불나지 않는 ESS? [바나듐 흐름전지(VRFB)와 AI 진단 기술]

불나지 않는 ESS? [바나듐 흐름전지(VRFB)와 AI 진단 기술]

대학생신재생에너지기자단 29기 염동혁

2026년 ESS 중앙계약시장 개막과 '안전'의 가치

2026년 2월 한국 정부는 1조 원 규모의 제2차 ESS 중앙계약시장 입찰 결과를 발표했다. 총 565MW(육지 525MW, 제주 40MW) 규모의 물량이 최종 낙찰됐고 이는 당초 공고됐던 540MW를 상회하는 수치다.

[자료 1. 제2차 ESS 중앙계약시장 낙찰 결과]

출처 : 기후에너지 환경부 

이번 입찰의 가장 큰 특징은 평가 배점의 변화이다. 기존 60:40이었던 가격 대비 비가격 평가 비중이 50:50으로 조정되었으며 비가격 지표 내에서 '화재 및 설비 안전성'과 '산업경쟁력 기여도'의 비중이 대폭 강화됐다. 이는 과거 리튬이온 배터리 기반 ESS에서 빈번했던 화재 사고에 따른 계통 불안정을 해소하고 차세대 비리튬계 기술에 상용화 기회를 제공하려는 정책적 의지로 풀이된다.

하드웨어 혁신: 바나듐 레독스 흐름전지(VRFB)의 상용화

현재 가장 대중적으로 이용되는 ESS 기술은 리튬이온 전지이다. 이 전지는 저장 용량이 높아 대용량 매체로서 쉽게 사용되지만 가연성 유기용매이기 때문에 발화 사고의 위험성이 높다. 

이에 반해 바나듐 레독스 흐름전지(VRFB)는 물 성분의 수계 전해질을 사용한다. 이는 과열 시에도 화재나 폭발 위험이 없는 비발화성 전지로서의 안전성을 제공한다.

[자료 2. 차세대 에너지저장장치 바나듐 레독스흐름 배터리]

출처 : KRICT 한국화학연구원

양극과 음극에 사용되는 바나듐 전해액의 산화환원 반응으로 충전과 방전이 되는 에너지저장장치로 리튬이온 전지와 비교해 인체유해성, 인화학 반응성의 위험도가 낮아 안정하다. 수명이 20년 이상으로 길고 용량 설계가 유연해 신재생에너지 발전 분야와의 연계가 용이하지만 기존 전지 대비 높은 가격이 시장 확대에 걸림돌이 된다.

[자료 3. KIER 개발 바나듐 전해액 촉매반응 시스템]

출처 : ⓒ 29기 염동혁 Gemini 이미지 생성 

이를 극복하기 위해 한국에너지기술연구원(KIER)에서 개발하는 바나듐 전해액 촉매반응 시스템은 기존의 전기분해 및 금속환원법에 비해 잉여 5가의 전해액 및 환원제의 잔여물을 남기지 않아 3.5가의 전해액을 제조할 수 있다. 질소 퍼징 공정으로 3.5가로 환원되는 도중 4가로 산화될 수 있는데 이를 방지해 3.5가의 전해액을 생산할 수 있고 질소의 산화방지 효과 덕분에 생산된 전해액의 장기간 안정성 확보에 유리하다. 전기분해법에 비해 시간당 생산 속도가 약 2.7배 높고 크기가 작아 부지 시설 비용과 전력 소비가 줄어 전해액의 가격을 혁신적으로 낮출 수 있게 된다.

연구진은 향후 확보된 대용량 바나듐 전해액 제조기술을 기반으로 국내 ESS 시장에 진출할 예정이다. 해당 기술을 기업에 이전해 전해액 가격 비용을 최소화하는 것을 최우선 목표로 기존 리튬이온 배터리로 구성된 ESS 시장에서 바나듐 레독스 흐름전지의 비중을 높이는데 주력할 예정이다.

소프트웨어 혁신: AI 기반 예방 진단 및 EIS 기술

전지의 종류와 관계없이 ESS 시스템 전체의 효율성을 관리하기 위해 AI와 디지털 기술이 전면에 배치되고 있다.

AI 진단 기술의 솔루션으로 전기화학 임피던스 분광법(EIS)이 존재한다. SK온의 경우 배터리에 다양한 주파수 신호를 보내 내부 저항을 분석하는 EIS 기반 진단 시스템을 도입했다. 이 기술은 기존 BMS가 놓치기 쉬운 미세 결함과 열화 단계를 조기에 감지하여 화재 발생 최소 30분 전에 이상 징후를 예측할 수 있게 됐다. 또한 이상 징후가 감지된 특정 모듈만 블록처럼 분리해 교체할 수 있는 설계를 적용해 유지보수 편의성과 경제성을 높였다.

그 밖에도 지능형 전력망 연계를 통해 소프트웨어 혁신을 이뤄내고 있다. 한국전력(KEPCO)은 AI 기반의 전력설비 예방진단 솔루션인 SEDA를 나주 금천 변전소 등에서 무인 예방 진단을 확산시키고 있다.

[자료 4. 나주 금천변전소 SEDA]

출처 : 전기신문

그동안 예방진단장치가 없었던 건 아니다. 과거에는 SEDA와 같은 통합 플랫폼의 부재로 인해 변전소별로 서로 다른 시스템과 독자적인 UI/UX를 사용해 왔었고, 이로 인해 운영 효율성 저하에 한계가 있었다. 변압기와 개폐장치 내부에 설치된 6종의 센서가 온라인으로 실시간 진단 데이터를 취득하고 수집된 데이터로 AI 알고리즘 분석을 거쳐 판단을 이끌어낸다. 현장 모니터에는 설비별 ‘정상/관심/주의/이상/심각’이 색으로 표시되고 알람 발생 시 담당자가 경보 데이터와 상황을 실시간으로 확인할 수 있다.

AI 전력 인프라 솔루션으로는 스탠다드에너지와 리벨리온이 공동 개발한 AI ESS 솔루션 '도파민'이 있다. ESS와 저전력 AI 반도체를 결합하여 전력 수요를 실시간 예측하고 대응하는 위 솔루션은 CES 2026에서 혁신상을 수상했다.

[자료 5. 도파민 AI ESS 솔루션]

출처 : ⓒ 29기 염동혁 Gemini 이미지 생성

NPU AI 서버랙에 공급된 그리드망 전력의 갑작스러운 중단 상황에서 3ms(1/1000초) 이내에 VIB ESS가 전력을 공급해 AI 서버랙의 안정적인 구동을 시연한 바 있다. 기존 AI 반도체 대비 80% 적은 전력으로 동일한 성과를 낼 수 있는 리벨리온의 AI 반도체와 화재에 절대 안전하고 고출력 성능으로 AI 데이터센터의 급격한 전력 사용에 따른 전력 최대 부하를 저감할 수 있는 위 기술을 통해 AI 전력 인프라의 안전성을 높일 수 있게 됐다. 

2038년 21.5GW 시대를 향한 기술 표준화

ESS는 예비 전력 확보를 통한 안정화, 재생에너지 수용성 확대, PPA·VPP 기반 시장형 수익모델 창출을 동시에 수행하는 핵심 인프라로 자리 잡고 있다. 

국내 역시 제11차 전력수급기본계획에 따라 2038년까지 누적 21.5GW 규모의 장주기 ESS 설비 구축을 목표로 하고 있어 발전용, 산업용, 데이터센터 등 전방위적 수요 확대가 예상된다. 한국은 위 계획에 따라 2038년까지 누적 21.5GW 규모의 장주기 ESS 설비를 구축해야 한다. 이를 위해서는 단순히 용량을 늘리는 것을 넘어 화재로부터 안전하고 지능적으로 전력망에 기여하는 인프라가 필수적이다.

VRFB는 장주기 및 대용량 저장 분야에서 리튬 배터리의 강력한 보완재 역할을 할 수 있으며, AI 진단 기술은 시스템의 안전 수명을 연장하는 핵심 도구로 진화했다. 향후 가상발전소(VPP)와의 연계를 통해 화재 위험이 줄어든 안정적인 ESS로서 기능할 것이다.

ESS에 대한대학생신재생에너지기자단 기사 더 알아보기

1. "[RE:CHARGE LIVE] 차세대 배터리, '문제투성이' 배터리?", 28기 이건혁, https://renewableenergyfollowers.org/ev-battery/?q=YToyOntzOjEyOiJrZXl3b3JkX3R5cGUiO3M6MzoiYWxsIjtzOjQ6InBhZ2UiO2k6MTt9&bmode=view&idx=169031882&t=board

2. "[이차전지 스터디] 대신기가 주목한 전고체 기술의 현재와 미래", 23기 김태현, 26기 류호용, 27기 조희선, 28기 이건혁, 정예빈, https://renewableenergyfollowers.org/ev-battery/?q=YToyOntzOjEyOiJrZXl3b3JkX3R5cGUiO3M6MzoiYWxsIjtzOjQ6InBhZ2UiO2k6Mjt9&bmode=view&idx=169031857&t=board

참고문헌 

[2026년 ESS 중앙계약시장 개막과 '안전'의 가치] 

1) 최준혁, 기후에너지환경부 보도자료, "ESS 중앙계약시장 7개 사업자 선정", 2026.02.12, https://mcee.go.kr/m/file/readDownloadFile.do?fileId=317816&fileSeq=2

[하드웨어 혁신: 바나듐 레독스 흐름전지(VRFB)의 상용화]

1) 강가람, KRICT한국화학연구원, "화학(연), 차세대 에너지저장장치 ‘바나듐 레독스흐름 배터리’ 핵심 소재 개발 및 기술이전, 상용화 착수", 2019.02.25, https://www.krict.re.kr/bbs/BBSMSTR_000000000687/view.do?nttId=B000000075969xfrckj

2) SK온 보도자료, SK온 홍보센터, "SK온, 전기안전연구원과 ESS 화재안전성 제고 협약 체결",  2026.01.27, http://www.sk-on.com/company/press_view.asp?idx=248&page=1&schtxt=&CompanyCode=010

[소프트웨어 혁신: AI 기반 예방 진단 및 EIS 기술] 

1) 오승지, "한전 ‘CES 2026 혁신상’ 5관왕…‘AI기반 전력설비 예방진단솔루션’과 ‘그리드 기술’로 세계 무대 정조준", 전기신문, 2025.12.30, https://www.electimes.com/news/articleView.html?idxno=363556

2) STANDARD ENERGY, 스탠다드 에너지 뉴스, "스탠다드에너지-리벨리온, AI 전력 인프라 솔루션으로 CES 2026 혁신상 공동수상", 2025.11.06, https://stndenergy.com/ko/bbs/board.phpobo_table=NEWS&wr_id=98

[2038년 21.5GW 시대를 향한 기술 표준화]

1) 송기우, "“ESS 시장, 10년 판도가 바뀐다” 한국미래기술교육, 2026 ESS 산업 대전망 제시", 에너지경제신문, 2025.12.18, https://m.ekn.kr/view.php?key=20251218023359627

2) 오승지, "한전 ‘CES 2026 혁신상’ 5관왕…‘AI기반 전력설비 예방진단솔루션’과 ‘그리드 기술’로 세계 무대 정조준", 전기신문, 2025.12.30, https://www.electimes.com/news/articleView.html?idxno=363556