정부는 지난 5일 경기도 판교 벤처밸리에서 이명박 대통령 주재로 신성장동력 성과 평가보고대회를 열어 전력저장장치(ESS·Energy Storge System)와 셰일가스 등을 한국의 신성장동력산업으로 육성한다고 보고했다.
이에 앞서 7월 27일 위기관리대책회의에서도 ‘대용량 전력저장장치 보급촉진 방안’을 확정하고, 2020년까지 200만kW에 달하는 전력저장장치를 보급하기로 한 바 있다.
전력저장장치는 리튬2차전지와 같은 소형 2차전지를 대형화한 것으로, 남는 전력을 저장해 피크시간이나 정전 시 비상전원으로 활용할 수 있는 전력공급장치다. 전력피크 관리에 효과적인 수단이자 신성장동력산업으로서도 그 중요성이 부각되고 있다.

◆전력저장장치란
에너지저장 분야의 대표기술인 2차전지는 전기를 저장했다가 모두 사용한 이후에도 다시 반복적으로 충전하고 사용할 수 있는 전지를 말한다. 환경친화적이고, 경제성이 좋아 가전, 교통, 전력망 등에서 활용되는 유망한 신산업이다. 2차전지의 종류는 납전지, 니켈카드늄전지, 니켈수소전지, 리튬이온전지, 리튬폴리머전지 등이 있다.
기존에는 납전지가 주종을 이뤘지만, 최근에는 2차전지의 경량화, 고전압, 고밀도 추세에 따라 기존의 납, 니켈수소전지보다 메모리효과가 없는 리튬이온전지 시장이 커지고 있다.
전력저장장치(ESS)는 리튬이온전지와 같은 기존의 중소형 2차전지를 대형화하거나 회전에너지, 압축 공기 등 기타 방식으로 대규모 전력을 저장하는 설비를 말한다. 생산된 전력을 계통계통(Grid)에 저장했다가 전력이 가장 필요한 시기에 공급해 에너지효율을 높이고 전력피크 관리에도 효과적인 수단이다.

◆신재생에너지 확대·스마트그리드 구현 위해선 필수
2차전지가 주목을 받는 이유는 우선 미래성장동력산업이 될 수 있기 때문이다. 화석연료 고갈로 인한 에너지 수급 문제, 온실가스 배출로 인해 지구온난화가 심화되고 있어 세계 각국은 효율적으로 에너지를 저장하고, 활용할 수 있는 2차전지 기술을 개발 중이다.
특히 대용량 전력저장자치의 경우 신재생에너지 확대를 위한 필수 기술로 꼽히고 있다. 발전량과 발전시점이 불규칙한 태양광, 풍력 등 신재생에너지와 결합해 시간대별로 전력공급을 일정하게 조정할 수 있기 때문이다. 에너지저장 없이 신재생에너지 발전량 비율이 10%를 상회할 경우 전체 전력망이 불안정해 질 수 있다는 게 전문가들의 지적이다.
또 ESS는 스마트그리드 구현을 위해서도 꼭 필요하다. 스마트그리드는 공급자와 소비자가 정보를 교환해 에너지효율을 최적화하는 게 핵심요소다. ESS가 있어야 신재생에너지 등 분산전원의 불안정한 전력공급을 효율적으로 제어하고, 가정이나 회사에서 충전된 전력을 피크타임 때 사용하거나 전력회사에 판매할 수도 있게 된다.

◆2차전지 시장 한국 1위 부상...ESS는 아직 초기 단계
2차전지는 휴대폰과 노트북 등 소형 IT기기 중심에서 전기차와 전기저장장치 등 대형으로 확대되고 있다. 시장규모도 2008년 140억달러에서 연평균 10%씩 성장해 2015년에는 270억달러 이상으로 성장할 것으로 전망된다.
특히 모바일 IT기기는 연평균 5% 정도 성장하는 데 반해, 전기차와 전력저장장치는 각각 18%, 15% 내외로 급격히 성장하며 앞으로 2차전지 시장의 성장을 주도할 전망이다.
세계시장 점유율은 2008년만 해도 일본이 50.3%가량을 차지했지만, 2011년에는 38.4%로 감소했다. 반면, 우리나라는 같은 기간 21.8%에서 38.5%로 급상승하며 세계 1위로 부상했다.
한편 2차전지에는 희귀금속인 희토류가 사용되는데 이 때문에 원재료를 확보하기 위한 세계 각 국가들의 경쟁이 치열하다.
또 전력저장장치는 미국과 일본 등 일부 선진국을 중심으로 초기 시장을 형성하고 있다. 2010년 기준으로 시장 규모가 2조원가량 되고, 850MW의 저장용량이 보급됐다. 이중 전력계통용이 80%를 차지했다.
ESS 시장규모는 신재생에너지 확산과 전력수요의 증가에 따라 급팽창할 것으로 전망된다.
2010년 2조원에서 2020년 47조원으로 약 24배 성장하고, 2030년엔 120조원 규모로 성장할 것으로 예상된다. 저장용량도 2011년 1206MW에서 2020년 2만105MW로 16배 가량 성장할 것으로 예측된다. 이중 전력망(Grid)용 저장수요가 가장 큰 비중을 차지할 전망이다.
국내의 경우 현재 리튬이온전지 시장은 스마트폰과 넷북 등 IT기기가 90% 이상을 차지하고 있다. 하지만 2015년에는 50% 이하로 비중이 낮아지고, 2020년에는 IT기기와 전기차·전력저장장치가 비슷한 전망을 차지할 것으로 보인다.
ESS의 경우 현재는 시장 형성 전의 실증단계이지만, 2015년까지 960MW, 2020년까지 1680MW 규모로 수요가 급팽창할 것으로 예측된다. 다만 우리나라는 안정된 전력망을 보유하고 있고, 현재의 신재생에너지 발전량 비중이 1%로 낮아 ESS 설치 유인이 부족한 게 산업화 추진에 걸림돌이 될 가능성이 있다.

◆선진국, ESS 실증 넘어 사업화 단계 진입
일본과 미국 등 주요 선진국들은 ESS와 관련한 연구개발과 실증을 활발히 추진 중이며, 일부에서는 상용화에 성공하는 등 사업화단계에 진입했다.
일본은 신재생에너지발전소용, 가정용 등 다양한 분야에서 기술개발을 추진하고 있으며, 나트륨-황 전지, 리튬이온전지 등에서 앞선 기술력을 보유하고 있다. 특히 NGK사는 나트륨-황전지 분야에서 세계 시장 점유율이 51%로, 프랑스 EDF와 150MW, UAE와 300MW공급계약을 체결하기도 했다.
미국도 에너지부(DOE) 산하 연구기관인 ARPA-E와 EPRI 등 공공기관과 AES, AEP 등 대형 전력회사 중심으로 기술개발이 이뤄지고 있다. ARPA-E는 지난 2년간 R&D에 총 9200만달러를 투자했으며, AES사도 뉴욕 웨스트오버발전소에 20MW급 리튬이온전지를 설치했다. 또 캘리포니아주의 경우 전력회사의 에너지저장시스템 설치를 의무화하는 법안이 통과되기도 했다. 이로써 캘리포니아 전력회사는 2014년 1월 1일부터 최근 5년간의 평균 공급전력의 2.25% 이상을 ESS를 이용해 공급해야 한다.
독일과 프랑스도 양국이 공동으로 Solion프로젝트를 추진하고 있다. 이 프로젝트는 태양광 주택의 에너지 자급을 위한 리튬이온전지 도입 타당성을 평가하기 위해 약 75개 시스템에 대한 실증사업을 추진 중이다.
앞으로의 연구개발 방향을 보면 50MW 이하는 리튬이온전지와 나트륨-황전지 등의 전지방식이, 50MW 이상은 압축공기저장 등의 대형저장방식이 대세를 이룰 것으로 전망된다. 또 중장기적으로 실시간 전력거래가 가능해지는 스마트그리드 확산에 따라 가정용 ESS 기술개발 수요도 확대될 전망이다.

◆국내, 가정용은 실증 추진...대규모 실증은 전무
우리나라는 기업과 연구소 등에서 기술개발을 추진 중이지만, 아직 기술과 실증경험 측면에서 선진국보다 뒤쳐져 있는 수준이다.
리튬이온전지와 수퍼 커패시터, 플라이휠은 상용화단계에 도달했지만, 그 외의 기술은 초기 기술개발 단계 수준이다.
기술별 주요업체로는 ▲삼성SDI와 LG화학(리튬이온전지) ▲포스코(나트륨-황전지) ▲LS산전, 호남석유화학(레독스 흐름전지) ▲네스켑, LS엠트론(수퍼 커패시터) ▲전력연구원(플라이휠) ▲삼성테크윈(압축공기저장) 등이다.
실증 현황을 보면 가정용 ESS의 경우 실증을 추진 중이지만 아직 초기 단계이고, 가장 큰 수요가 예측되는 전력망용 대규모 ESS 실증은 전무한 상태다.

◆정부 예산지원도 지속적 증가...실증 통한 산업화가 관건
전력저장 분야의 예산은 2005년부터 2011년까지 지속적으로 증가하고 있다. 최근 5년간 530억원의 정부출연금이 투자됐으며, 2011년에만 191억원이 투자됐다.
민간에서도 대기업을 중심으로 정부출연금 규모로 투자되고 있다.
기술별로는 상용화와 실증과제의 증가로 인해 리튬이온전지 분야의 R&D 예산 규모가 가장 많다. 지원기관은 초기 연구소 위주에서 최근에는 대기업 비중이 높아졌으며, 실증사업의 경우 삼성전자와 한전 등 대기업 위주의 실증사업이 진행 중이다.
앞으로의 투자방향은 단기적으로 상용화 R&D와 실증사업에 지원하고, 중장기적으로는 원천기술개발 지원을 확대할 계획이다.
정부는 또 에너지저장 실증을 통한 산업화도 촉진해 나갈 계획이다. 리튬이온전지 등 바로 설치가 가능한 기술을 우선 실증하고, ESS 운영기술을 확보해 국제표준화를 주도할 계획이다. 또 2.5GW 서남해안권 대규모 풍력단지와 새만금 풍력단지 등과 같은 대규모 신재생에너지단지의 발전원과 연계해 ESS실증도 추진할 방침이다.