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세계 ESS 시장과 기술 혁신 동향

일반 리포트 2024년 10월 29일
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목차

  1. 요약
  2. ESS 시장 개요
  3. 국내 ESS 기술 동향
  4. 해외 ESS 시장 동향
  5. ESS 관련 기술의 발전
  6. 정책적 지원과 정부의 역할
  7. 결론

1. 요약

  • 이 리포트는 에너지 저장 시스템(ESS) 시장의 현황과 기술 발전을 분석하며, 주요 국가들의 동향을 살펴봅니다. ESS는 태양광 및 풍력과 같은 신재생 에너지원의 불규칙한 전력 생산을 보완하며, 안정적인 전력 공급을 위한 필수 기술로 주목받고 있습니다. 세계 시장 조사에 따르면, ESS 시장은 2020년 20GWh에서 2030년 302GWh로 급성장할 것으로 전망됩니다. 특히, 미국과 중국이 ESS 구축 시 적극적인 투자와 정책적 지원을 하고 있으며, 이는 글로벌 시장 확대의 핵심 동력이 되고 있습니다. 장주기 기술을 위한 다양한 시도, 예를 들어 플로우 배터리와 바나듐 배터리의 개발은 리튬이온 배터리의 한계를 극복하고자 하며, 스마트 그리드와의 융합은 보다 효율적인 에너지 관리 체계를 이끌고 있습니다.

2. ESS 시장 개요

  • 2-1. ESS의 정의와 필요성

  • 에너지 저장 시스템(ESS)은 전력 생산이 불규칙한 재생 에너지의 전력을 저장하여 필요할 때 사용할 수 있게 해주는 시스템입니다. 특히 태양광 및 풍력과 같은 재생 가능 에너지원은 자연환경에 따라 생산량이 변동하기 때문에, ESS는 이러한 전력을 안정적으로 활용하기 위한 필수 요소로 자리 잡고 있습니다. 또한, 기후변화로 인한 여름과 겨울철 전력 피크와 정전 사고에 대비하기 위한 솔루션으로도 ESS가 주목받고 있습니다.

  • 2-2. ESS의 시장 현황 및 성장 전망

  • 현재 ESS 시장은 전 세계적으로 빠르게 성장하고 있습니다. 글로벌 시장조사업체인 SNE 리서치에 따르면, 2020년 전 세계 ESS 시장 규모는 20GWh에 불과했으나, 2030년에는 302GWh로 증가할 것으로 예상됩니다. 미국은 2031년까지 600GW ESS를 구축할 계획을 세우고 있으며, 현재 미국 에너지 관리청(EIA)에 따르면 올해 상반기 ESS 신규 설치 규모가 4.2GWh에 달합니다. 중국 역시 ESS를 적극 도입하고 있으며, 한국전력공사의 데이터에 따르면 중국의 2050년 ESS 누적 설비 용량은 222GW로 전망되고 있습니다. 그러나 한국은 2021년과 2022년 동안 발생한 ESS 화재 사건으로 인해 설치 규모가 감소하는 추세에 있습니다. 예를 들어, 2020년에는 2.8GWh의 ESS 설치가 있었으나, 2021년에는 0.3GWh, 2022년에는 0.2GWh로 줄었습니다. 이에 따라 우리 정부는 지난 1월 ESS 산업 육성 방안을 수립하고, 안정적 전력망 구축과 글로벌 시장 진출 전략 마련을 위한 태스크포스를 구성했습니다. 목표는 2036년까지 26GW의 ESS를 구축하는 것입니다.

3. 국내 ESS 기술 동향

  • 3-1. 국내 기업의 ESS 기술 개발 현황

  • 재생에너지 전환과 함께 ESS 시장이 커지고 있는 가운데, 국내 기업들은 ESS 기술 개발에 박차를 가하고 있습니다. 2021년과 2022년 동안 우리나라에서는 ESS 화재가 발생하며 설치 규모가 감소했으나, 정부는 ESS 산업 육성 방안을 마련하고 안정적인 전력망 구축과 글로벌 시장 진출 전략을 세우고 있습니다. 2036년까지 26GW의 ESS가 구축될 예정이며, 이에 최대 45조원이 투입될 것으로 전망됩니다.

  • 3-2. 장주기 ESS 기술의 발전

  • 현재 다수의 장주기 ESS 기술이 개발되고 있으며, 이는 리튬이온 배터리의 한계를 극복하기 위한 노력의 일환입니다. 장주기 ESS 기술에는 플로우 배터리, 압축공기 에너지 저장(CAES), 열에너지 저장(TES), 액화공기 에너지 저장(LAES) 방식이 포함됩니다. 특히, 플로우 배터리는 화재 및 폭발 위험이 낮고, 에너지 용량을 증대시키기 용이하여 인기를 얻고 있으며, 바나듐 배터리를 사용한 플로우 배터리 기술이 상용화되고 있습니다.

  • 3-3. 바나듐 배터리와 플로우 배터리 기술

  • 바나듐 배터리는 리튬이온 배터리보다 높은 출력과 긴 사용 수명을 제공함으로써 차세대 장주기 ESS 기술로 주목받고 있습니다. 우리나라 기업인 효성중공업은 영국 인비니티 에너지 시스템즈와 협력하여 바나듐 배터리를 주문하였으며, 스탠다드에너지는 LPG 충전소에 VIB ESS를 설치했습니다. 더불어, 에이치투는 연간 330MWh 생산능력을 갖춘 플로우 배터리 생산 시설을 건설하고 있으며, 철강 산업에서 발생하는 슬래그로부터 바나듐 배터리를 생산할 수 있다는 강점을 가지고 있습니다.

4. 해외 ESS 시장 동향

  • 4-1. 미국의 ESS 시장 현황 및 정책

  • 미국의 ESS 시장은 최근 몇 년 간 급격히 확대되고 있으며, EV 자율주행 및 재생에너지 전환의 일환으로 중장기 ESS 로드맵을 마련하여 2030년까지 에너지저장장치(ESS)의 대규모 구축을 목표로 하고 있습니다. 미국 에너지 관리청(EIA)에 따르면, 2023년 상반기 ESS 신규 설치 규모가 4.2GWh에 이르렀습니다. SNE 리서치에 따르면, 2020년 ESS 시장은 20GWh로 시작하여 2030년에는 302GWh로 성장할 것으로 전망됩니다.

  • 4-2. 중국의 ESS 시장 전략

  • 중국은 재생에너지 전환을 통해 ESS 시장에서 극단적인 성장세를 보여주고 있으며, 2050년까지 ESS 누적 설비용량이 222GW에 이를 것으로 기대됩니다. 이에 따라 국내 및 국제적으로 ESS 기술을 적극 도입하고 있으며, 다양한 정책적 지원을 통해 시장을 주도하고 있습니다.

  • 4-3. 유럽의 ESS 기술 개발 현황

  • 유럽 국가들도 ESS 기술 개발에 박차를 가하고 있습니다. 특히, 플로우 배터리, 압축공기저장(CAES), 열에너지저장(TES), 액화공기저장(LAES)과 같은 장주기 ESS 기술은 각국에서 다양한 테스트와 연구개발이 이루어지고 있습니다. 이러한 기술들은 리튬이온배터리의 단점을 극복할 가능성을 보여주고 있으며, 지속 가능하고 안정적인 에너지 공급을 위한 대안으로 평가되고 있습니다.

5. ESS 관련 기술의 발전

  • 5-1. ESS의 구성 요소

  • 에너지 저장 시스템(ESS)은 전기 에너지를 저장하고 관리할 수 있는 장치입니다. ESS의 주요 구성 요소는 크게 에너지 관리 시스템(EMS)과 배터리 저장 시스템으로 나눌 수 있습니다. EMS는 ESS의 전력 사용량을 최적화하고 관리하는 소프트웨어이며, 배터리 저장 시스템은 생산된 전기를 저장하여 필요할 때 이를 공급하는 역할을 합니다. ESS는 일반적으로 대량의 전기를 저장할 수 있는 장치로, 스마트 그리드와 결합되어 전력의 수요가 가장 큰 시간대에 전력을 공급할 수 있도록 합니다.

  • 5-2. 스마트 그리드와 ESS의 융합

  • 스마트 그리드는 전력망에 IT 기술을 접목하여 전력 공급자와 수요자가 실시간으로 정보를 교환하며 효율적으로 전력을 공급할 수 있는 차세대 전력망입니다. ESS는 스마트 그리드 내에서 스마트하게 전력을 저장하고 공급하는 역할을 수행합니다. ESS가 스마트 그리드와 통합되면, 전력 수요의 변동성을 예측하고 조절할 수 있어 전력 공급의 안정성을 강화할 수 있습니다. 예를 들어, 날씨에 따라 변동하는 신재생 에너지의 생산량을 ESS가 보완함으로써, 전체 전력망의 효율성을 높이는 데 기여합니다.

  • 5-3. 신재생 에너지와 ESS의 관계

  • 신재생 에너지원인 태양광 및 풍력 발전은 기후나 날씨에 따라 발전량이 불안정한 특징이 있습니다. 이러한 신재생 에너지의 특성을 보완하기 위해 ESS가 필수적입니다. ESS는 신재생 에너지원에서 생성된 잉여 전력을 저장하고, 필요할 때 이를 방출하여 전력 공급의 연속성을 제공합니다. 또한, 신재생 에너지를 활용한 전력 생산이 증가함에 따라 ESS의 사용 사례도 증가하고 있으며, 이는 전력망의 효율성을 향상시키고 환경적으로 지속 가능한 에너지 시스템을 구축하는 데 중요한 역할을 합니다.

6. 정책적 지원과 정부의 역할

  • 6-1. 정부의 ESS 산업 육성 방안

  • 재생에너지 전환과 함께 에너지 저장 시스템(ESS) 시장이 급속히 커지고 있는 가운데, 정부는 ESS 산업 육성을 위한 방안을 마련하고 있습니다. 한국 정부는 2021년과 2022년에 발생한 ESS 화재 사고에도 불구하고, 안정적인 전력망 구축과 글로벌 시장 진출 전략을 위해 태스크포스(TF)를 구성하였습니다. 2036년까지 26GW의 ESS 구축을 목표로 하고 있으며, 최대 45조 원의 투자 계획을 세우고 있습니다.

  • 6-2. 국내외 ESS 관련 법규 및 규제

  • 국제적으로 미국과 중국 등은 ESS 도입을 위한 정책적 지원을 강화하고 있습니다. 미국은 중장기 ESS 로드맵을 수립하여 2030년까지 대규모 장기 에너지 저장 장치의 비용을 90%까지 줄이고, 다양한 ESS 기술에 대한 투자 지원을 약속하고 있습니다. 중국 또한 2050년까지 ESS 누적 설비 용량을 222GW로 확대할 계획입니다. 이러한 글로벌 동향 속에서, 우리나라 역시 ESS 관련 법규 및 규제를 정비하며 시장 안정성과 산업 육성을 동시에 진행하고 있습니다.

  • 6-3. ESS 시장을 위한 투자 및 지원 정책

  • 한국 정부는 ESS 산업에 대한 투자를 확대하여 산업의 기반을 강화하고 있습니다. 2021년과 2022년 ESS 시스템 화재 및 안전 문제로 설치 규모가 감소했으나, 정부의 지원 정책이 시장 회복에 기여할 것으로 기대되고 있습니다. SNE 리서치에 따르면, 2020년 ESS 시장 규모는 20GWh였으나, 2030년까지 302GWh로 성장할 것으로 예측되고 있습니다. 이러한 수치는 정부의 투자와 지원 정책이 효과적으로 작용하고 있다는 것을 시사합니다.

결론

  • ESS 시장은 재생 에너지 전환의 주요 요소로 자리 잡고 있으며, 바나듐 배터리와 같은 혁신적인 기술 개발이 시장 확장을 주도하고 있습니다. 세계 각국, 특히 미국과 중국은 ESS 도입을 위한 적극적인 정책적 지원을 통해 이를 에너지 관리의 핵심으로 삼고 있습니다. 이와 함께, 스마트 그리드 기술과의 융합을 통해 ESS는 불규칙한 신재생 에너지의 변동성을 조정하고, 전력 공급의 안정성을 향상시키는데 중요한 역할을 하고 있습니다. 그러나 지속적인 시장 성장을 위해서는 안정성과 지속 가능성을 강화하기 위한 기술 발전과 정책 지원이 필요합니다. 이러한 맥락에서 ESS는 앞으로도 에너지 효율화와 안정적인 전력 공급을 위한 필수 시스템으로 발전할 것입니다. 한국, 미국, 중국뿐만 아니라 유럽 국가들 또한 이 시장에 대한 접근을 가속화하고 있습니다. 이런 흐름은 글로벌 전력망의 지속 가능성과 혁신을 위한 밑거름이 될 것입니다.

용어집

  • ESS [기술]: 에너지 저장 시스템(ESS)은 전기를 저장하고 필요할 때 사용할 수 있도록 해주는 시스템으로, 재생 에너지와의 결합을 통해 에너지 효율성을 극대화할 수 있습니다. ESS는 전력의 안정적 공급과 수요 관리를 위해 필수적입니다.
  • 바나듐 배터리 [기술]: 바나듐 배터리는 장주기 에너지 저장에 적합한 배터리로, 높은 출력과 긴 수명을 자랑합니다. 최근 많은 기업들이 바나듐 배터리의 상용화에 박차를 가하고 있으며, 이는 ESS 시장에서 중요한 역할을 할 것으로 예상됩니다.
  • 스마트 그리드 [기술]: 스마트 그리드는 전력망에 IT 기술을 접목한 시스템으로, 효율적인 전력 공급과 수요 관리가 가능합니다. ESS와의 융합을 통해 신재생 에너지의 변동성을 보완하고 전력 관리의 효율성을 높일 수 있습니다.

출처 문서