ESS, 국내 시장 본격적으로 열렸다

10일'주파수조정용 에너지 저장장치 시범사업' 준공 전기 수요와 공급 맞추는 주파수조정 본격 참여

2015년 07월 10일 (금) 08:09:48 최인수 기자  ischoi@ienews.co.kr

▲ 전력시장에서 에너지 저장장치의 역할

[에너지신문] 만약 발전소 정지 등으로 순간적으로 전기 수요와 공급이 일치하지 않는다면 전력망은 순식간에 붕괴되고 대단위의 정전 발생으로 사회가 큰 혼란에 빠질 수 있다.

태양광, 풍력 등 최근 크게 늘어나고 있는 신재생에너지는 온실가스 배출 제로의 청정에너지이지만 해결해야 할 큰 숙제가 있다. 전기가 필요하지만 태양이 구름에 가려지거나 바람이 안 불어 전기를 생산하지 못할 수 있고, 전기가 많이 필요없는 시간에 발전기를 가동해 전력망에 많은 전기를 한꺼번에 쏟아낼 수 있기 때문이다.

전기를 저장해 필요할 때 뽑아 쓸 수 있다면 이같은 문제는 쉽게 해결될 수 있다. 에너지저장장치는 전기의 수요와 공급을 맞추고 들쭉날쭉 출력이 불안정한 신재생에너지를 보완해 전기품질을 유지하고 전력계통을 안정화하는 수단으로 안성맞춤이다. 

■ 국내 시장 본격 창출

산업부와 한국전력은 10일 오전 한전 서안성변전소에서 에너지 저장장치를 주파수 조정( Frequency Regulation:FR)에 본격 투입하는 총 52MW 규모의 '주파수조정용 에너지 저장장치 시범사업' 준공식을 가졌다. FR용 ESS 시범설비 시운전을 완료하고 상업운전을 개시한 것이다.

이번 행사는 2017년까지 한전의 예산 총 6250억원을 투입해 500MW 규모의 에너지 저장장치를 설치, 전력의 수요와 공급을 일치시키는 주파수조정 서비스를 실시하기 위한 사업의 첫 단추이다. 

이번의 1차 사업 준공식에 이어 올 하반기에는 2차 사업으로 추가 200MW 규모의 주파수 조정용 에너지 저장장치를 구축할 계획이며, 이렇게 될 경우 주파수 조정용으로는 세계 최대 규모의 설비가 될 것으로 예상된다. 현재 해외의 대용량 주파수 조정용 에너지 저장장치는 32MW 이하 규모에 불과하다.

이날 행사에서는 국내 최초 FR용 ESS 시범설비 구축 완료 기념에 이어 참여기업 주요기술 및 성과 보고(해외진출 사례), 충방전 시연도 열렸다.

'주파수조정용 에너지 저장장치 시범사업' 은 지난 2014년 9월부터 올해 6월까지 570억원을 투입했으며 서안성 변전소(28MW)와 신용인 변전소(24MW)에 주파수 조정용 ESS 총 52MW를 설치 및 시운전했다.

총 사업 규모는 2017년까지 500MW를 설치하는 것으로 총 예산 6250억원이 소요된다. 사업계획에 따르면 2014년 52MW , 2015년 200MW, 2016년 124MW, 2017년 124MW를 설치한다는 것.

그간 정부는 에너지 저장장치가 전력시장에서 적극적 역할을 할 수 있도록 ‘발전소’로서의 역할을 부여하는 한편, 기존 발전소가 담당해 온 주파수 조정의 기능도 수행할 수 있도록 제도를 개선해 왔다.

아울러 전기를 충전할 때 전기요금을 할인해 주는 충전특례 도입, 에너지 저장장치 연계 신재생에너지에 대한 공급인증서(REC) 가중치 우대, 비상발전기로서의 지위 인정 등을 통해 시장 확대를 위한 정책적 지원을 실시해 왔다.

실제 정부는 경부하시 에너지저장장치(ESS)에 저장한 전력을 원하는 시간에 거래 허용(1MW이하 한전과 전력거래계약(PPA) 등), 자가소비용 에너지저장장치 충전전력 특례(경부하시간대 10%요금 할인), 신재생+ESS 동반설치시 REC 가중치 우대, 비상발전시설로 허용하는 등 제도를 개선해 왔다.

이번 사업은 전력 공기업인 한전을 중심으로 대기업과 중소기업 등 국내 기업이 함께 참여해 에너지 저장장치의 가장 큰 시장인 전력시장을 대상으로 본격적인 경험과 실적을 쌓는 기회가 될 것으로 기대된다.

현재 ESS 세계시장 규모(Navigant)는 2015년 247억달러에서 2018년 366억달러, 2020년 414억달러로 성장할 것으로 전망되고 있다,
 
2020년 용도별 시장비중은 전력망44%, 비상전원23%, 상용건물15%, 통신시설10%, 가정용9% 수준으로 추정되고 있다.

특히 해외 시장 개척에서도 선전하고 있는 일부 대기업과는 달리 별도로 경험을 축적할 수 있는 기회가 많지 않았던 관련 중소기업입장에서는 출력제어장치(PCS),에너지관리시스템(EMS)등의 분야에서 경쟁력을 배양할수있는 전기가될 전망이다.

국내의 ESS 구성 및 관련업체에는 배터리분야에 삼성SDI, LG화학, SK이노베이션, 코캄 등이 있고 전력변환장치, PCS분야에 효성, 포스코ICT, 현대중공업, 우진산전, EN테크 등이 있다. 에너지관리시스템, EMS 분야에는 LS산전, AT solution 등이 있다.  코캄, 우진산전, 에코파워, 인텍, EN테크, 세방전기, 동이에코스 등은 중소기업으로 이 사업에 참여하고 있다.

문재도 산업부 차관은  “산업혁명과 IT혁명의 뒤를 이어 앞으로 다가올 미래는 ‘에너지 혁명’의 시대가 될 것”이라며 “대규모로 생산돼 한 방향으로 공급되는 에너지보다는 지역단위에서 생산되고 소비되는 에너지가 점차 중요한 역할을 수행하게 될 것”이라고 전망했다.

그는 “정보와 상상력을 활용하는 에너지 솔루션을 많이 보유한 나라가 진정한 ‘에너지 챔피언’이 될 것”이라며 “에너지 시장의 새로운 비즈니스 모델 출현과 자신이 직접 에너지를 생산하고 소비하는 ‘프로슈머(prosumer)'의 등장이 이러한 변화를 더욱 가속화 시킬 것”이라고 예상했다. 

이어 문차관은 “에너지 분야에서 새로운 산업이 출현하고 프로슈머가 에너지 시장에서 적극적인 역할을 하기 위해 가장 중요한 것이 에너지 저장장치”이며 “담아 놓을 수 없었던 에너지를 저장해 가정에서, 공장에서, 그리고 전력망에서 활용하는 에너지 저장장치는 가히 에너지 혁명이 가져올 변화의 핵심”이라고 강조했다.

또한 “기후변화 문제는 현재 세대가 반드시 풀어야 할 과제이며, 에너지 저장장치가 신재생 에너지 보급을 촉진하고, 비싼 발전기의 가동을 줄이는 효과로 인해 온실가스 감축에도 기여할 수 있다”고 언급하면서, 지난 4월 정부 발표 이후 현재 추진되고 있는 에너지 신산업의 많은 사업모델들이 에너지 저장장치를 핵심요소로 하고 있다는 점도 부각시켰다.

▲ 리튬이온배터리(LIB), (납축전지) 납과 황산을 이용한 이차전지, (RFB) 레독스 흐름전지, (NaS) 나트륨 황전지, (CAES) 압축공기에너지저장, (플라이휠) 회전에너지를 저장

■ 산업동향과 향후 과제

에너지 저장장치는 주파수 조정과 신재생 에너지의 출력 안정만이 아니라, 전기를 방출해 전력 최대수요를 관리하고 하이테크 산업에 대한 안정적 전기 공급 등 다양한 용도로 사용될 수 있어 향후 에너지 산업의 지각변동을 가져올 수 있는 잠재력을 보유하고 있는 것으로 평가된다.

미국, 유럽 등 선진국에서도 에너지 저장장치가 분산형 전원, 주파수 조정, 신재생에너지 출력안정 등 다양한 서비스 시장에 참여할 수 있도록 정책적 지원을 전개하고 있으며, 설치를 의무화하거나 투자자에게 인센티브를 지급하는 등 보급 확대를 위한 노력도 펼치고 있다.

미국의 경우 법률로 ESS를 송배전 분야의 신기술(Energy Policy Act), 마이크로그리드의 분산에너지자원(Energy Independence and Secrurity Act)으로 인정, 에너지연방규제위원회(FERC)는 FR용 ESS의 전력시장 참여를 허용하고 있다. 

캘리포니아주는 2024년 1.3GW 설치를 목표로 2014년부터 전력사업자별로 ESS 설치를 의무화했고, 하와이 등 본토 전력망 未연계 지역은 신재생에너지의 불규칙한 전력품질 개선을 위해 ESS를 활발히 적용 중이며, 독일의 경우 태양광 발전 연계 ESS 대상 설치비용의 30%를 지급하고 있다.

이에 따라 앞으로 정부는 에너지 저장장치가 에너지신산업 육성, 분산형 전원 확대, 스마트그리드 확산 등 에너지 정책 목표에 적극 부합할 수 있도록 관련 기업과 적극 협력해 나갈 계획이다.

주파수조정 사업 외에도 에너지 저장장치의 발전시장 참여, 이 장치를 활용한 대형 산업체의 피크 부하 절감, 전기 소비가 많은 공장이나 시설에 대한 에너지 저장장치 보급 확대를 통해 국내 시장 창출도 꾸준히 추진할 방침이다.

실제  사례를 보면 신라대학교의 경우 2013년에 구축된 ESS(500kW 규모)를 통해 2014년 7.6% 피크 저감과 전력 사용량약 400MWh를  절감하기도 했다.

정부는 또한 수요지 인근의 분산형 전원을 확대하고 친환경에너지 보급을 촉진하기 위해 에너지관리시스템, 신재생전원 등으로 구성된 마이크로그리드(microgrids)를 확산해 에너지 저장장치의 시장 기반을 계속 확대할 예정이다.

아울러 세계시장 진출을 위해 필수적인 성능평가와 안전검사를 위한 시험인증센터도 2018년까지 구축해 국내 제품에 대한 소비자 신뢰 제고와 국제경쟁력 향상을 지원할 계획이다.

시험인증센터는 한국기계전기전자시험연구원이 주관기관으로 참여해 총사업비 260억원을 투입해 2015~2018년까지 구축한다. 해외의 경우 독일(Fraunhofer ISE), 미국(NREL), 중국(KETOP 연구소)에서 1MW급 에너지저장장치 시험설비 구축 및 공인시험을 실시 중이다.

□ 해외 주파수 조정용 ESS 도입 사례

 

국가명	프로젝트명	서비스 용 도	정격 용량 (MW)	지속 시간 (분)	구분
미 국	AES Laurel Mountain	주파수조정 출력증감발	32	15	AGC
	AES Tait Battery Array	주파수조정	20	15	AGC
	NextEra Lee/DeKalb 20 MW Illinois	주파수조정 신재생안정	20	15	AGC
	RES Battery Utility of Ohio	주파수조정	4	39	AGC
	Energy Storage Holding Altair ALTI-ESS	주파수조정	1.8	10	AGC
	Invenergy Grand Ridge Wind Project BESS	주파수조정 신재생안정	1.5	15	AGC
	Altairnano-PJM Li-ion Battery Ancillary Services Demo	주파수조정 신재생안정	1	15	AGC
캐나다	RES Amphora	주파수조정	4	39	AGC
독 일	WEMAG Younicos Battery Park	주파수조정 전압제어 자체기동	5	60	GF
스위스	Zurich 1MW BESS	주파수조정 피크이전	1	30	GF
덴마크	Vestas Lem Kær ESS Demo 1.2 MW	주파수조정	1	15	GF
스페인	BESS Abeinsa	주파수조정 운전예비력	1	20	-
칠 레	AES Angamos Storage Array	주파수조정 운전예비력	20	20	GF
	AES Los Andes Battery Energy Storage System	주파수조정 운전예비력	12	20	GF
중 국	Ray Power Systems Beijing Frequency Regulation Project	주파수조정	2	15	-

 

□ 계획중인 주파수조정용 ESS의 해외 사례

국가명	프로젝트명	서비스 용 도	정격 용량 (MW)	지속 시간 (분)	구분
미 국	Jake Energy Storage Center: RES America	주파수조정	19.8	24	AGC
	Elwood Energy Storage Center: RES America	주파수조정	19.8	24	AGC
캐나다	Canadian Solar Solutions for IESO	주파수조정 전압제어	4	41	AGC
일 본	Sendai Substation Battery Pilot Project	주파수조정 전압조정	40	30	-
프랑스	EDF R&D Concept Grid	주파수조정	1	30	GF
중국	Changsha 10MW/20MWh BESS	주파수조정	10	120	-

* 1. 미국 DOE Energy Storage Database (www.energystorageexchange.org)

2. 1MW이상 계통연계형 주파수조정 주목적 사업만 발췌 (독립형 및 타목적 우선사업 제외)