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에너지저장 시스템(ESS) 시장 '청신호'

매년 전력 수급의 불균형 문제가 심화되어가는 가운데 이를 해결하기 위한 방법으로 최근 들어 ESS가 각광을 받고 있다.

   
 

현재 ESS는 태동기의 시장으로 전망 기관에 따라 상이하나 2020년에 적게는 31조 원 규모에서 많게는 102조 원으로 성장 전망이 밝은 상황이다. 가트너에서 발표한 ‘이머징 에너지 기술 하이프 사이클’에 따르면, ESS는발전, 송배전용을 필두로 과도한 기대단계를 거친 후 시장에서 서서히 받아들여지는 단계라고 밝혔다.
※ 하이프 사이클(Hype cycle)은 시간 경과에 따른 기술의 성숙도(x축)와 업계에 회자되는 가시성(y축)을 이용해 기술의 진화를 설명

늘어나는 전력 수요 대비 발전소 투자에 드는 막대한 비용과 건설 소요 시간을 고려해 볼 때 ESS는전력 수요 평준화, 전력 계통 안정 운영, 능동적 관리의 장점을 지니고 있다. Fuji Electric에 따르면 프로젝트 계획에서 실제 설치 및 운영까지 걸리는 시간이 ESS가 1~2년, 태양광 1년, 풍력 5년, 화력 5년, 원자력 10년으로 ESS가 기존 발전 자원보다 급변하는 사업 환경 변화 대응에 더 용이한 솔루션이라고 주장한다.

하지만 장밋빛 전망과 다르게 실제 기업들의 실적은 예상보다 더딘 성장을 보이고 있는 상황이다. ESS 사업이 아직 태동기로 사업의 외형 확대는 어느 정도 이루어지고 있지만, 실제 기업의 수익으로까지는 연결되지 못하고 있는 것으로 보인다. 가정용 ESS를 중심으로 성장 중인 일본에서 시장 점유율 1위 기업인 교세라는 매출 증가 대비 저조한 수익성을 만회하기 위해 태양광 패널과 저장장치 등의 단품 중심의 사업 전개에서 올해 HEMS(홈 에너지관리 시스템)와 BEMS(빌딩 에너지 관리 시스템) 등 시스템으로의 사업 확장을 전개할 것으로 알려졌다.

아직 기업의 수익성으로 연결되고 있는 단계는 아니지만, ESS 시장의 수요, 공급, 정책 모멘텀으로 미루어 볼 때 만년 유망주였던 ESS 시장 개화가 빨라지고 있는 것만큼은 분명한 사실로 보인다.



ESS 시장 개화 촉진의 모멘텀

1,신재생에너지 Re-bound와 민간 주도의ESS 프로젝트 확대
수요 측면에서 태양광 기업을 중심으로 주춤했던 신재생에너지가 다시 살아나기 시작했다. 시장조사기관 NPD 솔라버즈에 따르면 2014년1분기 전 세계 태양광 설치량은 지난해 1분기설치량보다 37% 늘어난 9.34GW로 역대 1분기 최대 설치량이라고 한다. 남은 3분기 동안의 설치량 증가도 두드러져 올해 최대 약 50GW 시장이 열릴 것으로 예상했다.

이미 태양광 모듈 업계 재편이 이루어진 상황으로 기업들은 발전용 어플리케이션에 국한하지 않고 소비용 어플리케이션으로도 사업 기회를 확대하고 있다. 이러한 신재생에너지 발전 비중의 확대는 ESS 시장의 동반 확대를 견인하고 있다. 균일한 발전량을 보장할 수 없는 신재생에너지의 태생적 특성상 전력 계통의 품질 안정화와 신뢰성 확보를 위해서 ESS 설치가 필수적으로 뒷받침 될 수밖에 없다. 특히, 송배전망이 노후화되거나 전력망 자체가 부족한 나라에서는 ESS 채용 니즈가 더 큰 상황이다.

민간 주도의 ESS 프로젝트도 확대되고 있다. 히타치는 ESCO(Energy Service Company) 사업을 1990년대 말부터 전개해온 경험을 바탕으로 일본 시장을 선도적으로 개척해 나가고 있다. 대표적인 사례로 미쓰이 부동산이 중심이 되어 개발 중인 치바현의 ‘카시와노하 스마트 시티’에 지역 에너지 관리 시스템(AEMS)을 제공하는 프로젝트를 추진 중에 있다. ESS를 기반으로 한 이 시스템은 오피스 빌딩과 상업 시설의 지붕에 설치 한 720kW 규모의 태양광 발전 시스템을 활용하여 평일과 휴일간의 에너지를 서로 융 통하고 미사용 에너지는 저장장치에 저장하거나 전력망에 재판매하는 등 에너지 이용의 최적화 실현을 목표로 하고 있다.

미쓰이 부동산에 의하면 전력 수요가 몰리는 피크 시간 때의 전기요금을 26% 인하하여 연간 1조 원의 비용 절감 효과가 예상된다고 내다봤다. 지역 에너지관리 시스템 등과 같은 에너지 솔루션은 실제비즈니스 환경을 개선하고 부동산의 부가가치를 향상시키는 효과를 가져왔다. 과거에는 실제 초기 투자 비용 부담자와 수혜자가 불명확했던 시장으로 관심이 상대적으로 적었지만, 비용 부담자와 수혜자가 분명해지면서 ESS를기반으로 한 민간 주도의 유사 프로젝트가 확대될 가능성이 큰 상황이다.

2,기업 참여 확대를 통한 기술 발전과 실질적 가치를 제공하는 비즈니스 모델 등장
공급 측면에서 기업들의 활발한 참여로 ESS의 구성 요소인 저장장치, PCS(Power Conditioning System), EMS(Energy Management System)의 기술 발전이 빠르게 이뤄지고 있다. PCS는 전력변환을 통해 전력 계통과 저장장치 간의 호환성을 제공해주고, EMS는 사용자의 에너지 생산·저장·소비 패턴을 분석하여 최적의 솔루션을 제공하는 시스템이다.

저장장치의 경우 소비용 ESS 시장을 중심으로 기업들이 다양한 기술 개발 및 기술 자체 완성도 향상에 초점을 맞추고 있다. 납축전지, 나트륨전지, 니켈카드뮴전지, 리튬이온전지 등 다양한 배터리 저장 방식에 기반을 둔ESS의 비중이 소비용 ESS 시장에서 90% (미국 에너지부 (DOE) Global ESS 프로젝트 Database 기준, 나머지는 압축공기저장, 열저장, 플라이휠 방식)에 육박할 정도로 빠르게 증가하고 있다. 기업들이 배터리 저장 방식에 대한 투자 확대에 나서고 있어서 성능이나 가격 측면에서 개선 폭이 빠를 것으로 예상되고 있다.
 
PCS와 EMS는 시스템 운영 경험이 풍부한 글로벌 기업이 시장을 주도하고 있지만 각국 로컬 기업들의 진출이 거세지고 있는 상황이다. 지멘스에 따르면 PCS, EMS 기술 안정화가 빠르게 이루어지고 있으며 5년 후에는 값싼 제품들이 시장에 들어올 것으로 전망했다.

실질적인 가치를 제공하는 비즈니스 모델도 등장하고 있다. 제품 번들링을 통해 Cost부담을 완화하는 비즈니스 모델이 등장하고 있다. 미국의 Green Charge Network 사는 리튬이온전지 방식에 강점이 있는 Saft 사로부터 저장장치를 공급받아 자동차 렌터카 업체AVIS와 편의점 세븐일레븐에 태양광 발전, 전기차 충전기를 결합한 시스템을 구축했다. 이 패키지 시스템은 건물 지붕에 설치된 태양광발전을 통해 약 20대 규모의 전기차 충전기를 동시에 충전할 수 있으며, 빌딩의 전력 피크 시간 때에는 저축된 에너지의 재판매가 가능하다. 미국의 EDF(Environmental Defense Fund)에 따르면 개별 태양광 발전, 전기차 충전기의 투자비 회수 기간이 약 5년 정도였지만 ESS와 결합된 패키지 시스템을 통해서는 투자비 회수 기간이 1~2년 정도로 단축 가능하다고 한다.

하나의 ESS 설치로 다양한 용도에 사용 가능한 Multi-purpose ESS 비즈니스 모델도 등장하고 있다. 전기차를 개발하는 완성차 업체들의 경우 자동차전지의 재활용 및 새로운 수요처 발굴이라는 측면에서 Multi-purposeESS 사업 개발에 박차를 가하고 있다. BMW는 스웨덴 전력기업 바텐폴(Vattenfall)과 협력하여 자동차전지를 ESS로 활용하는 프로젝트를 진행하고 있다. 하나의 ESS 설치로 백업전원 확보, 신재생에너지 통합 사용, 전력 품질 유지, 피크 수요 시점의 전력 부하 조절 등 다양한 용도로 사용할 수 있어 사용자 가치를 극대화할 수 있을 전망이다.

전 세계에서 진행된 ESS 프로젝트를 살펴보면 소비용 ESS에서 3~4개의 용도를 가진 Multi-purpose 방식이 72%(미국 에너지부 (DOE) Global ESS 프로젝트 Database 기준)로 지배적인 상황이며 신규 진행 중인 프로젝트의 경우 이러한 경향이 더욱 심화되는 추세이다.

3,각국 정부의 ESS 보급을 위한 직간접적정책 지원 확대
해외 각국 정부는 실증 과정을 통해 효과가 입증된 ESS를 중심으로 보급 확대에 적극적이다. 미국의 경우 ESS를 통한 수요 관리가 국가 에너지 계획의 핵심 사업이 되고 있다. 연방정부나 주정부의 에너지 산업 규제 기관에 의해 적극적으로 ESS 채용이 권장 또는 지원되고 있다. 최근 미연방에너지위원회(FERC)는ESS의 보급 확대를 지연시키는 제도를 정비하고, 투자자의 안정된 수익이 보장되는 시장 설계에 초점을 맞추고 있다.
 
ESS가 기존 전력설비와 동등한 지위를 가지도록 보장하고, 새롭게 형성되는 에너지 관련 시장에서 ESS에 적합한 정산 제도를 도입하는 것을 골자로 하고 있다. 또한 캘리포니아, 텍사스, 뉴저지 등 주정부들도 ESS 보급 의무화, 보조금 인센티브 등 다양한 시장 확대 정책을 내놓고 있다.

독일에서는 2013년부터 독일 정부 금융기관인 KfW에서 태양광 발전과 ESS를 결합한 소비용 시스템에 kW 당 최대 660 유로와 저장장치 가격의 최대 30%의 보조금을 지원하고 있다. 독일은 높은 태양광 보급률로 인해 태양광의 전력 판매 요금이 일반 전기 요금보다 저렴한 문제가 있어 이를 해결하기 위해 태양광 발전 전력을 ESS를 통해 자가소비 하도록 정부에서 정책적으로 권유하고 있는 상황이다. 국가 차원에서도 소비용 ESS 등의 분산형 시스템의 보급은 전체 전력망 부담을 분산할 수 있고, 자국 배터리 산업 발전을 유도할 수 있을 것으로 기대하고 있다.

선진국을 중심으로 많은 국가들이 소비용ESS의 인증 도입 본격화 등 사용자 환경 조성에도 박차를 가하고 있다. 가정, 상용 빌딩, 공장 등지에서 전기 사용 요금 절감, 비상시 정전대응 등 ESS 사용에 대한 관심이 증가하면서 미국에서는 UL(Underwriters Laboratories), 일본에서는 JET(Japan Electrical Safety &Environment Technology Laboratories), 독일에서는 VDE(Verband der Elektrotechnik,Elektronik und Informationstechnik) 인증을 도입하기 시작했다.

각국 기준에 맞게 고안된 평가 방법에 따라 ESS의 안정성 및 신뢰성검증 평가를 위해 저장장치, PCS, 계통연계시스템, 소프트웨어 등 전체 시스템 평가를 수행하고 있다. 인증 도입의 본격화는 소비용 ESS가 실증 중심의 시범 보급 사업 단계에서 벗어나 실제 상용화 단계에 접어들었고 공급 중심에서 수요 관리 중심으로의 에너지 정책 변화가 탄력을 받고 있음을 의미한다.



잠재적 시장에서 가시적 시장으로 … 빨라지는ESS 시장

개화ESS 시장 개화를 촉진시킬 모멘텀이 커지고 있는 가운데, 글로벌 ESS 시장에서는 가시적인 성과들이 하나 둘씩 나타나기 시작하고 있다.

① 최근 3~4년 ESS 프로젝트 수 급증
최근 3~4년 들어서 ESS 프로젝트 수가 급증하고 있다. 미국 에너지부(DOE)가 조사한 자료에 따르면, 전 세계에서 진행된 ESS 프로젝트는 2010년을 전후로 큰 폭의 양적 성장을 보여주고 있다. 최근 3~4년간 진행된 프로젝트 수는 전체 프로젝트 중 절반 이상을 차지할 정도로 ESS에 대한 관심이 커지고 있다.

양수발전 저장 방식(전력수요가 적은 심야의 저렴한 전력을 이용하여 하부저수지의 물을 상부저수지로 끌어올려 저장하여 두었다가 전력수요가 많은 시간대에 하부저수지로 낙하시켜 위치에너지를 전기에너지로 변환하는 방식) 일변도의 시장에서 다양한 ESS 세분 시장의 성장도 주목할 만하다. 과거에는 양수발전 저장 방식을 통해 수백 MWh급의 대용량 에너지를 저장하고 최대 부하 시간대에 대응하는 것이 발전회사 고객들의 유일한 니즈였다.

하지만, 최근에 들어서는 발전 및 송배전 영역에서 세분된 영역들이 나타나고 있다. 발전 영역에서는 신재생에너지, 소규모 분산발전의 등장으로 기존 대형 발전 영역과 세분된 영역이 나타나고 있고, 송배전 영역에서는 최대 피크 수요 및 발전량 변동 대응을 위한 여유 용량 확보 차원에서 예비력, 전력망 부하분산, 주파수 조정(급격한 전력수요 변화에서 발생하는 주파수 변동성을 보정하기 위해 현재 화력발전기들은 5% 감축 운행하는데 이러한 수요 변동을 ESS가 감당하여 발전기 가동률을 향상시킴)영역이 부각되고 있다. 소비 단에서도 피크수요 대응을 위한 에너지저장, 신재생에너지 발전 저장, 정전 시 출력 대응 등 용도별로 다양한 세분 시장에서의 니즈가 존재하며 이와 관련된 ESS 프로젝트가 급증하고 있다.

② 기업 참여 급증
ESS 시장 참여 기업들 또한 빠르게 증가하고 있다. 2016년 가정용 전기 소매업 완전 자유화(대형발전회사가 발전과 판매를 지역별로 독점해오던 체제를 개편하여 누구든지 전력을 판매할 수 있는 자유경쟁체제를 구축하는 것이 골자)를 추진하고 있는 일본에서는 통신, 유통, 제조 등 다양한 배경의 일본 기업들이 관련 업종에 앞다퉈 진출하고 있다. 최근 1년 사이 전기 판매업을 사업 목적에 추가한 회사가 80개사에서200개사로 2배 이상 늘어나면서 ESS 프로젝트도 탄력을 받고 있는 것으로 알려졌다.

실제 전 세계적으로 신규 계획 중인 ESS프로젝트를 살펴보면 다양한 배경의 기업들이 시장에 진출하면서 MW 미만의 소비용 ESS프로젝트 비중(전체의 62%)이 2배 확대되는 등 새로운 양상이 전개되고 있다. 발전, 송배전 영역은 기존 유틸리티 업체들이 주도하는 가운데 양수발전, 압축공기방식 등 기존 저장방식 중심으로 최적화가 진행 중이지만, 소비용 영역에서는 다수의 기업들이 시장 참여를 통해 새로운 사업 기회를 모색하고 있다.

④ 낙관적으로 변하는 ESS 시장 전망
최근 들어 ESS 시장에 대한 낙관적인 전망들이 늘어나고 있다. 시장조사기관에 따라 다소 전망이 상이하지만, 대부분 2017년 전력망 연계 ESS 시장 규모는 5~6GW에 이를 것으로 내다봤다. Navigant Research가 작년에 전망한 자료에서는 2022년 ESS 시장 규모가 20GW를 하회하는 수준이 될 것으로 전망했지만, IHS가 올해 1월 전망한 자료에 따르면 2022년에 ESS 시장 규모가 40GW를 상회할 것으로 예측하고 있다.
 
미국이 시장을 주도하는 가운데 독일, 일본 등이 성장을 견인하는 지역이 될 것으로 내다봤다. 이들 지역에서는 신재생에너지 및 분산발전 확대, 기존 전력망 개선이라는 과제가 강력한 모멘텀이 되고 있는 상황이다. 8년 뒤의 미래에 대해서 정확히 논할 수는 없지만, 대다수의 시장조사기관에서는 ESS 시장의 개화가 앞당겨지고 성장 속도자체가 빨라질 것으로 내다보고 있다.

ESS 시장에서는 파트너십이 필수

빠른 시장 개화가 예상되는 글로벌 ESS 시장과 달리, 국내 ESS 시장은 ICT 기술과 리튬이온전지를 기반으로 ESS 강국을 목표로 내걸었지만 실제 사업 추진은 활발하지 않은 상황이다. 지난해 10월 한국전력공사는 ESS 종합 추진 계획을 수립하고 올해부터 2017년까지 약 6,500억원을 투입해 주파수 조정용 ESS를 설치한다고 밝혔다. 국내 ESS 시장은 투자비 회수 부담이 적고 효과성 입증과 비용 부담 주체가 명확한 주파수 조정용 ESS를 중심으로 시장 형성 중에 있으나 아직 정부 주도의 초기 시장 단계에 지나지 않는다.

현재 민간 주도의 ESS 프로젝트는 거의 전무한 상황으로 정부에서는 에너지 소비규모가 큰 민간 기업들에게 ESS 설치를 독려하고 있지만 권고 사항에 불과한 상황이다. 국내 기업들도 ESS 시장에 관심은 있지만, 구체적인 사업화 수준으로 연결시키지 못하고 있는 상황이다.
 
ESS 전체 시장이 2020년 수십 조원 규모로 커질 전망이지만 ESS 시장은 이질적이고 다양한 세분 시장들이 모여있는 곳이다. 또한, 기업들에게 요구되는 세분시장 별 사업 특성과 필요 역량도 다르기 때문에 기업들은 사업 전개에 애를 먹고 있는 상황이다.

ESS 시장을 세분 시장 별로 나눠봤을 때 발전 및 송배전용(신재생에너지 발전 통합, 예비력, 전력망 부하 분산, 주파수 조정)은 인프라사업의 성격을 띠고 있고, 소비용에서 수요 평준(Peak Demand Shaving), PV 연계 자가소비(Self-Consumption)는 솔루션 사업, 비상발전장치와 무정전전원공급장치(UPS)는 세트 사업에 가깝다고 할 수 있다. 따라서, 기업 입장에서 ESS 시장에서 성과를 내기 위해서는 모든 시장 진입을 고려하기보다는 타겟 시장을 목표로 최적의 사업 모델을 개발하고 역량을 체계적으로 확보하는 노력이 필요할 것이다.

발전, 송배전 영역은 유틸리티 기업 주도의 사업 모델이 확립된 반면, 소비 영역은 아직까지 사업 모델이 유동적인 단계로 상대적으로 사업 기회가 많은 상황이다. 하지만, ESS시장은 단독으로 사업을 진행하기에는 아직 버거운 시장으로 역량 보완 및 확보를 위해서는 파트너십이 필수적이다. 시장에서 두각을 나타내는 기업들이 ESS의 가치사슬 영역을 수직계열화 하기보다는 개별 기업이 강점을 가지고 있는 역량을 바탕으로 파트너십을 통해 시장을 개척해 나가고 있다는 점을 국내 기업들은 참고할 필요가 있다.

정부 차원에서도 ESS를 적극적으로 육성하려 하고 있는 상황이다. 올해 4월 공급 위주의 전력 시장에 수요 관리 시장(발전소에서 생산된 전력뿐만 아니라 소비 단에서 효율적인 전력 이용을 통해 절약된 전력소비량까지 거래가 가능)을 도입하는 것을 골자로 한 전기사업법 개정안이 국회 본회의를 통과했다. 발전소 위주의 전력 공급 정책에 한계가 이른 국내 전력 시장에서 절약된 전력 소비량을 바탕으로 한 새로운 에너지 시장이 만들어질 가능성이 높은 상황이다.

LG경제연구원 하일곤 선임연구원은 새롭게 형성되는 시장에서 기업들이 빠른 사업 경험과 역량을 쌓을 수 있도록 전기 요금 체계개편 등 지원책과 발전사업자 중심의 규제 완화 및 다양한 제도적 보완책이 마련되어야 할 것이다. 기업들의 시장 개척 노력과 함께 정부지원이 잘 어우러진다면 ESS를 바탕으로 한국 내 에너지 신시장 확대는 물론 국내 ESS 사업의 글로벌 ESS 사업으로의 빠른 확장도 가능할 것이라고 전망했다.

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