상용화의 길이 더 이상 멀지 않았다! 가정용 ESS (Energy Storage System)

상용화의 길이 더 이상 멀지 않았다! 가정용 ESS (Energy Storage System)

◈ 테슬라의 CEO, 일론 머스크(Elon Musk)가 에너지 저장 장치(ESS) 시장에 뛰어들었다.  ◈ 전력 생산량을 예측하기 힘든 신재생 에너지  ◈ 전기를 생산만 할 것이 아니라 별도의 장치로 모아야 한다?  ◈ ESS 컨퍼런스에서 국·내외 시장 동향 논의  ◈ 가정용 ESS 시장을 공략하기 위한 기업들의 노력       - 삼성 SDI       - LG 화학

 

 에너지저장장치(ESS) 시장은 날이 갈수록 커지고 있다. 신재생에너지 시장이 커지면서 ESS에 대한 수요가 늘고 있다. 최근에는 태양광 발전과 연계하는 태양광+ESS 발전소가 이슈화되면서 많은 사업자가 이 시장에 뛰어들고 있다. 지금 당장은 전력계통 ESS가 주목받고 있지만, 많은 전문가가 2020년을 기점으로 가정용 ESS 시장 규모가 큰 폭으로 성장할 것이라 예측한다.

 

테슬라의 CEO, 일론 머스크(Elon Musk)가 에너지 저장 장치(ESS) 시장에 뛰어들었다.

 호주 남부의 사우스오스트레일리아 주(South Australia)는 지난해 폭풍 등으로 대규모 정전 사태가 발생하고 크고 작은 정전이 이어졌다. 이곳은 전체 전력의 40%를 신재생에너지에 의존하고 있으나 정전 복구가 늦어지면서 전기요금이 폭등했다. 이로 인해 신재생에너지는 공급이 안정적이지 못하다며 신재생에너지 자체에 대한 거부감이 호주 내에서 확산되고 있다.

 이에 테슬라의 CEO인 일론 머스크(Elon Musk)가 말콤 턴불 호주 총리와 이야기를 나누고, 트위터에 호주 남부 지역에서 겪은 정전 등의 에너지 문제를 해결해줄 수 있다고 올렸다. 계약이 체결되면 에너지 문제를 해결하기 위해 100MWh 전기를 저장할 수 있는 에너지 저장 장치(ESS)를 100일 안에 1kW/h 당 250달러 수준에서 공급하겠다고 공언했다.

[사진 1. 일론머스크(Elon Musk)] [그림 1. 사우스오스트레일리아(호주 남부)]

출처: TED, doopedia

 

전력 생산량을 예측하기 힘든 신재생 에너지

 호주의 사례처럼 ESS에 대한 중요도가 높아지는 실정이다. 자연 발생적인 신재생 에너지는 생산량을 예측하기 어려워 계획적인 저장 및 소비 방법이 필요하다.

 전력의 품질은 전압과 주파수로 평가되는데, 우리나라의 경우 전압 220V, 주파수 60Hz가 전력의 질을 평가하는 기준으로 쓰이고 있다. 만약, 공급되는 전력이 기준에서 오차범위를 벗어날 경우 전자제품이 고장 또는 오작동이 일어날 수 있다.

[그래프 1. 예측하기 힘들어진 태양광 발전량]

출처: 중앙일보

 

 호주의 사례 이외에도 사막의 태양광발전소, 산지와 바다의 풍력단지 등 대규모 신재생에너지 발전소들이 들어서고 있으나 예측하기 힘든 발전량 때문에 기업들은 전기를 전달하는 송전망 투자를 망설이고 있다.

 그렇다면 뚜렷이 보이는 신재생 에너지의 단점인 불안정한 에너지 수급문제를 해결할 방법이 없을까?

 

전기를 생산만 할 것이 아니라 별도의 장치로 모아야 한다?

 전기는 배터리와 같은 곳에 별도로 저장하지 않으면 모이지 않는다. 전기를 저장하기 위한 방법 중 하나가 에너지 저장 장치(ESS)를 이용하는 것이다.

 ESS(Energy Storage System)는 리튬이온전지나 납축전지 등을 통해 고압의 교류 전기를 저압의 직류 전기로 바꾼 뒤, 배터리에 저장해 뒀다가 필요할 때 다시 교류로 바꿔 쓸 수 있게 하는 장치이다.

 

[그림 2. 태양광 연계 가정용 ESS]

출처: 한국일보

 

 가정용 ESS는 일반 가정에 설치되는 배터리 시스템이다. 태양광 패널에서 생산된 전력을 ESS 내의 배터리에 저장했다가 필요할 때 전력을 사용하는 용도로 많이 쓰인다.

 배터리에 전기를 저장해 두었다가 일정한 주파수로 전력을 내보내 송배전에서의 불안정성을 극복할 수 있다. 전력량 요금이 상대적으로 저렴한 밤에 전력을 충전하고, 전력량 요금이 상대적으로 비싼 낮에 전력을 방전하여 최대 25% 비용 절감 효과를 거둘 수도 있다.

 

ESS 컨퍼런스에서의 국내·외 시장 동향 논의

 2017년 4월 27~28일 코엑스에서 개최한 2017 ESS 컨퍼런스가 열렸다. 이곳에서는 전 세계 ESS 산업 이슈 분석과 시장 전망, 신재생에너지와 ESS 융합형 비즈니스 동향과 기회 요소 분석 등의 정보를 제공했다.

[그림 3. Korea ESS Conference 2017]

출처: INI R&C 홈페이지

 현재로서는 보조금 없이 가정에 ESS를 설치하는 것이 무리지만, 2020년을 기점으로 가정용 ESS 시장이 성장할 것으로 전망된다. 삼성 SDI의 이성우 차장은 “2020년까지는 전력계통 안정화용 ESS가 시장을 주도하나, 그 이후에는 가정용, 상업용 시장이 메인이 될 것”이라 말했다. 게다가 “발전차액지원제도(FIT) 기한이 종료되는 일본, 독일에서 태양광 발전과 가정용 ESS를 활용하는 사업이 생기고 있다”고 말했다.

 배터리셀을 생산하는 중소기업 코캄의 홍인관 총괄이사는 “가정용으로 ESS를 사용하기엔 가격이 가장 큰 걸림돌이다. 현재 ESS 가격은 지난해 기준 kWh당 270달러 수준이다. 그러나 2020년에 150달러까지 떨어지게 되면 가정에서 사용하기에 적당한 가격이다.”라고 말했다.

 신재생발전이 증가하면서 ESS의 필요성이 두드러지고 있으며, ESS 가격이 내려갈수록 태양광과 연계하거나, ESS를 단독으로 설치해 피크절감용으로 활용하는 등 ESS에 들어가는 리튬이온배터리 시장은 연평균 42%씩 성장하리라 전망했다.

 

가정용 ESS 시장을 공략하기 위한 기업들의 노력 (1)

   - 삼성 SDI

 삼성SDI가 2017년 5월 31일부터 3일간 독일 뮌헨에서 열린 ‘인터솔라 유럽2017’에 참가해 세계 최대 점유율을 기록하고 있는 가정용 ESS 신제품을 비롯한 여러 전력용 ESS, UPS (Uninterruptible Power System) 등을 전시했다. 전시회에서 삼성 SDI는 고용량 ESS 모듈과 고전압 ESS 모듈 등 가정용 ESS 모듈을 배치하여 이를 주력으로 삼았다.

[사진 2. 고용량 ESS 'E2' 모델 (왼쪽), 고출력 ESS 'P3' 모델 (오른쪽)]

출처: 삼성SDI 홈페이지

 고용량 ESS 모듈은 4.8kWh 용량의 기본 모듈 최대 39개를 연결해 용량을 39배 키울 수 있다. 즉, 최대 187kWh 용량의 전력을 ESS에 저장할 수 있다. 이는 유럽 가정의 1일 평균 전력소비량이 10kwh 내외 인 점을 고려하면 약 20여 가구의 하루 전력소비량을 충당할 수 있는 용량이다.

 고전압 ESS 모듈은 기존의 50V(볼트) 전압을 600V까지 확대 가능한 모듈이다. 그 특징으로는 원통형 배터리 여러 개를 연결해 높은 전압을 구현한 것이다.

 두 제품 모두 에너지 밀도를 대폭 높인 것이 특징이며, 모듈 설계와 랙 배치 기술의 업그레이드를 통해 ESS 컨테이너 내부 공간 집적도를 획기적으로 높였다.

 장점으로는 전압이 높은 배터리 모듈을 사용하면 일반 가정이 필요로 하는 220V 등의 고전압을 더욱 쉽게 구현할 수 있어 변압을 위한 부품 비용을 절감할 수 있다.

 

가정용 ESS 시장을 공략하기 위한 기업들의 노력 (2)

   - LG화학

 독일 뮌헨에서 열린 ‘인터솔라 2016’에서 가정용 ESS 제품인 ‘New RESU’가 ‘주택용 ESS 제품의 패러다임을 획기적으로 바꿨다‘는 평가를 받으며, 인터솔라 어워드 ESS 부문 본상을 수상했다.

 이 신제품은 기존 RESU 제품보다 에너지 밀도를 27% 향상하고 무게는 13% 낮추면서 설치 및 사용 편의성을 극대화 시켰다. 또한, 단순한 인버터 연결 방식을 적용해 설치에 걸리는 시간과 비용을 획기적으로 절감할 수 있다. 3.3kWh에서 9.8kWh까지 5가지 모델이 있으며 원하는 용량을 선택할 수 있도록 했다. 그리고 배터리관리시스템(BMS)을 SD카드를 통해서 간편하게 업그레이드함으로써 유지보수와 편의성도 많이 증가시켰다.

[사진 3. LG화학의 가정용 ESS, New RESU] 

출처: 함께하는 이야기 LG Blog

 유럽의 경우, 가정용 ESS 시장은 연평균 80%에 육박하는 성장률을 나타내며, 세계 최대 시장으로 부상할 것으로 전망하고 있다. 현재 유럽의 각국 정부는 ESS 보급 활성화를 위해 보조금 지원 및 대규모 실증사업 등을 추진하고 있다. 그중에서 독일 정부는 2020년까지 신재생 에너지 비중을 35%까지 확대하기 위해 ESS 설치비용의 30%까지 보조금을 지원하고 있다. 영국과 프랑스에서는 각각 에너지저장기술 보급 프로그램과 대규모 ESS 실증사업이 추진되는 등 ESS 관련 시장이 커지고 있다.

 우리나라의 경우, 전력망이 부족한 국내 농어촌, 외진 장소 등과 같은 지역을 중심으로 가정용 ESS 설비를 도입하자는 의견이 나오고 있다. 가정용 ESS가 널리 보급되려면 정부, 기업, 각 가정과 개인의 노력이 필요할 것이다. 한정된 에너지 자원과 이를 효율적으로 활용하려는 방안에 대해 많은 고민이 필요한 시점이다.

 

 

참고자료

· 상상 에너지 공작소, ‘일론 머스크의 ESS 시장 도전’, 한국에너지공단, 2017

· 이데일리, ‘호주에 관심보이는 머스크 “테슬라 배터리, 호주 에너지문제 해결”’, 이민정 기자, 2017

· 이투데이, ‘엘론 머스크 “100일 안에 호주 전력난 해결하겠다”... 호주총리와도 통화’ 이지민 기자, 2017

· The Science Times, ‘남는 전기를 어떻게 저장하나...’, 이강봉 편집위원, 2010

· 한국일보, ‘“전기 저장했다 필요할 때 쓴다” 전력대란에도 든든한 ESS’, 박상준 기자, 2014

· SDI STORY, ‘삼성SDI, 가정용 ESS 신제품으로 글로벌 시장 공략’, 2017

· 삼성 SDI, ‘삼성SDI, 고용량·고출력 ESS 신제품으로 유럽시장 공략’, 2017

· LG Blog, ‘이젠 집에서 직접 전기를 만든다! 가정용 태양광 발전 시스템’, LG Blog 운영진, 2016

· LG화학, ‘가정용 ESS 신제품 유럽·호주 시장 동시 출시’, 2015

· 전기신문, ‘지금 대세는 ’전력용 ESS’ 2020년 대세는 ‘가정용ESS’‘, 2017

· 한국에너지공단, ‘에너지 저장장치(국내이슈 ESS) 보급동향 및 국내 전망’, 2017