분산형연료전지발전시스템 -...

2004. 6

분산형연료전지발전시스템온싸이트 발전서비스 추진전략

머 리 말

2 1세기는 지식과 정보가 그 국가의 경쟁력을 좌우하는 지식기

반 산업사회로 나아가고 있으며, 최고가 아니면 살아남을 수 없는

무한 경쟁시대가 되어가고 있습니다. 우리나라가 이러한 변화 속

에서 생존하기 위해서는 국가경쟁력 강화가 필수 불가결한 것으

로 인식되고 있으며, 이를 위해서는 선진국형 고부가가치 산업의

육성이 절실히 요구되고 있습니다.

이러한 시대적 요구 속에서 한국과학기술정보연구원에서는 우

리나라가 지식기반 산업사회를 선도해 나갈 수 있도록, 차세대 동

력 산업에 대한 심층분석정보를 제공하고 있습니다. 이를 통해,

국가 과학기술 확산은 물론 국제경쟁력을 극대화시키기 위해 노

력하고 있습니다.

차세대 성장동력 산업정보 분석의 일환으로 출간되는 본 보고

서는 향후 기존의 중앙집중식 발전 방식의 대안으로 자리잡을 것

으로 전망되고 있는 분산형 연료전지 발전시스템을 대상으로 하

였습니다. 고효율과 친환경이라는 특성을 기반으로 상용화를 눈

앞에 있는 연료전지 가운데 수송용, 이동용과 함께 커다란 위치를

차지하고 있는 발전용 연료전지는 분산형 발전시스템 시장에서

큰 비중을 차지할 것으로 기대되고 있습니다. 또한, 향후 에너지

산업에의 엄청난 파급효과와 함께 국가 산업 측면에서도 그 중요

성이 부각되고 있습니다.

본 보고서는 분산형 연료전지 발전시스템에 대한 기술·시장의

분석, 이슈분석을 통해 체계적이고 심도있는 분석정보를 제공하

고자 하였습니다. 본 연구의 결과가 관련 과학기술정보를 국내에

확산시키고, 이와 아울러, 관련 산업의 국제경쟁력 증대에 작으나

마 도움이 되었으면 합니다.

끝으로 본 보고서는 박동운 연구원과 박창걸 선임연구원, 김은

선 선임연구원이 집필한 것으로서, 이 분들의 노고에 감사드리며,

수록된 내용은 한국과학기술정보연구원의 공식의견이 아님을 밝

혀두고자 합니다.

2 0 0 4년 6월

한국과학기술정보연구원

원 장

제1장 개 요 …………………………………………………………………1

1. 연구의 목적과 필요성………………………………………………………1

2. 연구 방법 ……………………………………………………………………2

제2장 기술동향분석 ………………………………………………………3

1. 기술의 개요 …………………………………………………………………3

2. 기술의 특성 …………………………………………………………………5

3. 연구개발 동향 ………………………………………………………………6

제3장 시장동향분석 ………………………………………………………11

1. 시장의 개요…………………………………………………………………1 1

2. 시장의 특성…………………………………………………………………1 2

3. 시장 동향……………………………………………………………………1 4

제4장 이슈 분석 …………………………………………………………1 9

1. 전력구조개편 및 ESCO 사업 ……………………………………………1 9

가. 국내의 전력구조 개편 ……………………………………………………………………1 9

i

목 차

나. ESCO 사업……………………………………………………………………………………2 1

2. 온사이트 발전 서비스 ……………………………………………………2 4

가. 분산발전 보급의 배경 및 한계 …………………………………………………………2 4

나. 온사이트 발전 서비스의 등장 ……………………………………………………………2 6

3. 일본의 온사이트 발전 서비스 사례분석 ………………………………2 8

가. 분산발전 보급 추이 ………………………………………………………………………2 8

나. 일본 분산발전 시장의 특성 ………………………………………………………………2 9

4. 시사점 ………………………………………………………………………3 1

가. 유저 니즈에 대한 적절한 대응 …………………………………………………………3 1

나. 기회 요인을 활용한 전략적 시장진입 …………………………………………………3 2

참고문헌 ……………………………………………………………………3 5

i i

표 목차

<표 2-1> 분산전원의 분류……………………………………………………………………4

<표 2-2> 분산발전용 기술의 분류 …………………………………………………………4

<표 2-3> 분산발전용 기술의 분류 …………………………………………………………6

<표 2-4> 분산발전용 연료전지 비교 ………………………………………………………7

<표 2-5> 분산발전용 기술별 특징 비교……………………………………………………8

<표 3-1> 자가발전용 연료전지 시장 예측(연간) ………………………………………1 7

<표 3-2> 국내 정지형 연료전지 잠재시장 ………………………………………………1 7

그림목차

<그림 2-1> 연료전지의 동작원리( P E F C )…………………………………………………5

<그림 2-2> 분산발전용 연료전지의 업체별 연구 현황 …………………………………9

<그림 3-1> 분산형 연료전지 발전시스템 사업의 형태…………………………………1 1

<그림 3-2> 분산전원의 수요분야 및 도입기종 변화 추이 ……………………………1 2

<그림 3-3> 용량별 연도별 발전 단가 추이………………………………………………1 3

<그림 3-4> 전력구조 개편 …………………………………………………………………1 4

<그림 3-5> 분산발전용 연료전지 세계시장………………………………………………1 5

<그림 3-6> 연도별·기술별 분산전원 시장규모…………………………………………1 6

<그림 4-1> 전력구조 개편 …………………………………………………………………2 0

<그림 4-2> ESCO 사업의 흐름도 …………………………………………………………2 2

<그림 4-3> ESCO 사업의 국내시장 추이 ………………………………………………2 3

<그림 4-4> ESCO 사업의 용도별 비중 …………………………………………………2 4

<그림 4-5> 분산전원 보급에 따른 서비스 형태의 변화 ………………………………2 7

<그림 4-6> 온사이트 발전서비스의 가치사슬……………………………………………2 8

i i i

<그림 4-7> 분산발전설비규모 추이(일본) ………………………………………………2 9

<그림 4-8> 분산발전에 대한 수요자의 니즈분석 ………………………………………3 1

<그림 4-9> 단가하락에 따른 분산발전시스템의 시장진입 ……………………………3 3

i v

1. 연구의목적과필요성

○ 전세계적으로 화석연료 중심의 중앙집중식 대형발전이 대부

분의 전력공급을 담당해 오고 있으나, 낮은 발전 효율, 전력

부하의 변화에 대한 대응력 부족, 온실가스 발생 등의 공해

등 많은 문제점을 발생시키고 있음.

○ 이에 따라 송배전 설비의 절감, 짧은 건설기간, 첨두부하에

대한 높은 안정성 등 기존의 중앙집중식 발전과는 차별화된

분산발전 기술이 그 대안으로 떠오르고 있음.

○ 분산발전 기술 가운데 아직까지 실용화 단계에 이르지는 못

하고 있으나, 연료전지 발전시스템은 친환경 무공해 기술로

서 향후 분산발전 기술의 핵으로 떠오를 것으로 예측되고

있음.

○ 따라서, 본 보고서에서는 분산형 연료전지 발전시스템에 대

한 기술 및 시장동향, 그리고 분산발전 시장과 함께 성장할

제1장 개 요 1

제1장

개 요

것으로 예상되는 온사이트 발전서비스 추진전략을 분석하

여 분산발전 시장에 진입하고자 하는 기업들에게 제공하고

자 함.

2. 연구방법

○ 기술동향에서는 국내외 문헌, 저널, 전문가 자문 등을 통해

연료전지 발전시스템 기술에 대한 R&D 동향을 파악, 분석

하였고, 기타 분산발전 대체기술의 경쟁력 분석도 함께 수

행하였음.

○ 시장동향에서는 분산형 연료전지 발전시스템 시장의 내외

부 환경분석과 함께 아직 상용화 단계에 이르지 못한 국내

의 잠재시장을 파악을 통해 분산발전의 유효시장을 제시하

였음.

○ 이와 함께 이슈분석에서는 분산발전 시장이 국내에 비해 크

게 형성되어 있는 일본의 사례 분석과 함께 국내 ESCO 시

장 발전의 시사점 분석 및 비교를 통해 향후 발전시장 구조

의 변화와 함께 온사이트 발전서비스에 대한 관련기업의 추

진전략을 제시하였음.

2 분산형 연료전지 발전시스템

1. 기술의개요

○ 분산발전1 )이란 기존의 대규모 중앙집중형 발전과는 달리 소

규모로 수요지 주위에 분산배치된 전원을 말하는 것임.

○ 분산발전은 발전기술, 발전설비, 이용형태, 소유 및 운용권

한 등에 따라 <표 2 - 1 >과 같은 구분이 가능함

○ 이 중 분산발전에 이용가능한 기술을 발전방식과 보급단계

에 따라 구분하면 표 < 2 - 2 >와 같으며, 이 중 분산형 연료전

지 발전시스템은 아직 개발중인 기술에 해당함.

○ 분산형 연료전지 발전시스템의 동작원리는 <그림 2 - 1 >에 나

타나 있는 바와 같이 연료인 수소가 연료극에서 H +와 e -로

3

제2장

기술동향 분석

1) 1 9 7 2년 IEEEE PES Winter Meeting에서 Lueckel 등이“Fuel Cells for Dispersed Power

G e n e r a t i o n "이라는 논문에서 지칭한 Dispersed Power Generation의 명칭에서 유래한 것으

로 알려져 있다. 이 후 Dispersed Storage, Dispersed Generation, Decentralized Generating

Devices, Distribution System Generator, Distributed Generation 등다양한 명칭으로 언급되어

있으며, 일본에서는 분산형전원 또는 분산전원 등의 명칭을 사용하고 있다.

분리되면서 전기를 발생시킨 후 산소와 다시 결합하여 물을

만들어내는 원리임.


<표 2-1> 분산전원의 분류

자료：김호용, “분산형전원의 배전계통 도입전망과 대책,”전기학회지, V.45, No.10, 1996,

pp.23~31.

분류기준 분산전원의 형태

발전기술가스터빈, 가스엔진, 디젤엔진, 소수력, 연료전지, 태양

광, 풍력, 저장( 2차전지, Fly-wheel, 초전도) 등

발전설비 회전기(동기기, 유도기), 정지기

이용형태 발전전용, 열병합발전, 저장 및 발전

소유 및 운용권한 전기사업자용, 비전기사업자용

계통과의 연계운전 연계운전형, 단독운전형

역조류의 유무 역송가능형, 역송불가능형

<표 2-2> 분산발전용 기술의 분류

보 급

단 계기 종

발전방식

코제너레이션/모노제너레이션

재생에너지

보급중

디젤엔진( D E ) ◎

가스엔진( G E ) ◎

가스터빈( G T ) ◎

개발중마이크로가스터빈( M G T ) ◎

연료전지 ◎

보급중

태양광발전 ◎

풍력발전 ◎

소수력발전 ◎

바이오매스발전 ◎

폐기물발전 ◎

자료：(株)富士經濟, 分散型電源の普及動向および電力市場に對する影響について, 2003, p.1.

2. 기술의특성

○ 여기서는 연료전지의 기술의 특성 자체보다는 중앙집중형

대형발전에 대응하는 분산발전 기술의 특성이 중요하므로

분산발전 기술의 특성을 살펴 봄.

○ 분산발전 기술은 친환경, 고효율, 고신뢰성 등의 장점이 있

으나 기존 기술에 비해 경제성 및 연계성 등이 부족한 단점

이 있음.

○ 긍적적인 측면

- 송배전 설비 저감

- 첨두전력부하에 대한 대응력 강화

- 친환경적 에너지원 이용(온실가스, 공해 저감)

제2장 기술동향 분석 5

<그림 2-1> 연료전지의 동작원리( P E F C )

자료：Roger Saillant, Fuel Cells: After the Hype, Now What?, Plug Power, 2003, p.17.

- 배열이용에 의한 에너지효율의 향상

○ 부정적인 측면

- 현재 기술 수준 고려시 비경제적

- 기존 계통의 전력품질 및 신뢰도 저하

- 계통운용상의 문제(보호협조, 안전, 보안)

3. 연구개발동향

○ 연료전지 가운데 분산발전용으로 적용가능한 것은 P A F C ,

PEFC, SOFC, MCFC 4가지임.

○ 이들 분산발전용 연료전지의 특징을 비교하면 <표 2 - 4 >와

같음.


<표 2-3> 분산발전용 기술의 분류

주 : ●: 적용가능, ◎: 일부가능, ◯: 적용가능 희박

자료 : 산업자원부, 3단계 산업기술로드맵 공청회 자료, 2004, p.386.

제품 종류 용 량

연료전지

P AF C

M CF C

S OF C

P EF C

D MF C

발 전

대 형 수십M W ◯ ● ● ◯ ◯

분산형 수십kW - 수십M W ● ● ● ● ◯

가정용 수kW - 수십k W ◯ ◯ ● ● ◯

수송용 수kW - 수백k W ◯ ◎ ● ● ◯

이동용수백W - 수k W ◯ ◯ ● ● ●

수W - 수백W ◯ ◯ ◯ ● ●

○ 위의 연료전지 기술 간에도 기술별로 다소 차이가 있으나,

평균적인 연료전지 기술의 특징과 타 분산발전 기술과의 특

징을 비교하면 <표 2 - 5 >와 같음.

○ <그림 2 - 2 >에 분산발전용 연료전지의 구미선진국 업체에서

정지형 연료전지를 개발하고 있는 업체들이 연구중인 연료

전지의 종류 및 발전용량을 나타내었음.

- G E와 지멘스가 SOFC, Ballard사가 PEFC 등 다양한 용

량대의 연료전지를 개발하고 있으며, PAFC의 경우 이미


<표 2-4> 분산발전용 연료전지 비교

자료：강현무, 김은선, 연료전지(국가전략산업분석), KISTI, 2002를 바탕으로 재작성

분 류 P A F C M C F C S O F C P E F C

전해질 인산 용융탄산염안정화

지르코니아

불소계

고체고분자막

연료수소,

개질가스

수소, 메탄,

일산화탄소

수소, 메탄

일산화탄소수소, 개질가스

연료원

천연가스

메탄올

나프타, 등유

천연가스

메탄올, 나프

타 등유, 석탄

천연가스

메탄올, 등유

나프타, 석탄

천연가스

메탄올

나프타

작동온도 약 1 9 0 ~ 2 1 0℃ 약 6 3 0 ~ 6 5 0℃ 약 6 0 0 ~ 8 0 0℃ 약 5 0 ~ 8 0℃

이온

전도체H+ C O3

2 - O2 - H+

발전효율 4 0 ~ 5 0 %5 0 ~ 6 0 %

+ 열병합

4 5 ~ 5 5 %

+ 열병합

4 0 ~ 5 0 %

+ 열병합

출력

전류밀도0 . 1 5 ~ 0 . 3 0 A / c m2 0 . 1 0 ~ 0 . 2 0 A / c m2 0 . 2 0 ~ 0 . 4 0 A / c m2 0 . 3 0 ~ 0 . 5 0 A / c m2

개발단계 실용화 실증단계 실증단계 실용화임박

상용화 단계에 있지만 단가가 높아 시장진입에 실패한

것으로 판단됨.


구 분 디젤엔진 가스엔진 가스터빈 연료전지

적용규모1 5 ~

1 0 , 0 0 0 k W

1 0 ~

5 , 0 0 0 k W

3 0 ~

1 0 0 , 0 0 0 k W

4 0 ~

1 0 , 0 0 0 k W

발전효율 3 6 ~ 4 3 % 2 8 ~ 4 2 % 2 1 ~ 4 0 % 3 5 ~ 5 4 %

종합효율 6 0 ~ 7 5 % 6 5 ~ 8 0 % 7 0 ~ 8 0 % 6 0 ~ 8 0 %

연료등유, 경유,

A중유가스

등유, 경유, A중유,

가스가스

시동시간1 0초 이내

(비상용)1 5초 이내

4 0초 이내

(비상용)

4 ~ 5시간

(인산형)

배가스온도 4 0 0 ~ 5 0 0℃ 3 5 0 ~ 7 0 0℃ 4 5 0 ~ 6 0 0℃ 전지별 상이

가

격

발전기세트

( U S D / k W )1 2 5 ~ 3 0 0 2 5 0 ~ 6 0 0

3 0 0 ~ 6 0 0 ( G T )

5 0 0 ~ 7 0 0 ( M G T )1 5 0 0 ~ 3 0 0 0

턴키기준

( U S D / k W )3 5 0 ~ 5 0 0 6 0 0 ~ 1 0 0 0

6 5 0 ~ 9 0 0 ( G T )

1 0 0 0 ~ 1 3 0 0 ( M G T )1 9 0 0 ~ 3 5 0 0

열회수기

( U S D / k W )N / A 7 5 ~ 1 5 0

1 0 0 ~ 2 0 0 7 ( G T )

2 0 0 ~ 6 0 0 ( M G T )포함

유지보수비

( U S D / M W h )5 ~ 1 0 7 ~ 1 5

3 ~ 8 ( G T )

5 ~ 1 0 ( M G T )5 ~ 1 0

CO2 배출 6 5 0 5 0 0 ~ 6 2 05 8 0 ~ 6 8 0 ( G T )

7 2 0 ( M G T )4 3 0 ~ 4 9 0

NOx 배출 1 0 0 . 2 ~ 1 . 00 . 3 ~ 0 . 5 ( G T )

0 . 1 ( M G T )0 . 0 0 5 ~ 0 . 0 1

소음( d B ) 1 1 0 (저주파) 1 0 0 (저주파) 1 1 0 (고주파) 거의 없음

<표 2-5> 분산발전용 기술별 특징 비교

자료：오시덕, 열병합 시스템의 개요 및 경제성 검토, 효성중공업, 2003, p.48.


<그림 2-2> 분산발전용 연료전지의 업체별 연구 현황

자료：Randy Petri, Stationary Fuel Cells, Technology, Market Overview, Codes and

S t a n d a r d s, Gas Technology Institute, 2003, p.11.

1 0 분산형 연료전지 발전시스템

1. 시장의개요

○ 분산발전 시장은 <그림 3 - 1 >과 같이 수요자 측에서 직접 발

전설비를 설치하여 자체 전력을 충당하고, 잉여 전력의 경

1 1

제3장

시장동향 분석

<그림 3-1> 분산형 연료전지 발전시스템 사업의 형태

자료：산업자원부, 연료전지 기술로드맵, 2001, p.173.

우 다시 되파는 일련의 사업행위로 정의할 수 있음.

○ 분산발전은 과거 대규모 공장을 중심으로 보급되어 왔으나,

기술의 개발과 함께 점차 소규모 시설로 수요처를 확장하고

있음.

- 따라서, 분산형 연료전지 발전시스템의 경우에도 이들 분

산발전시장이 주 타겟으로 설정됨.

2. 시장의특성

○ Technology Push에 의해 생겨난 시장

- 1 9 8 0년대까지만 해도 화력발전은 설비용량이 커질수록


<그림 3-2> 분산전원의 수요분야 및 도입기종 변화 추이

자료：(株)富士經濟, 分散型電源の普及動向および電力市場に對する影響について, 2003, p.2.

전력생산단가가 낮아져 대규모 화력발전에 비해 소규모

발전은 경제성이 월등히 떨어졌기 때문에, 전력산업‘규

모의 경제’원리에 충실한 산업이었음( <그림 3-3> 참조).

- 그러나, 가스터빈, 연료전지 등과 같이 소규모이면서도

기술집약적인 고효율 발전기술의 발전으로 인해 소규모

자가발전의 경제성 확보가 가능해졌고, 민간자본의 참여

가 이전보다 훨씬 용이해지게 되어 결과적으로 기존의

중앙집중형 발전에서 분산전원으로의 패러다임 전환이

가능하게 되었음.

○ 정책적 결정(전력자유화)에 큰 영향을 받는 산업

- 기존의 전력산업은 <그림 3 - 4 >에 나타난 바와 같이 한국

전력과 같은 공기업에 의한 수직 독점 구조의 형태를 띠

고 있음.

제3장 시장동향 분석 1 3

<그림 3-3> 용량별 연도별 발전 단가 추이

자료：박종근, 새로운 전력시장, 서울대학교 전기공학부 4과 세미나, 2002, p.7.

- 이러한 체제에서는 발전, 송전, 배전이 모두 한 기업에

의해 독점 운영되기 때문에 분산전원에 의한 계통 연계

를 통해 잉여 전력을 사고 파는 행위는 이루어지지 못함.

- 그러나, 독점기업(한국전력)의 민영화, 구조 개편이 이루

어지면 발전, 송전, 배전 등이 분리되고, 도매 혹은 소매

경쟁 체제에 들어서게 되면서 분산전원에 의한 전력 판

매가 가능하게 되는 것으로, 전력구조의 개편은 분산발전

시장 활성화의 필요조건으로 작용함.

3. 시장동향

○ 최근 발생한 엔론 사태, 캘리포니아주의 전력위기, 그리고

중동의 불안정한 상황에 따른 유가 불안정 등으로 인해 전


<그림 3-4> 전력구조 개편

자료：박종근, 새로운 전력시장, 서울대학교 전기공학부 4과 세미나, 2002, p.5.

력의 품질과 신뢰 문제가 어느 때보다 중요한 이슈로 떠오

르고 있어 분산전원 시장의 성장성은 매우 높을 것으로 기

대되고 있음.

- 그러나, 2006년까지도 기존의 내연기관과 가스터빈이 주

요 분산전원의 역할을 수행하게 될 것이며, 연료전지의

상업화는 2 0 0 5년 경에 시작되어 2 0 0 8년부터 본격적으로

가능할 것으로 예측되고 있음.

○ 따라서, 분산발전용 연료전지 시장규모를 예측함에 있어

2 0 0 1년의 산업자원부 자료인 <그림 3 - 5 >의 성장추세를 이용

할 경우, 2005년부터 상업화가 시작되는 것을 고려하면 전체

적인 시장규모 그래프는 3년 정도 오른쪽으로 이동하게 될

것임.


<그림 3-5> 분산발전용 연료전지 세계시장

자료：산업자원부, 연료전지 기술로드맵, 2001을 바탕으로 재구성

○ 한편, (주)후지경제에서는 <그림 3 - 6 >에서 보는 바와 같이

2 0 0 0년부터 2 0 0 5년까지 일본의 분산전원 시장은 약 40% 성

장할 것으로 예상하고 있으며, 2005년까지는 기존 열병합발

전에 이용되고 있던 디젤엔진과 가스터빈을 중심으로 시장

이 형성될 것으로 전망하고 있음.

- 그러나, 2005년 이후에는 분산발전용 연료전지의 상용화

를 바탕으로 연료전지의 비중이 커질 것으로 예상되고

있음.


<그림 3-6> 연도별·기술별 분산전원 시장규모

(단위：만K W )

자료 : (株)富士經濟, 分散型電源の普及動向および電力市場に對する影響について, 2003, p.6.

주 : * 2000년도의 실적치는 전기사업편람(전기사업연합회통계위원회) (코제너레이션

도입실적표(일본코제너레이션센타) 상용자가발전설치현황(사)일본내열력발전설

비협회)를 기본으로 (株)富士經濟 추정

** 예상치( 2 0 0 3년부터)는 (株)富士經濟가 인터뷰 조사를 통해 추정

○ 국내시장의 경우 국토 면적이 좁고, 전기요금이 낮은 특수

성 등으로 인해 분산전원의 많은 효용성에도 불구하고 타

국가만큼 분산전원의 수요가 크지는 않을 것으로 예상됨.

- 이에 따라 국내 분산발전 시장의 경우 <표 3-1>, <표 3 -

2 >에서 보는 바와 같이 인구 기준으로 약 2 . 5배 정도인

일본의 1/10 정도가 될 것으로 전망되고 있음.


<표 3-1> 자가발전용 연료전지 시장 예측(연간)


연 도 일 본 유 럽 한 국 미 국

2 0 1 0년 1 0 0만호 1 0 0만호 1 0만호 1 0 0만호

<표 3-2> 국내 정지형 연료전지 잠재시장

(단위：만k W )

2 0 0 5년 2 0 1 0년 2 0 1 5년 비 고

발전설비

계획

자가설비 6 4 5 7 9 2 9 1 1

기력설비 3 , 9 4 9 4 , 5 7 6 4 , 6 0 7

연료전지

수요

자가설비용 -7 9 . 2

( 7 . 9 2 )

9 1 . 1

( 9 . 1 1 )

10% 가정

( 1 % )

노후화력

대 체 용- - 8 5 . 1 10% 가정

기력설비

대 체 용- - 4 6 1 %

계 7 9 . 22 2 2 . 2

( 1 4 0 . 2 )


○ 본 장에서는 전력구조개편 및 E S C O사업 성장에 따른 분산

발전의 보급, 그에 따른 온사이트 발전 서비스의 확대에 대

해 살펴보고, 분산발전 시장이 활성화되어 있는 일본의 온

사이트 발전 서비스에 대한 사례분석을 통해 국내 분산형

연료전지 발전시스템에 대한 시사점을 도출하였음.

1. 전력구조개편및 ESCO 사업

가. 국내의전력구조개편

○ 전기에너지의 저장이 어렵고 발전과 소비가 동시에 발생하

는 특성 및 규모의 경제성으로 인해 전력산업은 선진국에서

도 독점체제를 유지하였고, 국내의 경우 한국전력공사가 생

산-수송-공급을 독점하여 왔음.

- 그러나, 최근 I T기술의 발달과 함께 전력의 생산량과 사

1 9

제4장

이슈 분석

용전력량의 측정이 가능해지는 등의 요인으로 인해 전력

의 생산, 수송, 소비의 분리 취급이 가능해지게 되었음.

○ 이에 따라 미국, 영국, 일본 등의 선진국을 중심으로 국영전

력회사의 민영화가 추진되고 있으며, 국내에서도 2 0 0 1년 4월

을 기점으로 한국전력에 의한 독점 체제에서 발전, 도매, 소

매에 단계별로 경쟁체제가 도입되기 시작하였음( <그림 4 - 1 >

참조) .

○ 이러한 전력산업의 구조개편은 직접적으로 전력산업구조의

선진화, 전력수급의 안정 및 장기적인 요금인하, 소비자 선

택권 확대를 통한 편익 증진 등의 효과를 유발하게 됨.

- 이와 함께 분산발전 시장 측면에서 볼 경우 계통연계를

통한 분산발전 잉여전력의 판매가 가능해지므로, 분산발


<그림 4-1> 전력구조 개편

(a) 구조개편 이전

전의 보급에 큰 도움을 줄 것으로 기대되고 있음.

나. ESCO 사업

○ ESCO(Energy Service Company)란“에너지절약 전문기업”

으로서 에너지 사용자가 기술적, 경제적 부담없이 에너지절

약의 확산을 유도하기 위해 ESCO 전문기업에서 자체자금

또는 정책자금으로 에너지 사용자의 에너지절약 시설에 투

자한 후 이 투자시설에서 발생하는 에너지 절감비용으로 투

자비와 이윤을 회수하는 기업임.

제4장 이슈 분석 2 1

(b) 구조개편 완료 후

자료：전기위원회 홈페이지, www.korec.go.kr

○ 사업의 특징

- 제3자의 재원을 이용한 투자

- 절약시설 설치를 위한 투자비를 전문기업이 조달


<그림 4-2> ESCO 사업의 흐름도

- 에너지절약 성과(절감액)를 고객과 전문기업이 약정에

의해 배분

- 절약전문기업의 투자비 회수가 끝나면 에너지절약 시설

은 고객이 소유

○ ESCO 기업 및 고객간의 ESCO 사업의 흐름도는 <그림 4 -

2 >와 같음.

○ 국내 E S C O사업의 규모는 <그림 4 - 3 >에서와 같이 연간 약

1 , 1 0 0억원 규모이며, 선진국 평균 성장률 등을 고려할 경우

연평균 14.1% 정도 꾸준히 성장할 것으로 기대되고 있음.

○ 사업초기에는 기술난이도가 낮은 조명위주로 출발하였으나,

최근에는 <그림 4 - 4 >에 나타난 바와 같이 폐열회수, 소형열


<그림 4-3> ESCO 사업의 국내시장 추이

병합 등 설비 위주의 투자로 점차 전환되고 있음.

- 이는 고효율 에너지생산이라는 특성을 지닌 분산발전과

에너지절약을 촉진하려는 E S C O사업간의 유기적인 결합

이 분산발전 시장의 성장을 촉진하는 요소로 활용될 수

있는 가능성을암시하고 있음.

2. 온사이트발전서비스

가. 분산발전보급의배경및한계

○ 분산발전 보급 확대의 경제적 배경을 살펴보면 크게 세가지

로 구분할 수 있음.


<그림 4-4> ESCO 사업의 용도별 비중

- 고효율에 따른 경제성 메리트 존재

- 상용전원과의 이중화에 의한 공급신뢰성 향상

- 코제너레이션에 의한 배열회수로 에너지의 이용효율

향상

○ 그러나 이러한 경제적 메리트는 가정용, 업무용과 같은 소

규모 설비에서는 아래와 같은 문제점으로 인해 수요가 측에

서는 오히려 부담으로 작용하게 됨.

- 초기 투자비용의 부담이 큼

- 설비운전 관리자 확보에 따른 인건비, 설비의 관리비 등

을 고려시 다소 비쌈.

- 특히 유지관리비의 상승으로 인해 운전비용의 변동이 심

해 시설규모가 낮을수록 초기 투자비용과 운전관리 부담

/리스크가 큼.

○ 한편, 분산발전의 경제적 이점과는 별개로 연료전지 발전시

스템의 신뢰성이 분산발전 시장 확대의 요인이 되고 있음.

- 은행, 공공기관, 그리고 반도체 공장 등 전자산업에서는

전력의 단가보다는 전력의 신뢰도가 중요한 요소로 작

용함.

- 연료전지시스템의 경우 9 9 . 9 9 9 9 %의 신뢰도 제공이 가능

하여 전력의 품질에 민감한 산업을 중심으로 채택이 이

루어질 것으로 기대되고 있음.


나. 온사이트발전서비스의등장

○ 이러한 분산발전의 경제적 단점을 해결하는 방안으로 수요

가를 대신해 리스크를 안고 발전서비스를 대행해 주는 사업

형태 및 기업들이 나타나기 시작하였는데, 이를 온사이트

발전 서비스라 함.

○ 기존 서비스의 형태를 살펴보면, 수요자가 설비판매자로부

터 분산발전 설비를 구매하여 운전관리 및 판매에 이르기까

지 모든 부분을 수요자가 책임을 지는 형태였음.

○ 이에 반해 온사이트 발전 서비스는 원격감시시스템을 활용

하여 분산전원의 설비운영관리를 원스탑 형식으로 서비스

사업자가 대행해 주는 것을 말함.

- 사업자가 설비를 소유하는 형태로 수요자의 부지에 발전

설비를 설치하며, 리스백 또는 렌탈 형식을 취하는 것이

일반적임.

- 또한, 연료비를 장기고정가격으로 제공하는 경우도 있는

데, 장기선물 헷지 등을 이용하여 연료비 고정시스템을

채용해 수요가의 부담을 감소시킬 수 있음.

- 특히 전력이용의 피크를 조절하고 계약전력의 비용을 내

려 전력요금의 절감이 가능해짐.

- 즉, 유틸리티(전력)에 서비스를 포함하여 수요자에게 제

공하고, 서비스 요금은 수요자가 사업자에 지불하는 전력

요금에 전적으로 포함되게 됨( <그림 4-5> 참조).


- 따라서, 수요자는 설비투자의 리스크, 설비관리의 수고없

이 싼 가격의 요금 체계로 전력을 공급을 받을 수 있으

며, 연료비의 장기고정서비스를 실시하는 경우에는 수요

자에게 일정 부분 경제적 이득을 보장하게 되어 러닝코

스트(연료비, 유지관리비)가 변동함에 따라 경제적 이득

이 보장되지 못하는 문제에 대한 수요자의 불만에 대응

할 수도 있음.

○ 온사이트 발전 서비스는 설비의 판매에서부터 연료공급, 유

지관리에 이르는 가치사슬은 <그림 4 - 6 >과 같음.

- 즉, 수요가에 대한 자가발전설비 영업 이 외에도 발전설

비의 설치에 따른 파이낸스, 연료공급, 유지관리에 이르


<그림 4-5> 분산전원 보급에 따른 서비스 형태의 변화

자료 : (株)富士經濟, 分散型電源の普及動向および電力市場に對する影響について, 2003, p.4.

기까지 다양한 비즈니스 기회가 존재하고 있음을 확인할

수 있음.

3. 일본의온사이트발전서비스사례분석

가. 분산발전보급추이

○ 일본의 경우 전력자유화 등을 배경으로 자가발전설비의 도

입규모가 크게 확대되었는데, 특히 1 9 9 0년대 후반 철강업체

와 펄프업체 등을 중심으로 대규모 자가발전설비를 도입하

면서 크게 성장하였음.

- 이에 따라 1 9 9 7년 2 , 6 0 0만 k W에서 2 0 0 2년에는 9 0 0만 k W

늘어난 3 , 5 0 0만 k W로 증가하였으며( <그림 4-7> 참조) ,

이는 일본 전체 총발전규모의 1 3 %에 달하는 수치임.

- 특히 설치대수만을 비교하였을 경우 5년사이에 약 2 . 8배

증가하였는데, 이는 계통연계의 요건 등 보안규제의 완화

와 함께 열병합발전을 통한 발전효율 향상에 기인함.


<그림 4-6> 온사이트 발전서비스의 가치사슬

자료：Mizuho Bank, オンサイト發電サ─ビスの變革, Mizuho Industry Focus, 2004, p.4.

나. 일본분산발전시장의특성

○ 이러한 분산발전 시장의 성장에도 불구하고 온사이트 발전

서비스가 일반화되기 전까지는 발전설비의 설치는 발전설비

메이커, 파이낸스는 리스회사, 연료공급은 연료사업자, 유지

관리는 유지관리 사업자에 의해 개별적으로 서비스되었을

뿐 가치사슬 전체를 포함하는 사업자는 존재하지 않았음.

○ 그러나, 수요가 입장에서 모든 관리를 책임지는 것에 대한

부담으로 인해 온사이트 발전서비스 전체 가치사슬을 포괄

하는 일괄대행의 니즈가 커지게 되었고 이러한 수요가의 니


<그림 4-7> 분산발전설비규모 추이(일본)

자료 : Mizuho Bank, オンサイト發電サ─ビスの變革, Mizuho Industry Focus, 2004, p.2.

즈에 따라 발전설비의 설치에서 연료조달, 설비의 보수운영

까지의 일련의 사무를 일괄대행해 주고 대행료를 징수하는

모델, 즉 온사이트 발전서비스가 확대되기 시작하였음.

○ 이에 따라 많은 기업들이 온사이트 발전 서비스에 관심을

두게 되었고 전력, 가스, 석유로 대표되는 에너지사업 업체

들이 앞다투어 자회사를 설립 온사이트 발전서비스에 참여

하고 있음.

- 특히, 이들 에너지사업 업체의 경우 ESCO 사업의 경

험을 활용하여 시장에서의 비중을 확대하고 있는 상

황임.

○ 한편 일본 분산발전 시장의 수요자들의 니즈를 살펴보면 크

게 코스트 절감, 전력의 품질, 환경문제에의 대응성, 자산관

리 등으로 나뉘어짐( <그림 4-8> 참조) .

- 그러나 이러한 수요자의 니즈를 만족시켜 타 업체와 차

별화에 성공한 기업은 일본에서도 아직까지 자리잡지 못

하고 있음.

- 이에 따라 일본의 분산발전 수요자들에게는 기존에 신뢰

를 쌓아 온 대기업 브랜드를 중심으로 한 브랜드의 차별

화만이 주어지고 있음.


4. 시사점

가. 유저니즈에대한적절한대응

○ 에너지에 대한 유저의 요구는 업종과 입지, 연료의 종류, 소

비량, 열, 전력 등의 소비형태, 품질에 대한 요구수준, 사회

평가에 대한 의식 등 매우 다양하고 폭넓게 분포하고 있음.

- 따라서, 다양화된 유저니즈에 대응해 고객가치를 극대화

시키기 위해서는 가장 기본적인 기술개발을 통한 가격경

쟁력 확보뿐만 아니라, 유저니즈의 특성 파악을 통한 적


<그림 4-8> 분산발전에 대한 수요자의 니즈분석

자료：Mizuho Bank, オンサイト發電サ─ビスの變革, Mizuho Industry Focus, 2004, p.12.

절한 유저그룹의 세분화가 요구됨.

○ 전력설비 판매에서부터 유지관리에 이르기까지 온사이트 발

전 서비스의 가치사슬 전체를 포괄하는 능력확보와 함께

여유전력의 판매서비스, 에너지절약지원, 에너지 조달전략,

이산화탄소 절감을 통한 환경대응 지원 등 토탈 에너지서비

스 솔루션의 제공이 필수적으로 요구되고 있는 상황임.

- 따라서, 설비업체, 연료공급업체, 솔루션업체 등 단일기업

에 의한 수주 전략보다는 각 업체별로 핵심역량을 보유

하되, ESCO 기기, 연료, O&M(operation & maintenance)

별로 상호 보완가능한 업체들과의 연대가 반드시 필요할

것으로 판단됨.

나. 기회요인을활용한전략적시장진입

○ 분산발전시스템 특히, 분산형 연료전지발전시스템은 고신뢰

도를 요구하는 특정산업을 중심으로 시장침투가 시작되어

점차 대량생산에 따른 단가하락을 통해 빠른 시장진입이 기

대되고 있음.

○ 즉, <그림 4 - 9 >에 나타난 바와 같이 초기 얼리어답터 시장,

백업용 시장을 거쳐 마지막 단계에서 진정한 분산발전시스

템 시장진입을 이루게 됨.

○ 이러한 시장진입 과정을 보다 신속하게 하기 위해서는 다음

과 같은 요인 활용이 요구됨.


- 전력구조 개편에 따른 분산발전 시장의 성장시기에 대한

정확한 예측

- 분산발전 시장 진입시 ESCO 사업과의 연계를 통한 시너

지 효과 창출

- 적극적인 수요자 니즈 파악을 통해 온사이트 발전서비스

를 제공함에 있어 가치사슬의 시작에서부터 끝까지 일괄

서비스를 제공할 수 있는 토탈솔루션 업체의 형태를 갖

추어야 할 것임.


<그림 4-9> 단가하락에 따른 분산발전시스템의 시장진입

자료：Roger Saillant, Fuel Cells: After the Hype, Now What?, Plugpower, 2003, p.28.

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분산형연료전지발전시스템 -...

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