에너지저장산업 2020년 47조원 폭풍성장...韓 톱 3 진입 시동

[아시아경제 이경호 기자] 정부가 31일 에너지 저장 시스템(ESS: Energy Storage System)이라는 차세대 기술개발과 설비투자에 민관 합동으로 2020년까지 총 6조4000억원의 투자를 단행한다는 계획을 발표했다. 에너지저장시스템은 리튬이온전지와 나트륨-황전지 등 생산된 전력을 저장했다가 필요한 때 사용하기 위한 시스템이다.

지식경제부는 이날 서울 삼성동 코엑스인터컨티넨탈호텔에서 김정관 2차관 주재로 관련업계과의 간담회에서 이런 계획을 발표하고 2020년까지 민간중심으로 기술개발에 2조원, 설비 구축에 4조4000억원 등 6조4000억원이 투입될 경우 세계 시장 30%를 달성할 것으로 기대했다.

◆밤에 전기저장에 낮에 사용=일반에는 생소한 ESS라는 시스템은 생산된 전력을 전력계통(Grid)에 저장했다가 전력이 가장 필요한 시기에 공급하여 에너지 효율을 높이는 시스템이다. 리튬이온전지와 같은 기존의 중소형 2차 전지를 대형화하거나 회전에너지, 압축 공기 등 기타 방식으로 대규모 전력을 저장하는 것이다. 전력공급을 안정시키고 신재생에너지의 보급확산 등에 맞춰 시장규모는 2020년에 47조4000억원으로 폭발적으로 성장하는 주요기술(key technology)라고 정부는 설명하고 있다.

이 기술이 본격 상용화되면 야간에 전력수요가 적을 때 남는 전력을 저장하고 사용량이 많은 주간에 사용해 전력부하를 평준화(Loading Leveling)할 수 있다. 이렇게되면 발전소나 송전선로를 덜 설치할 수 있다. 지경부 관계자는 지난 1월 700억원의 피해를 입은 여수산업단지의 정전사고와 같은 대규모 정전사고의 예방이 가능하고 원전 등의 발전소 운영시 비상 전력으로 활용할 수 있다"고 설명했다.

에너지저장시스템을 발전량과 발전시점이 불규칙한 태양광, 풍력 등과 결합하면 시간대별로 전력공급을 일정하게 조정할 수 있고 가정, 회사에서 충전된 전력을 피크타임때 사용하거나 전력회사에 판매할 수 있다.

◆양수발전대체하고 신재생 확산이 핵심기술=정부와 업계가 생각하는 에너지저장기술은 리튬이온전지, 나트륨-황 전지, 레독스 흐름 전지, 슈퍼 커패시터, 플라이휠, 압축공기저장 기술 등으로 각각 장단점을 갖고 있다. 리튬이온전지는 리튬이온이 양극과 음극을 오가며 전위차가 발생하면서 에너지를 저장하는 시스템이다. 에너지밀도와 효율은 높지만 안정성이나 수명은 검증되지 않았다. 비용도 많이 들어간다는 단점이 있다. 나트륨황전지는 300∼350도의 고온에서 용융상태의 나트륨 이온이 전해질을 이동하면서 전압을 갖춘다. 비용은 적고 대용량화가 쉽지만 고온의 시스템이 필요하고 에너지효율이 낮은 단점이 있다. 레독스흐름전지는 전해액 안의 이온들의 산화ㆍ환원 전위차를 이용해 전기에너지를 충전하고 방전하는 시스템이다. 비용도 적고 대용량화가 쉽지만 역시 에너지밀고와 효율은 낮은 게 흠이다.

이외에도 슈퍼커패시터(소재 표면에 대전되는 형태로 전력을 저장), 플라이휠(전기에너지를 회전하는 운동에너지로 저장했다가 전기에너지로 변환), 압축공기저장시스테(남은 전력으로 공기를 동굴이나 지하에 압축, 압축된 공기를 가열해 터빈을 돌리는 방식)등이 있다.

◆시장 태동기 2조원 시장 10년내 47조원대로=각각의 저장기술이 장단점의 있다보니 현재는 시장태동기이나 신재생에너지 확산, 고품질 전력수요 확대 등에 따라 급속하게 시장이 성장할 것으로 전망된다. 미국, 일본 등 일부 선진국 중심으로 2010년 기준 2조원 규모의 시장이나 2020년 47조4000억원 규모로 약 24배의 폭발적 성장이 예측된다. 2030년에는 120조원까지 확대될 것으로 미국 리서치기관 PIKE는 내다봤다. 저장용량도 현재 1206MW규모에서 2020년에는 16배 성장한 2만105MW로 확대된다.

기술개발에서는 미국, 일본이 주도하고 있다. 일본은 신재생 발전소용, 가정용 등 다양한 분야에서 기술개발을 추진하고 있고 나트륨-황 전지, 리튬이온전지 등에서 앞선 기술력을 보유하고 있다. 나트륨-황 전지의 경우 일본 NGK의 세계 시장점유율이 2008년 기준 51%로 과점 상태이며 이 회사는 프랑스 EDF와 150MW, UAE와 300MW 공급계약을 체결했다.

미국은 공공기관과 대형 전력회사인 AES,AEP 등을 중심으로 기술개발 및 실증을 적극 추진하고 있다.AES 는 뉴욕 웨스트오버 발전소의 44MW 화력발전 설비에 20MW급 리튬이온전지로 설치했다. 캘리포니아주의 경우 작년 9월 전력회사의 에너지저장 시스템 설치를 의무화하는 법안을 통과시켰다.

◆국내 시장 형성전단계..중장기 수요 늘듯=국내는 시장 형성전의 실증단계이나, 향후 전력 소비량 증가 및 신재생에너지 확대에 따라 중장기적으로는 수요가 급팽창할 전망이다. 정부는 2015년까지 960MW, 2020년까지 1680MW 규모의 에너지저장 수요가 있을 것으로 보고 있다. 그러나 우리나라는 안정된 전력망을 보유하고 있고, 현재의 신재생에너지 발전량 비중(2009년 1.07%)이 낮아 원활한 ESS 시장 형성이 쉽지 않은 상황이다. 따라서 중장기적인 에너지저장 수요에 선제적으로 대응하고 미국 등 급팽창하는 해외시장 선점을 위해 국내 시장 창출을 촉진할 필요가 있다는 판단이다.

기술수준에서도 기업, 연구소 등에서 기술개발을 추진 중이나 상용화 정도, 원천,부품소재 기술 수준, 실증 경험 측면에서 선진국보다 열세다. 일부 기술(리튬이온전지, 수퍼 커패시터, 플라이휠)은 상용화 단계에 도달하였으나, 그 외의 기술은 초기 기술개발 단계 수준. 리튬이온전지는 삼성SDI, LG화학 등이 최고수준의 제조기술로 해외수출에 탄력을 받고 있지만 원천,부품소재 기술은 취약하다는 평가다. 정부의 이 분야 연구개발 투자도 2008년까지 없었다가 2009년 24억원, 2010년 88억원이 배정됐을 정도다.

◆2010년 세계시장 30%점유..전지가격 20만원으로 낮춰=이에 따라 정부는 선제적·전략적 연구개발과 실증을 통한 산업화, 인프라 구축 등을 담은 K-ESS 2020 전략을 통해 2020년 세계 시장 점유율 30%를 달성해 세계 3대 ESS강국으로 도약한다는 구상이다. 리튬이온전지 기준 1KWh당 가격도 2013년 50만원 수준을 2020년 20만원으로 낮추는 대신 수명은 10년에서 20년으로 두 배 늘린다는 계획이다.

구체적으로는 정부는 3년 내 MW급 이상 시스템을 개발할 수 있거나 5년 내 산업화가 가능한기술 4개를 선정해 총 1200억원 규모의 기술개발을 지원하고 마그네슘 전지, 금속-공기 전지 등 새로운 방식의 원천 기술개발과 미국 일본 등과의 국제 공동 기술개발을 추진키로 했다. 이와 함께 제주도 조천 154kV 변전소에 2014년까지 8MW급 ESS 설비를 구축해 실증 작업을 진행한다. 2015년 이후에는 345kV 이상 변전소에서 수십 MW 규모의 ESS 실증이 추진되고, 태양광과 풍력 등 신재생 에너지 발전소와 그린홈 100만 가구 보급 사업 등과 연계된 ESS 실증도 예정돼 있다.

정부는 주택 등에 신재생에너지 발전 설비와 함께 ESS를 설치하면 신재생에너지의무할당제(RPS) 인증서를 발급하고 설치 보조금을 지급하는 방안도 검토하기로 했다. ESS 사업자가 주택이나 건물에 ESS를 대신 설치해 주고 이를 통해 절감되는 전기요금 중 일부를 회수해 이익을 창출하는 'ESS 서비스' 사업도 육성된다. 지경부 관계자는 "출력이 불안정한 신재생에너지의 전력망을 안정시키고자 일정 규모 이상의 전력회사와 발전회사를 대상으로 전기 공급량의 일정 비율만큼 ESS를 설치하도록 의무화하는 방안을 검토할 예정"이라고 말했다.

이경호 기자 gungho@