속에서 ESS 시스템 통합(SI) 전문기업인 ‘NEC에너지솔루션’을 인수한 LG에너지솔루션의 행보는 주목할 만합니다. ESS용 배터리 공급을 뛰어넘어 사업 기획, 설계, 설치, 유지·보수 등 ESS와 관련된 전 사업을 강화하는 것이기 때문이죠. 대규모 ESS 구축과 사후 관리 등 ESS 통합 서비스란 새로운 사업 경쟁력을 확보한 것입니다.

<NEC에너지솔루션은 어떤 기업?>

미국에 본사 및 연구개발 센터를 두고 있는 NEC에너지솔루션은 호주, 런던, 브라질 등 세계 곳곳에서 ESS 통합 서비스 프로젝트를 140건 이상 수행했습니다. 2020년 매출액은 약 2400억 원(약 287조 2560억 원) 규모로 최근 3년간 연평균 60% 수준의 고성장을 이어왔습니다.

ESS SI 사업에 있어 핵심인 자체 개발 EMS(Energy Management System) 소프트웨어 ‘AEROSⓇ’ 등 우수한 IT 역량과 10년 이상의 글로벌 운영 데이터를 기반으로 한 유지·보수 역량을 높이 평가받았습니다.

인수 후, ESS SI 사업을 전담하는 ‘LG에너지솔루션 버테크 법인’을 신설해 자체 ESS 사업 역량을 확보함으로써 ESS 프로젝트 원가의 50% 이상을 차지하는 배터리 관련 수급 이슈 없이 고객 대응이 가능할 것으로 전망하고 있습니다. 또한 배터리, PCS를 포함한 필수 기자재 등을 통합해 ESS 사업의 최적화에 이르는 서비스가 진행될 것으로 기대됩니다.

이처럼 ESS 시장 선점은 배터리 공급을 넘어 통합 시스템 솔루션을 통해 완결형 사업 역량을 확보해야 하는 것입니다. 고객에게 특화된 서비스와 품질만이 경쟁력을 가질 수 있기 때문입니다. 또한 국내 ESS 산업을 위해 정부의 적극적인 지원도 중요합니다. 안전 문제에 대한 정확한 분석과 차세대 배터리 개발을 지원할 때 기술 경쟁력은 강화될 수 있습니다.