ASTI Market Insight 43: 소형 ESS

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소형 ESS

소형 ESS 시장 확대에 따른 기업의 사업기회와 추진전략

데이터분석본부 충청지원 책임연구원

이 정 구

Tel: 042-869-1060 e-mail: [email protected]

KEY FINDING

1. 전기자동차 보급이 확산되면서 가정용 고속 충전 및 방전 장비의 확보 필요성이 커지고 있고, 폐배터리를 활용한 ESS의 개발이 가속화되면서 소형 ESS의 수요가 점차 증가하고 있다.

2. 정부에서는 2021년 ‘2030 이차전지 산업(K-Battery) 발전 전략’을 발표하였으며, 사용 후 이차전지 시장 활성화를 위해 회수체계를 마련하고, 4개 권역에 거점수거센터를 구축하는 등의 지원방안을 제시하였고, 드론·선박·기계·공공 ESS 등 신규 적용이 가능한 민간 및 공공 시장창출을 적극적으로 지원할 계획이다.

3. 국내에서는 전기자동차 시장의 급격한 성장, BIPV(건물일체형 태양전지) 의무화 정책 시행 등의 변화요인에 의해 중소형 ESS 도입의 필요성이 증대되면서 기존의 대형 ESS의 기술제품 개발 전략과 더불어 중소형에 특화된 기술 개발 및 사업모델 발굴을 통해 새로운 수익 창출이 가능할 것으로 예상된다.

4. 소형 ESS 시스템의 활용성을 고려한 중소기업의 기술 개발 방향성으로는 소형 ESS 사용자의 도입 목적에 대한 이해를 바탕으로 사용자별 특성에 맞게 시스템 운영이 가능한 인공지능 기반 모니터링 기술의 확보와 다수의 소형 ESS를 결합해 사용할 수 있는 가상발전소에 의해 충분한 전력이 활용될 수 있는 기술 등이 가능할 것으로 보인다.

5. 배터리형 ESS의 세계시장 규모는 2020년 29억 달러에서 연평균 32.8 %의 높은 성장세를 바탕으로 2025년 121억 달러에 이를 것이고, 국내는 2020년 3억9,500만 달러에서 연평균 34.6 % 성장해 2025년 17억4,300만 달러에 이를 것으로 전망된다.

6. 최근 ESS 화재발생 등으로 산업이 위축된 점도 있지만, 기업의 적극적 대응과 정부의 육성 정책은 시장성장의 촉진제로 작용할 전망이다.

ASTI MARKET INSIGHT 2022- 043

1) 시장의 개요

에너지저장장치(Energy Storage System, ESS)는 생산된 전기를

배터리와 같은 저장장치에 저장하였다가 전력이 필요할 때 공급해 전력사용 효율을 높이는 장치를 말한다. 그 중에서 전력용량이 10 kWh 이하의 저용량 ESS를 통상적으로 소형 ESS로 구분하며, 가정

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표 1 2030 이차전지 산업 발전 전략

비전 2030년 차세대 이차전지 1등 국가 대한민국

추진전략

[전략1] 독보적 1등 기술력 확보 민관 협력 대규모 R&D 추진 [전략2] 글로벌 선도기지 구축 연대와 협력의 생태계 조성 [전략3] 이차전지 시장 확대 공공·민간 수요시장 창출

세부과제

1. 민관 대규모 R&D 추진 ① 차세대 이차전지 기술 조기 확보

② 차세대 이차전지용 소·부·장 요소기술 확보

③ 리튬이온전지 초격차 기술경쟁력 확보

2. 안정적 공급망을 갖춘 튼튼한 생태계 조성

① 안정적인 이차전지 공급망 구축

② 소·부·장 핵심기업 육성

③ 이차전지 전문인력 양성 확대

④ 미래산업 트렌드에 대응한 선도적 제도기반 마련

3. 공공·민간 수요시장 창출 ① 사용 후 이차전지 시장 활성화

② 이차전지 수요기반 확대

③ 이차전지 서비스 신산업 여건 조성

1) REC(Renewable Energy Certificates) : 재생에너지증명

2) 에너지설비관리, ESS, 나를 잊었나요? 앞으로 우리가 나아가야 할 방향, 2021.08.31.

용 태양광 모듈이나 소형 풍력 터빈에 연결해 신재생에너지를 저장하 는 용도로 활용되고 있다.

소형 ESS는 크게 지역별 에너지저장장치(Community Energy Storage, CES)와 가구별 에너지저장장치(Residential Energy Storage, RES)로 구분된다. RES는 10 kWh 이하의 단독 가정용 ESS를 말하고, CES는 25 kWh 출력으로 1∼3 시간 사용이 가능하 며, 4∼5 가구 공동으로 활용하는 ESS를 의미한다.

해외에서는 소형 ESS의 보급이 활발히 이루어지고 있고, 전력용 량은 점차 커지는 추세이다. 가정용 ESS 제공업체인 일본의 샤프 (Sharp)는 리튬이온전지를 도입하고, 용량은 기존 제품(4.2 kWh) 의 1.5배인 6.5 kWh로 증량시켜 재해 등으로 정전이 발생할 때에 도 충분히 대응할 수 있는 ESS를 개발하고 있다. 일본의 파나소닉 (Panasonic)은 3.5 kWh, 5.6 kWh, 7.0 kWh, 9.1 kWh, 11.2 kWh 등의 용량을 조합해 최대 33.6 kWh 증설에 용이한 주택용 ESS를 출시하였다. 미국의 테슬라(Tesla)의 가정용 ESS인 파워월 (PowerWall)의 용량은 13.5 ㎾h 수준으로 나타났다.

2) 정부 정책 및 규제현황

2021년부터 시행된 신재생에너지 설비 REC¹⁾ 가중치 개정안에 따 르면, 태양광 및 풍력 연계 ESS의 REC 가중치 부여기간이 종료되어 지원대상에서 제외된 점은 ESS 시장의 성장에 부정적인 영향을 줄 우 려가 있었다. 하지만 2020년 ‘제2차 탄소중립 표준화 전략 협의회’의 탄소중립 표준화 아이템 중에서 에너지 전환 분야의 ESS 계통 연계 요 건 및 연동 운전이 포함되어 있어, 정부의 지원정책이 지속되고 있다.²⁾

ESS 시장의 본격적인 성장을 기대할 수 있는 것은 2021년 발표된

‘2030 이차전지 산업 발전 전략’이라고 볼 수 있다. 이 대책에는 이차 전지 제조업체 3 개사와 소재·부품·장비 기업들이 2030년까지 40조 원 이상을 투자하고, 정부도 R&D·세제·금융 등을 적극적으로 지원하 는 내용이 포함되어 있다.

2030 이차전지 산업 발전 전략의 세부전략 중에 드론·선박·기계·

공공 ESS 등 이차전지의 신규 적용이 가능한 ‘민간·공공시장 창출’을 적극적으로 지원하고, 이차전지를 활용한 대여·교체 서비스 등 새로 운 비즈니스 모델이 생겨날 수 있도록 다양한 신산업을 발굴 및 육성 하는 내용이 포함되어 있다.

3) 시장동향 및 전망

시장 규모

배터리형 ESS의 세계시장 규모는 2020년 29억 달러에서 연평균 32.8 %의 높은 성장세를 바탕으로 2025년 121억 달러에 이를 것 으로 전망된다. 설치용량은 2020년 25 GW에서 연평균 22.3 % 증 가하여, 2025년 111 GW에 달할 것으로 전망된다.

국내 배터리형 ESS 시장규모는 2020년 3억9,500만 달러에서 연평균 34.6 %의 높은 성장세를 보이며, 2025년 17억4,300만 달 러에 이르는 것으로 전망된다. 2017년 이후 ESS 화재사고가 발생 하는 등의 어려움에도 불구하고, ESS 제조업체의 적극적인 대응과 정부의 ESS 보급 및 이차전지 산업 발전전략 제시 등으로 국내 시장 의 높은 성장성을 견고하게 유지 할 것으로 보인다.

가정용 배터리형 ESS 시장은 2020년 3억1,700만 달러에서 연평 균 31.4 %의 성장세를 보이며, 2025년 12억4,300만 달러에 이를 전망이다. 유형별로 살펴보면, 소형 ESS에 적용되는 리튬이온전지가

연평균 29.3 % 성장세로 2025년 6억2,000만 달러에 이를 전망이 고, 플로우 전지는 2025년 3억3,400만 달러에 이를 것으로 보이며, 연평균 38.2 %로 향후 높은 시장 성장세를 보일 것으로 전망된다.

표 2 배터리형 ESS 세계 시장규모 추이

구 분 2020 2021 2022 2023 2024 2025 CAGR(%)

(2020–2025)

시장규모 (십억 달러) 2.9 3.0 3.7 5.0 7.5 12.1 32.8

설치용량 (GW) 2.5 2.7 3.3 4.5 6.9 11.1 22.3

출처 : MarketsandMarkets, BATTERY ENERGY STORAGE SYSTEM MARKET–GLOBAL FORECAST TO 2025, 2020.

표 4 가정용 배터리형 ESS 시장규모 추이

배터리 유형 2020 2021 2022 2023 2024 2025 CAGR(%)

(2020–2025)

리튬이온전지 172 175 203 264 384 620 29.3

개량 납축전지 52 51 57 71 100 157 24.7

플로우 전지 66 72 89 124 193 334 38.2

기 타 27 29 36 50 77 132 36.9

합 계 317 327 386 509 754 1,243 31.4

표 3 배터리형 ESS 국내 시장규모 추이

국 가 2020 2021 2022 2023 2024 2025 CAGR(%)

(2020–2025)

시장규모 395 417 513 706 1,071 1,743 34.6

(단위: 백만 달러)

소형 ESS | ASTI MARKET INSIGHT 2022- 043 소형 ESS | ASTI MARKET INSIGHT 2022- 043

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경쟁 현황

소형 ESS 시장은 주로 가정용에 대한 것으로 볼 수 있으며, 시장을 주도하는 기업은 미국 테슬라, 한국 삼성전자, LG전자, 일본 소니, 파 나소닉 등이 있고, 중소기업들은 주로 가정용 ESS 서비스 플랫폼 모 델이나 렌탈 사업 등에 주력하고 있다. 테슬라는 전기자동차 뿐만 아 니라 ESS 사업에서도 두각을 나타내고 있으며, 중대형 ESS는 파워 팩(Powerpack), 가정용 ESS는 파워월(Powerwall)이라는 이름으로 2015년부터 출시하여 판매하고 있다. 주요 용도는 주간에 태양광으 로 충전한 ESS를 야간에 전기자동차를 충전하는데 이용하는 것이다.

기존 제품의 ESS 가격은 2018년 기준으로 유틸리티용 900 달러/

kWh, 비주거 상업용 1,100 달러/kWh, 가정용 1,500 달러/kWh 선이었는데, 테슬라는 2/3 수준의 가격으로 가정용 ESS를 출시하면 서 시장점유율을 크게 높인 바 있다. 일본 니치콘(Nichicon)은 가정 용 ESS 시장의 60 %가 넘는 점유율을 가지고 있으며, 리튬이온배터 리 기반 12 kWh의 대용량으로 태양광 충방전 5.9 kW 출력의 제품 을 판매하고 있다.

국내의 삼성전자는 2019년에 가정용 ESS인 올인원(All-in-one)

을 출시하였는데, PV인버터+배터리인버터+리튬이온배터리가 일체 로 된 모듈형이라는 것이 특징이다. 탑재된 배터리 용량은 3.6 kWh, AC 출력은 4.6 kW로서 리튬이온배터리는 6,000 싸이클로 수명이 길다. LG전자에서 2019년 출시한 가정용 ESS는 고효율 DC 커플 형 ESS로 PV시스템의 자가소비효율을 높인 구조가 특징이며, LG ESS Home 8(8 kW), LG ESS Home 10(10 kW)의 두 가지 모델 이 있다.

4) 애널리스트 인사이트

소형 ESS는 가정용으로 전기자동차 충전이나 심야전력 저장, 소 규모 태양광 자가발전의 전력 충전 용도로 활용이 가능하며, 전력거 래나 모니터링시스템 구축 관련 중소기업의 진입이 예상된다.

국내에서는 ESS 화재발생 여파, 태양광·풍력 연계형 REC 가중치 가 4.0으로 축소되는 등 어려움이 있지만, K-배터리 발전전략의 제 시 등 정부의 다각적인 이차전지 육성 전략이 시행될 경우 ESS 생태 계의 활성화가 기대된다.

그림 1 소형 ESS 시장의 신 사업기회 분석

Policy Market

K 배터리 발전 전략에 따른 지원

• 2030 이차전지 산업(K-Battery) 발전 전략에 따라 배터리 활용 분야인 ESS 시장 및 서비스 육성 의지

EV 보급 확대에 따른 충전 수요 증가

• EV 보급 확대와 저비용 충전 필요성 증가에 따른 가정용 ESS의 장 점 부각

• 폐배터리 기반 ESS 제조 기술의 발전 전망에 따른 구매비용 부담의 완화 및 보급확대 가능성

Society Technology

ESS 화재 이슈 및 대응

• ESS 보급 확대의 가장 큰 저해 요인이었던 ESS 화재 발생에 대한 이차전지 제조사의 적극적인 대응

• 해외의 경우, 대규모 정전 등의 고립상황에서 가정용 ESS의 역할 발휘 사례 등의 재난대응용 기능성 부각

에너지거래, 전력모니터링 기술

• 사용 후 배터리를 활용한 ESS 제조 기술

• 블록체인 기반의 에너지 거래 및 과금 시스템 기술

• 소형 ESS를 연계한 가상발전소 구축 기술

사회적 측면에서는 최근 요소수 부족에 따른 경유차 운행 중단 위 기를 겪은 바 있고, 전기자동차의 성능과 주행거리 향상에 따른 급 격한 시장 확대가 이루어지고 있는 상황에서 가정용 ESS 보급의 확

대가 이루어질 것으로 전망된다. 또한 건물일체형태양전지(BIPV) 보급이 본격화되면서 건물용 ESS 시장 확대도 이루어질 것으로 기 대된다.

소형 ESS 시장에서의 주요 영향력 강도를 사회적 요구, 국가지원 수준, 기술 트렌드 부합성, 시장적인 측면(시장확대 가능성, 시장진입 용이성, 잠재바이어 관심도) 등으로 구분해 평가하고, 평가의 주요 요 인을 정리하였다. 그리고 이와 관련하여 소형 ESS 시장 진출을 모색 하는 국내 중소·중견기업이 고려해야 할 주요 사업전략 방향은 다음 과 같이 검토하였다.

➀ 시장 진출전략 : 소형 ESS는 자체 제작이 가능할 것으로 보이 며, 화재안전 장치 혹은 화재시 보상대책을 충분히 마련한다면 신규 진입이 가능한 시장으로 볼 수 있다. 주의할 점은 옥외 설 치가 가능한 구조설계가 요구되며, 냉각방식을 공랭식 또는 수 냉식으로 할 것인지에 대한 고려도 필요하다. 일본과 미국의 가 정용 ESS 운영사례에서 알 수 있듯이, 가정용 ESS를 합쳐서 가 상발전소를 구성하면 10 KW 미만인 소형 ESS 일지라도 다수 의 전기자동차를 충전할 수 있도록 하는 기술개발도 필요하다.

➁ 기술적 차별화 전략 : 소형 ESS는 수요자가 요구하는 개별적인 용 도에 대응하기 위한 기술적 차별화가 필요하다. 가령 테슬라는 폭 풍이 오면 에너지를 미리 저장하는 기능을 가정용 ESS에 추가하 였는데, 일기 예보를 확인하고 날씨가 안 좋을 때를 대비해 예비 전력을 제공할 목적으로 사전에 완전히 충전할 수 있도록 하는 기

능으로, 스톰 워치(Storm Watch)라고 불리운다. 이와 같이 국내 소형 ESS 사용자의 니즈를 충족시킬 수 있도록 기존 ESS에 탑재 되지 않은 추가적인 영역을 찾아 기술개발을 할 필요가 있다.

자료 : KISTI 작성

구 분 주요 이슈 국가지원 시장기대 기술트렌드

사회 적인 요구

ESS 화재발생 사고에 따른

안전성 우려 2030 이차전지 산업 (K-Battery) 발전 전략

에 따라 공공·민간 수요시장 창출에 대한

지원으로서 사용후 이차전지 시장 활성화를

통해 ESS 공급확대 및 ESS 관련 서비스 산업의 육성 기대

전국 4개 이차전지 산업화 센터에서 연간 약 2만여개 폐배터리 수거에 따른

ESS 원가 절감 기대

리튬이온전지 기반의 ESS로서 화재대응 설계를 강화하면서 모듈형 구조로 용량 증대가 가능한

제품 설계 개선

전기자동차 보급에 따른 충전

인프라 확보

배터리형 ESS 세계시장은 32.8%의 성장세로 2025년 121억달러, 국내는 연평균 34.6%

2020년 3억 9,500만 달러로 연평균 34.6%

성장해 2025년 17억4,300만 달러에 이를 전망

건물 에너지 관리 및 모니터링 서비스 플랫폼 개발을 통해 제로에너지 건물의 실현 및 BIPV

일체화 시스템의 구축 기술 REC 가중치

감소에 따른 시장 위축

가정용 ESS 제품으로서의 다양한 제품군의 출시

전력거래, 가상발전소 구축 등의 기술 기반을 확보하여 에너지 운영

수익 모델의 개발 표 5 소형 ESS 시장의 주요 요인별 내용

그림 2 소형 ESS 시장의 주요 요인 분석³⁾

출처 : 시장분석 기반으로 KISTI 작성 사회적 요구

잠재바이어 관심도

시장 진입 용이성

국가지원수준

기술 트렌드 브합성

시장확대 가능성 7

3) 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.

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➂ 환경 이슈 대응전략 : 전기자동차 보급이 늘어나면서 폐배터리의 발생이 새로운 환경 이슈로 부각되고 있다. 2030 이차전지 산업 (K-Battery) 발전 전략에서도 이러한 상황을 대비해 폐배터리 재 활용·재사용 산업의 육성을 제시하고 있으며, 대표적인 것이 폐 배터리를 이용한 ESS 제조라고 할 수 있다. 폐배터리를 이용해 제조된 ESS는 여러 가지 검사 및 인증 과정을 거쳐서 제품화될 예정이므로 소형 ESS의 가격인하 및 보급형 ESS 출시에 기여할 것으로 개대된다. 아직까지는 소형 ESS 구매를 위한 가격저항선 이 높게 형성되어 있다고 볼 수 있으므로, ESS 소유보다는 공유 혹은 임대 형태의 사업을 추진하여 ESS의 안전한 사후 처리까지 보장하는 새로운 사업 모델을 제시할 필요가 있다.

➃ 공동 R&D전략 : 소형 ESS는 주로 배터리가 탑재되기 때문에, ESS 안전성은 배터리 안전성과 직결된다고 볼 수 있다. 따라서 소형 ESS 사업화는 ESS의 사양 및 배터리 특성에 대한 이해가 필요하고, 전력원(태양광 포함)에 대한 모니터링, 수요 관리 등의 기술을 확보할 필요가 있다. 산업용과 달리 가정용의 경우 전력사 용의 스케줄이 각 가정별로 다양할 수 있고, 이러한 상황을 사전 에 학습하여 최적의 ESS 운영이 가능한 인공지능 기술의 적용이 필요하며, 기술이 적용된 장치나 부품의 개발을 통한 지속적인 수 익의 창출을 도모할 수 있을 것으로 보인다.

이를 위해서는 중대형 ESS가 가지는 도입목적보다 훨씬 다양한 개별 도입목적을 갖는 소형 ESS 수요자의 지역별, 기후별, 사용 습관별 특성에 대한 이해와 이러한 목적을 달성하기 위한 기술구 현용 기반 데이터의 확보 및 시뮬레이션이 필요하다. 또한 기술적 고도성을 갖추기 위해서는 정부출연연구소, 대학, 수요기업 등과 의 산·학·연 협력에 의한 공동 R&D를 진행하는 것이 성공적인 초 기 시장진입을 위한 전략이 될 수 있다.

소형 ESS | ASTI MARKET INSIGHT 2022- 043

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