보고서 정보
주관연구기관 |
(주)김상준전략연구소 |
보고서유형 | 최종보고서 |
발행국가 | 대한민국 |
언어 |
한국어
|
발행년월 | 2014-07 |
과제시작연도 |
2013 |
주관부처 |
산업통상자원부 Ministry of Trade, Industry and Energy |
등록번호 |
TRKO201400029040 |
과제고유번호 |
1415131812 |
사업명 |
에너지정보화및정책지원(에특) |
DB 구축일자 |
2014-11-29
|
초록
▼
Ⅲ. 연구 주요 결과
1) 배경과 필요성
◦ 이슈
- 인구 증가와 에너지 사용량의 증가는 불가피한 상태임
- 전 세계적으로 에너지 사용량 증가와 청정에너지 활용에 대한 대응방안 모색 중
◦ 상황
- 저탄소 발전장치로 전환하거나 발전효율을 높이는 등의 노력을 통해 이산화탄소 저감 노력을 지속적으로 해나가는 대응방안 필요
- 발전소건설 반대나 송전선로 건설반대 등 전력산업 전반에 대한 사회적 대립 현상 대응방안 필요
- 대규모 정전사태에 대한 대응방안 필요
◦ 문제점 및 원인
- 低
Ⅲ. 연구 주요 결과
1) 배경과 필요성
◦ 이슈
- 인구 증가와 에너지 사용량의 증가는 불가피한 상태임
- 전 세계적으로 에너지 사용량 증가와 청정에너지 활용에 대한 대응방안 모색 중
◦ 상황
- 저탄소 발전장치로 전환하거나 발전효율을 높이는 등의 노력을 통해 이산화탄소 저감 노력을 지속적으로 해나가는 대응방안 필요
- 발전소건설 반대나 송전선로 건설반대 등 전력산업 전반에 대한 사회적 대립 현상 대응방안 필요
- 대규모 정전사태에 대한 대응방안 필요
◦ 문제점 및 원인
- 低전력효율 및 低전력품질에 따른 신재생 발전원의 설치를 꺼려함
- 원활한 전력수급과 관련된 다양한 사회문제 발생(발전소 건설 및 원전건설 불신)
- 원전사고 후 여론 악화(후쿠시마사고 이후 여론 악화)
◦ 해결책
- 발전소의 현행유지를 위해서는 발전소의 효율적 관리가 필요
ㆍ 발전 예비력 확보를 위해 대기 중인 발전기를 ESS로 대체해 발전소 효율을 향상시킴
- 신재생에너지원의 효율적인 활용을 통한 저탄소 발전장치의 확대 및 발전 효율과 품질 향상
ㆍ 신재생에너지의 ESS연계를 통한 발전효율 및 전력품질 향상
ㆍ 신재생에너지원(풍력발전 등)과 동반성장
- 발전소 및 송/배전만 건설의 시기연장이나 회피
2) ESS(에너지저장장치) 국내‧ 외 현황분석
□ 국내‧ 외 기술수준
◦ 다양한 사업화 모델의 개발 및 글로벌 시장 선점을 위한 기술력 보강과 투자가 필요함
◦ 세계적으로 사업화에 확실한 두각을 나타내는 분야가 드문 상황임
- 일본은 신재생발전소용, 가정용 등 다양한 분야에서 기술개발을 추진하고 있으며, LIB(리튬이온 전지)전지, NaS(나트륨황전지) 전지 등에서 앞선 기술력을 보유
◦ 세계 최고수준의 기술력을 확보한 LIB(리튬이온전지)를 이용한 다양한 비즈니스모델 개발에 연구가 필요함
- 국내 기술력은 LIB(리튬이온전지) 기술력에 집중된 경향을 보이고 있음
- LIB특성의 한계로 인해 대체 할 수 있는 NaS, RFB(레독스흐름전지)등의 기술력 확보가 필요 함
◦ 해외 기술개발 동향
- 미국, 일본, 유럽 등 선진국을 중심으로 ESS를 위한 기술개발 및 실증이 활발히 추진되어 왔으며, 현재는 사업화단계에 진입 중
ㆍ 일본은 신재생발전소용, 가정용 등 다양한 분야에서 기술개발을 추진하고 있으며, LIB(리튬이온전지)전지, NaS(나트륨황전지) 전지 등에서 앞선 기술력을 보유
ㆍ 미국 내 공공기관 EPRI(Electric Power Research Institute, 미국 전력연구소), ARPA-E(Advanced Research Projects Agency-Energy)과 AES 및 AEP 등과 같은 대형 전력회사를 중심으로 기술개발 및 실증을 적극 추진 중
- 세계 각국은 중대형 LIB(리튬이온전지)의 개발과 응용시스템 보급을 위해노력하고 있으며 국가적인 차원에서 기술개발사업을 진행 중
◦ 국내 기술개발 현황
- 국내 기술력은 LIB(리튬이온전지) 기술력에 집중된 경향을 보이고 있음
ㆍ 다양한 비즈니스 모델을 개발하는데 제약이 따름
ㆍ LIB(리튬이온전지) 특성의 한계로 인해 대체 할 수 있는 NaS(나트륨황전지), RFB(레독스흐름전지), SC(슈퍼커패시터) 등 다른 2차전지의 경우 상용화를 위해서는 시간이 필요한 실정
- 하지만, 세계 최고수준의 기술력을 확보한 LIB(리튬이온전지)를 이용한 다양한 비즈니스모델 개발에 연구가 필요
ㆍ LIB의 기술력은 세계 최고의 수준에 도달한 상태여서 주도적으로 기술개발이 이루어져 현재는 상용화 단계임
- R&D 투자 비중이 적고 선진국의 투자 규모와 큰 차이가 있어 원천 기술 획득을 통한 파급효과를 창출하는데 한계가 있는 상황임
□ 국내‧ 외 실증현황
◦ 미국, 일본, 유럽은 앞선 기술력을 바탕으로 다양한 실증 화를 통한 사업화 추진 중
- 그 외 주파수조정용, 분산전원형, 신재생에너지 연계형 ESS를 실증을 통해 ESS의 활용을 극대화 하는데 노력중
◦ 국내의 경우 실증사업이 선진국에 비해 미진한 상태임
- 국내 ESS관련 실증은 제주도 스마트그리드 실증단지를 중심으로 다양한 분야의 실증이 이루어지고 있음
① 해외 실증현황
◦ 해외의 경우 다양한 실증을 통한 산업화에 적극적으로 진행 중
- LIB(리튬이온전지)실증은 태양광과 같은 신재생 발전과 연계한 실증과 기술개발을 동시에 진행하는 추세임
- NaS(나트륨황전지)의 실증은 일본의 독보적 기술로 다양한 실증과 상용화 기술력을 바탕으로 누적용량을 늘려가고 있음
- RFB(레독스흐름전지)는 미국, 유럽, 일본, 중국을 중심으로 실증에 성공하고 있고 상용화에 낙관적임
- FW(플라이휠)은 특성을 감안한 주파수조정에 이용될 수 있는 실증을 진행 중
- CAES(압축공기저장)은 미국과 독일에 발전중인 발전소가 있고 이 두 나라를 중심으로 차세대CAES 실증 개발 중
- SC(슈퍼커패시터)는 특성상 전력안정화와 전력 회생용 에너지저장에 이용될 수 있도록 다양한 실증중임
- 그 외 주파수조정용, 분산전원형, 신재생에너지 연계형 ESS를 실증을 통해 ESS의 활용을 극대화 하는데 노력 중
② 국내 실증현황
◦ LIB, NaS, RFB등을 중심으로 다양한 실증 사업 진행 중
- 국내 ESS관련 실증은 제주도 스마트그리드 실증단지를 중심으로 다양한 분야의 실증이 이루어지고 있음
ㆍ 제주 스마트그리드 실증단지에서는 지능형 소비자, 지능형 운송, 지능형 신재생에너지, 지능형 전력시장, 지능형전력망 5개 분야의 실증이 진행 됨
ㆍ 소비자(가구 및 건물)와 전력망 간 전력거래를 통한 효율화를 실증하는 단계에서 중규모 용량의 에너지저장시설을 제작하여 실증
- 국내 최초의 가정용 ESS프로젝트 시행
ㆍ 대구 100가구에 지붕형 태양광과 함께 3kW/10kWh ESS 설치
- 국내 ESS실증은 정부와 한전의 주도하에 다양한 모델에 적용하고 있음
- 그 외 특화 사업으로 에너지 자립 섬 사업도 수행 중임
ㆍ 진도군 조도면 가사도 태양광(320kW)+풍력(400kW)과 연계한 3MW급
□ 특허 및 표준화
◦ 일본 NGK사의 독보적 기술력을 통한 NaS기술의 사업화는 시장선점의 중요한 밑거름으로 작용됨
◦ 우리의 원천기술력 부재는 ESS 전 분야에 걸쳐 나타나고 있고 향후 사업화에 성공하더라도 기술적 제약에 많이 걸림
- 다양한 기술력 확보와 시장 활성화를 위해서는 대기업 위주의 특허장벽을 해소할 필요가 있음
◦ ESS 표준화 선점은 신시장의 형성과 초기시장의 선점에 중요한 요소로 작용됨
◦ (특허) ESS종류별 원천기술, 부품소재기술, 제조기술등의 특허를 보유해 시장 활성화에 대비한 기술력 확보가 필요함
- 해외특허 주요 출원 현황은 모든 국가에서 기업이 90% 이상을 출원하고 있어 연구소/대학에 비해 많은 특허출원을 하고 있음
ㆍ 일본과 미국, 유럽은 각각 99%, 98%, 96%의 높은 비율을 나타내어 기업의 출원이 절대적인 것으로 나타남
- 국내는 출원인을 구분하여 보면 대학/연구소/공공기관과 대기업의 특허비율이 각각 35.5%, 24%로 가장 높았고 개인이 14.5%, 중소기업이 14%, 해외출 원인은 12%로 분석됨
- 시장 활성화를 위해 대기업위주의 특허 장벽을 해소할 필요가 있음
◦ (표준화) 신시장의 형성은 표준화선점이 초기시장을 선점하는데 중요한 요소로 작용됨
- 전력계통의 ESS 연계를 위한 국내 표준 및 기술기준 제정은 “스마트 그리드 표준화 포럼”에서 담당하고 있으며 이는 단체 표준 및 국가표준을 개발할 뿐 아니라 국제표준화에서 그 역할을 하고 있음
ㆍ 선진화된 표준화 HUB기관
ㆍ 단체표준 및 국가 표준의 개발의 필요
ㆍ 국제표준화 활동의 강화
□ 법‧ 제도‧ 정책 동향
◦ ESS의 산업화 및 시장 창출을 위해서는 법적 지위 부여가 필요함
- 미국에서는 연방차원에 구체적인 ESS 법적 지위는 법제화 되지 못했지만 ESS 경쟁력 확보를 위해 연방 차원에 지원 및 그에 따른 제도를 법제화하고 있음
- 국내의 경우 ESS의 법적 지위가 전무한 실정임
◦ 하지만, 국내의 ESS 정책은 법‧ 제도‧ 정책의 유기적 호환이 이루어지지 않아 신시장 창출 및 산업화 하는데 무리가 있음
◦ 이러한 문제점에 대한 부분은 차후 법‧ 제도 개선 부분에서 발전시킬 방안을 강구해야 함
◦ ESS는 기존 전력과 별도의 개념으로 여겨지면서 다양한 법과 제도에 묶여있어 신시장 및 산업화 하는데 많은 제약이 뒤따르고 있음
- 시장 활성화를 위해서는 법적‧ 제도적 지위를 부여할 수 있는 정책적 지원이 뒷받침 되어야 함
◦ 미국의 경우 정부차원의 ESS관련 지원제도는 다음과 같음
- 미국의 국가 특성상 연방 정부와 주 정부가 각자의 위치에서 ESS 활성화를 위한 여러 가지 정책 및 법안을 제안 하고 있음
- ESS는 발전원 및 부하의 역할을 함으로서 각 역할에 따라 ESS의 법적지위와 기능은 달라짐
- 미국에서도 연방차원에 구체적인 ESS 법적 지위는 법제화 되지 못했지만 ESS 경쟁력 확보를 위해 연방 차원에 지원 및 그에 따른 제도를 법제화하고 있음
◦ 국내 정책은 K-ESS 2020을 시작으로 보급방안정책, 고효율 인증제도 정책, 스마트그리드 활성화 정책, ICT기반 신시장 창출 정책 등 다양한 정책이 펼쳐짐
- 하지만, 국내의 ESS 정책은 법‧ 제도‧ 정책의 유기적 호환이 이루어지질 않아 신시장 창출 및 산업화 하는데 무리가 있음
- 이러한 문제점에 대한 부분은 차후 법‧ 제도 개선 부분에서 발전시킬 방안에 대해 다루도록 함
□ 시장 동향 및 전망
◦ ESS 국내시장현황
- (세계 대비 국내 1% 산정) 포스코, 삼성 SDI 및 한국전력 분석 자료에 의하면 국내 ESS 시장은 세계 시장에 약 1% 규모로 형성됨(K-2020 적용치 적용함)
ㆍ ’10년 ESS 한국 시장 규모: $18M ($1,800M × 0.01)
ㆍ ’11년 ESS 한국 시장 규모: $5M ($500M × 0.01)
- 국내 ESS 민간 보급 및 실증
ㆍ ‘10년을 시작으로 ’12년 까지 13.6MWh가 보급이 있었고, ‘14년까지 누적35.6MWh까지 증가한 상태임
※ 1차 진흥형 전력망 기본계획에 따라 ‘16년 까지 200MWh보급 목표를 세움
◦ 배터리별 시장현황
- ‘13년 기준전체 142개소 중 약 50%(69개소)가 LIB 전지 사용 중
ㆍ LIB 전지 외에 납축전지와 RFB가 ESS 시설에 활용 되고 있음 (美’13년 8월 DOE(Department of Energy, 미국에너지부) 보고서)
◦ 현재 활용 중인 대표적인 배터리는 LIB, 납축전지와 NaS임
- 다른 배터리보다 가격 경쟁력이 있음
- 현재 납축전지 가격은 LIB 對比 50% ~ 60% 저렴함
[배터리별 가격 동향]
◦ 시장전망
- ESS 전문 연구기관 마다 전망치가 상이하나 ESS 시장이 점증적으로 성장할 것이라는 견해에는 이견이 없음
ㆍ 美 Pike Research(現Navigant Research): ’15년 $7,500M → ’20년 $20,500M
ㆍ 日 Yano Research(야노경제연구소): ’14년 1,068,368kWh → ’15년 1,260,542kWh → ’20년 11,499,980
ㆍ 美 BCG(Boston Consulting Group, 보스턴 컨설팅그룹): ’30년 $277,500M
◦ 가격추이전망
- Navigant 리서치 보고에 의하면 ESS 용량 가격은 추가적인 하양 요인이 있을 것으로 전망됨
ㆍ LIB의 경우 2017년까지 하향세가 지속될 것으로 전망되나 2017년 이후 성숙기/쇠퇴기에 접어들어 가격 하향세가 꺾일 것으로 전망됨
ㆍ LIB외 ESS는 2017년 시점에서 도입기를 지나 성장기/성숙기에 접어 들것으로 전망됨
□ 시사점
◦ ESS의 사업화 및 신시장 창출을 위한 국내 시장의 법‧ 제도‧ 정책의 정비가 필요함
- 법‧ 제도‧ 정책의 유기적 호환이 이루어 질수 있는 방안 마련이 필요함
◦ 신시장 선점을 위한 다양하고 새로운 사업화모델 도출이 필요함
- 기술력, 경쟁력, 인프라 등을 활용한 최적의 시나리오 도출이 필요함
- 편중된 기술력(LIB 외에는 경쟁력이 떨어짐)으로는 차후 다양한 응용분야에서 한계를 보임
- 이를 보완하기 위해 다양한 사업화모델을 세우고 이를 뒷받침하기 위한 제도적 장치 마련이 필요함
- 미국이나 일본의 인센티브 정책사례를 바탕으로 사업화 모델에 대한 인센티브 적용방안 검토가 필요함
◦ ESS 기술선진국의 추세를 볼 때 당분간 LIB, NaS, RFB등 화학전지 시장이 계속 커나갈 것으로 보임
- 전세계적인 실증 현황은 LIB, NaS, RFB위주의 실증이 주로 이루어지고 있음
- 국내의 경우도 LIB의 기술력이 독보적이고, LIB 이외의 시장을 NaS와 RFB가 시장을 양분화 하는 형태를 보임
◦ ESS의 사업화에 적용될 모델은 (LIB, NaS, RFB등) 화학전지 위주의 구성이 적당할 것으로 보임
3) 비즈니스 모델 개발
□ 개발방법
◦ 비즈니스모델은 9-Building block을 활용해 다음과 같은 방법으로 수립함
- 사용주체와 활용방안에 따른 (용도의 정립)의 선정 후 최적의 ESS를 적용해 1차적인 비즈니스모델을 선정함
- 선정된 후보모델은 경제성분석을 통해 최종비즈니스모델로 선정함
- 델파이설문과 최종비즈니스 모델의 분석을 통해 향후 장애요인과 발전 전략방안을 세움
① 에비 사업모델
◦ 용도의 정립은 사용 주체(단)와 활용 방안을 결합하여 만들어 질 수 있는 모든 형태로 이루어 짐
- 사용 주체: 발전, 송배전, 수용가, 신재생
- 활용 방안: 전력공급, 전력품질, 계통지원, 예비력대체, 비상전원
ㆍ 기존의 사업모델 즉 활용 방안의 특색을 고려하여 재분류함
ㆍ 전력공급: 기저부하 시 발생되는 잉여전력을 활용 하는 방식(자가 이용 및 판매)의 사업모델을 총칭
ㆍ 예비력대체: 운영 예비력을 ESS에 저장된 에너지로 활용 하는 방식의 사업모델을 총칭
ㆍ 전력품질: 전력품질을 유지할 시 ESS에 저장된 전기를 사용하는 방식의 사업모델을 총칭
ㆍ 계통지원: 송전제약 발생 시 ESS를 사용하여 문제를 해결하는 방식의 사업모델을 총칭
ㆍ 비상전원: 정전 시 ESS에 저장된 에너지로 문제를 해결하는 방식의 사업모델을 총칭
◦ (현 경제성) 국내‧ 외 시장 현황을 고려해 모델 도출에 활용함
- 단 현 시점에서 국내‧ 외 시장 현황을 고려했을 때 기대할 수 있는 편익 창출 모델이 아닐 경우 용도의 정립에서 제외함
◦ 총 8개의 용도의 정립을 도출함
사용 주체 (단) 활용 방안 활용 예제
발전 전력공급 전력공급 용량 자원
예비력 예비력 용량 자원
송배전 전력품질 주파수 조절, 송전 안정도 향상
계통지원 송전혼잡 감소, 무효전력
수용가 전력공급 수요반응(차액 거래)
비상전원 비상전원
신재생 전력공급 신재생 발전 시간대 이동
전력품질 신재생 순간 출력 조정
② 후보모델
[후보모델선정 프로세스 흐름도]
◦ 용도의 정립과 ESS를 결합하여 만들어 질 수 있는 모든 형태로 이루어 짐
- 결합 가능 한 ESS 종류: LIB, NaS, RFB, SC, FW, CAES
◦ (현 경제성) 국내‧ 외 ESS 종류별 기술 특성과 현황을 고려해 후보모델 선정프로세스를 수립하고 선정 프로세스에 의거하여 사업모델 도출함
- 후보모델 선정 프로세스를 통해 가장 높은 점수를 받은 3가지 모델을 최종후보모델로 선정함
ㆍ 단 동점이 있을 경우 3개 이상의 모델이 후보모델에 포함 될 수 있음
◦ [후보모델 선정 프로세스]를 통하여 총 48개 1차 비즈니스 후보 모델 중 22개 모델을 후보모델을 선정함
◦ 선정된 48개 모델 중 CAES를 포함한 모델은 후보모델에서 일괄적으로 제외함
- LIB같은 배터리타입의 전지를 가장 경제성이 확보된 군으로 보고 물리전지를 최대한 배제시킴
- CAES의 경우 대규모 국가적 사업이므로 별도의 연구(비즈니스모델)가 필요할 것으로 사료 됨
- CAES를 포함한 모델을 제외시킨 후 추가적으로 후보모델을 선정함
◦ 최종적으로 CAES를 미 포함한 22개 모델을 후보모델로 선정함
◦ 최종 비즈니스모델은 선정된 후보모델에서 경제성 분석을 통하여 향후 사업
◦ ESS 충전은 기저부하전원의 잉여전력을 활용하는 것으로 가정함
- ESS 활용으로 얻는 1차적 경제 효과는 현재까지는 활용되지 못한 기저부하전원의 잉여전력 활용으로 인한 효과임
경제성 분석을 통한 최종 사업모델의 사업 타당성은 ESS 초기 투자비용 및 ESS 운영가능 기간 동안 발생되는 운영비용을 고려하여 결정함
◦ ESS 초기 투자비용은 ESS 종류별 가격, 공사비용 및 부대시설(PCS)을 고려하여 산정함
- ESS 종류별 가격은 출력(kW)과 용량(kWh) 두 가지 형태로 고려하여 산출함
◦ ESS 초기투자비용(1MW/1MWh)=PCS 단가[원/MW]×정격출력[MW]+배터리 단가[원/MWh]×정격용량[MWh]+공사비+총운영비용(10년)
- 운영비용은 Sandia Report에서 제시한 배터리 교체비용을 10년으로 환산한 가격임(5,000만원/MW-LIB 기준), 또한 송전이용요금 910,000원/MWh를 포함한 가격임
◦ 단 ESS 충/방전에 필요한 비용은 ESS 운영비용에서 제외함(SMP 차익은 별도의 계산이 필요 함) 성이 기대되는 모델을 최종 사업모델로 선정함
ㆍ 따라서 ESS 충전된 기저부하전원의 잉여전력의 생산 단가를 ESS 활용으로 얻는 1차적 경제 효과로 가정함
※ 기저부하전원의 잉여전력을 ESS에 충전 후 SMP 차액거래/시간별 차등요금제로 얻는 경제적 효과는 1차적 경제효과의 파 생 효과임으로 경제성 평가모델의 고려 대상에서 제외함
◦ SMP 차액가정
- 충/방전 시간 가정
ㆍ 기저시간: 01~06시(충전)
ㆍ 피크시간: 12~16시(방전)
- ESS 충방전 전력거래는 시간별 SMP로 거래함을 가정
- SMP 실적(최근 3개년의 차액평균을 가정함)
※ 경제성산정 방법: 최근 3년평균 SMP를 이용, 향후 SMP차액거래 수익을 추정
01~06시 평균 12~16시 평균
2013년 132.96원/kWh 158.56원/kWh
2012년 134.34원/kWh 169.98원/kWh
2011년 106.94원/kWh 132.27원/kWh
3년평균 124.74원/kWh 153.60원/kWh
자료: 한전(‘14년),
- 변수1: 충전효율은 1, 방전효율은 0.9로 가정함(LIB기준 85~95%의 방전효율을 보임)
- 변수2: ESS 출력 = 100kW~5MW, ESS 용량 = 1kWh~5MWh
- 충‧ 방전 비용 산출 예시
ㆍ 새벽충전비용 : y1 = 124.74원/kWh * 5,000kWh *1
ㆍ 피크방전수입 : y2 = 153.6원/kWh * 5,000kWh *0.9
ㆍ 연간수익(수명10년가정) : y3 = (y2 – y1)*365일
※ 현재가치비용(10개년 SMP수익) :
◦ 2014년에 설치하여 2025년까지 운영할 때 예상 되는 편익(총비용-기존설비 운영비용)을 산출함
◦ 미래구간 운영비용은 현재가치로 변화하여 고려함
- 세계 물가 상승률 기준을 반영함(2% 반영)
- 환율(1,063원/$-3월 기준)
◦ 비록 현 시점에서 경제성 분석을 통해 경제적 편익이 예상되지 않더라도 정책 지원 및 세계시장 변화로 인하여 향후 경제적 편익이 예상되는 모델은 최종 사업모델로 선정함 ◦ 최종비즈니스모델은 다음과 같은 방법으로 분석함
- 델파이 설문 조사를 통해 ESS 비즈니스별 전문가의 선호도 및 견해를 수렴함
ㆍ 전문가 집단은 총 20명으로 구성됨
ㆍ 전문가 집단은 ESS 전문가, 시스템 전문가 및 계통 전문가로 이루어짐
- 선택된 최종 사업모델과 전문가 의견을 비교 분석하여 최종 모델의 타당성을 평가함
□ 최종사업모델 선정
◦ 후보모델에서 경제성 분석을 통해 용도의 정립별로 최종 사업모델을 선정한 결과 최종적으로 14개 모델이 선정됨
□ 최종 사업모델의 전체 잠재량
◦ ‘20년 기준 최대 보급 잠재량을 산정한 값임
- 정부에서 예측한 ‘20년 2,000MW를 크게 상회하는 값임
- 본 보고서의 최종비즈니스 모델의 합계용량은 11,843MW로 산정함
ㆍ 단, 계통지원의 경우 전력용량으로 단정 짓기에는 무리가 있음
ㆍ 즉, 송전설비 회피나 지연 등의 사회적 편익이 발생 함
- 이는 서로 상충되거나 병행운행 시 차감되는 용량은 배제했기 때문임
※ 병행운행: 서로 비슷한 역할을 수행하거나 Hybrid형태로 가동시 사업모델의 경제성을 극대화할 수 있는 방안을 말함
※ 계통자원의 경우 발전용량으로만 대체하는 데는 무리가 있음(송전선로 건설 회피 등)
※ 서로 상충관계는 두 분야가 과부하시 부하역전을 방지하기 위한 적절한 분배가 필요함
<최종 비즈니스모델 잠재량>
- 그러나 적절한 분배가 필요 하고 서로 상충되는 분야를 배제할 경우 약 5,100MW로 산출됨 (정부발표치의 약 2.5배에 해당하는 수치)
4) 비즈니스 모델의 시장별 잠재량 분석
□ 각 활용분야별 잠재량 가정
◦ ESS시장의 분석에 있어 최근 2개년 ‘11~`12년을 토대로 현 추세로 향후 ’20년까지 시장을 선형화한 예측을 말함
- (최근동향 예측 잠재량)은 시장 형성기를 기준으로 예측하기 때문에 최소시장이라 가정할 수 있음
- (Navigant 예측 잠재량)은 시장의 불확실성을 배제하고 분야별 연 10~20%이상의 성장한다고 가정하고 잠재량을 예측함
ㆍ 본 보고서에서는 최대잠재량으로 가정함
◦ 이러한 예측을 기본으로 최대/최소에 대한 잠재량 예측
- 각 분야별 잠재량 예측에 있어 적용되는 ESS 유형을 제외한 나머지 부분을 잠재량의 최대치로 가정함
5) 기반조성 및 지원방안
□ 신시장 창출 저해요인 분석
◦ 전력공급시장
저해요인 활성화 방안
◦ 높은 초기 투자비용으로 인하여 수용가단에서 판매차액으로 수익분기점을 돌파하기에는 현실적으로 힘든 상황임
◦ 대용량의 ESS를 발전 단에 설치하여 편익을 창출하기에는 대용량 ESS의 높은 가격이 장애요소가 됨
◦ ESS 설치하여 기저부하 시 저장된 전기를 첨두부하 시 사용하는 모든 사용주체(전력계통)에게 전기를 직· 간접적으로 전기를 판매 할 수 있는 법적 직위를 부여할 필요성이 있음
◦ 사용자의 판단에 따라 기저부하 시 저장된 전기를 첨두부하 시 사용하지 않고 수요가 있는 곳에 판매하여 차익을 얻을 수 있도록 실시간 요금제를 도입이 필요함
◦ 수용가단에서 ESS를 설치 할 경우 초기설치비용의 부담을 덜어 줄 수 있는 보조금 정책이 필요함
◦ 신 시장 선점을 위하여 대용량 가능성 있는 ESS에 대한 R&D 투자 확대가 필요함
◦ 적극적인 R&D 투자로 ESS 가격 경쟁력 및 안정성 확보가 필요함
◦ 전력품질시장 저해요인 활성화 방안
◦ 높은 초기 투자비용으로 인하여 기존화력 및 복합 발전소 보다 경제성이 떨어짐
◦ 신재생에너지 연계분야의 경우 적은 발전량으로 인하여 실용성 면에서 의문이 제기됨
◦ ESS 미설치로 인한 신재생 발전 에너지 품질저하에 대한 강력한 규제나 ESS설치 시 추가적인 해택을 주는 제도가 필요함
◦ 송배전단의 경우 송전 안전도 향상 및 주파수 조정 기능을 복합적으로 수행 할 수 있는 ESS 설치를 의무화함
◦ 송배전 및 신재생에너지 연계분야에서 ESS 설치 시 인센티브 지급 정책이 필요함
◦ 계통지원 시장
저해요인 활성화 방안
◦ 높은 초기 투장 비용으로 인한 수익성이 보장되지 못함
◦ 계통지원용으로 ESS 설치 시 인센티브 및 법인세 감면 혜택이 필요함
◦ 예비력시장
저해요인 활성화 방안
◦ 공급 예비력 상당의 대 용량 ESS 기술 개발의 부제
◦ 총 설비 용량의 10%를 공급 예비력으로 관리되어 ESS 도입이 불가능 한 현실
◦ 대용량 ESS의 경제성 문제
◦ 공급 예비력을 ESS로 대체 할 수 있도록 법 및 제도적 개선이 필요함
◦ 대 용량 ESS에 대한 R&D 추가 지원이 필요함
◦ 대 용량 ESS 설치시 정부의 인센티브 및 세금 감면 혜택이 필요함
◦ 비상전원시장
저해요인 활성화 방안
◦ 대다수 비상전원이 필요한 시설에서 이미 많은 비용을 투자 하여 비상용발 전기를 설치 운영 중임
◦ ESS 운영으로 인한 기대 편익이 기존 설비와 차이가 없음
◦ 기존 비상용발전 설비를 ESS로 교체 할 경우 인센티브 지급 방안이 필요함
◦ 신규로 비상전원용으로 ESS를 설치 시 인센티브 지급 방안이 필요함
◦ ESS를 비상발전용으로 설치하였다 하더라도 전력시장에 참여하여 판매할 수 있게 하여 ESS 설치를 유도하는 제도적 방안이 필요함
◦ 비상발전 대체 및 전령공급용으로 병행사용 할 수 있는 ESS가 설치 되도록 유도 하는 제도가 필요함
□ 활성화를 위한 기반조성
① 인력양성
◦ ESS 관련 기술은 전지와 계통연계, 건설, 토목 등 다양한 분야가 연계되어야하는 기술임
◦ ESS관련 기술 인력양성은 학과별 지원이나 과목개설 보다는 에너지 수요관리 전문대학원을 개설하여 ESS관련된 전문지식을 가진 인력을 양성하고 기존 사업체에서 근무 중인 인력들에게는 협회를 구성하여 지속적인 교육이 필요함
◦ 다양한 ESS 관련 분야의 인력양성 목적별 전문대학원이나 센터를 통해 ESS 인력의 저변확대
◦ ESS 관련 분야별 인력수급 허브를 구축하여 산학연관 교류를 활성화 하고 수요기반 산업 전문 인력 교육 프로그램 운영
◦ 혁신적 핵심 원천기술 분야 세계최고 전문가 그룹을 양성하여 차세대 신성장동력 창출 및 해당 분야 인력‧ 기술 경쟁력 확보
◦ 국가적으로 R&D를 중점추진 중인 전략응용 • 공통요소 기술 분야 인력 및 에너지기술정책, 국제협력 전문가 등 융합형 고급 R&D인력 양성
◦ 수출과 연계된 외국인의 장단기 연수 또는 국내 학위취득을 지원하여 장기적 글로벌 네트워크 구축
◦ 해외 자원관련 공무원급 인력을 대상으로 국내 석‧ 박사 과정 학위취득을 지원
◦ ESS사업을 선도할 우수인력의 해외 석‧ 박사 학위취득 지원
주 : 에너지 인력양성 사업의 추진 내용을 바탕으로 구성
② R&D
◦ 2020년 본격적인 시장의 형성(추정)이 되기 전에 시장을 선점할 수 있는 모델에 대한 검증
- LIB기술 외에는 선진 기술국과 격차가 있고 이를 극복하기 위한 방안으로 R&D 사업을 통해 산/학/연이 연계한 기술개발이 필요함
- 기술 트렌드의 급격한 변화에 대한 대응
- 선택과 집중을 할 수 있는 기술을 선별하고 저장장치별 보완기술에 대한 투자방향 설정
◦ 기술력 확보
- (필요기술) 각 활용분야별 특성에 대응할 수 있는 ESS종류의 기술력 증진 방안을 검토함
- (보완기술) ESS 종류별 현재의 문제점을 보완해 나갈 수 있는 기술의 방향을 검토함
- (투자방향) 본 보고서에서 선정한 경제성이 있는 활용모델별로 ESS종류에 대해 투자방향(기술투자, 점진적 투자, 기술력확보)을 적용함
<기술력 확보>
③ 법‧ 제도개선
◦ 국내 현 상황과 해외 사례를 고려하여 종합적인 개선 방향을 제시하면 다음과 같이 3가지로 구분 할 수 있음
ESS 신성장산업화 및 신시장 창출 정책연구
- xxxii -
- ESS의 법적 지위 부여
- ESS의 보조 서비스, 실시간 요금제, 요금제 시장 참여를 유도하는 제도
- ESS 사업이 활성화 될 수 있도록 경제적 지원 정책을 마련
◦ ESS의 활성화를 위해서는 ESS에 법적인 지위를 부여하고, 전력시장에 참여할 수 있도록 전력시장 운영규칙을 조정해주고, 비상발전기에 ESS를 포함시키는 방향으로 개정해야 함 구분 법‧령‧규칙명 개정 방향
◦ 전기사업법 시행령
◦ 제4조 전기사업 허가 기준
◦ 제31조 전력거래
◦ 제51조 부담금
- 각 항에 에너지 저장 시스템 추가
◦ 신에너지 및 재생에너지
◦ 개발·이용·보급 촉진법
◦ 제2조 정의
- 에너지 저장 시스템 추가
◦ 송·배전용 전기설비
◦ 이용규정
◦ 송전용전기설비 접속기준 발전기 형태에 에너지 저장 시스템 추가
◦ 전기설비기술기준
◦ 제3조 정의
◦ 에너지 저장 시스템 추가
◦ 제7장 발전용 에너지 저장 시스템설비
◦ 전기설비기술기준의
◦ 판단기준 ◦ 제2조 정의 에너지 저장 시스템 추가
◦ 시사점
- ESS의 법적인 위치를 명확히 하는 것이 필요
- 기존 시설을 대체하는 경우 사업자 New York 주정부와 같이 투자비용 지원 또는 세금혜택을 적용하는 제도가 필요함
- ESS를 통해 공급되는 전력을 신재생에너지를 이용한 전력과 같이 인정하여 신재생에너지 발전의무에 대한 부담을 줄이는 제도를 실시
④ 표준화
◦ 규격 및 표준의 부재로 서로 다른 분야가 연계함에 있어 장애 요소가 되고 있음
◦ 향후 해외 ESS 시장에 진출 후 시장선점을 위해 표준화된 기술이 요구됨
◦ 분야별로 정리되지 않은 전문용어의 정비, 계통별 장치에 대한 범위를 설정하고 배터리 전문가들과 ESS시스템 전문가들과의 컨소시엄 등을 통해 분야별로 소통할 수 있도록 자리를 마련
- 분야별로 적절한 실증사업을 통해 계통관리의 기술적인 해결방안을 이루어야함
⑤ 인센티브 지원
◦ 미국의 경우 높은 초기 투자비를 직·간접적으로 지원하여 활성화 및 新시장 선점을 위한 장애요소를 해결 하고 있음
- 미국의 경우 ESS를 계통에 연결한 사업자는 투자비의 20%까지 지원 받을 수 있음
- 美 캘리포니아州는 주내 건설업자를 통해 ESS를 설치할 경우 추가적으로 20% 보조하고 있음
◦ 비록 경제성 분석을 완료 한 후 최종 사업모델을 선정 하였지만 인센티브가 지급 될 경우 사업모델의 경제성 향상으로 인하여 시장 활성화 및 新시장 선점에 더욱 용이 할 것이라 판단됨
목차 Contents
- 표지 ... 1
- 제 출 문 ... 3
- 요 약 문 ... 5
- 목 차 ... 37
- 표 목 차 ... 43
- 그 림 목 차 ... 48
- 제 1 장 연구의 개요 ... 51
- 1.1 연구 배경 및 목표 ... 53
- 1.3 추진체계 ... 57
- 제 2 장 ESS 국내‧외 현황 분석 ... 60
- 2.1 국내‧ 외 현황 분석의 요약 및 시사점 ... 62
- 2.2 전력수급에 따른 ESS(에너지저장장치)의 필요성 ... 76
- 2.3 국내‧ 외 ESS(에너지저장장치) 기술동향 ... 92
- 2.4 정책동향 ... 138
- 2.5 해외 사례 제도, 정책 및 법 분석 ... 164
- 2.6 ESS 시장 동향 및 전망 ... 173
- 제 3 장 비즈니스 모델 개발 ... 187
- 3.1 ESS 활용방안 ... 189
- 3.2 사업모델 정의 및 수립 방법 ... 206
- 3.3 ESS(에너지저장장치) 사업모델 ... 209
- 제 4 장 비즈니스 모델의 시장별 잠재량 분석 ... 257
- 4.1 시장별 잠재량 분석 요약 ... 259
- 4.2 최종 사업모델 경쟁력 분석 ... 260
- 4.3 시장별 잠재량 분석 ... 285
- 제 5 장 기반조성 및 지원방안 ... 301
- 5.1 기반조성 및 지원방안 요약 ... 303
- 5.2 ESS 신성장산업화 및 신시장 창출 저해요인 분석 ... 312
- 5.3 ESS 활성화를 위한 기반조성 ... 324
- 5.4 ESS 기반조성 마련을 위한 인력양성 ... 327
- 5.5 ESS 기술개발 전략 ... 334
- 5.6 ESS 표준화 ... 352
- 5.7 ESS 법‧ 제도 지원방안 ... 356
- 5.8 인센티브 제공 방안 ... 374
- 부록 ... 388
- Ⅰ. 인터뷰 질의서 ... 390
- Ⅱ. 기술개발 질의서 ... 413
- Ⅲ. 세부사업모델 예시 ... 420
- Ⅳ. 참여기관 연구결과 보고서 ... 440
- 끝페이지 ... 493
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