Weekly 포커스

42 LG Business Insight 2009 6 10

에너지 저장(Energy Storage)의 한 유

형인 소형 2차전지(Rechargeable Battery)

는 휴대폰, 노트북PC 등과 같은 휴대용 IT 기

기의 성장에 결정적인 역할을 하였다. 가볍고

작으면서도 고용량의 전기 에너지 저장 솔루

션이 없었다면, 통신, 컴퓨팅, 오락 등 다양한

기능을 조그만 휴대용 기기에 구현할 수는 없

었을 것이다. 만일, 휴대폰용 2차전지가 휴대

폰 에너지 저장 부품으로서의 니즈를 충족하

지 못했다면, 우리는 현재와는 전혀 다른 모

습의 ‘휴대용 통신기기’를 접하고 있을 지도 모

른다.

휴대용 IT 기기 산업의 발전으로 말미암

아 단순한 부품에 불과한 에너지 저장 산업도

양적 질적으로 커다란 변화를 겪었다. 1990년

대 휴대폰이 처음 나왔을 때 휴대용 전원으로

니켈수소 2차전지가 채택되었다. 시간이 흐를

수록 기기의 요구 성능이 높아지고 소비자들

의 니즈가 고도화되고 다양해지자, 단일 부품

으로 가장 많은 부피를 차지하는 2차전지의

용량과 디자인이 중요해졌다. 2000년대에 들

어서면서 용량이나 성능이 우수한 리튬이온

계열이 빠르게 니켈수소 전지를 대체하였다.

지금은 휴대폰은 물론, 노트북PC와 같이 고

용량, 소형의 에너지 저장이 필요한 휴대용 기

기들은 거의 모두 리튬이온 계열의 2차전지를

장착하고 있다. 리튬이온 계열 시장만 해도

2008년 현재 약 80억 달러 규모로 추산되는

데, 2015년에는 120억 달러에 이를 전망이다.

휴대용 IT 기기 산업의 성장과 더불어 고성능

2차전지 시장의 새로운 전기가 마련되었다고

평가할 수 있다.

전세계적인 친환경/저 에너지 소비, 그리

고 에너지 자립 등 여러 이슈 때문에 산업 전

반에 새로운 변화의 물결이 일고 있다. 특히,

에너지 소비가 많은 자동차 산업, 전기 에너지

자체를 다루는 전력 산업에서 눈여겨보아야

할 움직임이 있다. 하이브리드 자동차의 성장,

신재생 에너지의 부각과 분산형 발전의 확산

등이 대표적인 예이다. 이러한 변화의 중심에

에너지 저장이 자리잡고 있다.

에너지 저장의 다양한 기술유형

전기가 우리 주변의 에너지 형태 중에서 가장

편리하고 광범위하게 사용된다. 또한 자동차,

선박, 비행기 등 수송용으로 쓰이는 석유나 천

연가스에서 유래한 연료들 대부분은 전기 에너

지로도 전환이 가능하다. 원자력 또한 물질이

김경연 연구위원 kykim@lgeri.com

에너지 및 환경 이슈로 인해 우리 생활에 밀접한 자동차 및 전력 산업이 빠르게 진화하고 있다.

하이브리드 자동차의 성장과 분산형 발전의 확산이 그 예이다. 에너지 저장이

이러한 변화의 핵심에 자리하고 있다. 에너지 저장의 미래 모습을 그려보고 그 의미와 시사점을 살펴본다.

에너지 저장, 자동차·전력 산업지형 바꾼다

Weekly 포커스

LG Business Insight 2009 6 10 43

다양한 에너지 저장 유형은

그 특성이나 효율, 경제성 등에 따라 적용 영역이 상이하다.

가진 핵 에너지를 전기로 바꾸기 위한 것이며,

거대한 댐에서 만들어지는 에너지 또한 전기

다. 이글에서 다루는 에너지 저장은 전기 에너

지의 저장에 한정키로 한다.

에너지 저장은 다양한 기술 유형이 있다

(<표> 참조). 울트라커패시터와 플라이휠은 짧

은 시간에 고출력을 낼 수 있으며, 공기나 물

을 대규모로 저장할 수 있는 시설이 필요한

Compressed Air나 Pumped Hydro는 수백

MWh급 이상의 고용량에 적합하다. 우리에게

가장 친숙한 형태의 에너지 저장은 2차전지

계열이다. 납축전지(Pb 혹은 Lead Acid)를

비롯하여, 니켈수소, 니켈카드뮴, 앞서 언급한

리튬이온 계열 등이 대표적이다. 최근 들어 대

규모의 전력 저장에 많이 시도되고 있는 나트

륨설파이드(NaS) 계열이나, Flow Battery

등도 기억할 만하다. 궁극적인 에너지 저장 형

태로 평가를 받고 있는 수소(Hydrogen)의 경

우 연료전지(Fuel Cell)를 이용하여 전기와

열로 전환하는 시스템에 대한 연구개발이 활

발하다. 수소는 또한 그 생산, 저장, 전환 전

체에 걸친 인프라나 기술에 대한 다각적인 접

근이 이루어지고 있다. 이 밖에도 열이나 압

력, 기타 화학적 유형 등 다양한 에너지 저장

유형이 개발되고 있다.

이들 에너지 저장 유형은 잉여의 전기 에

너지를 저장해두었다가 필요한 경우 실시간으

로 제어, 공급할 수 있는데, 그 특성이나 효율,

경제성 등에 따라 적용 영역이 매우 다양하다.

따라서 수요의 특성에 맞는 적절한 기술 유형

을 선택하고 맞추어 사용할 수 있는 이점 또한

갖추고 있는 셈이다. 응용 영역 측면에서는 휴

대용 기기나 자동차와 같은 이동형(Mobile)과

<표> 주요 에너지 저장 유형의 개요 및 특성

구분 유형 개요

물리적

에너지로

전환

전자기Ultra-

capacitors

정전기 현상 이용, 이중층에 전기를

저장, 고출력, 빠른 충방전 특징 보유

운동 Flywheels운동에너지로 전환, 저장. 고출력,

빠른 충방전 특징 보유

열역학Compressed

Air

열역학적으로 공기를 압축,

에너지 저장

위치Pumped

Hydro물의 위치에너지로 전환, 저장

화학적

에너지로

전환

전기화학

Rechargeable

Battery

화학에너지로 전환, 저장. Lead acid,

Ni-Cd/NiMH, Li-ion, NaS등 다양

Flow Battery

전해액을 펌프로 흘려주면서

이온교환막을

통해전기를 저장. V-redox, Zn-Br 등

Materials Hydrogen물의 전기분해로 수소를 생산, 활용.

궁극적 에너지 저장 형태로 평가

기타기타 R&D 중이 다양한 혁신

Solutions.

100

10

1

0.1

0.01

0.001

0.00010.001 0.01 0.1 1 10 100 1,000 10,000

전력(MW)

방전시간(hr)

유형별 전력 특성

Compressed Air

플라이 휠

니켈수소납축전지

리튬이온

NaS

니켈카드뮴

PumpedHydro

VR

ZnBr

NaS

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44 LG Business Insight 2009 6 10

UPS(Uninterruptible Power Supply)나 대규

모 전력 저장 등에 쓰이는 정치형(Stationary)

으로 크게 나누어볼 수 있다.

에너지 저장, 자동차 산업의 진화 촉발

'요즘 김과장은 5년 된 애마의 2차전지 모델 교체

때문에 고민이다. 김과장의 자동차는 디젤엔진과

전기모터를 함께 가진 하이브리드카다. 연료도

디젤만 가진 것보다 훨씬 덜 들고 성능이나 디자

인이 아주 오래 전에 타던 디젤 차량보다 뛰어나

다. 엊그제 김과장은 자신의 차량에 탑재된 2차

전지 모델을 교체하라는 제조사의 요청을 받아

놓은 상태이다. 그냥 가까운 서비스 업체에 가기

만 하면 된다. 김과장은 추가로 돈이 들긴 하지

만, 이 기회에 아예 새로 나온 모델로 바꾸는 게

어떨까 생각 중이다. 새로 나온 2차전지 모델은

용량이나 파워 면에서 기존의 것보다 더 뛰어나

다는 평이다. 옆 팀 박과장이 새로 나온 모델로

바꾸었는데 자랑이 이만 저만이 아니었다. 내년

에 출시할 연료전지 자동차에도 같은 모델이 적

용된다는 후문도 들려오고 있다.’

김과장의 고민이 현실로 다가올 날이 그

리 멀지 않다. 2차전지와 같은 에너지 저장 시

스템이 자동차의 핵심 부품으로 자리잡고 있

다. 2000년대 들어 하이브리드 자동차

(Hybrid Electric Vehicle, HEV), 전기 자동

차(EV)가 소개되고 상업화되자, 2차전지가 사

람들 관심 영역의 변두리에서 중심부로 나오

게 된 것이다. 하이브리드 자동차는 가솔린이

나 디젤 같은 내연기관과 함께 전기모터가 주

동력원이다. 과거 자동차에서는 시동, 점등, 발

화 등의 용도로 12V급의 소형 납축전지가 주

로 쓰였다. 엔진 룸 한 구석에 자리잡은 직육

면체 모양의 값싼 2차전지가 자동차에 쓰이는

모든 전력을 저장, 공급하고 있다. 심야의 값

싼 잉여 전력을 충전하여 근거리 이동에 필요

한 에너지로 사용하는 플러그인하이브리드 자

동차(Plug-in-hybrid Electric Vehicle,

PHEV)도 최근 주목을 받고 있다. 자동차의

일종인 PHEV는 새로운 개념의 에너지 저장

기기로서도 평가 받고 있다. PHEV는 플러그

를 꼽지 않아도 필요한 기기나 서비스를 사용

할 수 있게 하는 이동형 전원으로서의 역할을

할 수 있기 때문이다.

미래의 궁극적인 자동차 유형으로 평가를

받는 수소 연료전지 자동차(Fuel Cell Electric

Vehicle, FCEV)는 수소를 연료로 하여 연료전

지를 통해 만든 전기를 자동차의 동력원으로

삼는 것이다. 현재의 HEV는 감속과 같은 때

발생하는 잉여의 운동에너지를 전기에너지로

바꾸어 2차전지에 저장한다. 그리고 시내 주행

이나 출발시 전기 모터를 돌려 자동차를 움직

인다. 어찌 보면 기존 자동차가 간과하는 에너

지를 최대한 모아 효율을 높인 것으로 해석할

수도 있다. FCEV에서도 주행 중은 물론, 연료

전지에서 나온 잉여 전기는 분명 있으며, 이를

저장하는 장치는 필수불가결한 선택으로 보인

다. 엄밀히 말한다면, 수소 연료전지 하이브리

드 자동차(FCHEV)가 자동차의 궁극적인 형태

하이브리드 자동차와 전기자동차가 상업화 되자, 핵심 부품인

2차 전지가 사람들 관심 영역의 변두리에서 중심부로 나오게 되었다.

Weekly 포커스

LG Business Insight 2009 6 10 45

자동차 시장의 진화와 성장에 있어

2차전지의 가격이 중요한 이슈로 떠오르고 있다는 점도

에너지 저장의 위상을 반증한다.

라는 의미로 풀이된다.

친환경, 저 에너지 소비 등의 전세계적 트

렌드 속에서 앞으로도 HEV/EV 시장의 미래

는 밝을 수밖에 없다. 아직은 HEV/EV 시장

의 비중이 전체의 1% 내외인 것으로 집계되고

있다. 원유 수요가 획기적으로 줄지 않는 한

장기적인 관점에서 고유가 시대가 오리라는

점, 기존 내연기관의 효율 향상이 한계에 다다

르고 있다는 점, 각국 정부의 친환경 정책에

따른 연비나 오염물질 배출 규제가 강화되고

있다는 점 등이 향후 HEV/EV 시장 성장의

주요 배경으로 볼 수 있다. Daiwa 연구소의

자료에 따르면, HEV/EV 시장이 2008년 약

50만 대 규모에서 2020년에는 이보다 열 배

이상 성장한 540만 대에 이를 것으로 내다보

고 있다. 2009년 현재, HEV의 대표격인 도요

타의 프리우스 신형은 짧게는 6개월에서 길게

는 1년 가까이 주문이 밀려있다고 한다. 도요

타, 혼다 등 시장을 주도해온 일본 기업들 외

에 Ford 등의 기업들도 가세하고 있어 앞으로

의 성장 전망을 더욱 밝게 해주고 있다.

이러한 자동차 시장의 진화와 성장에 있어

2차전지의 가격이 중요한 이슈로 떠오르고 있

다는 점도 에너지 저장의 위상을 반증한다고

할 수 있다. 도요타 프리우스에 장착된 니켈수

소 전지의 가격은 2,500 달러에 이른다. 더 성

능이 좋은 리튬이온 계열은 현재 수준으로는

20,000~25,000 달러에 육박한다. 고성능 에

너지 저장 장치의 가격이 시장 확대의 중요한

열쇠를 쥐고 있다는 것이다. 물론 자동차에서

는 안전성과 내

구성에 대한 검

증도 함께 요구

하고 있다. 기존

업체들뿐 아니

라 새로 HEV에

뛰어드는 기업들

이 기존 니켈수

소가 아닌 리튬

이온 2차전지 시

스템을 채택하거나 적극 고려하고 있다는 점도

기억할 만하다. 향후 어떠한 에너지 저장 솔루

션이 HEV의 주력으로 자리잡을 것인가도 흥미

로운 관전 포인트다.

전력 산업에서의 성장 잠재력, 가히 폭발적

‘이과장은 이번 달 전기요금 청구서를 받아들고는

희희낙락이다. 전기요금을 내는 게 아니라 오히

려 전력회사로부터 5만원 가량을 받게 된 것이

다. 집 지붕에 설치된 고성능 태양광 발전 시설로

부터 만들어진 전기를 저장해 두었다가 내다팔았

기 때문이다. 이과장이 다니는 공장에서도 소규

모 발전 터빈을 돌리거나 태양광 발전에서 나온

전력을 전력망에 팔아 에너지 비용의 상당 부분

을 줄이고 있었다. 내년에는 공장에서 폐열도 활

용할 예정이라고 한다. 이를 목격한 이과장은 한

달 전쯤 지역 정부의 지원으로 집에 태양광 발전

설비를 갖추게 되었다. 이 설비는 자동화된 전력

거래 시스템에 맞물려 있어 전력의 흐름을 제어

하는 것은 전력회사에서 알아서 한다. 일부는 이

507 670950

2,500

5,400

(단위 : 천 대)

2008 2009 2010 2015 2020

<그림 1> 하이브리드 자동차 시장 성장 전망

자료 : Daiwa Institute of Research, Green Car Congress

Weekly 포커스

46 LG Business Insight 2009 6 10

다양한 중소 규모의 전원이 연결되는 분산형 발전이

스마트 그리드로 가는 징검다리 역할을 할 수 있는

최적의 현실적 대안이라는 평가를 받고 있다.

과장이 직접 거래 프로그램을 돌려 좋은 가격에

팔기도 한다. 한 2~3년 정도면 정부 지원금을 해

결하고도 남는 장사를 하게 될 것이라고 예측하

고 있다.’

전기에너지 자체를 다루는 전력산업으로

눈을 돌려보자. 최근 들어 전력 산업 내에서

일대 변혁의 움직임이 일어나고 있다. 바로 분

산형 발전 시스템의 확산이다. 대형 발전소에

의존한 발전/송배전 체계인 기존의 중앙집중형

은 정전 피해에 그대로 노출되어 있는데다 장

거리 전력 수송에 따른 손실도 무시 못할 정도

였다. 게다가 수요에 알맞게 전력을 생산, 공급

하는 체계는 더더욱 아니어서 잉여의 전력은

고스란히 손실되는 상황이다. 발전에서 송배

전, 소비에 이르는 일련의 전 과정을 지능적으

로 제어함으로써 수급 효율을 극대화하는 ‘스

마트 그리드(Smart Grid)’가 상기 문제에 대

한 궁극적인 해결 대안이라 할 수 있다. 스마

트 그리드는 전력망의 지능화, 단위 전력망간

쌍방향 연결과 다양한 발전원의 연계, 소비자

의 발전 참여 등이 주요 특징이다. 그러나 발

전/송배전 관련 기술이나 전력 인프라, 전력

산업의 기간 산업적 특성 등을 고려할 때, 다

양한 중소 규모의 전원이 연결되는 분산형 발

전이 징검다리 역할을 할 수 있는 최적의 현실

적 대안이라는 평가가 지배적이다.

분산형 발전은 전력망 제어와 운영에 있어

많은 문제점도 내포하고 있다. 대형 발전소는

수십만 kW~수 GW급 이상 규모에까지 이르며

안정적 발전 품질을 얻을 수 있다. 하지만 태양

광이나 풍력과 같은 신재생 에너지의 경우 시

간별, 계절별, 기후에 따라 불균일한 전력을 만

들어낸다. 이렇게 양이나 품질이 불균일한 전

력을 고스란히 전력망에 연결할 경우, 신재생

에너지 비중이 높은 지역에서는 도리어 그 피

태양광 발전, 풍력 발전 등 분산형 신재생 에너지원의 확산은 에너지 저장의 성장과 직결된다.

Weekly 포커스

LG Business Insight 2009 6 10 47

분산형 발전으로의 진화를 원활하게 하는 중요한 것 중의 하나가

대규모 에너지 저장 장치를 활용하는 것이다.

해가 심각해진다. 공장과 같은 산업 시설이나

상업용 빌딩, 병원 등지에서 전력의 품질은 매

우 중요하기 때문이다. 비교적 안정적인 공급을

유지하는 국내의 경우도 전력 품질이 서비스

유지에 매우 중요한 데이터센터 등지에서는 에

너지 저장 장치를 이중 삼중으로 설치하여 고

품질의 안정적인 전력을 유지하려 한다.

분산형 발전으로의 진화를 원활하게 하

는 핵심 요소 중의 하나가 대규모 에너지 저장

장치를 활용하는 것이다. 에너지 저장 장치를

통해 잉여의 전력을 저장했다가 수요 처에 제

때 공급할 수 있다(Load Sh i f t 혹은

Leveling). 또한 들쭉날쭉한 전력 품질과 양

을 조절하는 기능도 함께 노릴 수 있다(Peak

Shaving, Frequency Modulation). 일본, 미

국 등 선진국에서는 이러한 대형 에너지 저장

장치에 대한 검증과 상업화 노력이 활발하다.

미국 최대 전력회사 중의 하나인 A EP

(American Electric Power)만 해도 송배전

변전소나 분산형 발전의 연계에 수MW급 이상

의 NaS 전지와 같은 에너지 저장 솔루션을 시

험하여 왔고, 설치를 확대하려 하고 있다. 여기

에는 대형 NaS 전지 기술을 보유한 일본의

NGK와 TEPCO(Tokyo Electric Power)가

참여하고 있다. 또한 전력 소비 측면에서도 에

너지 저장 솔루션에 대한 실증 시험이 늘고 있

다. 2009년 뉴욕시 MTA 버스회사는 NGK의

1MW급의 에너지 저장 솔루션을 천연가스 충

전소에 설치하여 비용을 대폭 절감할 수 있었

다. 버스에 천연가스 연료를 주입할 때 고압을

유지해야 하므로 상당한 양의 전기가 소모된

다. 대부분의 버스가 전력 요금이 싼 야간에

집중적으로 연료를 주입하게 되었다. 이에 버

스회사는 대형 에너지 저장 장치를 설치하여

야간에 값싼 전기를 저장했다가 낮에 가스 주

입에 필요한 전력으로 사용하도록 했다. 전력

Transmission & Distribution ConsumptionGeneration

저장 저장 저장 저장 저장 저장

IGCC,연료전지,

원자력

가스터빈,태양광, 풍력

고효율엔진,연료전지

고효율엔진,연료전지

고효율엔진,태양광,연료전지

태양광, 풍력,Stirling

수십 MW 수십 MW 수십 MW 이상 10 MW 이상1~10 MW

대용량 발전송전

변전소배전

변전소

산업用 상업用 주거用

<그림 2> 분산형 에너지 저장 개요

자료 : Sandia National Lab, AEP

Weekly 포커스

48 LG Business Insight 2009 6 10

에너지 저장이 발전이나 에너지 자원 확보 보다

더 주목을 끌 날이 멀지 않다.

요금은 물론, 그 동안 야간 연료 주입 때문에

들었던 인건비와 운영비까지 줄일 수 있었다.

이러한 사례는 다른 지역에도 확산될 움직임

을 보이고 있다.

일부에서는 분산형 발전(Distributed

Generation, DG)과 대비되는 개념으로 분산형

에너지 저장(Distributed Energy Storage,

DES) 시스템을 구축하는 것이 현실적인 대안이

라는 평가를 내놓고 있기도 하다. DES는 규모

와 상관없이 발전에서부터 송전, 배전, 소비 단

계 모두에 에너지 저장 장치가 있는 구조이다.

어떠한 단계에서도 다양한 발전원이 연결될 수

있는 특징이 있다. 태양광이나 풍력은 물론, 소

규모 터빈 등에서 만들어진 전력을 저장해 두었

다가 전력망에 흘려 보낼 수 있다. 이를 통해 개

별 수요를 가장 가까운 데서 제어할 수 있을 뿐

아니라 전체 시스템의 효율적 운영도 가능하도

록 한다는 계산이다.

전력 산업에 있어서의 에너지 저장에 대

한 성장 잠재력은 이전 소형 IT기기나 자동차

용을 훨씬 능가하는 것으로 평가받고 있다.

Lux Research의 자료에 따르면, 현재 설치된

풍력 발전소 중 단지 절반 정도에만 에너지 저

장 설비가 들어가더라도 약 500억 달러의 시

장을 형성할 수 있으리라는 예측을 내놓고 있

다. 기존 인프라의 고도화 니즈 증대, 분산형

발전의 확산과 독립 발전 회사의 성장, 에너지

저장 기술의 경제성 확보 등이 복합적으로 이

루어진다면 가히 폭발적 성장을 기대해 봄직

도 하다.

에너지 저장, 경제·사회 변화의 중요한 축

앞서 살펴보았듯이 에너지 저장은 미래 경제

및 사회 변화의 중요한 축으로 작용할 전망이

다. 에너지 저장은 잘 드러나지 않는 곳에서

우리 주변의 에너지와 환경 문제를 소리 없이

해결해 줄 것이다. 자동차에서와 마찬가지로

전력 산업에서도 에너지 저장의 역할은 필수불

가결한 위치에 있다 하겠다. 에너지 저장 관련

기술의 발전과 규모의 경제 추구, 화석연료 가

격의 상승, 친환경 정책의 확대 등 여러 요인을

고려하여 볼 때 에너지 저장의 미래는 밝다고

볼 수 있다. 에너지 저장이 발전이나 에너지

자원 확보보다 더 주목을 끌 날이 멀지 않음

은 분명하다.

변화는 늘 기회를 수반하기 마련이다. 많

은 기업들이 앞날을 내다보며 기회를 포착하고

이를 선점하려 치열한 경쟁을 펼치고 있다. 어

떤 기업들은 전력회사와 정부를 엮어 함께 자

신들의 기술을 검증하고 상업화를 추진하고

있다. 전력 산업의 특성상 인프라를 보유하고

관리하는 기업들의 입김이 셀 수밖에 없을 것

이기 때문으로 풀이된다. 일부 기업들은 에너

지 저장 기술의 혁신에 집중하여 자신들의 가

치를 높이려 하거나, 기술 개발에서 설치, 운영

등 가치 사슬 내에서 독특한 사업 모델을 만

들려 하기도 한다. 에너지 저장의 가능성과 파

급 효과를 감안한다면, 국내 기업들도 장기적

인 관점에서 기업과 정부, 연구기관의 협력 하

에 관련 기술 개발과 상업화에 보다 많은 관심

을 기울여야 할 것으로 보인다. www.lgeri.com