에너지 저장장치 ESS 개념 및 시장규모 그리고 에너지저장장치 ESS 관련주

안녕하세요. 자본주의 밸런스 톨라니 입니다.

지난 2011년 9월 15일 우리나라는 정전사태가 일어났습니다. 전력량 부족으로 인한 수급 문제 정전사태를 발생 시킨 것입니다.

전략이 부족하여 전기를 제때 공급을 하지 못해 정전사태가 일어날 경우, 사회의 전반적인 시스템이 동작을 멈추는 국가 셧다운이라는 최악의 경우도 발생할 수 있기에 에너지 수급 문제는 국가 안보에 그만큼 중요한 것입니다.

그 당시 우리나라가 에너지가 부족했던 이유는 탈원전 정책으로 인한 원자력 발전의 가동 중단 등으로 전력 공급에 차질이 발생했기 때문입니다. 최근 우리나라 기후의 변화로 여름은 유난히 무더위와 폭염 그리고 국지성 폭우가 그 어느때 보다도 많아지고 있습니다.

신재생에너지 개발과 함께 중요하면서 반드시 필요한 기술이 바로 생산한 에너지를 효율적으로 저장, 관리하여 적시적소에 공급하는 에너지저장장치 ESS 시스템입니다.

이에 에너지저장장치 ESS 개념 및 시장규모 그리고 에너지저장장치 ESS 관련주에 대하여 좀 더 자세히 알아보도록 하겠습니다.

01. 에너지저장장치 ESS (Energy Storage System) 개념 [ 출처 : LG에너지솔루션 홈페이지 ]

에너지저장장치(Energy Storage System, ESS)는 저장이 어렵고 사용 후 없어져버리는 에너지를 효율적으로 사용할 수 있도록 저장·관리하는 시스템입니다.

발전소, 송배전시설, 가정, 공장, 기업 등에서 활용이 가능하며 최근 신재생에너지와 연계 시스템으로 신재생 에너지의 효율을 높여 전기료를 절감하거나 정전 피해를 최소화하는 백업 전력으로 사용이 가능합니다.

에너지저장장치 ESS는 쓰고 남은 전력을 저장해 두었다가 수요가 많은 시간대나 전기료가 비싼 시간대에 저장된 전력을 사용함으로써, 정전 피해를 최소화하고 전력요금을 절약할 수 있습니다.

또 발전소에서는 태양광, 풍력, 수력 등과 같이 불규칙적으로 생산되는 신재생에너지를 저장·과닐하여 신재생에너지의 이용 효율을 높입니다.

02. 에너지저장장치 ESS 저장유형, 종류 및 특징 [ 출처 : 광주과학 기술원보고서 참조 ]

에너지저장장치 ESS 의 저장유형은 크게 배터리 유형과 비배터리 유형으로 나눌 수 있으며, 배터리 유형은 전자기적(electromagnetic) 방식과 화학적(electorchemical) 방식으로 분류 할 수 있습니다. 비배터리 유형에는 물리적(mechanical) 방식이 있습니다.

전자기적 방식의 ESS는 Super Capacitor, 화학적 방식의 ESS 2차전지, 물리적 방식 방식의 ESS는 플라이휠(flywheel), 양수발전(Pumped Hydro Storage)/압축공기가 있습니다.

에너지저장방식 중에서도 배터리로 저장하는 방식을 주로 많이 사용하며 앞으로 이러한 방식 중에서 2차 전지 ESS 기술이 발전할 것으로 전망하고 있는데요.

화학적으로 저장하는 에너지 저장장치는 1) 배터리와 2) BMS(Battery Management System), 3)전력 변환 장치인 PCS(Power Conversion System), 4)운영 소프트웨어인 EMS(Energy Management System)/PMS(Power Management System)의 4개 부분으로 구성됩니다.

1) 배터리

ESS용 배터리는 주로 NCM(니켈 / 코발트 / 망간) 계열과 LFP(리튬/인산/철) 계열의 전지가 주로 사용되고 있으며 국내에서 사용되고 있는 대부분의 리튬이온 배터리는 NCM 계열입니다.

2) BMS (Battery Management System)

BMS는 배터리의 상태를 제어하는 장치로 배터리의 전압, 충전상태 등을 모니터링하고 모듈 내 단위 셀간의 충방전 정도가 동일해지도록 조정하는 셀 밸런싱 뿐만 아니라 배터리의 안전을 위한 과충전 방지 등의 보호 기능을 수행하고 보호 회로를 통해 과전류 및 단락 시 외부 스위치를 차단하는 기능 및 EMS와 통신하는 역할을 합니다.

기존의 Ni-Cd(니켈-카드늄)이나 Ni-MH(니켈 수소) 전지는 안전성이 우수하여 보호회로가 필요하지 않았으나 리튬 배터리의 경우에는 열폭주, 수분 침투 및 단락 시 화재나 폭발 위험성이 있으므로 리튬이온 배터리에서는 BMS의 중요도가 높아졌습니다.

3) PCS (Power Conversion System)

PCS는 전기에너지를 받아 배터리를 충전하거나 전력망으로 저장된 에너지를 방출하기 위해 전기의 특성(교류/직류, 전압, 주파수)을 변환하는 장칩니다.

4) EMS(Energy Management System) 또는 PMS(Power Management System)

EMS 또는 PMS는 배터리 및 PCS의 상태를 모니터링 및 제어하고, 콘트롤 센터 등에서 ESS를 통합 모니터링하고 제어하기 위한 운영시스템 입니다.

최근 가장 주목 받고 있는 방식은 리튬 이온 전지를 이용한 에너지 저장 장치입니다. 전력 변환 효율이 약 96%로 다른 방식(플라이 휠 90%, 흐름 전지 70%, 나트륨-황 전지 78%)에 비해 우수하며, 15분 이내의 단주기 방전부터 수 시간의 장주기 발전까지 가능합니다.

또한 리튬 이온 전지를 이용한 저장 장치는 휴대폰과 전기 자동차에서 리튬 이온 전지 시장이 커짐에 따라서 상용화가 용이하고 친환경적이며 필요 용량에 따른 확장성이 용이하다는 장점이 있습니다.

발전소에서 사용되는 에너지 저장 장치는 전력을 생산하는 발전단부터 송전, 변전, 배전, 그리고 수용가에 이르는 전 분야에서 사용되고 있습니다.

특히 태양광과 풍력 발전에서 불균일하게 생산되는 전력을 고르게 하여 안정된 공급으로 전력의 품질을 향상하는 데 사용됩니다. 뿐만 아니라 전력 사고에 대비하기 위한 비상 전력의 용도(UPS)로도 사용됩니다.

최근의 리튬 이온 배터리 에너지 저장장치 설치 사례를 보면, 전기 자동차 회사인 테슬라가 호주의 혼스데일에 있는 전기 에너지 저장소를 운영하고 있으며, 이 저장 시스템은 인근의 풍력 발전소에서 생산한 전기를 테슬라의 배터리에 저장하였다가 전력 사용량이 많은 시간대에 전기를 공급하는 구조입니다.

02. 에너지저장장치 시장 규모 및 전망

전 세계적으로 탄소중립, ESG 정책 등이 가속화 되면서 신재생에너지에 대한 관심이 높아지고 있습니다. 신재생에너의 관심이 높아짐에 따라 에너지저장장치 ESS에 대한 시장도 커지고 있는데요.

미국을 비롯한 주요 선진국들은 친환경 에너지 정책을 속속 발표 하고 있으면 이러한 정책으로 에너지저장장치 ESS 대한 리튬이온 배터리 수요가 급격하게 증가하고 있습니다.

에너지 전문 시장조사업체인 블룸버그 NEF가 2022년 3월에 발표한 보고서에 따르면 2021년 기준 글로벌 누적 설치 용량이 56GWh로 집계됐으며, 2030년 전 세계 ESS 시장 규모는 연간 178GWh에 달할 것이라 예측하며, ESS 시장이 연평균 30% 성장할 것으로 전망하고 있습니다.

급격한 기후변화로 인한 여름·겨울철의 전력 피크와 대규모 정전 사고, 재생에너지 보급 확산 등 다양한 환경 변화에 노출되면서 전력 불확실성에 대비하기 위한 고용량·저비용 ESS 시스템의 개발 필요성이 점차 확대되고 있는 것입니다. [출처 : BATTERY INSIDE 참조 ]

[ 친환경 발전 확대에 ESS 수요 ↑...2030년 347조 규모 / 출처 : 서울경제 2023.05.30 ]

ESS 시장은 진재생에너지의 확대에 힘입어 전기차보다 더 빠른 성장이 전망되고 있습니다. 태양광·풍력 등 친환경 발전 비중이 높아지면 잉여 전력을 저장하는 ESS의 수요가 늘어날 수밖에 없어서 입니다.

실제 SNE리서치에 따르면 지난해 전기차 배터리 시장 규모는 690기와트시(GWh)로 2021년 (392GWh) 대비 76% 성장한 반면 ESS 시장은 같은 기간 44GWh에서 122GWh로 1년 만에 177% 성장하였습니다.

전망도 밝습니다. 에너지 전문시장조사 기관 블룸버그 NEF는 2021년 110억 달러(약 14조 6000억원) 수준이엇던 글로벌 ESS 시장이 2030년에는 2620억 달러 (약 347조 9000억 원)까지 될 것으로 내다 봤습니다.

[ 에너지저장장치 ESS 국내기업 배터리 업계 및 투자 현황 / 서울경제 2023.05.30 ]

한때 글로벌 에너지저장장치 ESS 시장을 휩쓸던 국내 배터리 업계가 주춤하고 있습니다. ESS 화재 사건에 대한 대응이 미숙했던 데다 가격 경쟁력을 앞세운 중국에 밀린 게 가장 컸습니다.

우리나라의 ESS 설치량도 줄었습니다. 지난해 설치된 ESS 물량은 0.2GWh에 그쳐 2018년 3.8GWh에 비해 20분의 1 수준으로 감소하였습니다. 국내에서는 ESS 시장이 역성장하고 있는 것입니다.

이런 탓에 국내 배터리 업체들은 해외로 눈을 돌리고 있습니다. 글로벌 기업을 인수합병(M&A)하고 해외외 공장을 세우는가 하면 연구개발(R&D)을 통해 기술력도 다시 끌어올리고 습니다.

23년 5월 30일 시장조사 업체 SNE리서치에 따르면 국내 배터리 업계(LG에너지솔루션·삼성SDI)의 글로벌 ESS 시장 점유율은 2020년 당시 55% 절반을 넘겼지만 지난해는 14.8%로 줄었습니다. 2021년 각각 2위와 3위를 기록한 삼성 SDI와 LG에너지솔루션의 점유율 순위도 지난해 4위와 5위로 떨어졌습니다.

03. 에너지저장장치 ESS 관련주

지금까지 '에너지저장장치 ESS 개념 및 시장규모 그리고 에너지저장장치 ESS 관련주'에 대하여 알아보았는데요.

앞으로 성장산업으로 장기적 투자관점에서 접근해야할 산업 입니다. 물론 투자 뿐만 아니라 국가 존폐 여부까지도 좌우할 수 있는 미래 에너지 안보 산업으로도 보아야 합니다.

그 동안 인간은 자연의 무한한 혜택을 받아왔지만 무분별한 개발과 에너지 낭비로 자연을 많은 부분 훼손하였습니다. 더 늦기 전에 자연을 훼손하지 않고 공존할 수 있는 방안을 찾아 실행해야 때인 것입니다.

지금의 자연 그리고 지구는 우리의 소유가 아닙니다. 우리 자손들을 위한 것을 잠시 빌려 쓰고 있다는 것을 잊지 말아야 할 것입니다.