세계 전력시장의 무게중심은 기존 공급위주에서 효율위주로 이동 중이고 최근 세계적으로 불어 닥친 스마트그리드 열풍과 신재생에너지사업 활성화 등으로 인해 ESS(Energy Storage System, 에너지저장시스템)에 대한 관심도 급부상했다.

ESS는 발전설비에서 생산된 전력을 전력계통에 저장한 뒤 필요할 때 전력을 공급하는 에너지효율시스템으로 부하를 평준화시켜 기존의 전력설비를 효율적으로 활용하는 동시에 추가 전력설비 투자를 절감시킬 수 있는 기술이다. 특히 냉·난방기기 사용이 집중되는 여름·겨울철 예비력을 높여주고 갑작스런 정전사고에도 즉각 대응할 수 있다.

현재 세계 ESS시장은 태동기다. 그러나 신재생에너지 확산 등의 영향으로 이 시장은 급속히 성장할 것으로 분석됐다. 이미 미국과 일본 등 선진국 중심으로 2조 원(2010년 기준) 규모의 초기시장이 형성된 상태.

미국 PIKE리서치가 발표한 자료에 따르면 세계 ESS시장은 오는 2020년 47조4000억 원 규모로 지금의 24배에 달하는 폭발적인 성장을 할 것으로 예측됐다.또 2030년에는 120조 원 규모의 시장이 형성될 것으로 전망됐다.

세계 ESS시장 선점을 위해 우리 정부가 풀어야 할 과제와 구체적인 전략에 대해 살펴본다.


SG 열풍과 신재생E 보급 확대 등
선진국 중심 세계 시장 ‘급팽창’

ESS는 생산된 전력을 전력계통에 저장한 뒤 필요한 시기에 공급하는 에너지절약시스템. 이 기술의 핵심은 야간(경부하시)에 생산된 유휴전력을 전력계통에 저장한 뒤 주간(과부하시)에 사용함으로써 부하를 평준화시키는 역할을 한다. 그 동안 야간에 물을 양수한 뒤 주간에 낙차를 이용, 수차를 돌리는 발전설비인 양수발전이 우회적으로나마 이 역할을 해왔다.

특히 양수발전은 원전 등 대용량발전설비의 갑작스런 사고나 가동중지에 대비한 발전설비 역할을 했고 따라서 ESS도 갑작스런 대용량 발전설비 가동중지에 즉각 대응할 수 있다. 이뿐만 아니라 대규모 정전사고에 대한 즉각적인 대응도 가능해 사고에 따른 피해를 최소화할 수 있다.

ESS는 신재생에너지 확대에 필수기술로도 손꼽힌다. 태양광발전설비와 풍력발전설비 등 신재생에너지발전설비는 기상 등 외부환경에 따른 출력변동성이 심한 전원으로 고품질 전력으로의 전환과 전력계통 연계가 가능하기 때문이다.

신재생에너지사업 중 ESS는 불규칙적으로 생산된 전력을 일시적으로 저장한 뒤 시간대별로 일정하게 전력계통에 전력을 공급하는 역할을 한다.

특히 ESS는 최근 급부상한 스마트그리드 구축에 반드시 필요한 핵심기술이다. 이 시스템은 가정이나 회사에서 충전된 전력을 과부하시 사용하거나 전력회사에 판매하는 등 공급자와 소비자간 정보를 교환, 에너지효율을 최적화할 수 있다.

이처럼 ESS의 중요성이 강조되면서 덩달아 세계 ESS시장도 급팽창할 것으로 전망됐다. 지난 2010년 기준 2조 원에서 오는 2020년 24배가량 폭발적으로 성장한 47조4000억 원 규모, 2030년 120조 원 규모의 시장이 형성될 것으로 미국 PIKE리서치는 예측했다. 저장용량도 2011년 기준 1206MW 수준에서 2020년 16배가량 성장한 2만105MW로 확대될 것으로 관측됐다.

현재 세계 ESS기술개발은 미국과 일본 등 선진국 위주로 추진되고 있다. 이들 국가는 일부 기술을 상용화시켜 사업화단계에 진입시키는데 성공했다. 일본은 신재생에너지설비용과 가정용 등 다양한 분야에서 ESS 기술개발을 추진하고 있고, 나트륨-황전지와 리튬이온전지 등에서 앞선 기술을 보유하고 있다. 미국은 공공기관과 대형 전력회사 중심으로 기술개발을 적극 추진하고 있다. 특히 캘리포니아 주는 전력회사의 ESS 설치를 의무화하는 법안을 지난 2010년 9월 통과시킨 바 있다.

ESS 연구개발과 사업화는 가속화되고, 전력계통용 대규모 저장기술과 가정용 ESS 개발에 대한 수요가 보다 확대될 것으로 관측됐다. 특히 발전소와 변전소 등 전력공급 안정화를 위한 중대형 저장수요 증대와 대용량화되는 방향으로 기술개발이 진행될 것으로 전망됐다.

중장기적으로 실시간 전력거래가 가능해지는 스마트그리드 확산에 따른 가정용 ESS 기술개발 수요도 크게 확대될 가능성이 높게 점쳐지고 있다.


오는 2020년 1680MW 국내 시장 형성
R&D·인프라 등 전반적으로 ‘미흡’

우리 정부도 중장기적인 국내 에너지저장 수요에 대응하고 급팽창하는 해외시장 선점 차원에서 국내 ESS시장 창출에 나섰다.

제5차 전력수급 기본계획에 따르면 전력소비량은 지난 2010년부터 오는 2024년까지 연평균 1.9% 증가할 것이란 분석이 나왔다. 또 신재생에너지 보급 목표도 지난 2008년 2.58%에서 오는 2030년 11%까지로 잡았다.
따라서 전력소비량 증가와 신재생에너지 확대 등에 의거 오는 2015년까지 960MW, 2020년까지 1680MW 규모의 에너지저장 수요가 발생할 것으로 전망됐다. 수요가 급팽창한다는 의미다.

그러나 안정된 전력망을 보유와 신재생에너지 전원 비중이 낮은 우리나라는 원활한 국내 ESS시장을 형성이 쉽지 않다는 취약점을 안고 있다.

우리나라 기술개발 현황도 선진국보다 다소 뒤쳐진다. 기업이나 연구소 등에서 ESS 기술개발을 추진 중이거나 상용화 정도. 특히 원천·부품소재 기술수준과 실증경험측면에서 선진국보다 열세다.

현재 리튬이온전지는 최고수준의 제조기술을 바탕으로 해외수출이 가사화됐으나 전반적인 ESS 원천·부품소개 기술개발은 미흡하다. 실증현황을 살펴보면 가정용 ESS 실증이 추진 중이지만 초기단계다. 앞으로 가장 큰 수요가 예상되는 전력망용 대규모 ESS 실증은 전무한 상태다.

정부투자도 미흡하긴 마찬가지다. 지난 2009년 이후 리튬이온전지 등 일부기술에 대한 R&D과제가 진행되는 정도다. 그러나 R&D 투자비중이 작고 선진국의 투자규모와 큰 차이가 있어 원천기술 획득을 통한 파급효과를 창출하는데 한계에 직면한 상태다.

인프라구축도 미흡하다. 중장기적인 기술축적과 해외시장개척을 위한 안전성평가와 핵심인력양성 등의 측면에서 모자란다. 특히 ESS는 안전성에 대한 엄격한 수준의 검증이 요구되지만 평가·인증기반이 열악해 수출산업화의 걸림돌로 작용한다.

또 평가기술·방법에 대한 국제기준이 아직 설정되지 않아 표준시장 선점의 기회나 주요 기관·정부의 표준화 활동도 모자란 것으로 분석됐다.


세계 3대 ESS 산업 강국 도약
정부 ‘K-ESS 2020전략’ 수립

우리 정부는 최근 이 같은 숙제를 풀 대책을 내놨다.

‘에너지저장기술개발 및 산업화 전략(K-ESS 2020전략)’은 발전전원-송전망-수용가 등 전력망에 널리 활용되는 사회 실현과 세계 3대 ESS 산업 강국으로의 도약이란 비전을 중심으로 미래시장 선점을 위한 선제·전략적 R&D 추진과 에너지저장 실증을 통한 산업화 촉진, 산업인프라 구축과 국내 시장 활성화 등의 방향을 제시하고 있다.

세부 전략과제는 ▲에너지저장 R&D 투자확대 및 전략성 강화 ▲에너지저장 실증을 통한 산업화 촉진 ▲에너지저장 산업 인프라 구축 ▲국내 시장 활성화를 위한 제도적 기반 조성 등으로 요약할 수 있다.

이 전략에 따르면 정부는 에너지저장 R&D 투자 확대와 전략성 강화를 통해 원천기술을 확보하고 글로벌 시장선도가 가능한 기술에 중점적으로 투자키로 결정했다. 오는 2020년까지 이 부분에 6조4000억 원 규모 자금이 투입된다. 이중 기술개발에 정부 자금 5000억 원을 포함한 2조 원, 설비투자부문에 민간자금 4조4000억 원이 투입된다.

실증사업도 병행된다. 에너지저장 실증을 통한 산업화를 촉진하기 위해 리튬이온전지 등 바로 상용화 가능한 기술에 대한 파일럿 실증사업이 추진된다. 154kV급 변전소에 총 8MWh 규모의 에너지저장 실증사업이 오는 2014년까지 진행된다.

특히 정부는 중장기적으로 변전소 확대보급과 신새생에너지 연계실증, 대규모 발전전원 연계실증, 주택·건물용 실증 등도 추진할 계획이다.

에너지저장 산업에 대한 인프라도 구축된다. ESS의 안전성 검증을 지원하기 위한 체계 마련이 핵심이며 구체적으로 안전성 검증 기술개발과 정비구축, 인증기관 지정 등이 주요 추진사업 중 하나다. 이와 관련 기업의 수요를 기반으로 수요자 지향적 인력양성 뿐만 아니라 국제 표준화와 특허 창출부문에서도 지원이 이뤄진다.

국내시장 활성화를 위한 제도적 기반도 조성된다. 구체적으로 인센티브 제공과 전기요금 개편, ESS 설치 의무화방안 등 국내 보급 활성화를 위한 촉진방안이 마련될 예정이다.