[인터배터리 2024 견학기] 이제는 ESS에 주목하자

[인터배터리 2024 견학기] 이제는 ESS에 주목하자

대학생신재생에너지기자단 23기 김태현, 25기 배현지

 

대신기, 인터배터리에 가다

[자료 1. 역대 최대 참관객 수를 기록한 2024 인터배터리]

출처 :  ⓒ23기 김태현

ESS가 다시 성장하고 있다. 이러한 흐름에 맞물려 2023년에 이어 2024년에도 대신기 단원들이 인터배터리에 다녀왔다. 인터배터리는 국내 최대 규모의 배터리 산업 전문 전시회로서, 2013년부터 매년 산업통상자원부가 주최하는 국내외 배터리 산업의 최대 비즈니스 플랫폼이다. 해마다 방문자 수가 늘어나고 있으며, 2024년의 참관객 수 역시 역대 최대인 12만 명을 기록했다.

2023 인터배터리에서도 국내 유명 배터리 기업이 여러 신기술을 선보였다. 2022년 대비 2023년에 ESS용 LiB가 53%나 증가한 것을 통 전 세계 ESS 생산량이 늘어나고 있는 것을 확인할 수 있다. 인터배터리에서 우리나라 기업들의 ESS를 살펴보며 ESS가 급성장하고 있는 전 세계의 흐름에서 어떠한 움직임이 보이는지 살펴보도록 하자. 

 

ESS란?

먼저 ESS가 무엇인지 살펴보자. ESS(Energy Storage System) 남는 전력을 저장해 필요할 때 쓸 수 있도록 하는 장치를 의미한다. 저장 방식에 따라 크게 배터리와 비배터리 방식으로 구분된다. 배터리 방식은 화학적 반응을 통해 전기를 저장하는 방식을 의미한다. 리튬이온, 납산, 니켈카드뮴 배터리 등이 있다. 반면 비배터리 방식은 초전도, 압축 공기 저장 등 물리적 현상을 이용하는 비배터리 방식이 있다.

ESS는 용도에 따라 전력용, 상업용, 무정전 전원장치(UPS), 가정용, 통신용 등으로 구분할 수 있다.

1. 전력용/상업용 ESS

전력용과 상업용 ESS 전력 시스템의 불안정성을 줄이고, 주파수를 안정화해 전력 품질을 향상한다는 점에서 공통점이 있다. 하지만 전력용 ESS는 태양광/풍력/화력 발전소, 변전소 등에 설치되고 상업용 ESS는 사무실, 학교, 공장과 같은 상업용 건물에 설치된다. 이를 통해 에너지의 변동성을 완화해 일관된 전력 공급을 제공하며, 전기 요금을 절감할 수 있다.

2. UPS

무정전 전원장치를 의미하는 UPS는 전원 공급의 일시적인 중단이나 갑작스러운 정전 시에도 전기를 지속적으로 제공해 시스템의 작동을 유지하는 역할을 한다. 주로 24시간 가동되는 데이터 센터, 병원, 공장 등과 같이 지속적인 전력 공급이 필수인 환경에서 사용된다.

3. 주거용 ESS

태양광 발전 시스템과 연계해 낮에는 태양광 발전을 통해 생성된 전기를 저장하고, 필요할 때 사용함으로써 전기 요금을 줄이는 역할을 한다. 또한, 정전이 발생해도 저장된 전력을 대체 에너지원으로 활용해 가정의 전력 공급을 유지할 수 있다.

4. 통신용 ESS

기지국에서 안정적인 전력을 공급하고 효율적인 통신환경을 조성하는 역할을 한다. 예를 들어 전파가 미흡한 지역에 ESS를 설치해 원활한 전파 수신을 돕고 통화 품질을 향상한다.

블룸버그 뉴에너지파이낸스 (BNEF) 2023 보고서에서는 글로벌 ESS 용도별 비중 중 재생에너지와 연계해 사용하는 전력용이 54%, 주거용이 23%를 차지한다. 2030년이 된다면 전력용이 66%까지 증가하고, 주거용은 14%로 하락할 것으로 예상했다.

[자료 2.글로벌 ESS 용도별 비중]

출처 : 산업통상자원부

국내 에너지 산업은 신재생에너지로의 전력 공급 비율을 점차 확대하고 있다. 하지만 우리나라의 지리적 특징을 고려할 때, 태양광과 풍력발전에만 전력공급을 의존한다면 공급에 차질이 생길 것이다. 불규칙한 에너지 발전량 문제를 해결하기 위해 우리나라는 특히 전력용 ESS 시장 성장이 필요하다. 그렇다면 우선적으로 전력용 ESS 확대를 통해 전력 안정성을 높인 뒤, 다른 용도의 ESS 성장을 이룸으로써 상업적 이익을 확보하는 방향으로 나아가는 것은 어떨까?

ESS의 성장, 그러나

ESS의 성장에 대해 알아보자. 신재생에너지 비중은 지금껏 끊임없이 증가해 왔다. 비록 2023년에는 신재생에너지 발전 비율이 26.5%에 달할 정도로 아직은 부족하지만 발전량 자체는 매년 증가하고 있었다. 물론 시간별 에너지 발전량이 불규칙하다는 단점은 있었다. 이 때문에 발전량이 많은 시간에는 전력이 남아 이를 저장해둘 공간이 필요했다. 이러한 흐름에 2020년 들어 ESS가 급성장했다.

그러나, 국내에서 야심 차게 생산한 ESS는 잦은 화재 때문에 애물단지로 전락해 버렸다. 배터리 결함, BMS 오작동 등 다양한 주장이 제기됐지만, 아직도 그 원인이 밝혀지지 않았다. 이 때문에 ESS 화재 문제를 근본적으로 해결할 수 없었고, 이는 ESS에 대한 지원 감소로 이어졌다. 2020년 말 ESS 설비 사업자들이 생산한 전력을 자체 소비할 경우 전기요금을 할인해 주는 ESS 특례할인제도가 없어졌다. ESS를 사용할 시 REC에 더 얹어 주는 가중치도 2022년 이후 생산하는 ESS에는 적용하지 않기로 했다. 이처럼, ESS는 한때 성장이 멈추기도 했다.

[자료 3. ESS의 성장을 멈추게 한 잦은 화재]

출처 : 한국경제TV

하지만, ESS는 2023년을 기준으로 부활의 조짐을 보이고 있다. 이는 ESS 화재를 예방할 수 있는 여러 해결책이 등장한 것과 관련이 있다. 구조가 상대적으로 안정적이며 리튬 이온 통로가 폐쇄적인 LFP 배터리는 이러한 특성 때문에 비교적 화재로부터 안전하다. 또한 LFP 배터리는 NCM 배터리보다 저렴해 많은 배터리를 탑재해야 는 ESS에 적합하다. 이렇듯 LFP 배터리의 성장과 함께 ESS도 부활하고 있다.

[자료 4. ESS 화재 예방과 초기 진압을 위한 ESS 안전성 평가센터와 ESS 안전성 검증센터]

출처 : 세이프타임즈 및 IT조선 

ESS 화재 예방을 위해 전기안전공사는 지난 2023년 전북 완주에 ESS 안전성 평가센터를 착공했다. 이들은 공통모드전압, 내부 저항, 절연, 모듈 퓨즈, 충전율, 배터리실 환경의 6가지 안전 기준을 개발해 평가센터를 구축하고자 했다. 2023년 4월 열린 평가센터 기공식에서 국내 배터리 3사는 전기안전공사와 철저한 안전관리 체계 확립을 위한 협약을 체결하기도 했다. 이 평가센터는 2025년 완공될 예정이다. 또한, 2023년 9월 한국기계전기전자시험연구원(KTC)과 한국건설생활환경시험연구원(KCL)은 강원도 삼척에 세계 최대 규모의 ESS 안전성 검증센터를 설립했다. 여기에는 대형 집진기, 발열량 측정 장치, 이동식 스프링클러 시스템 등 다양한 평가 장치가 구축돼 있다. 검증은 크게 화재의 원인을 분석하는 화재 방지 단계와 화재 진행 현상을 관찰하고 효과적인 화재 방지 방법을 실증하는 단계로 나뉜다. 이처럼 ESS 화재 방지를 위해 여러 조치가 시행되고 있다.

전력계통의 안정화 역시 ESS가 부활한 이유 중 하나다. 전기가 과잉 공급되면 송, 배전망이 이를 견디지 못해 블랙아웃이 발생할 수 있으며, 시간 및 지역별 전력 수요와 공급의 편차는 전력망을 불안정화하는 원인이다. 제주도와 같이 전력 수요가 많지 않으면서도 신재생에너지 관련 발전에 유리한 입지를 갖는 곳은 전력이 과잉 공급될 가능성이 있다. 이때 에너지 공급을 제한하는 출력제한을 시행하는데, 남는 에너지를 ESS에 저장함으로써 출력제한이 일어난다. 이처럼 전력망의 안정화가 필요해 ESS가 다시 성장하고 있다.

 

인터배터리 속 ESS

이러한 ESS가 급성장하는 상황에서 국내 배터리 3사인 LG에너지솔루션, 삼성SDI, SK온의 인터배터리 속 ESS를 살펴보도록 하자.

LG에너지솔루션

LG에너지솔루션은 요즘의 ESS 동향을 잘 따라갔다. 화재 예방을 위해 LFP 배터리로 제작한 ESS를 전시하고 있었다. 해당 LFP 배터리는 JF2 배터리로, 1세대 배터리 JF1에 이은 2세대 LFP 배터리다. ESS에 공급된 충, 방전 효율은 95%로, 97%인 NCM 배터리와 2%밖에 차이 나지 않는다. 용량이 어지간한 삼원계 배터리보다 높아 ESS에 사용하기 적합하다는 특징을 가진다. 길이가 길다는 점 역시 상대적으로 다른 분야와 비교했을 때 ESS에 사용하기 적합하다는 것을 의미한다.

[자료 5. LFP 배터리로 만든 LG에너지솔루션의 ESS]

출처 :  ⓒ25기 배현지

LG 에너지솔루션은 부스 한가운데 JF2 배터리 팩과 LFP 배터리로 만든 ESS를 전시했다. 왼쪽에는 Grid-scale batteries의 제목으로 ESS에 들어가는 배터리 관련 영상이 틀어져 있었고 JF1 배터리에 관한 정보는 QR 코드를 통해 접속하면 확인할 수 있었다. 또한, 여기에는 새로운 LG 에너지솔루션의 ESS 완제품도 확인할 수 있었다.

삼성SDI

삼성SDI는 일체형 ESS 모듈 SBB(Samsung Battery Box)를 선보였다. 이 SBB는 2024 인터배터리 어워즈에서 ESS 최고 혁신상을 받았다. 수상한 이유는 배터리 셀마다 파이프가 들어가 있어 화재 예방과 초기 진압이 가능하기 때문이다. 기존 삼원계 배터리 기반의 ESS는 화재 시 리튬의 특성 때문에 불길이 주변 셀로 퍼지기 쉽다. SBB는 이를 방지하기 위해 화재가 발생하면 해당 배터리 셀에 자동으로 소화액을 분사해 화재의 확산을 막을 수 있다. 이 외에도 공기보다 열전달이 빠른 냉각수를 이용해 배터리를 냉각시키는 수랭 시스템으로 에너지 효율을 높였다.

[자료 6. 삼성 SDI의 SBB 배터리로 만든 ESS 랙]

출처 :  ⓒ25기 배현지

전시회에서는 부스 안쪽에 SBB 배터리 랙이 전시돼 있었다. 여기에는 삼성 SDI가 인터배터리 어워즈에서 ESS 최고 혁신상을 받았다는 것도 표시돼 있어 사람들의 이목을 끌었다. 옆에는 삼성 SDI의 ESS의 특성을 담고 있는 슬라이드 쇼를 볼 수 있었다. 또한 SBB 모듈도 볼 수 있었다.

SK온

SK온에서는 하이니켈 ESS의 불이 난 셀을 격리하는 방법의 화재 안전 기술을 선보였다. 셀 사이에 설치한 열 차단벽을 통해 주변 셀로 전달되는 열을 방지하는 것이다. ESS 화재는 셀이 전소해야 화재가 종료되므로 시스템상 화재를 차단하는 방법을 통해 해결책을 제시했다. 이를 통해 셀의 연쇄적 화재를 방지하고, 폭발로 이어지는 대형 사고를 막을 수 있다. 2024 인터배터리에서는 3개 셀이 들어가는 하우징 8개당 하나의 차단벽이 설치된 모델이 전시됐다.

[자료 7. 2024 인터배터리에 전시된 SK온 하이니켈 ESS 화재 안전 기술]

출처 :  ⓒ25기 배현지

 

ESS가 나아갈 방향

가장 주목할 점은 안정적인 ESS 화재 예방 솔루션을 제시해 화재로 인한 ESS의 부정적 인식을 개선하는 것이다. 모니터링 센서로 실시간 파악이 가능한 기술과 ESS를 연계하거나, 근본적인 위험 요소를 제거하기 위해 화재 위험이 낮은 새로운 소재와 기술 개발이 필수적이다.

가격, 화재 안정성, 수명 등의 측면에서 경쟁력을 가진 배터리 기반의 ESS를 보급하는 것도 중요하다. 22년을 기점으로 ESS 시장에서  LFP 배터리가 차지하는 비중이 삼원계 배터리를 추월한 것으로 보아 LFP 배터리 시장의 성장도 기대된다.

ESS 정책 동향, 국가별 특징 등을 고려해 전략적으로 시장을 선택하는 것도 중요하다. 현재 주요국에서는 ESS 설치 의무화, 전력시장 참여 유도 등 관련 정책을 활발히 추진 중이다.

더불어, 신재생에너지의 비중 확대, 스마트 그리드 발전, 전기차 배터리 시장을 대체하기 위한 기업의 투자 확대와 같은 사회적 변화 덕에 ESS 시장은 성장이 가속 것으로 보인다. 

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배터리에 대한 대학생신재생에너지기자단 기사 더 알아보기

1. "죄수번호 18650 / 21700 / 4680", 22기 류나연, 23기 신지연, 24기 도영현, 25기 김승현, 백선우, https://renewableenergyfollowers.tistory.com/4382

죄수번호 18650 / 21700 / 4680

2. "겨울이 잡아먹는 배터리 효율", 23기 박하연, https://renewableenergyfollowers.tistory.com/4351

겨울이 잡아먹는 배터리 효율

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참고문헌

대신기, 인터배터리에 가다

1) 김지윤, 역대 최대 12만명 몰린 ‘인터배터리 2024’, 헤럴드경제, 2024.03.13, https://news.heraldcorp.com/view.php?ud=20240313050310

ESS란?

1) 삼성SDI, “[스디의 50가지 비밀] 45편. ESS의 종류와 특징에 대해 알아보자”, 삼성SDI 공식 블로그,  2021.10.12, https://blog.naver.com/sdibattery/222534444007

ESS의 성장, 그러나

1) 김정덕, "ESS 화재 후 4년의 기록 “불난 집 ESS의 민낯”", 더스쿠프, 2022.01.05, https://www.thescoop.co.kr/news/articleView.html?idxno=53146

2) 정재원, "높아지는 ESS 기대감...업계 준비 태세 완료", 전기신문, 2023.06.01, https://www.electimes.com/news/articleView.html?idxno=320794

3) 신승민, "KTC-KCL, 국내 첫 ESS 화재안전성 검증센터 착공", 세이프타임즈, 2021.10.27, https://www.safetimes.co.kr/news/articleView.html?idxno=102456

4) 조성우, "세계 최대 규모 ESS 화재 안전성 검증센터…KTC “안전한 ESS 보급 지원”", IT조선, 2023.09.27, https://it.chosun.com/news/articleView.html?idxno=2023092101090

인터배터리 속 ESS

1) 이수환, " LG엔솔이 미국서 만들 리튬인산철…삼원계 배터리와 비교해보니", 디일렉, 2023.09.14, https://www.thelec.kr/news/articleView.html?idxno=23043

2) 이시은, “[현장]'소화 vs 격리' 인터배터리서 선보인 ESS 화재 예방 솔루션, 어떤 차이 있나”, 아이뉴스 24, 2024.03.07 https://www.inews24.com/view/1694500

ESS가 나아갈 방향

1) 산업통상자원부, 에너지스토리지(ESS) 산업 발전전략, 2023.10.31, https://www.motie.go.kr/kor/article/ATCL3f49a5a8c/168025/view

2) 성상훈, “"한국 기업에 기회"…ESS시장서 美·中과 동반성장 전망 나왔다”, 한국경제, 2024.02.05, https://www.hankyung.com/article/202402054227i