기술 한입

쑥쑥 크고 있고, 더욱 커나갈 ESS 시장

태양광과 풍력은 대표적인 친환경 재생에너지다. 하지만, 흐린 날에는 태양광 발전량이 떨어지고, 바람 없는 날은 풍력 발전량이 떨어진다. 두 에너지원에는 출력이 일정하지 않다는 태생적 한계가 있다.

이를 메워줄 에너지 저장 기술 중요성이 점차 커지고 있는 이유다.

ESS는 Energy Storage System, 즉 전력을 저장해 두었다가 필요할 때 공급하는 장치다.

충전 시에는 재생에너지로부터 전력을 받아 교류(AC)를 직류(DC)로 변환해 배터리에 저장하고, 방전 시에는 저장된 직류를 교류로 변환해 전력으로 공급한다.

<출처: LG에너지솔루션 ESS>

현재 상용화된 대부분의 ESS는 리튬이온배터리를 사용한다. 휴대폰의 배터리 충전을 대형화한 개념이라 보면 된다.

이 외에도 액체 전해액을 외부 탱크에 저장하고, 펌프를 통해 전지 내부로 순환시키면서 충전과 방전을 하는 2차 전지 (Redox Flow Battery), 자기장에 전류를 저장하는 SMES (Superconducting Magnetic Energy Storage, 초전도 에너지 저장) 등 다양한 기술이 연구되고 있다.

그러나 리튬이온 배터리는 높은 에너지 밀도로 인해 화재나 폭발 위험이 존재한다. 그동안 ESS 화재 사고가 여러 차례 발생하면서 안전성 논란이 계속되고 있다. 이에 따라 국제인증과 정기적인 안전성 시험이 필수다.

지난 7월 말에 LG에너지솔루션이 6조 원 규모의 ESS용 LFP (리튬인산철, Lithium ion Fe Phosphate, LiFEPO4) 배터리 공급 계약을 체결했다는 언론 보도가 있었다. 계약 상대방은 공개되지 않았지만, 업계에선 테슬라일 가능성이 높다고 보고 있다. 많은 사람들이 테슬라를 전기차 업체로 알고 있지만, 테슬라의 진짜 미래 먹거리 사업은 에너지 저장 사업이다.

국제해사기구(IMO)는 올해 10월에 Net-Zero Framework가 채택된다면, 2027년부터 선박이 배출하는 온실가스에 대해 탄소세를 부과한다. 이렇게 2050년까지 선박 넷제로를 달성한다는 목표다.

선박은 디젤 또는 LNG 발전기를 사용해 전력을 생산한다. 하지만, 이로 인한 온실가스 배출은 피할 수 없다.

이 때문에 조선 업계는 선박용 ESS를 차세대 친환경 동력원으로 주목하고 있다.

삼성중공업은 2019년 삼성 SDI와 공동 개발한 리튬이온 배터리 ESS로 노르웨이선급(DNV) 형식 승인을 받았다.

HD한국조선해양은 삼원계인 NCM(니켈, 코발트, 망간) 계열 배터리 ESS 'BADA-100' 시제품 (112 kWh 용량) 개발했으며, 올해 제품 형식 승인을 목표로 실증 단계 진행 중이다.

한화오션은 한화에어로스페이스와 MWh급 ESS를 공동 개발해 대형 선박 적용 기술을 확보했다.

여기서 잠깐, kWh 단위가 생소한 사람을 위하여 잠시 설명하고 지나간다.

kWh는 1시간 동안 1kW 전력을 사용하거나 생산했을 때 총전력량을 나타내는 단위다. 전기 요금이 kWh 단위로 청구되는데, 이는 한 달 동안 사용한 총전력량(=일정 기간 동안 사용한 전기량)에 따라 요금이 부과되기 때문이다. 예를 들어 2kW 오븐을 3시간 사용하면 2x3=6 kWh이다.

중소형 선박은 이미 배터리 기반 전기추진이 실용 단계에 진입했지만, 대형 선박은 장거리 항해와 ESS 용량 한계로 발전기와 병행하는 하이브리드 방식이 필수다.

또한, 용량을 증가시키는 기술 개발과 정박하는 항구에서 원활하게 배터리를 수급받을 수 있는 인프라가 필요하다.

궁극적인 넷제로를 달성하기 위해서는 암모니아, 메탄올, 수소 등 친환경 연료를 사용하는 친환경 발전시스템과 선박용 ESS를 결합해야 한다.

ESS는 규모의 경제 및 원가 절감이 핵심이다. 탈탄소 목표와 탄소세 등의 규제는 ESS 도입을 촉진할 것이다.

재생에너지 공급 확대를 위해서는 들쑥날쑥한 전력을 보관할 ESS가 필수다.

ESS는 단순히 전력을 저장하는 장치를 넘어서 재생에너지 시대의 핵심 인프라가 될 것이다.