에너지 저장 시스템(ESS)

0. 목차

1. 에너지 저장 시스템(ESS)
2. ESS 산업
3. LiB-ESS
4. ESS 연구 트렌드
5. 한국의 ESS 기술 개발

1. 에너지 저장 시스템(ESS)

 '에너지 저장 시스템(ESS: Energy Storage System)'은 한국표준산업분류 '전기 장비 제조업(C28)'에 속하며, '에너지 저장 장치 제조업(C28114)' 품목에 해당한다. ESS는 '전력계통(Electric Power System)'에서 다양하게 사용되고 있고 크게 '전기를 생산하는 발전', '발전된 전기를 전달하는 송배전', '그 전기를 사용하게 되는 수용가'로 나뉜다. 발전 부분에서 ESS는 전력 수요가 없을 때 전력을 저장해두었다가 '피크(Peak)' 시에 공급함으로써, 전력의 부담을 더는 용도로 필요하다. '송배전 영역'에서는 생산된 전력의 출력이 불안정하게 되는 경우 '주파수 안정용'으로 사용된다. '수용가 영역'에서는 피크 전력을 낮추어 요금을 절감하거나 전력을 판매하는 용도로 사용한다.

 '전기(Electricity)'는 '원유(Crude)', '가스(Gas)' 등 다른 에너지원에 비해 저장비용이 비싸기 때문에, 생산과 동시에 소비하는 것이 일반적이며, 제한적 형태로만 저장해왔다. 세계적으로 재생에너지와 2차 전지의 저장 장치의 설치가 빠르게 늘어나고 있어, 계통 불안정성을 보완해 줄 수 있는 ESS에 대한 수요가 증가하고 있다. 전력계통에서는 '블랙아웃(Blackout, 전기 수요가 공급 능력을 넘을 때 특정 지역에 일시적으로 발생하는 대규모 정전 사태)'의 사례에서 보듯, 송배전 문제뿐만 아니라 공급에 영향을 미치고 있으며, 수요 측면에서도 주·야간 또는 계절에 따른 변수가 존재한다. 따라서 안정적인 전력 공급을 유지하기 위해 기존 시스템에서 해결할 수 없는 부분들에서 ESS는 다양한 형태로 사용되고 있다.

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1-1. ESS가 전력 수급 스마트화에 기여하는 방법

 '에너지 저장 시스템(ESS: Energy Storage System)'는 '부하 이동(Peak Shifting)', '재생에너지 연계(Renewable Integration)', '주파수 조정(Frequency Regulation)' 등을 통해 전력 수급의 '안정화' 및 '효율화'에 기여하고 '신뢰도'를 향상시킨다.

1. 부하 이동(Peak Shifting): 계절별 수요에 따라 전력 부하를 관리하여 발전소와 송·배전설비의 이용률 향상을 위해 야간에 '유휴전력(재생에너지로 생산된 전력이 계통에 연계되지 못해 버려지는 전력)'을 저장하였다가 주간에 사용하는 부하 평준화 등을 통해 전력운영의 최적화에 기여하며, ESS 설치 시 최대 사용 전력량을 감소시켜 사용자에게 전기 요금 할인 등 경제적 이익을 제공한다.
2. 재생에너지 연계(Renewable Integration): ESS 설치로 재생에너지 발전원의 출력을 안정화할 수 있으며 최대 부하 관리가 가능하고, '출력 변동성이 심한 재생에너지에서 발생된 전원 출력을 고품질로 전환하여 전력망에 연계함으로써, 전력망의 안정성과 신뢰도를 향상시킨다.
3. 주파수 조정(Frequency Regulation): 수요와 공급의 불일치로 발생하는 '주파소 변동'에 대응할 수 있는 수단으로 ESS가 활용되고 있다. 활용 예를 살펴보면, 기존 화력 발전기는 실시간으로 변하는 주파수를 일정 범위 내(기준 주파수 60Hz)에서 유지하기 위해 전체의 5% 용량을 주파수 조정용으로 대기시켜 운전하게 된다. '주파수 조정용 예비력'을 ESS 충·방전으로 대체하면 기존 화력 발전기를 100% 고정 출력으로 운전할 수 있어 전력 생산 비용을 절약할 수 있을 것으로 분석된다. 미국, 칠레 등은 ESS 주파수 조정의 유용함을 인식하고 2010녀대 초부터 대규모 상업운전을 개시하고 있다.

1-2. 저장 형태에 따른 ESS분류

 '에너지 저장 시스템(ESS)'는 저장 형태에 따라 '화학적 방식', '전자기적 방식', '물리적 방식', '열역학적 방식'으로 분류된다. 아래의 표는 '에너지 저장 기술'에 따라 ESS를 분류한 것이다.

에너지 저장 시스템(ESS)
화학적 저장	배터리	리튬 이온 전지, 납축전지, 니켈카드뮴 전지, 니켈수소 전지, 나트륨황전지, 니켈 염화 전지, 금속-공기전지, 안티모니화납액체전지
	플로우전지	바나듐, ZnBR 전지, PSBr 전지
	수소전지	전해조 + 연료전지
전자기적 저장	전기적	슈퍼 커패시터(Super Capacitor)
	자기적	초전도 에너지 저장 시스템(SMES: Superconducting Magnetic Energy System)
열역학적 저장	압력	압축 공기 에너지 저장(CAES: Compressed Air Energy Storage)
	압력+열	단열 CAES
	열	열전기
물리적 저장	중력	양수 발전(Pumping-Up Power Generation)
	운동에너지	플라이휠(Flywheel)

1. 리튬 이온 전지(LiB: Lithium-ion Battery): 화학적 저장 방법의 대표적인 예로는 '리튬 이온 전지(LiB)'가 있다. '양극재(Cathode Materials)'인 '금속 산화물', '음극재(Anode Materials)'인 '흑연', '전해질', '분리막(Separator Membrane)'으로 구성된 '리튬 이온 전지'는 양극의 리튬 이온이 음극으로 이동하며 충전되고, 음극의 리튬 이온이 양극으로 이동하며 방전된다. '리튬 이온 전지'는 가장 상용화되어 있다. 하지만 액체 전해질에 화재의 위험이 있어 이를 보완한 '전고체 배터리(SSB: Solid State Battery)' 연구가 진행되고 있다. 2020년, 삼성 종합 기술원에서 1000회 이상 충방전이 가능하고 크기를 줄인 전고체 배터리 연구를 공개하여, 세계적인 학술지 '네이처 에너지(Nature Energy)'에 개제된 적이 있다.
2. 슈퍼 커패시터(Super Capacitor): 전자기적 저장 방법의 대표적인 예로는 '슈퍼 커패시터(Super Capacitor)'가 있다. '집진 전극(Dust Collection Electrode)', '활성탄 전극(Activated Carbon Electrode)', '전해액(Electrolyte)', '분리막(Separator Membrane)'으로 구성된 '슈퍼 커패시터'는 활성탄 표면에 전하의 물리적 흡·탈착으로 에너지를 순간적으로 충전 또는 방전한다. 내부 저항이 낮아 충·방전 횟수가 100만 회 이상 가능하며 반영구적인 수명을 갖는다.
3. 압축 공기 에너지 저장(CAES: Compressed Air Energy Storage): 열역학적 저장 방법의 대표적인 예로는 '압축 공기 에너지 저장(CAES)'가 있다. '압축 공기 에너지 저장(CAES)'는 대규모 장주기 에너지 저장 장치로서, 유휴전력이나 간헐적 특성을 가진 재생에너지 등을 수전하여 압축기를 통해 압축 공기 에너지로 변환한 뒤 별도의 공간에 저장한다. 필요시 압축 공기를 이용하여 발전하는 기계적 에너지 저장 장치의 일종으로, '가스 터빈(Gas Turbine)'이 필요한 압축공기를 야간이나 비첨두 시간에 저렴한 전기로 미리 압축해서 저장하였다가 주간해 활용한다. '가스 터빈' 장치는 '압축기', '연소기', '터빈'으로 구성되어 있고, 공기를 압축해 연료를 주입하며 연소시켜 발생한 가스를 터빈에 주입해 발전기를 돌려 전기를 생산한다.
4. 양수 발전(Pumping-Up Power Generation): 물리적 저장방법의 대표적인 예로는 '양수 발전'이 있다. 상부 저수지, 하부 저수지, 수차, 발전기, 모터, 펌프로 구성된 '양수 발전'은 수력 발전의 변형된 형태이다. 상부와 하부에 인공 저수지를 만들고, 전력 사용이 적은 심야에 펌프를 이용해 상부에 물을 끌어올려 저장한다. 전력이 필요할 경우, 물을 방수하여 수차를 돌려 발전기가 발전하는 방식이다. '양수 발전'은 현재 에너지 저장 장치 중 수명이 가장 길고, 대규모 전력 계통용으로 사용하여 출력이 높다.

1-3. ESS의 구성

 ESS는 에너지 저장을 위한 '배터리(Battery)', '배터리 관리 시스템(BMS: Battery Management System)', '전력 변환 시스템(PCS: Power Conversion System)', '에너지 관리 시스템(EMS: Energy Management System)' 등으로 구성된다. '에너지 관리 시스템(BMS)'은 배터리를 모니터링하고 충·방전을 제어한다. '전력 변환 시스템(PCS)'는 '교류(AC)'와 '직류(DC)'를 변환하여 전력 품질을 제어한다. 그리고 EMS는 통합 감시·제어 시스템으로 ESS를 운영을 제어하고, BMS 및 PCS에 제어에 관한 정보를 전달하며 비용 절감 등 운전 효과를 분석한다.

분류	주요 내용
배터리(Battery)	'배터리'는 리튬 2차전지의 사용이 증가하고 있고, 대표적인 2차전지로는 'LiB(리튬이온전지)', NaS, Redox Flow 등이 있으나, LiB가 효율이 높고 가격 절감 가능성이 높아 가장 유망한 기술로 간주되고 있음.
배터리 관리 시스템(BMS)	BMS는 배터리를 모니터링하고 전력의 충·방전을 제어하는 장치로서, 그 결과값을 EMS로 전달하는 역할을 함.
전력변환 시스템(PCS)	PCS는 ESS 내에 발전원에서 전력을 입력받아 배터리에 저장하거나 계통으로 방출하기 위하여 '전기의 특성(AC/DC, 전압, 주파수)'을 변환하는 장치임.
에너지 관리 시스템(EMS)	EMS는 배터리 및 PCS 상태를 모니터링 및 제어하는 역할을 하며, 컨트롤 센터 등에서 ESS를 모니터링하고 제어하기 위한 운영 시스템임.

2. ESS 산업

 ESS 산업의 특징은 '전력 인프라에 종속되어 있는 산업', '공공성을 중시하는 산업', '지식기반 산업', '장치 산업', '녹색성장 산업' 등으로 요약할 수 있다.

1. 전력 인프라에 종속되어 있는 산업: ESS는 전력 인프라를 구성하는 요소이고, 차세대 전력망을 구현하기 위한 핵심요소 중 하나로서 전력망과 연계해야만 효용성이 있는 전력 인프라에 종속되어 있는 산업임.
2. 공공성을 중시하는 산업: ESS를 포함하는 전력 인프라 산업은 국가를 지탱하는 최상위 산업이고, 기간산업으로서의 공공성을 중시함
3. 지식기반 산업: ESS 산업은 부품 소재의 성능이 전지 및 시스템 성능·가격 등 경쟁력을 좌우하고, 소재 개발에는 다양한 분야의 학문과 지식이 결합되어 장시간의 연구개발이 필요한 지식 기반 산업임.
4. 장치 산업: ESS의 생산을 위해서는 막대한 시설투자에 따른 대규모 투자비가 수반되는 장치 산업임.
5. 녹색성장 산업: ESS는 '전력 공급 안정화', '신재생에너지 확산' 등의 부가가치를 창출하는 녹색 분야의 핵심기술 산업임.

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2-1. ESS 생태계

 ESS의 생태계는 '하드웨어(Hardware)'와 '소프트웨어(Software)' 부분으로 구성된다. '하드웨어' 부분은 전기를 보관하는 장소인 '배터리(Battery)' 제조업체'와 전기의 충전 및 방전을 제어하는 'PCS(Power Conversion System)' 제조업체, 'ESS(Energy Storage System)'와 '에너지 관리 시스템(EMS: Energy Management System)'간의 연결을 담당하는 'PMS(Power Management System)' 제조업체로 구성되어 있다. 배터리를 관리하는 '배터리 관리 시스템(BMS: Battery Management System)'는 'SI(System Integrator)' 업체가 개발·제조하여 연결할 수도 있지만, 배터리에 대한 이해가 선행되어야 하고, 배터리에서 문제가 발생할 경우 책임을 논하기 어려워지기 때문에 배터리 업체들이 BMS까지 공급하는 것이 대체적인 경향이다.

 '배터리(Battery)'는 '양극재(Cathode Materials)', '음극재(Anode Materials)', '분리막(Membrane)', '전해질(Electrolyte)' 등 4대 재료가 중심이 되는 '전극 재료', '포장 및 도선 재료', '안전 회로 구성 재료' 등으로 이루어진다. 반면 소프트웨어 부분은 ESS 컴포넌트를 가지고 조립하는 SI 업체, 프로젝트를 기획하는 '디벨로퍼(Developer)', 조달과 건설을 담당하는 'EPC(Engineering Procurement Construction) 업체, 구축된 ESS를 운영하는 O&M(Operation and Maintenance) 업체로 구성된다.

3. LiB-ESS

3-1. LiB-ESS가 대세인 이유

 '에너지 저장 장치(ESS)'로 쓰이는 '2차 전지(화학 전지)'에는 '납축전지', '니켈수소전지', '나트륨황전지', '리튬이온전지(LiB: Lithium-ion Battery)' 등이 있다. 이들은 전력 저장 장치 내에서도 '에너지 밀도(Energy Density)'와 수명 특성 면에서 서로 다른 장단점을 지니고 있다. 특히 에너지 밀도가 높고 효율이 좋은 '리튬 이온 전지'가 가장 큰 비중을 차지하고 있다. '리튬이온전지'는 기술적 한계를 극복하기 위한 다양한 신기술이 개발되고 있으며 '소형 IT 기기용', '전기차용', '중대형 ESS용' 등 분야에 따라 주요 플레이어가 늘어나고 있다. '국제 재생 에너지 기구(IRENA: International Renewable Energy Agency)'에서 2017년에 공개한 'Electricity Storage and Renewables: Cost and Market to 2030' 자료에서, 'LiB(리튬 이온 전지)'의 효율은 2016년 92~96%에서 2030년에는 94~98%에 이를 것으로 전망하였다.

 한편 단위 중량당 에너지 밀도나 에너지 효율성 면에서는 '리튬 이온 전지(LiB)'가 우수하지만 '수명' 측면에서는 '나트륨 황전지가 우수하다. 한편, 요즘 관심을 끌고 있는 '바나듐 레독스 흐름 전지(Vanadium Redox Flow Battery)'의 효율은 '리튬 이온 전지'보다 낮지만 용량에 비해 비용이 적게 들고 수명은 반영구적이다. '바나듐 레독스 흐름 전지'는 '유기용매'가 아닌 '황산 수용액'을 전해질로 사용해 화재나 폭발 위험이 적다는 장점이 있다.

 '리튬 이온 전지(Lithium-ion Battery)'가 ESS에 적합한 여러 가지 이유 중 하나는 '충전(Charge)'과 '방전(Discharge)'이 자유롭다는 점이다. 충·방전의 장점이 있는 '리튬 이온 전지'가 부각되는 것은 '전력계통(Electric Power System)'에 있는 대부분의 '자원(Resources)'들은 전력을 '생산'은 하나 '저장'은 하지 못하기 때문이다. 또한 전력을 저장하거나 전달하는 시간이 수초에서 천분의 일 초 단위로 빠르게 변하기 때문에, 갑작스러운 정전과 같은 응급상황 발생 시 이상적으로 대처할 수 있다. ESS는 에너지 효율이 90~95%로 높고, 전력 수급에 맞게 저장시간을 다양하게 가져갈 수 있기 때문에, 대부분 전력계통에 부합하는 특성을 가진다. 설치비용도 지속적으로 줄어들고 있어 경제성이 향상되고 있다.

3-2. LiB-ESS 시스템 구조

 2차 전지 제조사들마다 상이한 배터리 셀 포맷을 갖고 있지만, ESS 시장에서는 전기차만큼 셀 단위의 '에너지 밀도(Energy Density)'를 우선순위에 두지 않는 이유는, 무엇보다 '안정성'과 '열관리'가 중요하기 때문이다. 아래의 그림처럼 ESS용 배터리는 모듈화되어 있고 '랙(Rack)'에 모듈 형태로 쌓게 된다. 이런 '랙'들이 합쳐져 필요한 용량만큼 컨테이너에 들어가게 된다. 통상 한 개의 ESS 컨테이너에는 1~5MWh의 용량을 가지게 되고, 모듈화된 특성으로 인해 필요한 ESS 특성으로 인해, 필요한 ESS 스케일에 따라 구성이 가능하고 셀 레벨까지 관리가 관리가 용이하다.

 이렇게 구성된 배터리는 '배터리 관리 시스템(BMS: Battery Management System)'를 통해 관리가 되고 단위 MBS가 모듈 내의 셀을 관리하고, 마스터 BMS가 랙 안에 단위 모듈들을 관리하게 된다. System BMS는 모듈 내의 '셀(Cell)', '랙(Rack)' 안에 단위 모듈 등 전체를 통제하게 된다. 단위 셀들은 컨테이너 안에 에어컨 기능 등을 통해 주변 온도에 영향을 받지 않게 되고, PCS는 교류·직류를 변화시켜주는 장치로, 생산된 전력의 주파수와 전압을 전력계통의 특성에 맞게 관리한다. 여기에 열을 관리하는 'TMS(Thermal Management System)'와 가장 상위에 전력 흐름과 공급을 제어하는 '에너지 관리 시스템(EMS: Energy Management System)'로 구성되어 있다.

ESS 시스템 구조

4. ESS 연구 트렌드

4-1. ESS의 배터리 유형은 각형을 선호한다.

 배터리의 유형은 형태에 따라 '각형', '파우치형', '원통형'으로 분류된다. 각 유형에 따라 장단점이 있으며, 업체마다 선호하는 배터리가 다르다. 시장조사업체 SNE 리서치에 따르면, 2020년 기준으로 각형 49.2%, 파우치형 27.8%, 원통형 23%의 점유율을 보이고 있다.

1. 각형: '각형 배터리'는 소재를 접어 여러 개 쌓은 후 네모난 알루미늄 케이스에 담아 공급한다. 외부 충격에 강하고 안전성이 높다는 장점을 가지고 있지만, 금속 케이스로 인해 무겁고 열 방출이 어려워 추가적으로 냉각 장치를 달아야 한다. 셀 단위의 다중 안전장치를 갖춰 안정성이 뛰어나고, 매일 충전과 방전이 이루어지는 ESS의 거친 환경에서 셀이 견디기 유리하며, 급속 충전 시 열이 발생하는데 알루미늄 캔 형태가 발열 관리에 용이하다. 또 Winding 방식 구현으로 인해 전해액 양이 충분한 구조여서 장수명을 구현할 수 있다. ESS 고객사들은 상대적으로 각형을 선호한다.
2. 파우치형: '파우치형 배터리'는 소재를 빈틈 없이 쌓아 필름 주머니에 담는 형태의 배터리로, 잦은 충·방전에도 안정적인 구조를 유지해 수명이 길다. 공간 효율이 우수하고 소형과가 가능하며, Stack & Folding 기술을 적용해 높은 '에너지 밀도(Energy Density)'를 가지고 있다. 특히 각형 Winding 기술에 비해 전극 두께를 확대할 수 있고, 셀 내부 Dead Space를 최소화할 수 있어 에너지 밀도에 강점을 가진다. 또한 알루미늄 케이스에 형태를 맞춰야 할 필요가 없어 다양한 크기와 모양으로도 제작이 가능하다. 그러나 외관이 단단하지 않아 외부 충격에 약하고, 내부에 빈 공간이 적어 열 관리가 어렵다.
3. 원통형: '원통형 배터리'는 소재를 '젤리롤(Jelly Roll)' 형식으로 말아 금속 케이스에 투입한다. 3가지 유형의 배터리 중 가장 저렴하고 표준화된 규격으로 대량생산이 가능하다. 부피당 에너지밀도가 높지만 대형 사이즈로 만들기 어려워 형태 특성상 공간 활용도가 낮고 무겁다는 단점이 있다.

배터리의 형태

4-2. '다공성 구조를 갖는 전극'을 활용한 ESS

 ESS 역할을 위한 배터리 성능을 향상시키는 기술적인 방안은 여러 가지가 있다. 하지만 그중에서도 전기 에너지를 발생시킴에 핵심 요소로 작용하는 '전극(Elctrode, 전기가 드나드는 곳)'의 '구조적 특성'을 고려하여 '전기 화학 반응'을 향상시키는 연구가 지속적으로 수행되고 있다. 이러한 맥락 속에서 '다공성(내부에 많은 작은 구멍을 가지고 있는 성질)' 구조를 갖는 전극을 개발하여 전기 화학 반응을 향상시켜, 배터리의 전체 성능을 높이는 연구가 주목받게 되었다. '다공성 구조를 갖는 전극'을 개발함에 있어 '전기 화학 이중층(Electrochemistry Double Layer)'의 역할에 대한 이해가 수반되어야 한다. '전기 화학 이중층(Electrochemistry Double Layer)'의 형성을 통한 이온·전하의 이동 효과를 증진시켜 전반적인 배터리의 성능을 향상시킬 수 있게 된다. 다공성 배터리 전극에 대한 체계적인 연구가 향후에도 계속 주목받게 될 것으로 사료된다.

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5. 한국의 ESS 기술 개발

5-1. 한국의 에너지 기술 개발 실행계획

 현재 국내 ESS 기술은 '원천·부품 소재 기술 수준', '실증 경험' 측면에서 선진국보다 아직 열세인 상태에 있다. '리튬 이온 전지'의 경우 최고 수준의 제조 기술로 상용화 단계에 도달하였으나, 그 외의 기술은 연구개발 단계로 전반적인 'ESS 원천·부품 소재 기술'은 미흡한 수준으로 평가되어 있다. 특히 전해액과 양극재를 제외한 소재의 국산화율은 20%에도 못미치는 수진이다. 주요 소재를 대부분 일본에서 수입하고 있기 때문에, 리튬이온전지 생산량이 늘어날수록 일본 업체에 대한 종속도가 커질 수 있어 소재 분야의 국산화가 요구된다.

 또한 경쟁력 강화를 위해서는 정부 차원의 핵심소재의 국산화 개발에 대한 지원이 요구되고 있다. 2020년 산업통상자원부의 '에너지기술 개발 실행계획' 안에 따르면, 에너지 환경 변화에 대응하여 에너지 산업의 산업의 경쟁력을 강화하고, 새로운 성장 동력을 이끌 수 있는 총 60개의 세부사업을 선정하고 고출력·고신뢰성 차세대 ESS 기술 개발을 추진한다고 발표했다. 또한 '전력계통 안정화 및 직류·부하 증가에 따른 보완 기술', 'PCS' 및 '에너지 신뢰성 확보'를 위한 기술 개발과 실증사업을 추진한다고 밝혔다. 아울러 클라우드 기반 ESS 진단·운영 서비스를 통해 '리빙랩(Living Lab)' 형태의 국민 참여형 R&D를 추진한다고 발표했다.

5-2. ESS 활성화를 위한 신재생에너지 기술 개발

 전기부하 평준화를 위하여 IT 기술이 접목된 ESS를 보급하면, '유휴전력(재생에너지로 생산된 전력이 계통에 연계되지 못해 버려지는 전력)'의 저장과 사용이 가능하여 전력 예비력 확보가 용이하다. 신재생에너지는 입지환경이나 자연조건에 의해 크게 영향을 받아 출력 변동이 심행 연속 공급이 불가능하다. 에너지 생산 시점과 수요 시점의 시간차가 발생하게 되므로, 신재생에너지 활성화를 위해 ESS 시스템이 중요하게 대두되고 있다. 2018년 한국 시장의 ESS 수요 급증은 피크 저감용 ESS와 신재생에너지 연계용 ESS의 성장을 견인하였고, 이는 경제성 향상을 야기한 정부의 정책 모멘텀에 기인한다.

 ESS 시장을 성장하게 만든 한국의 정부 정책은 크게 두 가지로 나누어진다.

1. 피크 저감용 수요 급증을 견인한 ESS 특례요금제: 첫째는, 피크 저감용 수요 급증을 견인한 ESS 특례요금제로 ESS 활용을 촉진하여 전력수요 분산에 성공하였으며, 전력 공급설비 투자에 따른 감가상각비 등 고정비 회수를 목적으로 하여 ESS 설치를 크게 증가시켰다.
2. 신재생에너지 연계 ESS에 대한 REC 가중치 적용: 둘째는, 신재생에너지 연계 ESS에 대한 '신재생에너지 공급 인증서(REC: Renewable Energy Certificates)' 가중치 적용으로, 총 발전량의 일정 비율을 신재생 에너지로 공급하도록 의무화한 제도를 도입했다. 이는 신재생에너지에 ESS를 설치하여 전력품질 향상 및 전력망 효율성을 제고하기 위한 목적에 기인한다.

5-3. 주파수 조정용 에너지 저장 시스템(FR-ESS)

 한국은 '에너지 저장 시스템(ESS)' 관련 기술을 보유함으로써 경쟁력을 갖추고 있는데, 그중 '주파수 조정용 에너지 저장 시스템(FR-ESS)'에 관한 기술이 주목받고 있다. '주파수 조정용 에너지 저장 시스템(FR-ESS: Frequency Regulation Energy Storage System)'는 기존 발전기가 담당하는 주파수 조정을 '에너지 저장 시스템(ESS)'이 대체함으로써 전력 계통의 주파수를 안정적으로 유지하고, 전기 품질을 높이며, 발전 비용을 낮추는 기술이다. 또한 한국은 '생재생 연계형 에너지 저장 시스템' 등과 관련한 'Track Record(기술 개발 결과물 및 제품을 장착 적용해 실제 작업조건과 운용 환경에서 일정 시간 확보한 운용 데이터)'를 보유함으로써 해외 시장 진출이 유망할 것으로 기대되고 있다. 정부에서 추진하는 그린 뉴딜 정책에서도 '에너지 저장 시스템 설비 안정성 평가 센터 구축'이라는 세부 과제가 포함되어 있다. 정부는 이를 통해 '에너지 저장 시스템' 설비의 안정성 평가 기준 및 기술을 개발하여 저탄소·분산형 에너지를 확산할 것을 목표로 하고 있다.

 한국은 한국전력의 '주파수 조정용 실증사업'이 ESS 수요의 대부분을 차지하고 있었기 때문에, 송·배전 관련 사업을 영위하는 '중전기기(중량이 큰 전기 기구를 통틀어 이르는 말)' 및 'PCS(Power Conversion System)' 업체들이 프로젝트를 주도함에 따라 대형 ESS 제품 수요가 늘어나고 있다. '전력전자기기 제조사' 및 '중전기기 제조사'가 주 생산업체로서, 설치비용 절감을 위한 '시스템 개발'과 '고에너지 밀도'가 요구된다. 중대형 ESS는 프로젝트 단위로 진행되기 때문에, 사업자가 '배터리 공급자', 'PCS 공급자' 등을 함께 구성하여 입찰에 참여하고 있다.

5-4. 한국의 ESS 화재 대책

 한국에서는 ESS의 설치가 급격히 증가한 2018년부터 ESS 화재사고가 발생하기 시작하여 2년여 기간 동안 28건의 ESS 화재가 발생하였다. 전체 사고 가운데 신재생에너지 연계용 ESS에서 발생한 화제가 22건으로 가장 많았으며, '피크 제어(Peak Control)' 4건, '주파수 조정(Frequency Regulation)' 2건으로 나타났다.

 우연히 발생한 일회적 사고가 아니라 지속적으로 반복되는 화재사고는 구조적 문제에 기인한 것으로, '명확한 원인 규명' 및 '근본적 재발방지 대책 수립'이 반드시 필요하다. 이에 산업통상자원부는 '민관합동 ESS 화재사고 원인조사 위원회'를 구성하여 2019년 6월 11일에 'ESS 사고 원인 조사 결과 및 안전 강화 대책'을 발표하였다. 그러나 이후에도 추가로 5건의 화재사고가 발생하자, 근본적인 문제 해결이 이루어지지 않았다는 지적이 제기되었다.

 명확한 화재 원인 규명이 지연되는 상황에서 국내시장에서의 비용 증가 뿐 아니라, ESS 및 전기차용 배터리 수출에도 부정적 영향이 미치고 있다. 또 감축운전 요정에 따른 '보상금액 지불', '화재 확산 방지'를 위한 자체 소방 설비 투자 등 추가 비용이 발생하고 있다. 이에 국민 불안 해소 및 시장 신뢰 회복을 위해서는 발화 원인을 명확히 규명하는 것이 중요하다. 기존 ESS 사업장의 경우, 화재 원인이 명확히 규명되고 해결책이 제시되기 전까지 감축 운전 실시를 통해 화재사고를 억제하고 그 손실을 최소화하여 정책 실효성을 높여야 한다. 또한 신규 ESS 사업자가 시장에 진입할 수 있도록 정책지원을 통해 투자 유인을 이끌어야 한다.