[커버스토리] 태양광+ESS, 완생 위한 날개짓 시작한다

응답하라! ESS, 안정적인 성장세 위한 ‘3’ 원칙

이들 중, 전 세계가 가장 관심을 집중하고 있는 다크호스는 ESS이다. 세계 ESS 시장규모는 올해로 14조3,000억원 규모로 급증할 전망이다. 특히, 세계 신재생에너지 확산, 글로벌 전력수요의 증가 등을 감안하면 2020년에는 양수발전을 포함해 30조8,000억원 대로 추산된다. 이러한 ESS는 에너지저장시스템이라는 점에서 태양광과 떼려야 뗄 수 없는 관계이다. 특히, 최근 미니 태양광 등 소규모 및 민간 발전 사업자들이 대두되면서 ESS의 대중화도 예정보다 앞당겨질 공산이 크다는 분석도 나오고 있다. 이에 솔라투데이 7월호에서는 ESS와 태양광 산업의 관계에 대한 각 관련 기업들의 사례 및 의견에 대해 알아보고, 이를 통해 ESS와 태양광을 보다 효과적으로 활용할 수 있는 방안에 대해 알아보고자 한다.

전 세계 ESS 시장이 심상치 않다. 신재생에너지와 연계된 시장 중심으로 ESS 시장이 급성장 할 것으로 예상되고 있다. 신재생에너지 조사기관 내비건트리서치의 보고서에 따르면, 태양광 및 풍력 연계 ESS 시장은 오는 2024년까지 전 세계 시장에서 30억달러 상당의 수요를 형성해 향후 10여년간 약 100배에 달하는 성장률을 보일 것으로 예상된다. 특히, 독일과 같은 대표적인 선진 시장에서는 신재생에너지 발전 비중이 이미 10%를 상회하고 있어 ESS 접목이 필수적인 상황이며, 저변 확대와 사업화에 박차를 가하고 있는 실정이다. 국내의 경우, 아직 신재생에너지발전 비율이 2%를 미치지 못하는 수준이지만 ESS 산업 활성화를 위해 ESS를 신재생에너지로 편입, 풍력+ESS의 REC 가점 우대 등 제도적 지원체계를 마련해 왔다.

에이치투의 한신 대표는 “향후 국내외 ESS 시장은 주파수 조정, 신재생에너지 연계, 분산전원 혹은 마이크로그리드 등 세 가지 응용분야를 축으로 성장 및 발전해 나갈 것”이라고 시장을 분석했다. 실제로 최근 산업통상자원부(이하 산업부)는 ‘에너지신산업 활성화 계획’을 통해 올해부터 2017년까지 총 4조7,000억원을 투자해 시장 창출을 지원하는 계획을 마련하기도 했다. 한 신 대표는 “올해부터 국내에서도 본격적으로 ESS에 대한 수요 시장이 열려 다양한 산업분야에 ESS 사업화의 기회가 열릴 것”이라고 기대했다.

F/R용 ESS 산업, 핫이슈로 급부상

현재 ESS 시장에서 가장 뜨거운 이슈는 바로 주파수 조정(이하 F/R)용 ESS 사업일 것이다. 한국전력(이하 한전)과 정부가 추진하고 있는 F/R용 ESS 사업은 변전소 잔여부지에 대규모 충전 및 방전기능을 갖춘 배터리와 PCS를 설치해 전력계통 주파수 안정과 설비운영의 효율화를 기하는 사업이다. 한전은 오는 2017년까지 F/R용 ESS를 단계별로 총 500MW에 달하는 ESS를 설치할 계획을 발표하며, 의욕을 보이고 있다. 이에 국내기업은 물론, 국외기업까지 입찰경쟁에 참여하며, 높은 관심을 보이고 있다. ABB코리아의 박종식 부사장은 디멘드 컨트롤 중심의 국내 전력시장에서 이러한 BESS 산업 발전이 진행돼야 한다고 전했다.

박 부사장은 “한전의 F/R용 사업은 750MW까지 계획됐다”며, “하지만 전국의 전력을 F/R용 사업으로 제어하기 위해선 이중 5% 가량은 BESS를 적용해야 한다”고 말했다. 약 92GW급의 전국 발전용량 중 약 5%를 BESS로 발전해야 각 발전소의 부담이 최소화할 수 있다는 것. 이에 각 기업은 이번 F/R 사업을 통해 발전용량 확장에 나설 것으로 예상된다.

산업부, 전력시장 진출 기회 마련

한편, 산업부는 지난 4월 22일 전력시장운영을 개정해 송전사업자 즉, 한전의 F/R용 사업 참여를 허용해 ESS 시장 확대를 위한 제도를 개선하겠다고 밝히며, 향후 ESS의 전력시장 진출을 예고하기도 했다. 이번 제도 개선은 시장성과 효과가 이미 입증된 전력시장 분야에 민간 참여 기회의 확대를 꾀함과 동시에 국내 ESS 관련 산업의 본격적인 성장에 기여하는 것을 목적으로 한다.

이에 정부는 창조경제 구현을 위한 에너지신산업 육성을 위해 핵심 기기인 ESS 보급 확대를 위한 지원정책 추진에 박차를 가하겠다는 방침이다. 이를 위해 정부는 지난해 7월 ESS를 핵심기술 개발 분야로 선정하고, 지난해 9월에 열린 에너지신산업 대토론회에서 제시된 정책방향을 기반으로 지난 4월 에너지신산업 활성화 및 핵심 기술개발 전략 이행 계획을 수립했다.

또한, 산업부는 지난해 12월 ESS를 발전설비로 인정해 ESS에 저장한 전력을 한전에 직접 판매할 수 있도록 제도적 근거를 마련한 것을 시작으로 지속적인 전력시장운영규칙 개정을 통해 ESS의 전력시장 참여 토대를 구축했다. 산업부 관계자는 “앞으로 한전 외의 발전사업자와 민간 ESS 사업자가 ESS를 활용해 전력시장에서 F/R뿐만 아니라 전력거래에도 참여할 수 있도록 지속적으로 관련 제도를 정비해 나갈 예정”이라고 전했다.

세계 에너지 시장은 ESS로 대동단결!

ESS 시장은 아직 개척단계이다. 이는 비단 국내시장에만 국한되는 것은 아니다. 전 세계 에너지시장의 보고라 할 수 있는 미국 및 유럽시장에서 조차 ESS 시장의 수준은 아직 발전단계라고 분석할 수 있다. 하지만 세계시장은 이러한 ESS 시장의 가능성을 높게 평가하며, 관련기술 및 산업에 투자를 아끼지 않고 있다. 특히, 태양광 산업 및 ESS 관련 원천기술을 보유하고 있는 기업들이 국내시장으로의 진출을 꾀하고 있는 추세이다. 이는 현재 국내 정부를 비롯한 각 관련 기관들이 ESS에 대해 높은 관심을 보이며, 지원을 아끼지 않고 있기 때문으로 추측할 수 있다.

ABB코리아는 전 세계적으로 ESS 산업이 각광받는 이유에 대해 국내외 전력산업이 나아가야 할 방향과 목적에 일치하는 최적의 에너지 솔루션이기 때문이라고 말했다. 특히, 최근 가장 핫이슈로 떠오르고 있는 한전의 F/R용 ESS 사업에 대해 높이 평가했다. 박 부사장은 “기존의 전력시장은 발전소 증설 중심의 서플라이 정책으로 진행됐으나 이러한 방식에는 많은 한계가 있었다”며, “이에 현재는 디멘드 컨트롤 중심의 제도로 변화를 꾀하게 되면서 ESS가 중심 역할을 담당하게 됐다”고 설명했다.

정부와 산업의 긴밀한 협력관계

국내 ESS 비즈니스 활성화를 위한 제도수립 및 대규모 사업에 정부가 의욕을 보이고 있다. 이에 따라 산업부문에서는 활발하게 사업이 전개되고 있지만, 민간사업에서는 특별한 움직임을 보이고 있지 않다. 하지만 이러한 기세가 이어진다면, 민간에서도 이러한 ESS 발전 제품을 볼 수 있을 것이란 의견도 적지 않다. 박종식 부사장은 “ESS 발전사업자 법안은 국외에서는 찾아볼 수 없는 사례”라며, “신재생에너지와 ESS 시장 구축은 미국 및 유럽이 먼저 시작했지만, 오히려 향후 성장속도는 국내시장이 더 빠를 것”이라고 예상했다.

정부는 최근 ESS 및 스마트그리드 부문을 국가 전체의 성장엔진으로 육성할 방침을 밝혀 관련 부문에 적극적인 투자지원을 아끼지 않고 있다. 또한, 한전은 관련 사업을 일정부분 일임해 스마트그리드에 필요한 신기술 및 솔루션을 개발하고 있다.

이튼코리아의 천석일 이사는 “정부·한전·업계가 이렇듯 삼위일체로 에너지신산업 성장에 몰두하는 것은 아시아에서 좀처럼 볼 수 없는 모습”이라며, “앞으로 이러한 협력관계가 큰 성장원동력으로 작용할 것”이라고 진단했다.

국내 전력시장이 가지는 독특한 구조 또한, 국외 기업들을 끌어들이는 또 다른 매력으로 작용하고 있다. 바로 한전 중심의 전력시장, 즉 전력기업의 일원화이다. 현재 국내시장은 전력기업의 일원화를 추구하고 있다. 실제로 한국전력만 감안해도 국내시장은 이미 세계 10대 전력지원국가 중 하나로 평가받고 있다.

미션 크리티컬 산업환경

이튼코리아의 최영욱 차장은 한국시장만이 가지고 있는 특징으로 절대 시스템이 다운돼서는 안되는 미션 크리티컬한 산업환경으로 꼽았다. 즉, 전기공급이 단 1초라도 끊기면 안되는 산업구조를 가지고 있다는 것이다. 이렇듯 첨단설비를 갖춘 공장들이 증가하면서 보다 안전하고 청결한 에너지의 필요성 또한 대두되기 시작했다. 그리고 이러한 국내 산업구조의 변화는 또 다른 갈증을 불러왔다. 같은 설비라 해도 보다 더 높은 기술력을 요구하는 시대가 도래한 것이다. 이에 이튼코리아는 본사가 주력하고 있는 비즈니스 솔루션을 국내시장에 도입해 당사의 사업영역을 보다 다각화하는 한편, 에너지 관련 신시장을 개척해 이튼그룹이 보유하고 있는 사업 영향력을 강화할 방침이다.

국외기업, 현지화 전략 통해 다각화 사업 발판 마련

현재 ABB, 이튼, 파카, 지멘스 등을 비롯한 글로벌 에너지 기업들이 국내시장으로의 진입을 꾀하고 있다. 이러한 상황에 대해 박종식 부사장은 “시장이 있기 때문”이라고 분석했다. ABB의 국내시장 공략 콘셉트는 한 마디로 로컬라이징이라 할 수 있다. BESS 원천기술을 보유한 ABB코리아가 국내시장에 적합한 디자인과 제품을 생산해 국내시장에 제공하는 것이다. 이에 ABB코리아는 이러한 기술력의 구현화를 위해선 프로젝트 매니저와 엔지니어 등 로컬 인재가 가장 필요하다고 판단, 제품생산과 더불어 인재배양에 주력하고 있는 중이다. 이는 이튼코리아도 마찬가지이다.

이튼코리아는 아시아 지역에서의 효과적인 사업전개를 위해 기존의 4개 조직으로 구분했던 아시아 시장을 6개로 개편했다. 현재 이튼코리아가 사업을 전개하고 있는 북아시아 시장은 한국·일본·필리핀·몽골리안·괌 등 5개국이다. 이중, 일본시장의 경우, 태양광과 풍력 등 신재생에너지발전만의 독립적인 사업은 활발하게 진행되고 있으나, ESS에 대해서는 적극적인 사업을 추진하는 모습을 보이지 않고 있다. 한편, 필리핀은 한국시장에 이어 ESS에 가장 많은 관심을 보이고 있다고 한다. 특히, 필리핀의 경우 1년 내내 햇빛이 쨍쨍 내리쬐는 기후 특성상 태양광 사업에 관심을 보일 수 밖에 없다. 또한, 괌은 현재 국내시장에서 시행하는 F/R용 ESS 사업을 진행할 계획을 가지고 있다는 사실이 알려지면서 앞으로의 귀추가 주목되는 시장으로 부상하고 있다.

이중 이튼코리아가 가장 관심을 두고 있는 시장은 단연 국내시장이다. 인터뷰 결과, 국내 ESS 시장에서 안정적인 사업정착을 위해 이튼을 비롯한 글로벌 기업들이 선택한 전략은 바로 로컬라이징, 즉 현지화라는 것을 알 수 있었다. 이튼은 글로벌 기업의 역할은 내수기업과의 조화를 이루는 것이라고 설명했다. 특히, 국내처럼 초기시장의 경우에는 단독적인 사업전개보다는 국내기업과의 파트너십을 통해 사업영역을 확장 및 확보하는 것이 전제조건이라는 것이다.

이튼코리아의 천석일 이사는 “국내외 ESS 기업들의 PCS와 PMS 시장의 협력을 최적화하는 것이 경쟁력을 높이는 일등공신”이라며, “이를 통해 축적한 경험과 리더십을 바탕으로 관련 배터리 기업과 공동 프로젝트를 진행하는 것이 현 시장에서의 모범답안일 것”이라고 설명했다.

국내 ESS 시장 시작도 전에 한계봉착?

SNE리서치 등 각 관련 조사기관에 따르면, 기존의 글로벌 ESS 시장의 모습은 유틸리티, 즉 전력회사용 ESS가 주를 이뤘다면 현재는 가정용으로 움직이고 있다고 한다. 이에 업계에서는 향후 2020년까지 ESS 기술 및 제품도 가정·건물용을 중심으로 연구·개발될 것으로 보고 있다. 이러한 상황에서 가정용 ESS가 실효성을 얻기 위해서는 태양광발전과의 연계는 반드시 완료돼야 하는 전제조건이라 할 수 있다. 현재 코캄을 비롯한 전 세계 태양광·ESS 기업들 또한, 이러한 시장의 추세에 초점을 맞춰 사업을 전개, 혹은 계획하고 있다. 하지만 전 세계시장의 트렌드와 반대로 국내시장에서는 가정용 ESS 사업이 활발하게 진행되지 않을 것이라는 의견 또한 만만치 않다. 국내시장의 전력 구조상 투자비용을 회수하기 어렵다는 것이다.

인터뷰 진행결과, 국내 ESS 시장이 활발한 움직임에 비해 벌써부터 기술 및 시장의 한계가 다가왔다는 지적이 다수 존재한다는 것을 알 수 있었다. 특히, PCS와 배터리와 관계된 문제는 심각하다는 지적이다. PCS의 경우, 효율 극대화와 경량화 및 최소화를 통해 비용절감을 실현하는 방향으로 개발이 이뤄지고 있다. 특히, 야외용 PCS를 사용하는 산업시장에서는 설치면적과 유지보수 때문에 장비의 최소화에 대한 필요성이 더욱 대두되고 있다.

하지만 이를 실현하기 위해선 기존의 Two Level 방식으로는 불가능하다는 것이 업계의 분석이다. 실제로 현재 Two Level 방식은 점점 도태되고 있는 실정이다. 이러한 시장상황에서 등장한 Three Level 방식의 PCS는 현재 가장 높은 주목을 받고 있는 기술이다.

빈코텍코리아의 이승열 팀장은 “이러한 Three level 방식의 PCS는 지난 2014년부터 전 세계적으로 인정받았다”며, “현재 빈코텍은 이러한 시장 트렌드를 예견하고, 5~250kW의 Three level IGBT 파워 모듈 제품군을 구축했으며, 1,100~1,500V의 F/R 사업용 배터리 입력 전압에 대한 2,400V급의 Three level Module 생산준비 태세도 갖췄다”고 전했다. 이외에도, 플로 배터리, 연축전지, Nas 등 다양한 관련 배터리가 있음에도 불구하고, 국내에서는 오직 리튬이온전지만을 고수한다는 문제점이 지적됐다.

소형화·외장형, PCS의 미래 키워드

ABB코리아의 박종식 부사장은 “PCS 시장은 소형화 트렌드가 강하게 작용할 것으로 보인다”며, “산업체의 경우에는 이러한 소형화가 일반화되면서 BESS 또한 시장적용이 활발하게 이뤄질 것”이라고 분석했다.

하지만 박 부사장은 향후 시장에서는 기존의 BESS 기능은 제품의 하락을 불러올 가능성 또한 있다고 지적했다. 대형 제품과는 달리 소형 PCS는 설치 면적의 최소화와 기능의 심플함에 중점을 두고 제작됐지만, 소형화와 단순한 기능만으로는 차별성을 확보할 수 없다는 것이다. 박 부사장은 “스마트폰의 경우, 소형화를 꾀하는 동시에 제품 안에 수많은 기능이 들어가 있다”며, “PCS 또한, 기존 제품의 기능과 함께 더 유용한 서비스를 제공해야 타사 제품과 차별성을 보일 수 있을 것”이라며 향후 PCS의 소형화가 나아가야 할 방향을 시사했다. 또한, 아웃도어형 PCS가 향후 높은 주목을 받을 것이라는 의견도 적지 않았다. 이러한 외장형 PCS는 별도의 제반시설 없이도 바로 변압기와 직결 가능하다는 특징이 있다.

이튼코리아의 박평원 대표는 “과거의 ESS는 관련 건물을 짓거나 별도의 컨테이너 시설을 설치해야 한다는 인식이 있어 설치비용 등 고려해야 할 부분이 많았다”며, “하지만 오늘날의 ESS는 인버터와 배터리 팩 등 간단한 시스템만 있으면 문제없다”고 전했다. 박 대표의 설명처럼 현재 산업은 부문에 상관없이 편의성과 소형화를 최우선 가치로 내세우는 경향이 강하다. 이로 볼 때, 향후에는 PCS 시장 또한 독립형 시스템이 각광받을 가능성이 높다. 실제로 이튼의 PCS는 최대 2,250kW급 대용량 PCS를 소형화하는 데 성공했다. 박 대표는 “파워 인버터에서 가장 중요한 점은 바로 신뢰성과 레퍼런스이며, 이들은 결코 단기간에 확보되지 않는다”며, “이튼은 기술력과 제품만을 바라보는 일직선 전략으로 시장내 신뢰성을 확보하고 있다”고 전했다.

이튼의 PCS가 가진 또 하나의 특징은 별도의 컨테이너 내장형이 아니라 아웃도어형의 구조를 띠고 있다는 점이다. 즉, ESS 인버터만으로도 실외환경에 독립적으로 설치 및 운용이 가능하다는 것이다. 또한, 대용량임에도 98%라는 높은 효율성을 가지고 있다는 점도 주목할 만하다. 이러한 고효율성이 가능한 것은 PCS 내부에 설치돼 있는 선진적인 냉각시스템 덕분이다. 특히, 인버터 내부에서 발생하는 열을 식힐 수 있는 우수한 냉각시스템을 통해 이러한 고효율성을 일정한 기준으로 지속하는 장비의 특징은 업계 내에서 높은 신뢰도를 형성하고 있다.

ESS=리튬이온? 배터리 다양화 필요성 대두

ESS가 국내로 처음 들어와 초기시장을 형성했을 때 산업부와 에너지관리공단, 그리고 스마트그리드 사업단을 중심으로 한 에너지 기관 및 단체들이 선택한 배터리는 리튬이온배터리였다. 초기시장부터 리튬이온전지를 사용해 왔기 때문에 ESS 관련 배터리=리튬이온전지라는 고정관념이 생겼다. 이에 현재 국내시장에서는 소수의 대기업을 위시한 리튬이온전지의 독무대가 이어지고 있다. 하지만 정작 미국 및 전 세계 시장에서는 이러한 리튬이온전지의 독주는 보이지 않고 있다. 인터뷰를 진행한 각 기업들은 한결같이 국내 ESS시장에서 관련 배터리 부문의 다양화가 실현되기 위해선 관련 사업에서 세그먼트, 즉 분류화가 이뤄져야 한다고 주장했다.

국내 ESS 배터리 시장은 국외와는 달리 리튬이온전지가 거의 대부분을 차지하고 있다고 해도 과언이 아니다. 최근 추진하고 있는 한전의 F/R용 ESS 사업에도 리튬이온전지를 중심으로 한 배터리 공급이 이뤄지고 있다고 한다. ESS 관련 배터리는 연축전지를 포함해 Nas, 플로 배터리 등 다양한 종류가 있으며, 부문에 따라 각각의 특장점이 있기 마련이다. 하지만 국내시장처럼 이렇게 한 종류의 배터리에만 투자하는 제한적인 사업방식은 자칫 시장의 축소를 불러올 수도 있다.

국내 에너지 시장은 한전과 정부를 중심으로 돌아가고 있다고 해도 과언이 아니다. 실제로 현재 진행 중이거나 계획 하에 있는 대규모 ESS 사업들은 한전과 산업부, 에관공 그리고 전기연구원 등의 기관들이 주도하고 있다. 이에 대해 배터리 관련 기업들은 각 부문이 보유한 활용성과 저력을 분석해 이를 활용할 시장을 제시해야 한다고 전했다. 대등한 시장 형성해야 각 배터리 부문이 일정 부문에 치우치지 않고 고루 평준화된 경쟁력을 갖출 수 있다는 것이다.

하지만 업계에서는 이렇듯 리튬계열 이외의 ESS 배터리에 대해선 필요하다고 답했지만 정작 향후 국내시장에서의 배터리 다양화가 실현될 것이냐는 물음에는 회의적인 반응을 보였다. 국내 ESS 시장 초기부터 1세대 기업들, 즉 대기업들이 ‘ESS=리튬이온배터리’라는 공식을 정립시켰기 때문에 향후 다른 배터리들의 진출기회가 묘연하다는 것이다. 세방전지의 조태상 과장은 “지금과 같이 대기업을 위시한 리튬계열 전지의 강세가 이어진다면, 앞으로도 배터리 시장에서 다크호스 기업의 등장은 힘들지 않을까 생각된다”고 전했다. 이에 대해 업계에서는 시장의 형성에 정부뿐만 아니라 제조기업의 주도적인 역할이 필요하다고 목소리를 높였다. 실제로 본래 자동차용으로 제조됐던 리튬 배터리를 ESS용으로 정립시키는 데에는 당시 1세대 ESS 기업들의 역할이 컸다. 이는 실제 시장에서 비즈니스 모델을 창출하는 것은 제조기업들이라는 방증이다.

물론, 정부의 역할도 무시할 순 없다. 실제로 국내 ESS 시장의 문제점을 타파하기 위해선 정부의 제도 개혁이 필수라고 기대하고 있는 목소리가 적지 않다. 일례로, 미국시장에서는 이러한 부문별 배터리 활용성을 의무화하고 있으며, 이는 미국시장이 갖춘 배터리 산업의 다양화와 밀접한 관계를 맺고 있다

연축전지, 수출중심 사업 선도

이처럼 리튬이온전지 일색인 국내시장에서 연축전지의 활발한 수출활동이 있을 것으로 예상돼 앞으로의 귀추가 주목된다. 세방전지는 최근 연축전지를 중심으로 한 ESS 사업에 나서겠다고 밝혔다. 그렇다면, 세방전지가 리튬이 아닌 연축전지를 무기로 사업진출에 나선 이유는 무엇일까?

바로 안전성과 낮은 비용이다. 니켈수소전지의 경우, 기본적으로 1.2V의 전압을 가진다. 3.7V의 리튬이온전지에 비해 다소 낮은 전압이라 할 수 있다. 실제로 리튬이온전지 하나면 되는 효율성을 니켈수소전지는 세 개로 충족시켜야 한다.

당연히 설치면적에 따른 부피가 커지게 된다. 셀에 따른 단가도 높아진다. 이에 반해, 연축전지는 니켈수소와 리튬이온전지의 중간인 2V의 전압을 가지고 있으며, 이마저도 세방전지의 기술력에 의해 단셀로 6kWh로 추출할 수 있게 하는 등 부족한 전력을 보완할 수 있게 했다. 또한, 심플한 시스템 구성을 통해 사업자가 관리하기 쉽게 했다. 이러한 연축전지는 높은 안전성과 비용대비 효율성을 바탕으로 유럽과 미국을 중심으로 커다란 글로벌 시장을 형성하고 있다. 현재 에너지 솔루션 시장에서 발전소 운영시 가장 중점적으로 고려하고 있는 부분은 바로 안전성이다. 때문에 태양광을 비롯한 각 발전사업자들은 장비 운영시 모니터링 시스템에 대해 각별한 신경을 쓰고 있다.

마이크로 컨버터와 같이 유지 보수에 특화된 신 모니터링 솔루션이 각광받고 있는 이유가 이 때문일 것이다. ESS 또한 마찬가지이다. 특히, 배터리 부문은 자칫 폭발의 위험성이 있으므로 사용시 더욱 각별한 주의가 필요하다. 현재 미국 및 유럽 ESS 시장에서 연축전지가 폭넓은 신뢰성을 형성하고 있는 것은 이러한 안전성 때문일 것이다.

VRFB, 배터리 부문 다크호스로 급부상

바나듐 레독스 플로 배터리(VRFB) 또한 주목된다. VRFB는 많은 용량의 에너지를 저장하고 긴 시간 동안의 방전이 필요한 용도에 매우 적합한 대표적인 장주기 ESS 배터리이다. VRFB의 특징은 크게 4가지로 나눌 수 있다.

VRFB의 가장 대표적 장점으로는 장수명을 들 수 있다. 이는 산화/환원 반응의 가역성을 통해 충방전이 수명과 성능에 주는 영향이 미미했기 때문이다. VRFB의 수명은 20년 이상으로 2차전지중 가장 길다. 또한, 출력/에너지 용량을 독립적으로 설계할 수 있어 장주기 ESS 구축시 초기 투자비용이 적다. 이밖에도 안정적인 화학적 밸런스를 유지할 수 있어 폭발의 위험성이 없으며, 재활용이 가능하다는 장점들이 있다. 현재 국내시장에서 VRFB로 가장 유명한 곳은 바로 에이치투라 할 수 있다. 에이치투의 주력 제품은 EnerFLOW320과 EnerFLOW525 두 가지이다. 에이치투의 한신 대표는 “5kW/20kWh급 제품으로 사용되는 EnerFLOW320은 스택 및 전해질, BMS, PCS를 하나로 통합 설계했으며 설치가 쉽고 여러 대를 연결해 출력 및 에너지 용량을 증가시킬 수 있다”며, “이 제품은 오프 그리드 통신타워에의 적용, 신재생에너지와의 결합 또는 디젤 하이브리드 시스템을 구축하기에 용이하다”고 설명했다.

한편, EnerFLOW525는 본격적인 MWh 단위를 구축하기 위한 대용량 모듈로 컨테이너 타입으로 설계돼 있다. 에이치투의 독자 기술로 개발된 BMS는 시스템의 성능을 항상 최적으로 유지하며, 함께 제공되는 HMI 및 소프트웨어인 EnerVIEW를 통해 원격으로 모니터링 및 제어가 가능하다.

국내 ESS 시장 아직 갈 길 멀다

입찰 중심의 사업 참여 방식

국내 사업은 최저가 입찰방식 중심으로 진행되기 때문에 기술보다는 제품의 가격에 초점을 맞추고 있다. 이는 F/R용 ESS 사업도 예외는 아니다. 가격 경쟁에 있어서도 고정자금을 많이 확보하고 있는 대기업이 다수 참여하다보니 실제 기술력을 보유한 기업들이 불리한 상황에 놓이게 된다. 이러한 시장환경은 결국 기술력을 가진 중소기업들을 대기업의 하청업체로 전락시키거나, 국외 사업에만 집중할 수 밖에 없게 만든다.

국내 시장에서 ESS 사업의 인지도에 비해 실제 사업을 진행하는 기업은 그리 많지 않은 것도 이러한 국내 시장 환경 때문일 것이다. 하지만 국내 에너지시장에서 태양광 같은 신재생에너지와 ESS의 융합을 논하는 것은 아직은 시기상조라는 의견도 다수 존재한다.

이러한 대체 에너지들은 전력망이 불안정했을 때 필요로 하는 것인데 국내 전력시장은 전 세계적으로 안정화된 시스템으로 정평이 나있다. 즉, 시스템의 수요가 별로 없다는 것이다. 호주 남부 지방의 경우 전체 발전량의 20%가 풍력이며, 독일은 30% 이상의 발전량을 신재생에너지가 차지하고 있다. 이들의 출력변동에 대한 불안감이 바로 태양광+ESS 시장의 활성화를 불러온 것이다. 하지만 이는 국내 전력시장에는 맞지 않다. 이러한 국내 시장의 특성으로 적합할 수 있도록 탄생한 것이 바로 에너지 자립섬 사업이다. 에너지 공급이 원활하지 않은 도서지역에 자체적인 에너지발전 시스템을 구축하는 한편, 디젤발전량을 최소화하는 것, 현재 국내에서 가장 적합한 ESS 적용 사례로 평가된다.

독점시장 만드는 배터리 선입견

이번 인터뷰를 진행한 결과, 배터리에 대한 선입견을 타파할 필요성이 있다는 의견이 다수 존재한다는 사실을 알 수 있었다. 국내 ESS 시장에서 관련 배터리 부문의 다양화가 실현되기 위해선 관련 사업에서 세그먼트, 즉 분류화가 이뤄져야 한다. 국내 ESS 시장은 국외와는 달리 리튬이온전지가 거의 대부분을 차지하고 있다고 해도 과언이 아니다. 최근 추진하고 있는 한전의 F/R용 ESS 사업에도 리튬이온전지를 중심으로 한 배터리 공급이 이뤄지고 있다고 한다.

ESS 관련 배터리는 연축전지를 포함해 Nas, 플로 배터리 등 다양한 종류가 있으며, 부문에 따라 각각의 특장점이 있기 마련이다. 하지만 국내시장처럼 이렇게 한 종류의 배터리에만 투자하는 제한적인 사업방식은 자칫 시장의 축소를 불러 올 수도 있다.

인터뷰를 진행한 결과, 각 관련 기업들 사이에서는 배터리 부문의 사업 평준화에 대한 목소리가 높았다. 국내 에너지 시장은 한전과 정부를 중심으로 돌아가고 있다고 해도 과언이 아니다. 실제로 현재 진행 중이거나 계획 중인 대규모 ESS 사업들은 한전과 산업부, 에관공, 그리고 전기연구원 등의 기관들이 주도하고 있다. 이에 대해 배터리 관련 기업들은 각 배터리 부문이 보유한 활용성과 저력을 분석해 이를 활용할 사업 시장을 제시해야 한다고 전했다. 이렇듯 대등한 시장을 형성해야 각 배터리 부문이 일정 부문에 치우치지 않고 고루 평준화된 경쟁력을 갖출 수 있다는 것이다.

업계에 따르면, 미국시장에서는 이러한 부문별 배터리 활용성이 의무화됐다고 한다. 세방전지의 조태상 과장은 “부문을 막론하고 시장이 추구하는 논리는 단 하나, 경쟁력”이라며, “제품의 경쟁력은 한순간에 만들어지는 것이 아니며, 시장 환경에 따라 변화될 수도 있다”고 전했다. 이른바 시장의 환경 및 활용성에 따라 사용되는 배터리 또한 유동적으로 변화할 수 있다는 것이다. 예를 들면, 동남아시아 시장의 경우에는 단순히 높은 효율성 보다는 비용적인 측면을 더욱 강조하는 경우가 많다. 그들이 제시한 비용 조건을 만족하기 위해선 현재로선 연축전지가 가장 적합한 대안으로 보인다.

하지만 이에 대한 반론도 있다. 바로 친환경성이다. 현재 관련 시장에서는 연축전지가 환경에 유해하다는 인식이 널리 퍼져있다. 때문에 연축전지가 확고한 경쟁력을 가지기 위해선 이러한 친환경적인 요소를 갖춰야 한다는 것이 업계의 분석이다. 실제로 세방전지의 연축전지는 친환경 제품 인증을 받으며 업계 내 만연해 있는 편견을 불식시키고 있다. 세방전지는 이러한 편견의 뒤편에는 각 국가별 시장의 대처방안이 있다고 이야기한다. 일부 알려진 사실과는 달리 연축전지 안에 들어가 있는 납은 재활용이 가능하다. 하지만 동남아 시장을 비롯한 일부 지역에서는 이를 활용하지 않고 그대로 폐기하며, 환경문제를 자초하는 경우가 많다. 이에 반해 국내에는 폐기물 수거를 주업으로 하는 업체들이 다수 존재한다. 당연히 이를 자원으로 활용할 수 있는 기회 또한 무궁무진하다.

기술력 있는 중소기업을 육성하기 위한 의무화 법안이 필요하다

유통구조의 개혁 통해 참여기회 평준화

‘국내 ESS는 일부 대기업을 중심으로 돌아가고 있다고 해도 과언이 아니다’

오늘날 국내 ESS 산업을 한 마디로 정의한다면 이 한 문장으로 정의할 수 있을 것이다. ESS 시장활동은 이전보다 더욱 활발해진 것은 사실이다. 하지만 업계에서는 정작 중요한 관련 사업 수행에 대해서는 회의적인 반응을 보이고 있다.

미국의 시장유통구조는 배터리 및 PCS 등 각 부문의 기업들이 독립적인 시장을 형성할 수 있도록 구축돼 있다. 이는 대다수의 전문기업들이 각자 새로운 시장을 개척할 수 있도록 유도하는 역할을 수행한다.

이에 반해, 국내 ESS 시장은 소수의 대기업을 중심으로 돼 있어 자칫 독점으로 이어질 위험성을 안고 있다. 실제로 국내에서 ESS는 아직 초기단계임에도 불구하고, 대기업 위주의 시장을 구축하고 있는 중이다. 이 때문에 제조기업은 소수인데 정작 유통기업은 다수가 되는 이상현상이 발생한다.

또한, 이러한 유통구조는 시장의 적용 또한 일정 산업 부문에 집중하는 결과를 낳게 돼 관련 기술의 보급화에도 큰 지장을 초래한다. 미국의 경우, 파워일렉트릭스를 포함해 다양한 기업들이 나름대로의 경쟁력을 확보하고 있다. 배터리에 대해서도 리튬이온전지를 비롯해 플로 배터리 및 납축전지 등 세분화돼 있다. 코캄의 홍인관 이사는 “미국시장은 유망기술을 적용할 수 있는 폭넓은 사업 선택영역을 확보하고 있으며, 이것이 그들이 전 세계 에너지 시장의 중심에 있는 이유”라고 전했다. 이에 반해, 국내시장은 단순히 프로젝트 참여에만 목표로 사업을 추진하는 경우가 대다수이다.

이는 결국 시스템의 저가화를 가져온다. 이와 비교해, 미국시장의 ESS 비즈니스 모델은 노 머니, 즉 초기 투자금이 들지 않는 사업으로 일컬어진다. 프로젝트 매니저가 투자금을 금융을 통해 획득해 이 투자금으로 해당 업체들의 제품을 구입한다. 단, 여기서 제품 외에도 또 하나 받아야 할 것이 있다. 바로 품질 보증서이다. 이 품질 보증서는 해당업체들이 프로젝트 매니저의 투자를 유도하는 일종의 제안서와 같은 역할을 수행한다. 이러한 품질 보증서를 통해 프로젝트 매니저는 해당 업체에 투자를 하게 되는 것이다. 즉, 초기 투자금은 금융에서 받지만 ESS로 얻은 전기세를 통해 수익을 얻는 것이다.

이러한 사업모델이 확립되기 위해선 시장에서 해야 할 일이 있다. 먼저, 병원 및 호텔 등 각 기관 및 단체의 전기 사용방식을 검사해 설치 타당성을 판단해야 한다. 초기 투자비용 대비 자금회수 비용을 분석하는 것이다. 그 다음에는 태양광과 배터리를 활용한 ESS 운영방안에 대해 고심한다. 특히, 이 과정에서는 경제성 원칙에 따른 배터리 종류 및 기업, 그리고 비용에 대해 중점적으로 판단한다. ESS 배터리=리튬이온전지라고 인식하는 국내시장과는 상당히 다른 모습을 보인다.

이처럼 미국시장은 시장 형성에 중심을 두는 반면, 국내시장은 단순히 ESS 설치 수를 강조하는 모습을 보인다. 현재 ESS 시장의 안정적인 자리매김이 중요하다는 사실을 감안할 때 전자의 사업진행 방식이 더 합리적으로 보인다.

코캄이 미국의 에너지 기업 선벌지에 투자한 것도 이러한 미국의 비즈니스 모델이 주 요인이다. 코캄은 선벌지와 협력해 태양광 패널과 ESS를 연계하는 발전시스템을 일반 가정에 설치하는 사업을 추진하고 있다. 이러한 ESS는 현재 오세아니아, 캘리포니아를 중심으로 한 미국시장에서 판매되고 있다. 이러한 가정용 ESS는 융합형 시스템을 구축한다. 즉, 수백 가구에 가정용 ESS를 설치해 이를 동시에 운전해 하나의 가상발전을 형성하는 것이다.

홍 이사는 “수백 가구에 설치된 ESS는 향후 전력회사가 전력을 필요로 할 때 동시에 발전된다”며, “이는 대규모 발전소 하나를 운영 및 설치하는 것보다 훨씬 유동적이고 경제적인 비즈니스 모델로 평가된다”고 설명했다. 이처럼 미국의 ESS 기술 또한 단일 개체의 제품보다는 복수의 솔루션이 융합을 통해 새로운 기술력으로 탄생되는 등 최근의 융합 산업의 바람을 타고 있다.

인센티브 제도의 정착

미국의 태양에너지 시장은 지난 2014년에 발표된 소비자용 ESS 지원프로그램인 SGIP(자가발전 인센티브 제도)를 기점으로 성장세를 더욱 가속화하고 있다. SGIP는 정부가 ESS와 태양광 기업들에게 20~30%의 인센티브를 제공하는 제도이다. 단, 여기서 중요한 점은 태양광과 함께 설치한 ESS 기업만을 대상으로 한다는 점이다. 이는 ESS와 태양광의 동반성장을 꾀하기 위한 미국 정부만의 고도의 전략일 것이다. 실제로 이러한 지원제도에 힘입어 캘리포니아 주거지역 태양광 설치사례는 지난 2년 간 2배 이상 증가했으며, 태양광 연계 ESS 또한 폭발적인 잠재력을 지닌 사업으로 각광받고 있다. 뿐만 아니다. 주거단지의 차이도 이러한 성장세에 영향을 미친다. 미국시장의 경우, 단독주택 개념의 건물들이 많이 설립돼 있다. 하지만 국내에서는 아파트 및 빌라 등 공동주택이 대부분을 차지한다.

이러한 주거단지의 차이는 태양광과 ESS 설치에 많은 영향을 미친다. 물론, 전자의 경우가 단연 ESS 설치에 용이한 구조를 가진다. 한편, 두 시장이 가지는 전력구조의 차이도 시장의 간극을 좀처럼 좁힐 수 없게 하는 원흉으로 작용한다. 일례로, 지난 2011년 에너지기술평가원에서 대구의 100가구를 대상으로 실증 단지를 설치한 바 있다. 하지만 엄청난 비용을 들여 투자를 했음에도 불구하고, 사업화 및 경제성이 만족스럽지 않아 한동안 국내에서 정부를 주도로 한 관련 사업이 정체되는 시기를 맞기도 했다.

물론 반론도 존재한다. 당시에는 ESS를 비롯한 에너지 솔루션 사업에 대한 콘셉트가 정립되지 않았지만 지금은 관련 사업의 수익성 및 경제성을 예측할 수 있는 역량을 갖췄다는 것이다. 하지만 현재 국내시장이 가지고 있는 이러한 한계점을 인식하고, 이를 타개할 수 있는 솔루션이 필요한 것도 분명한 사실이다. 현재 관련 전문가들 사이에서 가장 많이 나오는 주장은 차등 전기 요금제를 부여해야 한다는 것이다. 차등 전기요금제란, 말 그대로 ESS에 저장한 에너지를 그리드로 송출했을 때 구입과 판매시의 비용을 차등적으로 적용한다는 것이다. 에너지를 저장할 때의 비용과 판매할 때의 비용이 똑같이 저렴하다면, 실제적인 수익성이 나오지 않는다는 것이 그들의 주장이다. 하지만 이러한 차등요금제를 항상 적용할 수는 없는 노릇이다.

이에 대해 코캄의 홍인관 이사는 “만일 차등 요금제를 적용한다면, 구입시 비용은 동일하게 책정해야 한다”며, “단, 에너지를 저장해 방전을 통해 그리드로 전력을 송출하는 피크시간 시에는 경제성 있는 비용기준을 정립해야 한다”고 설명했다. 하지만 이러한 차등 전기요금제가 성공적으로 시행되기 위해서는 법규개정 등을 비롯한 수많은 문제들을 극복해야 한다. 한국과 미국 에너지 시장의 차이는 시장 형성과정에서 나타난다. 미국시장의 경우에는 가장 먼저 시장을 형성한 이후에 사업자들의 진출을 유도해 수익성을 창출할 수 있게 한다. 이에 반해, 국내시장은 특유의 전력구조상 시장형성이 어려워 가격하락이라는 방식을 채택했다. 하지만 이는 단기적으로는 수익을 볼 수 있을지는 몰라도 장기적인 안목으로 보면, 시장 안정화에 차질을 빚을 수 있다.

에너지 자립섬 사업의 경우도 마찬가지이다. 현재 각 도서지역에 설치되는 태양광 및 풍력발전 비용은 민간 투자금으로 대체하고 있다. 문제는 향후 수년 내 이러한 투자금을 회수할 정도의 수익성을 낼 수 있을 것이란 전망이 불투명하다는 점이다.

그렇다면, SGIP처럼 인센티브 제도를 도입할 수 있는 방법은 없을까? 안타깝지만 현재 국내 관련 프로젝트 방식으로는 힘들다는 분석이다. 바로 예산 분배 방식 때문이다. 미국 캘리포니아주에 책정된 예산은 약 250억달러로 관련 기업들은 애플리케이션을 개발하면, 언제든지 인센티브 프로그램을 신청할 수 있다. 하지만 국내 입찰시장은 일정 기간을 두고 각 기업들의 경쟁을 통해 사업 참여기회를 주는 방식을 차용하고 있다. 또한, 예산을 특정 프로젝트에 할당하는 방식으로 진행하기 때문에 폭넓은 산업지원에는 무리가 있다. 결국, 프로젝트 수에만 집중한 국내 정부의 방식이 현재 프로젝트 참여만을 목적으로 한 경쟁을 만든 것이다.

경쟁력 있는 중소기업 육성 위한 보호장치 절실

인터뷰를 진행한 결과, 각 기업들은 저마다 이구동성으로 중소기업 육성을 위한 보호장치가 절실하다고 목소리를 높였다. 예를 들면, 국가 과제가 있으면 이중 일부를 중소기업이 할당할 수 있도록 하는 것이다. 이는 다소 강제성을 띤 방식이기는 하지만 현재로선 시스템 저가화로 가고 있는 국내 입찰경쟁에서 중소기업들이 사업에 참여할 수 있는 방식 중 하나로 보인다. 단, 이러한 방식에도 허점은 존재한다. 대기업이 허수아비 중소기업을 내세워 입찰경쟁에 나설 수도 있기 때문이다. 때문에 각 기업에 대한 정부의 세밀한 검토가 필요할 것이다.

이처럼 국내 ESS 시장은 내외적으로 많은 관심을 보이며, 향후 성장 가능성이 긍정적으로 점쳐진다. 하지만 이와 동시에 국내시장의 허점 또한 다수 지적되면서 아직 개선해야 할 여지도 많다는 것을 알 수 있었다. 특히, 소수의 독점기업이 형성한 초기시장의 편견을 해결하지 않으면, 향후에는 이것이 국내 ESS의 성장을 가로막을 수도 있을 것이다. 앞으로 실력있는 기업들의 많은 참여를 통해 국내 ESS와 태양광시장의 발전에 이바지할 수 있기를 바라본다.

SOLAR TODAY 황 주 상 기자 (st@infothe.com)

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