전기는 생산되는 곳과 소비하는 곳이 멀리 떨어져 있다. 따라서 전력 계통은 생산(generation)과 송전(transmission), 배전(distribution)의 단계를 거치는데, 대부분의 전기 사고는 전력 공급계통에서 발생한다.



우리나라는 지난 2011년 9월 15일 일어난 정전 사태로 전력 수급 문제에 적극적으로 대응함은 물론 수요 관리에 나서고 있다. 하지만 애석하게도 일부 원자력 발전의 가동 중단 등으로 전력 공급에 차질을 겪어야 했다. 최근 전력 부하 관리의 요구와 함께 전력 품질 관리의 필요성도 증가해 전력을 저장하여 필요한 시기에 공급하는 ESS(Energy Storage System) 시스템이 부각하고 있다.
ESS는 생산과 함께 소비가 이뤄지는 전기 특성에 저장기술을 도입해 전기 수요가 적을 때 생산된 전기를 저렴한 가격으로 저장하고, 수요가 많을 때 저장된 전기를 공급할 수 있는 시스템이다.



기술 현황
ESS 기술은 화학과 동역학, 위치 에너지 등과 같은 여러 에너지 형태를 활용해 최종적으로 전기로 변환시킬 에너지를 저장하는 것이다. ESS 기술 중 대용량 저장장치(bulk energy storage)는 용량이 수십 ~ 수백 MW로 매일 수 시간의 에너지 저장이 가능하다. 또한 소규모의 배전(distributed) 저장장치는 송배전 지점 상에 위치하여 전력소비자와 직접 연결됐으며 용량은 kW 규모로 수 분 단위의 전력 저장이 가능하다. 전력저장을 위한 주요기술로는 양수발전장치(pumped hydro)와 압축공기 저장장치(compressed air energy storage), 리튬이온전지(lithium ion battery), Flow 전지, Flywheel 전지, 나트륨-유황(NaS) 전지 등이 있다. 전력저장을 위한 주요 기술 중 하나인 양수발전장치는 현재 여러 나라 전력시장에서 활용되고 있다. 그 다음으로 가장 실용화 단계에 있는 전기화학에너지 저장기술은 2차 전지를 이용한 전기저장장치 개발이 활발히 진행 중이다. 2차 전지 종류로는 리튬이온전지(Lithium-ion Battery)가 주목받고 있지만, 아직 전 세계적으로 상용화되지 못하고 있다. 이유는 리튬이온전지는 단위 용량(kW) 당 에너지저장 비용이 상당히 높기 때문이다.
ESS는 미국과 일본, 유럽 등의 선진국을 중심으로 활발하게 연구개발 및 실증사업이 추진되고 있으며 현재는 사업화단계에 진입 중이다. 앞으로 대규모 전략저장을 위한 전력망용 저장기술과 가정용 ESS 기술 개발에 대한 수요가 확대될 전망이다.

ESS, 일본이 선도
일본은 2011년 대지진의 피해로 정부에서 적극적으로 ESS 시장을 육성하고 있다. 2011년 말부터 ESS 보급 사업의 하나로 연 210억 엔 규모의 설치 보조금을 운영 중이며, 가정용은 100만 엔과 법인용은 1억 엔을 한도로 지원하고 있다. 또한 정부 보급 노력과 기업의 참여 확대로 다양한 ESS 솔루션이 등장하고 구매 가격 하락 및 품질 향상이 이뤄져 일본 ESS 시장은 빠르게 성장하고 있다. 야노경제연구소의 보고서에 따르면 ESS 시장규모는 2011년 60만 6,620 kWh에서 2012년 70만 8,585 kWh로 성장했다. 특히 가정용 ESS 시장은 전년보다 2,970%, 업무용 ESS 시장은 748% 확대된 것으로 나타났다.
2012년 세계 ESS 시장 규모는 142억 달러로 추정되며 2020년 536억 달러, 2030년 1,300억 달러 시장으로 성장할 전망이다. ESS 가격 하락과 더불어 시장은 2015년 이후 급속한 양적 성장세를 기록할 것으로 보인다. 저장 용량도 2011년 1,206 MWh 규모에서 2020년에는 16배 성장한 2만 105 MWh로 확대될 것으로 예상된다. ESS 시장은 2020년까지 중소형 발전용과 산업용, 가정용 ESS 등 대형 발전 이외 전력망 내 대부분에서 수요가 확대될 전망이다.



국내 현황
글로벌 표준 개발 기관인 IEEE-SA(국제전기전자표준협회)는 460명의 글로벌 스마트 그리드 전문가들을 대상으로 실시한 스마트 그리드 발전 방향 관련 설문조사 결과 응답자의 69%가 스마트 그리드의 성장을 가속화하는 가장 중요한 요소로 ESS 및 분산전원을 꼽았다.
하지만 우리나라의 ESS 시장은 개화기 이전의 실증단계로, 선진국에 비해 신재생에너지 생산이 부족해 에너지저장장치로의 유인이 어렵다. 이에 시장 형성이 더디게 진행되고 있다. 또한 선진국에 비해 에너지저장시설의 상용화 정도나 원천부품소재 기술 수준, 실증경험 측면에서 볼 때 선진국에 열세를 보이고 있다. 리튬이온전지의 기술 수준은 세계 최고수준으로 올라 해외 수출이 이뤄지고 있는 반면, 전반적인 ESS 원천부품소재 기술은 미흡하다고 할 수 있다.



무정전 사용 등의 장점 갖춰
수요자 입장에서 ESS의 장점은 전력계통의 사고 등으로 비상용 전원이 필요한 곳에서 무정전으로 전력을 사용할 수 있다는 것이다. ESS는 기존 비상발전기에 비해 정비 요소가 현저히 작아 유지 관리가 쉽고 설치 장소에 제약이 적어 공간 효율이라는 장점을 가진다. 따라서 가정용 등의 소규모 소비자가 관리하기에 용이하다. 계통 운영자 입장에서는 전력수급이 원활하지 않을 경우 에너지저장시설로부터 전기를 공급받을 수 있는 비상 수급자원으로 에너지저장기술을 활용할 수 있다. 또한 기존의 발전기에 비해 유지 관리가 용이하고 저장시설이 전력계통과 상시 연계되어 유사시 활용 가능하다. 특히 ESS의 빠른 대응 능력을 활용해 예기치 못한 수급 불안에 대처가 가능하다.



ESS의 미래
일본을 중심으로 ESS 시장 내 다양한 비즈니스 모델이 등장하고 있다. 일본의 스마트 하우스는 다수 일본 전지 기업과 하우스 메이커들이 생태계를 구축하고 있다. 주택 구매 시 소비자들이 지불할 가치에 전력 부족에 대한 보험 차원에서 수 kW 규모의 ESS를 기본적으로 설치하고 있다. 파나소닉은 2010년 4월 에너지 솔루션 사업 추진 본부를 설립해 태양광 및 리튬이온전지 분야에 강점이 있는 산요와 결합한 파나 홈(Pana Home)을 통해 일본 내에서 실증 사업을 본격적으로 추진 중이다. 장기적으로는 에너지 관리와 관련한 사업 전반으로 확대할 계획으로 개별 제품 수준을 넘어서 가정용에서 산업용까지 종합적인 솔루션 사업을 지향하고 있다. 또한 전력망과 서비스 산업 등을 융합시킨 민간 주도의 비즈니스 모델 개발도 활발하다. 이들 회사는 정부로부터 설치 보조금을 지원받아 가정에 ESS와 풍력·태양광 등의 신재생에너지 발전 설비를 구축한다. 이밖에도 전기차를 활용한 비즈니스 모델도 등장하고 있다. 도요타자동차는 전기자동차의 내장된 전지를 ESS로 활용해 가정에서 충전하고 필요할 때는 가정용 전기로도 사용하는 사업을 시작했다.




시스템 관점에서 생각해야
ESS 솔루션 개발의 핵심은 저가격, 장수명, 고용량이다. 기업들은 다양한 솔루션 개발 및 솔루션 자체 완성도의 향상으로 추가 가격 인하 가능성도 있다. 솔루션 특징상 최소 10년 이상부터 평균 20년 이상의 오랜 수명을 보증해야 하며 기존 전력 대비 경쟁력 확보를 위해 기업들의 시스템 비용을 낮추기 위한 노력이 지속될 전망이다.
ESS의 성장성은 확인되고 있지만 설치비의 과다 등 경제성에 문제가 있다. 따라서 정부가 초기 시장의 형성을 위한 노력이 필요하다. 또한 발전부문의 전기사업자 및 송배전부문에 ESS 구축을 의무화하고 공공시설 및 일정규모 이상의 빌딩 등에 대해서도 ESS 구축을 고려해야 할 것이다.
LG경제연구원의 하일곤 연구원은 “ESS 시장은 지역별로 성장 속도의 차이가 있지만, 전력 수급의 효율적 관리 요구가 커지고 있음은 물론, 관련 기술도 발전하고 있어 성장 잠재력은 매우 높은 상황이다”며 “ESS는 전지와 PCS 등 여러 구성요소로 구성된 시스템으로 단순 설비, 장비에 초점을 맞춘 개발 방식에서 벗어나 시스템 관점에서 사용자들의 다양한 요구에 맞게 활용되어야 할 것”이라고 말했다.  ES

산업부, 스마트기기 보급에 199억 지원 산업통상자원부는 스마트그리드 환경 구현을 위한 핵심기기인 스마트미터기(AMI)와 에너지저장장치(ESS)의 보급 방향과 2013년 보급 계획을 발표했다. 올해 AMI와 ESS 보급지원 예산은 지난해 29억 원 대비 6.8배 증액된 199억 원으로 산업부는 이 예산을 활용해 AMI 1만2000호, ESS 11 MWh를 보급할 계획이다. AMI로 교체해야 하는 전력량계는 한국전력공사 소유 2194만대, 아파트(734만호), 빌딩(300만호 내외) 등 집합건물 내 소비자 소유 약 1천만 대 등 약 3,200만 대이며 2012년 말 현재, 한전 소유 79만 5천대, 정부 예산지원으로 집합건물 5천대 등 전체 교체대상의 2.5% 수준인 80만대가 교체됐다. 교체 재원은 민간 투자 활성화를 통해 마련하는 것을 유력한 대안으로 검토하고 있으며 다만, 일정 시점까지는 지속적인 재정 지원과 제도 개선 등을 통해 민간 투자를 이끌어 낼 수 있는 새로운 비즈니스 모델 창출을 추진한다는 방침이다. 한편 산업부는 단기적으로 정부지원을 통해 조기 시장창출, 민간투자 활성화 계기 마련이 필요해 2013년에도 AMI, ESS 보급에 대한 재정지원을 추진한다.