수소경제 및 에너지저장장치(ESS) 산업의 현황, 기술적 역할, 정책적 지원 및 향후 과제 doc_id PCY_201908160223027801_5

하지만, 전기차 대비 수소전기차가 얼마나 시장 확대가 가능할지 예측하기 매우 어렵다. 정부 지원이 변수이기는 하지만 시장의 선택은 차량의 가격, 유지비, 안정성 및 편의성 등을 고려한 운전자의 판단에 의존되기 때문이다. 수소경제 도래에 대한 확신이 없어지거나 인프라 건설 등이 계획만큼 진행되지 않는다면 정부 지원도 급격히 퇴조할 가능성도 있다. 수소를 전기로 전환시키는 연료전지는 수소전기차의 핵심부품이다. 연료전지는 운송용 교통수단에 사용되기도 하지만 가정용, 발전용 연료전지의 수요 확대도 수소경제 실현을 위해 매우 중요한 부분이다. 다음은 용도별로 사용되는 연료전지의 종류를 구분하여 도식화하였다. 정부의 수소경제 활성화 로드맵에 의하면 2008년 기준 발전용 연료전지는 0.3GW, 가정·건물용 연료전지는 7MW가 보급된 상태이다. 정부는 발전용 연료전지를 2022년까지 1.5GW(내수 1GW), 2040년까지 15GW(내수 8GW) 보급을 계획하고 있다. 해외 주요국의 정책을 보면 이와 크게 다르지 않은 것을 확인 할 수 있다. 먼저 미국의 경우, 캘리포니아 주는 ’24년까지 1.3GWh 설치를 목표로 전력사업자별 ESS설치를 의무화 하였으며, 중대형 ESS설치시 2~30%의 투자 세액감면을 실시하였다. 일본은 ESS설치 보조금 지원중심의 정책을 시행중이며 일본 자체의 전기세가 비싼 편(한국대비 전력량요금 3배, 피크요금 5배)이라 자연적으로 피크저감용 ESS를 많이 찾는 추세를 보인다. EU의 경우 각국 정부의 주도아래 실증 및 보급 확대 대형프로젝트를 추진하고 있으며, 독일과 프랑스는 태양광 주택 리튬이온전지 실증 프로젝트를 병행하고 있다. 영국은 1,700만 파운드를 들여 에너지저장기술 보급 프로그램을 운영 중이다. 시장 규모의 차이도 있겠지만 아직 국내의 정책적인 부분이 외국의 그것보다는 조금 더 발전되어야 한다. 이 외에도 한국전기연구원(KERI) 고전압시험실은 최근 메가와트(MW)급 대용량 에너지저장장치(ESS) 및 전력변환장치 시험평가시스템을 국책과제를 통해 개발을 완료했다. 해당 설비는 국내·외 시험규격에 적합한 공인 시험을 실시할 수 있도록 신재생에너지 전원모의장치, 그리드시뮬레이터, 수동 부하장치, 통합측정시스템 및 종합 운영시스템으로 구성되어 있다. 세계적 트렌드의 변화에 대응하고자 설계단계부터 LVRT(Low Voltage Ride Through) 등 계통연계 성능 시험에 중점을 뒀으며, 외부 환경에 무관하게 안정적 운전이 가능하도록 설계되었다. 그동안 국내 신재생에너지 시험인증 업무가 기본 성능시험 위주인 점에 비해, 이번 MW급 공인시험설비 개발 성공은 계통연계 성능시험에서 중요한 중대용량 기기의 시험인증에 새로운 전환점을 마련할 것으로 기대되고 있다. 주파수조정용 ESS의 376MW 상업운전이 시행되면 전기품질 확보와 전력계통 운영 효율 향상이 기대되며, 매년 약 620억 원의 전력구입비 절감을 예상하고 있다. 또한, 기업들은 지난 4년간 주파수조정용 ESS사업에 참여하면서 배터리 충, 방전 속도를 최대 1.6배까지 향상시키는 등 기술적 성장을 이루었으며, 이를 바탕으로 현재 미국, 유럽, 아시아 등에 약 1조 2,000억 원의 해외 수출을 달성했다. 한국전력공사는 향후 신재생출력 안정화용 및 피크절감용 ESS 분야로 활용범위를 넓혀 ESS 산업 생태계를 조성할 계획이며, 국내 사업경험을 기반으로 주파수조정용 ESS의 해외 기술 수출도 지속 추진할 예정이다. 수요관리용 ESS는 전력사용량이 적은 시간대에 전기를 저장해 이를 전력 수요가 많은 시간대에 사용하도록 하는 설비로 주로 전력사용량이 많은 대규모 사업장에 설치된다. 신재생에너지는 기존의 발전원인 화력·원자력에 비해 발전단가가 아직은 비싼 편이므로 이전 2장에서 언급했던 정책과 같은 정부의 지원이 필수적이라 몇 가지 주요 지원사항만 제시하도록 하겠다. 태양광 연계 ESS에 정부에서 공급인증서(REC)를 부여하고, REC 수익이 4.5~5.0배 늘어나도록 정책적으로 지원하는데 이는 소규모 투자가 가능하고 지원 혜택이 큰 태양광 발전을 중심으로 ESS를 결합하는 수요가 클 것으로 예상된다. 여기서 태양광 연계 ESS의 발전 수익은 전력판매수익 계산식인(발전량×SMP단가)+(발전량×REC단가×가중치5.0)로 계산할 수 있다. 이에 맞춰 적정 용량의 ESS를 설치해야 투자 수익이 극대화된다. 아울러 15년 장기고정거래 계약을 체결할 경우 현재의 REC 가중치 부여 정책의 혜택이 유지되고 판매수익이 확보되어 수익의 안정성도 제고된다는 것도 고려해야 한다. 다음 항에서는 실제 ESS 구축사례 몇 가지를 살펴보도록 한다. 이와 같은 특징을 바탕으로 수요관리용 ESS와 관련된 비즈니스 모델은 부하패턴 분석기법, 최대피크부하 계산, 일간 또는 연간 최적 운영계획, 경제성 분석기법 등을 기반으로 한 전지 종류/용량 컨설턴트, PCS 정격/사양 체크, 운전전략 결정, 알고리즘 분석 등이 있다. 신재생에너지에 ESS를 연계하여 출력을 안정화하거나 피크부하를 저감할 수 있다. 태양광발전기 또는 풍력발전기와 같은 신재생발전기는 공급자원의 불확실성으로 인해 출력이 불안정하므로, 발전된 에너지를 ESS가 충전하고 있다가 출력을 일정하게 낼 수 있고, 피크부하가 발생할 때 방전하여 요금을 줄여주는 역할로 탁월하다. 신재생에너지 시장이 가파르게 성장함에 따라 ESS시장도 함께 성장하는데 한 몫을 하는데 어떤 원리로 피크요금을 절감하고 신재생에너지 출력을 안정화시키는 지는 확인할 수 있다. 일차적으로 심야전기를 활용해서 충전 후 주간시간에 방전하여 전기요금을 조절 하고, 조금 심도 있게 보면 차후 1년의 전기요금을 결정하는 요인 중 하나인 피크 전력사용량을 줄여주는 역할까지 병행하고 있다. 요약하면, ESS의 특장점이나 비즈니스모델은 현재 많이 알려져 있으며 운영이나 설계관련 연구도 상당부분 진행되었다. 정부에서도 ESS를 유망한 사업대상으로 인식하고 설치와 혜택을 적극적으로 지원하고 있는 상태이다. 그러나 ESS에 들어가는 전지의 안전성을 보장할 수 있는 시험 및 평가 시스템 분야의 연구가 많이 부족한 것으로 보인다. 또한 ESS관련 안전에 관한 법규나 관련규정에 적극적인 지원이 필요하다. 에너지총조사는 1981년 제1차 조사가 이루어진 이후 에너지법 제19조제5항과 동 법 시행령 제15조제3항 에너지법 시행령 제15조제3항에 의해 매 3년마다 실시되는 에너지소비조사이며, 2017년 제13차 조사가 이루어졌다. 조사의 목적은 우리나라 전체 수요부문에 대한 에너지 소비 실태를 파악하여 국가 에너지정책 수립에 필요한 기초자료를 제공하는 것이다. 이를 위해 각 부문별(산업, 수송, 가정, 상업·공공) 최종 에너지소비자인 사업체, 차량, 가구, 건물을 대상으로 조사원 대면조사를 통해 데이터를 수집한 후 부문별, 세부업종별, 용도별, 설비별, 에너지원별 소비량 및 소비구조를 추정한다.