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수요가 확대되는 에너지저장시스템(ESS)의 국내외 시장전망과 핵심기술 개발동향
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출판사 IRS글로벌
ISBN 9788998207311
발행일 2015년 12월 02일
Page수/크기 619 / A4
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                                                         소  개  글

 

 

최근 전력 수급의 불균형 문제가 심화되어가면서 대용량 배터리에 전력을 저장해 필요할 때 활용하는 수 있는 에너지저장시스템(ESS) 시장이 미래 에너지산업의 근간으로 부상하고 있다.

 

최근 신재생에너지의 수요 증가, 안정적인 전기 공급의 필요성, 전기요금 절약 등으로 에너지저장시스템(ESS)이 주목받고 있으며, 특히 현재 세계적으로 전력 수급에 어려움을 겪고 있는 상황에서, 단기적으론 전력부족 현상을 해결하며 장기적으로는 전력공급 확충, 전력 수요관리 및 신재생에너지 보급 등을 위하여 신개념 에너지저장시스템 추진 필요성이 대두되고 있다.

 

세계 에너지저장시스템(ESS) 시장은 2020년에 약 47.4조원 규모로의 성장이 전망되며, 이 중 가정용 및 신재생 에너지 관련 수요가 전체의 70% 이상을 차지할 것으로 예측되고 있다. 특히 ESS는 신재생에너지 확대를 위한 필수 기술로 인식되고 있으며, 이는 전력 공급이 불안정하고 생산되는 전기의 전압이나 주파수가 일정하지 않아 전력 품질이 문제가 될 수 있는 태양광, 풍력 등 신재생 에너지와 결합해 시간대별로 전력공급을 일정하게 조정할 수 있기 때문이다.

 

에너지저장기술 중에서는 주목받고 있는 리튬이차전지 시장규모는 현재 납축전지 대비 30% 수준에도 미치지 못하지만, 2018년에는 상황이 역전될 것으로 전망되고 있다. 특히 자동차용 배터리는 전기자동차가 출현하면서 리튬이온 전지 비중 확대에 힘을 싣고 있다. 또한, 글로벌 1위 전기차 업체인 미국 테슬라는 파격적인 가격을 내세운 리튬이온 기반의 가정용, 산업용 ESS를 출시하면서 기존 업체들의 이목을 집중시키고 있으며, 다임러AG는 전기차나 플러그인 하이브리드 차량에서 나온 리튬이온 배터리를 재사용해 대형 산업용 ESS를 만드는 시스템을 계획중이다.

 

반면, 최근 리튬전지의 핵심 자원인 리튬의 고갈 문제가 이슈화되면서, 미국과 유럽일본 등은 리튬계 배터리 성능을 능가하는 비리튬계, 비화학물질 등 차세대 전지 개발에도 적극적으로 나서고 있다.

 

한편, 미국, 유럽 및 일본 등 주요 선진국들은 연구개발 및 실증을 활발하게 추진 중이며, 일부 상용화에 성공을 거두는 등 사업화 단계에 진입하고 있다. 미국은 현재 ESS 시장을 주도하며 제도 정비에서도 가장 앞서 나가고 있다. 에너지첨단연구프로젝트(ARPA-E) 등 공공기관과 대형 전력회사 중심으로 실증사업을 이끌고 있으며, 캘리포니아주 정부는 ESS 설치를 의무화하는 법안을 통과시켰다. 일본은 NEDO 주도로 대용량 전지 개발 로드맵을 추진 중으로, NGK 등이 NaS 전지를 사업화 하였고, GS-Yuasa, Mitsubishi Elly Power 등도 리튬 2차전지를 개발 중이다. 유럽에서는 2020년까지 태양광발전 시설의 12%ESS를 설치한다는 목표로 사업을 확대하고 있다. 특히 프랑스와 독일이 공동으로 신재생에너지 사업인 솔리온 프로젝트’(Sol-Ion Project)를 지원하고 있다. 프랑스의 사프트(Saft)와 독일의 코네르기(Conergy)사가 전력회사, 전지업체, 태양광발전 설비 및 연구소 등을 통해 리튬이온 배터리 개발을 주도하고 있다. 중국도 74.5% 수준인 석탄 화력발전 비중을 2020년까지 61.4%까지 낮추고 대신 태양광, 풍력 등 신재생에너지를 확대와 병행하여 ESS 실증 프로젝트를 지속적으로 확대할 방침인 것으로 알려지고 있다.

 

국내에서도 정부와 민간의 공동개발과 지원으로 에너지저장시스템(ESS) 보급을 확대하고 있다. 20147ESS를 핵심 기술개발 분야로 선정했고, 20154월에는 에너지 신산업 활성화 및 핵심 기술개발 전략이행 계획을 수립했다. 또한, 201412월엔 민간 참여를 확대하기 위해 ESS에 저장한 전력을 한국전력에 판매할 수 있도록 제도적 근거를 마련하기도 했다.

 

이에, IRS글로벌은 에너지저장시스템(ESS) 및 연관 산업에 관심이 있는 기관 업체의 실무담당자에게 연구개발, 신사업 전략 수립의 기초자료를 제공하기 위하여 ESS 및 수요 시장동향/전망과 비즈니스 모델을 글로벌하게 조망하고, 최근 기술 및 연구 개발 동향 까지 종합적으로 정리, 분석하였다.

 

무엇보다도 국내외 핵심 참여업체의 개발동향과 사업전략 및 사업화 사례 분석을 통하여 시장의 변화를 예측하고, 경쟁전략 수립에 유용한 참고자료가 될 수 있도록 하는데 중점을 두었다.


 

 2015년 12월 02일


 IRS글로벌

 

 

 

 

                                                           목       차

 

 

Ⅰ. 국내외 에너지저장시스템(ESS) 시장 동향 및 전망


1. 글로벌 에너지저장시스템 시장 전망

  1-1. 시장 규모 및 전망

    1) 전력 소비 전망

    2) 글로벌 에너지저장시스템(ESS) 시장 전망

    3) 주요 국가별 ESS 시장 전망

      (1) 북미

      (2) 유럽

      (3) 중국

      (4) 일본

    4) 주요 분야별 ESS 시장 전망

      (1) 신ㆍ재생에너지용 ESS 시장

      (2) 주파수조정용(FR) ESS 시장

      (3) ESS용 전력변환장치(PCS) 시장 

      (4) 스마트그리드용 에너지저장시스템 시장

    5) 리튬 2차전지 및 소재별 시장전망

      (1) 리튬이온전지 시장전망

      (2) 리튬이온 이차전지 소재별 시장 전망

      (3) 리튬 수요 및 공급 동향

  1-2. 시장 점유율 및 경쟁력 동향

    1) 리튬이온 ESS 시장 점유율

    2) 국가별 ESS 경쟁력

    3) 기업별 ESS 경쟁력


2. 국내 에너지저장시스템 시장 전망

  2-1. 시장 규모 및 전망

    1) 국내 ESS 시장 규모

    2) 국내 리튬전지 ESS 시장규모

  2-2. 국내 ESS 시장 특징

  2-3. 성장 지연 요인


3. 글로벌 에너지저장시스템 시장 동향

  3-1. 주요 트렌드

    1) 전기 소비 환경의 변화

    2) 지속적으로 하락하는 신재생에너지 및 ESS 가격

    3) 정부 주도로 ESS 확산 박차

    4) 전력부족에 대한 대안으로 ESS 급부상

    5) 민간 기업의 진입 가속화

    6) 미래 전기시스템의 중심 ESS

    7) 전기차 배터리를 이용한 에너지저장장치(ESS)

  3-2. 주요국별 정책 및 활성화 추진 동향

    1) 미국

      (1) 연방정부

      (2) 주정부

    2) 일본

    3) 유럽

      (1) 독일

      (2) 영국

      (3) 이탈리아

    4) 캐나다

    5) 호주

    6) 중국

  3-3. 주요 지역 및 유형별 도입 및 실증 사례 분석

    1) 아메리카

      (1) Tehachapi 풍력 발전소(신재생에너지 융합형)

      (2) 테하차피 풍력발전단지 모놀리스 변전소(신재생에너지 융합형)

      (3) Rockefeller Center Project(신규 기술 실증형)

      (4) Chemical Substation, Charleston, W. Virginia(도시개발형) 

      (5) Jacksonville City Schools Project(신규 기술 실증형)

      (6) 멕시코 San Juanico 지역(신재생에너지 융합형)

    2) 일본

      (1) 북해도 Rokkasho 소재 51MW 풍력 발전소(신재생에너지 융합형)

      (2) Tomamae 풍력단지(신재생에너지 융합형)

      (3) Wakkanai 태양광 발전소(신재생에너지 융합형)

    3) 유럽

      (1) Solion 프로젝트(도시개발형)

      (2) 슈베린 지역 변전소(도시개발형)

      (3) 스웨덴 하마비 에코 시티(스마트그리드형)

      (4) Royal Seaport Urban Smart Grid(스마트그리드형)

      (5) SmartCity Malta Project(스마트그리드형)

      (6) Iceland 지열 발전(신재생에너지 융합형)

      (7) Sol-ion(신재생에너지 융합형)

    4) 중국

      (1) 차오페이디안(도시개발형)

      (2) 신광주 지식성(도시개발형)

  3-4. 에너지저장시스템(ESS) 관련 수요 현황


4. 국내 에너지저장시스템(ESS) 시장 동향

  4-1. 국내 에너지저장장치 보급동향

  4-2. 주요 트렌드

    1) 국내 전기 소비량 및 부하 변동성 증가

    2) 에너지효율 수준 하락

    3) ESS 도입 필요성 증가

  4-3. 국내 정책 및 활성화 추진 동향

    1) 국내 ESS 관련 연구개발 및 정책 현황

    2) 국내 ESS 육성 기본 정책 방향

    3) 주요 ESS 활성화 정책 과제

    4) 중장기 ESS 정책 과제

    5) 해외 협력 정책 사업

      (1) 콜롬비아 에너지신산업 협력 시범사업

      (2) 오만과 신재생에너지 등 경제 협력

  4-4. 주요 도입 및 실증 사례 분석

    1) 국내 ESS 도입 및 실증 경과

    2) 한국전력 주파수조정용 실증사업

    3) 고창 ESS 실증사업

    4) 조천변전소

    5) 제주 스마트그리드 실증

  4-5. 도입 장애 요인

    1) 설치비용의 과다

    2) 통일된 정의의 미비

    3) ESS 도입 유인책 부족

    4) 비상용 발전을 확보 필요

  4-6. 향후 발전 방향

    1) 시장 발전 방향

      (1) 도서지역 대상 태양광-ESS 융복합 설치

      (2) 원가 절감 및 안정성 확보

      (3) 실증사업 확대 및 관련 노하우 저개발국 수출

      (4) 표준화 및 시장 경쟁력 확보

      (5) ESS 법제도 정립 및 시장 활성화 제도 마련

      (6) 초기 투자 부담 완화 방안 마련

      (7) ESS 운영 수익증대를 통한 경제성 확보 방안 수립

    2) 비즈니스 추진 방향


5. 에너지저장시스템(ESS)의 수요시장 동향과 전망

  5-1. 스마트그리드 시장동향과 전망

    1) 개황

      (1) 개념

      (2) 스마트그리드와 ESS

      (3) 구성요소

      (4) 스마트그리드와 現전력망

    2) 국내외 스마트그리드 시장 전망

      (1) 글로벌 시장 전망

      (2) 국내 시장 전망

    3) 국내외 스마트그리드 시장 동향

      (1) 글로벌 시장 동향

      (2) 국내 시장 동향

    4) 국내외 스마트그리드 표준화 동향

      (1) 글로벌 표준화 동향

      (2) 국내 표준화 동향

  5-2. 전기자동차 분야 개발동향과 시장전망

    1) 전기자동차 개황

      (1) 순수 전기자동차(BEV) 개발 이력

      (2) 순수 전기자동차(BEV) 개발 동향

      (3) 소형 전기자동차 등장배경과 개발 동향

    2) 국내외 전기차(BEV) 시장동향과 전망

      (1) 국내외 전기차(BEV) 시장 동향 및 전망

      (2) 국내외 초소형 전기차 개발동향과 시장전망

      (3) 전기차용 배터리 시장 동향과 전망

  5-3. 국내외 전기차 충전인프라 시장동향 및 전망

    1) 글로벌 전기차 충전인프라 시장동향 및 전망

    2) 미국 충전인프라 동향

      (1) 시장 개황

      (2) 전기차 충전시설 동향

      (3) 전기차와 배터리의 상호작용

    3) EU 충전인프라 동향

      (1) 유럽 내 전기자동차 충전 인프라 신설 계획

      (2) 독일, 전기자동차 충전 인프라 확대 계획 추진

    4) 일본 충전인프라 동향

      (1) 전기차 충전인프라 운영 현황 

      (2) 전기충전소 보급 확대를 위한 과제 

    5) 중국 충전인프라 동향

    6) 국내 충전인프라 시장동향 및 전망

      (1) 충전인프라 보급 현황 및 전망

      (2) 환경부의 충전인프라 활성화 대응 정책

      (3) 전기차 유료충전의 경쟁 구도

      (4) 공유 충전 서비스

      (5) 전기차 충전시스템 표준화 동향

  5-4. 신재생에너지 시장동향과 전망

    1) 개황

      (1) 개념

      (2) 신재생에너지와 ESS

      (3) 신재생에너지 분야별 최근동향

    2) 국내외 신재생에너지 시장 전망

      (1) 글로벌 시장 전망

      (2) 국내 시장 전망

    3) 국내외 신재생에너지 시장 동향

      (1) 글로벌 시장 동향

      (2) 국내 시장 동향

  5-5. 주요 스마트 디바이스별 국내외 시장동향과 전망

    1) 국내외 스마트폰 시장동향과 전망

      (1) 세계 시장동향과 전망

      (2) 국내 시장동향과 전망

    2) 국내외 태블릿PC 시장동향과 전망

      (1) 세계 시장동향과 전망

      (2) 국내 시장동향과 전망

    3) 패블릿 시장규모 및 최근 동향

      (1) 시장규모 및 전망

      (2) 패블릿 사용자 동향

    4) 국내외 노트북 시장동향과 전망

      (1) 세계 시장동향과 전망

      (2) 국내 시장동향과 전망

    5) 웨어러블 스마트 디바이스 시장동향 및 전망

      (1) 시장규모 및 전망

      (2) 웨어러블 디바이스 수요 동향

      (3) 웨어러블 디바이스 시장 경쟁 구도 

    6) 스마트 디바이스 배터리 개발 동향과 시장 전망


Ⅱ. 에너지저장시스템 핵심기술 개발 및 표준화 / 특허 동향


1. 에너지저장시스템 기술 개황

  1-1. 개념과 도입 필요성

    1) ESS 개념

    2) ESS 기술 개요

    3) ESS 도입의 필요성

  1-2. 특ㆍ장점 및 중요성

    1) 기술의 장점

      (1) 안정적인 전원 공급 가능

      (2) 비상시 전력수급 자원 활용 가능

      (3) 기술적 우월성

      (4) 다양한 부가가치 창출 가능

    2) 기술의 중요성

  1-3. ESS 적용 효과

    1) 신재생에너지

    2) 발전용

    3) 무정전전원장치(UPS) 및 비상발전기

    4) 전력 품질 개선 기능

    5) 부하 평준화 기능

    6) 간헐적 최대 부하 저감(Peak-Cut)기능

  1-4. 주요 ESS별 비교와 제조비용

    1) 주요 ESS별 비교

    2) 기술별 제조 비용

  1-5. 구조 및 구성

    1) 주요 구성 요소

    2) 구성 요소별 핵심 기능

  1-6. 에너지저장 기술 분류별 동향

    1) 분류 방식

      (1) 저장 방식에 따른 분류

      (2) 방전 방식에 따른 분류

      (3) 응용 방식에 따른 분류

    2) 분류별 기술 개황

      (1) 리튬이온전지(LIB)

      (2) 레독스 흐름 전지(RFB)

      (3) 나트륨황(NaS) 전지

      (4) 압축공기에너지저장(CAES)

      (5) 양수발전(PHES)

      (6) 플라이휠 (FWES)

      (7) 수소기반 에너지 저장시스템(HESS)

      (8) 초전도 자기 에너지 저장시스템(SMES)

      (9) 슈퍼 축전기 에너지 저장시스템(SCESS)

  1-7. ESS 응용분야 및 기술적 요건

    1) 전력 유틸리티 부하관리

    2) ESS를 활용한 신재생전원의 출력변동성 저감

    3) 계통운영 보조서비스

    4) 에너지비용 절감(Load Leveling)

    5) 주파수 조정 서비스(frequency regulation)

    6) 예비력서비스(operation reserve)

    7) 수용가용 에너지저장시스템 활용

      (1) 전력품질 보상

      (2) 백업전원

    8) 분산형 전력저장

    9) 응용분야별 기술적 요건


2. 글로벌 에너지저장시스템 핵심기술 개발 및 표준화 / 특허 동향

  2-1. 기술성숙도 및 국가별 추진동향

    1) 개황

    2) 기술 성숙도

    3) 국가별 추진동향

      (1) 미국

      (2) 유럽

      (3) 일본

      (4) 한국

  2-2. 주요 분야별 동향

    1) 리튬 이차 전지

    2) 레독스 플로우 전지

  2-3. 글로벌 ESS 관련 표준화 및 특허 동향

    1) 글로벌 ESS 관련 표준화 동향

      (1) IEEE

      (2) IEC / ISO

    2) 글로벌 ESS 관련 특허 동향

      (1) 리튬이온전지

      (2) 레독스흐름전지

      (3) NaS전지

      (4) 메탈에어전지

      (5) 슈퍼커패시터

      (6) 압축공기저장시스템(CAES)

      (7) 플라이휠


3. 국내 에너지저장시스템 핵심기술 개발 및 표준화 / 특허 동향

  3-1. 기술별 주요 개발 동향

    1) 리튬이온전지(LIB)

    2) 압축공기 저장장치(CAES)

    3) NaS 전지

    4) 레독스흐름전지(RFB)

  3-2. 기술 경쟁력

    1) Value Chain 분석

      (1) 리튬이온전지(LIB)

      (2) 레독스흐름전지(RFB)

      (3) NaS 전지

    2) 기술 개발 수준

  3-3. ESS 관련 개발 로드맵

    1) 전력저장용 차세대 에너지저장 시스템

    2) 전기자동차용 에너지저장 시스템

    3) 전력품질 향상용(단주기) 에너지저장 시스템

    4) 장주기 에너지저장 시스템

    5) 실증 및 운용 기술

    6) 전기자동차용 차세대 에너지저장 시스템

  3-4. 국내 ESS 관련 표준화 및 특허 동향

    1) 국내 ESS 관련 표준화 동향

      (1) 최근 동향

      (2) 국제 회의 유치

    2) 국내 ESS 관련 특허 동향

      (1) 리튬이온전지

      (2) 레독스흐름전지

      (3) NaS전지

      (4) 메탈에어전지

      (5) 슈퍼커패시터

      (6) 압축공기저장시스템(CAES)

      (7) 플라이휠


4. 정부 지원 에너지저장시스템(ESS) 관련 핵심 기술개발 과제와 연구테마

    1) 고에너지 이차전지용 전극(양극, 음극) 소재 개발

    2) 에너지저장용 고효율 50Wh/US$급 이차전지 양극소재 개발

    3) 에너지 저장 레독스 플로우전지(RFB)용 선택적 이온 전달 소재 개발

    4) 에너지 저장장치 표준화 기반 및 지원체계 구축

    5) 오픈프레임웍 기반 스마트 ESS 전력제어 모듈 및 SW개발

    6) 가정용 (60KW급) 에너지 저장 시스템용 지능형 에너지전력반도체 IC 개발

    7) 아프리카 전력사업진출을 위한 소규모 마이크로그리드 기술 현지화 사업

    8) 에너지저장용 고효율 125Wh/US$급 리튬이차전지 음극소재 개발

    9) 비표면적 2,000m2/g급 에너지 저장용 탄소계 전극 소재 개발

    10) 850kW급 풍력발전기용 저전압수용운전(LVRT)를 위한 리튬이온 파워 모듈형 에너지저장장치개발

    11) 대용량 ESS 비리튬계 Na전지의 성능 및 안전성 평가기술 표준화

    12) 친환경 수송기기 전원시스템의 Data 센싱 및 제어를 위한 BMS 모듈 개발

    13) 전기자동차용 고에너지밀도(235Wh/kg) 30kWh급 리튬이온이차전지 팩 개발

    14) 고온 특성이 우수한 차량 SLI용 12V LIB 팩 개발

    15) 재활용을 통한 고출력 LIB용 층상계 고용량(≥210 mAh/g) 양극소재 제조기술 개발


Ⅲ. 국내외 주요 참여업체의 ESS 관련 사업전략과 개발동향


1. 해외 주요 참여업체 동향

1-1. 미국

    1) Company1

    2) Company2 

    3) Company3

    4) Company4

    5) Company5

    6) Company6

    7) Company7

    8) Company8

    9) Company9

  1-2. 일본

    1) Company10

    2) Company11

    3) Company12

    4) Company13

    5) Company14

    6) Company15

    7) Company16

    8) Company17

    9) Company18

    10) Company19

    11) Company20

1-3. 중국

    1) Company21


2. 국내 주요 참여업체 동향

    1) A社

    2) B社

    3) C社

    4) D社

    5) E社

    6) F社

    7) G社

    8) H社

    9) I社

    10) J社 

    11) K社

    12) L社

    13) M社

    14) N社

    15) O社

    16) P社

    17) Q社

    18) R社