[커버스토리] 태동기 넘어 성숙기로, ESS의 힘찬 날개짓!

다양한 이해관계자와의 컨소시엄이 성공적 사업의 키-카드

ESS는 다양한 형태로 에너지를 전환해 저장하고, 필요할 때 사용하는 시스템으로 볼 수 있다. 이러한 ESS 활용과정을 올바로 이해하기 위해서는 에너지 전체의 흐름을 알 필요가 있다. 에너지라고 하면, 우리가 가장 먼저 떠오르는 석탄 및 석유·가스 등 화석연료와 광물·그리고 발효가스 등 유기연료는 1차 에너지원으로 분류된다. 여기에는 물론, 태양 및 바람, 그리고 파도 등 자연에너지도 포함된다. 이러한 에너지원들을 터빈 및 엔진 등 관련 기술 및 장비를 통해 전기 및 열 등 가용에너지로 변환하는데 이 변환 에너지를 물리·화학적인 형태로 저장하는 시스템이 바로 ESS이다.

황 주 상 기자

널리 알려진 바와 같이 이러한 ESS의 장점은 전력사용이 별로 없는 시간대에는 전기를 저장하고, 전력사용이 활발한 피크시간대에 비축해 놓은 에너지를 사용할 수 있다는 점이다. 이러한 ESS의 특징은 불필요한 전력낭비를 감소시킬 수 있어 관련업계의 높은 관심을 사고 있다. 최근에는 태양광을 비롯한 신재생에너지와의 연계를 통해 그 활용범위가 날로 커져가고 있다. 특히, 신재생에너지는 기후 및 계절에 따라 불안정한 발전량을 보일 수 있기 때문에 이러한 ESS와의 연계를 통해 물량의 안정화를 꾀할 수 있는 시너지 효과를 낼 수 있다.

글로벌 기업, ESS 진입 쉽지 않다

일반적으로 ESS라고 하면, 배터리의 비중이 높다고 생각한다. 하지만 ESS 산업에서 배터리가 차지하는 비중은 약 30~40%에 불과하다는 점을 알고 있는가? 물론, 이 또한 관점에 따라 많게, 혹은 적게 볼 수 있다.

이러한 배터리를 제외하면, ESS를 구성하는 시스템은 소프트웨어나 설치시공영역 등이 있다. ESS를 접할 때 시스템적인 관점에서 접근하는 이유가 여기에 있다.

ESS의 하드웨어 영역에는 저장솔루션 및 PCS 등의 장비가 있다. 그리고 소프트웨어에는 EMS가 있다.

일반적으로, ESS사업에서 글로벌 기업보다 로컬기업이 유리하다고 생각한다. 그 이유는 ESS에서 설치시공이 중요한 역할을 담당하기 때문이다. 때문에 국외시장에서 매출을 발생하고 현지 유지보수를 수행해야 하는 글로벌 기업으로서는 시장진입이 쉽지 않은 것이 사실이다. 때문에 ESS산업은 일반적으로 알고 있던 기존의 전지산업과는 다른 관점으로 이해해야 할 것 이다.

ESS를 정의하는 키워드, 공공성과 로컬

성공적인 ESS 사업의 수행을 위해서는 ESS가 가지고 있는 본질을 올바로 이해할 필요가 있다. 실제로 대부분의 이들이 ESS의 유용성이나 성장가능성 등에 긍정적인 반응을 나타내고 있지만 막상 실제 사업 및 구체적인 질문에는 답하지 못하고 있다.

ESS는 기본적으로 전력망 구성요소로서 공공성을 지닌 전력 인프라에 종속된다. 즉, 공공성과 로컬적 기반을 중시하는 것이다.

물론, 일본의 경우 가정용 ESS가 성행하는 움직임을 보이고 있다고 한다.

하지만 이렇게 가정용 ESS를 판매하기 위해 로컬 판매자는 5~6곳의 전력기업의 표준 및 기준에 적합해야 하는 의무가 선결돼야 한다. 당연히 국외기업이 이러한 기준을 맞추기란 여간 어려운 일이 아니다.

때문에 로컬 구매자와 판매자와의 관계가 긴밀해 로컬 기반의 사업경험을 지닌 기업이 상대적으로 유리하다. 또한, 내구성 및 설비 호환성이 중요하다. ESS는 기본적으로 전력설비의 일부이다. 전력설비는 일반적으로 20년 이상의 사용수명을 가지고 있다. 이는 ESS도 예외는 아니다.

이에 따라 장기적인 투자회수 및 실증기간과 함께 안정적인 망 성능 유지가 가능한 주변설비와의 호환성이 강조된다. 또 다른 ESS의 특징으로는 시스템 단위의 성능사양이 중요하다는 것이다. PCS를 비롯한 주위설비는 제쳐두고 ESS 전지만 최신의 것을 사용해 봤자 시스템 전체의 성능은 하향평준화되는 경우가 대부분이다.

ESS는 개별단위의 성능보다는 시스템 단위의 성능이 중요하기 때문이다. 이렇듯 ESS의 특징을 강조하는 이유는 이러한 요소의 올바른 이해를 통해 ESS시장의 성장패턴 및 속도를 주도할 수 있기 때문이다.

각 부문별 시장의 높은 이해가 성공의 지름길

전 세계 에너지산업이 ESS이 주목하게 된 지 벌써 5년이 넘었다. ESS는 발전용·송배전용·가정용을 비롯해 종류에 따라 고출력용 및 고에너지용 등 약 10개의 부문으로 구성돼 있다.

문제는 대부분의 사업자들이 이렇듯 다양한 ESS의 관련부문을 하나로 보고 있다는 점이다. 때문에 어떤 이들은 ESS의 높은 성장가능성에 비해 가경경쟁 시기와 시범사업의 수행에 대해 다소 의아하게 생각하고 있다. 각각의 부문들은 저마다 다른 사업단계를 가지고 있는데 말이다.

일례로, UPS/CPS는 시장성장기로 보면 성숙기에 있다고 할 수 있다. 때문에 품질 경쟁력 및 원가절감이 중요하게 평가된다. 이 시기에는 품질관리 및 가격경쟁력의 심화가 빈번하게 발생한다. 이미 중국과 한국기업간의 가격경쟁력이 치열한 것을 보면 알 수 있다.

이에 반해 발전 및 송배전용 ESS는 성장기 초입 단계에 진입한 것으로 볼 수 있다. 이 단계에는 성장수요의 대응을 위해 다수의 사업자와 컨소시엄을 구축하고 주도할 수 있는 역량이 핵심으로 꼽힌다.

최근 국내기업들의 국외 ESS 프로젝트 수주완료 사례들을 살펴보면, 대부분 타 사업자들과의 컨소시엄을 구축했다는 점을 알 수 있다. 불과, 몇 년전만 해도 수주 자체를 강조하는 경우가 많았던 것을 보면 현 발전 및 송배전용 ESS가 주도적인 레퍼런스를 확보했다는 것을 알 수 있다.

문제는 소비용 ESS 산업이다. 현재 소비용 ESS는 태동기에 머물고 있다. 이렇게 초기단계에 그친 이유는 산업 전체가 소비용 ESS를 전기료 절감용으로만 인식하기 때문이다. 이러한 시장의 분위기는 소비용 ESS시장이 성장하지 못하도록 억제하고 있다.

전기는 아무리 싼 가격으로 저장해도 발전비용보다 저렴해지지 않는다. 때문에 소비용 ESS의 가치를 전기료 절감으로만 생각하고 있는 이상, 향후 관련시장의 성장가능성은 불투명하다고 할 수 있다. 소비용 ESS의 또 다른 밸류를 창출 및 고안하는 것이 앞으로 풀어야 할 숙제라 할 수 있다.

주택용 ESS 성장세 가속화

사실 ESS시장을 전망하는 것은 쉬운 일이 아니다. 앞서 언급한 바와 같이 ESS에는 전지 등 관련 영역들을 분류 및 정의하기가 쉽지 않기 때문이다. 무엇보다 지금으로선 ESS시장이 태동기에 머물고 있기 때문에 향후 전망을 논하기에는 아직 이르다고 생각된다.

그렇다면, ESS시장의 현황을 정확히 파악하기 위해선 무엇이 필요할까. 현재 국내외를 비롯한 전 세계적으로 다양한 ESS 사업들이 시행되고 있다. 이러한 ESS 사업들의 사례들은 향후 진행될 관련시장의 변화를 진단하는 데 많은 도움이 된다. 특히, ESS는 기본적으로 장기적인 프로젝트가 많기 때문에 중·단기적인 예측이 가능하다.

전년도를 기준으로 ESS의 사용목적 현황을 살펴보면, 발전/송배전용 ESS시장이 약 70% 이상을 차지하고 있다. 하지만 주택이나 공장 및 빌딩에 사용되는 ESS 또한 상당한 비중을 차지한다.

특히, 최근 소비용 ESS에 대한 관심증대를 통해 인증도입이 본격화되면서 발전/송배전용 ESS는 점차 감소되는 가운데 주택 및 공장과 빌딩의 ESS시장은 증가하는 추세를 보이고 있다. 지역별로 보면, 현재까지는 북미·유럽·아시아를 중심으로 ESS 프로젝트가 이뤄지고 있다는 점을 알 수 있다.

이중 북미는 전력수요의 상승으로 전력망 부하 및 혼잡성이 증대되고 있는 상황이다. 또한, 유럽의 경우 태양광을 중심으로 한 신재생에너지의 비중이 증가하고 있으며, 일본은 안정적인 전력공급에 대한 니즈가 증가하고 있다.

기술관점에서 보면, 배터리가 적게는 30% 미만에서 많게는 50%를 점유하고 있으며, 나머지는 양수발전 및 압축공기방식이 있다.

로컬기업과의 긴밀한 연계 통한 시장형성이 중요

최근 국내외 기업을 비롯한 전 세계적으로 신재생에너지 발전 통합용 ESS(이하 RI용 ESS)가 각광받고 있다. RI용 ESS는 말 그대로 신재생에너지 발전량의 변동성을 ESS로 평준화하는 것으로 현재 초기시장을 형성하고 있다.

이 RI용 ESS의 중요성은 바로 신재생에너지 비중이 20% 초과시 ESS 니즈가 발생한다는 데 있다. 현재 송배전망이 노후화된 기존국이나 전력망이 부족한 신흥국 중심으로 발전단에 ESS가 채용되고 있다.

하지만 이러한 RI용 ESS의 관리는 쉽지 않다. 실제로 이 사업방식을 보면, 대부분 태양광 등 신재생에너지가 설치된 넓은 지역에 중간에 ESS가 설치된 경우가 많다. 때문에 이러한 사업을 효율적으로 이행하기 위해선 현지의 로컬기업들과의 연계가 필수적일 것이다. 일례로, 2013년에 설치된 글로벌 최대 집광형 태양열 발전소인 솔라나 솔라 발전소는 스페인의 유틸리티 기업이 프로젝트를 주도하고 PCS를 설치했지만, 실제로 설치는 로컬 시공기업이 수행했다.

이 발전소는 미국 DOE(에너지부)의 대출 프로그램으로 약 2조원이 투입되는 등 다양한 기관 및 기구들이 참여해 280MW급의 Na계 전지를 적용해 최대 6시간의 전력의 공급이 가능하다는 등 성공적인 실적으로 평가받는다.

전력 예비력용 ESS도 주목할 만 하다. 예비력이란 전력공급 중단 및 단기간의 피크 수요대응을 위해 최대수요를 초과 보유하는 여유용량을 말한다. 이 시스템은 ESS 적용을 통해 발전기 예비율만큼 발전기를 추가 가동할 수 있다.

현재 산출된 보고에 따르면, 발전기의 적정 예비율 수준은 10~15% 수준이다. 이러한 예비력용 ESS에는 납축전지를 주로 사용하고 있다. 단, 리튬전지의 가격하락이 전망되면서 전지기업들의 전지수요의 변화가 있을 공산이 크다. 특히, 리튬전지의 장점으로 사용면적의 최소화, 원격조정의 가능 등이 대두되면서 리튬전지와 납축전지간의 수요차이가 벌어지고 있다.

송배전 디퍼럴용 ESS는 송배전망 노드에 설치된 ESS로 피크 수요에 대응할 수 있어 결과적으로 송배전 설비의 투자를 지연시키는 ESS를 설치하는 시스템이다. 현재 실증 초기 단계에 있다. 대표적인 사례로는 미국의 유틸리티 기업 AEP가 주도적으로 NGK의 Nas전지를 채용한 츄러버스코 ESS가 있다. 지난 2008년부터 운영중인 이 ESS는 2MW로 7시간 지속이 가능하며 송배전 피크 수요에 대응해 망 투자비용을 절감하는 피크 디멘드 셰이빙 역할까지 수행할 수 있다.

AEP는 이 발전소에 자체 개발한 EMS를 적용했으며, NGK는 전지만을 공급했다. F/R용 ESS도 마찬가지다. 이미 AEC가 프로젝트를 주도하고 A123의 리튬전지와 파커의 PCS를 채용해 뉴욕에 F/R용 ESS를 설치한 바 있다. 2010년부터 이들이 운영하고 있는 ESS는 8MW로 15분 동안 지속가능하다.

피크 디멘드 셰이빙용 ESS는 앞서 언급한 주택 및 상용빌딩, 그리고 공장 등과 같은 에너지 다소비 수용가에 피크수요가 발생할 시 ESS로 조절하는 시스템이다. ESS를 통해 시간대별 수요를 조절하며 요금을 절감할 수 있어 결과적으로 부하 평준하 및 T&D 과부하 방지 등 전력망 품질을 개선하는 효과를 나타낸다.

PV 연계 자가소비용 ESS는 태양광과 ESS를 결합해 전력생산과 소비의일체화를 실현시킨 개념이다. 현재 보조금에 의존한 시장을 형성한 단계이다. 이 ESS의 가장 큰 특징으로는 태양광 발전 전력 중 소비된 전력을 제외한 잉여 발전 전력을 전력망에 재판매할 수 있다는 점이다.

이를 통해 전기사용료을 절감하는 한편, 신재생에너지용 유틸리티 설비증설에 대한 부담완화에도 일조하고 있다. 국내에서는 스마트그리드를 비롯해 신재생에너지 산업 육성에도 열을 올리는 만큼 향후 앞으로 기대되는 ESS라 할 수 있다.

이렇듯 ESS는 ESS에는 수요자, 공급자, 그리고 관리자까지 다양한 이해관계자가 존재하고 있다. 때문에 앞으로 신기술로 무장한 ESS의 적용 필요성에 대해 이들 모두의 공감이 없다면 ESS의 본격적인 확산은 쉽지 않다. 전기 기술의 발달로 저렴하고 우수한 ESS가 등장하고 있지만, ESS 성장의 전제 조건은 전력 산업 환경 변화에 대한 이해관계자의 공감대 형성이 최우선 고려사항일 것이다.

SOLAR TODAY 황 주 상 기자 (st@infothe.com)

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