ASTI MARKET INSIGHT 59: 선박용 ESS

데이터분석본부 충청지원 책임연구원

    이 정 구

Tel: 042-869-1060 e-mail: jglee@kisti.re.kr

KEY FINDING

1.  국제해사기구(IMO)의 황산화물, 질소산화물 등 해양환경규제가 지속되고 있고, 주요 국가들이 배출규제 해역을 지정하며 강화된  환경규제에 따른 친환경 선박 산업의 성장이 이어지고 있다.

2.  정부는 GreenShip-K 전략에 따라 2030년까지 관공선 388 척, 민간선박 140 척 등 총 528 척을 친환경 선박으로 교체하는  계획을 제시하였다.

3.  선박용 ESS 시장은 기존 육상용 ESS 시장보다 엄격한 안전성 확보를 요구하고 있고, 차별화된 공급망 구조에 따라 관련 업체는  선박 설계나 선박용 부속품 등의 제조업체와의 협업을 통한 시장 진입을 모색하고 있다.

4.  중소기업의 기술개발 방향성으로는 선박용 ESS가 적용되는 선박의 크기, 용도 등의 다양성을 바탕으로 차별화된 ESS 안전성  강화 기술과 소형화 기술의 확보가 필수라고 할 수 있고, 선박용 ESS 분야 연구개발 경험이나 인증을 시행하는 정부출연연구소를  비롯하여 대학, 수요기업과의 협업이 필요하다.

5.  세계 전기 추진 선박용 ESS 시장규모는 2030년 7,645백만 달러에 이를 것으로 전망되며, 세계 선박용 배터리 시장규모는 2030년  1,898백만 달러에 이를 것으로 전망된다.

ASTI MARKET INSIGHT 2022- 059

1) 시장의 개요

선박용 ESS(Energy Storage System)는 주로 전기 추진 선박의  추진 동력원이나 보조에너지 공급원의 역할을 하는 장치를 의미하며,  고도의 안정성과 신뢰성으로 극한의 해양 환경에서도 정상적인 운용 이 가능한 것이 특징이다. 상업용 선박 또는 해양 플랜트 지원 선박의  경우에는 순간적으로 높은 에너지가 사용될 때를 대비한 연료 절약과 

수명 연장이 가능해야 하며, 에너지 밀도가 높아야 한다. 선박에 설치 되는 선박용 ESS는 공간 효율성이 높고 중량이 가볍게 설계되어야  하며, 전기 보트, 잠수함 배터리, 그리고 순간 높은 전원이 필요한 엔 진 시동 전원 등에 활용될 수 있다.

기존의 디젤 구동 추진 선박이 황 함량이 높은 연료를 사용해 황 산화물(SOx), 질소산화물(NOx), 일산화탄소 등을 많이 배출하기 때 문에 국제해사기구(International Maritime Organization, IMO)가 

선박용 ESS

선박용 ESS 산업 확대에 따른

기업의 사업기회와 추진전략

02 03

1)  연구개발특구진흥재단, 전기 선박 시장, 2021.10.

2)  MEPC(Marine Environment Protection Committee) : 해사문제를 다루는 UN 전문기구 이러한 환경문제를 해결하기 위해 2020년부터 황 배출 규제를 적용 하였다. 따라서 선박 사용 연료를 저유황으로 전환해 황 함량을 80 

%까지 줄여야 하는 선주와 선박 운영자가 기존 디젤 선박의 동력원  변화를 모색하면서 친환경 선박 시장이 급속히 커지고 있다.

친환경 선박은 “친환경 에너지 또는 연료를 동력원으로 사용하거 나, 해양오염 저감기술, 선박  에너지효율 향상기술을 탑재한 선박”

을 의미한다. 친환경 선박법 제2조 3호에 따르면, 친환경 선박으로는 

‘해양오염 저감기술 또는 선박에너지 효율기술을 적용해 설계한 선 박’, ‘액화천연가스(LNG), 수소, 암모니아 등 친환경 에너지 추진 선 박’, ‘충전 받은 전기에너지를 동력원으로 하는 전기 추진 선박’ ‘연료 와 전기에너지를 조합하여 동력으로 사용하는 하이브리드 선박’, ‘수 소 등을 사용하여 발생시킨 전기에너지를 이용한 연료전지 선박’ 등 을 들 수 있다. 전기 추진 선박은 신재생 에너지 분야에 속하는 기술 로서, 전기장치에 의해서 추진되는 선박이고, 하이브리드 선박은 선 박을 구동하기 위한 배터리 시스템, 높은 전력이 요구되거나 배터리 가 소모될 때 백업하기 위한 디젤 발전기를  갖추고 있다.¹⁾

2) 정부 정책 및 규제현황

IMO는 MEPC²⁾ 70차 회의(2019.10.24)에서 2020년1월부터 선 박용 연료의 황 함유량을 3.5 %에서 0.5 % 이하로 규제하기로 결 정하였다. 따라서 저유황유나 LNG를 선박용 주연료로서 사용하거 나 혹은 선박에 SOx 저감장치(Scrubber)를 추가로 장착해야 한다. 

IMO는 온실가스(CO²) 규제도 지속적으로 강화할 예정이므로 향후  해운업과 조선 산업의 친환경 선박 전환은 불가피한 상황이다. 선박 별 CO² 배출기준을 단계적으로 강화하고, 국제해운 부문의 총배출량 을 2008년 대비 50 % 감축을 2050년 목표로 하고 있다.

우리나라는 IMO의 온실가스 감축방안 등의 대책으로서 ‘2030 한 국형 친환경 선박(GreenShip-K) 추진전략’을 통해 ‘GreenShip-K  기반 구축으로 2050 탄소중립산업 생태계 구현’을 비전으로 제시하 고 있다. 또한 미래 친환경 선박 세계 선도기술 확보를 위해 선박 배 출 온실가스 감축, 친환경 신시장 창출, 온실가스 70 % 감축기술 개 발, 친환경 선박 전환율 15 % 달성 등을 핵심전략으로 제시하였다. 

2030 한국형 친환경 선박 추진전략은 주로 수소 연료전지를 이용한  전기추진 시스템 개발을 목표로 하고 있으며, 세부기술 중에는 대용 량 연료전지 하이브리드 기술로 국제항해용 10 MW급 대용량 연료 전지-에너지저장장치(ESS) 기반 추진시스템 개발이 포함되어 있다. 

표 1 친환경 선박 종류

구 분 정 의

오염 저감·고효율 선박 선박 배출 오염물질 저감장치를 설치하거나 에너지효율기술이 적용되어 설계된 선박 친환경 에너지 추진 선박 LNG/CNG, LPG, 메탄올, 암모니아, 수소 등의 친환경 에너지를 이용하여 추진하는 선박

전기 추진 선박 충전 받은 전기에너지를 동력원으로 사용하는 선박 하이브리드 선박 연료와 전기에너지를 조합하여 동력원으로 사용하는 선박

연료전지 추진 선박 수소, 암모니아 등을 사용하여 발생한 전기에너지를 이용한 연료전지를 동력원으로 사용하는 선박 출처 : 정책브리핑, 2030 한국형친환경선박(Greenship-K)추진전략, 2020.12.23.

3) 시장 규모 및 전망

시장 규모

선박용 ESS 시장은 전방산업인 전기 추진 선박 시장과 밀접한 관 련성이 있다. 세계 전기 추진 선박 시장규모는 2021년 4,652백만 달 러에서 연평균 14.9 %의 성장세를 보여 2030년 16,221백만 달러 에 이를 것으로 전망된다. 선박 유형별로는 상업용이 연평균 15.1 % 

성장세로 2030년 15,964백만 달러에 이를 전망이고, 군용은 연평 균 6.7 %로 성장해 2030년 257백만 달러가 될 것으로 예상되며,  상업용이 군용 보다 더 큰 시장을 형성할 것으로 예상된다.

전기 추진 선박에 적용되는 시스템으로는 에너지저장장치, 에너 지변환장치, 에너지발생장치, 전력분배시스템 등이 있다. 세계 전기  추진 선박의 시스템별 시장규모는 2021년 4,652백만 달러에서 연 평균 14.9 % 성장세로 2030년 16,221백만 달러에 이를 전망이다.

표 2 한국형 친환경 선박(GreenShip-K) 기반 구축을 위한 중점추진과제

구 분 정 의

1. 미래 친환경 선박 세계선도 기술 확보 ① 수소, 암모니아 등 무탄소 선박 기술 확보     ② 혼합연료 추진 등 저탄소 선박 기술 개발

③ LNG, 전기, 하이브리드 추진기술 고도화 2. 신기술 확산을 위한 시험기반 구축 ① 시험·검사 기준 마련     ② 시험·평가 시설 구축

3. 한국형 실증 프로젝트(GreenShip-K) 추진 ① GreenShip-K 시범선박 건조      ② 해상실증을 통한 기술검증 및 시장진입 지원 4. 연료공급 인프라 확충 ① LNG선박 연료공급 확대     ② 무탄소 연료공급 인프라 구축

5. 친환경 선박 보급 촉진 ① 공공부문 선제적 전환     ② 민간부문 전환 확산

6. 친환경 선박 시장 주도 생태계 조성 ① 국내 신기술의 국제 표준화 지원     ② 디지털·통계기반 선박운영 체계 마련 출처 : 정책브리핑, 2030 한국형친환경선박(GreenShip-K)추진전략, 2020.12.23.

선박 유형 2021 2022 2023 2024 2025 2030 CAGR(%)(2021–2030)

상업용 4,508 4,638 4,862 5,176 5,539 15,964 15.1

군 용 144 142 143 142 145 257 6.7

계 4,652 4,780 5,005 5,318 5,684 16,221 14.9

표 3 세계 전기추진 선박의 유형별 시장규모 (단위: 백만 달러)

출처 : MarketsandMarkets, Electric Ships Market, 2021.

시스템 2021 2022 2023 2024 2025 2030 CAGR(%)(2021–2030)

에너지저장장치(ESS) 2,098 2,158 2,262 2,406 2,575 7,656 15.5

에너지변환장치 800 827 871 931 1,000 3,058 16.1

에너지발생장치 1,307 1,346 1,411 1,502 1,609 4,469 14.6

전력분배시스템 447 449 460 479 500 1,038 9.8

계 4,652 4,780 5,005 5,318 5,684 16,221 14.9

표 4 세계 전기추진 선박의 시스템별 시장전망 (단위: 백만 달러)

출처 : MarketsandMarkets, Electric Ships Market, 2021.

선박용 ESS | ASTI MARKET INSIGHT 2022- 059 선박용 ESS | ASTI MARKET INSIGHT 2022- 059

전기 추진 선박의 시스템별 시장규모 중에서 가장 큰 비중을 차지 하고 있는 에너지저장장치(ESS)의 시장규모는 2021년 2,098백만  달러에서 연평균 15.5 %의 성장세로 2030년 7,645백만 달러에 이 를 것으로 전망된다. 에너지저장장치(ESS) 시장은 주로 중소형 선박 과 하이브리드 추진 시스템의 성장에 의해 견인될 것으로 예상된다.

세계 선박용 배터리 시장규모는 2021년 375백만 달러에서 연평 균 19.8 % 성장세로 2030년 1,898백만 달러에 이를 것으로 전망 된다. 이 중에서 선박용 리튬전지 시장은 2030년 1,425백만 달러로  가장 크게 형성되고, 선박용 연료전지 시장은 연평균 31.2 % 성장 세로 가장 큰 성장률을 보일 것으로 전망된다.

경쟁 현황

전기 추진 선박이나 선박용 ESS는 유럽을 중심으로 시장이 확대되고  있으며, 환경운동가들은 오래전부터 유해물질과 탄소 배출량이 높은 중 유를 동력원으로 사용하는 유람선을 환경오염의 주범으로 지적해 왔다.

독일 최대 크루즈 기업 아이다(Aida)는 2019년9월에 액화천연가 스(LNG)만을 동력원으로 사용하는 ‘아이다노바(AidaNova)’를 운영 하기 시작하였고, 구형 선박을 하이브리드(전기배터리와 디젤) 형태로  개조하는 프로젝트에 많은 예산을 투자하고 있다. 선박용 배터리 제조 기업 코르부스에너지(Corvus Energy), ABB, 지멘스 등이 이 프로젝 트에 참여하고 있다.³⁾ 

코르부스에너지(Corvus Energy)는 2010년 설립되었으며, 리튬 배터리 기술을 바탕으로 해양용 ESS 제품을 출시하고 있고, 코르부

스 ESS 제품군은 용량이 100 kWh에서 3 MWh까지 다양하게 제공 되고 있다. 주로 해양선박, 항만시설의 갠트리 크레인(Gantry Grane)  등에 적용되며, 해양용 ESS의 충전은 부두의 전력을 사용하고 있다. 

코르부스에너지의 해양용 ESS 시장점유율은 50 % 정도이고, 설치용 량은 45 MWh 이상으로, 가장 높은 안전 기준인 DNV, 로이드선급협 회(Lloyd’s Register, LR), ABS 등급을 확보한 것으로 알려져 있다.

국내에서는 중견 배터리 업체 코캄이 선박용(해양용) ESS 부문의  선두주자로 볼 수 있다. 코캄은 ESS, 선박, 항공, 군사, 우주 등 다양 한 분야에 배터리를 공급하고 있으며, 2021년 이후 배터리 증설 투자 를 통해 2 GWh 규모의 공장을 확보할 계획이다. LG에너지솔루션,  SK이노베이션, 삼성SDI에 이어 국내 네 번째로 GWh 규모 공장을 운 영하는 배터리 업체가 된다.⁴⁾ 2013년에 설립된 스탠다드에너지(주) 는 차세대 전기 추진선 개발을 위해 한국조선해양과 협업할 계획이며,  세계 최초로 바나듐 이온 배터리를 개발하였는데, 바나듐 이온 배터리 는 전해액의 주성분이 물이라 불이 붙을 위험이 적다는  장점을 가지 고 있다. 리튬 이온 전지는 높은 에너지 밀도에 초점을 맞추어 기술 발 전이 이루어진 반면, 바나듐 배터리는 안전성을 최우선으로 개발되었 다.⁵⁾ 대기업 중에서는 한화디펜스가 민수 선박용 고안전성 ESS 국산 화 개발을 진행하고 있고, 한국에너지기술평가원과 선박용 고안전성 ESS 패키징 기술개발 협약을 체결한 바 있다.⁶⁾ 

한화디펜스는 MWh급 선박에 탑재되는 고안정성 ESS의 100 %  국내 개발을 목표로 중대형 선박용(1 MWh급)과 소형선박용(200 ㎾ h급)에 탑재되는 ESS 개발과 시험평가, 선급인증, 실선 탑재, 안전성  입증시험 등을 진행하고 있다. 또한 해군 차세대 중형 잠수함용 리튬

3)  기업나라, 물 위에서도 친환경과 자율주행이 대세, 2020.02.06 4)  디일렉, 코캄, 국내 배터리 신공장 투자 본격화, 2021,03.24

5)  조선비즈, 김부기 스탠다드에너지 대표 “바나듐 배터리, ESS에 특화”, 2022.02.24 6)  경남신문, 한화디펜스, 선박용 고안전성 ESS 국산화 시동, 2021.06.25.

배터리 유형 2021 2022 2023 2024 2025 2030 CAGR(%)(2021–2030)

리튬전지 303 436 478 528 574 1,425 18.8

납축전지 37 53 58 64 70 171 18.5

나트륨이온전지 11 16 17 19 21 56 20.3

니켈카드뮴전지 6 9 10 11 12 35 21.5

연료전지 18 30 38 47 56 210 31.2

계 375 544 601 670 734 1,898 19.8

표 5 세계 선박용 배터리 유형별 시장규모 (단위: 백만 달러)

출처 : MarketsandMarkets, MARINE BATTERY MARKET - GLOBAL FORECAST TO 2026, 2021.

이온전지 개발을 성공적으로 수행한 바 있으며, 해상용 대용량 ESS  관련 기술력과 노하우를 축적해 가고 있다.

4) 애널리스트 인사이트

선박용 ESS 시장은 탄소저감을 위한 파리조약의 이행과 IMO의 해 양환경 규제 강화 등의 정책적 이슈와 세계 각국의  해양환경 지킴운동  참여 등의 요인을 바탕으로 성장해 나갈 것으로 예상된다. 기업들은 독

자적으로 확보한 핵심 요소 기술을 바탕으로 기술경쟁력 중심의 시장 진입을 모색하며, 사업영역을 확대해 나가고 있다.

사회적 측면에서는 IMO의 황산화물, 질소산화물 등 해양환경 규제 가 지속되고 있고, 이에 따라 주요국들이 배출규제해역 지정 등 더욱  강화된 환경 규제를 도입하고 있기 때문에, 친환경 선박 시장은 급격히  확대될 것으로 예상된다. 선박용 배터리의 경우 현재는 선박의 발전기 와 전력 부하를 최적의 상태로 관리해 연료소모량을 감소시키는 방법 으로 활용되고 있지만, 향후에는 ESS 시스템으로 범위를 확대하여 전 기 추진 선박의 핵심 동력원으로서 활용될 것이다.

Policy Market

해양 온실가스 저감 중심 정책 시행

• GreenShip-K 전략 수립을 통한 전기추진 선박 시스템 사업 육성

• 수소연료전지 및 하이브리드형 선박용 ESS에 대한 개발 지원 계획

교체 대상 노후 선박 중심 시장

• 환경규제 대상인 교체대상 노후 선박 중심 시장

• ESS 유형의 배터리 중심 시장 형성 및 해상 안정성이 강조된 제품 선호 특성

• 유럽 중심의 시장형성을 바탕으로 글로벌 시장 확대 전망

Society Technology

이산화탄소 저감 및 친환경 실현

• 선박배출 온실가스 감축에 대한 사회적 공감대

• 친환경 선박법에 따른 친환경 선박 제조에 의한 신산업 육성 및 고용창출 확대

해상 안정성을 확보한 ESS 제조

• 화재안전성이 보강된 ESS용 배터리 개발

• 중대형선박(MWh급)에 적용가능한 대용량 ESS 설계

• 열관리, 열폭주 대응이 가능한 ESS 구조 설계

선박용 ESS 시장에서의 주요 영향력 강도를 사회적인 요구, 국가 지원 정도, 기술트렌드 부합성, 시장적인 측면(시장확대가능성, 시장 진입용이성, 잠재바이어관심도) 등으로 구분하여 평가해 <그림 2>와  같이 평가의 주요 요인을 정리하였다. 그리고 이와 관련하여 선박용  ESS 시장 진출을 모색하는 국내 중소·중견기업이 고려해야 할 주요  사업전략방향을 다음과 같이 검토하였다.

➀  시장 진출 전략 : 선박용 ESS 시장은 기존 태양광과 풍력 연계  육상용 ESS, 건물용 ESS 등과는 다른 시장으로서 해상이라는  극한 환경에서도 안전성을 확보해야 하는 기술적인 난이도가 높 은 시장이라고 할 수 있다. 또한 선박용 ESS가 설치되는 선주 의 요구사항과 IMO의 규제 준수 등의 상황을 해결하기 위해서 는 선박용 부품 제조업체와의 협업을 통한 시장진입을 우선적으 로 고려할 필요가 있다. 정부의 GreenShip-K 전략을 감안하면  사업화 초기에는 연료전지-ESS 기반 추진 시스템 개발 등 정책  그림 1 선박용 ESS 시장의 신 사업기회 분석

그림 3 선박용 ESS 시장의 주요 요인 분석⁷⁾

출처 : 시장분석 기반으로 KISTI 작성 사회적 요구

시장 확대 가능성 잠재바이어

관심도

시장 진입 용이성

국가 지원 수준

기술 트렌드 부합성 9

7 8

6

8

8

선박용 ESS | ASTI MARKET INSIGHT 2022- 059 선박용 ESS | ASTI MARKET INSIGHT 2022- 059

7)  주요 요인 분석의 항목에 대한 척도는 1점: 매우 낮음, 2점: 낮음, 3점: 보통, 4점: 높음, 5점: 매우 높음 등의 5점 척도를 사용하였으며, 관련 제품의 시장 전문가를 인터뷰를 통해  정성적으로 평가되었음. 

출처 : KISTI 작성

구 분 주요 이슈 국가지원 시장기대 기술트렌드

사회 적인 요구

해양환경 오염 에 대한 환경 

이슈 •  2030 한국형친환경선박 (Green 

Ship-K) 추진전략을 통해 친환경  선박 전환율 15% 달성 

•  수소연료전지를 이용한 전기 추진  시스템 개발

•  국제항해용 10MW급 대용량     연료전지-ESS 기반  추진 시스템 

개발

2030년까지 관공선 388척, 민간선박  140척 등 총 528척을 친환경 선박으로  교체할 계획

납축전지, 니켈카드뮴전지, 플라이휠 등의  기술성숙도 수준이 높으며, 단거리용 전기  선박에는  리튬이온전지가 주로 활용

탄소 저감 및  친환경 제조  공정 요구

세계 전기추진 선박 ESS 시장규모는 

2030년 7,645백만 달러에 이를 전망 열관리, 열폭주 격리 등의 특화된 안전설계와   강화된 안전 기준확보 등이 필요

화재 안전성이  확보된 ESS  개발

세계 선박용 배터리 시장규모는 2030년  1,898백만 달러에 이를  전망

기존 리튬이온전지의 단점을 보완할 수 있는  배터리로서 바나듐 이온 배터리와 같은 안전성  확보 배터리의 활용

표 6 선박용 ESS 시장의 주요 요인별 내용

부합성이 높은 영역 위주로 기술개발 및 상용화를 추진하는 것 이 바람직할 것으로 보인다.

➁  기술적 차별화 전략 : 선박용 ESS의 경우, 기술적 해결과제로는  해상 안전성을 들 수 있다. 기존 육상용 ESS의 화재발생 사고 등 으로 국내 ESS 시장이 침체기를 맞은 것을 감안하면 해상이라는  가혹한 환경에서 배터리 열 폭주 및 폭발 등을 예방할 수 있는 열 관리 시스템이 요구되며, 리튬이온전지의 단점을 극복할 수 있는  새로운 배터리의 도입을 고려할 수도 있다. 또한 선박의 크기, 특 성, 용도(시동 전원용, 보조전원용) 등에 부합하는 구조설계를 다 양하게 확보할 필요가 있고, 선박의 경우 시스템의 소형화가 필수 라고 할 수 있으므로, 우수한 성능을 발휘할 수 있는 ESS 개발에  주력할 필요가 있다.

➂  환경이슈 대응 전략 : 친환경 선박의 경우 기존 선박과 달리 자 율주행 선박이라는 새로운 개념의 시장을 창출하고 있다. 따라 서 ESS의 활용에 의한 친환경적 에너지원 확보라는 측면과 더

불어 자율주행 기술의 확보를 통해 에너지 절감의 극대화가 가 능할 것으로 보인다. 친환경적인 저전력 운행을 강조하여 기존  디젤 기반 선박과의 기술적·환경적 격차를 벌일 필요가 있을 것 으로 보인다.

➃  공동 R&D 전략 : 국내에서는 선박용 ESS 부문에 진입한 중소기 업이 많지 않은 상황이며, 대기업 중에서는 잠수함용 ESS 시스 템을 개발한 한화디펜스가 있다. 중소기업이 조선산업에 진입하 기 위해서는 선박용 부품을 납품하거나 선박 구조설계를 하는 기 업 등과의 협업이 필수적이라고 할 수 있다. 또한 선박용 ESS의  안전성 기술 확보나 전기 선박용 배터리 인증 등의 기술적·사업적  협력이 가능한 정부출연연구소, 대학, 수요기업과의 산학연 협력 에 의한 공동 R&D를 추진하는 것이 성공적인 초기 시장진입을  위한 전략이 될 수 있다.    

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선박용 ESS | ASTI MARKET INSIGHT 2022- 059

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