에너지변환저장 현황분석 보고서

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효정 권
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1 에너지 변환저장 산업[시장] 분석

2 에너지변환저장 현황분석 보고서

4 태양전지 태양광 전략분야 현황분석

6 전략분야 태양전지 태양광 1. 개요 가. 정의 및 범위 - 정의 : 빛 에너지를 직접 전기로 변환하는 태양전지 및 관련 소재/모듈/주변장치 기술 - 범위 : 태양전지는 여러 종류의 소재로 만들어지며, 웨이퍼 기반 결정형과 박막형으로 구분할 수 있고, 태양 전지를 연결한 모듈, 발전 전력 저장과 제어용 주변장치 등이 태양광 분야에 포함됨. 태양전지는 빛 에너지를 전기 에너지로 직접 변환하는 소자임. 관련 전방산업으로 태 양전지 제조에 필요한 소재/원료/부품 산업과 태양전지 제조공정 설비산업이 있음. 태양전지의 후방산업은 태양전지 모듈 및 발전 시스템에 관련한 장비/시스템 응용 관 련 산업으로 정의할 수 있음. 태양전지는 결정형, 박막형 태양전지로 분류할 수 있음. [태양전지의 분류] 결정형 태양전지는 주로 실리콘(Si)을 사용하는 태양전지로서 원재료가 되는 실리콘 웨 이퍼의 제조방식이 단결정 실리콘인 경우 FZ형, CZ형, 구형, Bridgeman형으로 구분되 며, 다결정 실리콘인 경우는 Cast형, HEM형, ZMR형, 리본형, 삼결정형으로 구분됨

전력 저장과 제어용 주변장치 등이 태양광 분야에 포함됨. 태양전지는 빛 에너지를 전기 에너지로 직접 변환하는 소자임. 관련 전방산업으로 태 양전지 제조에 필요한 소재/원료/부품 산업과 태양전지 제조공정 설비산업이 있음.

7 에너지변환저장 - 태양전지 태양광 박막형 태양전지는 웨이퍼를 사용하지 않는 thin film 태양전지로서 실리콘 박막, CdTe 박막, Si:Ge 박막, 화합물 III-V(GaAs) 박막, CIGS 박막, 염료감응형 박막, 유기 박막 태양전지 등이 모두 포함됨. 태양전지 제조에 필요한 소재에는 활성층 재료, 전극층 재료, 반사방지막, 절연막 재료, 밀봉용 수지 등이 있으며, 부품, 생산공정 설비와 주변 장치 관련 산업도 전체 산업경 쟁력 강화를 위해 필수적이므로 대상 범위에 포함됨. 나. 주요 제품(또는 공정 서비스) - 현재는 결정형 실리콘(Si) 태양전지가 시장을 주도하고 있으며, 박막형 Si, CdTe, CIGS 태양전지 등은 상 품화 완료된 상태이고, 염료감응형 태양전지와 유기 태양전지의 경우는 아직 연구 개발 수준에 있어 상품 화가 미완성된 상태임. - 전략분야에 해당하는 주요 제품은 태양전지 및 이를 이용한 발전시스템을 구성하는 소재/재료, 모듈 및 부품, 주변장치 등으로 구성됨. - 결정질 실리콘 태양전지의 경우, 대기업의 시장 주도가 예상됨. 그러나 다양한 태양전지를 제조하고 발전 시스템화하기 위한 소재/재료, 모듈 및 부품, 주변장치, 공정장비 등은 중소기업에 의한 기술개발이 필요 한 영역임. 현재 태양광산업을 이끌고 있는 것은 결정형(단결정, 다결정) 실리콘 기반 태양전지 제 품임. 주요제품 분류는 대분야, 중분야, 세부 제품 분야로 구분함. [주요제품 분류표 (결정형 실리콘 태양전지)] 대분류 중분류 소재/부품 세부 제품 또는 기술 장비 원료/기판 가스, 부품, 폴리실리콘, 잉곳, 웨이퍼 폴리실리콘 제조장비, 라인, 반응로, 분석장비 등 결 정 형 단결정 태양전지 다결정 모듈/BOS 초고효율, 금속 페이스트, 집광형, 실리콘 박형 태양전지 등 저가형 다결정 실리콘 태양전지(SE, PERL, PERC, BCSC, SP cell) 태양전지 모듈, 금속 배선 재료, EVA, Back Sheet, 2차전지, 유리, 프레임 재 료 Furnace, PECVD, 인쇄기, 텍스쳐, RIE, 레이저, 건조로, 자동화 이송설비, 분석설비 등 Array 장비, 배선 장비, 봉지 장비 등 PV System Roof-top, BIPV, 인버터, PCS, Junction Box 등 다양한 시스템 제품 태양광 모듈 세정, 모니터링, 융복합 시스템 등 III-V, II-VI 화합물 태양전지 : 원소주기율표 상의 3족과 5족 화합물인 GaAs, InP 기반 태양전지와 2족과 6족 화합물 조합인 CdS, CdTe 등을 재료로 한 태양전지 기술은 아 직 국내 양산을 못하고 있는 실정임

주요 제품(또는 공정 서비스) - 현재는 결정형 실리콘(Si) 태양전지가 시장을 주도하고 있으며, 박막형 Si, CdTe, CIGS 태양전지 등은 상 품화 완료된 상태이고, 염료감응형 태양전지와 유기 태양전지의 경우는 아직 연구 개발 수준에 있어 상품 화가 미완성된 상태임.

8 전략분야 CIGS(CuInGaSe) 박막 태양전지와 비정질 실리콘 박막 태양전지의 경우는 현재 시험 생산 또는 양산 준비 중으로서, 중견 및 중소기업의 소재, 부품, BOS, PCS, System, 설 비 등에 대한 상용화 개발이 필요한 실정임. 염료감응형 태양전지(DSSC)와 유기 태양전지(OPV)는 아직까지 세계적으로 상업적인 태양광 발전에 활용되지 못하고 있기 때문에, DSSC 및 OPV 전용 BOS, PCS, System 의 실제 수요는 없는 실정임. 따라서 중소기업의 연구소 벤처 중심 연구개발이 필요한 상황임. 향후 DSSC의 상용화 개시에 따라 중소기업의 관련 소재, 부품, 설비 등에 대 한 상품화 참여도 곧 전개될 수 있을 것으로 전망됨. [주요제품 분류표 (박막형 태양전지)] 대분류 중분류 소재/부품 세부 제품 또는 기술 장비 실 리 콘 원료/기판 소자/공정/모듈 실리콘 박막 태양전지용 유리, 플라스틱, 철강 기판, 고순도 실란, 수소 가스, TCO 소재 등 대면적 박막 실리콘 태양전지 및 모듈 (Superstrate, Substrate, Flexible) 원료 제조 반응로, 박막 제조 장비 등 다층 고효율 실리콘 박막 태양전지 모듈 관련 제조 설비 등 박 막 형 III-V, II-VI BOS/PCS/ System 태양전지 모듈, 금속 재료, EVA, 유리, PCS, BIPV, 이차전지 등 제조 및 건설 관련 설비 등 원료/기판 유리, Mo, TCO, 전극금속, CIGS 원료 등 원료 제조 반응로, 박막 제조 장비 등 소자/공정 모듈/장비 대면적 박막 CIGS 태양전지 및 모듈 (Superstrate, Substrate, Flexible) CIGS 박막 태양전지 및 모듈화 공정 장 비 등 DSSC OPV 원료/소자/공정 모듈/장비 원료/소자/공정 모듈/장비 원천 소재/기술 연구 개발 중, 상품화 개발 착수 중 원천 소재/기술 연구 개발 중 2. 산업현황분석 - 시장 경쟁력 확보를 위한 고효율화, 저가격화 노력에 집중하고 있으며, 정부의 일관성 있는 지원제도 추 진 및 수출 주력 제품 개발이 필요함. - 현재 결정질 실리콘 태양전지가 태양광 발전 산업을 주도하고 있으나, 향후 박막 태양전지의 시장 비중이 증가할 것으로 예상되며, 화학 및 디스플레이 사업에 참여하던 대기업을 중심으로 사업화를 검토 중임

향후 DSSC의 상용화 개시에 따라 중소기업의 관련 소재, 부품, 설비 등에 대 한 상품화 참여도 곧 전개될 수 있을 것으로 전망됨.

9 에너지변환저장 - 태양전지 태양광 가. 환경분석 (1) 정치(Political) 산업통상자원부(이후, 산업부/ 舊 지식경제부)에 따르면 2008~2010년 3년간 국내 30대 기업의 신재생에너지에 대한 투자 규모는 5.9조원이고, 이중 5.1조원이 태양광산업에 투자됨. - 풍력(4,547억원), CTL GTL(1,930억원) 등도 투자 증가세에 있음(제8차 녹색성장보고대 회, ). 정부에서는 2008년 12월 수립한 제3차 신 재생에너지기본계획 에서 태양광을 통한 발 전비율을 2010년 1.8%, 2015년 2.7%, 2020년 3.2%, 2030년 4.1%까지 증가시키는 목표를 제시한 바 있음. - 현재 제4차 신 재생에너지기본계획 이 수립 중으로 3차 기본계획보다 태양광의 비중 을 확대할 예정임(태양광 비중을 기존 `30년(3차)에서 `35년(4차)까지 확대 예정). 에너지 수입의존도가 97%에 이르는 한국의 경우, 신재생에너지에 의한 전력 공급비중 을 점차 증대시키는 것만이 에너지 독립국가, 저탄소 에너지 사회를 구현하기 위한 방 법이며, 그중에서 강력한 대안 중의 하나가 태양광 발전임. 촉진 요인 정부는 반도체, 디스플레이 산업에 이은 차세대 신성장 동력으로 태양광 산업 육성에 대한 의지가 확고함. `11년 12월 말로 발전차액제도(FIT, Feed In Tariff)가 종료되었지만, `12년부터 RPS(Renewable Portfolio Standards)가 실시되면서 대형 발전소(Utylity, 1MW급 이상) 를 설립하기 위한 프로젝트가 지속적으로 추진됨 - `12년 태양광발전 설치량을 200MW로 시작하여 매년 20MW씩 증설할 계획이며 향후 5년간 1.2GW를 설치하는 사업이 추진될 계획임. 저해 요인 국내 시장만 고려하면 시장규모가 작아 투자대비 경제성 확보가 어려우며, 세계시장을 대상으로 할 경우, 신재생에너지 사업은 각국 정부정책에 크게 좌우되는 특성으로 인 해 시장예측의 불확실성이 높음. 2012년 현재 국내 태양광모듈 생산 설비 규모가 약 3 GW에 이르기 때문에 최소한 국내에서 30% 내외의 시장을 형성하기 위해서는 RPS 등 - 6 -

- 현재 제4차 신 재생에너지기본계획 이 수립 중으로 3차 기본계획보다 태양광의 비중 을 확대할 예정임(태양광 비중을 기존 `30년(3차)에서 `35년(4차)까지 확대 예정).

10 전략분야 각종 지원 제도를 통해 단계적으로 2015년까지 1 GW/년 (1조원/년) 이상의 내수시장 규모를 형성할 필요가 있음. (2) 경제(Economical) 현재의 태양광발전은 발전단가가 기존 에너지원보다 고가임. 차세대 태양전지의 비전 은 기술개발을 통해 초고효율(효율 23% 이상), 초저원가(달러0.5/Wp 이하) 태양전지 상용화에 있으며, 이를 위해 관련된 업체에 대한 지속적인 지원이 필요함. 태양광발전의 발전단가가 기존 에너지원과 비교하여 경쟁력을 확보하는 그리드 패리티 (Grid Parity) 도달은 국가별로 그 시점에 있어 차이를 보임. 한국의 경우 태양광발전 시스템 설치 단가가 약 달러1/Wp를 하회하는 2020년 전후가 될 것으로 예상됨. - `11년 이후 폴리실리콘 가격이 급락함에 따라 모듈 및 태양광발전 시스템 설치단가가 하락하면서 전력가격이 높은 국가(독일, 이태리, 네덜란드, 스페인 등)에서 그리드 패 리티가 달성되고 있지만, 상대적으로 전력가격이 낮은 국내 태양광발전의 그리드 패리 티 시기는 `20년 전후가 될 것으로 예상됨. 태양광 시장이 공급자 중심에서 수요자 중심으로 변환됨에 따라, 태양광 응용분야별로 수요자의 욕구가 다양화, 고급화 되고 있는 추세에 있으며, 세계 태양광 설치 시장은 2010년 17.5 GW에서 2011년 27 GW, 2012년 28.3 GW, 2013년 30.5~36.9GW로 지속적 인 성장할 전망임(2013, SNE Research, Jan.). - 향후 중대형 태양광 발전 프로젝트가 전개될 전망임. 촉진 요인 세계적으로 태양광 설치 시장의 지속적인 성장세가 전망되며, 국내외적인 대규모 투자 및 활발한 기업합병이 이를 뒷받침하고 있음. 후쿠시마 원전사고 이후, 일본은 대규모 및 중소형 태양광 발전시스템 프로젝트가 개 발되고 있으며, 미국은 매년 3GW급 이상 신규 발전시장이 형성되고 있음. 또한, 전력 계통이 불안한 중국, 인도 및 동남아시아 등을 중심으로 분산전원용 태양광 발전시스템 수요가 확대되고 있음 저해 요인 태양광발전분야의 대규모 투자와 함께 초고속으로 시장이 확대됨에 따라, 제품가격 하 락률 경쟁이 극심하여, 기술우위 및 투자여력을 확보한 메이저 기업이 세계시장을 지 - 7 -

- `11년 이후 폴리실리콘 가격이 급락함에 따라 모듈 및 태양광발전 시스템 설치단가가 하락하면서 전력가격이 높은 국가(독일, 이태리, 네덜란드, 스페인 등)에서 그리드 패 리티가 달성되고 있지만, 상대적으로 전력가격이 낮은 국내 태양광발전의 그리드 패리 티 시기는 `20년 전후가 될 것으로 예상됨.

11 에너지변환저장 - 태양전지 태양광 배하는 상황임 년 기준 태양광 상위 10개 업체가 전체 시장의 50% 이상 점유 : 상위 순서로 잉 리솔라(중), 퍼스트솔라(미), 썬테크(중), 트리나솔라(중), 캐나디안솔라(중), Sharp(일), 진코솔라(중국), JA솔라(중), 썬파워(미), 한화솔라원(한국) (2013, Solarbuzz); 2013년 2Q 현재 상위 20개 업체가 전체 시장의 66% 이상을 점유 중이며, 이는 2013년 1Q의 70% 에서 하락한 것임. (3) 사회(Social) 고유가에 따른 대책, 저탄소화 노력의 일환으로 정부가 추진하고 있는 신재생에너지 계획 및 발전 비중 증대 시책에 따라 태양광산업은 지속적인 성장이 예상됨. 태양광 발전은 온실가스인 이산화탄소 저감효과가 석유에 의한 화력발전과 비교할 경 우, 단위 전력량(1 kwh) 생산당 689g으로 매우 큼. 이는 1 kwh당 0.277리터의 석유 사용 시 발생하는 온실가스 저감효과에 해당함. 정부의 온실가스 감축 목표(2020년 배출전망치의 30% 감축) 달성을 위해 온실가스 저 감 효과가 큰 태양광 발전 비중을 적극적으로 향상시킬 필요가 있음. 이는 향후 신재 생에너지 의무할당제 등을 통해 시행될 예정임. 촉진 요인 태양광 발전 산업은 고유가 환경 도래, 세계적인 친환경 지속가능 성장 기조 등으로 시장전망이 매우 밝음. 후쿠시마 원전 사태 이후 태양광발전에 대해 우호적인 시각이 증대됨. 대기업 및 해외 우수기업의 국내투자 및 인수합병 확대에 따라 국내 태양광 발전 시장 확대가 기대됨. 저해 요인 신재생에너지 보급 확대 및 보조금 지원제도로서 시행되었던 발전차액지원제도(FIT, Feed-In-Tariff)는 2011년 말에 종료되었고, 2012년부터 신재생에너지 의무공급제(RPS, Renewable Portfolio Standards)로 전환시행 되고 있음. 보조금 증대 및 제도 변경으로 인한 사업상 리스크 완화 등이 요구되고 있음. 2008년 이후 정부의 발전차액 보조금 규모가 축소되어 내수 시장이 위축된 바 있으며, - 8 -

66% 이상을 점유 중이며, 이는 2013년 1Q의 70% 에서 하락한 것임. (3) 사회(Social) 고유가에 따른 대책, 저탄소화 노력의 일환으로 정부가 추진하고 있는 신재생에너지 계획 및 발전 비중 증대 시책에 따라 태양광산업은 지속적인 성장이 예상됨.

12 전략분야 이는 태양광 산업을 활성화하여 수출 산업화하고자 하는 정부의 시책과는 상응하지 않 는 측면이 있음. 신재생에너지 산업은 자체 경쟁력 확보 시점까지 정부의 인센티브 제공이 꼭 필요하므 로 이를 활성화하기 위한 정책의 일관성 유지가 요구됨. (3) 기술(Technological) 태양전지 제조 공정은 반도체 제조공정과 유사하며, 광전환 효율 증대, 저가화 등 기존 의 반도체 LCD 기술과는 다소 다른 기술적 목표 및 노하우가 존재함. 태양전지 제조공정은 반도체 제조 공정과 유사하지만, 기존의 기술과 차별화되는 고효 율, 저가화하기 위한 개발 목표가 있음. 결정형 및 박막형 태양전지 및 발전 시스템의 원료/소재, 소자/공정, 모듈, 시스템, 설 비/장비 등 모든 부분에 있어서 핵심 요소기술 개발이 필수적임. 촉진 요인 한국은 반도체, 디스플레이 분야에서 세계 1등 기술을 보유하고 있으므로 태양전지 기 술에서도 우위 확보가 가능함. 핵심기술 개발과 더불어 상용화 기술이 함께 연동된 중견, 중소기업 기술 경쟁력 강화 를 통해 세계 태양전지 분야 품질/가격 경쟁력 1등 기술 보유 국가로 전환할 수 있으 므로, 기술우위 중소기업 육성 추진 및 기술개발 지원이 요구됨. 생산기술의 진보로 낮아진 태양전지 제조원가는 수출경쟁력을 바탕으로 시장을 확대하 고 산업을 촉진하는 요소로 작용함. 저해 요인 독일, 미국, 중국, 일본 등 선진기업의 지속적인 기술개발에 따라 국내기업들과의 기술 력 격차가 점차 심화되고 있음. 태양전지는 반도체, 디스플레이 산업과 유사하게 생산 규모의 경제가 단가하락에 영향 을 미치며, 중국의 태양전지 생산용량 급증으로 기술 및 가격 경쟁이 심화되고 있음

결정형 및 박막형 태양전지 및 발전 시스템의 원료/소재, 소자/공정, 모듈, 시스템, 설 비/장비 등 모든 부분에 있어서 핵심 요소기술 개발이 필수적임. 촉진 요인 한국은 반도체, 디스플레이 분야에서 세계 1등 기술을 보유하고 있으므로 태양전지 기 술에서도 우위 확보가 가능함.

13 에너지변환저장 - 태양전지 태양광 태양전지 분야에 있어서 세계 1등 기술을 보유하고 있지 못하며, 생산 공정 장비, 부 품 소재 관련 국산화 기반이 취약함. [태양전지 분야의 PEST 분석] 구분 주요이슈 단기(3년이내) 중장기(4년이상) 비고 정치 (P) 촉진 -RPS 사업 확대 - 신성장동력산업으로 육 성 상 중 하 상 중 하 - 국내 태양광 GW급 시장 확대 저해 - 정부정책 의존 상 중 하 상 중 하 - 민간시장 확대 경제 (E) 촉진 저해 - 중대형 태양광발전 프 로젝트 시장 활발 - 분산전원용 발전시스템 수요 확대 - 가격경쟁력 심화 - 메이저 기업의 시장 지배력 우위 상 중 하 상 중 하 - 해외 태양광발전 프로젝 트 참여 - 신흥시장 참여 상 중 하 상 중 하 - China Risk 극복 사회 (S) 촉진 저해 - 원전사고 이후 태양광 시각 변화 - 태양광 투자 및 기업 간 M&A 확대 -FIT 제도 폐지 - 소규모발전사업자 사업 축소 상 중하 상 중 하 상 중 하 상 중 하 - 해외 태양광발전 프로젝 트 참여 - 기술력 있는 기업 M&A - 소규모 발전사업자 우대 방안 검토 기술 (T) 촉진 저해 - 태양전지 기반 기술 우위 확보 - 주요 기술 확보를 통 한 기술경쟁력 확보 - 선진국과의 기술 격차 - 단가하락에 따른 가격 경쟁력 심화 상 중 하 상 중 하 - Bottle Neck 기술 개발 상 중 하 상 중 하 - 원천기술 확보 - 원가 절감을 위한 공정 개발 구분 촉진요인 저해요인 수요 환경 - 정부의 태양광 산업 육성 의지 - 전 세계적 시장 및 투자 확대 - 친환경 지속가능 성장 기조 - 대기업의 투자 및 수출 주력 산업화 인식 - 국내 시장의 시장 불확실성 - 정부의 일관성 있는 지원제도 추진 미흡 및 이로 인한 사업 리스크 기술 - 반도체, 디스플레이 등 유사산업 세계 1등 기술력 - 선진기업과의 가격경쟁/기술격차 심화 - 시장 경쟁력 확보를 위한 고효율화, 저가격화 노력 집중 - 정부의 일관성 있는 지원제도 추진 및 수출 주력 제품 개발 필요 - 유사산업 우수 기술력의 적용, 세계 1등 경쟁력 확보

발전시스템 수요 확대 - 가격경쟁력 심화 - 메이저 기업의 시장 지배력 우위 상 중 하 상 중 하 - 해외 태양광발전 프로젝 트 참여 - 신흥시장 참여 상 중 하 상 중 하 - China Risk 극복 사회 (S) 촉진 저해 - 원전사고 이후 태양광 시각 변화 - 태양광 투자 및 기업 간 M&A 확대 -FIT 제도 폐지 - 소규모발전사업자 사업 축소 상

14 전략분야 나. 산업특징 및 구조 (1) 산업의 특성 태양전지 원료인 폴리실리콘 소재는 전 세계적으로 10개사 이내의 메이저 회사들이 독 점적으로 공급하고 있어 원료 공급자의 교섭력이 강하나 현재로서 공급 초과 상태이므 로 원료 확보에 문제는 없음. 고효율 저가형 태양전지 및 발전시스템 산업은 기술집약적인 산업에 해당되며, 특히 태양전지 모듈과 주변장치, 설비 및 장비가 중소기업 주도의 산업 특성이 강함. 태양전지 및 태양광 발전 분야를 구성하고 있는 산업은 1 폴리실리콘 소재, 웨이퍼, 금속 소재, 공정 가스, 케미컬 재료 등 소재 관련 전방산업, 2 태양전지 제조 공정, 검 사, 자동화 설비, 분석, 검사 장비 등 태양전지 제조와 관련된 산업, 3 전력제어 시스 템(PCS), 전력저장용 배터리, 시스템 설치 가대와 접지 시스템 모니터링 및 건설 산업 등 태양전지 후방산업으로 구분이 가능함. [태양전지 중심의 전후방 산업 구조] 태양광산업의 발전은 국내 반도체, 디스플레이 기반 산업과 유사한 특성의 제조 산업 에 더해, 발전을 위한 건축, 중공업 산업과 금속, 화학, 소재 등 관련 산업이 융복합적 으로 경쟁력을 가지고 있어야 대외 기술 우위를 점할 수 있는 산업임. (2) 산업구조 태양전지 및 태양광 발전 산업은 소재/재료 부분과 소자 공정 설비, 부품, 주변장치 부 분 등으로 구성되어 있음. 소재/재료 부분의 경우, 태양전지 제조뿐 아니라 모듈을 위한 재료도 의미함. 관련 소 재/재료의 기술력은 태양광 발전시스템 전체의 에너지 변환 효율에 밀접한 관계가 있 으며, 이의 국산화는 발전단가 하락에 중대한 영향을 미침

태양전지 및 태양광 발전 분야를 구성하고 있는 산업은 1 폴리실리콘 소재, 웨이퍼, 금속 소재, 공정 가스, 케미컬 재료 등 소재 관련 전방산업, 2 태양전지 제조 공정, 검 사, 자동화 설비, 분석, 검사 장비 등 태양전지 제조와 관련된 산업, 3 전력제어 시스 템(PCS), 전력저장용 배터리, 시스템 설치 가대와 접지 시스템 모니터링 및 건설 산업 등

15 에너지변환저장 - 태양전지 태양광 원료소재는 대기업인 OCI를 중심으로 폴리실리콘 소재를 생산(`14년 이후 한화케미칼 생산 예정)하고 있으며, 웨이퍼(단결정 및 다결정)의 경우 넥솔론, 웅진에너지 등이 중 점적으로 생산하고 있음. 한편, 금속 소재, 공정 가스, 화학 소재 등은 제품 스펙의 다 양성 때문에 중소기업의 참여도가 높음. 웨이퍼, 금속 소재, 태양전지 공정 설비, 모듈 분야에는 견실한 중소기업들이 주를 이 루고 있으며, 중소기업들의 기술개발 진보에 따라 대기업의 참여가 기대되고 있음. - 현재 결정형 실리콘 태양전지 산업에 참여하고 있는 주요 중소기업의 수는 약 200여 업체에 달하고 있으며, 기술집약형 기업과 노동집약형 기업이 공존하고 있음. 결정질 실리콘 태양전지가 태양전지 및 태양광 발전 산업을 주도하고 있음. - 중소기업들은 소재산업과 관련된 웨이퍼, 금속 소재, 공정 가스, 화학 소재의 전방산업 과, 공정장비 등 전지제조 산업, 그리고 전력제어 시스템(PCS), 시스템 설치 가대와 접 지 시스템 모니터링 및 건설 산업 등 태양전지 후방산업에 참여하고 있음. [결정형 실리콘 태양전지 공급망 구성요소 및 주요업체] 잉곳, 웨이퍼 결정질 실리콘태양전지 태양전지모듈 전력변환장치, BOS 태양광시스템 주요내용(설명) 실리콘 웨이퍼 광전소자, 셀 셀의 배열, 전극배선 인버터, 교류화 발전, 구조물 등 대기업 넥솔론, 웅진에너지 LG전자, 현대중공업, STX솔라 현대중공업, LG전자, LS산전, STX솔라 KCC, LS산전 LS산전, LG CNS, 한화큐셀, OCI솔라파워 주요 업체 중소 기업 글로실, 오성LST, SKC솔믹스, 나라테크, 네오세미테크, 렉서, 퀼리플로 신성솔라에너지 S-에너지, 솔라테크, 이건창호, 해성쏠라, ETA솔라 금비전자, 다스테크, 엘스콤, 윌링스, 이화전기, 한양정공, 헥스파워 KC코트렐, KD파워 이건창호, S-에너지, 해성쏠라, 렉스파워 박막 실리콘 태양전지는 산업화 진입을 추진 중임. 주로 화학 및 디스플레이 산업에 참여하던 대기업을 중심으로 사업화를 검토 중이며, 중소기업들은 주로 증착 장비 (Sputter, Co-evaporator 등) 및 부품 소재(전극소재 등)에 집중되어 있음. 박막 CIGS 태양전지는 산업화 진입을 추진 중임. 중소기업들은 주로 증착 장비에 집중 되어 있으며, 원료/소재 산업과 태양전지 전방산업은 역시 박막 실리콘 태양전지 산업 과 유사함. - 박막 CIGS 태양전지 분야에 참여하고 있는 중소기업의 수는 약 10여 업체 이하이며, 산업화의 중심으로 등장하기 위해서는 보다 많은 연구 개발이 필요함. - 염료감응형 태양전지(DSSC)와 유기 태양전지(OPV) 기술은 아직 시생산 또는 연구개발

결정질 실리콘 태양전지가 태양전지 및 태양광 발전 산업을 주도하고 있음. - 중소기업들은 소재산업과 관련된 웨이퍼, 금속 소재, 공정 가스, 화학 소재의 전방산업 과, 공정장비 등 전지제조 산업, 그리고 전력제어 시스템(PCS), 시스템 설치 가대와 접 지 시스템 모니터링 및 건설 산업 등 태양전지 후방산업에 참여하고 있음.

16 전략분야 중인 기술로 세계적으로 태양광 발전 산업에 활용되지 못하고 있음. 따라서 DSSC, OPV 전용의 BOS, PCS, 시스템 개발은 진행되지 않고 있으며, 이와 관련된 발전 시스템 관련 부품/소재를 중소기업이 사업화하기에는 시간이 보다 소요될 것으로 예상됨. 단, DSSC 분야는 최근 BIPV에 대한 관심 및 시장확대 추세에 따라 상용화를 추진하고 있는 주요 기업들이 생겨나고 있어서 관련 중소기업의 상품화 개발도 이어질 것으로 전망됨. [박막형 태양전지 공급망 구성요소 및 주요업체] 품목 실리콘 박막 태양전지 전력변환장치, BOS 설명 광전모듈, 전극배선 인버터, 교류화 주요업체 썸텍, 이엔이시스템, 주성ENG, TES, 원익 IPS, LG전자, TG솔라 금비전자, 세방전지, 엘스콤, 이화전기, 헥 스파워 품목 CIGS 박막 태양전지 모듈 전력변환장치, BOS 설명 광전모듈, 전극배선 인버터, 교류화 주요업체 삼성SDI, LG이노텍, 금호전기, SK이노베이션, 대양금속, 아바코, SNU 엘스콤, 웰링스, 헥스파워 Precision 3. 시장분석 - 태양전지 태양광 발전 시장은 2010년 118% 성장하였으며, 향후에도 연평균 10~20% 수준의 성장세를 지 속할 것으로 전망됨. - 저가화, 고효율화의 무한경쟁 속에서 전 세계 시장점유율 1위업체가 수년 동안 일본, 독일, 미국, 중국 등 으로 바뀌어 오고 있음. 또한 중국 업체의 시장지배가 돋보이는 등 시장은 빠르게 변화하는 양상을 보이 고 있음. - 국내에는 태양전지 제조를 위한 부품, 소재 또는 제조 설비 등을 취급하는 수백여 개의 중소기업이 시장 에 참여하고 있음. 가. 시장현황 및 전망 SNE Research 2012 보고서에 의하면, 세계 태양광 시장은 2006년(1.5 GW)부터 2010년 (17.5 GW)까지 연평균 CAGR 73%의 고속성장을 이루었으며, 2011년에는 23.2 GW로 확대됨. 향후 2015년까지 연평균 성장률 9~21%대로 전망됨. 단결정 실리콘(c-Si)과 다결정 실리콘(mc-Si) 태양전지인 결정질 실리콘 태양전지는, 2011년을 기준으로 할 때, 세계 태양전지 시장의 86.9%를 점유하고 있으며, 박막형 태 양전지는 약 13.1%의 점유율을 보이고 있음. - 박막형 태양전지는 CdTe 박막 태양전지, 비정질 실리콘 박막 태양전지, CIGS 박막 태 양전지의 순으로 시장 점유율을 보이고 있으며, 아직까지 염료감응형 태양전지와 유기 태양전지는 시장점유율이 미미한 실정임

[박막형 태양전지 공급망 구성요소 및 주요업체] 품목 실리콘 박막 태양전지 전력변환장치, BOS 설명 광전모듈, 전극배선 인버터, 교류화 주요업체 썸텍, 이엔이시스템, 주성ENG, TES, 원익 IPS, LG전자, TG솔라 금비전자, 세방전지, 엘스콤, 이화전기, 헥 스파워 품목 CIGS 박막 태양전지 모듈 전력변환장치, BOS 설명 광전모듈, 전극배선

17 에너지변환저장 - 태양전지 태양광 자료 : SNE Research Feb., [세계 태양광 시장 전망] 향후 박막 Si 태양전지, CdTe 및 CIGS 등 박막형 화합물 태양전지의 시장점유율은 지 속적으로 증가할 것으로 예상됨 (2015년 박막태양전지 총 17.2% 점유 예상). - 연평균 CAGR 기준으로 2015년까지 박막 Si 태양전지 31.1%, CIGS 박막 54.0%, CdTe 박막 20.8%로서, 향후 CIGS 박막 태양전지의 성장세가 가장 돋보일 것으로 전망됨. - 염료감응형과 유기 태양전지는 2012년부터 소규모로 시장에 진입하기 시작하였음. 국내시장 규모는 2009년 1.2조원에서 연평균 30%의 수준의 급격한 성장률을 보이며 성 장하여 2011년에 2.0조원, 2015년에 4.6조원에 달할 것으로 추정됨. 자료 : SNE Research June, [태양전지 유형별 세계시장 점유율]

- 연평균 CAGR 기준으로 2015년까지 박막 Si 태양전지 31.1%, CIGS 박막 54.0%, CdTe 박막 20.8%로서, 향후 CIGS 박막 태양전지의 성장세가 가장 돋보일 것으로 전망됨.

18 전략분야 [박막 태양전지 종류별 생산량 및 점유율] (단위: MW, %) 구분 종류 단위 F 2013F 2014F 2015F a-si 생산량 , , , , , ,943.2 a-si 점유율 CIGS 생산량 , , , ,193.5 CIGS 점유율 CdTe 생산량 , , , , , , ,545.5 CdTe 점유율 Thin Film DSSC 생산량 DSSC 점유율 OPV 생산량 OPV 점유율 Thin Film Thin Film Thin Film 생산량 , , , , , , ,932.0 점유율 성장률 자료 : SNE Research June, 자료 : SNE Research June, [박막 태양전지 종류별 생산량 전망]

4 1,852.5 1,492.0 1,911.5 2,545.5 CdTe 점유율 2.2 4.8 6.4 9.0 5.1 6.3 4.9 3.3 3.6 4.0 Thin Film DSSC 생산량 0.0 0.0 0.1 0.5 1.0 4.2 16.9 38.4 82.9 174.5 DSSC 점유율 0.00 0.00 0.00 0.00 0.004 0.01 0.04 0.08 0.

19 에너지변환저장 - 태양전지 태양광 구분 해외 시장 국내 시장 소재 결정형 태양전지 박막형 태양전지 소재 결정형 태양전지 박막형 태양전지 [태양전지분야 주요 제품별 시장현황 및 전망] 년도 시장규모 (단위: 억원) 성장률(%) (2012~2016) 웨이퍼 215, , ,080 36,960 48, 공정소재 124, , , , , 단결정 431, , , , , 다결정 507, , , ,600 1,256, 비정질 49,500 55,000 62,700 70,400 84, CIGS 27,720 29,040 31,020 33,000 36, 유기 4,676 7,622 12,424 20,600 33, 모듈/소재 93, , , , , 공정설비(장비) 168, , , , , 전력변환장치/시스템 107, , , , , 합계 1,730,056 2,067,982 2,401,544 2,738,480 3,242, 웨이퍼 5,940 7,480 9,900 12,320 17, 공정소재 3,564 4,488 5,940 7,392 10, 단결정 10,208 11,616 13,728 15,840 19, 다결정 13,365 16,830 22,275 27,720 38, 비정질 1,155 1,210 1,287 1,364 1, CIGS 유기 모듈/소재 1,989 2,218 2,517 2,816 3, 공정설비(장비) 3,729 4,158 4,719 5,280 6, 전력변환장치/시스템 2,486 2,772 3,146 3,520 4, 합계 43,139 51,514 64,301 77,087 94, 자료 : 1. Photon International April, SOLAR ANNUAL, 2009 Total Eclipse, Photon Consulting, June, 신재생에너지 R&D 전략 2030, 에너지관리공단, 북스힐 태양광사업 기술, 시장의 실태와 전망 2009 산업교육연구소 EPIA Solar Generation IV-2007, Reported by Solar Buzz LLC. 나. 무역현황 태양전지 태양광 주요 수출입 품목은 광전도셀과 광전지 등이 있음. 신재생에너지에 대한 관심이 전세계적으로 증가하면서 최근 들어 교역량이 크게 증가하고 있는데, 광전 지의 경우 2000년대까지는 수입액이 수출액보다 컸으나 2010년부터 수출이 수입을 크게 앞서고 있음

CIGS 27,720 29,040 31,020 33,000 36,300 10 유기 4,676 7,622 12,424 20,600 33,578 63 모듈/소재 93,280 116,160 158,400 200,640 280,896 40 공정설비(장비) 168,300 204,600 257,400 310,200 418,770 35 전력변환장치/시스템

20 전략분야 [태양전지 태양광 전략분야 품목별 수출현황] (단위: 천달러) 품목 구분 수출현황 , ,207 광전도셀 수입현황 1,776 4,307 10,608 9,970 19,908 22,349 39,940 무역특화지수 수출현황 110, , , ,996 1,872,947 1,360, ,026 광전지 수입현황 204, ,107 1,082, , , , ,232 무역특화지수 * 무역특화지수 = (상품의 총수출액 - 총수입액) / (총수출액 + 총수입액) 다. 글로벌 수출입 유망품목 2012년 글로벌 수출입 유망품목은 국내외 수출입 규모와 성장률, 관세율, 특허출원동향 을 바탕으로 품목 경쟁력, 품목 유망성, 시장성, 기술성, 중소기업 적합성 등을 분석하 여 도출됨. 태양전지 태양광분야에서는 태양전지 및 그 부분품이 수출 유망품목으로 도출됨. 라. 업체동향 2009년에는 상위 10개 업체가 생산량의 46%에 해당하는 5.6 GW를 생산하였고, 2010년 에는 썬테크(중)가 First Solar(미)를 제치고 1위를 차지하였으며, 2011년에는 상위 10개 업체가 생산량의 60.0%를 점유하였음. 하지만 `11년 이후 지속된 태양광 가격하락에 따 라 썬테크(중)가 `13년 1분기에 파산하면서 태양광 산업이 구조 조정되고 있는 상황임. - 태양광 상위 10개 업체에 중국계 회사는 JA솔라(중), 트리나솔라(중), 잉리솔라(중), 캐 나디안솔라(중), 진코솔라(중) 등으로 중국 업체의 상승세가 유지되고 있음. 자료 : SNE Research June, [결정형 실리콘 태양전지 세계 시장 점유율(상위 10위)]

537 * 무역특화지수 = (상품의 총수출액 - 총수입액) / (총수출액 + 총수입액) 다. 글로벌 수출입 유망품목 2012년 글로벌 수출입 유망품목은 국내외 수출입 규모와 성장률, 관세율, 특허출원동향 을 바탕으로 품목 경쟁력, 품목 유망성, 시장성, 기술성, 중소기업 적합성 등을 분석하 여 도출됨.

21 에너지변환저장 - 태양전지 태양광 태양전지 생산업체는 크게 중국, 일본, 미국, 독일, EU, 아시아 국가 등으로 분류되며, 2011년 아시아 국가의 생산용량은 세계 생산용량의 80%를 초과하고 있음. 2000년부터 2006년까지 일본은 세계에서 상위 10위권에 위치한 회사를 4개(산요, 샤프, 교세라, 미쯔비씨)나 가지고 있었으나, 2007년부터 독일, 중국, 미국, 심지어는 대만보다 도 시장에서 뒤지는 모습을 보이고 있음. 2010년에는 쿄세라가 10위권 이내에 진입하 여 일본은 샤프와 함께 2개의 회사가 10위권 이내를 유지함. 그러나 2011년에는 다시 일본 기업들이 10위권 밖으로 밀려남. 2007년과 2008년에 세계 1위를 차지한 독일의 큐셀은 최근 전개된 태양광산업의 공급과잉과 유럽발 경제위기의 영향을 받아 2012년 에 파산신고 하였고 이후 한화케미칼에 흡수되어 한화큐셀로 사명을 바꾸는 등 태양광 시장은 격동기를 맞고 있음. 현재 세계 메이저 제조사의 생산규모는 2 GW p 급을 상회하여 세계적인 연간 생산량은 54 GW p 를 상회할 것으로 전망됨(중국을 중심으로 규모의 경제를 수립하기 위해서 GW급 생산 Capa.가 필요함). 박막 태양전지 시장은 시장 점유율 15%를 상회하는 First Solar의 독주 체제가 이어지 고 있는 가운데, Solar Frontier( 日, 舊 Showa-Shell)가 CIGS(CIS 포함) 박막 태양전지를 주도하면서 `12년 4분기에 흑자로 전환한 반면 실리콘 박막 태양전지는 결정질 태양전 지의 가격하락으로 어려움을 겪고 있음(LG전자가 셀 세계 최고 효율 13.4% 달성). [박막형 태양전지 세계 시장 점유율(상위 10위)] 국내 태양전지 생산규모는 현대중공업 600 MW, 한화케미칼 2.3GW(기존 중국 솔라펀 공장(1.3GW) 및 한화 Q-Cell의 독일 공장(200MW)과 말레이시아 공장(800MW) 보유,

22 전략분야 연간 2.3GW의 셀 생산능력을 갖춘 세계 3위의 태양광 전문회사), LG전자 330 MW, 신 성솔라에너지 350 MW, STX솔라 150 MW 등임. 한국의 2012년 07월 현재 생산능력은 1,875 MW(한화케미칼을 포함하면 2,775 MW)임. [태양전지 태양광 주요 부품소재/장비의 국내 업체 현황] 세부전략분야 주요 제품 대기업 중소기업 중소기업 주요 참여영역 소재 모듈 시스템 태양전지 공정/분석/ 평가설비 원료 및 소재 웨이퍼 공정 소재 모듈 및 모듈 소재 BOS 주변기기/ 시스템 OCI, OCIM 넥솔론, 웅진에너지 LG이노텍, 제일모직 코오롱, 한화케미칼, 삼성SDI, 롯데알루미늄 효성, 현대중공업, LS산전, LG CNS 공정설비 주성엔지니어링 공정분석 설비 성능 평가 설비 - 퀄리플로, 세미머티리얼스, 원익IPS 네오세미텍, 렉서, 나라테크, 퀄리플로, 오성LST 대주전자, 동진세미켐, 테크노세미켐 솔라테크, 에스에너지, 심포니, 이건창호, ETA솔라, 우일하이텍, SFA, 혜성쏠라, 한국유리 금비전자, 다스테크, 엘스콤, 윌링스, 한양정공, 세방전지, 핵스파워, 이화전기 DMS,성진, 원익IPS, KCTEC, 참엔씨, SFA, 아바코, PST DMS, SNT, SFA, 로보스타, 맥사이언스 실란계 가스, 라인, 부품, 반응로, 분석 등 참여 정도 점유율 단결정 CZ, 다결정 Cast, HEM Ag, Al, Ag:Al 등 금속전극 소재, 산, 염기, 세정 화학 소재 G/G(Glass to Glass) 실리콘 태양전지 모듈, 금속 배선 재료, EVA, 유리, 프레임 금속 재료, Back Sheet 등 전력제어 시스템(PCS), battery, 시스템 설계, 설치 가대와 접지, 모니터링 Furnace, PECVD, 인쇄기, 텍스쳐, RIE, 레이저, 건조로, 자동화 이송설비 면저항, 굴절율, 크랙 검사 장비 등 - 우일하이테크, 이오테크, 참엔씨 IV, Sorter, SR, EL, PL, Shunt meter * 참여정도는 주요제품 시장에 참여하는 중소기업의 참여규모와 정도(업체수, 비율 등)를 고려하여 5단계로 구분 (낮은 단계 :, 중간단계 :,,, 높은 단계 : ) [태양전지 태양광 주요 제품의 국내 업체 현황] 세부전략분야 주요 제품 대기업 중소기업 중소기업 주요 참여영역 결정형 실리콘 태양전지 박막형 태양전지 초고효율(>19%) 단결정 실리콘 태양전지 지상전력(<18%) 다결정 실리콘 태양전지 실리콘 박막 태양전지 CIGS 박막 태양전지 염료감응형, 유기 태양전지 현대중공업, STX솔라 LG전자, 한화케미칼 현대중공업, STX솔라 LG전자, 한화케미칼 LG전자 LG이노텍, 삼성SDI SK이노베이션 삼성SDI, 코오롱, LG화학 신성솔라에너지 신성솔라에너지 TG 솔라, 이엔이시스템, 주성 ENG, 찬성에너지, 테스, SFA, 나래나노텍, 에코페라, SNTech 금호전기, 주성ENG, 테스, SFA, 아바코, 원익IPS, 디엠에스, SNU Precision, 테라세미콘, 이엠테크, 톱텍, 맥사이언스 이건창호, 금호전기, 동진세미켐, 상보, 도레이첨단소재 HIT 기술, 후면도핑, 후면국부전극 집적화 기술, 레이저 그루빙 형성 기술, 이송기술, 세정기술 박형 태양전지, 태양전지 구조 기술 대면적 박막 실리콘 태양전지 (Superstrate, Substrate, Flexible), 다중접합기술 참여 정도 점유율 대면적 박막 CIGS 태양전지 (Superstrate, Substrate), 적층기술 DSSC, Flexible, BIPV 기술, OPV, 유기소재 * 참여정도는 주요제품 시장에 참여하는 중소기업의 참여규모와 정도(업체수, 비율 등)를 고려하여 5단계로 구분 (낮은 단계 :, 중간단계 :,,, 높은 단계 : )

23 에너지변환저장 - 태양전지 태양광 [공급망 단계별 국내 기업체 현황] Value Chain 기술 특징 기술집약형 장치 산업 시장 진입장벽이 높으며 고부가가치 노동집약형 산업 시장 진입장벽이 낮음 영업이익율 ( 11년 기준) 15~38% 10~25% 10~20% 3~10% 7% 세계 312,000톤 47,500MW 48,000MW 52,000MW 27,000MW 생산 용량 12년 한국 중국 70,000톤 (22.4%) 121,758톤 (39.0%) 2,840MW (5.9%) 34,675MW (76.0%) 1,730MW (3.6%) 25,453MW (58.5%) 2,857MW (5.5%) 기술 경쟁력 (선진국=100) (단결정) 86.2 (다결정) 87.7 (단결정) 89.3 (다결정) 고용인원(명) ( 11년 말 ) 2,200 1,863 1,760 2,431 3,200 주요 기업 생산 용량 12년 세계 한국 1 GCL(중) 65,000톤 2 Wacker(독) 52,000톤 3 Hamlock(미) 50,000톤 1 OCI 42,000톤 2 한국실리콘 15,000톤 1 GCL(중) 8.0GW 2 Yingli(중) 2.4GW 3 Renesolar(중) 2.0GW 1 넥솔론 1,500MW 2 웅진에너지 500MW 3 오성LST 300MW 1 JA Solar(중) 2.8GW 2 Yingli(중) 2.4GW 3 Suntech(중) 1.8GW 1 현대중공업 600MW 2 신성솔라 350MW 3 LG전자 330MW 1 Yingli(중) 2.2GW 2 Fisrt Solar(미) 1.8GW 3 Suntech(중) 1.8GW 1 현대중공업 600MW 2 솔라파크 600MW 3 에스에너지 350MW - LG CNS KC코트렐 에스에너지 삼성물산 수출 비중 80% 67% 76% 76% - 자료 : SNE Research Jan., 태양전지 제조 관련 설비는 반도체, 디스플레이 산업관련 설비와 유사한 특성이 있어 서, 한국은 세계적인 기술경쟁력을 단시간에 확보할 수 있는 분야이므로 공정 설비관 련 60개 이상의 중소기업이 있음. - 제조설비의 종류 : 에칭장비, CVD, 확산로, 스퍼터, 시험장비, 어셈블러, 증착기, 레이 저 스크라이빙기 등

24 전략분야 마. 기업개발니즈 태양전지 태양광 발전 분야의 기업 니즈 중에서 주목할 만한 아이템은 다음과 같음. - 인버터(역률 자동조정장치 등), BIPV(BAPV, 경사진 기와 지붕형 태양전지 모듈), 유기 감광재, 방열기술/구조(열전소자 등), 전극 페이스트(Ag 페이스트, Cu 등과 같은 Ag 대체 금속 페이스트 등), 태양전지 장비(ALD, Passivation PECVD, MOCVD 등), 태양 광 검사장비(신뢰성 Simulator, 셀/모듈 검사장비 등), 집광/집열 장치(Fresnel lens 설 계, 소재 등), 모듈 부재(백시트(방열기능 등), EVA 등) - 유망기술로는 인쇄/유연 태양전지, 유기고분자 태양전지, 유기 태양전지 공정장비(DSSC 실링용 레이저시스템), 인쇄/유연 태양전지 공정장비(R2R, 그라비아 코팅장비, 옵셋인쇄 장비 등), 전/후면 전극 재료(Ag 페이스트, Cu 등과 같은 Ag 대체 금속 페이스트 등) 그 외 태양광 태양광발전 분야의 중소기업들은 기술을 기반으로 다양한 산업분야, 적 용분야의 시장 진입을 위한 개발 계획을 가지고 있음. - 염료감응 태양전지용 유기감광제, 태양전지 전력변환기기/시스템, 결정질 실리콘 태양전지, 이차전지 소재, 산화물 나노입자, 반도체 검사장비, 태양열 발전시스템, 식물공장, 태양전지 태양광, 태양에너지를 이용한 집광채광시스템, PV Backsheet, Pouch, IT 소재, 신재생에너지 설비 생산 자동화(대면적 제품에 대한 효율성), 태양 광 전지 장비, 전자제품용 방열소재, 염료감응형/유기 태양전지 탄소나노소재, 커 튼월, 알루미늄창호, 더블스킨, 실리콘 잉곳, 태양광전지 장비, 계통연계형 태양광 인버터 및 연료전지 인버터, 독립형 인버터, 무기박막 태양전지 나노다층(복합) 필 름, 태양전지용 잉곳생산장비의 공정모듈, 태양전지 모듈, 신소재나노융합, 염료 감응/유기태양전지, 중대형 이차전지팩, 친환경 용승순환장치, 태양전지 장비 및 그 래핀 소재 및 장비개발, 창문 마감재, 태양광+ESS(Battery, 2차 전지 등 포함) 하이 브리드 인버터 풍력+ESS(Battery, 2차 전지 등 포함) 하이브리드 인버터, 차세대 CIGS 태양전지용 증착장비 개발 및 양산공급, 발전기 및 전력변환/연계, 1. 20nm 급 반도체 제조용 장비 mm 웨이퍼용 반도체 제종조용 장비 등 태양광을 활용할 수 있는 Application 및 유지/관리용 아이템은 다음과 같음. - 태양광 가로등 및 관련 기구, 태양광 모듈, 태양광 발전소 관련 센서 및 시스템, 태양 광을 이용한 저온저장고, 자동차 응용 제품(전기자동차용 충전기, 선루프 등) 바. R&D 현황분석 최근 2년간 중소기업들이 정부 R&D 자금지원을 받기 위해 신청한 과제 리스트를 분석 한 결과, 태양전지 태양광분야에는 모듈(부품소재), 박막태양전지(부품소재), 발전시스템 (부품), 염료감응유기태양전지(부품소재), 이동식 태양광 발전시스템, 장비(부품소재), 태 양광조명에 대한 연구개발을 추진하고 있는 것으로 나타남

25 에너지변환저장 - 태양전지 태양광 [태양전지 태양광분야의 최근 중소기업 연구개발 추진 현황] 4. 시사점 및 제언 대규모 발전시스템(Utility) 시장을 점유하고 있는 결정질 실리콘 태양전지가 기술개발 및 산업을 주도하면서 전 세계 시장의 80% 이상을 점유하고 있으며, Niche Market 및 BIPV 등에 다양한 시스템에 적용할 수 있는 박막(a-Si, CIGS) 및 차세대 태양전지 (DSSC, OPV)가 틈새시장을 형성하고 있음. 결정질 실리콘 태양전지는 고효율화(21% 이상) 및 저가화(0.5달러/Wp 수준)라는 두 마 리의 토끼를 잡기 위해, 다양한 기술, 소재, 부품 및 장비를 개발하고 있음. - 태양전지(셀) 효율을 향상시키기 위해 HIT, IBC, PERL, EWT 등 다양한 기술이 개발 되고 있으며, 산업화와 연계하기 위한 양산공정 기술이 개발되고 있는 상황임. - 저가화를 위해 부품 소재(전극소재, ENA, Back sheet 등)의 성능 향상 및 대체 소재 (Ag를 대체한 Cu paste 등) 개발이 진행되고 있음 - 또한, 복잡한 고효율 셀 제조 공정 간략화(예, 30 단계 20단계) 등을 통해서 제조단 가를 줄이기 위한 기술개발이 진행되고 있음. 박막 태양전지는 주요 핵심 장비의 국산화를 통해 양산 수율 및 효율 향상, 그리고 가 격을 저감시키기 위한 장비 개발에 주력하고 있는 상황임. - (실리콘 박막) `11년 이후 폴리실리콘 가격 급락으로 결정질 실리콘 태양전지의 가격

26 전략분야 이 하락하여 실리콘 박막 태양전지가 갖고 있는 가격 경쟁력을 상실하면서 기술을 주 도했던 Applied Materials가 사업을 포기하는 등 어려움을 겪고 있음. 국내 LG전자에 서 Triple Junction으로 세계 최고 효율인 13.4%를 달성함. - (CIGS 박막) 다양한 기법(동시증발법, 스퍼터법, 스크린법, 전착법 등)으로 기술들이 개발되고 있으며 표준화된 공정기술이 아직 구축되어 있지 않아 각 기법마다 별도의 공정기술이 적용되고 있으며, 세계 시장에서 CIGS 박막 태양전지를 판매하기 위해서 CIGS 박막 태양전지의 성능 인증 기준 수립 및 인증기관을 지정하기 위해서 정책적으 로 노력하고 있음. 태양광발전 산업을 주도하고 있는 결정질 실리콘 태양전지는 폴리실리콘 가격이 급감 하면서 셀/모듈 산업에 영향을 끼쳐 태양광산업계의 구조 조정되면서 국내외 기업이 파산(Suntech, 웅진폴리실리콘 등), 법정관리(글로실 등) M&A(Q-Cell 등) 등이 진행되 고 있음. 태양광발전 산업의 붐이 전 세계에 불어 닥쳐 지난 10년간 태양전지 세계 시장 연평균 성장률이 40% 이상을 유지하고 있지만, `12년 이후에는 20% 수준의 성장률을 보일 것 으로 전망됨. - 결정질 실리콘 시장이 전 세계 시장의 80% 이상을 유지할 것으로 전망되며, 박막 태 양전지는 결정질 실리콘 태양전지 가격하락으로 인해서 박막 태양전지 시장은 Niche Market 및 BIPV 등 시장이 활성화 되는 시점까지는 15% 이하일 것으로 전만됨 국가 경쟁력 확보와 태양광 산업의 활성화를 위해 중견 및 중소기업에의 투자 비중이 높은 것은 바람직하며, 태양광 공급망(Supply Chain) 전 과정에 해당하는 부품, 소재, 설비/장비 품목을 대상으로 지역 기반 중소기업들이 기술 경쟁력을 조기에 확보할 수 있도록 연구개발 지원뿐만 아니라 태양전지별 Bottle Neck을 해결하기 위한 통합형 R&D를 지원할 수 있는 방안을 검토해야 하는 시점임 또한, 산업부의 글로벌 에너지스타 2050 프로젝트 를 통해서 2020년까지 에너지 기술 분야에서 세계시장을 10% 이상 점유하는 글로벌 중소/중견기업을 육성하기 위한 부 품 소재 및 장비 Master Plan을 수립하여 추진하고 있으며, 기술을 선도하기 위한 에너 지미래원천기술개발도 추진하고 있음. - 현재 에너지 기술별 핵심 부품 소재의 국산화율 평균인 56% 수준(`12년)에서 85% 수 준(`20년)으로 향상시키기 위해서 중소 및 중견 기업에 대한 R&D 지원 비율을 현행 17.7%(10년)에서 25% 이상(`20년)으로 지속적으로 확대할 예정임 (그린에너지 핵심 부 품 소재 및 장비 국산화율 제고). CIGS 밑 CdTe 박막태양전지, 유기/차세대 태양전지, 태양전지 모듈 및 패널 기술 분 야가 최신특허비율과 PFS가 평균이상으로 나타나 최근 기술개발과 해외시장진출이 활

27 에너지변환저장 - 태양전지 태양광 발한 분야로 판단됨. 태양광 분야의 대표기술군중 원천성/기술경쟁력 모두 평균값보다 높은 대표기술군은 나타나지 않았으며, 건물일체형 태양전지(BIPV) 및 태양전지 제조 장비 분야가 중소기업 출원비율과 중소기업 출원인 비율이 상대적으로 높아 국내 중소 기업의 진출이 용이한 전략제품군으로 판단됨 중소기업 적합성이 높은 수준으로 평가된 태양전지 제조장비, 건물일체형 태양전지 (BIPV) 관련 기술군은 상대적으로 국내 중소기업의 출원 활동이 활발한 것으로 평가되 고, 기술성장성과 기술수준이 상대적으로 보통 이하로 평가되어 국내 중소기업이 해당 분야에서 기술개발을 고려해 볼 수 있는 후보군으로 사료됨 향후 기존 전략로드맵과 달리 태양전지가 설치되는 태양광발전시스템(발전용, 상업용 및 가정용)의 기술개발 로드맵을 수립할 예정임. [태양전지 태양광 분야 주요 제품] 분류 제품 설명 출처 태양전지 태 양광 분야 폴리실리콘 태양전지용 잉곳/웨이퍼 결정형 실리콘 태양전지 태양전지 모듈/패키징 무기박막 태양전지 실리콘 기반 태양전지의 원재료로서, Grower, 반응기(CVD 등)가 주요 기술임 방향성을 갖도록 실리콘을 성장시켜 잉곳으 로 만들고, 이를 웨이퍼로 슬라이싱 히는 기술로, Multi Wire Saw 등이 중요 지원 대상임 결정형 실리콘 웨이퍼 상에 태양광을 전기 에너지로 변환하는 소자를 구현한 태양전지 를 말하며, 주요 중소기업 대상 품목으로는 전극소재, Passivation, PECVD, ALD, 전극 형성 기술 등이 있음 태양전지를 직병렬 연결하여 장기간 자연환 경 및 외부 충격에 견딜 수 있는 구조를 말 하며, 강화 유리, EVA, Ribbon, Backsheet, Junction Box, Frame 등으로 구성됨 유리, 금속, 플라스틱과 같은 저가 기판에 박 막 형태의 무기물 반도체를 적층하여 구현한 태양전지로 비정질 실리콘계로는 PECVD, MOCVD, Scriber, Laminator 장비 기술 등이 중요하고, CIGS 관련해서는 Carbon소재, Cd free 소재, Linear Source, Sputter, Coevaporator, RTP, ALD 등이 중요함 시장/ 특허 기업니즈 산업기술분류코드 대분류 중분류 소분류 에너지 자원 에너지 자원 에너지 자원 에너지 자원 에너지 자원 신재생 에너지 신재생 에너지 신재생 에너지 신재생 에너지 신재생 에너지 태양광 태양광 태양광 태양광 태양광 염료감응형/ 유기 태양전지 염료감응형은 두 장의 투명전극 사이에 나 노 입자로 구성된 다공질 TiO2 후막, 이 입 자위에 단분자층으로 흡착된 염료, 그리고 두 전극 사이를 채우고 있는 산화, 환원 물 질을 포함한 전해질이 들어 있는 광전기 화 학 기반의 태양전지 유기박막은 유연기판(SUS, PI와 같은 플라 스틱 기판 등)에 진공장치 또는 프린팅 법 을 이용하여 광흡수층, 전자잔달층 등의 유 기물을 매우 얇게 코팅한 태양전지 특허/ 유망기술 에너지 자원 신재생 에너지 태양광

28 전략분야 분류 제품 설명 출처 BIPV CPV 수상 태양광 발전시스템 사막형 태양광 발전시스템 태양전지 전력변환기기/ 시스템 기 개발된 PV 모듈(결정질, 박막(a-Si, CIGS) 등) 태양광 모듈)을 건물에 설치하여 발전하는 태양광발전시스템 태양광을 광학시스템(굴절형, 반사형 등)을 활용하여 화합물 반도체 태양전지(셀)에 집 광시켜서 발전하는 시스템 기존 태양광발전시스템을 저수지 등에 부유 식으로 설치하여 발전하는 시스템(계류장치 및 DC 송전방식 등 활용) 특수환경 즉, 사막에 태양광발전시스템을 설치하여 발전하는 시스템 사막 환경에 맞는 부품소재 개발 및 주기적 인 유지관리가 필요한 시스템 시장/ 기업니즈 시장/ 기업니즈 시장/ 기업니즈 시장/ 기업니즈 태양전지 모듈에서 발생되는 직류 전력을 기업니즈/ 사용가능한 교류 전력으로 변환하기 위한 특허 기기 및 시스템 산업기술분류코드 대분류 중분류 소분류 에너지 자원 에너지 자원 에너지 자원 에너지 자원 에너지 자원 신재생 에너지 신재생 에너지 신재생 에너지 신재생 에너지 신재생 에너지 태양광 태양광 태양광 태양광 태양광

30 태양전지 태양광 전략제품 분석 - 결정질 실리콘 태양전지 - 무기 박막 태양전지 - 태양광 발전시스템

32 전략제품 결정질 실리콘 태양전지 1. 개요 - 정의 : 결정질 실리콘 태양전지는 실리콘기판을 사용하여 만들어진 태양전지를 말하며, 단결정 실리콘 기판을 사용한 단결정 실리콘 태양전지와 다결정 실리콘기판을 사용한 다결정 실리콘 태양전지 로 크게 분류됨. - 범위 : 결정질 실리콘 기판을 사용한 모든 태양전지 셀 및 모듈의 기술 영역과 잉곳/웨이퍼, 태양전지 셀, 태양전지 모듈 및 관련 부품 소재, 제조 장비 등의 모든 기술 영역을 포함. 가. 정의 및 필요성 결정질 실리콘 이란 실리콘 원자가 규칙적으로 정렬되어 있고, 재료로서 실리콘이 최 대한 능력을 발휘할 수 있는 상태라고 표현할 수 있음. 결정질 실리콘 중에서도 소자 전체가 규칙적인 정렬 상태를 유지하고 있는 것을 단결정, 직경이 수 mm에서 수 십 mm 정도의 작은 조각이 불규칙으로 집합된 상태를 다결정 이라고 함. - 단결정 실리콘 태양전지 : 태양전지 종류 중에서 가장 오래된 태양전지로서 고가이지 만, 고성능으로 최근에는 변환효율이 20%를 넘는 제품이 시판되고 있음. - 다결정 실리콘 태양전지 : 현재 가장 많이 사용되는 태양전지로서 아주 작은 실리콘 결정으로 집합된 다결정 실리콘을 사용하고 변환효율은 단결정보다 약간 떨어지지만, 가격이 약간 저렴함. 저가형 박막계 태양전지가 기술진화를 거듭하고 있지만, 결정질 실리콘 태양전지도 최 첨단기술을 적용하여 유사 단결정기술과 같은 혁신기술개발이 가속화되고 있음. 결정질 실리콘 태양전지의 1원료 Si의 제조, 2Si 웨이퍼 제조, 3태양전지 셀 제조, 4태양전지 모듈 제조 등의 Product Chain(제품체인)에 있어서 각 밸류 체인의 단위 공정, 부품소재, 재료에 대한 중소기업형 기술개발과제를 발굴하여 결정질 실리콘 태양 전지의 국산화율을 높이기 위한 기술로 정의. [결정질 실리콘 태양전지 제품 밸류 체인]

33 에너지변환저장 - 태양전지 태양광 - 결정질실리콘 태양전지 나. 범위 및 분류 (제품 분류 관점) 결정질 실리콘 태양전지는 원료 실리콘 제조기술을 이용한 고순도 폴리실리콘, 실리콘 웨이퍼 제조기술에 의한 잉곳제조 및 슬라이싱 가공을 통한 실리 콘 웨이퍼, 태양전지 셀 제조 공정기술에 의한 태양전지 셀과 이들 각 제품체인에서 요구되는 단위공정기술, 모듈화기술, 부품소재, 가스, 재료 등의 모든 중소기업형의 태 양전지 제조 관련 제품 및 기술이 포함됨. [결정질 실리콘 태양전지 제품 분류 관점의 범위] 대분야 중분야 세부 제품 결정질 실리콘 태양전지의 제품체인 단결정 실리콘 태양전지 다결정 실리콘 태양전지 구형 실리콘 태양전지 단결정 잉곳/웨이퍼, 단결정 석영도가니, 단결정 실리콘 잉곳 Seed, 단결정 결정 성장 로, 와이어소, 전극형성재료, 가스류, 텍스처 애칭 용액, 단결정 실리콘 태양전지 모듈, 기타 부품소재 등. 다결정 잉곳/웨이퍼, 다결정 석영도가니, 다결정 결정 성장로, 와이어소, 전극형성재료 가스류, 텍스처 애칭 용액, 다결정 실리콘 태양전지 모듈, 기타 부품소재류 등. 구형 웨이퍼, 전극재료, 텍스처 애칭 용액, 구형 실리콘 태양전지 모듈, 기타 가스 등 (공급망 관점) 결정질 실리콘 태양전지는 반도체 제조공정과 유사한 공정을 통하여 제 조되기 때문에 폴리실리콘 원료와 잉곳/웨이퍼, 태양전지 셀 자체와 이들을 제조하는 데 사용되는 부품소재 및 전극형성 등과 같은 소모성 가스 및 재료 등으로 구성됨. [공급망 단계별 주요제품 분류표] 대분야 중분야 세부 제품 폴리실리콘 규석, 금속급(MG) 실리콘, 염화실란가스류, 실리콘 석출 반응로, Slag처리기술, 습 식야금처리, 방향성응고, 고순도 폴리실리콘. 기타 부품 등 결정질 실리콘 태양전지 공급체인 Upstream Downstream 잉곳/웨이퍼 태양전지 셀 태양전지 모듈 BOS 다결정 잉곳, 단결정 잉곳, 다결정 웨이퍼, 단결정 웨이퍼, 석영도가니, Seed, 결정 성장로, 제어장치, 슬라이싱기술, 와이어소, 가스류, 기타 장비 등 초저가 고효율 단 다결정 실리콘 태양전지(SE, PERL, PERC, BCSC, SP cell), 전 극형성재료, 텍스처 애칭 용액, 기타 가스 등 저철분 강화유리, 백시트, 전극리본, Junction Box(접속함), 커넥터 등 인버터, 집전함, 접속함 시스템 태양전지 어레이 가대, 수배전설비, 모니터링, 감시제어 등 따라서, 결정질 실리콘 태양전지의 범위는 - 제품기준으로는 단결정질, 다결정질, 구형을 포함하는 실리콘을 기판으로 하는 모든 태양전지 영역과 태양전지 셀을 모듈화 한 태양전지 모듈까지를 제품영역으로 하며, - 공급망 기준으로 폴리실리콘, 잉곳/웨이퍼, 셀 등의 Upstream과 관련한 모든 부품 소 재와 소모성 재료 및 부품소재를 포함하며

34 전략제품 - 기술적으로는 제조 기법에 따른 전지 효율 향상 기술, 전극, 기판, 다중접합 탠덤, covering layers, Back-Sheet, EVA, 저철분 강화유리, 리본, JCB 등 패널 패키징 특성 등 태양전지 셀 및 모듈 제조를 위한 부품소재 등에 특징이 있는 기술까지 포함. 2. 산업 및 시장 분석 - 변환효율이 높고, 풍부한 실적과 신뢰성 확보된 태양전지의 주류로 결정질 실리콘 태양전지는 폴리실리 콘을 비롯한 원료 부품소재의 저가화와 양산 확대 등의 경제 사회적 흐름으로 가격저하가 다른 태양 전지와 비교하여 현저하게 나타남. - 가격하락은 도입문턱이 낮아져 수요가 확대되면서 태양광산업분야에 신규 참여하는 기업의 증가와 태 양전지 공급과잉 상황은 기업의 생존경쟁이 치열하게 되었으며, 따라서 선진기업들은 가격경쟁으로부터 탈피, 고부가가치제품시장을 목표로 결정질 실리콘 고효율 태양전지 기술개발에 박차를 가함. - 결정질 실리콘 태양전지 중에서도 고효율인 n형 단결정 실리콘 태양전지, 유사단결정 실리콘 태양전지 제조기술은 가격경쟁력으로부터 팔피, 고부가가치제품 시장을 목표로 많은 선진기업들이 기술개발에 착 수. 가격경쟁력에 수세에 있은 우리기업에게도 기회의 분야라고 판단함. - 공급과잉으로 급격한 구조 조정이 추진되고 있으며, 구조 조정의 장기화로 중소기업의 생존전략 필요 함. 중국 모듈업체들은 Upstream(폴리실리콘)분야의 수직계열화에서 Dowmstream(사업개발)분야 강화 로 전환하고 있음. - 중국기업의 Upstream분야의 수직계열화 완성은 지역별 수급불균형과 공급과잉을 초래하였으며, 이 분 야의 중국산과 한국산에 대한 유럽, 미국의 반덤핑관세 부과에 따른 주요 국가의 보호무역주의가 장기 간 지속 또는 강화될 가능성이 높음. - 후쿠시마 원전사고로 인하여 세계 각국은 신재생에너지 보급 확대비율을 높이고 있으며, 실용화 시장기 술의 성숙도가 높은 대규모 태양광발전시스템인 메가솔라시스템의 대형프로젝트 추진이 활성화되고 있 음. 2013년 세계 태양광 수요밴드는 33.8~39.7GW로 예상하며, 세계시장은 Big 3(일본, 중국, 미국)로 재 편되었고 Big 3시장이 세계 태양광 수요의 60%를 차지함. - 결정질 실리콘 태양전지 시장은 2011년 세계 시장규모가 약 198억달러를 돌파 한 뒤 연평균 약 23.0% 성장이 예상되며, 2015년 약 313억달러, 2020년 약 470억달러로 성장할 전망임. 가. 니즈 분석 후쿠시마 원전사고로 인하여 선진각국의 신재생에너지 소비 비율 상향 조정 시장 니즈 1 : 태양광발전과 같은 신재생에너지산업은 국가 정책의 변화에 민감하게 반응하여 세계 경제 위기 속에서도 태양광관련시장이 확대될 것으로 예상되며, 제2 의 성장 도약기에 대비한 기술경쟁력 강화가 필요함. 2011년 1월 일본 동북부 후쿠시마 원전사고는 2년이 경과한 지금에도 심각한 문제를 발생하고 있으며, 이에 대한 각국의 반응은 원자력 발전 축소와 신재생에너지 보급 확 산으로 독일은 2030년까지 원전을 완전 폐지하고 신재생에너지를 국가전체 소비전력의 30%까지 확대 보급방안 발표. 일본 역시 향후 원자력발전의 추가증설 및 보급계획 취 소 등 세계 각국의 정책적 변화로 태양광발전산업이 지속적으로 성장할 전망임

35 에너지변환저장 - 태양전지 태양광 - 결정질실리콘 태양전지 중국 태양광전문 대기업들의 Upstream(폴리실리콘) 분야의 수직계열화 완성으로 태양전 지 셀의 저가화는 USD0.6달러/W까지 급속하게 진행되어 전기요금의 가격이 비싼 유럽 을 중심으로 그리드패리티 시대의 시작과 최근 전기요금 인상에 대한 국민인식 변화로 우리나라에서도 전기요금이 인상된다면 2015년 그리드패리티 시대 도래가 예상됨. 유럽발 경제위기와 미국의 경제 침체에도 불구하고 일본의 후쿠시마 원전사고는 태양 광산업의 성장을 지속시켜주는 동인으로 작용하였음. 세계시장은 2011년 27.65GW로 2010년 대비 43%증가, 2012년 29.05GW로 2011년 대비 5%증가, 2013년은 30~33GW가 설치될 것으로 예상하여 7% 정도 증가할 것으로 예상됨. 아래 그림에 예상증가 추세를 나타내었음. 출처 : 2013 NPD Solarbuzz. 태양광산업의 주요 핵심 소재인 원료Si를 이용한 고순도 폴리실리콘 제조, 잉곳/웨이퍼 제조, 태양전지 셀, 태양전지 모듈, 태양광시스템 제조 등의 벨류체인 각각에 대한 세 부핵심기술을 발굴하여, 전문 중소기업에 기술개발을 지원함으로써 국가기술 경쟁력 확보를 도모하여 국제경쟁력을 강화할 필요가 있음. 결정질 실리콘 태양전지의 원료인 태양전지용 폴리실리콘의 시장규모는 2010년에 15만 9백톤, 2011년 18만3천7백톤이며, 2011년 전세계 태양전지용 폴리실리콘 생산능력은 31 만2천2백톤으로 당분간 폴리실리콘 품귀현상은 없을 것으로 예상됨. 2014년부터 태양광발전의 본격적인 그리드패리티 시대에 대한 국내 태양광발전 보급 기반시설 확충 시장 니즈 2 : 정부의 강력하고 예측 가능한 보급 기반시설 확충전략 수립을 통한 안정된 시장 확보(*전력계통의 한계용량에 대한 기술검토 및 기반시설 확충)

36 전략제품 그리드패리티 시대의 도래는 태양광발전을 중요한 산업으로 인식하여 새로운 성장동력 산업으로 연계시키기 위하여서는 보급을 저해하는 규제 및 관련 법규를 수정보완하면 서 정부의 전력기반시설 확장 정책수립 시행 필요함. 태양광발전시스템 가격이 달러2/W대로 떨어진다면, 전기료가 저렴한 중국과 우리나라를 제외한 세계 상당수 국가들이 그리드패리티 범위 안에 들어올 것으로 예상하고 있옴. 시장형성과 산업전략의 강화는 병행하여 추진할 필요가 있으며, 가능한 빠르게 GW규 모의 국내시장이 형성될 수 있도록 태양광발전산업을 강화하여 다수의 일자리를 창출 할 필요가 있음. 아래 그림은 태양광 시스템 설치단가 2010년에 달러4/W에서 2015년 달러2/W일 때의 연평균 일사량에 따른 발전단가를 나타낸 그래프로서 2014년을 거쳐 2015년 이후에는 많은 국가들이 발전단가가 달러0.2/kWh이하로 발전이 가능하게 되어 그리드패리티 도 달이 가속화될 것으로 전망됨 - 미국 캘리포니아, 일본, 프랑스 등 주요 선진국 시장은 그리드패리티에 임박했으며, 터 키, 일부 아시아 지역 등의 개도국 시장도 근시일내에 도달할 것으로 예상됨. - 우리나라의 경우에도 2015년에는 그리드패리티 도래가 가능할 것으로 판단되어 시장 확대를 위한 전력계통 한계용량을 확충할 수 있는 전력기반시설의 확장이 시급함. 그리드패리티 도래는 다양한 사업모델 출현을 가능하게 할 것이며, 특히 아프리카 및 아시아 지역의 분산전원 시장 성장을 더욱 가속화 시킬 것으로 예상됨. [태양광발전시스템 가격에 따른 그리드패리티 달성 국가]

37 에너지변환저장 - 태양전지 태양광 - 결정질실리콘 태양전지 부품소재 및 원재료의 국산화로 가격 경쟁력 확보 시장 니즈 3 : 결정질 실리콘 태양전지의 국산화 비율 저조로 국제적 가격경쟁력 미흡 2013년 폴리실리콘의 수요량은 19.7만~22.7만톤 혹은 27만톤을 상회하여 공급과잉 상황 은 지속 될 것으로 예상되며, 업체간 추가적인 설비증설이 없다면, 2014년에는 수요와 공급이 균형을 이룰 것으로 예상됨. 2013년 8월 기준 폴리실리콘 가격은 USD달러 17.3/kg으로 현 가격대에서 안정세를 보일 것으로 예상됨. - 현재의 가격대는 일부 대기업들을 제외하고는 수익이 나기 어려운 가격대로서 폴리실 리콘 가격 상승은 제한적일 전망임. [폴리실리콘 수요 및 공급곡선] 태양전지 생산라인의 턴키방식 도입에 따라 원부자재, 전극 페이스트 등과 같은 원재 료를 외산장비회사 추천제품으로 사용할 수 밖에 없어 원가절감에 한계 봉착하여 국내 중소기업의 사업환경이 악화되고 있음. 우리나라의 중소기업 및 중견기업의 신소재, 화학 산업과 관련한 기술수준은 이미 세 계적인 수준에 도달하였다고 판단되기 때문에, 이러한 기술을 태양전지 제조과정의 소 모성 부품소재 및 원재료의 기술개발에 기술벤처기업들이 적절하게 활용한다면, 급격 하게 하락하고 있는 태양전지 셀의 가격 경쟁력 확보에 크게 기여할 것으로 판단됨. 국내 반도체산업에서 경험한 우수한 기술과 인재를 태양전지 제조기술에 연계하는 창의적인 퍼플오션전략을 활용한 기술개발 확대지원 시장 니즈 4 : 결정질 실리콘 태양전지의 초고효율화(효율>19%) 기술은 반도체 제조 에 활용하였던 기술을 새로운 초고효율화 태양전지 제조기술에 적용하여 확대 개발

38 전략제품 한국은 반도체, 디스플레이 분야 세계 1등 기술을 보유하고 있으므로, 기존의 기술을 활용한 창의적인 고부가 가치제품으로 우리만의 퍼플오션시장을 창조하는 퍼플오션전 략으로 비즈니스 모델 개발. 생산기술의 진보로 높은 태양전지 효율를 활용하여 시장을 확대하고 산업을 촉진하는 전략 수립이 필요함. 구분 주요이슈 단기(3년이내) 중장기(4년) 비고 - 전기요금 인상 동기 촉진 상 중 하 상 중 하 - 정책적인 RPS 적극추진 정치 - 원전 정책 동결 감축 (P) - 민간시장 확대 규제완화 저해 - 보급정책 보수화 소극적 상 중 하 상 중 하 - 중소기업 지원정책 미흡 경제 (E) 사회 (S) 기술 (T) 촉진 저해 촉진 저해 촉진 저해 - 메가솔라 Si 프로젝트 시장 활발. - 결정질 실리콘 태양전지 금융 권 선호 - 국내외 경제위기로 투자우선 순위 낮음 - 국내 중소기업 도태 위기. - 경기위축으로 발전사업 관심 고조 - 투자대비 안전성 인식 고조 -FIT 제도 페지 - 소규모 발전사업자 사업 축소 - 해외에서 국내기술 인지도 우 위확보 - 선진기술 확보로 해외에서 제 품신뢰성 인정 경쟁력 확보 - 선진국과의 차별화된 혁신기 술 미흡 - 가격 경쟁력 심화 [결정질 실리콘 태양전지 분야의 PEST 분석] 상 중 하 상 중 하 상 중 하 상 중 하 상 중 하 상 중 하 상 중 하 상 중 하 상 중 하 상 중 하 상 중 하 상 중 하 - 해외 태양광발전 프로젝트 참여 - 신흥시장 참여 - China Risk 참여 - 계통연계 한계용량 경직성 - 해외 태양광발전 프로젝트 참여 - 기술력 있는 기업 M&A - 대기업 위주로 RPS시장이 형성되고 있음. - Bottle Neck 기술개발 - 원천기술 확보 - 보급 기술기반 미흡 - 계통연계 한계용량 구분 촉진요인 저해요인 수요 환경 기술 [결정질 실리콘 태양전지 분야의 NET 분석] - 최근 수년동안 대량보급으로 보급된 박막 태양전지의 발전량 저하 및 신뢰성 문제로 실리콘 태양전지 선호 현상 증가. - 계속되는 후꾸시만 원전사고의 문제점 지속형 - 메가솔라 시장의 활황 가능성 움직임 태동. 금융권도 안전한 산업분야로 인식전환 - 선진기술 도입으로 신뢰성 확보하고 중국기술과 비교 하여 국내기술 우위성 인식 전환 - 국내 시장의 계통연계 한계용량 기술적 문제로 보급 저해 - 정부의 일관성 있는 지원제도 추진 미흡 및 이로 인한 사업 리스크, 보급 기반 미흡 - 선진기업과의 차별화 혁신기술 미흡 - 계통연계 한계용량 확대 - 시장 경쟁력 확보를 위한 고효율화, 고신뢰성 확보, 시장확대를 위한 계통연계 한계용량 확대 기술문제 보완 - 정부의 일관성 보급지원제도의 대기업 정책에서 소액투자자 보호지원책 개발 필요 - 유사산업 우수 기술력의 적용, 세계 1등 경쟁력 확보

39 에너지변환저장 - 태양전지 태양광 - 결정질실리콘 태양전지 나. 산업특징 및 구조 결정질 실리콘 태양전지 산업은 폴리실리콘을 원료로 하는 반도체 산업과 유사한 산업 으로, 원료인 폴리실리콘은 미국의 Hemlock, 독일의 Wacker, 중국의 GCL Poly, 한국 의 OCI 등 몇 개의 주요 회사가 세계시장을 점유하는 대기업 형태의 산업구조를 보이 며, 초기진입을 위한 기술 장벽과 시장진입 장벽이 높은 산업임. [태양광소재별 생산능력 상위권 태양광업체 현황] 결정질 실리콘 태양전지의 부품소재인 잉곳/웨이퍼는 우리나라의 중소기업이 참여할 수 있는 유망한 분야로 판단되며, 폴리실리콘의 경우와 마찬가지로 반도체에서 참여했 던 많은 기업들이 태양전지용 잉곳/웨이퍼 산업으로 넘어와 시장에 진입하고 있음. GCL, LDK Solar가 세계시장의 20% 이상을 점유하고 있으며, 나머지 기업들은 3~4% 의 점유율을 가지고 시장을 분산하여 참여하고 있어 우리나라 중소기업도 참여할 수 있는 유망산업 분야로 판단됨. 중국업체의 시장점유율 확대로 인하여 지역별 수급불균형이 심화되어 유럽 및 미국의 Downstream 분야의 중소기업들이 자국의 산업보호를 요청하여 관련 국가들이 반덤핑 관세 부과 혹은 보호무역정책을 시행하여 단기적으로는 우리나라에 긍정적인 효과로 반영될 것으로 생각되지만, 장기적으로는 역풍으로 작용할 가능성이 다분함

40 전략제품 [태양광소재 간련 주요 보호무역 조치] 시점 내역 미국 상무부의 중국 업체에 대한 반덤핑 예비판정 중국 상무부의 미국/한국 폴리실리콘 업체에 대한 반덤핑 예비조사 착수 중국 상무부의 유럽 폴리실리콘 업체에 대한 반덤핑 예비조사 착수 EU 집행위원회의 중국 태양광패널 업체에 대한 반덤핑조사 착수 미국 상무부의 중국 태양광 패널에 대한 반덤핑관세 부과 결정(18%~250%) 미국 국제무역위원회의 반덤핑관세 부과안 통과 EU 집행위원회의 중국산 태양광패널에 대한 반덤핑관세 부과 판정 자료 : 관련 기사 검색 결정질 실리콘 태양전지 셀 산업 또한 규모의 경제가 요구되는 산업으로, 장비를 중심 으로 투자의 규모로 경쟁하는 형태로 변하고 있지만, 장기적인 비즈니스 측면에서는 초고효율 및 초저가를 달성하면서 수익구조를 갖출 수 있는 능력이 필요한 산업이기 때문에, 부품소재 및 재료에 대한 독특하고 창의적인 기술을 확보해야만 하는 산업구 조로서 중소기업과의 공생관계가 중요하다고 할 수 있음. 전방산업에 속하는 태양전지 모듈산업과 후방산업인 폴리실리콘과 잉곳/웨이퍼 산업 사 이에서 결정실 실리콘 태양전지 셀 산업이 태양광산업 전반을 리딩하고 있는 구조임. [결정질 실리콘 태양전지 중심의 연관 산업 구조] 후방산업 결정질 실리콘 태양전지 산업 전방산업 폴리실리콘, 석영도가니, 리액터, 금속실리콘, 염화실란가스류 등. 잉곳/웨이퍼, 확산제, 전극 페이스트(Ag 페이스트, Al 페이스트 등), 에칭액 태양전지 모듈, 건물 적용 태양전지 모듈, 태양전지 셀의 응용분야, 중전기 산업, 태양광시스템산업 [결정질 실리콘 태양전지 셀 중심의 SWOT 분석] 강점(Strength) - 반도체 기술대국으로서 세계 최고의 반도체 장비 기술력 보유 - 화학가스 제조관련 기반시설이 전반적으로 양호함. - 반도체 및 화학 기술의 양호한 기술인력 보유. 기회요인(Opportunity) - RPS제도 시행으로 시장 확대됨. - 세계적 원천특허 시효만료 임박 - 지구 온난화 방지를 위한 화석연료 및 원자력 에너지 탈피가 화두. - 녹색성장 정책 강화로 관심집중 약점(Weakness) - 관련 사업 기반 미약 - 핵심 인력자원 부족 - 산학연 협력체계 취약 - 기초연구 기반 취약 위협요인(Threat) - 선진국 산업체들의 시장선점에 의한 높은 진입장벽 - 대만과 중국의 협력에 의한 추격 - 특허마찰 심화 다. 시장현황/전망분석 결정질 태양전지 웨이퍼 결정질 실리콘 태양전지용 잉곳/웨이퍼의 세계 시장 규모는 2011년 총 판매 금액 기준

41 에너지변환저장 - 태양전지 태양광 - 결정질실리콘 태양전지 으로 1,460,000백만엔(약 14.3억달러) 규모에서 2012년에는 1,581,000백만엔(약 161억달 러) 규모로 증가, 2016년 약 3,159,000백만엔(2010년 대비 약 2배 성장할 것으로 전망됨. - 결정질 실리콘 웨이퍼 중에서도 단결정 실리콘 웨이퍼보다는 다결정 실리콘 웨이퍼의 시장이 확대될 전망임 [결정질 실리콘 태양전지용 웨이퍼 시장전망] 단위(MW, 백만엥) 구분 출력용량 (MW) 금액 (백만엔) 연도 2010년 2011년 2012년 2013년 2014년 2015년 2016년 단결정 6,650 7,720 9,000 10,600 13,600 16,700 20,500 다결정 13,000 15,400 18,650 23,300 30,400 37,600 46,300 합계 19,650 23,120 27,650 33,900 44,000 54,300 66,800 단결정 690, , , , ,000 1,069,000 1,255,000 다결정 953, , ,000 1,101,000 1,356,000 1,606,000 1,904,000 합계 1,643,000 1,460,000 1,581,000 1,844,000 2,272,000 2,675,000 3,159,000 자료 : 일본 후지경제, 2012 유망전자 부품 재료조사 총람, 2012년 자료 : Solarbuzz Marketbuzz, [태양전지용 웨이퍼 용량 예측] 태양광산업의 벨류체인 중에서 잉곳/웨이퍼 산업부분은 우리나라의 반도체 산업에서 육성된 중소기업이 참여할 수 있는 유망 분야로 판단됨

42 전략제품 태양전지 분야별 성장 2013년 Solarbuzz Marketbuzz에서 발표한 NPD Solarbuzz Marketbuzz Report 2013 에 의하면 2013년의 세계 태양전지 시장은 2012년 29.05GW에서 GW로 68% 성 장할 전망임. 태양전지에는 다양한 셀이 있지만, 결정질 실리콘 태양전지는 제1세대 태양전지로서 신뢰성 측면에서 검증된 제품으로 향후 20년까지 태양전지 시장의 60% 이상을 점유할 것으로 예측되며, 그 이후에도 새로운 결정질 실리콘 태양전지가 개발되어 태양전지 시장을 주도할 것으로 판단함. - 결정질 실리콘 태양전지용 폴리실리콘, 웨이퍼, 태양전지, 모듈은 2012년의 FIT, RPS 등의 정책지원 보조단가 조정으로 크게 증가하였으며, 2013년부터 약 5% 수준으로 꾸 준히 증가할 것으로 예상됨. - 박막 태양전지의 경우 결정질 실리콘 태양전지의 시장상황에 따라 시장 점유율이 크 게 좌우되고 있음. 자료 : Solarbuzz Marketbuzz, [세계 태양전지 분야별 예상 매출 추이]

43 에너지변환저장 - 태양전지 태양광 - 결정질실리콘 태양전지 라. 공급망(분류)에 따른 분석 국내 태양광산업 동향 2012년 기준 국내 태양광발전용량은 2012년 279MW가 신규 설치되면서 총누적설치용 량이 1GW를 돌파하였으며, 2013년에 약 330MW가 설치될 것으로 예상됨. - RPS 기준을 맞추기 위한 태양광설치 수요는 2015년까지 매년 330MW가 설치될 것으 로 예상되며, 국내 태양광 시장규모는 약 9,000억원에 달할 것으로 예상됨. [국내 태양광 설치현황 및 전망] 2012년 세계 태양광산업의 구조조정을 국내 태양광산업도 피해가지 못함. - 국내의 폴리실리콘 업체 중 한국실리콘, 웅진실리콘, KCC가 공장 가동을 멈추었으며, 많은 태양전지 및 모듈업체들이 어려움을 겪고 있음. - 중국 태양광업체들과의 경쟁이 여전히 치열한 상황이며, 이를 극복하기 위해선 차별화 된 기술 확보가 무엇보다 필요한 시점임. 국내 내수시장 활성화 및 해외사업개발 부분을 동시에 지원하는 Two-Track 지원이 필 요하다고 판단함. - 가격경쟁력 확보를 위한 투자확대가 필요하며, 내수시장 활성화를 통해 국내 기업들의 투자부담을 줄여주는 정책 지원과 해외 사업개발시 기금 및 정책금융기관들이 해외사 업에 투자에 참여할 경우 사업의 안전성이 높아져 금융조달 용이성 및 사업 경제성이 향상되는 효과가 있음

44 전략제품 출처 : 한국수출입은행 조사자료, 2013년 [국내 태양광기업들의 생산용량 현황] 공급망 현황 및 중소기업 참여정도는 아래와 같음. [공급망 분석 종합] 공급망 단계 잉곳/웨이퍼 태양전지 셀 주요 제품/기술 잉곳/웨이퍼 절삭/세정 기술 셀 공정, 슬라이싱, 원료소재 기술 해외 기업 국내 기업 Hemlock(미), REC(미), 신에츠(일), 섬코(일), MEMC(미), GCL(중) 글로실, 넥솔론, SK솔믹스, 웅진에너지, 이엔이시스템, LG실트론, 퀠리플로, 바라테크, 네오세미테크, 렉서, 오성LST Suntech(중), Yingli(중), JA solar(중), Trina solar(중), First solar(미), Sunpower(미), Sharp(일), Kyocera(일), Sanyo(일), 한화큐셀(독) 삼성전자, 신성솔라에너지, 현대중공업, LG전자, STX솔라, 한화솔라원, KPE 중소기업 참여정도 중소기업 시장점유정도 참여정도는 주요제품 시장에 참여하는 중소기업의 참여규모와 정도(업체수, 비율 등)를 고려하여 5단계로 구분 (낮은 단계:, 중간 단계(,, ) 높은 단계: ) 3. 기업니즈조사 결정질 실리콘 태양전지 분야 중소기업의 니즈분석을 통한 현황을 살펴보면, 다양한 중소기업들이 융합을 기반으로 하는 다양한 제품을 개발, 판매하고 있음. - 구체적으로 태양전지 웨이퍼 자동검사장비, 증착장비, 인라인 성막설비, 솔라셀 도 핑 퍼니스, VHF PECVD, 태양전지 웨이퍼 자동화 세정장치, 가압Furnace장비, solar wafer saw machine, 웨이퍼 열처리장비, 태양전지 도핑 퍼니스 장비 등의 제품을 개발, 판매하고 있음

45 에너지변환저장 - 태양전지 태양광 - 결정질실리콘 태양전지 또한 결정질 실리콘 태양전지 제조장비와 부품소재와 관련하여 현재 생산 판매하고 있 는 제조장비 및 부품소재의 기술향상을 위한 지속적인 혁신기술개발을 추진하고 있음. - 레이저 응용 공정기술, 태양전지 웨이퍼 자동검사기술, 인라인 증착장비의 양산기술, 금속 전극 정교 인쇄기술, 고발열 금속전극 형성 건조기술, 태양전지 웨이퍼 전극 어 닐링기술, 솔라 셀 도핑기술, 결정질 태양전지 제조용 후면 Passivation기술, 태양전지 웨이퍼 자동화 세정기술, solar wafer saw 기술 등의 지속적인 기술개발 추진 중임. 결정질 실리콘 태양전지 분야의 중소기업들은 향후 다음과 같은 제품 개발계획을 가지 고 있음. - 구체적으로 태양전지 웨이퍼 자동검사장비, OXIDE가 빠르게 자라게 하는 장비, 솔 라 Wafer제조용 설비, 태양전지 도핑 퍼니스+반도체용 열처리 장치, VHF PECVD, 태양전지 Dopant paste장치, 셀렌화 장치, Suscepter Heater 등의 제품을 미래에 생산할 계획을 가지고 있음. 또한 결정질 실리콘 태양전지와 관련하여 고효율화, 저가화 등의 제조공정 기술혁신을 위한 지속적인 기술개발 계획을 추진하고 있음. - 구체적으로 레이저 응용 공정기술, 태양전지 웨이퍼 자동검사기술, 인라인 증착장비의 양산기술, 금속 전극 정교 인쇄기술, 고발열 금속전극 형성 건조기술, 태양전지 웨이퍼 전극 어닐링기술, 솔라 셀 도핑기술, 결정질 태양전지 제조용 후면 Passivation기술, 태 양전지 웨이퍼 자동화 세정기술, Selective emitter를 구현하기위한 dopant paste. Shallow emitter에 Deep doping 하기위한 paste 기술, 고효율 저전력 Heat-Exchanger, solar wafer saw 기술 등을 지속적으로 개발할 계획임. 4. 요소기술 후보군 시장 분석 및 기술수준 분석과 각 요소기술별 중소기업의 기술개발 참여 정도를 고려 하여 국내 중소기업의 진출이 용이한 요소기술 후보군을 선별하였으며, 위원회 를 통하여 요소기술 후보군으로 잉곳/웨이퍼분야에서 9개, 태양전지 셀 분야 29개, 총 38개 요소기술 후보군을 도출하였음

46 전략제품 [요소기술 후보군] 중분류 요소기술 출처 결정질 실리콘 n형 CZ wafer 제조기술 태양전지 웨이퍼 전극 어닐링 기술 기업니즈 실리콘 wafer array 기술 웨이퍼 열처리 장비 기업니즈 잉곳/웨이퍼 태양전지용 잉곳/웨이퍼 기술 특허 태양전지 웨이퍼 자동검사장비 기업니즈 유사 단결정 웨이퍼 기술 태양전지 웨이퍼 자동화 세정장치 기업니즈 슬라이싱 머신을 사용한 100μm 초박형 웨이퍼 기술 기업니즈/ 결정질 실리콘 태양전지의 p층 증착기술 인라인 증착장비 양산기술 기업니즈 태양전지 도핑 퍼니스 장비 기업니즈 유사 단결정 태양전지 다결정 실리콘 태양전지 VHF PECVD 기업니즈 후면 전극 태양전지 셀 기술 특허 이종접합 태양전지 기술 특허 인라인 성막설비 기업니즈 결정질 실리콘 태양전지 annealing 기술 결정질 실리콘 태양전지 텍스쳐링 기술 특허 가압 Furnace 장비 기업니즈 플렉서블 결정질 태양전지 기술 레이저 응용 공정기술 기업니즈 태양전지 셀 Emitter 형성 기술 고발열 금속전극 형성 건조기술 기업니즈 결정질 실리콘 태양전지 전극재료 기술 특허 태양전지 Dopant Paste 장치 기업니즈 스크린 인쇄기술을 이용한 전극형성기술 셀렌화 장치 기업니즈 고효율 후면전극 태양전지 제조기술 특허 OXIDE가 빠르게 자라게 하는 장비 기업니즈 결정질 실리콘 태양전지의 passivation 기술 Passivation 표면구조 기술 Suscepter Heater 기업니즈 결정질 실리콘 태양전지 반사방지막 처리 기술 특허 HIT 태양전지 기술 결정질 실리콘 태양전지 기판의 도핑기술 특허 Back surface field 형성 기술

47 에너지변환저장 - 태양전지 태양광 - 결정질실리콘 태양전지 5. 핵심요소기술 선정 전략제품 관련한 특허기술의 클러스터링을 통해 도출된 요소기술 후보군에 대하여 시 장동향, 기술동향을 고려하여, 의 합의로 요소기술을 조정함. [요소기술 조정 결과] 중분류 요소기술 출처 잉곳/웨이퍼 유사 단결정 웨이퍼 기술 슬라이싱 머신을 사용한 100μm 초박형 웨이퍼 기술 기업니즈/ 유사 단결정 태양전지 셀 기술 고효율 후면 전극 태양전지 셀 기술 특허 결정질 실리콘 태양전지 annealing 기술 결정질 실리콘 태양전지 텍스쳐링 기술 특허 스크린 인쇄기술을 이용한 전극형성기술 결정질 실리콘 태양전지의 Passivation/표면구조 기술 인라인 증착장비 양산기술 기업니즈 Emitter 형성 기술 태양전지 셀 결정질 실리콘 태양전지 전극재료 기술 특허 고발열 금속전극 형성 건조기술 기업니즈 태양전지 Dopant Paste 장치 기업니즈 셀렌화 장치 기업니즈 HIT 태양전지 기술 결정질 실리콘 태양전지 반사방지막 처리 기술 특허 결정질 실리콘 태양전지 기판의 도핑기술 특허 Back surface field 형성 기술 OXIDE가 빠르게 자라게 하는 장비 기업니즈 결정질 실리콘 태양전지의 p층 증착기술 선정위원회에서 도출된 요소기술의 범위와 수준, 중소기업 적합성과 시급성 등을 고려 하여 요소기술명을 수정보완 하였음. - 특허 분석, 의견 및 기업 니즈에서 도출된 38개(잉곳/웨이퍼 : 9개, 태양전지 셀 29개)의 기술을 평가를 통하여 잉곳/웨이퍼 기술 분야의 2개 기술과 태양 전지 셀 기술 분야 18개 기술로 총 20개 기술을 요소기술로 선정하였음. - 결정질 실리콘 태양전지 기술은 초저가 초고효율 기술을 지향하고 있기 때문에 이러 한 시장과 기업의 동향을 고려하여 구체적인 기술을 발굴하고 중소기업에 적합한 기 술을 요소기술로 선정하였음. - 기존의 중분류 기술에서 구체성을 강조하는 소분류 기술을 중점적으로 선정하여 국내 중소기업의 전문성을 높이는데 중점을 두는 방향으로 선정하였음. - 요소기술 후보군에서 중복된 기술 혹은 유사한 기술을 삭제 혹은 통합하고 수정 보완 하여 핵심요소기술을 선정하였음

48 전략제품 핵심기술 선정 - 조정된 요소기술과 기술 시장 동향분석 및 기업니즈조사 결과를 기반으로 핵심요소 기술 선정위원회를 통하여 중소기업에 적합한 핵심기술 선정. - 핵심기술 선정은 기술성(10), 시장성(10), 중소기업성(10), 정책적 부합성(5)을 고려하여 평가됨. 기술성은 기술성장성(5), 기술수준(5)으로, 시장성은 시장규모(5), 시장 성장성 (5)으로, 중소기업성은 중소기업 참여정도(5) 및 중소기업 진입장벽(5) 정도를 고려하여 평가하였음. [핵심요소기술 선정 결과] 중분류 요소기술 출처 잉곳/웨이퍼 유사 단결정 웨이퍼 기술 슬라이싱 머신을 사용한 100μm 초박형 웨이퍼 기술 기업니즈/ 유사 단결정 태양전지 셀 기술 고효율 후면전극 태양전지 셀 기술 특허/ 태양전지 셀 결정질 실리콘 태양전지 annealing 기술 결정질 실리콘 태양전지 텍스쳐링 기술 특허 스크린 인쇄기술을 이용한 전극형성기술 결정질 실리콘 태양전지의 Passivation/표면구조 기술 특허/ 6. 로드맵 기획 가. 연구개발 목표 설정 [선정된 핵심요소기술에 대한 연구 목표] 중분류 핵심요소기술 기술요구사항 개발 목표 1차년도 2차년도 3차년도 최종 목표 잉곳/ 웨이퍼 유사 단결정 잉곳/웨이퍼 기술 슬라이싱 머신을 사용한 100μm급 초박형 웨이퍼 기술 - 다결정 Si잉곳의 고품질 고균일화 - 그레인(grain)크기 #80~200 인공 결정임계 형성기술 잉곳길이 60cm 수율 60% 슬라이싱 멀티 소(saw) 기술 개발 그레인 크기 #80~200, 두께 160μm 이하 인공 결정임계 형성기술 잉곳길이 80cm 수율 80% 슬라이싱 멀티 소 기술 개발 그레인 크기 #60~200, 두께 160μm 이하 인공 결정임계 형성기술 잉곳길이 100cm 수율 95% 슬라이싱 멀티 소 기술 개발 그레인 크기 #40~200, 두께 160μm 이하 인공 결정임계 형성기술 잉곳길이 100cm 수율 95% 슬라이싱 멀티 소 기술 개발 그레인 크기 #40~200, 두께 160μm 이하 태양 전지 셀 유사 단결정 태양전지 셀 기술 - 반사율최소화 - 재결합최소화 - 저항손실 최소화 효율 19.5%이상, 병렬저항 50ohm 이상 효율20%이상, 병렬저항 75ohm 이상 효율21%이상, 병렬저항 95ohm 이상 효율21%이상, 병렬저항 95ohm 이상

49 에너지변환저장 - 태양전지 태양광 - 결정질실리콘 태양전지 중분류 핵심요소기술 기술요구사항 고효율 후면전극 태양전지 셀 기술 결정질 실리콘 태양전지 annealing 기술 결정질 실리콘 태양전지 텍스쳐링 기술 스크린 인쇄기술을 이용한 전극형성 기술 결정질 실리콘 태양전지의 Passivation 표면 구조 기술 - 후면반사율 향상 - 신구조기술 - 저온 어닐링 온도 최적화 - 저온 어닐링 시간 최적화 - 표면 반사율 저감 기술 - 드라이 에칭기술 - 고품질 스크린 인쇄 - 인쇄 사이즈 안정성 - 인쇄 해상도와 평탄성 - 반사율 최소화 - 재결합 최소화 - 저항손실 최소화 개발 목표 1차년도 2차년도 3차년도 효율 22% 이상 효율 23% 이상 효율 24% 이상 저온처리시간 3H 시트저항 350Ω/cm2 이하 단결정 6% 이하 다결정 12% 이하 라인폭 60μm, 높이135μm, 피치 350μm 다결정 17.5% 이상, 단결정 20% 이상 저온처리시간 2.5H 시트저항 300Ω/cm2 이하 단결정 5% 이하 다결정 10% 이하 라인폭 50μm, 높이125μm, 피치 300μm 다결정 18% 이상, 단결정 21% 이상 저온처리시간 2.25H 시트저항 250Ω/cm2 이하 단결정 4% 이하 다결정 8% 이하 라인폭 40μm, 높이120μm, 피치 250μm 다결정 19% 이상, 단결정 22% 이상 최종 목표 효율 24% 이상 저온처리시간 2.25H 시트저항 250Ω/cm2 이하 단결정 4% 이하 다결정 8% 이하 라인폭 40μm, 높이120μm, 피치 250μm 다결정 19% 이상, 단결정 22% 이상 나. 로드맵 작성

50 전략제품 무기 박막 태양전지 1. 개요 - 정의 : 유리, 금속, 플라스틱과 같은 저가 기판에 박막 형태의 반도체를 적층하여 구현한 형태의 태양전지를 의미 하며, 광흡수층 소재에 따라 실리콘(a-Si 포함) 박막, CIGS 박막, CdTe 박막 등으로 구분됨 - 범위 : 실리콘 경우 비정질, 다결정 다중접합 태양전지를, CIGS 경우 Cu(In,Ga)(Se,S)2 등의 소재에 기반한 모든 태 양전지를 포함함(단, CdTe는 국내에서 생산하지 않아 포함하지 않음) 가. 정의 및 필요성 박막 태양전지란 실리콘 웨이퍼 상에 태양전지를 구현하는 결정질 실리콘 태양전지와 달리 유리, 금속, 플라스틱과 같은 저가 기판에 박막 형태의 반도체를 적층하여 구현한 형태를 의미함. 광흡수층 소재에 따라 실리콘(a-Si 포함) 박막, CIGS 박막, CdTe 박막 등으로 구분됨. 결정질 실리콘 태양전지 대비 원소재 소모량이 적고, 다양한 저가의 연속 공정을 적용 할 수 있어 저가의 태양전지를 제조할 수 있다는 장점을 갖고 있음. 또한 플렉서블 (Flexible) 기판 적용 시 다양한 용도의 태양전지를 구현할 수 있음. 현재 전체 태양전지 시장의 13.8%(`12년 기준) 정도를 점유하고 있으며, 태양전지 효율, 제조 단가 및 용도 측면(Niche market 확대)에서의 장점으로 인하여 점유율은 점차적 으로 상승할 것으로 전망됨. 특히 태양전지의 후발 주자인 국내 기업들의 경우 기술 개발 성공 시 부가가치 창출이 클 것으로 기대됨. 나. 범위 및 분류 (제품 분류 관점) 유리, 금속 호일, 플라스틱 등 다양한 기판을 사용하여 실리콘, CIGS, CdTe 박막을 광흡수층으로 사용하는 태양전지를 말함. 이중 실리콘 박막의 경우 비정 질(a-Si), 다결정 다중접합 태양전지를, CIGS 박막의 경우 Cu(In,Ga)(Se,S)2 소재에 기반 한 모든 태양전지를 포함함.(단, CdTe는 국내에서 생산하지 않아 포함하지 않음) (공급망 관점) 실리콘 박막/CIGS 태양전지는 기판소재, 실란 가스 및 CIGS 등 화합물 소재, 태양전지 모듈 및 부품 등으로 구성됨

51 에너지변환저장 - 태양전지 태양광 - 무기박막 태양전지 [실리콘 박막/CIGS 박막 태양전지의 태양전지 기술 분류 내 위치] [무기박막 태양전지 분류 관점의 범위] 대분야 중분야 세부 제품 태양광발 전시스템 일반 발전용 건물용 발전 BOS 가정용 발전, 상업용 발전, 공공기관 발전, 요양시설용 발전 등 Roof Top 발전, 파스드(Faςade) 발전, 커튼 월(Curtain-wall) 발전 등 인버터, PCS, 케이블, 설치대(가대) [공급망 단계별 주요제품 분류표(실리콘박막/CIGS 박막 태양전지)] 대분야 중분야 (공급망 단계) 세부 제품 실리콘 박막/ CIGS 박막 부품 소재 모듈 - 기판 재료, 공정 가스 - 증발 소스, 스퍼터링 타겟 - 모듈화 재료, 프레임 재료 - 유리 기판 실리콘 박막 모듈(single, tandem, triple, Multi) - Flexible 실리콘 박막 모듈 - 유리 기판 CIGS 박막 모듈 - Flexible CIGS 박막 모듈 - BIPV 용 박막 모듈 따라서, 실리콘 박막/CIGS 박막 태양전지의 범위는 - a-si, µc-si을 기반으로 한 single, tandem, triple 및 Multi junction을 모두 포함하는 실리콘 박막과 CuInSe2계 chalcogenide 화합물을 포함하는 태양전지 영역이며, - 공급망 기준으로 박막 태양전지는 셀과 모듈이 구분되지 않고 하나의 공정에서 모듈 이 제조되기 때문에, 원료, 부품, 태양광 모듈 등의 영역을 포함함. - 기술적으로는 고효율 및 저가화를 달성하기 위한 소재 소자 공정 장비(제조장비 포 함) 기술 모두를 포함함

52 전략제품 2. 산업 및 시장 분석 - 대면적 양산기술 확보를 통한 저가 고효율 태양전지에 대한 수요가 증가하고 있으며, 최근에는 경량화, 미관 수려 등의 기능성에 대한 요구가 증대하고 있음 - 우리나라는 반도체 및 디스플레이 기술 인프라 연계를 통한 박막 태양전지 제조 기술 발전이 가능하며, 향후 시장 활성화가 기대되는 BIPV(BAPV 포함)에 적용할 수 있어 시장전망은 밝은 것으로 판단됨. -CIGS(화합물형) 시장은 2011년 약 11억 3000만달러 규모에서 2015년 약 38억 9000만달러 규모로 성장 할 것으로 예상되며, a-si(실리콘형) 기술과 함께 가장 빠른 성장 속도를 보이는 것으로 판단됨. - 무기박막 태양전지 분야의 대다수 업체는 조립 및 가공 과정을 통해 완제품 및 단위부품 형태로 판매 하는 구조인 것으로 파악됨. 가. 니즈 분석 (1) 정치(Political) 산업통상자원부(이후, 산업부)에 따르면 2008~2010년 3년간 국내 30대 기업의 신재생에 너지에 대한 투자 규모는 5.9조원이고, 이중 5.1조원이 태양광산업에 투자됨. - 풍력(4,547억원), CTL GTL(1,930억원) 등도 투자 증가세에 있음(제8차 녹색성장보고대 회, ). 정부에서는 2008년 12월 수립한 제3차 신 재생에너지기본계획 에서 태양광을 통한 발 전비율을 2010년 1.8%, 2015년 2.7%, 2020년 3.2%, 2030년 4.1%까지 증가시키는 목표를 제시한 바 있음. - 현재 제4차 신 재생에너지기본계획 이 수립 중으로 3차 기본계획보다 태양광의 비중 을 확대할 예정임(태양광 비중을 기존 `30년(3차)에서 `35년(4차)까지 확대 예정). 에너지 수입의존도가 97%에 이르는 한국의 경우, 신재생에너지에 의한 전력 공급비중 을 점차 증대시키는 것만이 에너지 독립국가, 저탄소 에너지 사회를 구현하기 위한 방 법이며, 그중에서 강력한 대안 중의 하나가 태양광 발전임. 촉진 요인 정부는 반도체, 디스플레이 산업에 이은 차세대 신성장 동력으로 태양광 산업 육성에 대한 의지가 확고함. `11년 12월 말로 발전차액제도(FIT, Feed In Tariff)가 종료되었지만, `12년부터 RPS(Renewable Portfolio Standards)가 실시되면서 대형 발전소(Utylity, 1MW급 이상) 를 설립하기 위한 프로젝트가 지속적으로 추진됨

53 에너지변환저장 - 태양전지 태양광 - 무기박막 태양전지 - `12년 태양광발전 설치량을 220MW로 시작하여 `15년까지 1.2GW를 설치하는 사업이 추진됨 도심 전력 수요를 해소하기 위한 방안으로 건물에 태양광발전을 활용하기 위한 BIPV(BAPV 및 Roof-top 포함) 인증, 표준화 및 실증 사업 등이 추진되고 있음 저해 요인 국내 시장만 고려하면 시장규모가 작아 투자대비 경제성 확보가 어려우며, 세계시장을 대상으로 할 경우, 신재생에너지 사업은 각국 정부정책에 크게 좌우되는 특성으로 인 해 시장예측의 불확실성이 높음. 2012년 현재 국내 태양광모듈 생산 설비 규모가 약 3 GW에 이르기 때문에 최소한 국 내에서 30% 내외의 시장을 형성하기 위해서는 RPS 등 각종 지원 제도를 통해 단계적 으로 2015년까지 1 GW/년 (1조원/년) 이상의 내수시장 규모를 형성할 필요가 있음 (2) 경제(Economical) 현재의 태양광발전은 발전단가가 기존 에너지원보다 고가임. 결정형 태양전지와의 경 쟁력을 확보하기 위해서 저가격화(달러0.5/Wp 수준) 및 고효율(17% 이상) 태양전지를 상용화하기 위한 지속적인 노력이 필요함 태양광발전의 발전단가가 기존 에너지원과 비교하여 경쟁력을 확보하는 그리드 패리티 (Grid Parity) 도달은 국가별로 그 시점에 있어 차이를 보임. 한국의 경우 태양광발전 시스템 설치 단가가 약 달러1/Wp를 하회하는 2020년 전후가 될 것으로 예상됨. 태양광 시장이 공급자 중심에서 수요자 중심으로 변환됨에 따라, 태양광 응용분야별로 수요자의 욕구가 다양화, 고급화 되고 있는 추세에 맞추어 박막 태양광시장도 성장할 전망임 태양전지 부자재(케미컬, 페이스트 등), 모듈 부자재(EVA 필름, 프레임 등)의 국산화를 통해 단가 절감뿐만 아니라, 소싱 기업 다변화를 통해 수급 불안정성의 해소가 필요함. 촉진 요인 세계적으로 태양광 설치 시장의 지속적인 성장세가 전망되며, 국내외적인 대규모 투자 및 활발한 기업합병이 이를 뒷받침하고 있음

54 전략제품 후쿠시마 원전사고 이후, 일본은 대규모 및 중소형 태양광 발전시스템 프로젝트가 개 발되고 있으며, 미국은 매년 3GW급 이상 신규 발전시장이 형성되고 있음. - 특히, 미국은 전 세계적인 유통망을 갖고 있는 월마트에서 Roof Top 태양광발전시스 템으로 전력을 생산하여 판매하고 있음 또한, 전력 계통이 불안한 중국, 인도 및 동남아시아 등을 중심으로 분산전원용 태양광 발전시스템 수요가 확대되고 있음 저해 요인 2011년 이후 결정형 실리콘 태양전지 가격이 급락하면서 무기 박막 태양전지의 장점인 가격 우위가 희석되면서 시장 규모를 확대하는 데 어려움을 겪고 있음 (3) 사회(Social) 태양전지 모듈 경량화, 건물통합형 모듈의 우수한 미관 등이 신재생에너지 정책의 홍 보 수단 및 실제적인 에너지 효율성 증대로 이어질 수 있도록, 시장니즈(Niche Market)에 맞추어 제품을 개발해야 시장 확대에 기여할 수 있음. 실리콘 박막/CIGS 태양전지는 금속호일 및 폴리머 기판 소재 적용 시 경량 플렉서블 (Flexible) 태양전지의 구현이 가능함. 또한 전면전극이 없는 모듈 구조로 인하여 미관 이 수려하고 건물통합형 모듈(BIPV 및 BAPV 포함)에 적합함. 하지만 건물통합형 모듈 에 필요한 소재 국산화 및 소자 원천기술 확보가 필요함. 촉진 요인 원전사고 이후, 원전을 축소하기 위한 관심이 높아지면서, 계절적 수요 급증에 따른 도 심의 피크 수요 전력을 담당하기 위한 전력 생산 시스템에 대한 사회적 관심이 높아지 고 있음 휴대용 기기의 보급이 확대되면서 휴대용 충전기에 대한 요구가 증가할 뿐만 아니라 소형 및 경량으로 제조할 수 있다는 장점을 갖고 있어 기존 전력용 시장과 달리 새로 운 시장을 형성하면서 성장할 것으로 기대됨 저해 요인 신재생에너지 보급 확대 및 보조금 지원제도로서 시행되었던 발전차액지원제도(FIT, Feed-In-Tariff)는 2011년 말에 종료되었고, 2012년부터 신재생에너지 의무공급제(RPS,

55 에너지변환저장 - 태양전지 태양광 - 무기박막 태양전지 Renewable Portfolio Standards)로 전환시행 되고 있음. 보조금 증대 및 제도 변경으로 인한 사업상 리스크 완화 등이 요구되고 있음. 2008년 이후 정부의 발전차액 보조금 규모가 축소되어 내수 시장이 위축된 바 있으며, 이는 태양광 산업을 활성화하여 수출 산업화하고자 하는 정부의 시책과는 상응하지 않 는 측면이 있음. 신재생에너지 산업은 자체 경쟁력 확보 시점까지 정부의 인센티브 제공이 꼭 필요하므 로 이를 활성화하기 위한 정책의 일관성 유지가 요구됨. (4) 기술(Technological) 무기 박막 태양전지 제조공정은 반도체 및 디스플레이 제조 공정과 유사하지만, 기존 의 기술과 차별화되는 고효율화, 저가화를 달성해야 하는 차이가 있음. 결정형과 달리 무기박막 태양전지 Value Chain은 모듈-시스템 으로 구성되므로 모듈 제조 공정 및 장비, 원료/소재, 시스템 등의 부분에서 핵심 요소기술 개발이 필수적임 CIGS 태양전지는 대면적에서 박막 조성을 균일하게 조절하는 기술과 흡수층 성막 시 간 단축을 통한 생산속도 향상 및 희토류 금속 대체 기술 개발 등으로 원가를 감소시 키는 기술의 개발이 필요함. CIGS 태양전지는 부품, 소재 및 장비 국산화를 통해서 대면적 양산 모듈 생산에 필요한 기술의 개발이 필요하며 시장 조기 진입을 유도하기 위한 요소기술의 개발이 필요함. 촉진 요인 한국은 반도체, 디스플레이 분야에서 세계 1등 기술을 보유하고 있으므로 태양전지 기 술에서도 우위 확보가 가능함. 지속적인 연구개발을 통해서 기술 선진국과의 기술격차를 해소하고 있으며 현재는 차 세대 무기 박막 태양전지의 원천기술을 확보하기 위한 기술 개발을 통해서 태양광 산 업을 선도하기 위해서 노력 중임 중견, 중소기업과 연계하여 기 개발된 핵심기술을 상용화함으로서 가격 및 기술 경쟁 력를 선도할 수 있는 기술 보유 국가로 전환할 수 있도록 기술우위 중소기업 육성 추 진 및 기술개발 지원이 요구됨

56 전략제품 저해 요인 무기 박막 태양전지는 생산라인 대부분을 선진 엔지니어링 업체로부터 턴키 기반으로 일괄 도입하고 있어서 유지보수 비용 증가, 기술문제 해결 지연 등의 문제가 있으므로 가격 상승 요인이 되고 있음 특히, 결정질 실리콘 태양전지를 대체할 수 있을 것으로 기대되고 있는 CIGS 박막 태 양전지에 대한 기술 표준화, 인증 및 Turn Key(Semi Turn Key 포함) 솔루션(Solution) 등에서 어려움을 호소하고 있음 [태양전지 분야의 PEST 분석] 구분 주요이슈 단기(3년이내) 중장기(4년이상) 비고 정치 (P) 촉진 - RPS 사업 확대 - 신성장동력산업으로 육성 상 중 하 상 중 하 저해 - 정부정책 의존 상 중 하 상 중 하 -RPS 사업 조기 시행(`15년까 1.2GW) - 소규모 발전사업 지원 방안 수립 -RPS 사업 종료 후, 차기 방안 부재 - 관련 부처간 협력 미흡 경제 (E) 촉진 -Niche market(bipv 포함) 시 장 확대 - 분산전원용 발전시스템 수요 확대 상 중 하 상 중 하 - 도심형 태양광발전 프로젝트 참여 저해 - 결정형 실리콘 태양전지 가격 하락 상 중 하 상 중 하 - 가격경쟁력 확보 사회 (S) 촉진 - 원전사고 이후 태양광 시각 변화 -Niche Market 시장 확대(휴대 용 등) 상 중하 상 중 하 -Niche Market Item 발굴 저해 -FIT 제도 폐지 - 소규모발전사업자 사업 축소 상 중 하 상 중 하 - 소규모 발전사업자 우대 방안 검토 기술 (T) 촉진 저해 - 태양전지 기반 기술 우위 확보 - 주요 기술 확보를 통한 기술 경쟁력 확보 - 제조 및 공정장비 기술 격차 - 기술표준화 및 인증 관련 기 술 미흡 상 중 하 상 중 하 -Bottle Neck 기술 개발 상 중 하 상 중 하 - 원천기술 확보 - 원가 절감을 위한 공정 개발

57 에너지변환저장 - 태양전지 태양광 - 무기박막 태양전지 나. 산업특징 및 구조 박막 실리콘 태양전지는 산업화 진입을 추진 중임. 주로 화학 및 디스플레이 산업에 참여하던 대기업을 중심으로 사업화를 검토 중이며, 중소기업들은 주로 증착 장비 (Sputter, Co-evaporator 등) 및 부품 소재(전극소재 등) 산업에 집중되어 있음. 박막 CIGS 태양전지는 산업화 진입을 추진 중임. 중소기업들은 주로 증착 장비에 집중 되어 있으며, 원료/소재 산업과 태양전지 전방산업은 박막 실리콘 태양전지 산업과 유 사함. - 박막 CIGS 태양전지 분야에 참여하고 있는 중소기업의 수는 약 10여 업체 이하이며, 산업화의 중심으로 등장하기 위해서는 보다 많은 연구 개발이 필요함. - 따라서 무기박막 태양전지 전용 BOS, PCS, 시스템 개발은 진행되지 않고 있으며, 이 와 관련된 발전 시스템 관련 부품/소재를 중소기업이 사업화하기에는 시간이 보다 소 요될 것으로 예상됨. [무기 박막 태양전지 중심의 연관 산업 구조] 후방산업 무기 박막 태양전지 전방산업 소재 및 부품산업, 기판(SUS, 유리 등) 산업, 장비 산업 등 전력 생산(가정용, 상업용, 발전용) BIPV 건축, 토목, 전력 산업 등 강점(Strength) [무기박막 태양전지의 SWOT분석] 약점(Weakness) - 반도체 및 디스플레이 기술 인프라 연계 가능 - 관련 Supply Chain 구축 용이 - 기존 반도체/디스플레이 장비 활용 가능 기회요인(Opportunity) - 시장활성화가 기대되는 BIPV에 적용 가능 - 수요자 중심의 Niche Market 확대 가능 - Sun Belt 지역에서 PV 설치 시장 확대 - 녹색성장 정책 강화로 관심 집중 - 소규모 시장으로 관련 사업 기반 취약 - 핵심 인적자원 부족 - 모듈 인증 기준 등 인프라 미비 위협요인(Threat) - 선진국 산업체들의 시장선점에 의한 높은 진입장벽 - 결정질 실리콘 태양전지의 가격 하락 - 태양광 경기 침체로 Supply Chain 약화 다. 시장현황/전망분석 무기박막 태양전지는 광흡수층에 사용되는 소재에 따라 실리콘 박막, GIGS 박막, CdTe 박막 등으로 구분되고 현재 전체 태양전지 세계 시장의 13.8%(`12년 기준) 정도 를 점유하고 있으며, 태양전지의 효율 및 제조 단가 측면의 이점으로 점유율은 점차 상승할 것으로 예상됨

58 전략제품 출처: SNE 리서치(2012) [결정질 vs. 박막 세계 태양전지 점유율 전망] 박막형 태양전지 시장은 a-si(실리콘형), CdTe(카드뮴 텔룰라이드), CIGS(화합물형), DSSC(염료감응형) 및 OPV(유기박막) 시장으로 구분되고, 향후 CIGS 태양전지를 중심 으로 성장할 것으로 예상되며, 그 다음으로 a-si 및 DSSC순으로 성장할 것으로 예상됨. 출처: SNE 리서치(2012) [박막형 태양전지 세계 시장 전망] CIGS(화합물형) 시장은 2011년 약 11억 3000만달러 규모에서 2015년 약 38억 9000만달 러 규모로 성장할 것으로 예상되며, a-si(실리콘형) 기술과 함께 가장 빠른 성장 속도를 보이는 것으로 판단됨. 실리콘 박막 태양전지의 고효율화 및 CIGS 박막 태양전지의 본격적인 양산이 시작되 는 2014년 이후 박막 태양전지 시장은 급속하게 성장할 것으로 전망되며, 향후 2020년 에는 전체 태양전지 시장의 30% 정도가 박막 태양전지가 될 것으로 예상됨

59 에너지변환저장 - 태양전지 태양광 - 무기박막 태양전지 [무기박막태양전지 시장 현황 및 전망(2012~2016년)] (단위: Mil.달러, %) 구분 년도 시장규모 성장률 CAGR 세계 시장 a-si 2, , , , , CIGS 1, , , , , CdTe 2, , , , , DSSC OPV 합계 6, , , , , 출처: SNE 리서치(2012) * 세계 시장은 파악 가능하지만, 국내 시장은 파악하기 어려움(현재 생산하고 있는 기업이 없는 상황임). ** 현재 세계시장 예측은 2015년까지만 되어 있음. *** CdTe 박막 태양전지는 수입하지 않는 것으로 정부방침을 확정함. 또한 국내에 개발 중인 기업도 없음. 라. 공급망(분류)에 따른 분석 박막 태양전지는 저렴한 생산단가와 넓은 응용분야를 가지고 있어 결정질 실리콘 태양 전지를 이을 차세대 기술로 주목받고 있음 - 박막 태양전지는 단순한 제조공정 및 실리콘 기판 대신 유리와 같은 저렴한 기판의 사용이 가능하여 제조단가를 저감할 수 있으며, 가벼운 무게와 Flexible한 특징은 건물 외장재 등 다양한 제품군에 적용할 수 있음 실리콘 박막 태양전지는 기판 형태를 기준으로 유리 기판 및 플렉시블 기판 이용전지 로 나눠지며, 태양전지의 고효율화를 위해 다중접합 기술, 광포획 기술 및 생산성 향상 을 위한 mc-si 고속증착과 대면적 양산화 장비 등이 광범위하게 개발되고 있음 - 유리 기판을 중심으로 기술개발을 진행하고 있는 대표적인 기업으로는 TEL Solar AG(일본), Mitsubishi Heavy Industry(일본), Sharp(일본), KANEKA(일본), ULVAC(일 본) 등이 있음 - 플렉시블 기판을 중심으로 기술개발을 진행하고 있는 대표적인 기업으로는 Fuji Electric(일본), Flexcell(스위스), Nuon(네덜란드), Power Film(미국) 등이 있음 현재 무기박막 태양전지를 양산하고 있는 기업은 First Solar(CdTe)와 Solar Frontier(CIGS)뿐이고 다수 기업은 효율 향상, 저가격화 등을 위해서 연구개발 중임 세계업체 및 제품 현황 - 실리콘 박막 태양전지가 현재 갖고 있는 효율 문제(7~9%) 및 생산성 문제를 극복하고 태양전지 제조단가를 획기적으로 줄일 수 있는 차세대 박막 태양전지 제조기술에 대 한 연구가 진행되고 있으며, 나노기술을 기반으로 하는 실리콘 박막 태양전지 기술들 이 원천기술 형태로 개발되고 있음

60 전략제품 - CIGS 박막 태양전지의 경우 일본 Solar Frontier의 1GW급 투자 및 Turn-key 장비 업 체 출현으로 그동안의 약점이었던 양산성 이슈가 해결될 것으로 보이며, 향후 본격적 으로 시장점유율을 높여 갈 것으로 예상됨 - 상업용 대면적 CIGS 박막 태양전지의 효율은 독일의 Wruth Solar, 일본의 SolarFrontier 등에서 패널 기준으로 14%를 넘는 등 다결정 실리콘 태양전지에 근접한 수준에 도달함 - 일본의 Sony, Toyota, Sharp, 호주의 Dyesol 등 세계의 많은 업체들이 BIPV용으로의 활용하기 위해 실용화 연구를 추진하고 있으며, 서브 모듈 기준 10%에 근접하는 결과 들이 발표되고 있음 - 독일의 Heliatek이 2013년 1월 저분자 진공 소자에서 12.0%(면적 1.1 cm2), 일본의 Mitsubishi Chemical이 저분자 습식 소자에서 12%에 육박하는 최고 효율을 발표하고 있음 - OPV의 주종인 습식 고분자 소자에서는 미국의 UCLA와 일본의 Sumitomo 협동팀이 2층 탠덤 소자에서 셀 효율 10.6%, 단층 소자에서는 2010년 미국의 Solarmer 社 가 셀 효율 8.13%, 소자수명 3년이라는 성능을 발표한 바 있으며, 유럽의 IMEC/Polyera 협 동팀도 2012년에 셀 효율 9.1%를 발표하였음 국내업체 및 제품 현황 - (실리콘 박막) 실리콘의 사용량을 줄이면서 가격을 저감하기 위한 필요성이 대두됨에 따 라 대면적 실리콘 박막 태양전지 기술개발 과제(LG전자)들이 진행됨. 또한Flexible 실리콘 박막 태양광 모듈 양산을 위한 핵심 부품소재를 개발하는 연구(한국철강)도 진행 중임 - (CIGS 박막) 실리콘이 아닌 화합물 반도체를 이용하여 태양전지를 제조하는 연구가 진행되고 있으며, 유리 기판 CIGS계 박막 태양전지 모듈의 제조기술 개발이 완료되어 (LG이노텍) 향후(2013년 예정) 양산 라인이 구축될 예정임. 또한 기존에 개발된 진공 방식이 아닌 비진공 프린팅법을 적용한 CIGS 박막 태양광 서브모듈 개발과제(금호전 기)도 진행 중임 - (염료감응형) 스위스의 Gratzel 교수가 보유한 특허에 기반을 두고 있는 염료감응태양 전지 분야는 소재 및 부품 등을 개발하기 위한 연구가 국내에서 활발히 진행되고 있 으며, 고신뢰성 염료감응 태양전지 모듈 제조 및 상용화 기술도 개발(동진세미켐) 중 임. 염료감응 태양전지를 양산하는 업체는 아직 없으나, 염료감응 태양전지를 개발하 는 기관 및 업체가 속속 시장에 진입하면서 상대적으로 설계기술의국산화율 및 기술 수준은 높은 것으로 분석됨. 한국에서는 동진세미켐, 이건창호,상보 등의 기업들이 상 용화개발을 추진하고 있음 - (유기 박막) 3세대 태양전지의 대표 주자로서 원천기술을 확보하기 위한 기술개발이 진행 중이고, 국가 전략사업으로 고안정성 폴리머 태양전지 모듈제조 기술 개발 과제 (코오롱인더스트리)와 유기 단분자 태양전지 서브모듈 제조 기술 개발 과제(LG화학)가 진행 중임. 한편 한국화학연구원도 2011년 효율 7.35%의 신규 광활성 소재 개발을 발 표한 바 있음

61 에너지변환저장 - 태양전지 태양광 - 무기박막 태양전지 공급망 현황 및 중소기업 참여정도는 아래와 같음. [공급망 분석 종합] 공급망 단계 a-si CIGS CdTe DSSC OPV 주요 제품/기술 해외 기업 국내 기업 비정질 Si 박막 태양전지 모듈 Fuji Electric System, Sharp, United Solar Ovonic, EPV, Auria Solar, Orlikon LG전자, 주성엔지니어링 CIGS 박막 태양전지 모듈 Avancis AG, Solarion, Solibro, Wurth Solar, Solar Frontier, Ascent Solar, SoloPower, Miasole, Stion 대양금속, LG 이노텍, 삼성 SDI, GS 칼텍스, 금호전기, 다쓰텍크, SK 이노베이션 CdTe 박막 태양전지 모듈 Antec Solar, First Solar, Solexant, Sunovia Energy - 염료감응 태양전지 모듈 G224i, Corus, Peccell, DNP, Fujikura, Sony, Sharp, TDK, 3GSolar, Solaronix 동진쎄미켐, 상보, 티모태크놀로지스, 이건창호, 도레이첨단소재 유기 태양전지 모듈 Mitshubishi Chemicals, Heliatek LG화학, 코오롱인더스트리 중소기업 참여정도 - 중소기업 시장점유정도 - 참여정도는 주요제품 시장에 참여하는 중소기업의 참여규모와 정도(업체수, 비율 등)를 고려하여 5단계로 구분 (낮은 단계:, 중간 단계(,, ) 높은 단계: ) 3. 기업니즈조사 무기 박막 태양전지 분야 중소기업의 니즈분석을 통한 현황을 살펴보면, 디스플레이 및 반도체 장비를 개발, 생산 및 판매하고 있음 - 주요 생산품은 박막 태양전지 광흡수층 제조장비, 윈도우층 제조장비, 다양한 층을 성막하기 위한 진공장비 및 무기 박막 태양전지용 Target 등의 제품을 개발, 판매하 고 있음 또한 박막 태양전지 광흡수층 제조장비 등과 같은 진공 방식 등을 적용하는 장비에 대 한 수요가 있음 - 무기박막 태양전지의 광흡수층을 증착하는 방법에 따라 동시증발법(Coevaporator)와 스퍼터링 방법 및 In-line 방식의 연속 제조 공정 장비 등이 개발 또는 판매되고 있음 무기 박막 태양전지 분야 중소기업의 니즈분석을 통한 현황을 살펴보면, 다양한 중소 기업들이 융합을 기반으로 하는 제품을 개발, 판매를 진행하고 있음 - 구체적으로 무기박막 태양전지용 기판(SUS, 유리 및 고분자 필름 등), BIPV에 적용 가능한 박막 태양전지, Flexible 무기 박막 태양전지, 다양한 층을 성막하기 위한 진 공장비 등의 제품을 개발, 판매하고 있음

62 전략제품 이를 위해서 무기 박막 태양전지는 아래와 같은 기술의 수요가 필요할 뿐만 아니라 기술 개발 계획을 가지고 있음. - 구체적으로 Flexible 기판 기술(SUS, PI 등), 인쇄용 제조장비 기술(그라비아, 옵셋, 잉 크젯 프린팅 등), Cd-Free 버퍼층 형성기술, 고투과율 기판 제조 기술(SUS, PI 등), CIGS 원통형 Target 개발 기술, 셀렌(Se)화 관련 장비 및 공정 기술 등이 있음 4. 요소기술 후보군 [요소기술 후보군] 공급망 또는 중분류 요소기술 출처 a-si 비정질 실리콘 박막 태양전지 마이크로 결정 실리콘 박막 태양전지 CdTe CdTe 박막 태양전지 CIGS 박막 태양전지 박막 형성용 CVD 기술 박막태양전지 광흡수층 원통형 타켓 본딩 제조기술(스파터용) 기업니즈 친환경 CIGS 증착 장비 개발 기업니즈 셀렌화 공정 기술 개발 기업니즈 고투과율 대면적 기판 기술 개발 기업니즈 양자점 태양전지 박막 태양전지 Tandem화 기술 박막 태양전지 중간 반사층 활용 기술 박막 태양전지용 기판 기술 CIGS 희토류 대체 기술(In 등) Flexible 박막 태양전지 CZTS 박막 태양전지 특허 박막 태양전지 대형화 기술 박막 태양전지 밴드갭 Grading 기술 I-layer의 defect 분석 Flexible 기판 활용 R2R 공정 기술 박막 태양전지의 Light soaking 측정 Cd-Free Buffer Layer 공정 기술 박막 태양전지 모듈화 기술 반사방지막 코팅 기술 박막 태양전지용 투명 전도막 삼중접합 태양전지 기술 5. 핵심요소기술 선정 전략제품 관련한 특허기술의 클러스터링을 통해 도출된 요소기술을 시장동향, 기술동 향을 고려하여, 의 합의로 요소기술을 조정함

63 에너지변환저장 - 태양전지 태양광 - 무기박막 태양전지 [요소기술 조정 결과] 공급망 또는 중분류 요소기술 출처 CIGS 셀렌화 공정 기술 개발 박막 태양전지 대형화 기술 박막 태양전지 광흡수층 기술 Cd-free Buffer layer 기술 Flexible 기판 활용 R2R 공정 기술 박막 태양전지 Tandem화 기술 고투과율 대면적 유리기판 기술 원통형 타켓 본딩 제조기술(스퍼터용) CIGS박막태양전지기술 박막 형성용 CVD 기술 친환경 CIGS 증착 장비 개발 박막 태양전지 중간 반사층 활용 기술 희토류 대체 기술(In 등) CZTS박막태양전지기술 박막 태양전지 밴드갭 Grading 기술 박막 태양전지의 Light soaking 측정 기술 박막 태양전지 모듈화 기술 기업니즈 기업니즈, 기업니즈 특허 도출된 요소기술의 범위와 수준, 중소기업 적합성과 시급성 등을 고려하여 요소기술명 을 보완함. - 특허 분석, 의견 및 기업 니즈를 통해서 17개 요소기술로 확정하였음 - 최근 CIGS 태양전지 중에서 In를 대체하기 위한 연구개발이 진행되는 현상을 반영하 였음. - 또한, 무기박막 태양전지의 양산율 향상, 제조단가 저감 등을 위해서 제조(공정 포함) 장비 국산화, 부품 소재 국산화에 대한 관심이 높아지면서 기업의 니즈와 의 견을 반영하여 요소기술을 조정하였음 핵심기술 선정 - 조정된 요소기술과 기술 시장 동향분석 및 기업니즈조사 결과를 기반으로 핵심요소 기술 선정위원회를 통하여 중소기업에 적합한 핵심기술 선정 - 핵심기술 선정은 기술성(10), 시장성(10), 중소기업성(10), 정책적 부합성(5)을 고려하여 평가됨. 기술성은 기술성장성(5), 기술수준(5)으로, 시장성은 시장규모(5), 시장 성장성 (5)으로, 중소기업성은 중소기업 참여정도(5) 및 중소기업 진입장벽 정도를 고려하여 평가

64 전략제품 [핵심요소기술 선정결과] 공급망 또는 중분류 CIGS 셀렌화 공정 기술 박막 태양전지 대형화 기술 박막 태양전지 광흡수층 기술 Cd-free Buffer layer 기술 Flexible 기판 활용 R2R 공정 기술 박막 태양전지 Tandem화 기술 고투과율 대면적 유리기판 기술 원통형 타켓 본딩 제조기술(스퍼터용) 요소기술 6. 로드맵 기획 가. 연구개발 목표 설정 [선정된 핵심요소기술에 대한 연구 목표] 중분류 핵심요소기술 기술요구사항 개발 목표 1차년도 2차년도 3차년도 최종 목표 셀렌화 공정 기술 저온 Selenization 장비(공정온도) <500 <450 <430 <430 박막 태양전지 대형화 기술 모듈 효율(%) 5G 이상 박막 태양전지 광흡수층 기술 Tact Time(min) 수율(%) 10 / / 85 7 / 85 7 / 85 CIGS Cd-free Buffer layer 기술 Flexible 기판 활용 R2R 공정 기술 셀 변환효율(%) 1cm2 모듈 사이즈 (폭/길이 : mm/m) 이상 / 500이상 400 이상 / 500 이상 500 이상 / 500 이상 500 이상 / 500 이상 박막 태양전지 Tandem화 기술 셀 변환효율(%) 1cm 고투과율 대면적 유리기판 기술 투과율(%) (AR Coating 적용) 원통형 타켓 본딩 제조기술(스퍼터용) Void 비율(%) 실차 Test(W/cm2) 5 이내/ 이내/20 4 이내/20 4 이내/

65 에너지변환저장 - 태양전지 태양광 - 무기박막 태양전지 나. 로드맵 작성

66 전략제품 태양광 발전시스템 1. 개요 - 정의 : 태양전지 모듈에서 발생된 직류 전력을 범용으로 사용가능한 교류 전력으로 변환하기 위한 시스템 및 주변기기를 의미함. - 범위 : 전력변환기기 분류로는 독립형, 계통연계형, 설치 가대, 모니터링 및 관련 부품(인버터 등)에 대한 전 영역을 포함함. 가. 정의 및 필요성 태양전지 모듈에서 발생된 직류 전력을 사용가능한 교류 전력으로 변환하기 위한 시스 템 및 주변기기(BOS, Balance Of Systems)를 의미함. 태양전지 모듈에서 발생되는 직류 전력의 효율적인 사용을 위해 최대 전력점 추적 제 어(MPPT, Maximum Power Point Tracking) 기능을 필수적으로 포함. 태양광 발전 시스템 단위의 필수 구성 요소로써, 태양광 보급 확대를 위한 독립형 (Off-grid) 시스템 및 관련 필수 구성 요소를 포함. 나. 범위 및 분류 (제품 분류 관점) 독립형 단상, 계통연계형 MIC(DC/AC, DC/DC), 계통연계형 소형 단상(가정용), 계통연계형 중형 삼상(건물용), 계통연계형 대형 삼상(발전사업용), 독립 형, 시스템 등으로 분류가 가능함. (시스템 구성 요소별 분류) [태양전지 전력변환기기/시스템의 제품 분류 관점의 범위]

67 에너지변환저장 - 태양전지 태양광 - 태양광발전시스템 [태양광발전시스템 분류 관점의 범위] 대분야 중분야 세부 제품 태양광발 전시스템 스템 가정용 상업용 Utility BIPV 유지/보수 3KW급 인버터, 10KW급 인버터 등 25KW급 인버터, 50KW급 인버터, 100KW급 인버터 등 250KW급 인버터, 500KW급 인버터, 1MW급 인버터 등 마이크로 인버터, DC/DC 컨버터 등 모니터링, Data logger, 웹 기반 시스템, 모듈 Cleaning 시스템 등 [공급망 단계별 주요제품 분류표] 대분야 중분야(구성 형태) 세부 제품 독립형 단상 1~5kW MIC 250~300W 전력변환기기 계통연계형 소형 중형 1~5kW 10~50kW 대형 100~250kW 태양광 발전시스템 시스템 설치/가대 고정식 추적식 초대형 고정식 경사가변형 단축식 양축식 500~1500kW 사용자 요구에 따름 사용자 요구에 따름 보통 1kW 이상 보통 1kW 이상 모니터링 외 로컬, 웹, 스트링 모니터링, 접속반, DC 스위치, DC 커넥터, 현황판, 신호 변환기, Client Bridge 따라서, 태양광 발전시스템 범위는 - 태양전지 전력 변환에 포함되는 전력변환기기/시스템 영역이며, - 제품 분류 기준으로 독립형, 계통연계형, 설치 가대, 모니터링 및 관련 부품에 대한 전 영역, - 기술적으로 전력 제어 기법에 따른 전력변환 성능 향상 기술, 설치 환경에 따른 발전 성능 향상 기술, 모니터링 및 부품 기술, 시스템 손실요소 분석뿐만 아니라 태양전지 모듈을 제외한 태양광 발전 시스템 전영역의 성능 향상 및 보급 확대와 관련된 기술 까지 포함

68 전략제품 2. 산업 및 시장 분석 - 전 세계 태양광 설치량이 2006년 이후 계속해서 증가하고 있으며, 2012년에 30~32GW가 설치되었고 매 년 10~16% 수준으로 성장할 전망임. - 원전사고 이후(2011년, 후쿠시마) 일본, 미국 등을 중심으로 가정용 및 상업용 태양광 발전시스템 보급 뿐만 아니라 대형발전소(Utility, 1MW급 이상) Project 수요가 증가함에 따라 태양광발전시스템 및 BOS 수요가 증가할 것으로 전망됨. - 또한, BEMS(Building Energy Management System) 또는 Micro Grid와 연계할 수 있는 BIPV(미관 고려)에 적합한 PCS(Power Conditioning System)를 포함한 주변기기의 수요가 증가할 것으로 예상됨. - 태양광 누적설치량이 증가하면서 태양광 발전시스템의 실시간 상황을 점검할 수 있는 IT 기반(유/무선 블루투스 포함)의 통합 모니터링 Solution 수요도 증가할 것으로 기대됨. 가. 니즈 분석 (1) 정치(Political) 산업통상자원부(이후, 산업부)에 따르면 2008~2010년 3년간 국내 30대 기업의 신재생에 너지에 대한 투자 규모는 5.9조원이고, 이중 5.1조원이 태양광산업에 투자됨. - 풍력(4,547억원), CTL GTL(1,930억원) 등도 투자 증가세에 있음(제8차 녹색성장보고대 회, ). 정부에서는 2008년 12월 수립한 제3차 신 재생에너지기본계획 에서 태양광을 통한 발 전비율을 2010년 1.8%, 2015년 2.7%, 2020년 3.2%, 2030년 4.1%까지 증가시키는 목표를 제시한 바 있음. - 현재 제4차 신 재생에너지기본계획 이 수립 중으로 3차 기본계획보다 태양광의 비중 을 확대할 예정임(태양광 비중을 기존 `30년(3차)에서 `35년(4차)까지 확대 예정). 에너지 수입의존도가 97%에 이르는 한국의 경우, 신재생에너지에 의한 전력 공급비중 을 점차 증대시키는 것만이 에너지 독립국가, 저탄소 에너지 사회를 구현하기 위한 방 법이며, 그중에서 강력한 대안 중의 하나가 태양광 발전임. 촉진 요인 정부는 반도체, 디스플레이 산업에 이은 차세대 신성장 동력으로 태양광 산업 육성에 대한 의지가 확고함. `11년 12월 말로 발전차액제도(FIT, Feed In Tariff)가 종료되었지만, `12년부터 RPS(Renewable Portfolio Standards)가 실시되면서 대형 발전소(Utylity, 1MW급 이상) 를 설립하기 위한 프로젝트가 지속적으로 추진됨

69 에너지변환저장 - 태양전지 태양광 - 태양광발전시스템 - `12년 태양광발전 설치량을 220MW로 시작하여 `15년까지 1.2GW를 설치하는 사업이 추진됨 도심 전력 수요를 해소하기 위한 방안으로 건물에 태양광발전을 활용하기 위한 BIPV(BAPV 및 Roof-top 포함) 인증, 표준화 및 실증 사업 등이 추진되고 있음 저해 요인 국내 시장만 고려하면 시장규모가 작아 투자대비 경제성 확보가 어려우며, 세계시장을 대상으로 할 경우, 신재생에너지 사업은 각국 정부정책에 크게 좌우되는 특성으로 인 해 시장예측의 불확실성이 높음. 2012년 현재 국내 태양광모듈 생산 설비 규모가 약 3 GW에 이르기 때문에 최소한 국 내에서 30% 내외의 시장을 형성하기 위해서는 RPS 등 각종 지원 제도를 통해 단계적 으로 2015년까지 1 GW/년 (1조원/년) 이상의 내수시장 규모를 형성할 필요가 있음 (2) 경제(Economical) 태양광 발전시스템이 가격 경쟁력을 확보하기 위해서는 달러1.0/W 수준이 되어야 하 는 데 2020년을 전후로 태양광 모듈(결정형 및 CIGS 박막 태양전지) 가격이 달러 0.6/W가 될 것으로 전망되면서 인버터를 포함한 BOS 가격이 달러0.4/W이 될 것으로 전망됨 태양광 시장이 공급자 중심에서 수요자 중심으로 변환됨에 따라, 태양광 응용분야별로 수요자의 욕구가 다양화, 고급화 되고 있는 추세에 맞추어 박막 태양광시장도 성장할 전망되면서 Micro Inverter 시장이 확대될 것으로 전망됨 촉진 요인 후쿠시마 원전사고 이후, 일본은 대규모 및 중소형 태양광 발전시스템 프로젝트가 개 발되고 있으며, 미국은 매년 3GW급 이상 신규 발전시장이 형성되고 있음. - 특히, 미국은 전 세계적인 유통망을 갖고 있는 월마트에서 Roof Top 태양광발전시스 템으로 전력 생산 및 판매하고 있음 또한, 전력망이 불안한 중국, 인도 및 동남아시아 등을 중심으로 분산전원용 태양광발 전시스템 수요가 확대되고 있음. 특히, 미얀마 같은 경우 PV+ESS(이차전지 포함) 를 결합한 소규모 발전시스템이 확대되고 있음

70 전략제품 저해 요인 Grid Parity 이후 태양광 발전시스템 단가 중에서 BOS 단가 하락에 따른 수익구조 악 화로 시장경쟁력이 심화될 것으로 예상됨 (3) 사회(Social) 원전사고 이후, 미국, 일본 및 아시아 국가(중국, 인도 등) 등에 태양광 발전시스템을 활용하여 부족한 전력 시장을 개선하기 위해서 노력하고 있는 상황임 기존 발전용(Utility) 시장에서 가정용 및 상업용 발전시스템 확대, 도심 건물을 활용한 BIPV 시장 확대 등 소규모 발전시장이 확대될 것으로 예상됨 태양전지 전력변환기기의 변환 효율 향상 및 경량화, 그리고 BIPV에 적용할 수 있는 전력변환기(Compact화 등)를 활용하여 신재생에너지 정책 홍보 수단 및 실제적인 에너 지 효율성 (BEMS 등) 증대로 이어질 수 있도록, 시장니즈(Niche Market)에 맞는 제품 개발이 시장 확대에 기여할 것으로 기대됨. 촉진 요인 원전사고 이후, 원전을 축소하기 위한 관심이 높아지면서, 계절적 수요 급증에 따른 도 심의 피크 수요 전력을 담당하기 위한 전력 생산 시스템에 대한 사회적 관심이 높아지 고 있음 도심의 피크 전력을 해소하기 위한 Micro Grid 등과 같은 BEMS(Building Energy Management System)의 수요가 확대될 것으로 예상됨 저해 요인 신재생에너지 보급 확대 및 보조금 지원제도로서 시행되었던 발전차액지원제도(FIT, Feed-In-Tariff)는 2011년 말에 종료되었고, 2012년부터 신재생에너지 의무공급제(RPS, Renewable Portfolio Standards)로 전환시행 되면서 소규모 발전사업자 등 태양광 발전 사업 참여 기회가 감소할 것으로 예상됨 (4) 기술(Technological) 대용량 태양전지 전력변환 기기는 선진 부품 업체로부터 부품을 공급받아 적용하는 경

71 에너지변환저장 - 태양전지 태양광 - 태양광발전시스템 우가 대부분이며, 이로 인해 생산 비용 및 유지보수 비용 증가, 기술문제 해결 지연 등 의 문제가 존재함. 태양전지 전력변환 시스템에 사용되는 부자재(DC커넥터, DC스위치), 전력 변환기기 부 자재(EMI 필터) 등의 국산화를 통해, 시스템 업체에서는 단가 절감 뿐 아니라, 아웃소 싱(Outsourcing) 기업 다변화를 통해 수급 불안정성을 해소할 필요가 있음. 촉진 요인 반도체, 디스플레이 및 IT 분야 세계 1등 기술력을 바탕으로 태양전지 전력변환 기기 관련 모니터링 시스템에 대한 기술 우위 확보 가능함. 전력변화기기의 양산성과 전력변환 회로 설계 및 전력제어 연구개발로 전력 변환효율 향상을 기반으로 유/무선, 블루투스(H/W 및 S/W) 및 스마트폰 기반의 웹 개발을 통해 전력변환 제품 자체의 경쟁력을 높여야 함. 또한 쉽고 강력한 인터페이스 기기 출시를 통해, 태양전지 전력변환기기의 제품경쟁력이 한층 강화될 수 있을 것으로 기대됨. 유/무선 및 블루투스 등 IT 기반의 모니터링 시스템 시장이 확대될 것으로 예상되면서 관련 산업도 동반 성장할 것으로 전망됨. 저해 요인 유럽시장의 경제 상황 악화로 인해 전력용 반도체, DSP 및 주요 부품소재 업체들이 생 산을 축소함에 따라 2009년부터 2010년 현재에 이르기까지 태양전지 인버터 및 관련 제품의 부품 공급불안이 지속되고 있음. 국내 태양전지 인버터 제조업체에서는 해외수출을 위하여 CE, UL, TUV, VDE, JET등 해외규격 취득을 추진 중에 있으나, 규격에 적합한 부품소재나 품질관리 체계를 갖추 지 못해 고전하고 있으며, 기술규격을 취득하기 위한 공공 지원 인프라 또한 미성숙된 상태임

72 전략제품 정치 (P) 경제 (E) 사회 (S) 기술 (T) [태양전지 분야의 PEST 분석] 구분 주요이슈 단기(3년이내) 중장기(4년이상) 비고 촉진 - RPS 사업 확대 - 신성장동력산업으로 육성 상 중 하 상 중 하 저해 - 정부정책 의존 상 중 하 상 중 하 촉진 저해 촉진 저해 촉진 저해 - 태양광발전시스템 가격 저감(달러1/W) -Micro Inverter 수요 확대 -BOS 단가 하락 및 수익 구조 악화 - 원전사고 이후 태양광 시 각 변화 - BEMS 수요 확대 - FIT 제도 폐지 - 소규모발전사업자 사업 축소 - 반도체 기반 기술 우위 확보 - IT 기반 기술 우위 확보 - 주요 핵심 소자 공급 불안 - 인버터 관련 인증 미성숙 상 중 하 상 중 하 -RPS 사업 조기 시행(`15년까 지 1.2GW) - 소규모 발전사업 지원 방안 수립 -RPS 사업 종료 후, 차기 방안 부재 - 관련 부처간 협력 미흡 - Grid Parity 이후 BOS 단가 저감 - 소규모 발전시스템 시장 확대 상 중 하 상 중 하 - 가격경쟁력 확보 상 중하 상 중 하 상 중 하 상 중 하 상 중 하 상 중 하 상 중 하 상 중 하 - 도심 피크 전력 해소 Micro Grid 연계 방안 검토 - 소규모 발전사업자 우대 방안 검토 -IT 기반을 활용한 태양광 발 전시스템 모니터링 기술 개발 - 인버터 평가 및 인증 기술 개발 나. 산업특징 및 구조 태양전지 시장의 특성상 태양전지 모듈과 태양전지 전력변환기기는 서로 종속적인 특징 을 가지므로 미래 유망 산업인 태양전지 시장은 태양전지 전력변환기기/시스템 시장에 도 긍정적인 영향을 미칠 것으로 판단됨. [태양광 발전시스템 중심의 연관 산업 구조] 후방산업 태양광발전시스템 전방산업 반도체, 수동부품 관련 산업, Cable 산업, 등 전력 생산(가정용, 상업용, 발전용) BIPV 건축, 토목, 전력 산업 등 [태양광 발전시스템의 SWOT분석] 강점(Strength) - 반도체 및 디스플레이 기술 인프라 연계 가능 - 관련 Supply Chain 구축 용이 - 기존 반도체/디스플레이 장비 활용 가능 기회요인(Opportunity) - 시장활성화가 기대되는 BIPV에 적용 가능 - 수요자 중심의 Niche Market 확대 가능 - Sun Belt 지역에서 PV 설치 시장 확대 - 녹색성장 정책 강화로 관심 집중 약점(Weakness) - 소규모 시장으로 관련 사업 기반 취약 - 핵심 인적자원 부족 - 모듈 인증 기준 등 인프라 미비 위협요인(Threat) - 선진국 산업체들의 시장선점에 의한 높은 진입장벽 - 결정질 실리콘 태양전지의 가격 하락 - 태양광 경기 침체로 Supply Chain 약화

73 에너지변환저장 - 태양전지 태양광 - 태양광발전시스템 다. 시장현황/전망분석 태양전지 시장의 특성상 태양전지 모듈과 태양전지 전력변환기기는 서로 종속적인 특 징을 가지므로 미래 유망 산업인 태양전지 시장은 태양전지 전력변환기기/시스템 시장 에도 긍정적인 영향을 미칠 것으로 판단됨. PCS는 태양전지에서 발생된 DC전압을 AC전압으로 변환해 주는 역할을 하는 장비로 서 태양광발전시스템에서 매우 중요한 기기임. 특히, 태양전지에서 발생된 전력을 AC 로 변환하는 효율을 높이는 것이 중요함. 세계 태양광 인버터 시장 규모는 2008년 2,806 백만달러에서 최대 호황을 누린 2010년 에는 전년대비 77.2% 증가한 5,935 백만달러까지 증가하였지만, 2011년은 설치 및 수요 량의 증가에도 급격한 가락하락의 영향으로 18.0%가 증가한 7,002 백만달러임. 향후 2012~2015에는 7.2%의 연평균 성장률로 성장하여 2015년의 인버터 시장 규모는 9,356 백만달러까지 도달할 것으로 전망됨. Revenue(Mil.$) Growth Rate(%) 10,000 8, % 7,002 7,601 8,254 8,827 9, % 80% Revenue(Mil.$) 6,000 4,000 2,806 3,349 5,935 60% 40% Growth Rate(%) 2, % 18.0% 8.5% 8.6% 6.9% 6.0% 20% F 2013F 2014F 2015F 0% 출처: SNE 리서치, , 태양광용 인버터 기술 및 시장 전망(2008~2015) [세계 태양광 인버터 시장 규모 예측(판매액 기준)] 2008~2015년 기간 동안 전세계 태양광발전 설치 수요시장 전망치를 기반으로 태양광 인버터의 납기(Delivery Time), 제고(Inventory), 예비 부품(Spare parts) 등의 요소를 고 려할 때, 전 세계 인버터 공급은 2011년 26.0GW, 2012년에 31.5GW, 2015년에는 50.9GW까지 증가할 것으로 전망됨.(2011~2015의 연평균 성장률은 18.2%로 기대됨)

74 전략제품 Production Growth Rate 60, % 50, % 44,250 50, % 40,000 37,780 80% Production(MW) 30,000 20, % 18,751 26,050 31,545 60% 40% Grow Rate(%) 10,000 6,841 9, % 21.1% 19.8% 17.1% 15.1% 20% F 2013F 2014F 2015F 0% 출처: SNE 리서치, , 태양광용 인버터 기술 및 시장 전망(2008~2015) [태양광 인버터 시장 전망(생산량 기준)] 구분 F 2013F 2014F 2015F 성장률 CAGR(%) Micro Inverter ~10 KVA , , , , , , , ~100 KVA , , , , , , , >100 KVA 1, , , , , , , Total Revenue 2, , , , , , , , 출처: SNE 리서치, , 태양광용 인버터 기술 및 시장 전망(2008~2015) [세계 태양광 인버터 시장 규모 예측(판매액 기준, 단위 M달러)] 2008년 인버터의 생산량은 6.8GW 규모였으나, 태양광 발전 시장의 폭발적인 성장으로 2010년에는 18.7GW의 인터버가 생산되었고 2011년은 26.0GW에 도달한 것으로 집계됨. 또 한 SMA, KACO, Fronius, Power-one, Siemens 등 대부분의 주요 인버터 회사들이 대규모 로 증설하면서 인버터의 생산능력도 2008년 9.7GW에서 2011년에는 33.4GW로 증가함. 구분 F F 2013F 2014F 2015F 성장률 CAGR(%) 생산량 6,841 9,328 18,751 26,050 31,545 37,780 44,250 50, 출처: SNE 리서치, , 태양광용 인버터 기술 및 시장 전망(2008~2015) [태양광 인버터 시장 전망(생산량 기준, 단위 MW)]

75 에너지변환저장 - 태양전지 태양광 - 태양광발전시스템 40,000 Production Capacity 35,000 Capacity/Production(MW) 30,000 25,000 20,000 15,000 10,000 5, 출처: SNE 리서치, , 태양광용 인버터 기술 및 시장 전망(2008~2015) [태양광 인버터 전 세계 생산 현황 및 생산능력] 태양전지 전력변환기기(인버터) 제조사의 연도별 판매량 자료를 보면, SMA는 2009년 이후 36% 이상의 세계시장 점유율을 유지하고 있으며 타 제조사간에 순위 변동이 발 생하고 있음 년 이후 태양광 발전 시장이 폭발적으로 성장하면서 주요 인버터 업체인 SMA, KACO, Fronius, Power-one, Siemens 등이 증설 확대 및 신흥시장 marketing 등을 통해서 보다 공격적으로 시장 진출을 도모한 KACO가 2010년 이후 제 2의 인버터 회사로 성장함 < 2009년 > < 2011년 > 출처: SNE 리서치, , 태양광용 인버터 기술 및 시장 전망(2008~2015) [태양광 인버터 업체의 전 세계 시장 점유율] 가정용(Residential), 상업용(Commercial) 및 대규모(Utility) 시스템에 적용되는 태양광 인버터는 발전시스템의 용량에 따라 구분할 수 있음

76 전략제품 최근 모듈에 직접 연결할 수 있는 장점을 갖는 마이크로 인버터(Micro Inverter)를 생 산하고 있는 OKE technology를 SMA가 인수한 후(2009년 9월) 2012년 상반기부터 본격적으로 상용화되면서 향후 마이크로 인버터 시장도 점진적으로 성장할 전망임. - 전 세계 인버터 시장에서 2011년 마이크로 인버터의 시장 점유율은 0.4%, 2012년에 1.2%, 2015년에는 5.2%까지 증가할 것으로 전망됨. 60,000 Micro Inverter 1~10 kw 10~100 kw >100 kw 50,000 50,912 44,250 40,000 37,780 Production(MW) 30,000 26,050 31,545 20,000 18,751 10,000 6,840 9, F 2013F 2014F 2015F 출처: SNE 리서치, , 태양광용 인버터 기술 및 시장 전망(2008~2015) [응용분야별 전 세계 인버터 시장 전망] 태양전지 테스트 시장과 태양전지 전력변환기기/시스템의 대표적인 기술 산업인 DSP 시장을 바탕으로 태양전지 전력변환기기 시스템 시장을 추정하였음. 구분 F 2013F 2014F 2015F 성장률 CAGR(%) Micro Inverter ,568 2, ~10 KVA 1,379 3,109 5,906 8,482 9,925 11,417 13,495 15, ~100 KVA 1,794 3,696 7,228 8,875 10,494 12,088 13,242 14, >100 KVA 3,663 2,508 5,581 8,583 10,754 13,391 15,945 18, Total 6,841 9,328 18,751 26,050 31,545 37,780 44,250 50, 출처: SNE 리서치, , 태양광용 인버터 기술 및 시장 전망(2008~2015) [응용분야별 전 세계 인버터 시장 전망(단위: MW)] 라. 공급망(분류)에 따른 분석 태양광 시장이 형성될 초창기에는 시장의 태양전지 모듈이 주도하는 형국이었으나, 최

77 에너지변환저장 - 태양전지 태양광 - 태양광발전시스템 근 들어서는 태양광 인버터의 기술적 진보를 바탕으로 태양광 인버터 제조업체들이 시 장에서 주목을 받고 있다. 이러한 시장 현황에 힘입어, 우선 태양광 PCS의 제조업체 수가 증가하는 추세임 - 기존 태양광 PCS 전문대기업 : SMA, KACO, Fronius, Xantrex, Siemens, 와 같이 시 장에 진입한지 오래 되었고, 태양광 모듈 및 시공업체 등과 다양한 포트폴리오를 바탕 으로 시장의 수요에 대응하고 있음 - 신규 태양광 PCS 기업 : 태양광 PCS 신생업체는 두 가지 부류로써, 첫째는 기존의 모 터 인버터 제조업체, 전기 기기 보호 장치 제조업체 등 기존의 유사한 타 산업체에서 태양광 PCS로 진입한 업체 들이 있고, 두 번째는 마이크로 인버터와 같이 새로운 혁신 태양광 PCS를 바탕으로 시장에 진입한 업체들임 세계 업체 및 제품현황 - 세계 태양광용 인버터(PCS) 제조 전문업체는 전 세계 태양광 인버터 시장을 주도하고 있는 SMA, KACO, Fronius 등을 중심으로 가정용, 상업용, Utility 규모(1MW급 이상) 등 다양한 인버터가 개발, 양산 판맨 중임 - (SMA) 현재 central 인버터, multi-string 인버터 등 모든 제품에 대한 포트폴리오를 시장 에 공급하고 있다. Micro inverter의 경우는 2009년 9월에 네델란드 회사인 OKE를 인수 하여 마이크로 인버터 개발을 끝내고 2012년 상반기 출하를 목표로 미국모델 양산에 들 어갈 계획이다. OKE는 micro inverter분야의 개발과 시리즈 생산에 15년 이상의 경험을 가진 회사로 SMA과의 기술력과 조합이 되어 시너지효과를 낼 것으로 기대하고 있음 출처: SMA AG(2012) [SMA 태양광 인버터 기술 발전] - (KACO) 2007년 R&D를 위주로 한 KACO Korea를 설립하며 100 kw급 고효율 인버 터를 연구 개발하였다. 2008년에는 생산시설을 구축하여 양산을 시작하였으며 100kW 급에서 CE인증, ISO인증을 취득하였다. 이후에 200, 250, 350 kw급 인버터 역시 개발 해 인증을 취득하며 2010년에는 2000만달러의 수출을 기록했다. 또한 송도에 1GW급 의 생산시설 확충을 위한 투자를 결정하여 진행 중임

78 전략제품 - (Fronius) 인버터 생산용량은 2008년 620 MW에서 2009년 930 MW로 증가하였으며 2011년은 1GW에 육박할 것으로 보인다. 이에 따른 생산량은 2008년 460 MW, 2009년 720 MW를 달성하였고 2011년에는 900 MW급으로 상승하였으며 2012년은 1GW를 생 산할 것으로 보임 - (Xantrex) GT series로 출시되는 태양광 PCS의 용량별 포트폴리오는 단상용으로 2.8 / 3.3 / 3.8 / 4.0 / 5.0 kw 로 출시되고 있고, 삼상 대용량으로는 100 kw, 250 kw 급으 로 제품을 생산하고 있다. 최근에는 630 kw급 태양광 PCS를 출시하였는데, 이 전과는 달리 입력전압 범위가 600 V까지가 아니라 1000 V까지 확장한 형태로 시장에 출시함 - (Sunways) 태양전지, 모듈 및 인버터를 제조하는 태양광 기업으로써, 1993년에 설립하 여, 태양광 PCS 분야에서는 HERI topology 를 개발하여, 최고효율 97.8%를 달성하는 성과를 보이고 있다. 출시 모델에는 NT2500에서 5000 등으로 10kW 이하의 소용량 모 델에 주력하고 있음 국내업체 및 제품현황 - 국내 태양광용 인버터(PCS) 제조 전문업체는 헥스파워, 다쓰테크, 윌링스 등 중소기업 형태가 대부분이며 최근 효성 및 현대중공업 등의 대기업이 제품 개발을 완료해 시장 에 진입하였다. 국내 태양광용 PCS 제조업체들의 경우 소용량 제품이 주를 이루고 있 으며, 대용량 PCS의 개발은 연구 개발 중이거나 초기 상용화 단계의 미진한 상태로 이에 대한 대책 필요한 실정임 - (다쓰테크) 단상인버터의 경우 최고 수준의 효율을 보유하고 있고 4년 연속 국내 1위 의 M/S를 달성 및 삼상인버터는 국내 최초로 무변압기형을 개발했고 동종 대비 최저 무게와 최고효율의 장점을 보유하고 있어 국내시장 점유율 1위를 차지하고 있다. 또한 2007년 850 kw의 판매량과 2%의 점유율로 시작한 삼상인버터(10~50 kw)는 2010년에 는 10~500 kw까지 그 범위가 확대되었으며 그 점유율은 25%에 이를 것으로 보인다. 2010년 43MW를 기록한 인버터 생산량은 2011년 40MW로 소폭 하락하였으나 2012년 에는 100MW이상 생산할 계획임 - (헥스파워 시스템) 태양광 계통연계형 인버터(Grid-connected PV inverter)를 국내 최 초로 개발하고 생산해왔으며 최초 3kW급 소용량 태양광 인버터를 주력으로 하다 점 차 5kW/10kW/20kW/30kW/50kW/100kW/250kW 급으로 다양한 용량의 인버터를 시장에 출시하고 있음 - (윌링스) 2003년 설립되어 태양광 PCS 전문 기업으로 초기에 진출한 몇 안 되는 국내 기업 중 하나로써, 2004년 3kW 인버터를 개발하고, 2005년 10kW~50kW까지의 태양광 PCS를 개발하여 현재 시장에 제품을 출시하고 있다. 최근에는 100kW/125kW/250kW 급의 태양광 인버터 개발에 성공하여, 시장에 출시함 - (현대중공업) 3 kw급의 단상 인버터에서부터 250 kw급의 3상4선식 인버터 까지를 생산중이다. 92~96%의 높은 효율을 보유하고 있으며 같은 출력대비 소형/경량화로 설 치 및 유지관리가 용이하다. 또한 원격 및 로컬통신을 통한 데이터 모니터링이 가능하

79 에너지변환저장 - 태양전지 태양광 - 태양광발전시스템 고 입력 장비보호를 위한 각종 보호기능을 탑재해 50 kw, 100 kw급에서 EN 규정에 의거해 CE 및 TUV 인증을 획득하였다. 4kW급 단상인버터는 일본 인증(JET) 을 받아 일본에 수출하고 있음 - (LS 산전) 1986년부터 태양광사업을 시작해 1990년대 초부터 태양광 발전용 인버터의 연구를 시작했다. 오랜기간 연구를 거쳐 최근에는 Solarvert 모델로써 3kW급 태양광 PCS를 출시하고 있다. 아직 태양광 PCS의 용량 다변화는 이루지 못했으나 이를 적극 적으로 추진 중이다. 또한 인버터사업의 핵심 부품인 전력 반도체 모듈의 자체생산으 로 매출이 확대되었고 최근에는 일본시장으로의 태양광 모듈, 인버터, 모니터링 세트 의 진출을 시도하고 있으며 JET, J-PEC, J-MIC인증을 취득함 기업 니즈 조사를 통한 태양전지 전력변환기기 시스템 관련 기업을 조사함 공급망 단계 주요 내용 주요 제품/기술 해외 기업 인버터 (가정용, 산업용, Utility) 가정용 : 3kW급 상업용 : 10 ~ 200kW급 Utility : 1MW급 이상(500kW 포함) SMA, KACO, Xantrex, MasterVolt, Siemens, Sharp, Sunway, AE, [공급망 분석 종합] 태양광발전시스템 BIPV 마이크로인버터, DC/DC 컨버터 등 Enphase, OKE Technology, Solor Bridge Technologies, 유지/보수 모니터링 시스템, 모듈 세정 등 국내 기업 다쓰테크, 한양전공, 현대중공업, LS 산전, 헥스파워, 윌링스. 효성 - 하이레벤 중소기업 참여정도 중소기업 시장점유정도 참여정도는 주요제품 시장에 참여하는 중소기업의 참여규모와 정도(업체수, 비율 등)를 고려하여 5단계로 구분 (낮은 단계:, 중간 단계(,, ) 높은 단계: ) 3. 기업 니즈 조사 태양광발전시스템 분야 중소기업의 니즈분석을 통한 현황을 살펴보면, 다양한 중소기 업들이 융합을 기반으로 하는 다양한 제품을 개발, 판매를 진행하고 있음. - 구체적으로 태양광 발전용 시스템, DC/AC 변환 PCS, 모니터링 시스템, 유지보 수 시스템, 하이브리드 시스템(태양광+타 신재생에너지), 태양광과 에너지 저장 장 치 결합 시스템 등의 제품을 개발, 판매하고 있음. 또한, 태양광발전시스템과 관련하여 아래와 같은 기술 개발 수요가 존재함. - 구체적으로 에너지 저장 시스템과 태양광 발전 시스템 연계 기술(가로등, 가정용/상업 용 등), 타 신재생에너지와 태양광 발전 연계 기술, 기존 디젤발전과 태양광 발전 연계 기술, 계통 연계 기술 등이 있음

80 전략제품 태양광발전시스템 분야의 중소기업들은 기술을 기반으로 다양한 산업분야, 적용분야의 시장진입을 위한 개발 계획을 가지고 있음. - 구체적으로 BIPV 관련 기술, 마이크로 인버터, DC/DC 컨버터 관련 기술, 환경 맞춤 형 태양광발전시스템 구현 기술, 계통 연계 관련기술, 사막용 Junction Box 기술 등의 수요가 있음 이를 위해 아래와 같은 내용의 기술 개발 계획을 가지고 있음. - 구체적으로 태양광 계통 연계기술, 모니터링 관련 기술, 하이브리드시스템 기술, 반도 체를 적용한 인버터 컨버터 기술, BIPV에 적합한 인버터 및 컨버터 기술, 특수 환경 (사막 또는 수상)에 적합한 시스템 기술 등이 있음. 4. 요소기술 후보군 [요소기술 후보군] 중분류 요소 기술 출처 PCS (가정용, 상업용, Utility) BIPV BOS (유지보수 포함) 계통 연계 태양광발전시스템 Array 설계 및 경제성 평가 기술 대형 태양광발전시스템 관련 기술 태양광 추적 알고리즘 관련 기술 환경 맞춤형 모듈 Junction Box 기술 BIPV 관련 기술 DC/DC 컨버터 관련기술 마이크로 컨버터 관련 기술 태양광발전시스템 BOS(또는 BOP) 관련 기술 태양광발전시스템 신뢰성 평가 기술 태양광발전 모니터링시스템 인버터용 Heat Sink 개발 태양광용 에너지저장장치 관련 기술 태양광발전 전력 공급 관련 기술 신재생에너지 Hybrid 관련 기술 태양광발전시스템 전력 제어 기술 태양광용 계통연계형 인버터 /특허 /특허 기업니즈 /특허 기업니즈 기업니즈 /특허 /특허 /특허 기업니즈 5. 핵심요소기술 선정 전략제품 관련한 특허기술의 클러스터링을 통해 도출된 요소기술을 시장동향, 기술동 향을 고려하여, 의 합의로 요소기술을 조정함

81 에너지변환저장 - 태양전지 태양광 - 태양광발전시스템 [요소기술 조정 결과] 중분류 요소 기술 출처 PCS (가정용, 상업용, Utility) BIPV BOS (유지보수 포함) 계통 연계 태양광발전시스템 Array 설계 및 경제성 평가 기술 옥외형 산업용 PCS 설계 기술 대형 태양광발전시스템 관련 기술 태양광 추적 알고리즘 관련 기술 환경 맞춤형 모듈 Junction Box 기술 PCS 및 DC 접속반용 DC 스위치 개발 기술 PCS 및 DC 접속반용 PV 휴즈 관련 기술 태양광용 계통연계형 인버터 BIPV 관련 기술 DC/DC 컨버터 관련기술 마이크로 컨버터 관련 기술 태양광발전시스템 BOS(또는 BOP) 관련 기술 태양광발전시스템 신뢰성 평가 기술 태양광발전 모니터링시스템 인버터용 Heat Sink 개발 태양광용 에너지저장장치 관련 기술 태양광발전 전력 공급 관련 기술 신재생에너지 Hybrid 관련 기술 태양광발전시스템 전력 제어 기술 /특허 /특허 기업니즈 기업니즈 /특허 특허 기업니즈 /특허 기업니즈 /특허 /특허 도출된 요소기술의 범위와 수준, 중소기업 적합성과 시급성 등을 고려하여 요소기술명 을 보완함. - 특허 분석, 의견 및 기업 니즈를 반영하고 선정위원회에서 DC 관련 부품(2개 기 술) 및 산업용 PCS(1개 기술)에 관한 요소 기술이 추가되어 19개 요소기술로 확정되었음 - 최근 태양광 발전시스템에서 생산된 DC 전력을 AC 전력으로 변환하지 않고 사용할 수 있는 DC 부품의 필요성을 제시한 선정위원회 의견을 반영함 - 또한, 태양광 발전시스템이 Utility 규모에서 가정용 또는 산업용 수요가 증가함에 따 라 옥외에 설치되는 산업용 PCS 설계 기술의 중요성을 고려하여 선정위원회에서 추가 하였음 (단, 가정용 PCS는 국내 다수 기업에서 설계기술을 확보하고 있음.) 핵심기술 선정 - 조정된 요소기술과 기술 시장 동향분석 및 기업니즈조사 결과를 기반으로 핵심요소 기술 선정위원회를 통하여 중소기업에 적합한 핵심기술 선정 - 핵심기술 선정은 기술성(10), 시장성(10), 중소기업성(10), 정책적 부합성(5)을 고려하여 평 가됨. 기술성은 기술성장성(5), 기술수준(5)으로, 시장성은 시장규모(5), 시장 성장성(5)으 로, 중소기업성은 중소기업 참여정도(5) 및 중소기업 진입장벽(5) 정도를 고려하여 평가

82 전략제품 [핵심요소기술 선정결과] 구성요소 PCS 핵심요소기술 태양광발전시스템 Array 설계 및 경제성 평가 기술 옥외형 산업용 PCS 설계 기술 태양광 마이크로 컨버터 관련 기술 태양광 추적 알고리즘 관련 기술 환경 맞춤형 모듈 JunctionBox기술 PCS 및 DC 접속반용 DC 스위치 개발 기술 PCS 및 DC 접속반용 PV 휴즈 관련 기술 6. 로드맵 작성 가. 연구개발 목표 설정 [선정된 핵심요소기술에 대한 연구 목표] 구성 요소 태양광발전 시스템 설계 및 운영 PCS 설계 및 부품 BOS 핵심 요소기술 태양광발전시스템 Array 설계 및 경제성 평가 기술 태양광 추적 알고리즘 관련 기술 옥외형 산업용 PCS 설계 기술 태양광 마이크로 컨버터 관련 기술 PCS 및 DC 접속반용 DC 스위치 설계 기술 기술요구사항 - PV 모듈, PCS 및 BOS DB 구축 - 발전량예상 허용오차범위 5%이내 - 경제성 검토 DB 구축 - 10kW급 Tracker 시스템 개발 - 추적오차 0.5도 이내 - 10kW급 옥외형 PCS 개 발(EMC 인증) - 400~600Wp 마이크로 컨 버터 개발(IEC 인증) - 1,000V 50A DC 스위치 개발(IEC 인증) 개발 목표 1차년도 2차년도 3차년도 - 환경 데이터기반의 MW급 PV시스템 입지분석, Array 설 계, 발전량 예상 경 제성 검토 S/W 개 발, - 발전량 예상 허용 오차범위 10% 이내 - 실리콘 태양전지 및 집광형 태양전지 기 반의 태양광 추적 Tracker 시스템 개발 - 추적오차 3도 이내 -IP등급 44 이상의 옥외형 PCS 개발 - 전력변환효율 96% 이상 - 400~600Wp 마이크 로 컨버터 개발 - 변환효율 93%이상, IEC 인증조건 만족 - 1,000V 50A DC 스 위치 개발 -UL 인증 조건 만족 PCS 및 DC - 1,000V 15A, 20A - 1,000V 15A, 20A PV 휴 접속반용 PV 휴즈 PV 휴즈 개발 즈 개발(UL 인증) 설계 기술 -UL 인증 조건 만족 - 400~600Wp Junction 환경 맞춤형 모듈 - 400~600Wp Junction box box 개발 Junction Box 기술 개발(IEC 인증) - IEC 인증 조건 만족 -PV 모듈, PCS 및 BOS DB 구축 - 발전량예상 허용 오차범위 7%이내 - 경제성 검토 DB 구축 - 10kW급 Tracker 시스템 개발 - 추적오차 2도 이내 - 10kW급 옥외형 PCS 국내인증 - 전력변환효율 97% 이상 - 400~600Wp 마이 크로 컨버터 개발 - 변환효율 94%이 상, IEC 인증 - 1,000V 32A, 50A DC 스위치 개발 -UL 인증 - 1,000V 15A, 20A PV 휴즈 개발 -UL 인증 - 400~600Wp Junction box 개발 -IEC 인증 -PV 모듈, PCS 및 BOS DB 구축 - 발전량예상 허용 오차범위 5%이내 - 경제성 검토 DB 구축 - 10kW급 Tracker 시스템 실증 - 추적오차 0.5도 이내 - 10kW급 옥외형 PCS 실증 -EMC 인증 - 400~600Wp 마이 크로 컨버터 실증 -IEC 인증조건 - 400~600Wp 마이 크로 컨버터 실증 -IEC 인증조건 - 1,000V 15A, 20A PV 휴즈 실증 -UL 인증 - 400~600Wp Junction box 실증 - IEC 인증 최종 목표 - PV 모듈, PCS 및 BOS DB 구축 - 발전량예상 허용 오차범위 5%이내 - 경제성 검토 DB 구축 - 10kW급 Tracker 시스템 실증 - 추적오차 0.5도 이내 - 10kW급 옥외형 PCS 실증 -EMC 인증 - 400~600Wp 마이 크로 컨버터 실증 -IEC 인증조건 - 400~600Wp 마이 크로 컨버터 실증 -IEC 인증조건 - 1,000V 15A, 20A PV 휴즈 실증 -UL 인증 - 400~600Wp Junction box 실증 -IEC 인증

83 에너지변환저장 - 태양전지 태양광 - 태양광발전시스템 나. 로드맵 작성

84 풍력 전략분야 현황분석

86 전략분야 풍 력 1. 개요 - 정의 : 풍력으로 발생된 전력을 전력계통이나 수용가에게 공급하는 풍력발전시스템에 관한 기술을 통칭 - 범위 : 풍력발전시스템은 기계동력전달시스템, 전기시스템, 제어장치, 제동장치, 제어감시시스템 및 지지 타워, 토목기초 등의 시스템으로 구성됨. 가. 정의 및 범위 풍력발전의 정의 풍력발전이란 공기의 운동에너지를 기계적 에너지로 변환시키고 이로부터 전기를 얻는 것을 말하며, 원리는 공기역학에 의해 블레이드가 조립된 로터(Rotor)가 돌아가면서 발 생하는 기계적 운동에너지를 발전기를 통해 전기에너지로 변환하는 기술로 정의됨 - 로터(Rotor) : 블레이드(blade), 허브(hub) 및 스피너(spinner)의 집합체를 칭함 풍력에너지는 환경오염을 유발하지 않는 친환경 재생에너지로, 세계적으로 빠르게 보 급되고 있는 자연친화적인 에너지원으로서, 전세계적으로 오래전부터 연구개발을 진행 하여 현재는 가장 빠르게 보급률이 커지고 있는 청정발전기술임 풍력발전 기술의 작동원리 및 구성요소 풍력발전 기술의 작동원리 - 풍력발전기는 바람이 갖고 있는 에너지를 전기 에너지로 바꿔주는 장치로, 바람이 풍 력발전기의 블레이드를 회전시키면, 블레이드의 회전력에 의해 발전기를 구동시켜 전 기를 생산하게됨 풍력발전 기술의 구성요소 - 풍력발전기는 풍력이 가진 에너지를 흡수 변환하는 운동량 변환장치, 동력전달장치, 제어장치 및 지지구조물 등으로 구성되며, 각 구성요소들은 상호 연관되어 전체적인 시스템으로 기능을 수행함 - 풍력발전기는 회전축의 방향에 따라 수평형(Horizontal Axis Wind Turbine)과 수직형 (Vertical Axis Wind Turbine)으로 분류되며, 출력제어 방식에 따라 피치(pitch) 제어 방식과 실속(stall) 제어 방식으로 나눌 수 있고, 로터 회전에 따른 분류로는 정속 회전 과 비정속 회전으로 구분되고 있음

87 에너지변환저장 - 풍력 [전형적 풍력발전시스템의 내부 구성도] * 자료 : 신윤섭, 해상 풍력발전 전망 및 기초 기술동향(연지회 학술포럼), 2009 [풍력발전 기술의 전력 계통연계 운용도] ] * 자료: 삼성경제연구소, 신재생에너지 산업화 촉진방안 연구, 2008 [풍력발전 기술의 전체 구성도]

88 전략분야 [풍력발전 시스템의 구성요소] 구성 기계장치부 전기장치부 제어장치부 기능 바람으로부터 회전력을 생산하는 블레이드(Blade), 회전축(Shaft)을 포함한 로터(Rotor), 이를 적정 속도로 변 환하는 기어박스(Gearbox, 증속기) 등으로 구성 발전기 및 기타 안정된 전력을 공급하는 전력 안정화 장치로 구성 풍력발전기가 무인 운전 가능하도록 설정, 운영하는 제어시스템 및 원격지 제어 및 지상에서 시스템 상태 를 판별하는 모니터링 시스템으로 구성 또는 기타 타 에너지기술과의 복합 연계운전이 가능토록 하는 제어 기능 * 자료 : 산은경제연구소, 세계 풍력발전산업의 동향 및 전망, 현재 대부분의 풍력발전기는 대형화에 따른 시스템의 안정적 출력제어와 큰 블레이드로 인한 초기 시동문제 해결을 위해 피치제어 방식과 풍속의 변화에 따른 출력계수가 최적 이 되도록 익단( 翼端 )의 속도비를 조절할 수 있는 비정속 회전방식을 채택하고 있음 - 축구동 방식에 따라서는 증속기형(Geared Type), 직접구동형(Gearless Type) 및 이 두 가지의 복합 시스템인 하이브리드형(Hybrid Type)이 있음 [풍력발전 시스템의 종류] 종류 수평형 수직형 특징 회전축이 바람이 불어오는 방향에 수평인 풍력발전 시스템 현재 가장 안정적인 고효율 풍력발전 시스템으로 인 정되고 있음 바람을 맞이하는 방식에 따라 맞바람 형식(Upwind Type)과 뒷바람 형식(Downwind Type)으로 나눌 수 있음 회전축이 바람의 방향에 대해 수직으로 설치 바람의 방향에 관계 없이 운전 가능 (요잉 시스템 불필요) 증속기 및 발전기가 지상에 설치되어 있어서 유지/ 보수/점검이 용이 풍속이 낮을 때 시동 토크가 필요하게 되어 발전이 어려움 타워를 지지하기 위해 넓은 전용면적이 필요함 현재 수직형은 연구용과 일부 소형 풍력발전용으로 사용되고 있으며, 상용화된 대부분의 풍력발전기는 수평 축 풍력발전기임 활용 * 자료 : 황병선 박승범, 신재생에너지백서, 에너지관리공단,

89 에너지변환저장 - 풍력 * 자료 : 이은창 모세준, 국내 풍력발전 산업의 전망과 경쟁력 분석, 하나금융, 2009 [기어 형태에 따른 풍력발전기 구분] 풍력발전기의 주요 부품과 가격 결정 요소 - 타워, 블레이드, 터빈 등으로 이루어진 풍력발전기는 풍력발전 시스템의 64%를 차지할 정도로 중요한 가격 결정 요소임 - 아래의 그림은 5MW급 풍력발전기의 기본 구조이며, [풍력발전기의 주요 부품과 가격 비중 (5MW급 기준)]에 명기된 가격 비중은 육상 풍력발전기 설치 기준임 * 자료 : EWEA, The Economics of Wind Energy', [풍력발전기의 주요 부품과 가격 비중 (5MW급 기준)]

90 전략분야 풍력발전 기술의 범위 풍력기술 범위는 육상 및 해상 풍력발전시스템(Onshore 및 Offshore)의 설계, 제작, 해 석, 진단 및 평가 운용 기술, 풍력자원 분포지도(Wind Map)의 도출기술, 단위지역의 풍속특성을 분석, 평가하는 국소 풍속예측기술, 풍력발전 단지 및 경제성 검토기술을 포함하는 풍력 기반기술, 상용전력 계통기술과 기타의 에너지 시스템과 연계운전에 필 요한 통합체계 기술, 타 분산전원 및 에너지 시스템과의 연계기술 등을 포함 풍력기술 분야는 산업기술분류로는 많은 부분이 전기전자(대분류)/중전기기(중분류)에 해당됨. 특히 시스템 부분이 상기 분류에 해당되지만, 세부적인 기술은 기계소재 분류 의 하위분류에도 폭넓게 분포함. 풍력발전기의 설치 장소에 따라서 육상용, 해상용으로 분류할 수 있으며, 육상 풍력발 전기에서 해상 풍력발전기로, 소형 풍력발전기에서 Multi-MW로 대용량화가 이루어지 고 있음 * 자료 : 한경섭, 국내외 해상풍력 현황 및 전망, 지식경제부 주관 제5회 강관산업발전 세미나, 2009 [풍력발전기술의 개발 진행도] 해상 풍력발전은 해저기반 기초 위에 설치된 풍력발전기에서 생산된 전력을 해저케이 블로 육상의 변전소에 계통 연계하여 수요자에 직접 공급하는 방식을 채택함 - 해상 풍력발전기의 단위 용량은 3~5MW 이상으로, 육상 풍력발전기보다 대용량의 풍 력발전기가 활용되며, 각 부품은 염분으로 인한 내 부식성이 강하게 설계됨 - 해상 풍력발전기의 대형화 추세로 인해 블레이드가 계속 커짐에 따라 탄소섬유 소재 사용과 초전도 발전기 기술을 도입하는 등 기술개발이 진행되고 있음

91 에너지변환저장 - 풍력 중소기업의 기술혁신을 통한 풍력 산업 경쟁력 제고를 위해, 주로 전체 풍력시스템이 아닌 주요 요소 구성 부품, 풍력기반 기술 및 풍력응용 기술과 관련한 계측장비 또는 제어장치 등의 개발과 같이 하드웨어 중심의 분야를 대상으로 분석을 수행하였으며, 디젤 또는 태양광과 같은 다른 에너지원과의 연계한 복합발전 기술분야도 포함하여 분 석을 수행하였음. 나. 주요 제품(또는 공정 서비스) 풍력발전시스템은 회전자, 허브, 주축 및 증속장치 등을 포함하는 기계동력전달시스템, 발전기, 발전기 제어장치 및 계통연계 장치를 포함하는 전기시스템, 피치제어장치, 요 (yaw) 제어장치, 출력제어장치, 제동장치, 안전장치 및 중앙제어 감시 장치를 포함하는 제어감시시스템 및 지지타워, 토목기초 등의 기타 시스템으로 구성됨. 풍력발전시스템을 구성하는 기계동력전달시스템에는 회전자(blade), 허브(hub), 허브로 부터 집합되어 전달된 회전동력을 전달하는 주축(main shaft)과 주축으로부터 전달된 회전동력을 발전기의 동기속도에 맞게 증속하여 전달하는 증속장치로 구성 전기시스템으로는 유도형/동기형 및 영구자석형 등 발전기의 형태에 따라 발전기의 정 상출력 및 과출력을 제어하는 발전기 제어장치, 전력을 계통에 안정된 품질을 유지하 며 공급하는 인버터/컨버터 등의 계통연계장치와 기타 역률보상장치 및 soft-starter 등 의 부속기기로 구성 제어감시시스템으로는 최적 운전점, 과출력 및 공력 제동장치로서의 역할 등을 제어하 는 피치 및 출력제어장치, 바람방향의 변화를 추적하여 기계동력전달시스템의 방향과 일치시키도록 요잉(yawing)시키는 요 제어장치, 비상/점검시의 회전자 및 발전기의 제 동과 일정방향의 유지를 위한 요 제동기(yaw brake)를 포함하는 제동장치, 전체 시스 템의 운전감시와 제어를 통한 안전운전을 보장하는 중앙제어감시 장치로 구성 통상 풍력발전시스템의 용량에 따라서 소형, 중형 및 대형으로 구분하는데, 현재 IEC 관련 규격상으로는 회전면적 200m2(대략 30kW)미만과 이상으로 구분하나, 관습적인 구분은 100kW 미만을 소형, 100kW~1,000kW 범위를 중형, 1,000kW 이상을 대형풍력 발전시스템으로 분류하게됨. 풍력기반 기술로는 풍력자원의 측정 및 평가를 위해 풍속, 풍향, 온도, 대기압 및 습도 등 기상자료를 측정, 분석을 수행하는 풍력자원 측정장치 및 분석 S/W 등의 제품이 있음

92 전략분야 응용기술로는 디젤발전기 등 설치, 운전 중인 상용전원, 태양광과 같은 다른 신재생에 너지원과의 복합발전 방식과 소형 또는 중형 풍력발전시스템과의 병렬 연계운전을 위 한 연계운전 제어장치 등이 있음. [주요제품 분류표] 대분류 중분류 세부 제품 또는 기술 전기전자 풍력 요소 부품 풍력발전시스템 타워 및 기초 블레이드 구동제어계 발전기 및 전력변환/연계 장치 소형풍력시스템/풍력계측장비 수출주도형 중형풍력발전시스템 대형 풍력발전시스템 해상 풍력발전시스템 풍력기반 복합 발전시스템 지지 타워 및 기초 블레이드 주베어링 로터허브 및 나셀베드 요우 및 피치구동계 발전기 대형 인버터 소형 풍력발전시스템 풍력자원 및 풍력 성능 시험 계측장비 1.5~3MW급 계통연계형 풍력발전시스템 수MW 급 풍력발전시스템 대형 해상용 풍력발전시스템 타 전원기술간의 복합화한 발전시스템 2. 산업현황분석 - 초대형화를 위한 부품소재 개발이 요구되고 있으며, 높음 시장 증가율에 대비하여 적극적인 기술개발 및 인프라 설비의 동시개발이 요구되고 있음 - 최근 5MW 이상(날개 직경 120m 이상)의 풍력발전 설비 대형화로 귀착되고 있으며, 조립 및 부품산업 은 중공업 부문임. 유럽 및 미국을 중심으로 기술의 성장단계에서 기술의 성숙단계로 전이중에 있음 - 보급증가와 함께 다양한 형태로의 응용범위가 확대되고 있고 주요 부품 또는 타 에너지 기술과의 복합 연계 발전 방식으로의 개발도 활발히 진행중임 가. 환경분석 (1) 정치(Political) 정부는 2011년 그린에너지 전략 로드맵을 통해 국산 풍력기술 확보와 세계 시장진출, 해상풍력단지 개발확대 가속화 등의 계획을 발표함 유망 육상풍력단지의 활용성 한계 및 환경, 민원문제로 인해 중장기적으로 해상풍력시

93 에너지변환저장 - 풍력 장이 대폭 확대 될 것으로 예상되며 국내에서도 전라남도 및 전라북도 해상지역에 2,500MW급의 해상풍력발전단지 조성계획이 정부의 해상풍력발전단지 조성 추진 로드 맵 에 포함되어 있음(9년간 민관합동 9조 2000억원규모) 2019년까지 2.5 GW 규모로 건설되며 2012년 12월 KEPCO, 한수원 등 발전 6사 공동으 로 SPC(한국해상풍력)을 설립하였고, 2013년중 발주 예상되는 실증단계(100MW) 사업 에 삼성중공업, 두산중공업, 현대중공업, 효성이 터빈을 공급할 예정 촉진 요인 국내 풍력발전 시장은 정부의 에너지 자립 기술국산화 정책에 의하여 꾸준히 성장하고 있음 2008년부터 시작한 제 3차 신재생에너지 기본 계획(2008년~2030년)에 따르면 잠재력이 큰 풍력분야의 공급 비중과 투자를 점차 확대할 예정임 국내 주요 대기업들은 우수한 조선 해양 건설 기술을 바탕으로 해상 풍력발전 시장에 뛰어 들고 있고 중소기업은 핵심 부품 위주로 접근하고 있음 2010년 10월에 발표한 신재생에너지 산업 발전전략에서 수출산업화 촉진 방안으로 세 계 3위 해상풍력 강국 실현을 위한 해상 풍력 Top-3 로드맵을 수립하였음 신재생에너지의무할당제도(RPS : Renewable Portfolio Standard)도입을 완료하여 기존 의 발전차액지원제도에서 시장경쟁 매커니즘에 의한 RPS로 전환하여 신재생에너지 이 용 및 산업을 확대 육성하고 있음 저해 요인 WWEA 자료에 의하면 한국은 2012년 76 MW를 신규로 설치하여 전세계 신규설치에 서 점하는 비중이 0.17%에 불과. 한국의 풍력발전 신규설치가 느린 것은 환경규제에 기인하며, 특히 육상풍력은 각종 환경규제로 인허가가 더디고 해상풍력도 국방부가 레 이더 간섭 문제를 제기하는 등 사업여건이 어려워지는 상황 국산 터빈 개발이 완료되어도 설치와 운전 실적을 쌓지 못하여 지금까지 국내에 설치 된 483 MW 풍력발전기는 덴마크 베스타스 및 스페인 악시오나가 56%, 13%를 점유하 고 국내회사 점유율은 사별로 4%를 넘지 못하는 상황

94 전략분야 수출 경쟁력을 강화하기 위해서는 실증을 통한 성능시험 및 국제 인증확보, 초기 상용 화 실적확보가 중요한 관건으로 개발품의 인증 및 초기상용화 실적 확보에 국가적 지 원이 필요 부족한 국내전력사정과 신성장산업 육성을 위해서 풍력발전단지개발을 위한 관계법령 현실화 및 재개정이 요구되나 정부부처의 의견차이로 수년간 표류중 임 국내 풍력발전 터빈 업체들이 진입할 수 있는 해외시장 조성이 필요하며, 국내 풍력발 전업체들의 운영경험 및 인지도 증가가 시급함 해상 풍력발전 분야는 장기간에 걸쳐 투자가 필요하므로 부품 인증사업 프로젝트 파이 낸싱 수출화 사업 등에 정부의 전폭적인 정책 지원이 필요함 (2) 경제(Economical) 세계적으로 풍력발전은 2010년 199,520MW에서 2012년 한해동안에만 44,711MW의 풍 력설비가 추가 건설되어, 2012년 말 282,482MW의 누적 풍력발전 설비의 보급으로, 2010년 연간 TWh에서 2012년 연간 TWh 이상의 전력을 생산하는 청정에 너지 기술로서 자리 잡고 있음. 풍력에너지는 빠르게 확산되고 있는 신재생에너지원으로, 기술적 안정성과 높은 운영 실적 등으로 인해 각광받고 있으며, 2000년 중반 이후, 유럽과 미국을 중심으로 본격적 인 성장세에 접어들었으며, 풍력발전기의 신규 설치 용량의 11년간( ) 연평균 성장률(CAGR)은 24.1%, 누적 설치 용량의 11년간 연평균성장률은 26.8%임 ([풍력발전 시스템 누적(우) 및 신규(좌) 설치용량]) * 자료 : GWEC, Global Wind Report 'Annual market update 2012, [풍력발전시스템 누적(우) 및 신규(좌) 설치용량]

95 에너지변환저장 - 풍력 GWEC 보고서에 따르면, 2016년 풍력발전기의 신규 설치 용량은 59.24GW, 누적 설치 용량은 GW로 예상됨 ([풍력발전 시장 예측]) * 자료 : GWEC, Global Wind Report 'Annual market update 2011, [풍력발전 시장 예측] 2011년 현재 세계 전력소비의 3.5%를 공급하고 있으며, 향후 2030년도에는 시나리오 따라 10~25% 정도까지의 전력소비량을 공급할 것으로 예측되고 있는, 세계적으로도 가 장 빠르게 성장하고 있는 발전기술로서 최근 5년간의 연평균 산업성장률이 27.8%에 이 르는 고도성장 기술이며, 누적량으로 최근 5년간 27.4%의 설비 성장률을 보이고 있음. 촉진 요인 2011년의 신규 설치용량은 44.7GW로 전년대비 35%증가하였으며 2019년에는 2009년 대비 3.3배 성장한 126GW가 설치될 것으로 예상됨 미국/유럽 시장외에 중국을 비롯한 아시아 권의 풍력발전수요가 증가하면서, 2019년 966GW, 2030sus 3,484GW로 예상되며 예측기간 동안의 연 평균 성장률은 약 16%임 저해 요인 베어링 및 제어시스템 등 핵심 부품 및 2MW 이상의 대형 풍력터빈 설계 기술은 취약 하여 국산화율은 45~75%정도임 현재 운영되는 풍력발전기는 대부분 하자보증기간 내에 있으며 또한, 설비 운영에 대 한 정비내역, 가동률 등은 기업비밀로 관리되고 있어 관련 정보의 입수가 쉽지 않은 상황임

96 전략분야 국내에 설치된 대부분의 풍력발전기는 외국산이고 설치시 정비교육 등이 이루어지지 않아 하자보증기간이 만료 된 이후에 정비비용에 대한 지출이 증가되어 풍력 발전소 수익성이 저하될 것으로 예상됨 (3) 사회(Social) 교토협약과 같이 온실가스 저감량에 대한 구체적임 목표가 설정되어 있는 상황에서, 공해물질, 수질이나 토양오염 및 기타 고형 폐기물이 전혀 발생하지 않는 풍력기술은 친환경적 대표 기술로서 인식되고 있음. 풍력기술은 석탄발전에 비해 CO 2 가 828g/kWh, 천연가스 발전에 비해서도 CO 2 가 391g/kWh 정도의 배출억제가 가능한 청정 발전기술임 [전주기 동안의 공해물질 발생정도] 촉진 요인 가장 친환경적 발전기술로서 지구온난화 억제를 위한 구체적인 온실가스 저감량에 대 한 국제적 규약이 형성되고 있는 상황이며, 고급에너지인 전력을 직접 생산하는 기술 로서 풍력기술이 주목받고 있음 대규모 해상 풍력발전 단지의 건설 등으로 육상에 비해 인간의 주거활동에 영향을 줄 수 있는 소음장애 등과 같은 요소가 대폭 감소될 수 있어, 보급 확대의 장애가 제거되 고 있음. 세계적으로 육상 풍력발전은 그리드 패리티(Grid Parity)에 도달하였고, 세계 각국은 실 질적인 전력 공급의 대안으로 타 신재생 에너지 분야에 비해 풍력발전 분야에 집중적 으로 투자를 하고 있음

97 에너지변환저장 - 풍력 저해 요인 육상 풍력의 보급에 따라 필연적인 소음, 경관, 그림자 등과 같은 부분적인 환경영향 요소로 거주시설 인근에는 보급이 어려우며, 조류의 이동에 영향을 주는 등 생태계에 다소간의 영향이 있음. 풍력발전시스템의 대형화에 따라, 산악지역 등에 대형 구조물의 운반 및 설치에 따른 운송로와 작업로의 건설로 부분적인 지형변화와, 해안가 등에 설치되는 풍력발전시스 템에 대한 경관훼손 등이 발생할 소지가 있음. (4) 기술(Technological) 단위 풍력기기의 평균 용량도 대형화되고 있으며, 발전설비의 용량이 1980년대 초의 25kW/대에 비하여 독일과 영국 등의 경우에는 현재 평균 2,000kW/대급으로 대형화되 고 있으며, 1.5~2.5MW급의 보급비중이 2007년 63.7%이었으나, 2008년 80.4%, 2009년 81.8%로 급증하고 있는 상태임 최근에는 5,000 6,000kW급의 단일 풍력발전기기가 상용화되고 있으며, 6,000kW급 풍 력발전기기는 날개직경이 126m, 타워높이가 120m 정도에 이르고 있음. 국내에서도 7MW급의 풍력발전시스템에 대한 개발이 진행되고 있으며, 유럽에서는 Upwind project를 진행하여, 단일기로 10MW 또는 20MW 규모의 초대형 풍력발전시스템의 개 발을 목표로 하고 있음. 촉진 요인 첨단 소재, 부품 및 설계기술의 발달로 풍력발전기기의 초대형화가 가능하며, 시장규모 의 팽창으로 관련 연계산업이 발전하고 있고, 충분한 기술적 교류로서 초대형화를 목 표로 하는 기술개발이 진행되고 있음 풍력시장의 확대와 세계적 대형 기업의 시장 참여로 기술개발에 대한 상호간의 경쟁이 치열하여 기술개발의 속도와 범위가 점차 확대되고 있음 국내 대기업들은 조선업, 해양설계, 건설부분에서 강점이 있으며, 해상 풍력발전에서 전후방 통합 역량 개발에 집중하고 있음 국내 일부 중소기업들은 핵심부품의 기술력을 인정받아 선진기업에 납품하고 있으며, 글로벌 생산 네트워크 확산으로 인해 국내 강소 기업들에게 글로벌 공급망에 참여할 수 있는 기회가 있음

98 전략분야 저해 요인 풍력발전시스템 대형화의 속도가 너무 빨라 충분한 기술적 경험이 쌓여 있지 않은 상 태에서 대형 풍력시스템에 대한 시장진입이 이루어지고 있어, 안정적인 풍력발전시스 템의 운전을 통한 안전 확보 문제가 대두되고 있음. 국산 시스템의 경쟁력(Low COE)확보를 위해서는 시스템외에도 주요 구성품의 국산화 율을 제고하는 한편, 원가 절감, 신뢰도 및 품질 향상을 위한 지속적인 기술개발이 필 수적임 베어링 및 제어시스템 등 핵심 부품 및 2MW 이상의 대형 풍력터빈 설계 기술은 취약 하여 국산화율은 45~75%정도임 풍력발전시스템의 초대형화로 전력계통에 안정성에 영향을 미칠 수 있으며, 전력계통 의 안정화 및 밸런싱(balancing)을 위한 전력인프라 투자가 병행되어야 함 [풍력 분야의 PEST 분석] 구분 주요이슈 단기 (3년 이내) 중장기 (4년 이상) 비고 정치 (P) 경제 (E) 사회 (S) 기술 (T) 촉진 저해 촉진 저해 그린에너지 전략 로드맵", RPS 관계법령 현실화, 전폭적인 정책지원 풍력발전수요증가, 해상풍력 집중투자육성 국산화율 미미, 원천기술확보취약 상 중 하 상 중 하 상 중 하 상 중 하 상 중 하 상 중 하 상 중 하 상 중 하 촉진 교토협약, 친환경적 대표기술 상 중 하 상 중 하 저해 촉진 저해 소음등의 거주지 민원발생, 경관훼손 시장규모 팽창으로 연계산업발전 안정적인 풍력발전시스템확보, 대규모 전력인프라투자 병행 상 중 하 상 중 하 상 중 하 상 중 하 상 중 하 상 중 하 국내 전기에너지 소비량 증가에 따른 전력 예비율 저감 대책 보급촉진을 위한 범 부처간 협업이 필요하나, 부처 이기주의에 의한 불확실성 존재 환경규제 및 청정발전 기술 확보를 위한 전 세계적 대규모 투자와 개발이 이루어지고 있음 원천 국산기술의 미확보로 경제적 생산 효과가 반감됨 지구환경 보전과 청정에너지원 확보에 대한 사회적 수요기반 조성됨 지역 이기주의 팽배 및 개인주의 만연으로 사회 수용성 확대에 제한이 있음 시장의 확대로 관련 조선, 제어전자 및 재료 등 중공업 기반의 기술시장 확대 기회 자체 원천기술의 미확보로 원천기술 종속 가속화 우려

99 에너지변환저장 - 풍력 나. 산업특징 및 구조 (1) 산업의 특성 풍력기술은 지속가능한 발전을 위한 미래대비 친환경적 자원(전력)기술이라 할 수 있으 며, 다음과 같은 주요한 특징을 갖고 있음. - 기술적 자원 산업 : 연구개발에 의해 개발 가능한 자원 산업 - 친환경적 자원 산업 : 이산화탄소 발생이 없는 환경 친화적 자원 산업 - 지속개발 가능 자원 산업 : 고갈 없이 지속 재생 가능한 자원 산업 - 공공 미래자원 산업 : 초기투자 및 시장성 등의 불확실 요인으로 정부 또는 공공기관 주도 공공 자원 산업 지속개발 가능한 무공해 천연 에너지원을 개발하는 기술로서 결과물이 환경에 미치는 영향이 거의 없음. 국토가 비좁은 우리의 현실에서 제방이나 산간오지 등을 개발할 수 있다는 특성으로, 국토이용 효율을 높일 수 있는 특 장점을 지니고 있음. 실용성도 매우 뛰어나, 대단위 규모로 운전하고 있는 미국의 경우에는 발전단가 면에 서도 기존 에너지원인 원자력 및 화력 등에 대등한 상태로까지 발전된 상태임. 신재생 에너지 기술 중에서도 최저 사회 회피비용(avoided cost)으로서 향후 산업적 가치와 기 술적 생산물(청정전력)의 가치가 절대적으로 커지게 될 것으로 전망되고 있음. 풍력기술 분야는 기계화 및 자동화보다는 고용 증대효과가 큰 제조, 설치 및 운전관리 에 인력투자가 많아야 하므로, 단위 에너지당 천연가스에 비해 약 66%, 석탄은 약 27% 정도의 고용증대 효과를 기대할 수 있는 산업임. (2) 산업구조 최근 5MW 이상(날개 직경 120m 이상)의 풍력발전 설비 대형화로 귀착되고 있으며, 조립 및 부품산업은 중공업 부문임. 풍력발전 산업은 유럽 및 미국을 중심으로 기술의 성장단계에서 기술의 성숙단계로 전 이중에 있음. 다국적 기업화 및 M&A를 거친 소수의 주요 제조사가 시장을 주도하고 있으며, 대부 분 자국의 풍력시장을 기반으로 수출산업으로 성장하고 있음. 초기 투자비가 많이 소 요되는 특징을 가지고 있으며 고도의 기술과 신뢰도가 요구되고 있음

100 전략분야 현재 전체 시스템의 조립을 맡고 있는 주요 제작사는 중공업 수준의 제조인프라(공장, 운송, 항만 및 야적부지)를 갖추고 있으며, 주요 부품의 제조를 맡고 있는 중견, 중소기 업들은 각 부품의 전문기술을 보유하고 시스템 제작사와의 협력에 의해 부품의 개발과 시험, 제조를 수행하고 있는 체제임. 원자력발전의 부품수가 500만개 정도이지만, 풍력발전 설비의 부품수는 약 8,000여개로 단순하게 구성되며, 요구되는 기술은 다음과 같은 특징을 보유 - 적용되는 기술은 알려지고 증명된 기술이나, 시스템 구성부품 상호간 영향을 미치므로 정밀한 설계기술이 요구되고 있으며, - 기존 기술에서는 안전성 확보를 위해 over-sizing이 적용되고 있으나, 풍력발전분야는 항공 산업 수준의 정밀도와 sizing 기술이 적용 되고 있음. 후방위 산업 풍력발전 전방위산업 -풍력자원 조사 -풍력발전단지설계 - 풍력발전시스템 설계 및 제작 - 풍력발전 주요 부품 설계 및 생산 - 풍력단지운용 - 전력거래 - 풍력발전 단지 실시설계 - 풍력발전 운송 및 건설 - 연계 또는 복합발전화 기술 [풍력발전 중심의 연관 산업 (전후방 산업) 구조] * 자료 : 박동배, 풍력발전 산업클러스터 연구, 과학기술정책연구원, 정태균, 풍력발전 시장 내 사업기회 탐색, 삼성경제연구소, [풍력 분야의 가치 사슬 (value chain)]

101 에너지변환저장 - 풍력 [풍력 분야의 해외 공급망 분석 및 주요업체] 단지설계 설비제조 건설시공 단지운영 전력거래 주요내용(설명) 풍력자원 조사 및 풍력단지 설계 풍력발전시스템 설계, 제작, 조합 및 주요 부품 설계/생산 풍력발전 단지 실시 설계, 운송 및 건설 풍력발전 단지 운용 풍력단지 생산 전력 거래 주요 업체 대기업 WIND TEST, DEWI, DNV,LAHMAYER VESTAS, GE WIND, GAMESA, ENERCON, SUZULON, SIEMENS, ACCIONA, GOLDWIND, NORDEX, SINOVEL, REPOWER, MITSUBISHI, ALSTOM GH, LAHMAYER IBERDROLA,NEXTE RA ENERGY, LONGYUAN,E에,A CCIONA,E.ON,EUR US ENERGY EU-전력거 래소 중소기업 RISO, RAMBOLL, WIND GUARD FUHLANDER, NWP POWER TRANS 외 다수 EUROS외 다수

102 * 자료 : 한국에너지기술평가원, 그린에너지 전략로드맵2011(풍력), [육상 풍력 분야의 국내 공급망 분석 및 주요업체] 전략분야

103 에너지변환저장 - 풍력 * 자료 : 한국에너지기술평가원, 그린에너지 전략로드맵2011(풍력), [해상 풍력 분야의 국내 공급망 분석 및 주요업체]

104 전략분야 3. 시장분석 년경 풍력발전의 총 설치량은 1,200GW로서 세계 발전량의 12%를 차지, 발전기 설치지역도 지금의 유럽 및 북미지역에 편중된 현상에서 벗어나 세계적인 전력 요구량에 맞추어 고르게 설치될 전망임 - 부품사업자는 원가 비중이 높은 블레이드(전체 원가의 22.6% 점유) 등 부품을 대량 생산해 복수 풍력발전 시스템 사업자에 공급하고 있으나, 풍력발전시스템 업체들이 주요부품의 자체 생산 비중을 높이고 있음. 가. 시장현황 및 전망 세계적으로 2030년까지 육상 및 해상풍력의 설치와 기설치된 시스템의 교체 추이를 보 면, 2000년 초반까지는 육상풍력이 주를 이루고 있으며, 이후에는 해상풍력이 비약적으 로 상승. 2012년 세계 풍력발전 누적용량은 282 GW이며, 신규설치는 44.6 GW로 전년대비 19.2% 증가. 지난 10여 년간 신규설치 용량이 연평균 30% 증가한 것에 비하면 2012년 풍력발전 시장은 저조 2012년 시장규모(turnover)는 750억달러이며, 아이슬란드가 100번째 풍력발전 국가가 되었고 중국, 미국, 독일, 스페인, 인도 5개국이 풍력발전 Big 5로 전체의 73%를 차지 하고 있음. 아시아는 2012년말 풍력발전 설치총량이 100 GW로 전세계의 35.4%를 차지하고 있음. 2012년 신규설치 용량은 16.2 GW (2011년 21.2 GW)이며, 중국이 최대시장으로 13 GW 를 신규 설치하였고, 인도 2.5 GW 설치, 일본은 부진한 상황 2012년 해상풍력은 1.9 GW 새로 설치되어 (영국이 1.4 GW 설치) 누적 발전용량이 5.4 GW로 전년 대비 54% 증가하였음. 그러나 전체 풍력발전에서 점하는 비중은 아직 1.9%에 불과한 상황 2020년경 풍력발전의 총 설치량은 1,200GW로서 세계 발전량의 12%를 차지, 발전기 설 치지역도 지금의 유럽 및 북미지역에 편중된 현상에서 벗어나 세계적인 전력 요구량에 맞추어 고르게 설치될 전망임 풍력발전은 단순히 발전만 하는 것이 아니라 약 2000Billion ton의 이산화탄소 발생억 제, 230만명이 넘는 고용창출 등 엄청난 부가효과가 예측됨

105 에너지변환저장 - 풍력 구 분 발전설비량 (GW) [2020년 전 세계 풍력에너지 현황 예측] 연간전력생산 (TH/h) 연간 CO 2 감소 (Billion ton) 누적투자비 (달러 Billion) 연간설치량 (MW) 고용효과 (천명) 북미 , 유럽 , 중국 , 러시아 및 동유렵 , 라틴아메리카 , 호주 및 태평양 , 동아시아 , 남아시아 , 중동 , 아프리카 , 총계 1,200 3, , ,000 2,338.6 자료 : Wind Force 12, 2010 구분 년도 [풍력 분야의 시장현황 및 전망] 시장규모 (단위: 억달러, 억원) 성장률(%) (2011~2014) 국내시장 1,500 3,000 3,000 3,000 3,000 - 세계시장 US 달러250 US 달러550 US 달러750 US 달러1,000 US 달러1, 자료: 세계시장 : BTM Consult ApS, 국내시장 : 신재생에너지 R&DD 전략 2030 [전략분야(풍력) 시장현황 및 전망] (단위: 억원) 구분 세계시장 국내시장 년도 시장규모 성장률(%) (2012~2016) 풍력발전 시스템 부품 129, , , , , 중형 풍력발전 시스템 410, , , , , 대형풍력발전 시스템 820, ,000 1,008,000 1,008,000 1,144, 소형풍력발전기 6,840 8,100 8,900 9,500 10, 풍력발전 시스템 부품 중형 풍력시스템 ,160 2,400 2,640 3, 대형 풍력시스템 1,440 1,728 1,920 2,112 2, 소형풍력발전기

106 전략분야 나. 무역현황 풍력분야의 주요 수출입 품목은 엔진결합발전기가 있으며, 최근 수출입규모가 크게 증 가하고 있고 수입규모에 비해 수출규모가 큰 것으로 나타남. [에코건축 전략분야 품목별 수출현황] (단위: 천달러) 품목 구분 수출현황 22,129 21,193 27,013 22,165 33, , ,448 엔진결합발전기 수입현황 18,446 21,135 5,793 7,761 12, , ,849 무역특화지수 * 무역특화지수 = (상품의 총수출액 - 총수입액) / (총수출액 + 총수입액) 다. 글로벌 수출입 유망품목 2012년 글로벌 수출입 유망품목은 국내외 수출입 규모와 성장률, 관세율, 특허출원동향 을 바탕으로 품목 경쟁력, 품목 유망성, 시장성, 기술성, 중소기업 적합성 등을 분석하 여 도출됨. 풍력분야에서는 풍력발전기 및 관련 부품이 수출입 유망품목으로 도출됨. 라. 업체동향 (1) 해외 주요 업체 동향 2008년 General Electric(GE)과 Vestas Wind의 풍력발전기 설치용량 비율이 높았으나, 점차 중국기업(Sinovel, Goldwind 등), 인도기업(Suzlon 등)이 세계 시장에서 영향력을 확대하고 있음 덴마크 Vestas는 대형 풍력발전 프로젝트를 진행중이며 기후상태, 풍력발전기 설계, 전 기 시스템, 제어, 통합연구, 시장 등 다양한 분야의 연구를 수행하고 있으며 Hoevsoere 지역에 테스트 지역을 확보하여 5MW이상급 풍력발전기를 테스트중임 ABB는 세계에서 유일하게 HVDC변환설비 및 DC 전용 해저케이블을 동시에 생산, 공 급하는 업체이며 전류형의 경우 500kV 800MW급은 물론 전압형 전용케이블의 경우 10kV 3MW급 개발 후 현재 300kV 700 MW급 케이블 까지 개발, 생산하고 있음

107 에너지변환저장 - 풍력 중국은 정부 주도로 다국적 기업에 대한 규제를 만드는 등 자국 기업에 유리하도록 제 돌르 정비하였고, 탄탄한 내수 시장을 발판으로 성장세를 이어갈 것으로 예상됨 선진 해상 풍력발전 선도 국가들은 풍력단지 설계 개발부터 파이낸싱까지 국가 주도로 실증 단지를 구축하고 있음 - 글로벌 경제위기에도 해상풍력 시장을 선점하기 위한 주요국들의 정책적 지원은 지속 되고 있음 - 덴마크의 Horns Rev 2는 현재 세계 최대의 해상 풍력단지로, 총 91기의 풍력발전기로 20만 가구의 연간 전력 소비량에 해당하는 209MW의 전력을 생산하고 있음 - 영국은 Round 3 프로젝트를 통해 3차에 걸쳐 시행되는 해상 풍력 실증단지를 2023년 가지 마무리할 예정이며, 총 43GW규모가 설치될 계획임 - 독일은 아파 벤투스 프로젝트를 통해 72MW 규모로 북해에서 처음 시행되는 해상 풍 력 발전 단지를 조성하였음 - 해양 강국인 일본은 윈드파워 카미수 프로젝트를 통해서 행상 풍력발전 단지를 2010 년부터 운영하고 있음 Vestas Wind, 지멘스(Siemens)등이 해상 풍력발전 시장의 70%이상을 과점하고 있는 상태임 주요 업체들은 인수 합병 및 기술도입을 통해 공급망(Supply Chain)의 수직 계열화를 도모하고 있음 (2) 국내 주요 업체 동향 2013년 현재 효성, 두산중공업, 유니슨, 한진산업, 현대로템, 현대중공업, 삼성중공업, 대 우조선해양, STX, DMS등 10개의 시스템 제작사가 국가연구비, 기술제휴 또는 기업인수 등을 통하여 풍력발전시스템 개발에 참여하고 있으며 그 외 몇몇 기업이 추진 중임 효성은 750kW급, 2MW급 풍력발전시스템의 개발 및 실증 완료(2009 국제인증 획득)하 였으며, 5MW급 풍력발전시스템을 개발 중에 있음 유니슨은 750kW급 2MW급 풍력발전시스템 개발 및 국제인증 획득을 완료하였고 750kW급 15기 이상 판매하였으나 2012년 6월 도시바로 흡수 합병되었음 효성은 750kW급의 개발을 완료한 상태이며, 현재 2MW급에 대한 실증운전중에 있어 서, 곧 상용단계에 접어들 예정이며, 현재는 5MW급의 개발을 위한 국책연구개발 사업 을 진행 중에 있음

108 전략분야 현대중공업은 변압기, 차단기, 회전기 등을 주력 생산하고 있으며 1997년도부터 일본미 쓰비시에 600kW, 660kW 및 1,100kW급 발전기를 수출하고 있으며 2009년 군산에 대규 모 풍력발전시스템 생산공장을 준공하고 1.65MW, 2MW의 개발을 완료하였고, 현재는, 2.5MW급과 5.5MW급의 대형 풍력시스템의 개발을 진행중임 두산중공업은 3MW급 해상풍력시스템을 개발 완료하여 인증을 획득하여 상용단계에 있으며, 중저풍속형의 확장형 블레이드를 장착한 3MW를 추가 개발중에 있음 한진산업은 1.5MW급 풍력발전기를 개발하여 실증 및 인증을 완료하였고 8기 이상 납 품하였고, 현재는 2MW급과 2.5MW급을 동시에 개발 진행중에 있음 삼성중공업은 2.5MW급 풍력시스템을 개발하여 실증 중에 있으며 미국 텍사스체 1기 설치를 완료였고, 현재는 7MW급의 해상풍력발전시스템을 개발하여 인증시험 운전중임 블레이드 부분에서는 KM에서 국내 최초 2~3MW급 블레이드를 개발 완료하여 실증 중에 있고, 한국 화이바에서 저풍속 고효율 750kW급 블레이드를 개발함 동국 S&C 및 Win&P에서는 중대형 풍력타워를 생산하여 수출하고 있으며, 보국전기, 유신슨에서는 750kW급 기어리스 풍력발전시스템의 발전기를 개발하여 보급중에 있음 또한 대표적인 풍력발전 부품 관련 참여기업으로 PSM 평산(rotor shaft, flange), 현진 소재(main shaft), 태웅(main shaft, flange)등이 단조부품을 생산하고 있으며 부품관련 수출을 주도하고 있음 풍력부품 제조관련 국내 자유형 단조업체들의 경우, 2002년까지 풍력산업보다 조선산 업에 비중을 두고 있었으나, 2003년도(업체별 차이 있음)부터 업종다변화 노력으로 풍 력단조품 시장에 참여하기 시작하였으며, 육상용 풍력발전기의 로터 회전축(main shaft)과 타워플랜지(flange)등을 주로 제조하여 수출하기 시작함 세부전략분야 주요 제품 대기업(대표) 중소기업(대표) 타워, 기초 타워 기초 [풍력 주요 제품의 국내 업체 현황] 한라산업개발 GS건설, STX건설, 대림산업, 현대건설 동국S&C,(주)스페 코, (주)한길S&V Wind Tower, (주)금성기공 중소기업 주요 참여영역 중소기업 참여 정도 중소기업 점유율 타워 제작 및 설치 - 기초설계 및 시공

109 에너지변환저장 - 풍력 세부전략분야 주요 제품 대기업(대표) 중소기업(대표) 중소기업 주요 참여영역 중소기업 참여 정도 중소기업 점유율 블레이드 현대중공업 (주)KM, 데크항공, 한국화이바, 광동RFP, 도하인더스트리 블레이드 성형 및 제작 주베어링 일진베아링 서한ENP, 욱일정밀, 신라정밀(주) 주베어링, 요우 및 피치베어링 블레이드 구동 제어계 증속기 (주)효성, 두산모트롤 우림기계 기어단품, 윤활장치 로터허브 및 낫셀베드 - (주)케스코 허브 및 낫셀베드등 주물류 요우 및 피치구동계 현대중공업 서호전지, 신락정밀, 하이닥코리아, 삼양감속기 요우 및 피치 구동계 및 제어장치 발전기 및 전력변환/연계 발전기 대형 인버터 현대중공업, STX엔진, 효성 현대중공업 보국전기 유니슨, (주)플라스포, 글로비즈, 케이엔알 동기발전기 및 영구자석형 발전기 인버터 회로 설계 및 제작 소형풍력/계측 소형 풍력발전기 - 금풍에너지, 하이에너지코리아, 아이씨에너텍, 벤토코리아, 설텍, 서영테크, 미지에너텍, 태창엔이티, 스페이스원 독립 또는 연계형 소형풍력발전기 설계 제작 풍력계측장비 - 케이웨더 풍속 및 풍향계, 데이터로거류 풍력기반 복합발전 시스템 풍력발전기 및 연계발전기술, 복합연계 제어장치, 고속변환 인버터/컨버터 STX엔진 금풍에너지 소형 풍력발전기 타 신재생에너지기술 디젤발전기 연계제어장치 고속 변환 인버터/컨버터 * 참여정도는 주요제품 시장에 참여하는 중소기업의 참여규모와 정도(업체수, 비율 등)를 고려하여 5단계로 구분 (낮은 단계:, 중간 단계(,, ) 높은 단계: )

110 전략분야 마. 기업개발니즈 풍력 발전 분야의 기업 니즈 중에서 주목할 만한 아이템은 다음과 같음 - 인버터, PCS, 소형풍력 발전시스템, 타워, 단조품, 운용시스템, 방열부품/모듈, 감속기, 변압기, 플랜지 등 - 유망기술로는 대형 나셀하우징, 메인 프레임, 로터 허브 등 그 외 풍력 분야의 중소기업들은 기술을 기반으로 다양한 산업분야, 적용분야의 시장 진입을 위한 개발 계획을 가지고 있음. 그 외 풍력 분야의 중소기업들은 기술을 기반으로 다양한 산업분야, 적용분야의 시장 진입을 위한 개발 계획을 가지고 있음. - 50kW 풍력시스템, 고효율 풍력용 PMSG 마이크로 그리드용 전력변환 장치, 풍력발 전 시스템, 동기 발전기, 단지 운용 시스템, 보급형 소형 풍력 발전기 개발, 풍력발 전 관련 변압기, 초음파 풍향풍속 센서, 하이브리드 풍력발전시스템, 소형풍력시스 템, Helical 소형 풍력발전기, 태양광+Battery 하이브리드 인버터, 풍력+Battery 하이 브리드 인버터, 수직형 블레이드 및 소수력 수차, 발전기 및 전력변환/연계, 소형 풍력발전기 등 바. R&D 현황분석 최근 2년간 중소기업들이 정부 R&D 자금지원을 받기 위해 신청한 과제 리스트를 분석 한 결과, 풍력분야에는 (소형)풍력발전기, 블레이드 구동제어계, 전력변환/연계장치, 타워 기초, 풍력태양하이브리드 발전에 대한 연구개발을 추진하고 있는 것으로 나타남. [풍력분야의 최근 중소기업 연구개발 추진 현황]

111 에너지변환저장 - 풍력 4. 시사점 및 제언 2~3MW급 육상 풍력발전시스템의 경우는 경제성을 갖추기 위한 기술 개발이 주로 진 행되고 있음. 국내의 경우 시스템 업체에서 주로 수입에 의존하던 피치, 요잉모듈 혹은 제어장치 등의 국산화 혹은 Supply chain 확보를 추진하므로 이에 따른 기술 개발이 진행 중임. 또한 핵심부품인 경제성 확보를 위한 블레이드, 증속기의 경량화기술을 개 발하고 있음. 3MW급 이상 풍력 시스템은 5 내지 5.5MW까지와 그 이상의 7 내지 7.5MW 시스템으 로 구분하고 있음. 5 내지 5.5MW 시스템의 경우는 기존 기어드 혹은 기어리스 방식을 그대로 대형화하여 개발하고 있음. 그러나 7 내지 7.5MW 시스템의 경우는 드라이브 트레인의 경우 하이브리드 방식으로 적은 증속비의 기어박스와 다단 영구자석 발전기 를 적용하고 있음. 10MW 급이상 초대형 발전기의 경우는 현재 기술 개발을 위한 사전 연구 단계로 신개 념(탄소섬유 적용 등)의 블레이드 기술과 초전도 발전기 기술 등이 적용하는 것을 고려 하는 연구가 진행 중임. 세계적으로 풍력발전의 시장은 유럽과 미국을 중심으로 확장되어 왔으나, 향후에는 녹 색산업의 핵심적 산업기술로서, 유럽과 미국외의 시장 창출이 기대되는 핵심 성장동력 으로 발전할 가능성이 있는 것으로 평가 최근 풍력발전 기술은 크게 해양화와 대형화로 요약할 수 있으며, 해양화에 따른 신뢰 성 기술 확보, 대형화에 따른 안전 기술 확보를 위해 R&D에 대한 수요가 크게 증가하 고 있으며, 국내에서도 연구개발 역량의 확대가 필수적임 풍력발전시스템의 종합적인 설계 및 제작, 시험 및 판매 운전 등은 중공업 수준의 대기 업 중심으로 이루어지고 있으나, 대부분의 주요 부품은 대기업과 중소기업의 협력개발 또는 중소기업 단독개발 형태로 개발과 보급이 이루어지고 있음 특정 핵심기술(블레이드, 증속기, 시스템 운전 제어 및 감시 프로그램, 영구자석형과 같 은 특수 발전기 등)은 종합 제작사가 자체의 기술보안을 위해 in-housing 제작 경향이 커지고 있으나, 그 밖의 주요 부품들은 중소기업의 기업규모를 갖는 부품 전문 업체가 개발 보급하고 있어, 국내에서도 풍력산업의 핵심 부품 전문 중소기업의 육성이 시급한 상황임 국가에너지 기본계획( 년)에 의거 2030년도에는 국내 풍력발전 설비가 7,301MW

112 전략분야 가 되고, 전체 국가에너지 소비의 1.4%를 공급 예상하고 있으며, 세계시장 점유율 15% 등 범정부적인 연구개발과 보급에 총력을 기울이고 있는 상황에서 중소기업의 전문 부품 기술 개발과 확보는 매우 중요한 핵심사항임 풍력산업에서 1MW 추가 보급에 따라 일자리가 21개 증가되는 등 풍력산업의 고용효 과가 매우 우수하여, 중소기업의 기술개발 및 육성을 통해 고용증대의 부가적인 효과 도 기대되고 있음 각 대표기술 후보군을 특허지수를 종합 분석한 결과, 기어 박스, 축 방향 제어장치 관 련 기술군은 기술성장성 및 기술수준분석 결과 높은 수준으로 나타나 해당분야의 시장 형성 및 기술개발이 활발한 것으로 판단됨. 중소기업 적합성이 높은 수준으로 평가된 배전망 회로장치, 블레이드, 케이싱/베어링 분야 기술군은 상대적으로 국내 중소기업의 출원 활동이 활발한 것으로 평가되고, 기술성장성이 상대적으로 높고, 기술 수준은 낮 은 것으로 평가되어 국내 중소기업이 해당 분야에서 기술개발을 고려해 볼 수 있는 가 장 적합한 후보군으로 사료됨 최근 녹색 기술 개발 장려와 환경 규제의 확대로 인해 기존 화석에너지 활용에서 신재 생 에너지 분야로 에너지 분야에 트렌드가 변화되고 있으며, 이에 따라 기존 에너지 변 환 또는 생산 기술이 아닌 신재생 에너지 분야의 기술 개발이 더욱 중요해지고 있으며, 국가 간 경쟁이 심화되고 있음. 신재생 에너지인 풍력 에너지 분야는 응용 기술력에 따 라 비용 절감 및 수출의 파급효과가 크므로, 기술선점을 위한 국가 간 경쟁이 심화될 것으로 예상되고, 에너지확보를 위한 신기술개발 및 투자가 증가할 것으로 판단됨 [풍력분야 주요 제품] 분류 제품 설명 출처 산업기술분류코드 대분류 중분류 소분류 타워, 기초 지지 구조물 및 기초 에너지 자원 신재생 에너지 풍력 풍력 블레이드 구동 제어계 복합재 블레이드, 증속기(블레이드의 저속 고 토크 동력을 발전기가 필요로하는 고속 저 토크 동력으 로 증속), 요우 구동계 및 블레이드 피치제어 구동 장치, 로터 시장/ 유망기술 에너지 자원 신재생 에너지 풍력 풍력 풍력 발전기 및 대형 영구자석/유도발전기 및 제어장치, 대형 인 전력변환장치 연계 버터 장치 특허/ 기업수요 에너지 자원 신재생 에너지 풍력 소형 풍력 시스템/풍력 계측 장비 100kW 미만의 독립형 또는 연계형 발전기, 풍력 자원 및 풍력 성능 시험계측장비 기업수요 에너지 자원 신재생 에너지 풍력 풍력기반 하이브리드 발전 풍력시스템을 기반으로 하여 디젤 또는 태양광 같 은 타 에너지 기술과의 연계로 단위 전원시스템 역할 / 기업수요 에너지 자원 신재생 에너지 풍력

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114 풍력 전략제품 분석 - 소형 풍력발전 시스템 - 풍력 블레이드 구동제어계 - 풍력발전기 및 전력변환장치 연계장치

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116 전략제품 소형 풍력발전 시스템 1. 개요 가. 정의 및 필요성 - 정의 : 국내 신재생에너지 설비 인증기관인 에너지관리공단 공시기준인 30kW미만의 소형 풍력발전 시 스템으로서 독립전원용 또는 계통연계형으로 구분됨 - 범위 : 소형 풍력발전 시스템의 핵심부품과 요소기술, 블레이드, 발전기, 전력변환장치 및 지지 타워를 포함함 소형 풍력발전 시스템(Small Wind Turbine)은 바람으로부터 동력을 얻어 전기를 생산 하는 전기기기로서 통상적으로는 IEC 기준인 회전면적 200m2 이하(통상 50kW 미만) 를 기준으로 중대형과 소형으로 구분하며, 국내 신재생에너지 설비인증기관인 에너지 관리공단의 인증기준인 WT101에서 공시하는 소형 풍력발전 시스템의 기준은 30kW 미 만의 용량으로 한정함. 소형 풍력발전 시스템의 핵심부품과 요소기술의 국산화는 부진한 실정이며, 특히 복합 기술의 결합체인 풍력발전 시스템 특성상 항공, 기계, 재료, 전력전자 및 토목 등의 전 문 기술 인력의 동시 확보가 곤란하여 기술개발이 지연되고 있음. 따라서, 소형 풍력발전 시스템 부품 표준화 및 국내 시장의 규모 확대 정책 등을 통한 기술개발, 보급 및 재투자의 선순환적 환경을 조속히 조성할 필요가 있으며, 향후 전력 인프라가 취약한 동남아, 중국, 몽골, 북한 등 제3세계를 중심으로 하는 수출 확대의 효과도 기대할 수 있음. 나. 범위 및 분류 (제품 분류 관점) 소형 풍력발전 시스템은 블레이드, 발전기, 지지구조, 전력변환장치, 축전지 및 안전 제어장치 등의 주요 구성품으로 이루어져 있으며, 사용 용도에 따라 한 전의 계통선과 연계하여 운전하는 연계형 소형 풍력발전 시스템과 독립적인 전원을 구 성하는 독립형 소형 풍력발전 시스템으로 구분할 수 있음. 디젤 또는 태양광 발전과 같은 타 전원기술과 복합화하여 운영하는 복합형 소형 풍력발전 시스템으로 구분할 수 있음 (공급망 관점) 소형 풍력발전 시스템은 복합재 블레이드의 공력 및 구조설계를 통한

117 에너지변환저장 - 풍력 - 소형 풍력발전시스템 복합재 성형 공정을 통해 블레이드가 만들어지며, 주로 사용되는 영구자석형 발전기는 설계, 성형, 착자 및 제조와 시험을 통해 공급됨. 전력전자 산업계를 통해 설계(H/W 및 S/W), 전력전자 부품 조달, 제조 및 시험 등을 통해 공급되고 있으며, 기타 강구조 물 등은 구조설계, 재료선정, 제조 및 시험 등을 통해 공급되고 있음. [공급망 단계별 주요 제품 분류표] 대분야 소형 풍력발전 시스템 중분야 (공급망 단계) 시스템 조합설계 소재/부품 세부 제품 - 풍동, 복합재 성형기, 발전기 생산장비, 발 블레이드, 발전기, 전력변환장치, passive 요제어 장 전기 테스트 장비, 전력변환장치 테스트장 치, 강 구조물, 안전 제어장치, 모니터링시스템 등 비, 밸런싱 조정장비 등 시스템 해석 S/W 공력해석, 유동해석, 구조해석, 발전기 열적해석 등 - 해석용 S/W 실증 시험장치 풍속계, 풍향계, 데이터로거, 전력변환기 등 - 풍속계, 풍향계, 데이터로거, CT 및 PT류 복합발전 전력변환장치 복합발전알고리즘, 전력안정화장치 장비 - 시스템 운용 제어기 및 S/W, 풍력 및 디 젤발전기 계통연계형 인버터, 독립형 인버터, 축전지 충전기, - 고효율 인버터, 축전지 충전장치 고속 인버터/컨버터등 따라서 소형풍력발전시스템의 범위는 - 소형풍력발전시스템과 구성요소부품 및 생산기술 영역. - 공급망 기준으로 블레이드, 발전기, 전력 변환장치, 안전 제어장치 등의 요소부품과 시스템 전영역의 조합설계 및 해석기술. - 기술적으로는 소형 풍력 설계 S/W, 요소부품 제작 및 요소부품 시험장비 등의 소형 풍력 기반기술과 디젤발전기 연계 등의 응용기술을 포함. 2. 산업 및 시장 분석 - 소형 풍력 발전시스템 개발 및 보급 정책의 활성화를 통해 기계/항공/전기 등의 융 복합 기술 활용으 로 소형 풍력 발전시스템의 개발이 가능하며, 향후 동남아시아, 남미 국가 등으로 수출시장을 확대할 기회가 있음. - 소형 풍력 발전기에 사용하는 영구자석은 중국이 전 세계 수요의 80%정도를 공급하는 독점체제로 가 격상승과 공급이 부족한 상황이지만 상당한 실정이나, 유리섬유와 같은 FRP, 일반 steel 및 전자소재 는 공급상 제한이 없음 - 가장 큰 시장인 중국의 세계 시장점유율이 약 80% 이상으로 추정되며, 연간 90,000여 대를 생산하였 으며, 현재 약 45만 여대, 171MW 규모가 설치되었으나, 평균 용량은 0.38kW/대로서 비교적 초소형 을 주로 생산하였으며, 최근엔 0.7kW/대로 규모가 커지고 있음 - 미국은 100kW 이하의 정격용량을 가진 소형풍력발전기의 신규 판매시장이 연 25MW(연 8,000여대, 약 1.39억달러) 수준으로, 연평균 26% 가량의 성장을 이루었음 - 소형 풍력 발전시스템 분야 내 중소기업의 생산 및 판매유형을 살펴보면, 50%의 기업이 모듈부품 형태 의 제품을 거래하는 것으로 나타났으며, 대부분 공급 사슬 상 1차 공급 기업에 해당함

118 전략제품 가. 니즈 분석 민간 시장 창출을 위한 기존 타 전원기술과의 가격 경쟁 시장 니즈 1 : 가격대비 고성능 - 저가형, 고효율/내구, 경량화 및 저소음화 정부의 주도하에 중소기업체를 중심으로 저가의 고효율 소형발전기 제품 개발이 지속 될 전망이고, 정부의 풍력발전 관련 기술개발 및 투자를 위해 경기부양자금 투입이 강 화될 예정임. 또한, 향후 풍력, 태양광 발전 중심의 신재생에너지 분야에 2015년까지 40조원을 투입할 계획임. (출처: 녹색성장위원회, 신재생에너지 발전전략, 2010) 정부나 지자체주관의 민간보급사업 적용을 위해 제로에너지 빌딩/하우스 등의 형태로 저소음형 소형 풍력발전 시스템을 이용하여, 자체전력공급이 이루어질 가능성이 높으 며, 소형 풍력 발전과 태양광(열), 지열, 수소, 연료전지 등과 결합한 하이브리드 발전 사업이 활성화 될 것으로 예상되며, 향후 고효율/고성능/저소음형 소형풍력에 대한 수 요가 증가할 전망임. 시장 니즈 2 : 국내외 시장 확대 세계 주요국은 온실가스 감축, 일자리 창출 및 경제성장의 핵심 수단으로 신재생에너 지 시장 선점을 위해 치열하게 경쟁하고 있음. 국내의 경우 정부의 온실가스 감축 목표(2020년 배출전망치의 30%감축) 달성을 위해, 온실가스 저감 효과가 큰 풍력발전 비중을 적극적으로 향상시킬 필요가 있으며, 향후 신재생에너지 의무할당제(RPS) 등을 통해 각 발전사를 대상으로 시행될 예정임 주변 민원 제기 및 풍력자원 부족지역에 대한 무분별 설치로 인해 중단되었던 그린홈 백만 호 사업중 소형 풍력분야에 대한 지원을 2012년도부터 인증제품과 일정 범위 내 주민 동의 징구 조건으로 재개하여 보급하고 있음 국내 소형풍력발전기 공급업체들 중 100W~10kW급 소형풍력발전시스템에 대한 제품개 발 및 생산하는 업체가 늘고 있으며, 그 외에도 소형 풍력 발전시장에 진입할 중소 제 조업체들이 증가하고 있음 소형 풍력 발전기의 세계시장 규모는 1997년부터 2011년까지 평균 28%의 성장률을 보 이고 있으며, 향후에는 30%를 상회하는 성장률을 보일 것으로 예측됨. 2015년에는 연 간 288MW가 설치되고 2020년에는 718MW가 신규 설치되어 누적량으로 2020년에 3,817MW에 이를 것으로 전망되므로 급속하게 커지는 세계시장에 대응한 국내 기술개 발의 시급성이 요구되고 있음

119 에너지변환저장 - 풍력 - 소형 풍력발전시스템 시장 니즈 3 : 국산 장비, 핵심 기술력 비중이 높은 소형풍력 설계, 제조 및 시험의 전 과정을 통해 소형 풍력발전 시스템은 자동화가 불가능한 기 술집약형 산업으로, 설치 및 운영 등을 통한 전 주기를 통해 높은 고용 효과와 대부분 의 구성 부품을 국산화 할 수 있다는 장점으로 연관 산업의 발전도 동시에 도모할 수 있는 고부가가치 산업이라고 할 수 있음 특히, 많은 자본과 설비가 필요한 중대형 풍력 발전시스템은 대기업 중심으로 개발되 고 있으나, 비교적 적은 자본과 소규모의 설비로도 개발이 가능한 소형 풍력발전 시스 템의 경우에는 국내 중소기업의 특성에 적합하며, 기계, 항공 및 전력전자 등의 기술을 활용한 융 복합적 기술개발로서 시너지를 확보할 수 있음. 고효율 저가형 소형풍력 발전시스템 산업은 기술집약적인 산업에 해당되며, 다른 부가 적인 발전(태양광, 태양열, 연료전지, 지열 등)과 연계하여 하이브리드 발전이 가능함으 로 중소기업 주도의 산업 특성이 존재함. 소형 풍력발전 시스템의 기술 국산화를 통해 단가 절감 뿐 아니라, 자체 설계 및 제작 기술 개발 등의 전 과정이 순수하게 국내에서 이루어질 수 있으므로, 해외 기술에 대 한 종속을 회피할 수 있으며, 운영 및 사후관리 등을 통한 국내 기술 인력의 양성과 유관 산업계와의 연관 성장을 도모할 수 있어서 부가가치가 매우 높음. 설계 운전점의 matching 등 주 핵심기술간 연계성능 향상 필요 시장 니즈 4 : 설계 운전점 matching 소형 풍력발전 시스템은 바람의 동력을 블레이드, 주축, 발전기 및 전력변화장치를 통 해 전력으로 변환시켜 공급하는 장치로 서로 상이한 기술 및 운전 방식의 핵심 부품의 완성체로서 개별 핵심 부품의 효율 및 내구성 증대 뿐만 아니라 핵심 부품간의 matching 기술의 중요성이 부각되고 있음 핵심 부품간 운전점의 일치를 통해 전체 소형 풍력발전 시스템의 고효율화 및 안정적 운전이 가능하나, 기본적인 설계 및 해석능력의 부족, 짧은 기술 개발 경험과 다양한 운전 환경에서의 실증운전 경험 부족으로 핵심 부품 간 운전점 matching에 대한 기술 개발에 어려움을 겪고 있는 상태임 시장 니즈 5 : 핵심 부품간 연계 성능 향상 개별 핵심 부품이 안정적 성능을 갖는다고 해도, 블레이드, 발전기 및 전력변환기 등의

120 전략제품 개별 핵심부품간의 연계성이 고려되지 않는다면 전체 소형 풍력발전시스템의 연계 성 능을 향상 시킬 수 없으며, 개별 부품이 갖는 기술적 안정성을 기대하기 어려움. 또한, 이러한 핵심 부품들의 기술적 배경과 운전 조건 등이 서로 달라서, 다양한 외부 환경에 대한 연계 성능을 안정적으로 유지하는 것이 어려움. 따라서, 다양한 형태 또는 성능을 갖는 핵심부품을 설계 및 제조 개발하고, 사전 해석 을 통한 시뮬레이션과 상호 연계 운전을 통한 연계 성능의 향상을 통해, 소형 풍력발 전 시스템의 성능적 효용성과 안정성을 꾀할 수 있음. 핵심 부품의 내구성 증진을 통한 시스템 신뢰성 제고 필요 시장 니즈 6 : 핵심 부품의 신뢰성 및 내구성 증진 소형 풍력발전 시스템을 구성하는 블레이드, 발전기 및 전력변환기 등의 핵심 부품에 대한 원천 기술이 부족하여 외형적 개발에 그치는 경우가 많으므로, 핵심 부품에 대한 원천기술개발을 통한 제품화할 필요성이 요구되고 있음 소형 풍력발전 시스템에 활용되는 핵심 부품에 대한 원천 설계 및 해석, 제조 등의 핵 심 기술의 개발로 부품의 신뢰성과 내구성 향상을 이루고, 전체 소형 풍력발전 시스템 의 신뢰성을 제고할 수 있음 시장 니즈 7 : 핵심 부품의 표준화를 통한 협업 체계의 구축 필요 현재는 소형 풍력발전 시스템을 구성하는 핵심 부품을 용량, 운전 조건, 용도 등에 따 라 각 개별 기업차원에서 기술개발을 진행하고 있어서, 자본과 기술력이 부족한 상황 에서 핵심 부품에 대한 기술적 완성도를 높이기가 매우 어려운 상황임 아직 활성화 되지 않은 국내 소형 풍력발전 시장을 고려할 경우 다품종 소량 생산 방 식으로는 기술적 경제적 안정성과 기반을 확보할 수 있는 비즈니스 여건의 형성이 매 우 어려움 따라서, 핵심 부품별로 표준화를 수행하여 소품종 다량 생산방식으로 전환하고 상호 협업제로 유도하여, 핵심 부품의 저가화 및 성능의 안정성 확보가 필요함

121 에너지변환저장 - 풍력 - 소형 풍력발전시스템 [소형 풍력발전 시스템 분야의 PEST 분석] 구분 주요이슈 단기(3년이내) 중장기(4년이상) 비고 정치 (P) 촉진 저해 공공기관 의무화 보급계획, 그린홈백만호 사업 설치관련 규제법령, 후행적 정책지원 상 중 하 상 중 하 상 중 하 상 중 하 안전한 에너지원 기술확보 와 분산형 전원개발에 대한 수요 증대 및 지속가능 청 정에너지에 대한 관심 증대 소형 풍력 보급촉진을 위한 규제 완화(설치 동의 등)가 필요하며, 정책이 후행적임 경제 (E) 촉진 저해 오지 및 낙도 전원 수요증가, 지속 가능 에너지원 개발 소량 생산 체제, 경제성 확보 곤란 상 중 하 상 중 하 상 중 하 상 중 하 오지, 군 시설, 통신 및 독 립전원 기술 확보를 위한 소형 풍력산업의 성장 필요 성 대두 산업 및 시장의 규모가 협 소하여 대량생산을 통한 부 품 및 시스템 저가화 곤란 사회 (S) 촉진 저해 친환경 기술 선호, 환경 보전기술 민원발생, 낮은 사회적 수용성 상 중 하 상 중 하 상 중 하 상 중 하 지구환경 보전과 청정에너 지원 확보에 대한 사회적 수요기반 조성됨 지역 이기주의 팽배및 개인 주의 만연으로 낮은 사회 수용성 상태임 기술 (T) 촉진 저해 전원 보급 시장 규모 확대, 복합화 기술 발전 시험 생산 경험 부족, 기술 경험 부족, 전문 인력 부족 상 중 하 상 중 하 상 중 하 상 중 하 다양한 전원공급 시장의 확 대로 관련 복합재, 영구자석, 전자제어 및 전력변환 등 연관 기술의 발전 왜소한 시장규모로 경험 및 전문 인력의 부족으로 기술 적 신뢰도가 낮음 나. 산업특징 및 구조 소형 풍력발전시스템의 주요 기기인 발전기에 사용되는 영구자석은 중국이 전 세계 수 요의 80% 정도를 독점적으로 공급하고 있어서, 가격상승과 공급부족이 상당한 실정이 나 그 외의 소재들은 유리섬유와 같은 FRP, 일반 steel 및 전자소재류로서 특별히 공급 상 제한이 없음. 소형 풍력발전 기기의 경우에는 기계, 항공 및 전기전자와 같은 복합기술의 집합체로 서 대부분 영세한 중소기업이 모든 분야에서 전문 인력을 확보하고 소형 풍력발전과 관련한 복합적인 기술을 모두 보유하기 어려운 특성이 있음 소형 풍력 발전시스템은 복합기술의 집합체로서 각 개별 기술 및 부품에 대한 전문 중

122 전략제품 소기업 간의 연합이나 협력 등으로 기술적 문제를 극복할 수 있으며, 단일 기술의 개 발과 보급에 대규모의 인프라나 설비가 필요하지 않은 중소기업 적합 제품임 소형 풍력발전 시스템은 활용 용도가 중대형보다 다양하여, 가타 타 에너지원과의 복 합시스템화나 연계운전이 가능하여 다양한 용도로 활용할 수 있으며, 관련 기술이나 타 산업과의 연계기술개발도 필요한 특징을 갖고 있음. [소형 풍력발전 시스템 연관 산업 구조] 후방산업 소형 풍력 발전시스템 전방산업 영구자석 착화, FRP의 경량화 및 내구성, 계륵센서, 해석S/W, 계측S/W 고효율 및 고 내구성 발전기, 고효율 FRP 블레이드, 고효율 인버터, 계측장비 내구성 및 저가화 소형 풍력발전기 설계 및 제조, FRP 복합재 블레이드 제조기술, 발전기 및 인버터 matching 기술, 제어 및 전원 시스템, 시스템 성능 및 내구성 시험측정 산업 [소형 풍력발전 시스템의 SWOT 분석] 강점(Strength) - 낙도 및 이동통신 등 많은 수요처 - 다양한 전문기술 보유 중소기업 협력 - 전자 및 IT 분야 최고 기술력 보유 기회요인(Opportunity) - 분산전원 시장의 수요 증가 - 해외 저개발 국가에 대한 시장 창출 가능 - 지구 온난화 및 온실가스 저감을 통한 환경보전 고취 - 녹색성장 정책으로 국가적 보급 추진 약점(Weakness) - 중소기업 기술적 기반 미약 - 관련 산업 기반 및 핵심 인력자원 부족 - 산학연 협력체계 취약 - 기초연구 기반 취약 위협요인(Threat) - 선진국 산업체들의 시장선점에 의한 높은 진입장벽 - 중국의 원소재 집중과 저가 제품 출시 - 시험장비 분야의 낮은 신뢰성 다. 시장현황/전망분석 소형 풍력발전 시스템에 관한 세부 시장은 아직 형성되어 있지 않아 각 구성요소 별 시장을 대체하여, 상위단계 시장인 풍력발전설비 시장을 분석함 세계적인 경기 침체에도 불구하고 풍력발전기의 수요는 지속적으로 증가하고 있음 - 세계 대형 풍력발전시장은 2009년 627억달러에서 2014년에 1,200억달러로 증가될 전망 임. (출처 : BCC Research, ) - 세계 풍력발전 신규 시장은 2012년 44.9GW이고 향후 2017년에는 57.7GW로 성장할 전망임 년도 말 현재 전 세계적으로 누적량으로 약 521,000여대의 소형 풍력발전기가 설 치되어 운전 중에 있으며, 매해 한 해 동안 약 60,000여대가 신규로 설치되어, 2.2억 USD의 시장을 형성하고 있음.(2012, Small Wind world Report, WWEA, 2012)

123 에너지변환저장 - 풍력 - 소형 풍력발전시스템 년 말까지 총 용량 443.3MW 약 656,000여대의 소형 풍력발전기가 운전 중에 있 어서 전년도 대비 약 26% 정도 시장이 성장 하였고, 약 382GWh의 전력을 생산한 것 으로 추정되고 있음(Small Wind world Report, WWEA, 2012) 1980년대 초부터 풍력발전기 제작기술이 급속히 발전하여 독일, 덴마크 등 유럽을 중 심으로 시스템 대형화 추세에 있으며, 유럽 국가들이 1980년대 중반까지 세계 풍력발 전시장을 주도하였으나, 정부지원을 줄임으로 인해 1980년대 후반부터 주도권이 비유 럽권 국가로 이전되기도 하였으나 2006년 이후 유럽 시장이 활성화되고 있음 미국 등 주요선진국에서는 소형풍력기기의 보급이 활발히 이루어지고 있음에 따라, 국 내 중소기업의 참여가 꾸준히 늘어나고 있지만 원천기술 및 기술적 경험부족으로 연구 개발에 대한 지원이 필요한 것으로 판단됨 미국 자체의 SWT(소형풍력발전기) 발전 수요는 꾸준히 증가하고 있음 - 미국은 100kW이하의 정격용량을 가지는 SWT 신규 판매시장이 2010년도에 25MW(약 1.39억달러)를 설치함으로써 26% 가량의 성장을 이루었음 [용량별 세계 SWT 판매시장 및 미국 내 시장 성장률] 일본의 경우 경제 불황으로 신재생에너지의 개발은 주춤하고 있으나, 최근 많은 투자 가 이루어지고 있는 추세임 년도 일본 소형풍력발전시스템 시장은 금액기준으로 출하용량 26.3억 엔, 전력용 량 기준으로 2,208kW이었음. - 일본은 20kW 이하의 소형 풍력발전시스템에 대해서 0.638USD/kWh, 20kW 이상의 소형 풍력발전시스템 대해서 0.255USD/kWh의 FIT(20년 유지) 제도를 시행하고 있음 년도 일본 소형풍력발전시스템 시장은 금액기준으로 출하용량 37.6억 엔, 전력용 량 기준으로 3,514kW로 확대될 전망임

124 전략제품 중대형 시스템 소형 시스템 합계 [시스템별 일본 국내 풍력발전 시스템 시장 규모 추이] 구분 2008년도 2009년도 2012년도 전력용량(MW) 출하용량(억엔) 전력용량(MW) 출하용량(억엔) 전력용량(MW) 출하용량(억엔) , , , (단위: MW, 억엔) 2018년도 (예측) 963 1, , , 자료 : 2013 Small Wind World Report(WWEA, 2013) / 환율:1,100원/USD 우리나라는 신재생에너지 발전전략 2010을 발표하면서 녹색에너지 개발에 급격한 투자 가 이루어지고 있는 추세이나, 소형풍력발전기 관련 원천기술의 수준이 낮지만 최근 IT 기술의 발전과 함께 소형풍력기기 시스템이 변화하고 있음. 우리나라의 IT 무선센서 기술을 통한 모니터링 기술이 세계적으로 경쟁력이 있는 분야로 판단되고 있으며, 다 수의 후발기업들이 시장에 진입하면서 기술개발에 대한 수요와 경쟁이 치열함 [소형 풍력발전기/풍력 계측장비 시장 현황 및 전망] (단위: 억원/억달러) 구분 년도 시장규모 성장률 CAGR(%) 원소재 % 소형 풍력발전시스템 % 국내 시장 풍속/풍향/ 데이터로거 센서류 % 기계요소 계측장비 % 전력요소 계측장비 % 합계 % 원소재 % 소형 풍력발전시스템 % 세계 시장 풍속/풍향/ 데이터로거 센서류 % 기계요소 계측장비 % 전력요소 계측장비 % 합계 % 자료 : 2012 Small Wind World Report(WWEA, 2012) / 환율:1,100원/USD

125 에너지변환저장 - 풍력 - 소형 풍력발전시스템 라. 공급망(분류)에 따른 분석 소형 풍력발전시스템 분야는 복합재 또는 금속, 목재로 만들어진 블레이드, 영구자석형 발전기, 전력변환기, 안전 제어장치 및 기타 구조물 등으로 공급망이 이루어지며, 주 로 중소기업이 참여하는 분야임. 따라서 각 주요 부품에 대한 체계적인 공급망이 형성 되어야 글로벌 제조업체에 대응할 수 있는 시장 경쟁력 확보 가능. 세계업체 및 제품 현황 - 현재 전세계적으로 수평형 소형 풍력발전시스템 제작업체는 242개 정도이며 대부분 100kW 이하의 규모이지만, 평균 용량이 10.8kW에 이르고 있음. 수직형 소형 풍력발 전시스템 제작업체는 약 60여개로 약 157개의 모델을 가지고 있으며, 평균 용량은 7.4kW 정도임. 용도로는 대부분인 83%정도가 계통연계형으로서 이용되고 있음. - 미국과 중국에 약 60여개의 소형 풍력발전시스템 제작업체가 있으며, 독일, 캐나다 및 영국에 20여개의 제작업체와 그 외의 국가에는 10개 미만의 소형 풍력발전 제작업체 가 생산하고 있음 - 소형 풍력발전시스템은 74% 정도가 수평형 풍력발전시스템이고 18% 정도가 수직형 풍력발전시스템으로서 생산되고 있으며, 점점 다양한 형태의 제품이 개발되고 있음. 소형 풍력발전시스템은 계통연계(상업 발전), 담수화, 선박장착, 군 시설 전원, 복합발 전, 오지 전원장치, 레져를 위한 휴대용, 양수, 연구교육용, 도심형 발전 등 다양한 형 태로 이용되고 있음 - 미국 Southwest사는 가장 많이 팔리고 있는 Skystream 3.7kW 다운윈드 수평형풍력발 전시스템을 개발하였고 고효율 저소음화 및 모듈화 설계를 이룬 상태이며, West wind 사에서도 고효율 2.5kW 및 10kW 수평축 시스템을 개발한 상태임 - 중국은 세계에서 가장 큰 시장 규모를 바탕으로 약 50여개의 소형 풍력 제작사가 있 으며, 대표적으로 AELOS사는 해외의 기술을 전수받아 10kW급 소형 풍력발전시스템 을 개발하여 생산하고 있음. 그 외에도 Shanghai Noulei Automation Equip. Co. Ltd. 는 300W에서 20kW 까지의 다양한 소형 풍력발전시스템을 개발하여 생산하고 있음. - 중국산 소형 풍력발전시스템은 1,900USD/kW로 미국산 소형 풍력발전시스템의 6,000USD/kW 보다 가격경쟁력이 높음 국내업체 및 제품 현황 - 국내 소형 풍력발전시스템 업체의 규모는 영세하여 5~10여개의 제작사와 10여개의 부 품 업체가 생산 활동을 지속하고 있는 상황임 - 국내 시장규모의 협소와 지속적인 보급 프로그램의 부재로 인해 국내 소형 풍력발전 시스템 업체의 실적이나 발전은 매우 더딘 편으로서, 현재 국가 설비인증을 획득한 업 체는 4개에 불과한 실정임(200W, 1kW, 1.5kW, 3kW) - 국내 소형 풍력발전기 업체는 대부분 수직축 풍력발전시스템을 개발하여 보급하고 있 는데, 주거지에 적합한 저소음형의 풍력발전기를 선호하는 영향이 큰 것으로 보임

126 전략제품 - 국내 소형 풍력발전시스템 제작업체는 국내 시장규모 협소로 인해 안정적인 연구개발 에 치중할 수 있는 여건 형성이 미진하여, 주로 단품 형태로 개발이 진행되고 있으며, 개발 용량도 3kW 미만에 머무르고 있는 실정임 - 그러나, 다양한 용도와 효율 향상을 위해서는 수평형 풍력기기의 개발과 좀더 용량이 큰 풍력기기의 개발이 진행되어야 하며, 현재 수평형 10kW 풍력발전시스템이 금풍에 너지(주)에 의해 개발이 진행되고 있는 상태임 공급망 현황 및 중소기업 참여정도는 아래와 같음. [공급망 현황 분석] 공급망 단계 소형풍력 운전제어 센서/로거류 전력요소 계측장비 주요내용 소형풍력 운전제어 센서/로거류 전력요소 계측장비 주요 제품/기술 해외 기업 국내 기업 소형풍력발전 시스템, 운영기술, 설계기술, 블레이드 등 거동예측기술, 매립형 센서기술, 데이터 처리기술 계통연계형 전력계 기술 마이다스 아이티, 웰비안시스템,아루테크,지오시스, 렉터슨, 케이웨더, 설텍, 서영테크, 태창엔 이티, 한반도, DIK, 데크항공, 금풍에너지, 아하에너지, 아이씨에너텍, 에이티티, 벤토코리아, 아이알윈드파워 Ansoft(미), MSC software(미), CRADLE(일),Power-one(이태리), SMA(독일) 중소기업 참여정도 중소기업 시장점유정도 참여정도는 주요제품 시장에 참여하는 중소기업의 참여규모와 정도(업체수, 비율 등)를 고려하여 5단계로 구분 (낮은 단계:, 중간 단계(,, ) 높은 단계: ) 3. 기업니즈조사 소형 풍력발전 시스템 분야 중소기업의 니즈분석을 통한 현황을 살펴보면, 다양한 중 소기업들이 단위 부품을 기반으로 하는 다양한 제품을 개발, 판매를 진행하고 있음. - 구체적으로 중형급 풍력발전시스템 타워 / 발전기용 단조품, 블레이드, 소형 풍력 상태감시 장치, 전력변환 장치 제어기, 풍력 블레이드 비파괴 검사장치, 변압기 및 개폐장치, 하이브리드 가로등 등의 제품을 개발, 판매하고 있음. 또한 소형 풍력발전 시스템과 관련하여 아래와 같은 기술 개발 수요가 존재함. - 60kW 소형 풍력발전기, 풍력발전 시스템 운전 및 고장 감시 기술, 고효율 풍력발전 시 스템 제작 및 안정화 기술, 도심형 소형 풍력발전기, 수평형 터빈 제조 기술 등이 있음. 소형 풍력발전 시스템 분야의 중소기업들은 기술을 기반으로 다양한 산업분야, 적용분 야의 시장진입을 위한 개발 계획을 가지고 있음. - 구체적으로 고효율 급속 충전기, 풍력발전 시스템 고효율화 및 저전력화, 풍력발전

127 에너지변환저장 - 풍력 - 소형 풍력발전시스템 시스템 설치 및 유지보수 장치, 풍력발전시스템 최적 모니터링 장치, 풍력 블레이 드 비파괴 검사 정치, 고효율 영구자석형 발전기, 저 풍속 영역 소형 풍력발전시스 템 등의 제품을 미래에 생산할 계획을 가지고 있음. 이를 위해 아래와 같은 내용의 기술 개발 계획을 가지고 있음. - 구체적으로 고효율 영구자석형 발전기 개발, 풍력발전시스템 모니터링 기술, 블레이드 비파괴 검사 기술, 저풍속형 풍력발전기 기술 등이 있음. 4. 요소기술 후보군 기술(특허),, 논문 및 기업니즈 등을 통해 도출된 요소기술 후보는 다음과 같다. [요소기술 후보군] 중분류 요소기술 출처 시스템 조합설계 기술 시스템 해석 S/W 기술 실증 시험 장치 복합 발전 소형 풍력발전시스템 조합 및 공탄성 설계 기술 소형 풍력발전시스템 출력 및 운전 제어 기술 소형 수직축 풍력발전시스템 최적 설계 기술 소형 풍력발전시스템 운전 성능 해석 기술 저풍속형/고 효율 소형 풍력발전시스템 개발 기술 소형 풍력발전시스템 IEC DLC 하중해석 S/W 개발 기술 소형 풍력 블레이드 후류 예측 모델 개발 소형 풍력발전 시스템 운전상태 및 성능 감시 센서 개발 소형 풍력발전시스템 고장 진단 및 모니터링 기술 High penetration 풍력 및 타 전원 복합발전 시스템 개발 기술 50kW 풍력-디젤 복합발전시스템 개발 기술 소형 풍력-battery 전력 안정화시스템 개발 특허 특허 기업니즈 특허 특허 특허 5. 핵심요소기술 선정 전략제품 관련한 특허기술의 클러스터링을 통해 도출된 요소기술을 시장동향, 기술동 향을 고려하여, 의 합의로 요소기술을 조정함

128 전략제품 [요소기술 조정 결과] 중분류 요소기술 출처 시스템 조합설계 기술 시스템 해석 S/W 기술 실증 시험 장치 복합 발전 소형 풍력발전시스템 조합 및 공탄성 설계 기술 소형 풍력발전시스템 출력 및 운전 제어 기술 소형 수직축 풍력발전시스템 최적 설계 기술 소형 풍력발전시스템 운전 성능 해석 기술 저풍속형/고효율 소형 풍력발전시스템 개발 기술 소형 풍력발전시스템 IEC DLC 하중해석 S/W 개발 기술 소형 풍력 블레이드 후류 예측 모델 개발 소형 풍력발전 시스템 운전상태 및 성능 감시 센서 개발 소형 풍력발전시스템 고장 진단 및 모니터링 기술 High penetration 풍력 및 타 전원 복합발전 시스템 개발 기술 50kW 풍력-디젤 복합발전시스템 개발 기술 소형 풍력-battery 전력 안정화시스템 개발 특허 특허 기업니즈 특허 특허 특허 도출된 요소기술의 범위와 수준, 중소기업 적합성과 시급성 등을 고려하여 요소기술명 을 보완함. - 선정위원회를 통해 필요에 따라 요소 기술 명칭을 일부 수정하였고, 중복된 요소 기술 은 제외 및 통합시키고 반드시 필요한 기술을 추가함. - 시스템 조합설계기술에서 시스템 출력 및 운전제어기술 및 최적설계기술(수직축)의 경우 개발의 다양화를 꾀하여 시스템 조합기술이 가능할 수 있도록 선정하였으며, 기업니즈 에서 저풍속형/고효율의 소형 풍력발전시스템이 적절한 것으로 판단되어 선정하였음. - 실증시험장치에서 운영 및 유지보수를 고려하여 운전상태 및 성능감시 센서의 개발이 시급할 것으로 판단되었고, 고장진단 및 모니터링 기술개발이 이와 병행하여 수행될 필요성 있음. - 복합발전은 중소기업이 할 수 있는 분야 중 태양광 및 디젤과의 복합발전 분야를 선 정하였음. 핵심기술 선정 - 조정된 요소기술과 기술 시장 동향분석 및 기업니즈조사 결과를 기반으로 핵심요소 기술 선정위원회를 통하여 중소기업에 적합한 핵심기술 선정 - 핵심기술 선정은 기술성(10), 시장성(10), 중소기업성(10), 정책적 부합성(5)을 고려하여 평가됨. 기술성은 기술성장성(5), 기술수준(5)으로, 시장성은 시장규모(5), 시장 성장성(5) 으로, 중소기업성은 중소기업 참여정도(5) 및 중소기업 진입장벽 정도를 고려하여 평가

129 에너지변환저장 - 풍력 - 소형 풍력발전시스템 [핵심요소기술 선정결과] 중분류 시스템 조합설계 기술 실증 시험 장치 복합 발전 요소기술 소형 풍력발전시스템 출력 및 운전 제어 기술 소형 수직축 풍력발전시스템 최적 설계 기술 저풍속형/고효율 소형 풍력발전시스템 개발 기술 소형 풍력발전 시스템 운전상태 및 성능 감시 센서 기술 소형 풍력발전시스템 고장 진단 및 모니터링 기술 High penetration 풍력 및 타 전원 복합발전 시스템 개발 기술 50kW 풍력-디젤 복합발전시스템 개발기술 6. 로드맵 기획 가. 연구개발 목표 설정 중분류 핵심요소기술 기술요구사항 시스템 조합설계 기술 실증시험 장치 소형 풍력발전시스템 출력 및 운전제어기술 소형 수직축 풍력발전시스템 최적 설계기술 저풍속/고효율 소형 풍력발전시스템 개발 기술 소형 풍력발전 시스템 운전상태 및 성능 감시 센서 기술 - 소형 풍력발전시스템 제어기술 표준화 - 소형 수직축 풍력발전 시스템의 설계기술 표 준화 - 저풍속/고효율의 풍력 발전기의 설계 표준화 - 소형 풍력발전 운전상 태 및 성능 모니터링/ 감시 센서 표준화 및 개발 [선정된 핵심요소기술에 대한 연구 목표] 개발 목표 1차년도 2차년도 3차년도 - 발전시스템의 출력 및 운전 시스템 표 준화 및 출력 제어 - 발전시스템의 출력 및 운전 모니터링 및 양방향 제어기술 - 출력 개선 10%이상 - 출력 개선 15%이상 - 운전제어 오차범위 - 운전제어 오차범위 20%이내 10%이내 - 소형 수직축 발전 시스템의 설계인자 정립 및 시스템 표 준화 및 최적화 - 기존사양 대비 출 력 개선 10%이상 소음/진동개선 5% - 소형 풍력발전기 단품별 성능 개선 - 시동토크 기존대비 10% 개선 - 출력개선 10% 이상 - 오차범위: 15%이내 - 작동조건: 20~40oC - 센서크기: 기존 상 용품 대비 90% - 소형 수직축 발전시 스템의 설계기술 정 립 및 개발 - 기존사양 대비 출력 개선 15%이상 - 소음/진동개선 8% - 저풍속/고효율 풍력 발전기 설계기술 정 립 및 개발 - 시동토크 기존대비 15% 개선 - 출력개선 15% 이상 - 오차범위: 10%이내 - 작동조건: 10~50oC - 센서크기: 기존 상 용품 대비 70% - 고신뢰성 호환 가능 한 출력 및 운전제 어기술 개발 - 출력 개선 20%이상 - 운전제어 오차범위 5%이내 - 소형 수직축 발전시 스템의 최적화 설계 기술 개발 - 기존사양 대비 출력 개선 20%이상 - 소음/진동개선 10% - 저풍속/고효율 풍력 발전기 시스템 최적 화 및 설계기술개발 - 시동토크 기존대비 20%개선 - 출력개선 20% 이상 - 오차범위: 5%이내 - 작동조건: 0~60oC - 센서크기: 기존 상 용품 대비 50% 최종 목표 - 소형 풍력발전시스 템 운전조건에 따 른 최대 출력 및 운전 원활제어 기 술개발 - 소형 풍력발전시스 템 운전조건에 따 른 최대 출력 및 운전 원활제어 기 술개발 - 소형 수직축 풍력 발전시스템 최적화 및 설계기술 개발 - 소형 수직축 풍력 발전시스템 최적화 및 설계기술 개발 - 저퐁속/고효율 소 형 풍력발전시스템 개발 기술 - 저퐁속/고효율 소 형 풍력발전시스템 개발 기술 - 소형 풍력발전 운 전상태 및 성능 감 시센서 개발

130 전략제품 중분류 핵심요소기술 기술요구사항 개발 목표 1차년도 2차년도 3차년도 최종 목표 복합발전 소형 풍력발전시스템 고장 진단 및 모니터링 기술 High penetration 풍력 및 타전원 복합발전 시스템 개발 기술 50kW 풍력-디젤 복합발전시스템 개발기술 - 소형 풍력발전시스템 고장진단 및 모니터링 기술 표준화 - High PV penetration 및 풍력 복잡발전 시 스템 기술개발 - 50kW 풍력-디젤 복합 발전 시스템 기술개발 - 소형 풍력발전 시 스템의 출력 및 모 니터링 시스템 표 준화 - 기존사양대비 PV penetration 10%이 상 개선 - 풍력과의 복합발전 기존대비 출력 개 선 5% - 기존사양대비 출력 변동량 15% 이하 - 풍력과의 복합발전 기존대비 출력개선 5% - 발전시스템의 센서 진단 및 운전 모니 터링 양방향 제어기 술 - 기존사양대비 PV penetration 15%이 상 개선 - 풍력과의 복합발전 기존대비 출력 개선 8% - 기존사양대비 출력 변동량 10% 이하 - 풍력과의 복합발전 기존대비 8% - 고신뢰성 호환 가능 한 고장 진단 및 모 니터링 기술 개발 - 기존사양대비 PV penetration 20%이 상 개선 - 풍력과의 복합발전 기존대비 출력 개선 10% - 소형 풍력발전 시 스템 고장진단 및 모니터링 기술 개 발 - High penetration 풍력 및 타전원 복 합발전 시스템 개 발기술 - 기존사양대비 출력 변동량 5% 이하 - 50kW 풍력-디젤 - 풍력과의 복합발전 복합발전 시스템 출력개선 기존대비 출력개선 개발 기술 10% 나. 로드맵 작성

131 에너지변환저장 - 풍력 - 풍력 블레이드 구동제어계 풍력 블레이드 구동제어계 1. 개요 - 정의 : 풍력 발전 시스템용 구동 제어계에는 블레이드로부터 입력되는 풍력에너지를 발전기로 전달하기 위한 동력전달계를 총칭함 - 범위 : 대부분 섬유강화 복합재료로 블레이드를 제작함. 풍력 발전 시스템용 블레이드는 소형부터 대형 풍력터빈과 수평축, 수직축 풍력터빈용 블레이드 영역을 포함하며, 복합재 성형제조 기술, 구조 설계, 시험평가, 운영검사, 보수 영역까지 포함 가. 정의 및 필요성 블레이드 블레이드는 풍력발전시스템의 가장 핵심적이고 특징적인 구성요소로서, 풍력터빈의 출 력 발생원인 동시에 하중 발생원이기 때문에 시스템의 출력효율뿐만 아니라 신뢰성, 내구성 및 경제성에 가장 큰 영향을 미치는 핵심 부품임 블레이드의 외형은 공기역학적 에어포일 형상을 가지며, 구조는 비강성과 비강도가 우 수한 복합재료로 만들어짐. 중대형 풍력터빈(750kW~5MW급)의 블레이드는 길이 25~66m, 중량 2.5~25톤(ton)에 달하는 대형 구조물로서 높은 공기역학적 효율과 구조적 안전성 및 경량화가 요구되기 때문에 고난도의 공력, 구조 설계/해석 기술 및 복합재 성형제조 기술, 시험평가 기술 등이 요구됨 풍력 시장의 급속한 확대에 따라 대형 블레이드의 대량 생산과 대규모 공급이 요구되 고 있으며 가격 경쟁도 더욱 첨예화되고 있으나 블레이드 설계기술과 제조기술의 한계 로 생산량과 가격면에서 시장의 요구에 부응하지 못하는 실정임 블레이드 분야 기술 개발은 기존 제조기술의 한계를 극복할 수 있는 새로운 소재기술 과 제조기술 개발이 요구되는 시점이며, 이를 뒷받침하기 위한 설계기술과 평가기술의 개발도 함께 요구된다고 할 수 있음 구동제어계 풍력 발전 시스템 구동 제어계에는 블레이드로부터 입력되는 풍력에너지를 발전기로 전달하기 위한 동력전달계를 총칭하며 주축, 주베어링, 로터허브, 증속기, 커플링, 브레 이크, 요 & 피치 드라이브 등 다양한 핵심 부품들로 구성되어 있음

132 전략제품 구동 제어계는 풍력발전시스템에서 높은 비중을 차지하는 주요 핵심 부품으로 국내에 부품 공급체인(Supply chain)이 형성되어 있지 않아 국내 발전기 개발 및 해외시장 진 출에 걸림돌이 되고 있음 향후, 수 메가와트(MW)급 풍력발전기의 수명과 성능을 좌우하는 핵심 부품인 구동 제 어계(주축, 커플링, 증속기, 피치&요 드라이브 등)의 설계 생산 시험평가에 관한 원 천기술 개발이 필요함. 블레이드를 국산화하여 국내 풍력산업의 해외기술 의존도를 낮추고, 국내 개발 풍력 발전기의 부품 공급 체계(Supply Chain)를 구축하여 수출을 통해 수익을 창출하고 향후 고용 창출이 가능할 것으로 예상됨 나. 범위 및 분류 블레이드 (제품 분류 관점) 풍력터빈의 로터 블레이드는 소형 풍력터빈(50kW 미만)과 중형 풍력 터빈(1MW급 미만), 대형 풍력터빈(multi-MW급)으로 나뉘며, 수직축과 수평축을 모두 포함. 적용 소재 관점에서 살펴보면 대다수의 로터 블레이드는 유리섬유나 탄소섬유와 같은 강화섬유에 에폭시, 폴리에스터, 폴리프로필렌 등의 수지재료가 함침된 형태의 섬 유강화 복합재료로 만들어지므로, 로터 블레이드는 복합재료 블레이드가 대부분임

133 에너지변환저장 - 풍력 - 풍력 블레이드 구동제어계 [풍력발전시스템 블레이드 분류 관점의 범위] (공급망 관점) 복합재 블레이드는 원재료에 해당하는 강화섬유, 수지, 접착제 등으로부 터, 중간재인 강화섬유 직물, 프리프레그 등이 있으며, 제조장비는 중간재 제조 장비, 복합재 성형 장비, 복합재 몰드 등이 있음. 원소재/중간재와 성형제조 장비에 제조공정 기술이 결합되어 복합재 블레이드 단품 제조로 구성됨. 또한 블레이드 개발 및 생산을 뒷받침하는 블레이드 설계 및 생산기술, 시험평가기술과 보수기술도 공급망 측면에서 중요한 요소임 따라서, 풍력터빈 로터 블레이드의 범위는 - 섬유강화 복합재료 블레이드 포함 - 소형부터 대형 풍력터빈과 수평축, 수직축 풍력터빈용 블레이드 포함 - 기술적으로는 블레이드 제조기술과 직접 관련이 있는 중간재 소재기술 및 복합재 성 형제조 기술을 중심으로, 블레이드 구조 설계 및 생산기술, 시험평가기술, 운용검사 및 보수기술 포함 구동제어계 (제품 분류 관점) 풍력 발전 시스템 구동제어계는 양력 방식의 수평축 풍력발전기에 속하며, 증속기를 포함하는 구동 방식(geared type)을 말함

134 전략제품 [풍력발전시스템 구동제어계 분류 관점의 범위] (공급망 관점) 풍력발전시스템은 원자재 및 가공자재 공급, 핵심 부품 설계/제작 및 풍력발전기 제작의 공급망(supply chain)을 가짐. 풍력 발전기의 구동제어계 관점에서 핵심 부품의 구성으로 보는 것이 합당하며, 이러한 풍력발전시스템 구동제어계는 핵심 부품인 증속기, 베어링, 주축, 요 & 피치 드라이브, 커플링, 로터허브 등으로 구성되고 풍력 에너지를 발전기로 전달하여 전기에너지로 변환하는 동력의 전달 체계에 해당함 [공급망 단계별 주요제품 분류표] 대분야 중분야(공급망 단계) 소재/부품 세부 제품 블레이드 FRP, GFRP, EPOXY RESIN lay-upalcvacumm injection, 성형, curing 및 열저처리 장비 증속기 SCM420, 링기어, 선기어, 캐리어, 하우징 열처리, 가공, 조립, 주물 장비 풍력 발전시스템 구동제어계 주베어링 및 피치&요 드라이브 주축 및 로터허브 SCM420, 링기어, 선기어, 캐리어, SCM440, 내륜, 외륜, 전동체(볼,롤러), 실(Seal) SCM440, Ductile iron, EN-GjS LTEN 1563 금형, Fabric mat, chopped strand ma, 열처리, 단조, 가공, 조립 단조, 열처리, 가공, 조립, 금형장비, 후처리장비, 주물 커플링, 유압/ 제동 시스템 커플링, 펌프, 호스, 팬, 컨트롤러, 브레이크 열처리, 가공, 조립, 배선장비, 유압장비 따라서, 풍력 발전시스템 구동제어계의 범위는 - 수평축 풍력발전기의 양력을 이용한 기어 구동 방식의 영역 - 공급망 기준으로 증속기, 주베어링 및 요 & 피치 드라이브, 주축 및 로터허브, 커플링 으로 구성된 풍력 발전기의 핵심 요소 부품 포함 - 기술적으로 각 핵심 부품의 설계, 제작 및 조립과 성능시험 등의 전반적인 기술 포함

135 에너지변환저장 - 풍력 - 풍력 블레이드 구동제어계 2. 산업 및 시장 분석 - 전세계적인 풍력보급 정책과 맞물려 수요가 급성장하고 있으며, 국내에서도 수출산업화를 위한 기반구 축을 국가적인 차원에서 지원하고 있어서, 고효율, 고신뢰성 및 고 내구성의 관련기술 개발이 요구됨 - 풍력 블레이드와 구동제어계는 전체 풍력시스템 가격의 약 45% 정도를 차지하는 핵심기술 및 부품으로 서 풍력발전시스템의 안정성과 신뢰성을 유지하는데 필수적인 주요 핵심 부품임 - 블레이드는 풍력발전기의 대형화 고효율화를 가능하게 하는 핵심 부품으로 로터 블레이드에 관한 시장 보고서에 따르면 2012년 150억달러에서 2014년 206억달러로 연평균 16.5% 성장할 것으로 예상됨 - 블레이드, 구동제어계 분야 내 중소기업의 생산 및 판매유형을 살펴보면, 대다수의 기업이 완제품 형태의 단위부품을 생산하는 것으로 나타났으며, 50%의 중소기업이 공급 사슬상 1차 공급기업에 해당함 가. 니즈 분석 (1) 블레이드 풍력시장의 급속한 성장 시장 니즈 1 : 블레이드 대량 생산 및 공급 요구 풍력발전시스템 시장규모는 2012년도말 누적량으로 286GW의 시장규모이며, 한 해 동 안 44,951MW의 신규 풍력발전 설비가 보급되어 누적량 기준 5년간 평균 24.9%의 성 장율을 보일 정도로 풍력발전시스템 세계시장 규모는 고 성장세를 지속하고 있음. 향 후에도 지속적으로 성장할 것으로 예상되고 있으며, 블레이드는 2012년도 풍력시장 규 모 약 550억 유로 중 약 25%정도인 138억 유로 정도의 시장을 형성하고 있음 그러나, 현재의 기술로는 블레이드 생산 능력이 향후 시장 성장의 수요를 따라가기 어 려울 것으로 예상되므로 블레이드 제조기술 및 공정의 개선이 필요함 풍력터빈 수명 연장 기술 개발 시장 니즈 2 : 하중 저감을 통한 블레이드 수명 연장 기술 요구 전체 풍력시스템 중에서 20~25%정도의 가격구성비를 갖는 블레이드의 수명연장은 전 체 풍력발전시스템의 수명연장을 통한 경제성을 획기적으로 증대 시킬 수 있는 방안임 따라서, 최근에는 블레이드 관련 운전 및 피로하중을 제어 저감하는 다양한 기술개발 이 진행되고 있어서 하중의 제어 저감을 통한 블레이드의 피로 수명연장 기술에 대한 수요가 높음

136 전략제품 풍력터빈 가격경쟁 첨예화 시장 니즈 3 : 가격 경쟁력 제고를 위한 블레이드 설계 및 제조기술 요구 생산성 증대를 통해 제조 원가를 획기적으로 낮출 수 있는 새로운 블레이드 설계 및 복합재 성형제조 기술 개발 및 도입이 요구되고 있음 시장 니즈 4 : 블레이드 원소재, 중간재 및 구조개선을 통한 저가화 기술 필요 생산성 제고를 통한 가격경쟁력 확보를 위해서는 원가 저감형 설계 및 복합재 성형제 조 기술 개발이 요구되고 있음 블레이드의 제조 공정 적합성 및 생산성을 향상시킬 수 있는 블레이드 구조 개선과 제 조 공정 적합성 및 생산성이 좋은 중간재의 개발에 대한 수요가 높음 풍력터빈 재활용율 향상 기술 시장 니즈 5 : 풍력 블레이드 부품 소재 재활용율 향상 기술 요구 복합재로 만들어지는 블레이드의 재활용이 사실상 곤란하여, 현재까지는 수명이 다한 블레이드는 거의 폐기되고 있는 상황임 따라서, 최근에는 복합재 블레이드의 일부 재료를 목재(발사나무 등)로 이용하는 등 블 레이드의 원소재, 중간 소재 및 내부 구조의 설계 개선 등을 통해 블레이드 구성품의 재활용율을 높이는 활발한 연구가 진행되고 있음 해상 풍력터빈을 위한 풍력터빈 대형화 추세 시장 니즈 6 : 블레이드 하중저감, 경량화 기술 및 운송/조립 기술 요구 블레이드 대형화에 따라 블레이드 중량 및 크기 문제를 극복하기 위한 기술 개발이 요 구되고 있음 블레이드 대형화와 경제성 증대를 위한 장수명의 풍력발전 블레이드 설계 및 제작기술 의 개발이 요구되고 있으며, 피로하중의 저감을 위한 flexible 또는 pre-bended blade 등의 다양한 하중 저감 기술의 개발도 함께 요구되고 있음 해상 풍력발전 확대에 따른 풍력터빈의 신뢰성 강조 시장 니즈 7 : 블레이드 시험평가 및 운용보수 기술 요구

137 에너지변환저장 - 풍력 - 풍력 블레이드 구동제어계 핵심 부품인 블레이드에 대한 객관적인 성능 및 신뢰성을 확보하기 위한 시험 및 성능 평가 기술개발 및 기반구축이 요구됨 블레이드가 풍력 발전기에서 약 25% 정도의 가격비중을 갖는 고가의 핵심부품이므로 제작상 또는 운용상 국소 파손/파괴 등에 대한 정비 및 보수기술과 부속장비의 개발도 시급하게 요구되고 있음 (2) 구동제어계(주축, 주 베어링, 증속기 및 피치&요 드라이브 등) 풍력시장의 급속한 성장 추세 시장 니즈 1 : 대량 생산 및 공급 요구 풍력발전시스템 중 구동제어계의 세계시장 규모는 2012년도의 전체시스템 약 550억 유 로중 약 20%정도인 110억 유로 정도의 시장을 형성하고 있으며, 지속적으로 고 성장세 를 유지할 것으로 예상됨 베어링 등 기어류 생산 능력이 향후 시장 성장의 수요를 대응하기 어려울 것으로 예상 되므로 기술개발 및 생산 인프라의 개선이 필요함 풍력터빈 가격경쟁 첨예화 시장 니즈 2 : 가격 경쟁력 제고를 위한 요소 기술 요구 생산성 증대 및 경량화 등을 통해 제조 원가를 낮출 수 있는 새로운 기술 개발이 요구 되고 있으며, 부품단위 성능의 신뢰성을 향상 시킬 수 있는 기술개발이 요구되고 있음 풍력터빈 구동축계 부품 내구성 향상 기술 시장 니즈 3 : 하중 제어를 통한 내구성 향상 기술 변화가 심한 구동축계의 운전하중을 적절하게 제어하여 구동축계 주요 부품의 내구성 및 설계 수명을 향상 시킬 수 있는 기술 개발 수요가 있음 구동축계의 고장은 풍력발전시스템의 운전 정지로 이어지므로, 풍력발전시스템 가동률 의 심각한 저하 현상을 가져오게 됨. 따라서, 구동축계 운전 하중의 제어와 모니터링에 대한 기술적 수요가 매우 높음 해상 풍력터빈을 위한 풍력터빈 대형화 및 스마트화 추세 시장 니즈 4 : 경량화 기술 및 운송/조립 기술 요구

138 전략제품 구동계의 대형화에 따라 중량 및 크기 문제를 극복하기 위한 기술 개발이 요구되고 있음 신뢰성을 획기적으로 향상 시켜야 되는 해상 풍력발전시스템의 특성상 각 구동계 부품 단위에서 자기진단이나 자기감시 등의 기능성을 부여하여 운전 신뢰성을 향상 시키는 기술개발이 필요함 풍력발전시스템 대형화에 따른 풍력터빈의 신뢰성 보장 기술 시장 니즈 5 : 신뢰성 확보를 위한 설계, 제작, 시험평가 및 검사 기술 요구 국내에서는 구동제어계에 대해 특허, 설계, 제작, 시험/평가 기술이 부족하여 아직 상 용화 되지 못하고 있으며, 이러한 이유로 인해 국산 풍력 발전기가 세계 시장 진출에 장애 요인으로 작용하고 있음. 핵심 부품에 대한 객관적인 신뢰성 데이터를 제공할 수 있는 기술개발 및 기반구축이 요구됨 특히, 대부분의 수출 부품들이 국내 생산기술에만 의존하여, 외국 설계에 의한 국내 생 산제품에 불과하여, 보다 고부가가치를 창출하지 못하고 있는 상황이므로, 구동제어계 에 대한 설계 및 원천기술의 확보가 필요함 핵심 기술 및 부품의 수입 의존으로 인한 안정적 부품 공급망 구축 시장 니즈 6 : 핵심 국산 기술 및 부품 개발 풍력 핵심 기술 및 부품을 전량 수입에 의존하여 안정적인 공급망 구축에 어려움이 발 생하고 있으며, 국산 부품은 단순 하청 방식으로 생산하고 있는 실정이므로 국산 풍력 발전시스템의 생산에 활용되고 있지 못한 상황으로서, 안정적 공급망 구축의 필요성이 있음 풍력 발전 시스템 구동제어계를 국산화하게 되면 가격 경쟁력을 향상시킬 수 있으며, 질 높은 고용 창출을 기대할 수 있음. 또한, 핵심 부품의 국산화로 풍력 발전기 국산화 율 제고와 관련 부품산업과의 연계 효과를 기대할 수 있음 향후 수요의 급작스런 증가로 인해 발생할 수 있는 공급자 중심의 시장에 대비해서 안 정적인 국내 핵심 구동제어계 관련 부품의 공급망 체계 구축이 필요함 (3) 구동제어계(로터허브, 베드 등) 급속한 풍력시장 확대 및 성장 추세 시장 니즈 1 : 대량 생산 및 공급 요구

139 에너지변환저장 - 풍력 - 풍력 블레이드 구동제어계 풍력발전시스템 중 구동제어 구조물의 세계시장 규모는 2012년도의 전체시스템 약 550 억 유로 중 약 5%정도인 27억 유로 정도의 시장을 형성하고 있으며, 지속적으로 성장 할 전망임 풍력터빈 가격 경쟁력 향상 시장 니즈 2 : 가격 경쟁력 향상을 위한 기술 요구 생산성 증대 및 경량화 등을 통해 제조 원가를 낮출 수 있는 새로운 기술 개발 및 도 입이 요구되고 있음 풍력터빈 대형화 추세 시장 니즈 3 : 경량화 기술 및 운송/조립 기술 요구 풍력발전시스템의 대형화에 따라 전체적인 하중의 저감이나 제어 등에 관한 기술적 수 요가 높으며, 구동축계 중에서도 허브나 베드가 차지하는 하중의 비중이 크므로 이에 관한 경량화 설계에 관한 수요가 있음 구조물의 대형화에 따라 구동제어 구조물의 중량 저감 및 compact 설계 등에 따른 기 술 개발이 요구되고 있음 국내 부품 공급망 형성 시장 니즈 4 : 국내 핵심 부품 공급망 형성을 위한 기술 경쟁력 향상 급격하게 증가하고 있는 세계풍력 시장에서 다소 상품화 개발이 늦은 국내 업체들이 새롭게 진출하기 위한 가격 경쟁력과 안정적인 공급망 체계 형성으로 성능이 우수하고 가격이 적정한 핵심부품의 안정적 확보가 필수적임. 향후 수요의 급작스런 증가로 인해 발생할 수 있는 공급자 중심의 시장에 대비해서 안 정적인 국내 핵심 구동제어 구조물 관련 부품의 공급망 체계의 형성이 필요함

140 전략제품 [풍력 블레이드 구동제어계 분야의 PEST 분석] 구분 주요이슈 단기(3년이내) 중장기(4년이상) 비고 정치 (P) 촉진 저해 풍력발전설비 보급확대 정책 수요 증대 설치관련 규제법령, 후행적 정책지원 상 중 하 상 중 하 상 중 하 상 중 하 일본 원전사태를 통한 안정적 에너지원 기술확보에 대한 수요 증대와 대형 풍력설비 관심 증 대 풍력발전 보급촉진을 위한 범부 처의 규제 완화가 필요하나, 보 급 및 인허가 정책이 후행적임 경제 (E) 촉진 저해 풍력부품 수요증가, 풍력 부품 생산 설비 투자확대 국산 핵심부품 실적 부족, 단품 보급규모, 대량 생산 경제성 확보 곤란 상 중 하 상 중 하 상 중 하 상 중 하 환경규제 및 청정발전 기술 확 보를 위한 풍력설비에 대한 투 자와 개발이 이루어지고 있으며, 풍력부품 산업의 성장 산업 및 국내시장 활성화가 미 진하여 대량생산을 통한 핵심 부품 및 시스템 저가화 곤란 사회 (S) 촉진 저해 친환경 기술/설비 선호, 환경 보전기술 민원발생, 낮은 사회적 수용성 상 중 하 상 중 하 상 중 하 상 중 하 지구환경 보전과 청정에너지원 확보에 대한 사회적 수요기반 조성됨 지역 이기주의 팽배및 개인주의 만연으로 낮은 사회 수용성 기술 (T) 촉진 저해 풍력부품 규모 시장 확대, 연관 기반 산업 발전 풍력부품 핵심 설계 및 기술경험 부족, 핵심 기술 부족 상 중 하 상 중 하 상 중 하 상 중 하 시장의 확대로 관련 복합재, 재 료, 전자제어 등 연관 기술의 확대 원천기술 및 전문 인력의 부족 으로 기술적 신뢰도가 낮음 나. 산업특징 및 구조 전세계적으로 풍력발전시스템은 주요 선진국의 10대 제작사에 의해 2012년도 신규 보 급량 44,951MW중에서 34,79209MW(77.4%)가 보급될 정도로 독점적으로 공급되고 있 음. 전체적으로 독일과 미국 시장 중심에서 점차 중국 및 아시아 쪽으로 보급시장이 늘어가는 상황이며, 최근 해상 풍력의 개발이 활성화 되면서, 7~10MW급 이상의 초대 형 풍력발전시스템의 개발이 활발하게 진행중임 블레이드가 대형화 되면서 직경 150m 내외의 초대형 블레이드 개발이 진행되고 있음. 블레이드 공력설계 기술 향상으로 고효율화와 블레이드 길이 증가, 대형화에 따른 경 량화, 복합재 소재 및 제조 공정, 운전 하중 저감을 통한 설계수명 연장, 재활용율 향 상과 유지보수 편리성을 위한 장비개발, 블레이드 성능시험평가 등의 복합적인 관련 기술개발이 요구되고 있음

141 에너지변환저장 - 풍력 - 풍력 블레이드 구동제어계 구동제어계도 풍력시스템의 대형화에 따라서 큰 작동하중으로 구동하고 빠른 응답성을 가지면서도 정밀하게 제어되는 구동제어계와 대형화에 따른 경량화 및 고탄성화, 변동 성이 심한 운전하중 상태에서도 설계수명 기간 동안 신뢰성과 내구성을 유지할 수 있 는 기술 개발 등을 통해 전체 풍력시스템의 운전하중 저감과 신뢰성 향상을 통한 설계 수명의 연장을 기할 수 있도록 기술개발이 추진 중임 풍력 블레이드와 구동제어계는 전체 풍력시스템 가격의 약 45% 정도를 차지하는 핵심 기술 및 부품으로 풍력발전시스템의 안정성과 신뢰성을 유지하는데 필수적인 주요 핵 심 부품임. 따라서 제작업체가 풍력발전시스템의 안정적 개발을 위해서는 풍력 블레이 드 및 구동제어계의 안정적 설계, 제작, 생산 및 시험평가 등과 관련한 기술개발과 장 기적인 투자가 요구됨 풍력 블레이드와 구동제어계는 전체 풍력시스템의 핵심부품으로서 가격 비중도 높으 며, 풍력시스템이 갖는 기능적 의미에서도 핵심 부품이라 할 수 있음. 그러나, 블레이 드 관련 기술은 해외 기술의 모방이나 설계기술 도입 후 생산 또는 하청 생산에 머물 러 있는 실정이므로 풍력발전시스템의 국산화율 향상을 위한 장애요인으로 인식되고 있음. 따라서, 핵심 부품인 블레이드 및 구동제어계에 대한 기술개발은 국산화 기술수 준의 향상, 핵심 부품의 원활한 공급망 구축 및 해외 기술 장벽에 대응할 수 있는 대 응책으로서 큰 의미가 있음 [풍력 블레이드 및 구동제어계 연관 산업 구조] 후방산업 풍력 블레이드 및 구동제어계 산업 전방산업 복합재 및 금속 소재, 접합 수지 개발, 용접 또는 다이캐스팅과 같은 기계가공 기술, 경량 합금 기술, 기계 정밀가공 기술 블레이드 공력 및 구조설계, 블레이드 제조 및 성형산업, 블레이드 성능시험평가, 구동제어계 설계 및 가공, 제어 S/W 및 H/W산업 풍력발전시스템 조립, 운반, 설치 산업, 풍력발전시스템 운영유지보수 산업, 블레이드 유지보수 및 관련 장비산업, 구동제어계 유지보수 및 정비산업 [풍력 블레이드 및 구동제어계의 SWOT 분석] 강점(Strength) 약점(Weakness) - 국내외 친환경 기술 수요증가로 풍력시장 확대 - 조선 및 기계, 전기와 같은 다양한 관련 인프라 및 제조산업 발달 - 국가적인 차원에서의 수출산업화 추진으로 기술개발 및 보급 기회의 확대 - 관련 산업의 기술적 경험과 기반 미약 - 관련 산업의 원천기술 기반 및 핵심 인력자원 부족 - 산학연 협력체계 취약 - 국내시장 협소로 실증 및 기술축적 기회부족 기회요인(Opportunity) - 친환경 전원 기술개발 및 보급 시장의 규모 증가 - 남미, 아시아 및 중동국가에 대한 시장 창출 가능 - 지구 온난화 및 온실가스 저감을 통한 환경보전 고취 - 국가 성장동력으로서 국가정책 개발 및 보급 추진 위협요인(Threat) - 선진국 산업체들의 자국 기술보호와 시장선점에 의한 높은 진입장벽 - 중국시장 포화로 곧 가격 경쟁력이 우월한 중국 제품의 해외 진출증가로 인한 치열한 가격경쟁력 확보 요구됨 - 원천 및 소재부품 등의 기반기술의 부족과 국내 기술에 대한 세계시장 신뢰성 확보에 어려움

142 전략제품 다. 시장현황/전망분석 블레이드(Blade) 블레이드는 풍력발전기의 대형화 고효율화를 가능하게 하는 핵심 부품으로 2013년 도 발행된 풍력시장에 관한 시장보고서(BTM Consult A/S, 2013)에 따르면 2012년 150억 달러에서 2016년 250억달러로 연평균 17.1% 성장할 것으로 예상됨 국내업체들이 수입에 의존하던 풍력발전기의 블레이드를 국산화 하는데 성공하였으며, 블레이드의 제작기술은 풍력발전기의 대형화, 고효율화를 가능하게 하는 핵심 기술로 평가받고 있고, 국산 풍력터빈의 경쟁력을 높일 수 있음 두산중공업, 유니슨, 한진산업 및 DMS 등에서 2~3MW급 대형 풍력발전기 개발을 마 치고 인증을 획득하였거나, 시험 중에 있어서 상용화 진입단계에 있으며, 삼성중공업과 현대중공업에서 5.5~7MW급의 초대형 풍력발전시스템의 개발을 진행하고 있으므로 핵 심부품인 풍력 블레이드 시장이 성장할 전망임. 국내에서도 대형 또는 초대형 풍력발 전기 양산이 본격화될 것으로 보이며, 국산화의 요구가 높아지고 있어 국내 풍력 블레 이드 시장규모의 확대가 예상됨 블레이드 분야는 풍력발전기 산업 전반에 파급효과가 크다고 볼 수 있으며, 대형 복합 재 구조물 성형 및 제조, 중간 소재, 접합제 등 관련 분야와 밀접하게 연관되어 있음 풍력발전기용 블레이드를 양산하는 기업이 소수에 불과 할 정도로 국내시장이 협소해 소재의 국산화에도 불구하고 제한적인 성장에 그칠 것이란 우려가 있으며, 풍력발전기 용 블레이드 가격이 점차 낮아지고 있지만 소재 가격은 고공행진을 기록하고 있어 국 내 풍력 블레이드 생산기업들의 상황변화에 대처할 수 있는 방안 마련이 필요함 나셀, 요 시스템 2013년 발행된 World Market Report에서 풍력터빈의 기어박스 부품 관련 시장이 2012 년 197억달러에서 2014년 215억달러로 연평균 13.3% 성장할 전망이며, 세계 풍력 발전 기 부품 시장에서 유럽기업들의 점유율이 높은 가운데 내수시장을 바탕으로 한 중국 업체들의 점유율이 증가되고 있는 추세임 풍력발전기 부품관련 시장에서 주요 부품의 생산량은 시장 수요를 초과한 과잉공급 상 태임. 나셀 부분은 수요대비 잉여 공급능력이 100%를 초과하였으며, 향후 주요 부품의 공급과잉이 지속될 것으로 예상되나, 2016년 이후 부터 점차 세계 경제상황이 호전되 면 풍력터빈 수요가 증가하여 공급과잉 문제가 다소 완화될 전망임

143 에너지변환저장 - 풍력 - 풍력 블레이드 구동제어계 로터허브(커플링) 풍력터빈의 부품 중 하나인 로터허브(커플링)의 상위 시장인 풍력 터빈 구성품 시장을 분석하여, 하위 시장인 로터허브(커플링) 시장 추세를 분석하였으며, 2012년부터 향후 5 년 동안 연평균 16.3% 성장하여 2016년에는 약 985억달러의 시장 규모로 상위 시장의 성장률에 따른 성장추이를 보일 것으로 예상됨 로터허브(커플링)는 허브와 3개의 블레이드, 피치 제어 시스템으로 구성되어있으며, 재 료, 소재 및 가공 등에서 고부가 가치 산업에 속하며, 이와 관련된 검사, 분석 장비 등 에 관련된 산업에서 부각되고 있지만 원천기술 및 주요 가공 및 정밀 단조 기술 등이 부족하여 국내업체의 시장진입이 다소 어려운 것으로 분석됨 [풍력 블레이드 및 구동제어계 시장 현황 및 전망] (단위: 억원/억 유로) 구분 국내 시장 세계 시장 년도 시장규모 성장률 CAGR(%) 복합재 원소재 및 수지 870 2,400 4,050 4,800 6, % 블레이드 성형제조 3,000 9,000 16,000 20,000 25, % 증속기 2,000 7,200 12,000 15,000 18, % 주축,로터허브및베드 1,500 4,700 8,100 10,000 13, % 주베어링 및 피치 & 요드라이브 1,450 4,300 7,500 10,100 18, % 합계 8,820 27,600 47,650 59,900 81, % 복합재 원소재 및 수지 % 블레이드 성형 제조 % 증속기 % 주축,로터허브및베드 % 주베어링 및 피치 & 요드라이브 % 합계 % 자료 : BTM Consult-The Glibal Wind Power Market(March 2012) / 환율:1,450원/유로 라. 공급망(분류)에 따른 분석 블레이드 및 구동제어계는 복합재로 만들어진 블레이드, 주축, 피치 및 요우 베어링 및 구동계, 로터허브 및 베드 등으로 공급망이 이루어지며, 주로 중소기업이 참여하는 분 야임. 따라서 각 주요 부품에 대한 체계적인 공급망이 형성되어야 해외의 풍력발전기 시스템 시장에서 경쟁력을 확보할 수 있음

144 전략제품 세계업체 및 제품 현황 - 세계 대형 풍력발전시장은 2012년 600억 유로에서 2014년에 900억 유로로 증가될 전 망임(출처 : BTM Consult A/S, ) - 세계 풍력발전 신규 시장은 2012년 44.9GW이고 향후 2017년에는 57.7GW로 성장할 전망임 - 전세계적으로 블레이드 제작업체는 약 20여개 정도이며 대부분 수MW급 까지 생산 할 수 있는 규모에 이르고 있음. - 블레이드는 대부분 유럽의 풍력발전 선진국에서 생산하고 있으며, 최근 급속하게 시장 규모가 커진 중국에서도 생산하고 있음. 주로 자국의 풍력터빈 시스템 업체의 규모와 비슷한 규모의 블레이드 및 구동축계를 생상 할 수 있어서, 공급망의 구축이 유럽이나 중국 같은 경우에는 원활하게 구축된 상태임 - 독일 ENERCON사에서는 7.5MW급 초대형 풍력발전기를 생산하여 길이가 약 150m 에 이르는 블레이드를 생산하고 있음. 덴마크 LM Glassfiber A/S사도 5MW급 이상, 길이 120m 이상의 대형블레이드를 생산하고 있으며, 풍력발전시스템 완성업체에게 수 출하고 있는 상황임 - 중국에는 약 10여개의 블레이드 및 구동축계 제작업체가 있으며, 대표적으로 Zuongfu 사는 해외의 기술을 전수받아 5MW급 블레이드 및 구동축계를 개발하여 생산하고 있 으며, TPI Composite는 2MW 이상의 블레이드를 대량 생산하여 자국내에 공급하고 있음 국내업체 및 제품 현황 - 국내 블레이드 업체의 규모는 중소기업 규모로서 아직 생산의 역사가 오래되지 않았 으며, 그동안 많은 시행착오를 겪어온 상태임.(현재 4개 정도의 블레이드 제작사가 생 산중임) - 블레이드의 경우에는 아직 해외 수출 실적이 없으며, 블레이드의 설계나 하중해석 같 은 핵심기술을 보유하고 있지 못하며, 단순 위탁생산 또는 하청 생산하고 있음 - 구동축계 생산업체는 우수한 단조생산 기술을 확보하여 해외에 수출하고 있으나, 핵심 설계나 가공 기술 등이 낙후된 상태임 - 블레이드는 구동축은 대부분 해외 업체로부터 설계도면을 도입하거나 하청생산하는 단계에 머무르고 있어서 풍력발전시스템의 핵심 부품인 블레이드 및 구동축계 관련 기술개발이 필요함 공급망 현황 및 중소기업 참여정도는 아래와 같음

145 에너지변환저장 - 풍력 - 풍력 블레이드 구동제어계 [공급망 분석 종합] 공급망 단계 블레이드 피치/요 베어링 주축 주요 제품/기술 블레이드 피치/요 베어링, 피치/요 제어기술 블레이드/로터허브 결합기술, 구동축 설계기술 해외 기업 LM, SINOI, Euros, Aeroblade, SGL Rotec, TPI Composite, Huiteng, Zhongfu lianzhong SKF, FAG, NSK, Rolliz, Timken, NTN, IMO, LYC Euskal Forging, Rothe Erde, Ellwood, A. Finkl&Sons, Wuxi Forging Factory, Zhenming Shaft, Bharat Forge Limited 국내 기업 KM, 데크항공, 한국화이버, 휴리스 일진, 신라정밀, 용현BM, 태웅 태웅, 현진소재, 평산, 용현BM, 삼정B&W, 현대단조, 유니슨 중소기업 참여정도 중소기업 시장점유정도 참여정도는 주요제품 시장에 참여하는 중소기업의 참여규모와 정도(업체수, 비율 등)를 고려하여 5단계로 구분 (낮은 단계:, 중간 단계(,, ) 높은 단계: ) 3. 기업니즈조사 풍력 블레이드 구동제어계 분야 중소기업의 니즈분석을 통한 현황을 살펴보면, 다양한 중소기업들이 단위 부품을 기반으로 하는 다양한 제품을 개발, 판매를 진행하고 있음. - 구체적으로 750kW 및 2MW 중형급 풍력발전시스템 타워/발전기용 단조품/주축, 블레 이드, 해상 풍력타워의 설치 유지보수 장치, 풍력 블레이드, 낫셀, 허브 ASSY, 풍력 블레이드 비파괴 검사장치, 해양 기초 지지구조물 등의 제품을 개발, 판매하고 있음. 또한 블레이드 구동제어계와 관련하여 아래와 같은 기술 개발 수요가 존재함. - 3~10MW 대형 풍력발전시스템 구동부, 대용량 요우 및 피치 베어링, 해상 풍력타워 설치 및 유지보수 장치, 체계적 블레이드 인퓨전 제조시스템, 타워용 단조품, 풍력발전 시스템 운전 및 고장 감시 장치, 수평형 터빈 제조 기술 등이 있음. 블레이드 및 구동제어계 분야의 중소기업들은 기술을 기반으로 다양한 산업분야, 적용 분야의 시장진입을 위한 개발 계획을 가지고 있음. - 구체적으로 초대형 블레이드 비파괴 검사 장치, 대용량 요우/피치 베어링 설계 및 제조 기술, 고효율 대용량 증속기 설계 및 제조 등의 제품을 미래에 생산할 계획을 가지고 있음. 이를 위해 아래와 같은 내용의 기술개발 계획을 가지고 있음 - 구체적으로 주축 및 로터허브에 대해서는 블레이드-허브-주축간 결합 및 체결 기술, 구동축계 동적 해석 기술, 운전 감시 및 진단 기술과 대용량 구동축계 제조기술, 주베 어링 및 피치&요드라이브 기술로는 블레이드 피치제어, 주 베어링 설계 및 제조 기술

146 전략제품 과 낫셀 요잉 구동장치의 설계 및 제조 기술, 증속기 관련 대용량 증속기의 동적운동 해석, 설계 및 제조, 성능시험 기술 및 운전 상태 감시진단 기술 등이 있음 4. 요소기술 후보군 기술(특허),, 논문 및 기업니즈 등을 통해 도출된 요소기술 후보는 다음과 같다. [요소기술 후보군] 공급망 또는 중분류 요소기술 출처 블레이드 주축 및 로터허브 주베어링 및 피치 & 요드라이브 증속기 블레이드 공력 및 공탄성 설계 기술 블레이드 속도/하중제어 기술 장수명 블레이드 설계 기술 블레이드 표면 처리 기술 초대형 블레이드 성형 및 제조 기술 초대형 블레이드 비파괴 시험검사 기술 블레이드 진동주파수 계측기술 블레이드-허브-주축 결합/체결 기술 구동축계 설계 및 동적 해석기술 구동축계 상태감시 및 고장진단 기술 대용량 구동축계 제조 기술 풍력발전시스템 조립 기술 피칭 및 요잉제어 및 구동 기술 대용량 주 베어링 설계 및 제조 기술 대용량 요우/피치 베어링 설계 및 제조 기술 고효율 대용량 증속기 설계 및 제작기술 대용량 증속기 성능 시험 장치 구축 및 시험 기술 대용량 증속기 동적해석 기술 대용량 증속기 운전상태 감시 및 고장 진단 기술 특허 기업니즈 특허 특허 특허 특허 기업니즈 기업니즈 5. 핵심요소기술 선정 전략제품 관련한 특허기술의 클러스터링을 통해 도출된 요소기술을 시장동향, 기술동 향을 고려하여, 의 합의로 요소기술을 조정함

147 에너지변환저장 - 풍력 - 풍력 블레이드 구동제어계 [요소기술 조정 결과] 공급망 또는 중분류 요소기술 출처 블레이드 주축 및 로터허브 주베어링 및 피치 & 요드라이브 증속기 블레이드 공력 및 공탄성 설계 기술 블레이드 속도/하중제어 기술 장수명 블레이드 설계 기술 초대형 블레이드 성형 및 제조 기술 초대형 블레이드 비파괴 시험검사 기술 블레이드-허브-주축 결합/체결 기술 구동축계 설계 및 동적 해석기술 구동축계 상태감시 및 고장진단 기술 대용량 구동축계 제조 기술 피칭/요잉 제어 및 구동 기술 대용량 주 베어링 설계 및 제조 기술 대용량 요우/피치 베어링 설계 및 제조 기술 고효율 대용량 증속기 설계 및 제작기술 대용량 증속기 성능 시험 장치 구축 및 시험 기술 대용량 증속기 동적해석 기술 대용량 증속기 운전상태 감시 및 고장 진단 기술 기업니즈 특허 특허 기업니즈 기업니즈 도출된 요소기술의 범위와 수준, 중소기업 적합성과 시급성 등을 고려하여 요소기술명 을 보완함. - 선정위원회를 통해 필요에 따라 요소 기술 명칭을 일부 수정하였고, 중복된 요소 기술 은 통합하고 반드시 필요한 기술을 추가함. - 풍력발전시스템의 피칭 및 요잉 제어 및 구동 기술은 기술 특성상 유사성을 지니고 있으므로 통합하여 핵심기술로서 선정함 - 베어링의 제어 및 구동부분에서는 대형 풍력발전시스템의 개발 수요에 적합하도록 대 용량으로 용량을 보다 구체화하여 핵심기술로서 선정하였으며, 현재 개발 수요를 감안 한다면 10MW급 내외가 되어야 할 것임 핵심기술 선정 - 조정된 요소기술과 기술 시장 동향분석 및 기업니즈조사 결과를 기반으로 핵심요소 기술 선정위원회를 통하여 중소기업에 적합한 핵심기술 선정 - 핵심기술 선정은 기술성(10), 시장성(10), 중소기업성(10), 정책적 부합성(5)을 고려하여 평가됨. 기술성은 기술성장성(5), 기술수준(5)으로, 시장성은 시장규모(5), 시장 성장성 (5)으로, 중소기업성은 중소기업 참여정도(5) 및 중소기업 진입장벽 정도를 고려하여 평가

148 전략제품 [핵심요소기술 선정결과] 공급망 또는 중분류 요소기술 출처 블레이드 주축 및 로터허브 초대형 블레이드 성형 및 제조 기술 초대형 블레이드 비파괴 시험검사 기술 구동축계 설계 및 동적 해석기술 구동축계 상태감시 및 고장진단 기술 기업니즈 주베어링 및 피치 & 요드라이브 피칭/요잉 제어 및 구동 기술 특허 증속기 대용량 증속기 운전상태 감시 및 고장 진단 기술 6. 로드맵 기획 가. 연구개발 목표 설정 [선정된 핵심요소기술에 대한 연구 목표] 공급망 또는 중분류 핵심요소기술 기술요구사항 개발 목표 1차년도 2차년도 3차년도 최종 목표 초대형 블레이드 성형 및 제조 기술 블레이드 크기 및 성형 공차 7MW용/±10mm 10MW용/±5mm 12MW용/±3mm 12MW용 블레이드 (공차±3mm) 블레이드 초대형 블레이드 비파괴 시험검사 기술 파손 및 손상 부위 탐지 정도 crack길이 2cm /폭1mm crack길이 1.5cm /폭0.5mm crack길이 1cm /폭0.2mm 길이1cm /폭0.2mm crack 탐지 주축 및 로터허브 구동축계 설계 및 동적 해석기술 구동축계 상태감시 및 고장진단 기술 구동축계 용량 및 피로 수명 상태감시 입력채널 및 사전 진단기능 7MW용/20년 10MW용/22년 12MW용/25년 피로수명 25년의 12MW용 구동축계 설계기술 50ch/상태감시 100ch/고장진단 150ch/고장예보 150ch 센서 활용 구동축계 고장예보 주베어링 및 피치 & 요드라이브 피칭/요잉제어 및 구동 기술 피칭 및 요잉 구동부 적용 용량 7MW용 (피칭1 /sec, 요잉5 /sec) 10MW용 (피칭0.8 /sec, 요잉4 /sec) 12MW용 (피칭0.5 /sec, 요잉3 /sec) 12MW용 피칭/요잉 제어구동장치 증속기 대용량 증속기 운전상태 감시 및 고장 진단 기술 증속기 용량 및 입력채널/사전 진단기능 20ch/상태감시 40ch/고장진단 50ch/고장예보 50ch 센서 활용 증속기 고장예보

149 에너지변환저장 - 풍력 - 풍력 블레이드 구동제어계 나. 로드맵 작성

150 전략제품 풍력발전기 및 전력변환장치 연계장치 1. 개요 - 정의 : 풍력발전은 블레이드, 증속기, 발전기, 타워, 감시 및 운용장치 및 변환장치로 구성되며, 이중 발 전기 및 전력변환장치를 말함 - 범위 : 발전기의 경우 유도발전기, 동기발전기 등을 포함하며, 전력변환과 제어를 중심으로 한 응용 시 스템 전반의 기술을 포함 가. 정의 및 필요성 풍력발전기술이란 바람의 운동에너지를 로터블레이드를 통해 회전력으로 변환된 기계 적 에너지를 전기 에너지로 전환시켜 전력계통이나 수용자에게 공급하는 기술 신재생에너지에 속하는 풍력 발전의 경우 발전단가가 신재생에너지 중에서 가장 경쟁 력이 높아 기존의 화석연료에 의한 발전방식과도 경쟁이 가능한 수준에 도달하였음 풍력발전시스템의 용량이 대형화 될수록 풍력발전기의 경제성이 높아지며 대형풍력발 전기의 운송 및 설치가 가능한 해상으로 설치 장소가 확산되고 있는 단계임 풍력발전시스템은 블레이드, 기어박스, 발전기, 베어링(메인베어링, 요/피치베어링), 전 력변환장치, 변압기, 타워, 단조(주축, 타워플랜지, 슬루밍베어링 등) 및 주조품(허브, 메 인프레임 등)으로 세분화 될 수 있으며 이중 블레이드, 기어박스, 발전기, 타워, 베어링 은 풍력발전기의 성능 및 안전성에 큰 영향을 미치는 핵심부품으로 분류됨 풍력발전시스템을 구성요소별로 크게 분류하면 기계적 장치와 전기적 장치, 제어장치 로 나뉘며 전기적 장치로써 발전기, 전력변환장치, 계통연계장치 및 SCADA 시스템으 로 분류할 수 있음 기어리스형 해상풍력발전기 시장의 확대에 따른 대형 영구자석형 발전기 개발에 대한 수요가 증가하고 있으며, 국산 풍력발전시스템의 경쟁력 강화를 위해 새로운 개념의 동력구동장치계 개발에 대한 필요성이 요구됨

151 에너지변환저장 - 풍력 - 풍력발전기 및 전력변환장치 연계장치 [ 기어드 풍력발전시스템] [기어리스 풍력발전시스템] 중대형 풍력발전기의 대부분은(약 85%) 3상 비동기식 발전기를 적용하며 Enercon과 일 부 제작사들은 동기식 발전기를 사용한 직접 구동식 풍력발전기를 공급하고 있음 대형풍력발전기는 세계 10위권 시스템 제작사 중 5개사가 자체 제작하고 있으며, Enercon의 경우 100% 자체 제작 및 공급체계를 구축하고 있음 풍력발전기의 경제성 향상을 위한 Drive train방식 및 PMSG고유모델 개발이 요구됨 2017년 10MW급 초전도 발전기 상용화를 목표로 부품소재의 원천기술 및 특허 확보가 필요함 발전기 발전기는 기어박스, 블레이드와 직접 동기화되어 전기 에너지를 생산하는 핵심부품으 로써, 비동기식(DFIG, Double Fed Induction Generator) 및 동기식(PMG, Permanent Magnetic Generator) 발전기로 분류할 수 있음 [이중여자유도발전기 및 영구자석 동기식 발전기 개략도]

152 전략제품 이중여자유도발전기(DFIG)는 영구자석 발전기(PMG)에 비하여 경량화를 이룰 수 있으 나 고정자측이 계통과 연계되기 때문에 전력계통에서 요구하는 저전압 문제를 근본적 으로 해결하기 어려운 단점이 있으며, 고속회전을 하기 때문에 기어박스, 베어링 및 회 전축의 마모가 심하고 발열문제가 있음. 이를 개선하기 위하여 Fully-Fed 방식의 이중 여자유도발전기의 연구가 진행되고 있음 [1.6MW DFIG] [2.5 PMSG] 소형풍력발전기의 경우 제어가 비교적 용이한 영구자석 발전기를 주로 채용하고 있으 며 블레이드의 특성에 따라 코어, 코어리스, 슬롯리스 등 다양한 형식의 발전기가 사용 되며 코킹토크 및 효율개선을 위한 연구가 진행되고 있음 [코어 발전기] [코어리스 발전기] [슬롯리스 발전기] 영구자석 동기발전기는 회전자에 부착된 영구자석의 극수를 늘여 저속 발전이 가능하 기 때문에 기어변환장치가 필요하지 않으며, 계통연계 시 전력변환장치로 인하여 저전 압 문제를 극복 할 수 있으나 극수를 높임으로써 로터 허브의 크기 및 무게가 증가하 기 때문에 이중여자발전기에 비해 높은 강도의 타워 설계가 요구되고 이로 인하여 수 MW급 이상으로 설계하기 어려운 단점이 있음 영구자석 동기발전기의 영구자석의 극수가 많을수록 극 간격이 좁아져 로터의 방위각 오차에 대해 발전 특성이 크게 변하기 때문에 영구자석 회전자의 구조적 설계 개선 및 전력변환장치의 빠른 응답이 요구됨

153 에너지변환저장 - 풍력 - 풍력발전기 및 전력변환장치 연계장치 초전도 풍력발전기 - 초전도 풍력발전기는 초전도 선재가 부착된 회전자에 높은 밀도의 전류를 공급함으로써 회전자의 자속 세기를 높일 수 있음. 자속의 세기를 높여 회전속도를 낮출 수 있지만 고압의 냉매가 회전자 내부에 유출입 되어야 하기 때문에 구조적 설계의 어려움이 있음 - 초전도 풍력발전기는 증속 기어를 사용하지 않고도 원하는 발전 전압을 얻을 수 있으 므로 기어 박스의 내구성에 따르는 문제들이 발생하지 않고, 기존의 기어 박스를 사용 하지 않아 발전기의 중량과 체적이 직접 구동형 풍력 발전기에 비하여 훨씬 적음 - 초전도 풍력발전기는 나셀(Nacelle)의 무게와 부피가 획기적으로 감소하여 기존의 발 전기로는 구현하기 힘든 8MW 이상 대용량의 풍력 발전기 설계가 가능할 뿐만 아니 라 20MW급 풍력발전기를 제작할 수 있음 - 소형 경량화의 장점 때문에 초전도 풍력발전기 1기당 10MW 이상의 발전이 가능하 므로 건설비용의 대부분을 차지하는 타워(tower)의 개수를 획기적으로 줄일 수 있어서 풍력 발전 단지 건설비용을 크게 줄일 수 있음 - 기존의 영구자석을 사용하는 대용량의 직접 구동형 풍력 발전기의 경우에는 변형으로 인한 내구성이 떨어지며 영구자석으로 사용되는 희토류 물질이 고가이기 때문에 용량 의 증가에 따른 영구자석 풍력 발전기의 가격 효용성이 낮지만, 초전도 풍력 발전기는 용량이 커질수록 기존 풍력 발전기보다 저가이며 효율도 높음 - 초전도 풍력발전기는 부하에 대한 전압 변동도 훨씬 적으며, 과부하에 대한 안정성도 기존 발전기보다 훨씬 높고, 철심으로 이루어진 고정자 치(teeth) 등이 존재하지 않는 공심형 구조이므로 기존 발전기보다 소음이나 진동이 적고 발전 전압 파형의 왜형율 이 아주 적음 - 초전도 풍력발전기는 대용량으로 갈수록 더욱 소형 경량화 할 수 있으며, 제조비용의 큰 비중을 차지하는 초전도 선재의 가격이 수요의 증가에 따른 대량 생산이 이루어지 면 크게 감소할 것으로 기대되므로 기존 시스템과 제조비용의 경쟁력 확보가 가능함 - 초전도풍력발전기는 기존 발전기보다 높은 효율(직접 구동형 10MW일 경우 96%)을 가지므로 동일한 풍력을 이용하여 더 많은 전력을 생산할 수 있으며, 풍력 발전기는 20년 이상의 운전 수명을 가지므로 초과 생산 전력에 의한 운용 수익을 고려하면 훨 씬 경제성이 있음 [30KVA 초전도 발전기] [1MW, 3600rpm 초전도 모터]

154 전략제품 [풍력 발전기의 발전 동향] 전력변환장치 전력변환장치는 전력용 반도체 디바이스를 이용하여 전력의 흐름을 제어하고 전압, 전 류, 주파수를 변환하는 장치임 풍력발전시스템에 사용되는 전력변환장치는 발전기의 형식과 계통연계 기준에 따라 다 르며 정류기, 컨버터, 인버터, DC/DC 컨버터, 교류전력조정기 등이 포함됨 풍력발전기가 대형화되고 해상풍력발전기가 설치됨에 따라 저전압 변환장치를 이용하 게 될 경우 송전에 대한 비용 부담이 커지기 때문에 중전압 및 고전압 변환장치의 연 구가 늘어나고 있으며, 저전압에서도 대전류를 흘릴 수 있는 초전도 선재의 연구 및 관련 전력설비의 연구가 진행 중임 대규모 해상풍력단지의 경우 송전 효율을 높이기 위하여 발전 전력을 해상에서 수집하 여 육상으로 공급하는 송전 타워를 건설하게 되며, 해상환경에 강인한 전력변환 시설 이 요구됨 이러한 변환장치를 개발하기 위해서는 파워스위칭 소자의 대용량화, 고전압화, 빠른 스 위칭 응답속도 등이 요구됨 계통연계장치 전력계통에 풍력발전기에서 생산된 전력의 유입이 커지게 되면서 전력회사들은 풍력발

155 에너지변환저장 - 풍력 - 풍력발전기 및 전력변환장치 연계장치 전기의 계통연계를 위한 그리드코드를 작성하고 풍력발전 회사에게 수준 높은 전력 품 질을 요구함 보다 높은 전력품질을 보장하기 위하여 전력 회사들은 풍력발전기의 안정적인 계통운 영을 위한 그리드코드의 수정을 진행 중임 풍력발전 회사들은 각 국가별 그리드코드를 만족시킬 수 있는 계통연계기술 및 이에 따른 장치의 개발을 서두르고 있음 풍력발전기에서 생산된 비선형적인 전력을 계통에 연결하여 안정적으로 공급하기 위해 서는 전력저장장치 및 계통차단 시 발전 전력을 소비하기 위한 크로우바 혹은 보조 부 하설비에 대한 대형화가 요구됨 풍력발전기용 SCADA(Supervisory control and Data Acquisition) 시스템 SCADA시스템은 풍력발전기의 제어기와 연계하여 원격으로 풍력발전기 제어 기능을 수행하고 풍력발전기 운영 성능을 분석 및 보고하기 위한 데이터 수집을 수행하는 컴 퓨터 기반 시스템임 국내의 경우 단위기기용 SCAD시스템 개발사례는 있으나, 풍력발전 단지용 SCADA시 스템 개발 사례는 없음 해상풍력발전단지의 개발이 가속화됨에 따라 주요부품에 대한 상태감시 및 사전진단 기술을 통한 가동률 및 신뢰성을 증대시킬 수 있는 CMS(Condition Monitoring System) 기능을 포함하는 통합 SCADA시스템 개발이 필요함 원격으로 시스템을 감시/진단/제어 할 수 있는 S/W 및 H/W 최적설계 기술의 확보 와 이를 적용한 해상풍력 발전기의 상업운전실적 확보를 통해 기술의 신뢰성을 확보하 여야 함 최근 발전에서 송전 배전까지의 전력정보 표준화가 진행 중이며, 이러한 표준화는 풍 력발전시장에도 영향을 미치기 때문에 변전소 측에서 풍력발전기 각 장치에 대한 표준 화된 정보를 요구함. 이에 따라 SCADA 시스템 제작 업체들도 이러한 표준을 만족하 는 통신 시스템의 개발을 진행 중임

156 전략제품 [원격지 SCADA시스템] 나. 범위 및 분류 (제품 분류 관점) 풍력발전시스템은 크게 대형풍력발전시스템과 소형풍력발전시스템으 로 구분할 수 있으며, 풍력발전기 및 변환장치 연계장치는 전기적 부품에 해당되고 이 중여자유도발전기, 영구자석 동기식발전기, 초전도발전기, 인버터, 컨버터 등을 포함함 - 대형풍력발전기에 사용되는 발전기 형식은 이중여자유도발전기가 대부분이지만 해상 풍력 시장의 확대에 따라 영구자석 동기식발전기가 적용되고 있으며, 그에 따른 전력 변환장치가 출시되고 있음 - 이중여자유도발전기는 고정자 전압의 주파수와 회전자 전압의 주파수가 상이한 비동 기(유도발전기)식 발전기 중에서 회전자 권선의 전력제어를 사용하는 방식에 해당하 며, 이는 기존의 동기속도 이하에서 발전을 하지 못하는 농형유도기 및 회전자에 가변 부하를 연결하여 약계자 제어를 수행하는 권선형유도기의 회전자 측에 전류의 유출입 이 가능하도록 전력변환장치가 부착되어 구성 됨 - 영구자석 동기발전기는 발전 전압의 주파수와 회전자의 회전 주파수가 동일한 동기식 발전기 중에서 회전장에 다극의 영구자석을 사용하는 방식에 해당하며, 극수를 높임으 로써 회전속도를 낮추거나 고정자의 발전 전압 주파수를 높일 수 있도록 구성 됨 - 초전도풍력발전기는 발전 전압의 주파수와 회전자의 회전 주파수가 동일한 동기식 발 전기 중에서 회전자에 권선을 사용하는 방식에 해당하며, 권선을 기존의 발전기는 구 리선을 이용하지만 초전도 풍력발전기는 고온초전도 선재를 사용함 - 소형풍력발전기는 직접구동형으로 다극형 영구자석 구조가 대부분이며, 고정자의 형식 에 따라 코어, 코어리스, 슬롯리스 방식으로 구분되고 전력변환장치는 배터리충전식의 DC-DC 컨버터와 DC-AC 계통연계형 인버터 및 풍력발전기제어장치도 포함함 (공급망 관점) 풍력발전기는 크게 유도발전기(권선형 및 농형)와 동기발전기로 구분이 되며 연계방식으로는 발전기로부터 생산되는 교류전류를 그대로 전력계통으로 연계하

157 에너지변환저장 - 풍력 - 풍력발전기 및 전력변환장치 연계장치 는 교류연계방식과, 교류전류를 컨버터로 직류로 변환하였다가 인버터로 다시 교류전 류로 역변환하는 직류병입방식이 있음 [풍력발전기 분류 관점의 범위] 대분야 중분야 세부 제품 풍력발전 시스템 대형 풍력 소형 풍력 발전기 전력변환장치 발전기 전력변환장치 유도발전기, 동기발전기, 초전도발전기, 경량화기술, 내구성향상기술, 해상풍력발전기 시공기술 DFIG converter, Full inverter, Transformer, IGBT, 계통안정화기술, LVRT 제어기술 코어타입발전기, 코어리스발전기, 슬롯리스발전기, 코깅토크 저감기술 DC-DC Converter, 계통연계형 인버터, MPPT기술 [공급망 단계별 주요제품 분류표] 대분야 중분야 세부 제품 발전기 및 전력변환장치 연계장치 발전기 전력변환장치 계통연계장치 SCADA시스템 이중여자형유도발전기, 영구자석형발전기, 슬롯리스발전기, 코어리스발전기, 초전도발전기 Power Converter, 고용량 트랜스포머, 인버터, 대용량전력소자 전력품질향상기술, 발전기보호기술 지능형감시제어설비, 진동기반 감시기술, 유체기반 감시기술, 블레이드 감시기술 풍력 발전기, 변환장치, 계통연계장치 및 SCADA 시스템의 기술 범위는 - 발전기의 경우 유도발전기, 동기발전기 등을 포함하며, 변환장치의 경우 단일모드 변 환장치 및 모듈식 확장형 변환장치를 포함. 계통에서 안정적인 운용을 위한 전력품질 향상 및 발전기 보호설비를 포함. 또한 각종데이터의 수집 및 운영을 위한 SCADA 시 스템이 포함됨 - 공급망을 기준으로 발전기의 경우 기존의 제품을 공급받아 풍력 발전기로 설계 및 제 작이 이루어지며, 변환장치의 경우는 풍력발전기의 대용량화에 따라 단일용량으로 MW급 이상 또는 MW급 스택을 활용하여 모듈식으로 확장 가능한 형태로 공급이 이 루어지고 있음. 2. 산업 및 시장 분석 - 풍력발전단지는 소음이 심하고 위험성이 존재하기 때문에 인구 밀집지역에서 거리가 멀리 떨어진 곳에 설 치하여야 하므로, 송전 손실을 줄이고 송전설비 비용을 줄이기 위한 중전압 및 고전압 변환장치가 필요함 - 풍력발전기 대형화로 인하여 발전기의 대형화는 불가피하나 발전기의 경량화 및 고밀도화가 요구되고 있으며, 풍력발전기 대형화에 따른 송전비용 증가에 따라 고전압 전력변환장치가 요구되고 있음 - 전력변환장치의 시장규모는 국내의 경우 2012년 95억원 이었으며 2016년에는 501억원에 이를 것을 예 상되고, 세계시장의 경우에는 2012년 5.6조원에서 2016년 6.4조원에 이를 것을 예상됨 - 발전기 및 전력변환 연계 분야 내 중소기업은 대다수의 기업이 완제품 형태의 제품을 거래하는 것으로 나타났으며, 40% 이상의 중소기업이 공급 사슬상 수요기업에 해당함

158 전략제품 가. 니즈 분석 경제성을 높이기 위한 풍력발전기의 대형화 시장 니즈 1 : 핵심부품의 경량화 및 제조기술 요구 풍력분야는 국내 원전사고와 전력예비율을 확보하기 위한 풍력단지개발 등 투자가 가 속화 되고 있지만 풍력발전 시스템업체와 부품업체의 광범위한 Supply chain이 형성되 지 않아 핵심부품의 국산화율이 높지 않음 2MW이하의 풍력발전 핵심부품은 기술성숙 및 신뢰성 향상으로 부품공급 과잉상태이 며, 중국의 저가화 전략으로 경쟁이 치열하여 가격경쟁력 확보가 쉽지 않음 풍력발전기의 원천기술을 확보하지 못한 상황에서 대형풍력발전기 관련 기술이 빠르게 개발됨에 따라 시장진입이 용이하지 않지만 우수한 조선기술을 활용하여 단기간에 중 공업 기반 연계산업을 발전시킬 수 있는 잠재력을 보유하고 있음 (1) 발전기 이중여자형 유도발전기의 경우 고속운전으로 인한 베어링 및 회전축 마모를 줄이기 위 한 중속, 저속 발전기 기술 개발이 진행됨 풍력발전기의 대형화에 따라 회전면적이 증가하게 되면 영구자석형 동기 발전기는 극 수도 증가하게 되며 발전기 부피 및 무게의 증가는 시공의 어려움을 수반하기 때문에 경량화 및 구조적 설계 개선이 요구됨. 로터 방위각 오차에 의한 발전효율 저하로 이 를 개선하기 위한 관련 연구가 활발히 진행되고 있으며, 로터 허브의 크기가 다른 발 전기에 비해 크기 때문에 타워의 피로도가 증가되고 이를 줄이기 위한 타워 구조설계 및 피로도를 줄이기 위한 제어기법 연구가 진행되고 있음 초전도 풍력발전기의 경우 저속 운전이 가능하고 발전기의 경량화 및 고밀도화가 가능 함. 그러나 회전자의 내부에 고압의 냉매가 유출입 되므로 구조적 설계의 어려움이 있 음. 또한 초전도체가 발열에 취약하기 때문에 냉각하기 위한 발전기 구조설계기술이 개발되고 있으며, 높은 온도에서 운전하기 위한 고온초전도체 기술 개발이 필요함 초전도풍력발전기를 개발하기 위해서는 경우 회전자인 초전도체에 대전류를 공급해야 하므로 대전류를 공급하기 위한 여자전력 제어기술이 필요함

159 에너지변환저장 - 풍력 - 풍력발전기 및 전력변환장치 연계장치 (2) 전력변환장치 이중여자발전기의 전력변환장치의 경우 계통연계 시 발전기의 무효전력제어 및 상불평 형 등을 보상할 수 있는 기술이 요구 됨 영구자석 동기발전기의 경우 극수의 증가로 극 간격이 좁아짐. 변속 없이 직접 전력으 로 변환되기 때문에 로터방위각 오차 의한 발전효율이 감소됨. 이를 개선하기 위하여 보다 빠른 응답이 가능한 전력변환 기술 개발이 필요함 (3) 계통연계장치 풍력발전기에서 생산된 전력은 비선형적이므로 안정적인 전력공급을 위하여 전력보조 설비가 필요함 풍력발전기의 고장 시 계통으로 악영향이 가지 않도록 계통을 보호하기위한 설비가 필 요함 계통의 고장 시 풍력발전기를 보호하기 위한 보호 기술이 필요함 (4) SCADA시스템 전력공급업체들은 풍력단지의 발전현황을 확인하기 위해 표준화된 전력 데이터 정보 제공을 요구함 유지보수가 잘된 발전단지일수록 전력거래시에 안정적으로 전력을 공급할 수 있으며, 경제성을 높일 수 있음 육상풍력의 한계로 인한 해상풍력발전 시장 확대 시장 니즈 2 : 해상풍력발전 시장의 확대로 핵심부품의 신뢰성 확보 풍력발전산업은 공해물질을 전혀 배출하지 않는 청정에너지원이라는 인식과 경제성이 그리드패리티(Grid-parity)에 근접하여 국내에서는 대규모 풍력단지 조성 계획을 세우 고 있지만, 육상풍력은 경쟁력 있는 단지개발의 한계와 거주환경, 민원 및 환경규제에 의해 해상풍력발전 단지조성에 대한 관심이 높아지고 있음 해상풍력발전은 접근이 용이하지 않기 때문에 육상풍력발전에 비해 핵심부품의 신뢰성 이 더욱 중요한 요소이므로, 이에 대한 개발 및 제품화, 신뢰성 검증이 체계적으로 진 행 될 필요가 있음

160 전략제품 (1) 발전기 현재 해상풍력발전기는 5MW급을 기준으로 하고 있으나 2013년이후 7~10MW급 해상 풍력발전기가 시장에 등장 할 것으로 전망됨에 따라 5MW 이상의 초대형 해상풍력발 전기에 대한 기술개발이 필요한 시점임 선진 시스템제작사들은 전통적인 기어형 동력구동계의 적용에서 탈피하여 기어리스형 해상풍력발전기의 개발을 가속화 하고 있으며, 국내에서도 대형 영구자석형 발전기 기 술개발에 대한 투자가 필요한 시점임 (2) 전력변환장치 해상풍력단지의 경제성은 낮은 유지보수 비용이 결정하기 때문에 해상풍력발전기에 적 용되는 전력변환장치는 높은 전력밀도가 요구되며, 염분 및 진동 환경에서 고수명이 보장되어야 함 해상풍력발전기의 형식이 기어가 없거나 최소화한 PMG형태 발전기의 기술개발이 진 행됨에 따라 적정풍속과 회전속도에서 최대전력을 생산할 수 있는 대용량 Full-power converting 기술이 필요함 해상풍력발전기는 원거리해상에 설치되므로 계통에 연결할 때 안전성 문제가 제기될 수 있으며, 계통에 연결시 불평형과 같은 전압 이상이 발생하더라도 계통과 분리하지 않고 안정적으로 운전을 유지 하도록 일정시간 계통과 연결해야하는 LVRT(Low voltage ride through)기술이 요구됨 (3) 계통연계기술 대단위 해상풍력단지를 안정적으로 운영하기 위해서는 계통 영향 평가가 우선적으로 수행되어야 하며, 운영상의 문제점에 대한 분석 및 신뢰성과 적합성의 분석이 필요함 해상풍력발전단지의 전체 비용 중 계통연계가 차지하는 비중은 해상의 경우 약 24%로 써 육상의 8%에 비해 매우 큰 규모이므로, 해상풍력발전단지에 대한 계통연계 관련 설 계 및 설치기술 역량 확보가 요구됨 풍력발전기의 일반적인 연계 형태는 교류송전형태로 특별한 추가 설비 없이 기존의 계 통망에 쉽게 연계가 되지만 3상의 전기를 공급할 수 있어야 하기 때문에 최소 3선의 케이블이 필요하며, 고전압 송전시 Line charging으로 인해 수전단에서 전압문제가 발 생하기 때문에 전력 보상 장치가 필수적으로 요구됨

161 에너지변환저장 - 풍력 - 풍력발전기 및 전력변환장치 연계장치 해외 풍력발전 선진국에서는 기존 송전 방식의 문제점을 해결하고자 다양한 해결 방안 이 제시되고 있으며, 전압형 HVDC를 이용한 송전 방식이 크게 각광받고 있음 국내에서도 2016까지 HVAC 연계방식을 선택할 예정이며, 그 이후의 해상풍력 발전단 지는 HVDC방식으로 계통 연계할 계획이어서 이에 대한 대응이 요구됨 (4) SCADA시스템 풍력발전기는 발전기로서 운전되기 위해 단지 형태로 운용되며, 다른 발전설비들과는 달리 지역적으로 분포 범위가 넓음 최근 풍력발전단지들은 해상에 설치되며, 갈수록 설치 장소가 육상에서 멀어짐 풍력발전기가 해상에 설치되면 접근의 어려움 때문에 관리가 어려우며, 풍력발전기의 대형화로 고장 시 부품의 제작 시일이 오래 걸리고 수급의 어려움으로 계획적인 유지 보수가 필요함 풍력발전기에서 고장난 관련 부품에 대한 보수 혹은 교체를 위하여 고장을 검출하고 고장을 진단하는 지능적인 SCADA 기술이 요구됨 [풍력발전기 및 전력변환장치 연계장치 분야의 PEST 분석] 구분 주요이슈 단기(3년이내) 중장기(4년이상) 비고 정치 (P) 경제 (E) 사회 (S) 기술 (T) 촉진 전력수급 위기 RPS 상 중 하 상 중 하 저해 핵심부품산업 육성 미미 상 중 하 상 중 하 촉진 저해 촉진 저해 촉진 저해 풍력발전산업성장, 대규모 해상풍력단지 조성 중국의 저가화, 부품공급과잉 기후협약, 청정에너지 대표기술 지역이기주의로 인한 풍력발전단지조성지연 해상풍력발전단지조성으 로 중공업기반 연계산업발전 원천기술부족, 급격한 기술변화 상 중 하 상 중 하 상 중 하 상 중 하 상 중 하 상 중 하 상 중 하 상 중 하 상 중 하 상 중 하 상 중 하 상 중 하 전력예비율을 확보하기위한 풍력발 전 투자 가속화 시스템업체와 부품업체의 광범위한 Supply chain 육성 필요 육상풍력 성숙으로 인한 신뢰성 향상 및 해상풍력발전단지 개발 가속화 부품가격하락으로 기업의 경쟁력 약화 청정에너지원 인식으로 사회적 수 요기반 조성됨 풍력발전단지 조성지연으로 Trackrecord확보 어려움 우수한 조선기술을 활용하여 단기 간에 해상풍력기술수준 향상 시킬 수 있는 잠재력 보유 원천기술을 확보하지 못한 상황에 서 대형풍력발전기 관련 기술이 빠 르게 변하고 있음

162 전략제품 나. 산업특징 및 구조 (1) 발전기 풍력자원은 한정되어 있으며, 이용 효율을 높일수록 경제적인 효과가 큼 한정된 풍력자원을 효율적으로 이용하기 위해서는 풍력발전기의 대형화가 필수임 풍력발전기 대형화로 인하여 발전기의 대형화는 불가피하나 풍력발전기 시공 비용 및 유지보수 비용 측면에서 발전기의 경량화 및 고밀도화가 필요함. (2) 전력변환장치 풍력발전기가 대형화 될수록 전력을 감당하기 위한 송전 설비 비용이 증가됨 송전 설비 설치비용을 줄이기 위하여 높은 전압에서 전력을 변환해야 송전 손실을 줄 일 수 있음 전압(V)을 높일수록 전류(A)의 크기가 줄어들기 때문에 송전선의 비용을 줄일 수 있음 해상풍력발전단지를 운용하기 위해 각 풍력발전기의 전력을 수집하는 해상송전타워가 필요함. 이러한 송전타워건설로 송전 비용을 줄일 수 있으며, 해상풍력발전단지를 계획 적으로 운용 가능함 (3) 계통연계장치 풍력발전기는 풍력자원을 이용하며, 풍력자원을 최대한 이용하지 못할 경우 발전 손실 이 발생함. 손실을 최소화하기 위해서는 계통에서 쉽게 분리되지 않아야 하지만 발전 기에 무리가 갈수 있으므로 다양한 보호설비 및 장치가 필요함 전력거래 시 안정적인 전력을 공급하지 못할 경우 전력 손실비용이 발생하기 때문에 안정적인 전력공급을 위해 보조 전력설비를 갖추어야함 (4) SCADA 시스템 풍력발전 단지를 운용하기 위해서는 각 발전기마다 유지보수하기 위한 인력이 필요함

163 에너지변환저장 - 풍력 - 풍력발전기 및 전력변환장치 연계장치 풍력발전기 대형화로 각 부품의 제작기간이 오래 걸리고 해외에서 주문해야하는 부품 일수록 유지보수 시일이 길어짐 풍력발전기의 유지보수 기간이 길어질수록 발전 손실이 증가하기 때문에 계획적인 풍 력발전기 관리가 필요하며, 이러한 관리로 발전기 유지보수하기 위한 인력을 최적으로 배치 할 수 있으며 유지보수비용을 절감할 수 있음 [풍력발전기 전력변환장치 연계장치 중심의 연관 산업 구조] 후방산업 풍력발전기 전력변환장치 연계장치 전방산업 전동기 및 발전기 산업, 대형제조장비산업, 전력부품 및 전력소자산업 모니터링 SW/HW 산업 동기식발전기/유도형발전기 설계 및 제작 전력변환장치 회로설계 및 제어기술 해상풍력발전산업, 전기발전산업, 풍력단지운용산업 [풍력발전기 전력변환장치 연계장치 중심의 SWOT분석] 강점(Strength) - 중소형 풍력발전시스템 개발경험 - RPS 전격시행으로 풍력발전기 시장확대 - 학계, 기업 및 연구소의 풍력발전시스템 개발의지 - 해상풍력 기본인프라가 조선인프라와 매우 유사 - 지자체의 풍력산업 의지 기회요인(Opportunity) - 기후변화협약에 따른 풍력에너지 보급확대 - 국내외 풍력발전시장확대 - 에너지 산업의 구조개선/민영화 - 정부의 강력한 의지 약점(Weakness) - 설계원천기술 및 제작기술 취약 - 상업운전을 실적의 부족으로 제품 신뢰성 검증이 미흡 - 체계적인 기술개발 및 보급지원정책 수립의 미진 - 부품단위 성능시험 기관 및 시험설비 인프라 부족 위협요인(Threat) - 해외 선진 풍력제작사의 시장지배력 증대 - 중국 저가화 공세 - 중국, 인도 등의 풍력발전시장 비약적 성장 다. 시장현황/전망분석 풍력발전산업은 최근 5년간(2007~2012) 24.9%의 성장률을 보이고 있으며, 세계경기침체 여파로 성장률이 둔화되는 모습이지만 지속적인 성장세를 유지하고 있음 출처 : BTM Consult - A Part of Navigant - March 2013 [2007~2012년 세계 풍력발전산업 성장률]

164 전략제품 2012년의 신규로 설치된 풍력발전기의 용량은 1.5MW~2.5MW가 전체의 83.5%를 차지 하고 있지만 2.5MW 이상의 풍력발전기의 경우 2011년 7.2%에서 2012년 12.8%로 큰 폭의 성장세를 보이고 있음 출처 : BTM Consult - A Part of Navigant - March 2013 [2013~2017년 세계 풍력발전산업 전망] 세계경기불황으로 2015년까지 풍력발전산업의 성장률이 크게 둔화될 것으로 예상되며, 2016년부터는 회복될 것으로 전망됨 전 세계적으로 풍력발전기 부품의 공급은 과잉 상태로 최근 원자재 가격 상승에도 불 구하고 치열한 경쟁 환경으로 부품가격은 오히려 하락추세임 아시아 지역이 풍력발전기 부품 공급의 생산기지 역할을 하고 있으며, 최근 들어 아시 아 업체들의 설비 투자 확대로 부품 공급이 과잉되고 있음 국내의 경우 각종 환경규제 및 인허가 문제로 풍력발전 산업 성장이 더디지만, 서남권 해상풍력발전단지 조성 등 계획되고 있는 풍력발전 단지개발이 차질 없이 진행된다면 큰 폭의 성장률을 보일 것으로 전망됨 출처 :BTM Consult - A Part of Navigant - March 2013 [2013~2017년 국내 풍력발전산업 전망]

165 에너지변환저장 - 풍력 - 풍력발전기 및 전력변환장치 연계장치 발전기 풍력발전기 세계 시장규모는 2012년에 3.8조원 규모의 시장을 형성한 것으로 나타났으 며, 2016년에는 4.4조원으로 시장규모가 성장할 것으로 예상됨 선진 풍력발전기 제작업체들은 5MW 이상의 핵심부품 개발에 집중 투자하고 있으며, 기존의 3MW 이하의 부품들에 대한 신뢰성 향상 및 가격경쟁력을 강화함에 따라 국내 제작사들은 초기 시장진입에 많은 어려움을 겪고 있음 풍력발전기 핵심부품 시장이 크게 성장함에 따라, 중국 등과 같은 아시아 국가의 제작 업체들이 부품시장에 진출하여 총공급량은 증가하였으나, 고부가 가치 대형 풍력발전 기용 핵심부품 시장은 일부 선진 제작업체에 여전히 독과점하는 형태를 보일 전망임 풍력에너지 관련 발전설비는 유럽, 북미, 아시아 등에 주로 설치되고 있으며, 2012년 미국과 중국의 풍력발전기 신규설치용량이 13GW로 나타났음 [국내 풍력발전기의 개발 동향] 2008년 세계 TOP 10의 풍력발전기 공급업체가 전체시장의 84.2%를 차지하였으나 매년 점유율이 감소하여 2012년에는 77.4%의 점유율을 보이고 있음 전력변환장치 전력변환장치 세계 시장은 2012년 56조원에서 2016년 64조원 연평균 3.1% 성장할 것으 로 예상됨

166 전략제품 최근 에너지 문제 해결을 위한 태양광, 풍력, 연료전지 등의 분산 발전과 에너지 절감 을 위하여 전력변환 장치의 수요가 급증하고 있으며, 전력용 대용량 발전기 등의 핵심 부품으로 최근 시장의 급성장에 따라 수요량이 급격히 증가하고 있는 추세임 풍력발전기의 핵심요소 중 하나인 전력변환 장치는 일반 전력변환과 다르게 고압 대용 량이 특징이며, 풍력발전 시스템이 대형화 하면서 시스템의 효율을 높이기 위하여 전 력변환 장치를 사용하기 시작하였으나, 국내에서는 이 분야의 기술력을 갖춘 기업은 많지 않고 향후 시장의 성장에 따른 기술력확보가 필요할 것으로 예상됨 변압기 세계 변압기 시장은 2012년 4조원 규모인 것으로 나타났으며, 2016년에는 4.6조원 규모 의 시장이 형성될 것으로 예상됨 풍력발전 시스템 중에서도 제어장치의 경우 대부분 가변속 속도제어를 사용하고 있고, 계통과의 친화성을 향상시키기 위한 무효전력 제어기능 등이 포함되어있으며, 이러한 기능이 탑재되어 발전장치의 제어, 전압제어, 계통에 대한 무효전력 보상 및 지원 등이 가능하게 함 풍력발전 부품 시장 진출 시 기술적 신뢰도가 우선되므로 기술력 평가가 중요함. 평가 는 세계 주요기관들의 인증과 풍력발전기 업체의 협력업체 등록여부로 판단하여야 하 며, 이러한 과정을 통하여 기술경쟁력이 강화 될 것으로 예상됨 [풍력발전기, 전력변환장치, 변압기 시장 현황 및 전망] (단위: 억원) 구분 년도 시장규모 연평균 성장률 CAGR(%) 발전기 국내 시장 전력변환장치 변압기 합계 , 발전기 38,658 34,701 40,936 38,790 43, 세계 시장 전력변환장치 56,301 50,538 59,619 56,494 63, 변압기 40,344 36,214 42,721 40,482 45, 합계 135, , , , , 출처: BTM Consult -A Part of Navigant - March 2013 (신규 설치용량을 금액으로 환산 1MW당 25억원, 풍력발전 시스템 중 해당부품가격비중을 곱해 시장산정)

167 에너지변환저장 - 풍력 - 풍력발전기 및 전력변환장치 연계장치 라. 공급망(분류)에 따른 분석 풍력발전기, 전력변환장치 연계장치 분야는 발전기, 파워컨버터, 변압기 등으로 공급망 이 이루어지며, 대기업과 중소기업이 혼재하여 참여하고 있음 대형 풍력발전기 및 전력부품, 파워컨버터 등은 해상용 풍력발전시스템 시장 확대에 따라 향후 5년간 성장성도 높고 수익성도 높은 고매력군으로 분류되지만 기술적으로나 제품적 특성상 중소기업 적합도가 낮아 중견기업의 육성이 필요한 분야임 발전기는 세계 10위권 시스템 제작사 중 5개사가 자체 제작하고 있으며, Enercon의 경 우 100%자체 제작 및 공급체계를 구축하고 있음 세계업체 및 제품현황 - 풍력발전기의 개발경향은 풍력발전 시스템의 급속한 대형화와 해상풍력발전 확대로 나눌 수 있음. 현재 제작업체별로 3MW급 (Vestas, Siemens, WindWind, GE Wind 등) 풍력발전시스템의 기술개발이 완료 되어 보급되고 있으며, 5~6MW급(Repower, Enercom, Multibrid, Bard 등) 풍력발전시스템의 시작품이 제작되어 실증 운전을 진행 하고 있음. - 차세대 대형 풍력발전기는 해상풍력발전 분야에 적용될 예정이며, 영국에서 10MW급 프로토타입 풍력발전기 개발을 진행하고 있음 - 기어박스가 없는 형식의 직접 구동형 풍력발전기에 대한 수요가 증가하고 있으며, 그 동안 독일의 Enercon이 유일하게 기어리스형 풍력발전기 제작사였으나 2009년에 중국 의 Goldwind사가 영구자석형 기어리스 풍력발전기(1.5MW)를 1,200대 이상 판매하여 세계 시장을 양분하고 있고, 2009년에 Siemens Wind에서 3MW 영구자석 형식의 기어 리스 풍력발전기를 개발하였음 유럽, 일본, 한국, 중국 기업들이 풍력 발전기 및 전력변환장치를 제작하고 있으며, ABB, Winergy, Ingeteam, Elin, VEM은 글로벌 공급체계를 갖추고 있는 반면, 대부분 의 중국 제작기업들은 자국의 풍력발전 시스템 제작기업에만 공급하고 있음 국내업체 및 제품현황 - 국내에서는 750kW급(유니슨), 1.5kW급(한진산업) 및 3MW급(두산중공업) 풍력발전시 스템 개발 및 실증이 완료되어 국제인증을 취득하였으며, 3MW 해상 풍력발전시스템 이 개발완료 되어 실증 진행 중임. 5MW급 초대형 해상풍력발전시스템은 효성에서 개 발을 진행하고 있음 - 현대중공업은 600kW 및 1MW급 발전기를 미쓰비시에 수출하고 있으며, 2.5MW급과 5.5MW급 대형풍력발전기를 개발중이고 변압기, 차단기 등을 주력으로 생산하고 있음

168 전략제품 - 효성에서는 5.9MW급 영구자석 동기발전기를 개발 중이며, 전력변환기, 변압기, 차단 기 등을 직접 생산할 수 있는 설비를 갖추고 있음 - 보국전기, 유니슨에서는 750kW급 기어리스 영구자석형 풍력발전기를 개발하였으며, 현대로템에서는 2MW 영구자석 발전기를 개발 중임 - 폴라스포는 2004년 750KW급 계통연계형 인버터 개발을 시작으로 LVRT기능을 포함한 2MW 계통연계형 전력변환장치를 생산하고 있음 - 한창트랜스포머는 난연성 식물성 절연유를 사용한 3000KVA급 변압기를 생산하고 있음 - 소형풍력발전기는 태창엔이티와 서영테크에서 1kW~500kW급 AFPM타입의 코어리스 발전기를 생산하고 있으며, 설텍은 500W ~ 50kW급 RFPM타입의 코어, 슬롯리스 발 전기를 생산하고 있고 금풍에너지는 200W ~20kW급 RFPM 코어발전기를 개발하여 생산중임 - 소형풍력발전시스템에 적용되는 계통연계형 인버터 제조업체는 DIK, 설텍, 스페이스원 으로 10kW이하 용량제품을 생산하지만 시장이 활성화 되지 않아 생산량이 많지 않음 공급망 현황 및 중소기업 참여정도는 아래와 같음. [공급망 분석 종합] 공급망 단계 발전기 전력변환장치 변압기 주요 제품/기술 발전기 설계/제조 기술 컨버터/인버터 기술 변압기설계/제조기술 해외 기업 ABB, Winergy, VEM, Ingeteam, Elin, Switch, Enercon, Yongji, Tianyuan, Potencia Industrial ABB, IDS, Winergy, PCS, Ingeteam, Switch, Emerson, Jiuzhou Electric, Beijing Corona ABB, Transfor, Siemens, SGB, UESA, Areva, GE, Sunten, Tianwei 국내 기업 현대중공업, 효성, 현대로템, 유니슨, 보국전기, 태창엔이티, 서영테크, 금풍에너지, 설텍 현대중공업, 효성, 플라스포, 설텍, DIK, 스페이스원 현대중공업, 효성, 한창트랜스포머 중소기업 참여정도 중소기업 시장점유정도 참여정도는 주요제품 시장에 참여하는 중소기업의 참여규모와 정도(업체수, 비율 등)를 고려하여 5단계로 구분 (낮은 단계:, 중간 단계(,, ) 높은 단계: ) 3. 기업니즈조사 풍력 발전기 및 전력변환장치 연계장치 분야에 종사하는 중소기업의 니즈분석을 통한 현황을 살펴보면, 다양한 중소기업들이 융합을 기반으로 하는 제품을 개발, 판매를 진 행하고 있음 - 구체적으로 영구자석동기식발전기, 계통연계형 인버터, 소형 풍력 운전 및 상태 감

169 에너지변환저장 - 풍력 - 풍력발전기 및 전력변환장치 연계장치 시 기술 및 전력변환장치 제어 기술, 유압 변압기, 몰드변압기, 친환경 변압기, 개폐장치, 대용량 영구자석동기발전기 단조품 또한 풍력 발전기 및 전력변환장치 연계장치와 관련하여 아래와 같은 기술 개발수요가 존재함 - 영구자석동기식발전기 제조기술, 고정자 권선 및 회전자 영구자석 설계 기술, 고효율 발전기 제조기술, 소형풍력발전시스템 출력 제어 기술, 풍력용 계통연계형 전력변환장 치 기술, 스마트그리드 및 마이크로 그리망 구축 및 운전기술, 소형풍력발전기 설계기 술(슬롯리스, AFPM, RFPM) 풍력 발전기 및 전력변환장치 연계장치 분야의 중소기업들은 시장진입을 위한 다양한 산업분야, 적용분야의 개발 계획을 가지고 있음 - 구체적으로 60kW급 풍력발전기, 자동전압변압기, 나노 복합 일체형 주상 변압기, 최적상태 구현 전력변환장치 및 모니터링 장치, 컨버터 보호 장치 등의 제품을 미 래에 생산할 계획을 가지고 있음 이를 위해 아래와 같은 내용의 기술 개발계획을 가지고 있음 - 간이 요/피치 제어기술, 컨버터 보호 장치 제조기술, 풍력발전기 생산 자동화 기술, 풍 력/태양광 하이브리드 시스템, 모바일 상태 모니터링 기술, 최적상태제어를 구현하는 전력변환 장치 및 모니터링 장치, 풍력발전기 운전 및 감시기술, 분산전원 계통에 필 요한 전력용 변압기술등이 있음 4. 요소기술 후보군 [요소기술 후보군] 중분류 요소기술 출처 이중여자 유도형발전기 제어기술 특허 고효율 영구자석형 동기식발전기 설계 및 제조기술 특허 소형풍력용 고효율 발전기 제조기술 기업니즈 차세대 풍력에너지 변환기술 특허 초전도발전기 설계 및 제조기술 발전기 초대형 해상풍력 발전기의 설계 기술 풍력발전기 신뢰성 향상기술 코깅토크 및 리플 저감기술 해상풍력발전기 시공 및 설치기술 특허 풍력발전기 지진회피 기술 저소음 소형풍력발전기 설계기술 대용량 영구자석형 발전기 단조기술 기업니즈

170 전략제품 중분류 요소기술 출처 전력변환장치 /연계장치 독립형 인버터/컨버터 설계기술 대용량 인버터/컨버터 설계 기술 고효율 계통연계기술 계통연계형 전력변환장치 기술 분산형 전원의 계통연계기술 고효율 에너지 저장기술 풍력발전용 변압기의 시공 및 유지관리기술 분산전원 계통에 필요한 전력용 변압기술 특허 특허 기업니즈 특허 특허 특허 기업니즈 5. 핵심요소기술 선정 전략제품 관련한 특허기술의 클러스터링을 통해 도출된 요소기술을 시장동향, 기술동 향을 고려하여, 의 합의로 요소기술을 조정함. [요소기술 조정 결과] 중분류 요소기술 출처 발전기 전력변환장치 /연계장치 이중여자 유도형발전기 제어기술 고효율 영구자석형 동기식발전기 설계 및 제조기술 차세대 풍력에너지 변환기술 초전도발전기 설계 및 제조기술 초대형 해상풍력 발전기의 설계 기술 풍력발전기 신뢰성 향상기술 코깅토크 및 리플 저감기술 해상풍력발전기 시공 및 설치기술 풍력발전기 지진회피 기술 대용량 영구자석형 발전기 단조기술 고속전환형 인버터/컨버터설계 설계기술 대용량 인버터/컨버터 설계 기술 소형 PMG 토크제어 인버터기술 계통연계형 전력변환장치 기술 분산형 전원의 계통연계기술 고효율 에너지 저장기술 변압기 역률보상 제어기술 풍력발전용 변압기의 시공 및 유지관리기술 분산전원 계통에 필요한 전력용 변압기술 특허 특허 특허 특허 기업니즈 특허 기업니즈 특허 특허 특허 기업니즈

171 에너지변환저장 - 풍력 - 풍력발전기 및 전력변환장치 연계장치 도출된 요소기술의 범위와 수준, 중소기업 적합성과 시급성 등을 고려하여 요소기술명 을 보완함. - 선정위원회를 통해 필요에 따라 요소 기술 명칭을 일부 수정하였고, 중복된 요소 기술 은 통합하고 반드시 필요한 기술을 추가함. - 대부분의 소형풍력발전기의 발전기형식은 영구자석형 동기식 발전기를 사용하므로 요 소기술 후보 중 소형풍력용 고효율발전기술은 고효율 영구자석형 동기식 발전기 설계 및 제조기술로 통합하였음 - 소형풍력발전기의 소음원인이 전압리플에 의한 것이고 초기기동향상을 위한 코깅토크 저감기술은 필수적이기 때문에 요소기술후보 중 저소음 소형풍력발전기 설계기술은 코깅토크 및 리플저감기술로 통합하였음 - 독립형 인버터/컨버터 설계기술은 오해의 소지를 없애기 위하여 구체적 기술인 고속 전환형 인버터/컨버터 설계기술로 명칭을 변경하였음 - 소형 PMG토크제어 인버터 기술은 제어장치와 인버터기술의 통합개념이며 태양광 인 버터의 MPPT제어와 차별되는 풍력발전용 인버터로 발전기 토크제어기능을 포함하여 추가로 선정하였음 핵심기술 선정 - 조정된 요소기술과 기술 시장 동향분석 및 기업니즈조사 결과를 기반으로 핵심요소 기술 선정위원회를 통하여 중소기업에 적합한 핵심기술 선정 - 핵심기술 선정은 기술성(10), 시장성(10), 중소기업성(10), 정책적 부합성(5)을 고려하여 평가됨. 기술성은 기술성장성(5), 기술수준(5)으로, 시장성은 시장규모(5), 시장 성장성(5) 으로, 중소기업성은 중소기업 참여정도(5) 및 중소기업 진입장벽 정도를 고려하여 평가 [핵심요소기술 선정결과] 중분류 요소기술 고효율 영구자석형 동기식발전기 설계 및 제조기술 발전기 초전도발전기 설계 및 제조기술 코깅토크 및 리플 저감기술 고속전환형 인버터/컨버터설계 설계기술 전력변환장치 연계장치 소형 PMG 토크제어 인버터기술 계통연계형 전력변환장치 기술

172 전략제품 6. 로드맵 기획 가. 연구개발 목표 설정 [선정된 핵심요소기술에 대한 연구 목표] 공급망 또는 중분류 발전기 전력변환장치 /연계 장치 핵심요소기술 기술요구사항 고효율 영구자석형 동기식발전기 설계 및 제조기술 개발 목표 최종 목표 1차년도 2차년도 3차년도 코어형 발전기변환 효율/슬롯리스 발전기변환효율 93%/80% 94%/85% 95%/90% 코어타입 95%이상/슬롯리스 90% 이상 초전도 발전기 설계 및 제조기술 발전기 용량/ 변환효율 100kW/95% 1MW/96% 5MW/96% 5MW/96% 이상 코깅토크 및 리플 저감기술 코깅토크/리플율 200Nm/20% 150Nm/15% 100Nm/10% 100Nm이하/10% 이하 고속전환형 인버터/ 컨버터 설계기술 변환효율/스위칭시간 90%/1ms 91%/10ms 93%/20ms 93%이상/20ms 이하 소형 PMG토크제어 인버터기술 토크제어오차범위/조 화왜곡율 ± 30%/3% ± 20%/2% ± 10%/1% ±10%이내/ 1% 이하 계통연계형 전력변환장치기술 정격전력10% 이하 구간발전효율/ 정격변환효율 70%/95% 80%/96% 85%/97% 85%이상/97% 이상 나. 로드맵 작성

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174 수소연료전지 전략분야 현황분석

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176 전략분야 수소연료전지 1. 개요 가. 정의 및 범위 - 정의 : 수소(천연가스, 메탄올 등을 연료로 수소 발생 가능)가 가진 화학에너지를 산소(공기)와의 전기화 학반응에 의해 전기에너지로 직접 변환하는 발전장치로 전기와 열을 동시에 생산하는 기술 - 범위 : 작동온도에 따라 고온형 연료전지와 저온형 연료전지로 구분할 수 있으며, 전기를 생산하는 연 료전지 스택부와 전력변환기, 제어부를 포함하는 전기적 주변장치, 그리고 공기 및 연료 공급기 및 열교환기 등을 포함하는 기계적 주변장치로 이루어진 분야를 포함 연료(수소, 메탄올, 석탄, 천연가스, 석유, 바이오매스 가스, 매립지 가스 등)의 화학에너 지를 전기화학반응에 의해 전기에너지로 직접 변환하는 발전장치로서, 현존하는 가장 높은 발전효율 그리고 공해물질 배출을 줄이면서 전기와 열을 동시에 생산하는 기술 [연료전지 발전시스템 구성도] 연료로 사용되는 수소를 제조하는 기술로 천연가스(바이오매스, 매립지 가스 등의 신재 생 연료 포함)의 직접분해 등 화석연료이용 수소제조 기술개발과 물전기분해, 원자력의 폐열을 이용하는 원자력 수소 기술개발로 구분 특히, 연료공급 방식에 따라 탄화수소 연료를 직접 연료전지에 공급하여 스택 내부에 서 수소를 생산하는 내부개질 (Internal Reforming)하는 방식과 수소를 스택 외부에서 생산하여 스택에 공급하는 외부개질 (External Reforming) 방식으로 구분

177 에너지변환저장 - 수소연료전지 연료로 수소를 직접 사용할 경우, 수소를 저장하는 방식에 따라 고압기체 및 저온액체 수소저장 기술과 화학적 수소화합물(chemical hydride), 금속수소화물(metal hydride) 기술 등으로 나눌 수 있음 특히, 수소 이용 기술의 핵심인 연료전지의 종류별로는 고온형 연료전지로 MC- FC(Molten Carbonate Fuel Cell, 용융탄산염 연료전지), SOFC(Solid Oxide Fuel- Cell, 고체산화물 연료전지), 저온형 연료전지로 PAFC (Phosphoric Acid Fuel- Cell, 인산형 연료전지), PEMFC(Proton Exchange Membrane 혹은 Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell, 고분자전해질 연료전지), DMFC(Direct Methanol Fuel Cell, 직접메탄올 연 료전지), AFC (Alkaline Fuel Cell, 알칼리 연료전지)가 있음. 이외에 최근 MEMS 기술 등을 활용한 극소형 Micro-fuel cell(마이크로 연료전지) 등이 포함됨. [연료전지의 분류] 구분 알칼리 (AFC) 인산형 (PAFC) 용융탄산염 (MCFC) 고체산화물 (SOFC) 고분자전해질 (PEMFC) 직접메탄올 (DMFC) 전해질 수산화칼륨 (KOH) 인산 (H3PO4) 탄산염 (Li 2 CO 3 +K 2 CO 3 ) 지르코니아 (ZrO 2 +Y 2 O 3 ) 이온교환막 이온교환막 촉매 니켈 백금 페로브스카이트 (Perovskite) 니켈 백금 백금 동작 온도 ( ) 효율 (%) , < 40 용도 우주발사체전원 중형건물 (200kW) 대용량 발전 (100kW~MW) 소 중 대용량 발전 (1kW~MW) 수송용 가정용 휴 대용(1~10kW) 휴대용 (1kW이하) 선진 수준 우주선 200kW MW이상 MW이상 1~10kW 보급중 500W 국내 수준 - 50kW 250kW 1kW 3kW 50W * 자료 : 에너지관리공단 신 재생에너지센터 홈페이지( 에너지 나투라(주) 홈페이지( 신재생 에너지 백서 * 주 : 알칼리형 연료전지(AFC, Alkaline Fuel cell) 인산형 연료전지(PAFC, Phosphoric Acid Fuel cell) 용융탄산염 연료전지(MCFC, Molten-Carbonate Fuel cell) 고체산화물 연료전지(SOFC, Solid Oxide Fuel cell) 고분자전해질 연료전지(PEMFC, Polymer Electrolyte Membrane Fuel cell) 직접메탄올 연료전지(DMFC, Direct Methanol Fuel cell) 활용기술별로는 수소제조기술, 수소저장기술, 그리고 수소이용기술인 연료전지 기술로 전극, 전해질, 분리판 등을 제작하는 소재 및 제조공정 기술, 스택 설계 및 제작 기술, 시스템 설계 및 운전기술 등이 포함됨

178 전략분야 [응용제품별 연료전지 구분] 종류 크기 대상 연료전지 이동형 10 W 이하 DMFC, μ-연료전지 수 W ~ 수백 W DMFC, PEMFC 분산형 1kW ~ 수십 kw PEMFC, SOFC 수백 kw ~ 수 MW PAFC, MCFC, SOFC 중앙집중형 수백 MW MCFC, SOFC [연료전지의 종류 및 응용분야] 나. 주요 제품 수소에너지 분야는 제조의 경우 정유사, 저장은 가스회사 등을 중심으로 산업적 파급 효과가 큰 영역이며, 연료전지 자동차를 위한 수소충전소(Hydrogen station) 등은 공적 기반시설의 성격이 강하여 중소기업의 참여가 쉽지는 않을 것으로 판단됨. 수소 제조 및 저장 부분에서 중소기업이 접근하기 용이하며 산업적 파급효과가 큰 분 야로 이동형, 특히 휴대연료전지 전원에 적합한 수소 및 연료저장 기술과 연료전지 자 동차를 위한 고압기체 및 저온액체 수소저장 기술을 들 수 있음. 수소에너지 이용 기술로 저탄소 녹색성장에 부합하는 청정 및 효율 관점에서 가장 우 수한 발전기술이 연료전지 기술로 적용분야에 따라 저온연료전지와 고온연료전지로 다 음과 같이 주요 제품군을 분류할 수 있음

179 에너지변환저장 - 수소연료전지 [수소에너지 분야별 주요 핵심기술] 제 조 저 장 이 용 중 단기 (10년이내) 장 기 (10~20년후) 천연가스 직접분해 등 고압기체 수소저장 연료전지 기술 화석연료에서 수소제조 저온액체 수소저장 물의 전기분해 화학적 수소저장 프리피스톤 수소기관 발전시스템 열화학적 수소제조 수소 저장합금 이용 수소-천연가스 중대형 동력시스템 생물학적 수소제조 탄소나노소재 이용 저장합금 이용 히트펌프 광촉매 이용 수소제조 대분야 저 온 연 료 전 지 중분야 공기극 연료극 스택부 전해질 분리판(연결재) Electrical BOP Mechanical BOP [주요제품 분류표 (저온연료전지)] 소재/부품 백금(Pt), Pt/C, 기타 백금계 합금계열 등 백금(Pt), Pt/C, 기타 백금계 합금계열 등 세부 제품 나피온계열 프로톤전도체, 이외 인산을 담지 하는 고온고분자계열의 프로톤 전도체 등 카본계, 카본/고분자 복합체 또는 기타 Ferritic steel 금속계 AC-DC 변환기, DC-DC 변환기, 각종 센서, 전자 제어기, 제어 프로그램 Blower, 연료펌프, 열교환기, 개질기(reformer), 탈황기, 불순물 제거기(미분입자 등) 장비 나노분말(촉매) 제조 설비, 스크린 프린 터, 나노분말 분산장비, 건조로, 자동화 이송설비, 자동화 코팅설비, 금속 및 탄소계 분리판 성형장비 등 AC impedance, 전자회로 검사 장비 등 유량 분석장비, GC, 적외선 열분석 장 비 등 대분야 고 온 연 료 전 지 중분야 공기극 연료극 스택부 전해질 분리판(연결재) Electrical BOP Mechanical BOP [주요제품 분류표 (고온연료전지)] 소재/부품 니켈, 페로브스카이트 산화물 등 니켈 또는 페로브스카이트 산화물 세부 제품 산소이온 또는 프로톤전도성 산화물 또는 이 온 전도성 용융염 Ferritic steel AC-DC 변환기, DC-DC 변환기, 각종 센서, 전자 제어기, 제어 프로그램 Blower, 연료펌프, 열교환기, 개질기(reformer), 탈황기, 불순물 제거기(미분입자 등) 장비 테이프 캐스팅 설비, 소성로, 스크린 프린터, 분말 혼합기(Mixer), 탈포기, 건조로, 자동화 이송설비, 자동화 용접 설비, 금속판 성형장비 등 AC impedance, 전자회로 검사 장비 등 유량 분석장비, GC, 적외선 열분석 장 비 등 연료전지 종류들 중 기술적 성숙도 즉, 상용화에 근접한 기술들을 살펴보면 분산발전 용(300~1MW급) 용융탄산염 연료전지, 자동차용(100~200kW급) 고분자전해질 연료전지, 가정용(1~3kW급) 고분자전해질 또는 고체산화물 연료전지, 휴대전원용(수십 W급) 직 접메탄올 연료전지 등으로 구분할 수 있음

180 전략분야 - 인산형 연료전지는 내구성은 우수하지만 가격과 효율 면에서 기존 내연발전장치에 뒤 지는 것으로 평가되며, 기타 연료전지 들은 아직은 가격 및 내구성 면에서 개선의 여 지가 있는 상황임. 구 분 연 료 인산 (PAFC) 수소, LNG, LPG, 메탄올 [적용 분야별 다양한 연료전지 종류] 용융탄산염 (MCFC) 수소, LNG, LPG, 메탄올, 석탄가스 고체산화물 (SOFC) 수소, LNG, LPG, 메탄올, 석탄가스 고체고분자 (PEMFC) 수소, LNG, LPG, 메탄올, 가솔린 직접메탄올 (DMFC) 운전온도 용 도 분산형 분산형, 중앙집중형 분산형, 중앙집중형 실용화시기 (국 내) 1999년 년 (2020년) 2015년 (2020년) 수송용, 이동용, 분산형 2015년 (2015년) 메탄올 이동용, 초미세전원 2015년 (2015년) 분산발전용(300~1MW급) 용융탄산염 연료전지, 자동차용(100~200kW급) 고분자전해질 연료전지, 가정용(1~3kW급) 고분자전해질 연료전지 제품은 스택, 전기적 BOP, 기계적 BOP로 구성되며 전체 시스템 중에 스택내 구성요소 소재(각각 공기극, 연료극, 전해질 또는 MEA 및 개질촉매) 양산이 중소기업에 적합한 분야임. 그러나 소재 개발 역시 전 체 시스템 개발과 병행되어야 하기 때문에 중소기업 단독으로 접근하기에는 위험부담 이 큼. 따라서 대기업 및 정부출연연, 대학 등과 공동연구 방식의 연구개발이 병행되어 야 할 부분임. 휴대전원용(수십~수백 W급) 연료전지는 기존 직접메탄올 연료전지를 중심으로 개발되 어져 왔으나 최근 마이크로 개질기와 PEMFC 또는 개질기 일체형 SOFC, 그리고 화학 적 수소 저장과 PEMFC 등과 같은 다양한 시스템이 개발되고 있음. 이동용 및 휴대전원 분야는 IT 산업이 발달한 우리나라에서 중소기업이 접근하기 좋은 제품으로 민수용뿐만 아니라 군용 수요가 다양하고, 가격에 있어서 제약을 크게 받지 않아 중소기업의 기술개발 제품으로 가장 적합한 것으로 판단됨. - 이동형전원 : IT기기(휴대폰, PDA, 노트북), 캠코더, 가전제품 등 - 수송용 및 군용 : 무공해 연료전지 자동차, 로봇, 병사용 전원 등 2. 산업현황분석 - 고에너지 밀도화, 소형화 및 저가격화 노력을 통해 배터리 이상의 성능과 활용도를 높이는 집중이 필요 - 연료전지 산업은 다양한 산업의 특징을 복합적으로 갖고 있는 응용산업으로 스택, 전기적 BOP, 기계적 BOP 등으로 구성되며, 기계 화학 전기 전자 재료 등 다양한 전문기술과 지식의 융합이 요구됨

181 에너지변환저장 - 수소연료전지 가. 환경분석 (1) 정치(Politcs) 촉진 요인 녹색성장을 바탕으로 하는 정부의 신재생에너지 장려 정책으로 연료전지 산업 육성 의 지가 높음. 정부의 확고한 친환경 녹색성장 기조를 바탕으로 관련 산업의 육성을 추진하고 있으며, 대기업도 투자 및 수출 주력 산업화에 노력하고 있음. 연료전지를 통한 고효율 및 청정 발전으로 저탄소 녹색 발전 구현 기후변화협약 대응 기술력 확보 요구 - CO 2 저감효과 및 SOx, NOx 등 공해요인 발생 저감 저해 요인 정부의 일관성 있고 지속적인 지원제도 추진 미흡 및 이로 인한 사업 리스크로 중소기 업 참여 미진 신흥경제개발국 중에서 특히, BRICs(브라질, 러시아, 인도, 중국) 국가들의 경제개발을 통한 막대한 에너지 소비와 함께 에너지가격 상승으로 이어지는 고가의 청정발전 외면 선진국 조차 각국 제조 산업 및 에너지 산업의 입장차이로 기후변화협약에 대한 강력 한 준수 협의 도출 난항 휴대용 연료전지의 경우, 메탄올 및 에탄올 연료의 저장, 유통과 같은 각종 제도 개선 이 필요함. (2) 경제(Economical) 촉진 요인 최근 도심 전력 수요의 증가로 분산발전(Distributed Power Generation)이 집중조명을 받으면서 전력변환 효율이 높고 내연기관 발전장치 대비 환경친화적인 고온 발전용 연

182 전략분야 료전지(MCFC / SOFC)에 대한 시장진입 장벽이 완화되고 있음 소형 및 휴대전원 적용분야의 경우, 다양한 기능의 전자제품들이 휴대폰, PDA 등 IT 기기들과 기술적 융합을 이루고 있음. 또한 현대전에 동원되는 각종 전자장비 기능이 고성능화 복잡화되면서 고전력밀도의 민수용 군사용 휴대전원(potable power generator)에 대한 수요 증가 저해 요인 발전용 연료전지의 경우, 내구성(4만시간 이상) 및 시스템 가격(달러1,500/kW)이 확보 되지 않은 상황이며, 연료로 주로 사용되는 천연가스(LNG) 가격이 높아 국내 발전단가 를 맞추기 어려운 실정임. (3) 사회(Social) 촉진 요인 최근 스마트폰이 대중화되면서 통화, 정보검색, 채팅(트위터)과 같은 다양한 이용법이 확산되어 보다 오래 지속되는 배터리의 요구 증가 - 배터리는 용량을 늘리기 위해서 크기의 확대가 필요하나, 연료전지의 경우, 연료공급 만으로 시간 공간에 구애받지 않고 이용 가능 군용의 경우에도 차세대 군전력 증강의 상당 부분이 전자 장비에 의존하게 됨에 따라 군사용 휴대전원에 대한 요구가 증가하고 있음 년경 전투요원 개인이 필요 로 하는 에너지가 6kWhr/kg이므로, 기존 배터리는 에너지 밀도 즉, 연속 운전 측면에 서 한계(200Whr/kg 미만)가 있음. - 미래 군사용 전원으로 휴대용 연료전지의 수요가 더욱 증가할 것으로 예상됨 기존 배터리 시스템을 대체할 새로운 소형 전력원으로 소형 연료전지 시스템에 관심이 집중되고 있음. 저해 요인 공해물질(SOx, NOx) 발생으로 인한 화석연료를 이용한 내연기관 발전에 대한 거부감, NIMBY 현상으로 대형 발전소 건설 어려움. 기존 배터리 기술의 발전 및 IT 기기의 저전력화로 대체 대용량 전원 수요가 감소됨에 따라 여러 IT 기기들의 융합(스마트폰)으로 휴대전원도 동시에 수요 감소

183 에너지변환저장 - 수소연료전지 (4) 기술(Technological) 촉진 요인 각종 IT 기기 관련 산업 기반이 우수하고 소형화 및 나노 기술의 발달과 함께 MEMS 등의 다양한 소형화 기술 발전으로 휴대용 연료전지 시스템 기술 개발 가능성 커짐. DMFC, PEMFC, 마이크로 SOFC 등과 같은 다양한 연료전지에 대한 휴대용 전원으로 의 개발 진행 연료전지 시스템에 대한 소형화(miniaturization)가 동시에 진행됨으로써 휴대용에 적합 한 시스템으로 발전. 또한 1회 연료 충전으로 장시간 사용이 가능한 높은 에너지밀도 의 연료 사용이 가능함. DMFC 이외에 다양한 연료전지(PEMFC와 SOFC) 기술의 발전 고출력/고에너지밀도를 요구하는 차세대 민수용 군사용 휴대전원 기술개발을 위하여 디젤, 가솔린, 에탄올과 같은 고에너지밀도 연료와의 연계운전에 적합한 연료전지를 개 발하고, 이를 소형화함으로써 휴대용으로 적합한 연료전지 시스템을 구현하는 기술개 발이 진행되고 있음. 발전용 연료전지의 경우, MCFC는 액체전해질을 사용하기 때문에 증발 및 부식에 의한 전해질 소모로 내구성을 확보하기 쉽지 않은 상황이지만 작동온도의 저하 (580 이하 운전) 등으로 스택 수명연장을 추진 중임. SOFC는 구성요소 소재에 의한 내구성의 제약은 없지만 고온의 제조공정 및 높은 작동 온도 때문에 대면적 스택을 제조하기 어려우나 현재 SOFC 작동온도를 700 미만으로 낮추는 노력과 대면적화 및 모듈화에 대한 연구개발로 조만간 기술적 문제점들을 해결 할 수 있을 것으로 전망됨. 저해 요인 선진기업과의 가격경쟁/기술격차가 심화되고 있으며, 상용화를 위한 가격 및 내구성 목표를 맞추기 위하여 새로운 재료에 대한 탐색이 필요. - DMFC의 경우, 사용 백금량을 저감해야 하며, 메탄올 cross-over를 통한 내구성 감소 를 극복해야 함. - PEMFC는 전기를 발생시키는 핵심부품인 막-전극 접합체(MEA) 의 내구성 문제를 해 결해야 함

184 전략분야 - SOFC의 경우, 초기 시동시간 단축 및 on-off에 따른 열사이클 충격 저항성을 개선해 야 함. [연료전지 분야의 PEST 분석] 구분 주요이슈 단기(3년이내) 중장기(4년이상) 비고 정치 (P) 촉진 저해 CO 2 저감 녹색성장 정책 원전증설 어려움 연료전지 사용을 위한 각종 제도 개선 상 중 하 상 중 하 이산화탄소 저감 계획 상 중 하 상 중 하 수소가스충전소 관련 규제 및 메탄올 연료 사용 등 각 종 제도 개선 경제 (E) 촉진 저해 전력난에 따른 분산발전 수요 증가 기존 발전장치와 의 경쟁 (가스터빈 등) 상 중 하 상 중 하 상 중 하 상 중 하 국내 전기에너지 소비량 증 가에 따른 전력 예비율 저감 대책 수소 생산 가격 및 기존 발 전장치와의 가격 경쟁 사회 (S) 촉진 저해 환경오염 (청정발전 기술) 기존 배터리와의 경쟁 (가격, 내구성 등) 상 중 하 상 중 하 고 효율 청정 분산발전 필요 상 중 하 상 중 하 기존 배터리의 기술적 진화 및 가격저감 기술 (T) 촉진 저해 고효율 복합발전 장치, 다양한 IT 기기를 위한 차세대 휴대전원 필요 가격저감 및 내구성 확보 필요 상 중 하 상 중 하 상 중 하 상 중 하 복합 IT 기기를 위한 고 에 너지밀도 휴대전원 필요 시장진입을 위한 가격저감 및 내구성 확보 필요 나. 산업특징 및 구조 (1) 산업의 특성 분산발전용 연료전지 분야는 기존 화력발전소에 비해 청정 / 고 효율 발전장치로 경쟁 기술은 가스터빈을 들 수 있음. 분산발전용 연료전지는 스택부, 기계적 BOP(Mechanical BOP, M-BOP), 그리고 전기적 BOP(Electrical BOP, E-BOP)로 구성됨. 특히, 스택 이외에 M-BOP에 해당하는 개질기, 연료펌프, 공기/연료 블로어 그리고 E-BOP 내 각종 센서, 컨버터, 제어 소프트웨어 등 이 핵심기술 임. 휴대용 연료전지 분야는 기술집약적인 산업에 해당되며, 경쟁기술은 배터리 산업으로 민수용 및 군용 모두 적용 가능한 기술에 해당함

185 에너지변환저장 - 수소연료전지 휴대용 연료전지 분야를 구성하고 있는 시스템은 구성 기능 기준으로, 스택, 전기적 BOP, 기계적 BOP로 구분 - DMFC는 DMFC 단전지로 구성된 스택 부분 이외에, 기계적 BOP에 해당하는 메탄올 저장부와 연료를 연료전지 스택에 공급하는 마이크로 펌프, 공기를 공급하는 소형 blower 등으로 구성되어 있으며, 전기적 BOP 부분은 DC-DC 변환기 및 각종 센서를 포함하고 있음. - 마이크로 개질기와 PEMFC 또는 개질기 일체형 SOFC로 구성된 휴대용 연료전지 시스 템은 수소제조 개질기술, 탈황기술, 열관리기술, 촉매연소기술, 물관리기술 등이 요구됨. 연료전지 분야를 구성하고 있는 산업은 1 금속 및 세라믹 분말 소재, 분리판 성형을 위한 금속 박판 소재, 메탄올 및 에탄올 등 연료 합성 산업, 연료 불순물 제거를 위한 정제산업 등이 전방산업, 2 연료전지 제조 공정, 검사, 자동화 설비, 분석, 검사 장비 등 연료전지 산업, 3 전력변환기, 각종 센서 산업, 제어를 위한 프로그램 산업(배터리 하이브리드 기술 포함) 등의 전기적 BOP 산업과 연료펌프, 각종 blower, 열교환기, 열 차단 packaging산업 등의 기계적 BOP 산업이 연료전지 후방산업으로 구분할 수 있음. [연료전지 중심의 연관 산업 구조] 연료전지 산업은 다양한 산업의 특징을 복합적으로 갖고 있는 응용산업으로 기계 화 학 전기 전자 재료 등 다양한 전문기술과 지식의 융합이 이루어지고 있음. - DMFC을 이용한 휴대전원 산업의 발전은 MEA 관련 소재 산업과 소형화 산업 등으로 구성 - 마이크로 개질기와 PEMFC, 개질기 일체형 SOFC을 이용한 휴대전원 산업의 발전은 탄화수소를 이용한 수소제조 산업, MEA관련 소재산업, 소형화 산업 등으로 구성 - 수소화합물(chemical hydride)과 PEMFC을 이용한 휴대전원 산업은 수소 저장 산업, MEA 관련 소재 산업, 소형화 산업 등으로 구성 - 스택 산업은 전극, 전해질, 분리판과 같은 소재산업 부분과 열관리 및 가스 분배를 위 한 시뮬레이션 산업 부분으로 구성

186 전략분야 (2) 산업구조 소재산업 부분의 경우, 각 구성요소 소재를 양산하는 산업과 각 구성요소 소재를 최적 으로 조합하여 단전지를 제조하는 MEA 산업으로 구분 소재산업의 경우, 국내시장이 협소하여 많은 기업들이 참여하고 있지는 않으나 고분자 연료전지용 촉매, 가스확산층, MEA 등을 개발하여 시험 생산하는 업체들이 점차 확대 되는 추세임. 현재 PEMFC 스택 기술 관련해서는 자동차용 연료전지 개발을 위해 현대 기아자동차 가 참여하고 있으며 하이스코, 포스코 파워사는 금속 분리판을 한국타이어는 복합탄소 분리판을 개발하고 있으며 분리판은 다양한 회사들이 자체적인 기술을 개발하고 있음. 전극, 전해질 소재 관련해서는 SK, 삼성전자 및 다양한 기업들이 개발에 참여하고 있 음. PEMFC 및 DMFC 전체 시스템에는 대기업 삼성전자, 포스코파워, 효성, 하이스코, 현대 기아자동차가, GS 칼텍스, 그리고 중소기업으로는 오선텍, GS퓨얼셀, 퓨어셀파워 등이 수요업체 및 일부 서플라이 체인에 포함 스택의 경우, 대기업은 하이스코, 현대 기아자동차, GS 칼텍스, 중소기업으로 퓨얼셀파 워, 씨엔엘 등이 시장에 참여하고 있으며, 연료변환기에는 한국가스공사가 그리고 기계 적 BOP(M-BOP)는 경동나비엔, 귀뚜라미보일러, 마이크로필터, 명화공업, 헬코파워 등 의 다수의 중소기업이 포함되어 있음. 전기적 BOP(E-BOP)의 경우 다스테크, 벡셀, 플 라스포 등 역시 다수의 중소기업이 서플라이 체인에 포함 MCFC 및 SOFC 스택 기술 관련해서는 분산발전용 연료전지 개발을 위해 포스코, 삼 성SDI, 두산중공업 등이 참여하고 있으나, 역시 분리판 외 구성요소 소재산업은 취약한 상태임. 휴대용 전원 역시 같은 SOFC 기술이 사용되며, 개질기 및 소형화 부분이 핵심 연구 및 개발 영역임. MCFC 및 SOFC 전체 시스템의 수요업체겸 일부 공급망에 포함된 업체로는 삼성전기, 삼성SDI, 포스코(포스코에너지), 한국전력공사 등이 그리고 중소기업으로는 K-being에 너지 등이 사업을 진행 스택 분야에서는 삼성전기, 삼성SDI, 포스코, 한국전력공사 등, 그리고 E-BOP에는 다스 테크, 벡셀, 삼성엔지니어링, 삼천리, 포스코, 포스코파워, 퓨어셀파워, 한국가스공사 등, 마지막으로 M-BOP의 경우, 삼성엔지니어링, 포스코에너지, 포스콘, 효성중공업, K-being 에너지 등이 있음

187 에너지변환저장 - 수소연료전지 주로 중소기업들은 스택 부분의 MEA 개발과 전기적 BOP 부분의 소형 DC-DC 변환기 개발과 기계적 BOP 부분의 소형펌프 및 blower 개발 참여 [PEMFC 분야의 공급망 분석 및 주요업체] 주요내용(설명) 대기업 주요업체 중소기업 구성요소 소재 스택 M-BOP E-BOP 연료전지 단전지(MEA)와 분리판을 제조하는데 소요되는 각종 소재 및 부품 삼성전자, SK, 삼성SDI, 한국타이어, LS산전, 효성 등 대주전자재료, 경동나비엔, 오선텍, 희성촉매, 백셀, 대양산업, 동아화성, 승림카본금속, 퓨얼셀파워, 창성, GS퓨얼셀 등 연료전지 단전지 및 분리판을 적층하여 연료공급 및 전기발전을 이루는 집합체 삼성전자, 효성, 현대 기아자동차 오션텍, 퓨얼셀파워, GS퓨얼셀, GS칼텍스 연료공급부, 열관리부, 물관리부 등 연료전지 스택부에 연료 및 공기/열을 공급하는 주변장치 한국가스공사, 포스코에너지 등 경동나비엔, 귀뚜라미보일러, 마이크로필터, 명화공업, 오선텍, 헬리코파워, H&Power 등 연료전지 시스템 제어 및 발전된 전기를 계통에 연계시키는 주변장치 LG 산전 등 다스테크, 벡셀, 플라스포, 헬리코파워, 효성 등 [MCFC/SOFC 분야의 공급망 분석 및 주요업체] 주요내용(설명) 대기업 주요업체 중소기업 구성요소 소재 스택 M-BOP E-BOP 연료전지 단전지(MEA)와 분리판을 제조하는데 소요되는 각종 소재 및 부품 삼성SDI, 포스코에너지, 한국전력공사 등 대주전자재료, 엠스, 한창산업, 세라파워, CMTech, 대양산업, 동아화성 등 연료전지 단전지 및 분리판을 적층하여 연료공급 및 전기발전을 이루는 집합체 삼성전기, 삼성SDI, 포스코,에너지 한국전력공사 K-being에너지 등 연료공급부, 열관리부, 물관리부 등 연료전지 스택부에 연료 및 공기/열을 공급하는 주변장치 삼성엔지니어링, 포스콘, 효성중공업, 포스코에너지 등 경동나비엔, 귀뚜라미보일러, H&Power, K-being에너지 등 연료전지 시스템 제어 및 발전된 전기를 계통에 연계시키는 주변장치 삼성엔지니어링, 포스코에너지, 한국가스공사 등 다스테크, 벡셀, 푸얼셀파워, 삼천리 등 3. 시장분석 - 세계 연료전지 시장 규모는 2013년까지 약 212억달러 규모로 확대될 것으로 예상되며, 2020년에 400억 달러에 도달할 전망임. - 연료전지 업계에서는 발전용/건물용으로 미국, 일본, 유럽 정부를 중심으로 미국 FCE, 이탈리아 Ansaldo FuelCells, 일본 전력중앙연구소, 독일의 지멘스와 국내 포스코파워사, 두산 등이 개발에 박차 를 가하고 있으며, 자동차 수송용으로는 GM, 도요타, 선박용으로는 미국/일본/EU에서 관련 개발을 주 도하고 있음

188 전략분야 가. 시장현황 및 전망 연료전지는 대기오염 물질의 배출 및 소음발생이 없는 고효율 친환경 발전시스템으로 단기간에 늘어나는 전기 수요에 대응하는데 적합한 신 재생에너지로 각광받고 있음 2013년에서 2015년 기간 동안 연료전지 기술이 상용화될 것으로 예상됨. 세계 발전용 연료전지 시장은 2010년 기준 발전용 연료전지 시장이 4억 6,900만달러, 수송용 연료전지 시장이 2억 1,800만달러 규모로 추산됨. 일본 후지경제 1) 는 2025년 연료전지 세계 시장 규모를 47,439억엔(한화 약 693,226억원) 으로 예측하였으며, 2025년의 시장은 2010년(350억엔) 대비 약 135.5배의 시장을 형성할 것으로 예상됨. - PEMFC, SOFC, DMFC가 많은 분야에서 적용되고 있어서, 3가지 타입의 연료전지 시 스템이 본격적으로 보급되는 2025년에는 연료전지 전체 시장의 85% 이상을 차지할 것 으로 예측됨 - 특히, PEMFC는 수송용 연료전지로 사용되고 있어서, 산업경쟁력을 높이는데 중요한 역할을 담당할 것으로 예상됨 - SOFC는 산업 업무 분야에서 사용되고 있지만, 일본에서는 가정용으로 사용범위가 확 대될 전망임 - DMFC는 마이크로 전지 및 휴대용 연료전지에 많이 사용되고 있음 (단위 : 억엔) * 자료 : 후지경제 오사카마케팅본부 전지프로젝트, 2011년도 연료전지 관련 기술시장의 장래전망( 下 ), [연료전지 세계시장 전망] 1) 후지경제는 2011년 4월부터 9월에 걸쳐 PEFC, SOFC, DMFC 등 과 같은 주요 연료전지시스템과 관련하여 다양한 조사를 실시함. 연료전지 관련 세계 4대 시장인 일본, 아시아, 미국, 유럽 등을 중심으로 총 11개국을 조사 분석하고 이를 통해 연료전지 시스템 시장, 5개의 수요처(자동차, 주택, 업무 산업, 마이크로 FC, 기타)를 기반으로 한 주요 스택부품 시장 등 2025년까지의 연료전지 성장 추이를 예측함

189 에너지변환저장 - 수소연료전지 일본의 연료전지 관련 시장 규모가 가장 큰 것으로 나타났으며, 2025년에서는 시장 규 모가 13,072억엔에 이를 것으로 전망됨 - 특히, 일본은 PEMFC 시스템을 중심으로 성장하고 있고, 주로 가정용 연료전지로 시 장이 확대되고 있음 미국에서는 MCFC와 PEMFC 관련 시장이 형성되고 있으며, SOFC는 발전성능과 저가 생산의 잠재력이 높아 향후 지속적인 시장 성장이 예상됨 유럽에서는 SOFC 관련 양산계획이 진행되고 있으며, 다임러(Daimler) 社 의 연료전지자 동차 도입이 확대되면서 PEMFC 시장이 성장할 것으로 예상됨 - 특히, 후지경제는 유럽에서 연료전지 시장이 급격하게 성장하여, 2025년에는 2010년 대비 547.5배인 8,213억엔 규모가 될 것으로 전망하였음 [지역별 연료전지 시장 전망] (단위: 억엔) 구분 2010년 2015년 2020년 2025년 10년 대비 일본 124 1,208 6,673 13, 배 아시아(한국, 중국 등) ,871 4, 배 북미(미국, 캐나다 등) ,332 9, 배 유럽 ,092 8, 배 * 자료 : 후지경제 오사카마케팅본부 전지프로젝트, 2011년도 연료전지 관련 기술시장의 장래전망( 下 ), 후지경제는 주요 스택 중 PEMFC용 스택이 양적으로 가장 많이 성장할 것으로 전망하 였으며, 2025년에 PEMFC 시장 규모가 2,691억엔으로 예상하였음 - 연료전지 스택 시장은 연료전지자동차 시장과 연동하여 규모가 커질 것으로 예상됨 - 특히, PEMFC와 DMFC는 2010년(62억엔/21억엔) 대비 2025년 각각 2,691억엔, 979억엔 으로 약 40%이상 성장할 것으로 전망됨 (단위 : 억엔) * 자료 : 후지경제 오사카마케팅본부 전지프로젝트, 2011년도 연료전지 관련 기술시장의 장래전망( 下 ), [주요 스택 부품시장 전망]

190 전략분야 수소 스테이션은 연료전지자동차가 상용화되는 2025년 이후 본격적으로 보급될 전망임 - 현재, 수소 스테이션은 전 세계에 200개소 이상 설치되었으나, 대부분 연료전지자동차 의 개발을 위한 테스트용이므로 일반인은 이용할 수 없는 상황임 - 미국 캘리포니아에서에 설치된 24개소의 수소 스테이션 중 4개소는 일반인이 사용 가능함 - 이에 따라 미국 정부는 2011년부터 수소 스테이션을 추가로 건설 중에 있으며, 2015년 까지 일반인이 이용할 수 있는 수소 스테이션을 약 40개 정도 추가로 건설할 예정임 [수소 스테이션의 설치규모 전망] (단위 : 억엔) 구분 2010년 2015년 2020년 2025년 10년 대비 수소 스테이션 % * 자료 : 후지경제 오사카마케팅본부 전지프로젝트, 2011년도 연료전지 관련 기술시장의 장래전망( 下 ), 국가별로 차이가 있으나 연료전지는 가정용, 발전용, 수송용, 휴대용 순으로 상용화가 진행될 것으로 전망됨 발전용(고정형 및 가정용 포함) 연료전지 시장현황 및 전망 세계적으로 발전용 연료전지 보급은 2011년 약 54.6MW로 전체 연료전지 보급의 약 63%를 차지하였음 발전용 연료전지 보급은 최근 3년간 연평균 16% 증가하였으며, 2011년에는 2010년 대 비 29% 증가하였음 Fuel Cell Today* 에서는 2005년과 2011년 사이에 70만개 이상의 연료전지가 누적으로 판매되었고, 2015년까지 발전용과 수송형 부문 각각에서 25,000개 이상의 연료전지가 판매될 것으로 예상하였음 [애플리케이션별 판매용량 (MW)] * 자료 : FuelCell Today, 퓨얼셀투데이 산업 분석 2011 [지역별 판매용량 (MW)]

191 에너지변환저장 - 수소연료전지 건물용 연료전지 시장은 일본이 주도하고 있으며, 2007년 기준 세계시장은 일본이 80%, 미국이 15%를 점유하고 있는 것으로 추정됨 도시바, 파나소닉, ENEOS 셀텍* 등 연료전지 제조업체들과 신일본 석유, 동경가스, 오 사카가스, 동방가스 등의 석유 및 가스 기업들은 에네팜(ENEFARM) 이라는 공동 브랜 드를 만들고 2009년 5월 이후 본격적인 시판하고 있음 - 에네팜은 2011년 11,000대의 판매량을 기록하였으며, 2012년에는 약 15,000대 판매를 목표로 하고 있음 휴대용 연료전지 시장현황 및 전망 2003년 기준 전세계에 판매된 휴대용 연료전지 개수는 약 3,500대에 불과하였으며, 이 가운데 틈새시장인 비상 전원용, 군사용 등을 제외하면 IT 기기용 연료전지 시장은 아 직 열리지 않은 상태였음. 2003년 "노무라보고서"에 의하면 노트북을 포함한 IT 산업용 연료전지 세계시장은 2010 년에 약 7,000억원 정도이며, 2015년이 되면 2조 4,000억원으로 급증할 것으로 예상 기존 2차 전지에 대한 연료전지의 시장점유율은 2007년을 시작으로 지속적으로 증가해 2015년에는 2차 전지 시장의 40%로 전망 연료전지의 휴대용 전자기기 응용 시장 규모 예측치는 연평균 50%이상의 시장성장률 을 전망함. 특히 노트북 시장 응용에서는 80%이상의 높은 성장률로 직접 메탄올 연료 전지의 노트북 적용이 가장 활발할 것으로 예측 국내 시장규모는 2007년 세계시장의 1%(10억원) 규모에서 2010년은 7%(500억원), 2015 년 35%(8천 4백억원)를 점유할 것으로 예측됨. 2010년경에는 국내의 IT 기술 발전속도 에 대응하여 세계시장 점유율이 7%보다 커질 가능성이 높을 것으로 예상 시장 진입시기는 2013~2015년으로 예측되며, 국내 시장 규모는 2015년에 5,600~9,400억 원에 이를 것으로 예상됨. [휴대용 연료전지 현황 및 전망] (단위: 억원) 구분 년도 시장규모 성장률(%) (2011~2016) 국내시장 - 1,000 4,700 8,400 14, 세계시장 5,000 10,000 15,000 24,000 29, 자료 : Nomura(2003) 년 자료는 2011~2015 성장률을 바탕으로 추정함.

192 전략분야 [주요 제품별 시장현황 및 전망] (단위: 억원) 구분 년도 시장규모 성장률(%) (2011~2016) MEA 분리판 소형펌프 연료 카트리지 DC-DC 변환기 센서 국내시장 ,045 1,867 3, 세계시장 1,111 2,222 3,333 5,333 6, 국내시장 , 세계시장 556 1,111 1,667 2,667 3, 국내시장 , 세계시장 500 1,000 1,500 2,400 2, 국내시장 세계시장 ,200 1, 국내시장 세계시장 ,200 1, 국내시장 세계시장 ,200 1, 자료 : Nomura(2003) 년 자료는 2011~2015 성장률을 바탕으로 추정함. 메탄올을 이용하는 DMFC의 경우 국내기업에서 2008년부터 군용 연료전지를 미군과 협력 개발 중으로 최근 군용 신뢰성 규격 다수를 확보하고 현지에서 내구성 검증을 진 행 중임. - 또한 소형 카트용 연료전지 하이브리드 시스템을 개발하였으며, 2009년부터 스쿠터, 전동 지게차, 전동 카트 등에 시스템을 탑재하여 실증 중임. 메탄올을 이용하는 DMFC의 경우 삼성 SDI, (주)프로파워, 동진 세미켐 등의 기업, KIST, KIER 등의 출연기관, 그리고 여러 대학에서 DMFC 시스템, MEA 제조 기술, 촉 매 물질 개발과 관련된 기반 기술이 개발되고 있음. 최근에는 새로운 소재개발과 더불어 시스템 운용(연료공급, 열교환, Water Management, Hybrid 전원분배 방식 등)에 대한 설계 및 시스템의 내구성 평가에 대한 연구가 더욱 활발하게 진행되고 있음. 기존에 정부 과제로 MEA 개발, 5~200W급 휴대전원 시스템, 2kW급 연료전지 카트 개 발 사업이 진행됨. 삼성은 휴대용 연료전지 개발 및 미군과 협력하여 군용 연료전지를 개발 중으로 최근

193 에너지변환저장 - 수소연료전지 군용 신뢰성 규격 다수를 확보하고 현지에서 2011년 Field Test를 진행함. (주)프로파워는 소형 카트용 연료전지 하이브리드 시스템을 2006년부터 2009년까지 개 발하고, 2009년부터 실증 과제를 수행함(하이브리드 시스템 적용을 위한 차량은 스쿠터 3대, 지게차 2대, 전동 카트 1대). 첨단 병사용 휴대전원 및 무인정찰 보안 로봇용 전원 개발, Light Traction 전원, 소형 전자기기 충전용 고성능화 원천기술 개발이 요구됨. 2009년 10월에 일본의 Toshiba는 핸드폰, PDA 등 소형 전자기기를 충전할 수 있는 DMFC 충전기(Dynario)를 3,000대로 한정 판매하였으며, 생산 규모 확대를 준비 중임. 독일의 SFC Energy는 2011년 1월까지 20,000대의 DMFC 시스템(EFOY series)을 누적 판매하였고, 군사용 DMFC 전원(Jenny)도 DOD에 납품하고 있음. 또한 ESG사와 함께 1kW DMFC 시스템을 소형 하이브리드 전기차의 on-board 충전 시스템으로 생산할 예 정임. 미국의 Oorja protonics은 지게차용 1.5kW급 DMFC 시스템(OorjaPac)을 Nissan 등에 200대 이상 판매하였으며, 현재까지의 주된 용도는 물류 운반용 팔레트 트럭임. 현재는 5kW급 DMFC 시스템도 개발하여 소형 전기차(우편배달 전기차)용으로 DOE 지원 실 증 사업을 준비 중임. 수송용 연료전지 연료전지 자동차 선적(연구개발 및 실증연구을 위해 배로 선적된 시제품 및 리스판매 차량)은 1997년 6대로 시작하여 2009년 183대로 증가하였음. [선적된 년도별 연료전지 자동차 대수 (자국 실증차량 제외)] 년도 누적 선적(대) ,046 자료 : Fuel Cell Today, 2009 연료전지 차동차 시장은 2015년부터 형성될 것으로 보이지만 부품시장은 2007년 기준 4천억원 시장이 형성되어 지속적인 증가 추세임. 2) 2) Worldwide Fuel Cell Industry Survey (US Fuel Cell Council, 2007)

194 전략분야 NHA에 따르면 2008년 말 기준으로 미국에서는 61개소의 수소충전소(캐나다 포함시 76개소)와 190대의 연료전지자동차(수소내연기관 포함시 210대) 및 12대의 연료전지버 스가 운행되었음. EU의 경우 약 36개 주요 도시/광역권 중심으로 자체적인 계획을 수립하여 연료전지자 동차 시범운행을 추진하고 있으며, 완성차 업체가 없는 국가들에서 수소충전소는 구축 하였으나 연료전지자동차 도입의 어려움을 호소하고 있는 상황임. 일본 Economic Center에서는 2015년에도 기존의 가솔린 및 디젤차가 주류를 이룰 것 으로 예상하였음 연료전지자동차의 경우 2015년경에 양산될 것으로 예상되며, 유가상승 등 환경변화가 연료전지자동차 시장 형성의 주요 변수가 될 전망임 - 연료전지자동차는 2012년 72,000대, 2020년 120만대, 2030년에는 1,320만대가 생산될 전망임 삼성경제연구소에 따르면 수송용 연료전지 시장은 2012년 10.8억달러, 2020년 45억달러, 2030년에는 198억달러로 성장할 전망임 ~2020년까지 시장 진입이 서서히 이루어지고, 2020년 이후에는 시장이 점차적으로 성장할 전망임 파이크 리서치 社 는 2020년에 120만대의 연료전지자동차가 판매되어 시장 규모가 년간 169억달러가 될 것으로 예상하였음 미국 에너지부(DOE)는 고정형 및 수송용 연료전지 연구개발에 7,400만달러를 투자할 계획임 - 특히 전해질-전극 접합체(MEA; Membrane-Electrode Assemblies) 등 연료전지 구성요 소에 향후 3년 동안 6,500만달러를 투자할 예정임 - 또한, 연료전지의 경제성 및 기술적 개선사항들을 조사하고, 소형자동차와 지게차, 버 스, 고정식 발전소, 수소저장시스템 등에 적용할 수 있는 수소 관련 기술 연구에 900 만달러를 투자할 예정임 대부분의 자동차 제조업체들은 연료전지자동차의 초기 시장이 개시되는 시점을 2012~ 2015년 정도로 전망하고 있으며, 대규모 시장진입은 2020~2025년경에나 시작될 전망임 - 시장동향은 수소인프라 투자 여부에 따라 변동될 것으로 예상됨

195 에너지변환저장 - 수소연료전지 [연료전지자동차 개발 현황] 자동차 업체 차량 대수 개시년도 비고 Daimler Chrysler 10, 초기 시장 진입 2015 대규모 시장 진입 혼다 12, 소비판촉 50, 생산 개시 도요타 50, 초기 생산 현대 10, 상용화 개시 포드 소비판촉 GM 소비판촉 2025 대규모 시장 진입 * 자료 : Pauli Jumppanen, Global Fuel Cell Market Review & Trends, 년 선박용 보조전원 세계 시장 규모는 연간 11.6GW 정도이며 3) 소형 선박 등 레저 용 보조전원(APU)으로 연료전지가 적용되기 시작하여 연간 100%이상의 성장을 이루고 있음. 전 세계 선박용 보조전원 시장 규모는 연간 70GW 정도로 연료전지를 이용한 발전시 스템 필요성이 증대되고 있음. 독일선급은 현수준에서 선박용 연료전지 보조전원의 시장규모를 160GW로 전망하고 있으며, 핵심기술 확보시 연간 100조원 규모의 미래 선박엔진 시장 선점이 가능하다고 전망함. 자료 : Marine Propulsion Order Suvey, 2008 [전세계 선박엔진 시장] IMO(국제해사기구)는 해상의 온실가스 및 해양오염물(NOx, SOx, 및 분진) 배출 절감 을 위해 2013년, 2016년 관련 국제 규제를 시행 예정 3) Marine Propulsion Order Survey 2008, Diesel & Gas Turbine Worldwide

196 전략분야 EU에서는 FCShip, ZEMShip, FellowShip, Methapu Project를 2000년도 초반부터 진행 하여 현재 선박해양용 MCFC와 SOFC 시스템 개발의 기초 기술력을 확보한 상태임. [세계 연료전지 선박 개발 현황] Project 주관 개요 기간 타당성 평가 FCShip 일본조선 연구협회 선박용 연료전지 연구 EU 일본 유럽 선급 참여, 6개 국가, 21개 파트너 참여 개발 로드맵 작성 및 해상 연료전지 요구조건, 안정성 등 도출 연료전지 시스템의 경제적 및 환경적 잠재력 확인 IHI, 카와사키 중공업, 미츠비시 중공업 등 대부분 조선회사 참여 해상 연료전지 요구조건 도출 ZEMShip EU 독일 선급이 중심 승객 수 100명 규모의 Zero Emission Ship 개발(520만 유로) 수소 연료 사용/효율 40~50% 달성 FellowShip EU 노르웨이 선급이 중심 LNG 연료 기반 연료전지 (4MW) 선박시스템 기술 개발 시스템 개발 및 실증 Methapu SSFC EU 미국 FellowShip 프로젝트 기반 선박 보조전원용 시스템 개발 여객선, 자동차 운반선, 크루즈선 등의 보조전원용 연료전지 시스템 개발 유럽 선급의 공동 참여 미국 해군과 FCE사가 방위산업 과제로 수행 중(250만달러) 선박 추진전력용 연료전지 시스템 개발 미국 선급 참여 NYK Super Eco Ship 2030 일본 8000 TEU급 연료전지 컨테이너선의 개발 현존선고 비교하여 약 69%의 CO 2 배출저감효과를 가진 친환경 선박 개발 일본 선급의 적극적 참여 기타 - 스위스 : 소형 여객선 및 레저 보트용 연료전지 개발 아이슬랜드 : 어선 동력용 연료전지 추진선 개발 프랑스 선급을 주축으로 예인선 연료전지 추진 선박 개발 세계 연료전지 시장은 2014년까지 32,630억원 규모로 확대될 것으로 예상되며, 2017년 에 64,135억원에 도달할 전망임. 국내 연료전지 시장은 2014년까지 9,610억원 규모로 확대될 것으로 예상되며, 2017년에 36,770억원에 도달할 전망임. - PEMFC, SOFC, DMFC가 많은 분야에서 적용되고 있어서, 3가지 타입의 연료전지 시 스템이 본격적으로 보급되는 2025년에는 연료전지 전체 시장의 85% 이상을 차지할 것 으로 예측됨 - 특히, PEMFC는 수송용 연료전지로 사용되고 있어서, 산업경쟁력을 높이는데 중요한 역할을 담당할 것으로 예상됨 - SOFC는 산업 업무 분야에서 사용되고 있지만, 일본에서는 가정용으로 사용범위가 확 대될 전망임 - DMFC는 마이크로 전지 및 휴대용 연료전지에 많이 사용되고 있음

197 에너지변환저장 - 수소연료전지 전체 연료전지 시장 중 중소기업 적합 업종이 많은 휴대전원용 연료전지 시장에 대한 현황 및 전망을 예측하였음. [수소연료전지 시장현황 및 전망] (단위: 억원) 구분 년도 시장규모 연평균성장률(%) (2012~2017) 휴대용 연료전지 13,000 15,000 19,000 24,000 29,800 36, 세계 시장 MEA 2,760 3,330 4,150 5,330 6,640 8, M-BOP 1,700 2,160 2,740 3,480 4,420 5, 부품및소재 4,490 5,410 6,740 8,660 10,790 13, 휴대용 연료전지 1,000 3,800 4,700 6,300 14,300 17, 국내 시장 MEA 370 1,040 1,770 1,860 3,170 5, M-BOP ,220 2,110 3, 부품및소재 1,310 1,500 2,230 2,690 5,160 8, * 노무라 종합연구소 년 자료와 연평균 성장률을 고려하여 2017년 시장규모를 추정함. * Freedonia Group 년 자료의 SOFC 시장 중 10%를 M-BOP 시장으로 가정함. *MEA 및 부품소재 시장 중 세계시장은 휴대용 연료전지 시장의 연평균 성장률을 바탕으로 시장규모를 추정하고, 국내시장의 규모는 휴대용 연료전지의 국내시장 비중을 고려하여 추정함. * 부품 및 소재는 분리판, 소형펌프, 연료카트리지, DC-DC 변환기, 센서 포함 *1US달러=1,150원 가정 국내 IT 기반 산업이 많은 관계로 세계 연료전지 시장 보다 국내 연료전지 시장의 발 전 속도가 빠를 것으로 예측되며, 휴대폰, 노트북 등 다양한 전자기기로의 파급효과가 클 것으로 예측됨. 나. 무역현황 수소연료전지분야의 주요 수출입 품목은 촉매로 사용되는 백금 등이 있으며, 대체로 수 입에 의존하고 있는 것으로 나타남. [수소연료전지 전략분야 품목별 수출현황] (단위: 천달러) 품목 구분 수출현황 2,995 77,723 59,535 22,701 43,345 58, ,235 백금 수입현황 919,788 1,014,343 1,011, , , , ,092 무역특화지수 * 무역특화지수 = (상품의 총수출액 - 총수입액) / (총수출액 + 총수입액)

198 전략분야 다. 글로벌 수출입 유망품목 2012년 글로벌 수출입 유망품목은 국내외 수출입 규모와 성장률, 관세율, 특허출원동향 을 바탕으로 품목 경쟁력, 품목 유망성, 시장성, 기술성, 중소기업 적합성 등을 분석하 여 도출됨. 수소연료전지분야에서는 수출입 유망품목이 도출되지 않음. 라. 업체동향 - 발전용(고정형/가정용 포함) 연료전지 미국의 FCE 사는 CO 2 포집을 위한 화력발전소 연계형과 가스터빈 연계형 등의 MCFC 를 활용한 다양한 Hybrid 시스템을 통해 수요 확대에 주력하고 있음. MCFC- PSA Hybrid로 PSA에 의한 CO 2 포집과 H 2 분리 가능성 연구를 수행한 결과, CO 2 증가분을 35% 이내로 줄일 수 있다고 제시함. 이탈리아의 Ansaldo Fuel Cells 에서는 CO 2 포집을 위한 화력발전소 및 NGCC- (Natural Gas Combinded Cycle) 연계형 공정을 개발 중이며, NGCC에 MCFC- Oxy Hybrid 시스템을 적용한 결과, 발전량은 20~30% 증가되며, CO 2 포집율은 68% 였다고 발표함. 일본의 전력중앙연구소(CRIEPI)는 MCFC/Oxy-burner/GT Hybrid로 GT의 고효율 및 발전량 증가로 CO 2 회수 시스템 제시함. FCE사는 가스터빈의 통합 운전을 통한 고효율 발전 시스템(DFC/T,미국 FCE 社 )을 개 발하고, 실증을 완료하고 기존 시스템에 비해 10%이상 발전효율이 높은 기술을 개발 중임. MCFC 시스템 내에서 발생하는 가스로부터 순수한 수소를 분리하여 산업용 및 차량용 으로 공급하기 위한 DFC/H 발전 시스템을 확장하여 개발 중이며, 발전을 통한 전기 효율과 생산된 수소를 통한 효율을 합하여 70%이상의 효율이 목표임. 국내에서는 포스코파워사가 미국 FCE 사의 기술제휴를 통해 MCFC 시스템을 생산하 여 판매하고 있으며 국내 누적 50MW를 돌파할 정도로 국내의 MCFC 시장규모는 세 계에서 가장 큰 시장임

199 에너지변환저장 - 수소연료전지 국내의 두산 중공업은 자체 기술로 MCFC를 개발하고 있으며 해외수출 경험이 많은 해 수담수화 등의 기술과 연계하여 대형 플랜트를 개발하는 것을 최종 목표로 하고 있음. 독일의 Siemens 사는 SOFC 상용화에 가장 앞선 단계에 있어 3 250kW급 SOFC를 제 작하여 20기를 실증 중임. 2015년 700kW 급 (효율 70%, 가압형) SOFC 개발을 목표로 하고 있으며, 가격 목표는 2020년 1,000달러/kW임. 미국에서는 DOE 주관으로 2015년까지 SOFC가격을 400달러/kW까지 낮추는 것을 목 표로 Solid State Energy Conversion Alliance (SECA, 900억원/년) 프로그램 지원하고 있음. [미국 SECA program에 의한 개발 목표 및 time schedule] Properties Class Year Phase Ⅰ PhaseⅡ Phase Ⅲ Power(kW) 3~10 Power rating(kw) 500 2,000 50,000 CO 2 Isolated(%) Cost(달러/kW, Stack+BoP) Validate test(hours) 1,500 1,500 >25,000 Degradation(%/1000hrs) <0.2 Efficiency(HHV, %) System cost (Stack + BOP) US달러 800/kW US달러 600/kW US달러 400/kW Efficiency (%, AC또는 DC/LHV) Mobile (Truck APU etc) Stationary Duration(hours) Stationary : 40,000 hours, Military/Mobile : 5,000 hours Phase I Phase II Phase III Industry Team SECA Cost Reduction (3~10kW) Core Technology Program SECA Core R&D Advanced Research SECA Coal-Based System(MW) Advanced SECA Combined Cycle System Industry Team Phase I 종료 SECA Prototypes Manufacture 45~50% HHV >100MW Coal TBD 50~60% HHV (SECA 07 8th Workshop Overview)

200 전략분야 일본의 경우 NEDO 프로젝트에서 SOFC 개발을 진행하고 있으며, 주요 개발사로는 미 쓰비시중공업, 미쓰비시 Materials, TOTO, Kyocera 등이 참여하고 있음. 현재 전기효율 45%, 열효율 40%, 총합효율 85% (Osaka gas)를 가지는 700W 시스템을 개발 완료하였 으며, 스택의 경우는 2~3만 시간 이상의 테스트가 진행되었음. 실증 사업의 결과를 바 탕으로 관련 일본 기업체는 2011년부터 상용화를 시작하는 것으로 공표한 바 있음. 가정용 PEMFC 분야의 선진국가인 일본은 정부지원과 지속적인 연구개발로 2011년 기 준 시스템 전기효율 35 45%(LHV), 종합효율 77 87%(LHV)까지 도달함, 시스템 가격 은 약 3백만엔 이하 수준임. 보급활성화를 통해 2015년까지 대량생산 공정을 구축하여 시스템 가격을 500, ,000엔까지 저감하는 것을 목표로 함. 또한 년까 지 약 400,000엔을 목표로 자립시장 형성을 위한 장기적인 연구개발을 진행 중에 있음. 독일의 경우 효율 및 내구성 등의 기술적인 측면에서 다른 경쟁국가에 비해 우위에 있 지 못함, 2020년까지의 중장기 로드맵과 정부 주도의 프로젝트(Callux Light- house Project)통하여 2012년까지 2,250대의 실증평가를 목표로 건물용 연료전지 보급과 기술 개발을 적극적으로 추진하고 있음. 유럽은 2012년 건물용 연료전지 시스템 양산을 계획중이며 2015년에는 연간 20만대의 시장 판매로 보일러 대체를 목표로 하고 있음. 호주의 Ceramic Fuel Cell사는 2kW급 건물용 SOFC 시스템을 개발하였으며 전기 효율 60%의 고효율 달성으로 유럽 시장 진 입 노력을 기울이고 있음. 건물용 연료전지에 있어 LNG 이외의 LPG를 기반으로 한 연료전지 시스템은 Ballard power systems, Nuvera Fuel Cells, Tokyo gas, Osaka gas 등 세계 유수의 기업에서 PEMFC, SOFC 모두 저용량부터 대용량까지 다양한 연료전지 시스템을 개발 하였으며, PEMFC는 실증 및 보급 단계를 SOFC는 실증 단계를 진행 중임. 가솔린, 디젤, 등유, 바이오가스 등을 기반으로 한 연료전지 시스템은 General motors, Delphi, Nordic Power system, Eaton, Fuel Cell Energy 등에서 연구 개발을 진행하고 있음. 2008년 Idemitsu는 멀티 연료 처리시스템 기술을 개발, 현재 건물용 연료전지 시 스템 개발을 통한 시범보급에 주력 하고 있음. 건물용 연료전지에 개발에 있어 미국은 대도시를 제외하고는 도시가스요금 대비 전기 요금이 저렴하여 가정용보다는 수소를 이용한 UPS 대체용 또는 Back-up power용으로 많이 개발되고 있음. Acumentrics, Cummins와 Versa Power, Delphi, Altergy Freedom, Fuel Cell Technologies, Idatech, Plug Power, ReliOn(구 Avista Labs)등의 기업들이 있음

201 에너지변환저장 - 수소연료전지 현재 Webasto(독일)와 Powercell(스웨덴) 두 회사가 트럭용 APU (auxiliary powerunit)시장에서 가장 큰 회사이며, Powercell 사는 대형 중장비들과 기타 하이테크 시장 들을 위해서 5~10kW 규모의 연료전지 보조 동력 설비의 개발을 목표로 하고 있음. Webasto(독일) 사는 연료전지를 이용하는 APU를 연구하고 있으며 1kW 시제품을 안 정적으로 운전하고 있고, 자동 운전 및 주기적인 시동/정지가 가능함. 앞으로 500W에 서 5kW까지 제품 개발을 목표로 하고 있음. - 수송용 연료전지 DOE 프로그램에서는 자동차용 연료전지 가격을 2015년 30달러/kW를 목표로 하고 있 으며 2010년 현재 기술수준으로는 51달러/kW(BOP 26달러, 스택 25달러)로 2008년에 비해 30% 저감되었으나 2단계(2010년) 목표인 45달러/kW에 도달하지는 못하였음. 그 러나 추후 생산규모에 따른 큰 폭의 가격 저감이 예상됨. 해외의 자동차 업체들은 주로 1~2 바 정도의 가압 운전 시스템을 적용하고 있음. 이러 한 고압시스템은 수송용 연료전지시스템의 원조라 할 수 있는 발라드사가 채택한 방식 으로 GM, 다임러 벤츠, 도요타, 혼다, 닛산 등이 채택하고 있음. 이러한 운전 방식은 고압으로 인한 부품들의 내구성 저하 문제뿐만 아니라 운전과정에서 소모되는 전력에 너지가 과다하고 소음이 크다는 단점이 있음. 그러나 운전 압력을 낮추는 경우, 생성수 배출의 어려움을 극복하지 못해 작동 압력을 낮추지 못하고 있는 실정임. 2009년 이후 GM, 도요타 등의 선도기업들은 가격 저감 및 내구성 개선을 위한 원천 소재/부품 기술 개발과 함께 상용화에 필수적인 소형화, 시스템 출력밀도 1kW/L, 시 스템 효율 60% 달성을 위해 각국 정부의 R&D 지원하에서 고압 운전의 문제점을 극복 할 수 있을 것으로 기대되는 중온, 중압 수준의 가변압력 운전이 가능한 시스템 및 핵 심부품 기술개발을 적극적으로 추진하여 초기시장 선점을 도모하고 있음. 세계의 유수한 연료전지시스템 업체들은 시동 시, 연료전지 스택의 전압 상승을 조절 하여 스택의 내구성을 향상시키고 운전 초기 스택의 운전온도를 신속히 정상 상태에 도달하도록 하는 기술을 개발하여 기존 수 백 시간에 이르던 스택의 내구성을 수 천 시간으로 약 10배 정도 내구성 향상을 가져왔음. 미국에서는 해군, ONR (Office of Naval Research) 및 NAVSEA (Naval Sea Systems Command)의 지원하에 해군 병참용 연료 사용 및 해상 환경에서 운전이 가능한 2.5MW급 연료전지 시스템 설계를 완료하였음. EU, 일본 등도 다양한 용도의 선박용 연료전지 개발로 차세대 선박엔진기술 선점에 주

202 전략분야 력하고 있음. FCShip, ZEMShip, FellowShip, Methapu Project를 2000년도 초반부터 진 행하여 현재 선박해양용 MCFC와 SOFC 시스템 개발의 기초 기술력을 확보한 상태임. 노르웨이의 FellowSHIP 프로젝트는 LNG 연료 기반의 320kW급 MCFC 선박 시스템 기술 개발을 목표로 노르웨이, 독일, 스웨덴, 핀란드, 스페인 등의 국가가 참여하여 2003년부터 2010년까지 진행된 프로젝트임. 핀란드의 Methapu 프로젝트는 Fellowship 프로젝트를 기반으로 선박 보조전원용 시스 템 개발을 수행하였으며 SOFC 기술에 기반을 둔 근거리 여객선, 자동차 운반선, 크루 즈선 등의 보조전원용 250kW급 연료전지 시스템 개발을 목표로 하고 있음. 참여 기관 은 Wallwnius Marine, Wartsila, DNV, LR, Univ. of Genova 등이 있으며 2008년 20kW급 보조전원 시스템 실증 운전을 실시 독일 정부는 독일 조선소, 선주, 연료전지 개발업체 및 선주와 함께 light house project- "e4ships"를 2009년 7월 시작함. 총 개발비용은 5천만 유로 (약 810억원)로 독 일의 Federal Ministry of Transport와 참여 기관이 절반씩 부담. 2016년까지 지속될 이 프로젝트의 목표는 선박의 전력 공급 시스템으로서의 연료전지를 개발하는 것임. e4ship은 Pa-X-ell project을 통해 개발되는 연료전지 모듈을 포함하여 SchlBZ module, HyFerry module과 Toplaterne module 이렇게 총 4개의 모듈로 구성됨. [E4Ship Project (EU)]

203 에너지변환저장 - 수소연료전지 미국의 MTI Micro Fuel cells사는 미국 에너지성 (Department of Energy, DOE)와 국 방성 (Department of Defense, DOD)의 재정 지원으로 소형 DMFC를 개발하고 있음. DMFC 시스템 주변 기기(BOP)에는 모세관력을 이용한 passive형 물 재활용 및 이산화 탄소 제거 기술을 적용한 Mobion Fuel Cell 기술로 기존 배터리팩보다 출력이 2~10배 인 휴대용 연료전지를 개발 중임. 미국의 Dupont사는 메탄올 연료전지의 부품 생산을 개시하였음. 미국에서는 촉매, 전 해질막, ionomer, 분리판 등 기본 구성요소의 대부분이 생산 가능하고 전 세계의 공급 원으로 소재 및 부품 분야에서 이미 막대한 시장이 형성되어 있음. Dupont사는 고분자 전해질막 및 전해질 용액(ionomer)을 생산하는 독보적인 글로벌 기업이며, 3M, Polyfuel 등의 소재 기업체들도 개발된 멤브레인과 MEA 제품을 판매 중임. 일본의 NEDO는 DMFC 기술에 있어 소형이동체용 연료전지와 마이크로 포터블용 연 료전지의 두 가지 항목으로 로드맵을 제시하였음. Toshiba사는 2009년 10월 Dynario라는 이름으로 DMFC/리튬이온전지 하이브리드 시 스템을 출시하였음. [공급망 단계별 국내 기업체 현황] 공급망 단계 대기업(또는 계열사) 국내 기업 중견/중소기업 연료전지 시스템 삼성전자, LG전자, 현대 기아자동차, 효성 삼성전기, 삼성SDI, 포스코, 한국전력공사 오선텍, 포스코파워, 퓨얼셀파워, GS퓨얼셀 K-being에너지 스택 삼성SDI, GS칼텍스, 삼성전기, 포스코, 한국전력공사 승림카본금속, 퓨얼셀파워, GS퓨얼셀 연료변환기 삼성SDI, 한국가스공사 오선텍, 퓨얼셀파워, GS퓨얼셀 M-BOP E-BOP MEA (셀 소재) 분리판 삼성엔지니어링, 포스콘, 효성중공업, 효성, LS산전 포스코, 한국가스공사 삼성SDI, LG전자, 한국타이어, LS산전 삼성전기, 포스코 한국타이어, 효성, LS산전 포스코 경동나비엔, 귀뚜라미보일러, 마이크로필터, 명화공업, 오선텍, 헬리코파워 포스코에너지, K-being에너지 다스테크, 벡셀, 플라스포, 헬리코파워 삼천리, 포스코에너지 경동나비엔, 대주전자재료, 오선텍, 희성촉매, 백셀, 에코프로, 코캣 엠스, 포스코파워, 한창산업, CMTech, 세라파워 대양산업, 동아화성, 백셀, 승림카본, 퓨얼셀파워, GS퓨얼셀, LG산전 대양산업, 동아화성, 포스코에너지, CMTech

204 전략분야 [연료전지 주요 재품의 국내 업체 현황] 중분류 세부제품 대기업 중소기업 중소기업 주요 참여영역 MEA (셀 소재) 나피온 셀 YSZ 셀 SK, 삼성SDI, LS산전 삼성전기, 포스코 퓨얼셀파워, 대주전자재료, 오선텍, 희성촉매, 백셀, 에코프로, 코캣 엠스, 포스코에너지, 한창산업, CMTech, 세라파워 전해질막, 전극촉매, GDL, 연료변환촉매 등 YSZ 소재분말, 밀봉소재, 집전체 등 중소기업 참여 정도 중소기업 점유율 분리판 스택 시스템 E-BOP 금속/흑연 소재 고온 금속소재 PEMFC 스택 SOFC 스택 PEMFC 시스템 SOFC 시스템 전력변환 계통 한국타이어, 효성, LS산전 포스코 삼성SDI, GS칼텍스 삼성전기, 포스코, 전력공사 삼성전자, LG전자, 현대 기아자동차, 효성 삼성전기, 삼성SDI, 포스코, 전력공사 LS산전, 포스코, 한국가스공사, 효성 한국타이어, 효성, LS산전 대양산업, 동아화성, 포스코파워, CMTech 승림카본금속, 퓨얼셀파워, GS퓨얼셀 단저가 ferritic 금속소재, 부식방지 코팅 소재, 그라파이트 소재 및 복합소재 등 저가 ferritic 금속소재, 부식방지 코팅 소재 등 저온형 PEMFC 및 DMFC 스택 - 고온형 SOFC 스택 오선텍, 포스코에너지, 퓨얼셀파워, GS퓨얼셀 K-being에너지 다스테크, 벡셀, 플라스포, 헬리코파워, 삼천리, 포스코에너지 PEMFC 모듈 및 시스템 (1kW~수백kW) SOFC 모듈 및 시스템 (1kW~수십kW) DC-DC/DC-AC 변환기, 각종 센서 및 전력제어 시스템(PCS) 등 M-BOP 연료공급 계통 삼성엔지니어링, 포스콘, 효성중공업 경동나비엔, 귀뚜라미보일러, 마이크로필터, 명화공업, 오선텍, 헬리코파워, 포스코파워, K-being에너지 연료공급 펌프, 공기 blower, 열교환장치 등 공정/평가/ 분석설비 성능 평가 설비 - 원아테크, CNL 연료전지 측정 test station 등 * 참여정도는 주요제품 시장에 참여하는 중소기업의 참여규모와 정도(업체수, 비율 등)를 고려하여 5단계로 구분 (낮은 단계:, 중간 단계(,, ) 높은 단계: ) 마. 기업니즈조사 수소연료전지 분야 중소기업의 니즈분석을 통한 현황을 살펴보면, 다양한 중소기업들 이 융합을 기반으로 하는 다양한 제품을 생산 판매하기 위해 다음과 같은 기술 개발을 실시하고 있음. - 연료전지 금속분리판 양산 금형, 수소 공급을 위한 압축 및 저장시스템, 수소정제 시스템, 스택핀 방열 모듈, 전기화학 기본분석기(Potentiostat), 수백W급 이동형 연 료전지 시스템, 친환경 자동차용 고효율 자동밸브, 연료 개질기 효율 향상을 위한 membrane 촉매, 반응기, 선박용 연료전지 시스템, 고체산화물연료전지용 부품소 재, 직접메탄올연료전지, 고효율 연료개질기, 연료전지용 열교환기 및 열유체기 기, 평판형 SOFC 기밀접착을 위한 고온용 유리 Paste 소재, 휴대용 연료전지 관련 부품-마이크로 펌프 및 블로어 등

205 에너지변환저장 - 수소연료전지 수소연료전지 분야의 중소기업들은 기술을 기반으로 다양한 산업분야, 적용분야의 시 장진입을 위한 제품을 개발하기 위해 다음과 같은 기술 개발을 계획하고 있음. - 수백W급 휴대용 및 군수용 연료전지 시스템, 고효율 메탄/디젤 reformer, 수첨탈 황 기술, DMFC & Battery Hybrid 시스템, 무인항공기용 소형 연료전지 시스템, 캠핑용 소형 연료전지 발전기, 고효율 수전해 및 발전용 RFC 기술, 고효율 연료전 지 수전해 장치, 고효율 수소 저장재료 바. R&D 현황분석 최근 2년간 중소기업들이 정부 R&D 자금지원을 받기 위해 신청한 과제 리스트를 분석 한 결과, 수소연료전지분야에는 E-BOP, M-BOP, 연료전지시스템, 연료전지용 소재에 대 한 연구개발을 추진하고 있는 것으로 나타남. [수소연료전지분야의 최근 중소기업 연구개발 추진 현황] 4. 시사점 및 제언 지속적인 에너지 수요 증가 및 불확실한 에너지 수요전망에 의해 일어난 최근 정전사 태로부터 우리나라 전력 공급 체계에 심각한 문제가 있었으며, 이와 같은 전력 공급 체계 변화를 위해 최근 분산발전 방식의 적극적인 도입이 요구되고 있음

206 전략분야 다양한 분산발전전원 대상 중 도심 및 인구밀집 지역이 많은 우리나라의 특성상 분산 발전 형태는 청정발전이면서 공간과 시간의 제약(태양광, 풍력 등)을 받지 않는 연료전 지 전원 채택이 적합함. 수요지인 도심 근방에 연료전지 분산전원을 설치하여 운전할 때 전력 계통 신뢰성 확 보, 송배전 설비비 저감, 에너지의 합리적 이용 및 공해저감 등의 효과를 얻을 수 있을 뿐만 아니라 모듈화가 가능한 연료전지 특성상 최근 발생한 정전사태와 같은 전력 수 요예측의 어려움 및 불확실성을 극복할 수 있는 최상의 방안이 될 것임. 이러한 상황에서 2009년도 정부는 녹색성장 보고서에서 1) 정지형 연료전지 부분에서 는 건물용 PEMFC 2) 분산발전용 MCFC 3) 건물용/분산발전용 SOFC 등 3가지를 전 략과제로 채택한바 있음. 현재 상황을 고려하여 연료전지 보급 및 상용화 전략을 재평가해보면 분산발전용 MCFC 분야가 보급 및 설치/운전 면에서 가장 상용화에 근접한 기술로 평가받고 있음. 자동차용 PEMFC 의 경우, 미국에서 주력으로 지원하던 분야이나 시스템의 가격 저감, 신뢰성 향상, 수소 공급 인프라 건설, 수소 가격에 대한 세제 지원 등 상용화되기 위해 서는 아직도 많은 문제점을 가지고 있으나, 최근 현대/기아자동차가 연료전지 자동차 양산을 발표할 만큼 이 분야에서 국제적인 경쟁력을 갖추고 있음. IT 용 PEMFC 긴급전원의 경우에도 전세계적으로 상당한 판매를 기록하고 있으며, IT 산업의 특성상 가격이 비싸더라도 기존의 배터리에 비해 훨씬 긴 back up 시간, 우수 한 신뢰성 때문에 데이터 센터, 통신회사 등에서 수요가 늘고 있는 상황임. 국내의 경우 IT 산업의 발전으로 휴대폰, 노트북 등 휴대전원에 대한 기술개발 지원 및 인프라가 타 분야와 비교할 때 우수하다고 볼 수 있음. 특히, 이러한 IT 관련 분야는 중소기업 적합 업종이 대형 분산발전 또는 자동차용 연료전지 시장보다 많은 부분을 차지함. 연료전지 Cell, 연료전지 모듈, 금속촉매 및 분리판 제조 기술군은 기술성장성 및 기술 수준분석 결과 높은 수준으로 나타나 해당분야의 시장형성 및 기술개발이 활발한 것으 로 판단됨. 중소기업 적합성이 높은 수준으로 평가된 열교환기 기술군은 상대적으로 국내 중소기업의 출원 활동이 활발한 것으로 평가되고, 기술성장성과 기술수준이 상대 적으로 보통 이하로 평가되어 국내 중소기업이 해당 분야에서 기술개발을 고려해 볼 수 있는 후보군으로 사료됨

207 에너지변환저장 - 수소연료전지 전해질 및 차량용 연료전지 시스템 기술은 기술성장성 및 기술수준이 보통 이하로 평 가되고, 중소기업 적합성이 양호한 것으로 나타나, 국내 중소기업이 접근하기 용이한 기술군으로 사료됨. 단, 연료전지 Cell 기술은 중소기업 적합성이 높은 것으로 나타났 으나, 기술성장성 및 기술수준 또한 높은 것으로 분석되어, 중소기업이 진출하려면 연 구개발의 질적 수준 향상이 필요할 것으로 보임 군수용 소형 및 휴대전원의 경우, 미국의 Horizon 사에서 8,000기 이상의 무인기용 PEMFC 파워팩을 판매할 만큼 무시하지 못할 틈새시장을 형성하는 것으로 보임. 국내 에서도 군용 및 민수용 무인기에 연료전지를 채택하려는 노력이 계속되고 있음. [수소연료전지 분야 주요 제품] 분류 제품 설명 출처 산업기술 분류코드 대분류 중분류 소분류 소재 및 분리판 각 연료전지의 기본전지(MEA)를 구성하기 위한 기초 소재 및 가공, 성형 기술이 포함된 제품 특허, 기업니즈, 유망기술, 기계 소재 정밀 생산기계 전기/화학 에너지 응용 가공기계 수소 연료 전지 MEA 스택 각 연료전지의 MEA는 연료극과 공기극 그리고 전해질 막이 일체형으로 접합된 상태를 의미함. 구성요소로 이루어진 기본전지(MEA)로 구성되어 적층, 기체밀봉 및 분배, 열구배 등의 기술이 포함된 제품 시장, 특허, 시장, 니즈조사, 기계 소재 기계 소재 정밀 생산기계 정밀 생산기계 전기/화학 에너지 응용 가공기계 전기/화학 에너지 응용 가공기계 M-BOP 연료전지 스택을 운전하기 위한 개질기를 포함한 기계 장치류 제품(평가 장비 포함) 시장, 전기 전자 계측기기 전자계측기 E-BOP 연료전지 스택을 운전하기 위한 전자 및 소프트웨어 제품 (평가 장비 포함) 시장, 전기 전자 계측기기 전자계측기

208 수소연료전지 전략제품 분석 - BOP - 연료전지용 소재

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210 전략제품 BOP 1. 개요 - 정의 : 연료전지 BOP는 스택 및 시스템의 내구성 향상과 운전 최적화를 위한 연료 및 공기 공급 시스 템, 열 관리 시스템 및 물 관리 시스템 등을 담당하는 MBOP(Mechanical Balance of Plant)와 전 기적 신호 제어, 직류전압을 교류전압으로 변환하는 변환 장치 등의 EBOP(Electrical Balance of Plant)로 구분할 수 있음. - 범위 : 연료전지 MBOP는 연료 공급 시스템, 공기 공급 시스템, 열 관리 시스템 및 물 관리 시스템 등 주로 기계적 작동을 하는 부품들을 일컬으며, EBOP는 DC-DC 컨버터, DC-AC 인버터, 릴레이, 와이어 하네스, 스위칭 소자 등 전기적 신호를 제어하는 요소들로 구분함 가. 정의 및 필요성 연료전지는 전기를 발생시키는 스택(Stack), 연료 공급 및 조절, 열 관리 등 시스템의 기계적 구성 장치인 Mechanical Balance of Plant (MBOP) 및 시스템 제어 및 전기적 신호 등을 관리하는 Electrical Balance of Plant (EBOP)로 구성됨. 연료전지 MBOP는 스택 및 시스템의 내구성 향상과 운전 최적화를 위한 연료 및 공기 공급 시스템, 열 관리 시스템 및 물 관리 시스템 등으로 구분할 수 있음. 그리고, EBOP는 전압 변환 및 전기적 신호 제어 최적화를 위한 DC-DC 컨버터, DC-AC 인버 터, 제어기 등 전기적 제어를 담당하는 요소들로 구성됨. 특히, MBOP의 경우, 전기적인 신호를 받아 기계적 구동으로 작동하는 구조이므로, 연 료전지 종류에 의한 분류보다는 시스템 발전 용량 및 운전 온도에 따라 구분할 수 있 음. 따라서 소용량, 대용량 발전 시스템에 적용하는 MBOP가 다르고, 소비 전력 및 효 율 등을 고려하여 선정할 필요가 있음. EBOP의 경우, 연료전지의 종류(PEMFC, DMFC, MCFC, SOFC 등)에 의한 차이보다는 적용 분야 및 발전 용량에 의존하기 때문에, 각각의 용량에 최적화 된 전기 신호 제어 를 제공할 필요가 있음. 연료전지 BOP 요소 기술의 경우, 대기업 등을 중심으로 정부 과제 및 자체 개발을 통 해 국산화 및 상용화를 진행하고 있으나, 가격, 제품 효율성 및 신뢰성 확보 문제 등으 로 인해 어려움을 겪고 있음. 따라서, 저가, 고효율, 고신뢰성 제품의 연료전지 BOP 기 술 개발이 절실히 요구됨

211 에너지변환저장 - 수소연료전지 - BOP 나. 범위 및 분류 (제품 분류 관점) 연료전지 BOP 기술은 연료전지 발전 용량 및 적용 분야에 따라, 휴 대용, 건물용, 수송용, 발전용 등으로 분류되며, 연료전지 종류 및 작동 온도에 따른 연 료전지 전체 시스템을 포함함. 그리고, 연료전지 종류에 따른 분류보다는 발전 용량 및 적용 분야에 따라 구성되는 부품과 요소 기술이 차이가 있음. (공급망 관점) 연료전지 BOP는 연료 공급 시스템, 공기 공급 시스템, 열 관리 시스템 및 물 관리 시스템 등을 담당하는 MBOP 부분과 전력 변환 시스템, 전압 및 전류 제 어 시스템, 신호 처리 시스템 및 시스템 제어 프로그램 등의 EBOP로 구분할 수 있음. - 연료 공급 시스템은 개질기, Prox 펌프, 배열 회수 펌프, 수소 저장부, 액체 펌프, 마이 크로 펌프, 블로워, 냉각수 펌프 등으로 구성됨. - 공기 공급 시스템은 저온 및 고온 블로워, 마이크로 필터 등으로 구성됨. - 열 관리 시스템은 고온 가스 열교환을 위한 열교환기, 시스템 단열, 방열을 위한 팬, 열 회수 펌프 등으로 구성됨. - 물 관리 시스템은 수증기 개질수 펌프, 가습기, 습도 센서 등으로 구성됨. - 전력 변환 시스템은 DC-AC 인버터, 스위칭 소자, 압전 소자 등으로 구성됨. - 전압 및 전류 제어 시스템은 DC-DC 컨버터, 과전류 보호 장치, 과전압 제어 장치 등 - 신호 처리 시스템은 센서, 릴레이, 차단기 등으로 구성됨. [BOP 분류 관점의 범위] 대분야 중분야 구성 요소 세부 제품 적용 분야 연료 공급 시스템 개질기, 액체 펌프, Prox 펌프, 블로워, 냉각수 펌프 등 휴대용, 건물용, 발전용 MBOP 공기 공급 시스템 저온 블로워, 고온 블로워, 공조기, 마이크로 필터 등 휴대용, 건물용, 수송용, 발전용 열 관리 시스템 열교환기, 온도 센서, 방열 팬, 배열 회수 펌프 등 건물용, 발전용 물 관리 시스템 개질수 펌프, 가습기, 습도 센서, 메탄올 센서 등 건물용, 수송용, 발전용 전력 변환 시스템 DC-AC 인버터, 스위칭 소자, 압전 소자, 변압기, 전력 변환기 휴대용, 건물용, 수송용, 발전용 EBOP 전압 및 전류 제어 시스템 DC-DC 컨버터, 과전류 보호 장치, 과전압 제어 장치 PCS 출력 제어 휴대용, 건물용, 수송용, 발전용 신호 처리 시스템 센서, 릴레이, 차단기 휴대용, 건물용, 수송용, 발전용

212 전략제품 [공급망 단계별 주요제품 분류표] 대분야 구성 요소 소재/부품 연료 공급 시스템 연료 공급 펌프, CO 블로워, 스팀 리포밍 개질기, 개질수 펌프, MFC, MFM, Solenoid valva, Check valve, 압력 센서, 농도 센서, 수소 저장 합금 고효율, 저소음, 저가격 내식성, 내마모성 공기 공급 시스템 공기 블로워, 공조기, 공기 정화 필터, MFC, MFM, Solenoid valve, Check valve, 압력 센서 고효율, 저소음, 내부식성, 마이크로 필터 열 관리 시스템 판형 열교환기, 관형 열교환기, 배열 회수 펌프, 열 저장 장치, 냉각수 공급 장치, Chiller, 열전대, 온도 센서, 라인 히터 고효율, 내마모성, 내열성 부품 물 관리 시스템 물 공급 펌프, 막 가습기, 판형 가습기, 원통형 가습기, 가습 센서, 습도 센서 내식성, 내열성, 내충격성, 고효율 부품 전력 변환 시스템 DC-AC 인버터, 전력 변환기, 변압기, 스위칭 소자, 압전 소자 고효율, 저가 전압 및 전류 제어 시스템 DC-DC 컨버터, 과전류 보호 장치, 과전압 제어 장치, PCS 출력 제어, PMS 제어, CVM, 과충전 방지 장치, 전압 센서, 전류 센서 고효율, 저가 신호 처리 시스템 압력 센서, 농도 센서, 수소 감지 센서, 릴레이, 차단기, 와이어 하네스 고효율, 저가 MBOP EBOP 세부 제품 중분야 따라서, 연료전지 BOP의 범위는 - 연료 공급 시스템, 공기 공급 시스템, 열 관리, 물 관리 시스템을 포함한 모든 영역 - 전력 변환, 전압 및 전류 제어 시스템, 신호 처리 시스템을 포함하는 모든 영역 - 공급망 기준으로 열교환기, 개질기, 펌프, 블로워, 가습기 등 시스템 최적 운전 단계에 사용되는 각종 기계적 부품과 DC-AC 인버터, DC-DC 컨버터, 센서류, 제어기 등 전기 적 제어 부품의 모든 요소들이 포함됨. - 기술적으로는 적용 분야별 분류 뿐만 아니라, 고효율, 저가격화 기술 및 부품 국산화 기술 등이 포함됨. (군용-잠수함) (군용-무인정찰기) (생체용) (휴대용) (우주선) (첨단 항공기) (친환경 자동차) (로봇) [미래 연료전지 적용 분야]

213 에너지변환저장 - 수소연료전지 - BOP (DC-DC 컨버터) [연료전지 EBOP 관련 제품] (Blower, Pump류) [연료전지 MBOP 관련 제품] 2. 산업 및 시장 분석 - 국내 연료전지 개발 기술과 선박 건조, 자동차 기술 및 군용 기술을 접목하면, 다양한 어플리케이션을 개 발할 수 있을 뿐만 아니라, 가격 경쟁력 측면에서 유리한 위치를 점할 수 있음. - 연료전지 초기 시장은 정부 지원 및 투자를 통해 형성될 예정이며, 향후 해당 기업에서 기술 개발을 통 해 시장을 선점할 예정임. 또한, 초기 군용 수요에 의한 사업화가 예상되나, 민수용을 위한 제도 개선 등의 병행이 필요함. - 연료전지 BOP 중, MBOP 세계 시장의 경우, 2013년 2,160억달러에서 2016년 4,420억달러로 연평균 약 27%의 성장률이 예상되며, 국내 시장의 경우 2013년 670억원에서 2016년 2,110억원으로 연평균 약47% 성장할 것으로 보임. 또한, EBOP 세계 시장의 경우, 2013년 2,164억달러에서 2016년 4,316억달러로 연평 균 약25.9% 성장이 예상되며, 국내 시장의 경우, 2013년 600억원에서 2016년 2,064억원 연평균 약51% 성장할 것으로 예측됨. - 연료전지 BOP 시장은 건물용, 수송용 등에서는 중소기업 등이 많은 참여와 개발 의지를 보이고 있으 나, 대형 발전용 분야에서는 대기업이 주도하고 있으므로, 중소기업의 기술 개발 참여 및 정부 지원이 필요함. 가. 니즈 분석 연료전지 시스템 효율 향상 및 상용화를 위한 고신뢰성 BOP 확보 시장 니즈 1 : 고효율/고신뢰성 BOP 개발 현재, 연료전지 시스템에 적용하는 BOP를 살펴 보면, 연료 및 공기 공급 장치, 열 관 리 장치, 전압/전류 제어 장치, 전력 변환 장치 등이 있음. 그러나, 기술 개발 부족 및 연료전지 시장의 불확실성으로 인해 연료전지용 BOP 산업이 형성 되지 않았음. 그리 고, 기존 내연 기관에 특화된 제품 또는 개발품에 맞춤식 형태의 주문 제작품들을 사

214 전략제품 용하고 있는 실정임. 따라서, 연료전지에 특화된 제품이 아니기 때문에, 연료전지 시스 템의 오작동을 유발할 수 있으며, 전체 시스템의 신뢰성이 낮아지게 됨. 연료전지용 BOP는 고효율, 고내구성 및 낮은 소비 전력 등의 요구 조건을 만족해야 함. 연료전지는 발전 시스템이므로, BOP의 효율을 향상시킬 수 있는 제품의 적용이 요 구됨. 특히, EBOP는 적용 분야에 따라 90~94% 효율을 달성하고 있는 것으로 보고되고 있으나, 실제 효율은 더 낮을 것으로 예상됨. 따라서, 고효율/고신뢰성의 BOP 제품을 개발, 적용함으로써 연료전지 시스템의 운전 최적화 및 성능 안정성 향상 등을 도모할 수 있음. 즉, 정부 자금 지원 및 기업 참여를 통한 기술 개발이 선행되어야 함. 연료전지 시장 진입을 위한 제품 개발 시장 니즈 2 : 기술 개발을 통한 제품 개발 및 고기능화 선진사 제품을 벤치 마킹하여 다양한 기술 개발을 통해, 신제품을 개발하고, 연료전지 시장 진입을 시도해야 함. 기술 개발 극대화로 연료전지 시장에서 요구하는 신뢰성이 우수한 제품을 개발하여, 연료전지 시스템의 효율을 극대화 할 필요가 있음. 관련 기술로는 고효율 수소 생산 개질기 기술, 고효율, 고내구성 연료 펌프, 공기 블로 워 개발, 고효율 열교환기 개발, 센서 및 밸브 자동화 기술, 고효율 인버터, 컨버터 기 술, 신호 자동 제어 기술, 하이브리드 인버터 개발, 과충전, 과방전 회로 기술, 연료전 지 시스템 제어 기술 등이 있음. 건물용 및 발전용 연료전지 시스템의 경우, 대부분 분산 전원의 형태로 계통에 연계되 는 타입이며, 이 경우 BOP는 저가, 고효율의 하드웨어 기술 개발 및 고기능의 계통 연 계, 보호 기술 등의 소프트웨어 측면의 기술이 동시에 개발되어야 함. 특히, 분산 발전의 경우, 계통 연계 측면에서 살펴 보면, 시스템의 안정성을 저하 시킬 수 있으므로 고기능성의 계통 연계 및 보호 기술의 개발이 시급한 실정임. 연료전지 시장 확대를 위한 지속적인 cost-down 및 국산화 시장 니즈 3 : BOP 가격 저감화(cost-down) 및 국산화 연료전지 시장 확대를 위해, 저가격, 고신뢰성 및 국산화 제품에 대한 수요가 지속적으 로 요구되고 있음. 연료전지 전체 시스템 가격에서 BOP는 약 70%를 차지할 정도로 가 격 비중이 크므로, 다른 구성요소들보다 가격 저감화가 필요한 요소임

215 에너지변환저장 - 수소연료전지 - BOP 가격 저감 방법으로는 기술 개발을 통한 제품 국산화를 들 수 있음. 현재, 연료전지 시 스템의 BOP는 일부 품목을 제외하고는 대부분 해외 제품을 적용하고 있으며, 이러한 요인은 가격 상승의 결과를 초래하고 있음. 따라서 부품 및 제품 국산화를 통해 가격 경쟁력을 확보할 수 있으며, 양산 등 대량 생산을 통한 가격 저감(cost-down) 극대화 및 기술 경쟁력 확보를 이룰 수 있음. 정부는 연료전지 시장 형성 및 확대를 위한 환경 조성이 필요하며, 관련 기업들이 기 술 개발을 통한 국산화, 상품화를 진행할 수 있는 세재 혜택 등 여건 마련이 필요함. 기술 개발을 통해 제품 국산화가 되면, 연료전지 전체 시스템 가격을 낮출 수 있을 뿐 만 아니라, 기술 경쟁력 확보를 통한 국가 경쟁력 제고를 달성할 수 있음. 다양한 제품 생산 판매를 위한 BOP 기술 확보 시장 니즈 4 : 제품 다양성 확보 연료전지 시스템은 발전 용량에 따라, 수W 규모의 휴대용 전원에서 수kW ~ MW 규 모의 건물용, 상업용, 자동차용, 선박용 및 발전용으로 다양한 제품이 판매되고 있음. 연료전지 시스템은 운전 온도에 따라 저온 및 고온으로 구분하며, 각각의 시스템 운전 조건에 적합한 BOP의 적용이 필요함. 따라서 BOP 기술 경쟁력 확보를 위해, 발전 용 량 및 운전 온도 조건에 부합하는 다양한 제품군이 필요함. 수소 공급을 위한 수소 제조, 압축 및 저장 시스템 개발, 수소 정제 시스템 개발, 전기 화학 분석기(Potentiostat) 개발, 전력선통신을 이용한 제어 및 감시, 고온 PEMFC용 PCS 개발, 개질기 효율 향상을 위한 멤브레인(Membrane), 촉매, 반응기 개발, 연료 및 공기 공급용 블로워 및 펌프, 열 교환기 개발, 고효율 밸브, 센서, 고효율 DC-AC 인버 터, DC-DC 컨버터, 전력 변환기 개발이 필요함. [연료전지 BOP 분야의 PEST 분석] 구분 주요이슈 단기(3년이내) 중장기(4년이상) 비고 정치 (P) 촉진 저해 신재생에너지 육성 정책, 부품, 소재 분야 지원 정책, 원전의 안전성에 대한 제동 BOP 인증, 시험 기관 및 표준화 부재, 연료전지 사용을 위한 각종 제도 개선 상 중 하 상 중 하 상 중 하 상 중 하 그린홈 100만호 사업 부품, 소재 사업 육성 계획 인증 기관 선정, 수소충전소 관련 규제 개선 등

216 전략제품 구분 주요이슈 단기(3년이내) 중장기(4년이상) 비고 경제 (E) 촉진 저해 전력난에 따른 분산 발전 수요 증가, 제품 상용화 지연으로 시장 형성 미비, 기술 개발 기업 참여 미비 상 중 하 상 중 하 상 중 하 상 중 하 국내 전기에너지 소비량 증가에 따른 전력 예비율 저감 대책 시장 형성 및 확대 방안 기업 참여 유도 확대 사회 (S) 촉진 저해 이산화탄소 저감을 위한 범국가적 요구, 환경 오염(청정 기술 개발) 부품, 소재 분야 중소기업에 대한 진입 장벽 높음 상 중 하 상 중 하 상 중 하 상 중 하 이산화탄소 저감 대책, 고효율 청정 분산 발전 필요 중소기업 기술 개발 지원 확대 기술 (T) 촉진 저해 고효율, 고내구성 부품 기술 개발 가격 저감 및 내구성 확보 필요 상 중 하 상 중 하 부품, 소재 국산화 필요 상 중 하 상 중 하 시장 진입을 위한 가격 저감 및 내구성 확보 필요 나. 산업특징 및 구조 연료전지 BOP 중, MBOP의 경우, 주로 일본, 독일, 미국 등 선진국 회사들이 제품을 개발, 생산하여 전세계 연료전지 업체에 공급하고 있으나, EBOP는 국내의 IT 기반 기 술 개발을 통해, 선진국 대비 약 90% 정도의 기술력을 확보하고 있음. 따라서, 현재 연 료전지 산업 구조 특성 상, MBOP에 대한 기술 개발 및 국산화를 진행하여, 기술 수준 을 향상 할 필요가 있음. 국내의 연료전지 BOP 관련 업체는 소규모 영세 업체들로서, 기술 개발 수준이 낮고, 기술 인력이 부족하여 기술 경쟁력 및 국제 경쟁력이 취약함. 따라서, 정부에서는 연료 전지 BOP 산업 육성을 위해, 세제 혜택 및 정부 지원 자금 확대 등을 통하여 중소기 업의 기술 개발 참여를 확대할 필요가 있음. 특히, MBOP를 구성하고 있는 연료 공급, 공기 공급 시스템 및 열 관리, 물 관리 시스 템의 경우, 국산화율이 매우 낮은 실정임. 따라서, 정부 지원 및 투자 확대를 통해 기 술 개발 수준을 향상할 필요가 있으며, 많은 기업들의 참여를 유도하여 관련 산업의 저변 확대를 위해 노력해야 함. 반면, 전력 변환 시스템, 전압 및 전류 제어 시스템 및 신호 처리 시스템 등을 구성하 는 EBOP는 일부 제품에서는 수입 대체 효과가 있으나, 센서 및 자동 조정 기기 등은 수입 특화된 분야임. 그리고, 모니터링 시스템의 기록 장치가 없는 멀티미터 등은 수출 특화 분야로 나타남

217 에너지변환저장 - 수소연료전지 - BOP [연료전지 BOP 중심의 연관 산업 구조] 후방산업 BOP 소재산업 전방산업 플라스틱, PTFE, 지르코니아, 코발트, 망간, 나피온, Fe, 스테인리스, 센서, 소자, 패키지, 프로그램, 구리 블레이드 소재, 가습기 소재, 세라믹 소재, 금속 소재, 하우징 소재, 분석 장비, 검사 장비, 제어기, 변압기, 회로 설계, MICOM 펌프 제조 공정, 열교환기 관련 소재, 가습기 패키지, 열 교환기 제어, 전력 변환기, 신호 및 처리 장치, 전력 제어 시스템, 블로어 제조 공정 [연료전지 BOP 중심의 SWOT 분석] 강점(Strength) - 세계적 경쟁력 갖춘 조선, 기계, 플랜트 등 산업 구축 - BOP 제조 단가는 전체 시스템의 약70% 차지 - 정부의 부품, 소재 산업 육성 정책 - 다양한 산업의 동반 발전 및 고용 창출 - IT 기술 인프라 우수 - 포스코에너지, 삼성, LG 등 대기업의 활발한 참여 기회요인(Opportunity) - 자원고갈 및 저탄소 지향형 고에너지효율 기술 중시 - 이산화탄소 배출 규제에 대한 세계적 합의 도출 - 기업의 에너지기술 투자 마인드 증대 - 일본 원전폐쇄, 국제 해사 기구의 환경 규제에 따른 친환 경 주/보조 동력 요구 증가 약점(Weakness) - 경제성, 내구성 측면에서 일부 제품 기준 미달 - 원천기술 및 부품/소재 원료의 높은 해외 의존성 - 연료전지 BOP Supply Chain 구축 미흡 - 기술 개발 회사들의 상품화 의지 부족 - 핵심 인력 자원 부족, 국내 시장 협소 위협요인(Threat) - 장단기 일관성 있는 기술개발 지원 정책 미비 - 중소기업의 공격적 투자의 어려움으로 Supply Chain 미형성 - 원재료 가격 상승에 따른 사업자의 수익성 악화 - 선진국 산업체들의 시장 선점에 의한 높은 진입 장벽 - 특허 등 지적재산권 확보 및 회피 방안 필요 다. 시장현황/전망분석 연료전지 BOP 시장은 분산 발전, 친환경 자동차용 등 연료전지 시스템 시장과 유사한 성장률을 보일 것으로 판단되며, 초기에는 정부 주도의 시장 형성 및 확대를 통한 보 급 사업이 진행되고, 향후, 대기업을 중심으로 시장을 형성하여 관련 산업을 육성할 필 요가 있음. 연료전지 시장은 분석 기관별 차이가 있지만, 2015년을 기점으로 급성장할 것으로 기대됨. 후지경제는, 연료전지 세계 시장은 2020년 13조원, 2025년 66조원 규모 로 확대될 것으로 예측하였음. 자료 : 연료전지 기술, 시장 전망, 2011년 후지경제, [세계 연료전지 시장 규모 전망]

218 전략제품 연료전지 시장 예측을 분석한 보고서에 따르면, 2020년 이후 연료전지 가격 경쟁력이 높아지면서 비약적으로 성장할 것으로 예측하였음. - 후지경제는 2025년경 연료전지 세계 시장 규모는 66조원(52,000억엔)으로 예측하였으 며, J-economic Center는 21조(14,500억엔)으로 예상하였음. - 즉, 2025년에는 연료전지 제품(수소연료전지 자동차, 건물용, 분산 발전, 휴대용 등)들 이 상용화되어, 일반 소비자가 손쉽게 사용할 수 있을 것으로 예상됨. 연료전지 BOP는 적용분야별 차이가 있지만, 전반적으로 전체 연료전지 시스템의 약 40% 수준의 비중을 나타내는 것으로 파악되며, 국내 시장은 매년 약 47% 이상의 연평 균 성장률을 보일 것으로 기대됨. 향후, 연료전지 시장 전망 자료에 근거하여, 2025년 경 연료전지 BOP 시장 규모는 약 16조원 규모로 예측할 수 있음. 연료전지 BOP 중, MBOP 세계 시장의 경우, 2013년 2,160억달러에서 2016년 4,420억달러 로 연평균 약 27%의 성장률이 예상되며, 국내 시장의 경우 2013년 670억원에서 2016년 2,110억원으로 연평균 약 47% 성장할 것으로 보임. 또한, EBOP 세계 시장의 경우, 2013 년 2,164억달러에서 2016년 4,316억달러로 연평균 약 25.9% 성장이 예상되며, 국내 시장 의 경우, 2013년 600억원에서 2016년 2,064억원 연평균 약 51% 성장할 것으로 예측됨. 구분 국내 시장 세계 시장 [연료전지 BOP 시장 현황 및 전망] (단위: 억원/억달러) 년도 시장규모 성장률 CAGR(%) 연료 공급 시스템 ,055 1, MBOP 공기 공급 시스템 열 관리 시스템 물 관리 시스템 전력 변환 시스템 , , EBOP 전압 및 전류 제어 시스템 신호 처리 시스템 연료 공급 시스템 850 1,080 1,370 1,740 2,210 2, MBOP 공기 공급 시스템 ,105 1, 열 관리 시스템 물 관리 시스템 EBOP 전력 변환 시스템 , , , , , 전압 및 전류 제어 시스템 ,079 1, 신호 처리 시스템 자료 : 연료전지 현황 분석 보고서 (산업통상자원부, 2013) 환율 1150원 연료전지 MBOP 경우, 전체 시스템 가격에서 약 10% 정도 비중임. 그리고, 10% MBOP 가격 중에서, 연료 공급부(50%), 공기 공급부(25%), 열 교환부(10%), 물 관리부(15%) 비율로 계상. 연료전지 EBOP 경우, 전력 변환기(60%), 전압/전류 제어부(25%), 신호 처리부(15%) 비율로 계상 또한, 국내의 경우, 연료전지 시장은 전체 연료전지 시장의 20%를 차지함

219 에너지변환저장 - 수소연료전지 - BOP 한편, 국내는 조선, 기계, 자동차, IT 분야에서 세계 최고 기술을 보유하고 있는 역량을 기반으로 펌프, 블로워, 전력 변환기, 신호 및 제어 시스템 등 BOP 분야의 기술 확보 가 가능하고, 관련 산업 분야 매출 및 기술 경쟁력 확보가 용이할 것으로 판단됨. 국내에서는 연료전지 본체를 포함한 연료 개질, 전력 변환 장치 등의 소규모 제품 개 발을 목표로 하여 연구를 추진 중이며, 전력 변환기 기술면에서는 연료전지가 대전류, 저전압 특성을 가지고 있어서, 전력변환 효율을 개선시키는 연구와 함께 연료전지의 적용기술 시험연구가 진행 중이며, 관련 시장의 규모도 확대될 것으로 전망됨. 최근 울산에 수소 타운이 형성되어, 퓨얼셀파워, 효성, 하이스코, GS칼텍스 등이 총 195kW급 건물용 연료전지를 공급하여 시범 운영중에 있음. 중소기업의 연료전지 관련 매출액은 최근 3년간 연평균 112.3%로 증가해 왔으며, 이러 한 성장세는 회사 전체 사업의 매출액 증가율 11.6%에 비해 크게 높은 것으로 나타남. 이는 상대적으로 연료전지 산업이 빠른 속도로 성장하고 있음을 나타냄. [연료전지 부문 기업 규모별 제품 유형] (단위 : %) 구성 최종재 모듈/서브 시스템 장비 부품 소제 중소기업 기업규모 소기업 중기업 대기업 전체 평균 자료 : 신 재생에너지 분야 공급사슬 및 중소기업 실태분석 (중소기업연구원, 2010) 라. 공급망(분류)에 따른 분석 연료전지 BOP 분야는 크게 기계적 BOP(MBOP)와 전기적 BOP(EBOP)로 구분할 수 있 음. 각각에 대해 살펴 보면, MBOP는 개질기, 펌프, 블로워, 열교환기, 가습기, 필터, 냉 각 팬, 밸브 등으로 구성되며, EBOP는 센서, 인버터, 컨버터, 와이어 하네스, 제어기 등 으로 구성됨. 해외기업 및 제품 현황 - BOP 분야 중, EBOP는 국산화가 많이 진행되어 연료전지 시스템에 적용하고 있는 반 면, MBOP는 기술적 난제 및 불확실한 수요 등의 이유로 인해, 대부분 해외 제품에 의존하고 있는 실정임. - 특히, MBOP 중, 펌프의 경우, 마쓰시다 전기, 이와키 펌프 등 대부분 일본 제품이 많 이 사용되고 있고, 블로워는 유럽의 KNF, 하이블로워, 미국의 퓨얼셀에너지 등 주로 유럽과 미국 회사들이 전량 공급하고 있음. 가습기, 열교환기는 퍼머퓨어, 듀폰, 아사

220 전략제품 히 글라스 등 미국의 다국적 회사 및 일본 기업에서 개발하여 공급하고 있음. - EBOP는 연료전지 시스템 개발 초기 단계에서는 퓨얼셀에너지, 호라이즌 퓨얼셀, 페어 차일드 등 주로 외국 기업의 제품을 사용하여 시스템의 완성도를 향상하였으나, 지속 적인 연구 개발 및 투자로 인해 현재는 선진국 대비 약 97% 수준까지 도달하였음. 국내기업 및 제품 현황 - 연료전지 BOP 국내 업체 및 제품 현황을 살펴 보면, 연료전지 적용 분야에 따라, 각 각 Supply Chain을 형성하고 있음. EBOP 제품의 경우, 국산화가 완료되어 대부분의 연료전지 시스템에 국산 제품을 적용하고 있으나, MBOP의 경우, 가격과 제품 신뢰성 등이 확보되지 않은 이유로 인해 일부 제품에 국한되어 적용하고 있는 실정임. - MBOP의 경우, 삼성엔지니어링, 포스코에너지, 효성중공업, K-being 에너지, 경동 나비 엔, SK E&S, 디에이치엠, 한라공조, 명화공조, LG퓨얼셀시스템즈, 삼성중공업, STX 중 공업, 대영오엔이, 에이치앤파워, 세종공업 등에서 연료공급부, 열관리부, 물관리부 등 연료전지 스택부에 연료와 공기, 열을 공급하는 제품들을 개발하고 있음. - EBOP는 LG전자, GS퓨얼셀, 포스코ICT, 효성중공업, 지필로스, 헥스파워, 빅텍, 우창엔 지니어링, 다쓰테크, 벡셀, 플라스포, 헬리코파워, 싸이텍코리아 등에서 연료전지 시스 템 제어 및 발전된 전기를 계통에 연결시켜주는 제품들을 개발하고 있음. 국내 연료전지 BOP 시장은 대기업 및 중소기업이 많은 참여와 개발 의지를 보이고 있 으나, 연료전지 시장의 불확실성 및 신뢰성 확보 등의 문제로 인해 개발이 지연되고 있음. 따라서, 정부에서는 연구 개발 지원 확대 및 초기 시장 형성을 통해 기업의 연구 개발 참여 확대 및 상품화를 적극 지원할 필요가 있음. [공급망 분석 종합] 공급망 단계 MBOP EBOP 주요 내용 펌프, 블로워, 가습기 인버터, 컨버터, 제어기 주요 제품/기술 해외 기업 국내 기업 공기 블로워, 물 펌프, 연료 공급 펌프, 개질수 펌프, MFC, MFM, Check Valve, Solenoid valve, 공기 정화 필터, 판형 열교환기, 막 가습기, 습도 센서, 배열 회수 펌프, 개질기, 원통형 가습기, 공기 정화 필터 Matsushita Electric, Iwaki, FuelCell Energy, Hi-Blow, KNF, Thomas, DuPont, Perm Pure, Asahi Glass 삼성에너지어링, 한국가스공사, 포스코에너지, LG전자, 효성중공업, 삼성중공업, 명화공조, SK E&S, STX 중공업, 한라공조, 세종공업 경동나비엔, 에이치앤파워, 마이크로필터, CNL, 디에이치엠, 귀뚜라미 정밀, 거봉한진, 프로파워, 황해전기, K-being 에너지, 트윈에너지, 대영오엔이 DC-DC 컨버터, DC-AC 인버터, 전력회로 토폴로지, 스위칭소자(다이오드, IGBT 등), 고주파 변압기, 리액터, 커패시터, 저주파 변압기, 디지털 IC, 제어기 설계, OP 앰프, 마이크로 프로세서 페어차일드, FuelCell Energy, 마그네틱스, 인페니온, 세미크로, 인텔, MS, 휴렛패커드, National Instrument LG전자, 삼성엔지니어링, 포스코ICT, 효성중공업 다쓰테크, 벡셀, 플라스포, 헬리코파워, 지필로스, 헥스파워, 빅텍, 우창엔지니어링, GS퓨얼셀, 싸이텍코리아 중소기업 참여정도 중소기업 시장점유정도 참여정도는 주요제품 시장에 참여하는 중소기업의 참여규모와 정도(업체수, 비율 등)를 고려하여 5단계로 구분 (낮은 단계:, 중간 단계(,, ) 높은 단계: )

221 에너지변환저장 - 수소연료전지 - BOP 최근 국내 BOP 시장은 다수 후발기업들이 시장 참여 정도가 매우 높은 단계로, 점차 경쟁이 가속화되고 있는 상황임. 그러나, 연료전지 국내 시장이 협소하며, 높은 개발 비용으로 인해 상용화 및 보급 속 도가 매우 느려, 선진국 대비 기술 경쟁력 확보가 어려운 상황임. 따라서, 정부에서는 중소기업에 대한 연구 개발 지원 확대 및 세제 혜택 등 다양한 지원으로 중소기업을 육성해야 한다고 판단됨. 3. 기업니즈조사 연료전지 BOP 분야 중소기업의 니즈 분석을 통한 현황을 살펴 보면, 다양한 중소기업 들이 융합을 기반으로 하는 다양한 제품을 개발, 판매를 진행하고 있음. - 구체적으로 연료전지용 고효율 개질기, 연료전지용 열교환기 및 열유체기기, 수소연 료전지 자동차용 수소 저장 탱크, 휴대용 연료전지용 부품 개발, 전기추진 선박용 통 합 제어시스템 개발, 고체산화물 연료전지용 부품 등의 제품을 개발, 판매하고 있음. 또한, 연료전지 BOP와 관련하여 아래와 같은 기술 개발 수요가 존재함. - 다연료 연료 변환기 제조 기술, 고효율/소형화 버너 설계 및 제어 기술, 수소 제조 장 치 설계 및 개발, 알칼라인 수소 발생기, 일반적인 쉘엔튜브 타입 열교환기, 복합재 고 압 수소기체 저장용 탱크, 알루미늄 Liner 제조 기술, 복합재 와이딩 기술, 실내물류 운반차용 연료전지 파워팩 상용화 기술 개발, 전기추진 선박용 통합 제어 시스템 개 발, 고체산화물 연료전지용 고온 Hot Box 기술 등이 있음. BOP 분야의 중소기업들은 기술을 기반으로 다양한 산업 분야, 적용 분야의 시장 진입 을 위한 개발 계획을 가지고 있음. - 구체적으로 고분자 연료전지용 연료개질기 버너 설계 및 제어 기술, 연료전지용 열 교환기 및 열유체기기, 수소스테이션용 고압/대용량 수소 저장 용기 및 수소 수송용 탱크, 캠핑형 소형 연료전지 발전기, 세라믹 단열을 기반으로 한 Hot Box, 변환/ 저장 에너지 통합 제어 시스템, 직접메탄올 연료전지/배터리 하이브리드 시스템 등 의 제품을 미래에 생산할 계획을 가지고 있음. 이와 관련하여, 아래와 같은 기술 개발을 추진할 계획임. - 구체적으로 1~5kW급 고효율 컴팩트 가정용 연료전지 연료 개질기 개발, 고효율 스마 트 열교환기, 내부식성과 내환경성이 우수한 복합재 고압 수소기체 저장 탱크 기술, 알칼라인 수소 가스 발생기 및 압축, 저장, 이용 기술 개발, 소형 액체 연료 개질기 개 발, 최적화 단열 기술, 변환/저장 에너지를 효율적으로 운용/사용할 수 있는 에너지

222 전략제품 통합 제어 시스템 기술 개발, 독립전원용 발전 시스템 기술 개발, 통신 중계기기용 백 업 파워 시스템 기술 등이 있음. 4. 요소기술 후보군 구성요소 요소기술 출처 액체 연료 개질 기술 고효율/소형화 버너 설계 및 제어 기술 니즈 고효율 컴팩트 가정용 연료전지 연료 개질기 개발 니즈 SOFC 스택 장착용 Compact prereformer 제조 기술 특허, 논문 SOFC Hotbox용 연료 배가스 리싸이클 장치 제조 기술 연료 수소 리싸이클용 저온/고온 블로어 제조 기술 공급 고효율/고내구성 메탄올 센서 제조 기술 시스템 700bar 수소 압축 및 저장 시스템 개발 탈활 및 황 저감 기술 개발 알칼리 수전해를 이용한 수소 제조 기술 도시가스 이용한 고효율, 고순도 수소 제조 기술 메탈하이드라이드를 이용한 수소 저장 기술 고효율/고내구성 공기 블로어 제조 기술 자동 공기 공급 조절 밸브 제조 기술 공기 연료전지 자동차용 공기 필터 제조 기술 공급 건물용 연료전지 에어 필터 제조 기술 시스템 SOFC Hotbox 제조 기술 세라믹 단열 기술 최적화를 통한 SOFC Hotbox 제조 기술 니즈 SOFC Hotbox용 고효율 고집적 열교환기 제조 기술 특허, 논문 열 관리 SOFC Hotbox용 Compact 기동 연소기 제조 기술 특허, 논문 시스템 배열 회수를 위한 정량 펌프 기술 고효율 스마트 열교환기 니즈 튜브 형태의 고내구성/저가 가습기 제조 기술 물 관리 가습기 성능 향상 및 고온 PEMFC 열 관리 기술 특허, 논문 시스템 개질수 공급용 고효율/저전력 액체 펌프 제조 기술 고온 PEMFC 스택 냉각용 고내구성 펌프 제조 기술 고효율 DC-AC 인버터 제조 기술 전력 배터리/연료전지 하이브리드 운전 제어 기술 특허, 논문 변환 연료전지 구동용 PCS 최적화 기술 시스템 통신 중계기기용 백업 파워 시스템 기술 니즈 고효율 DC-DC 컨버터 제조 기술 특허, 논문 전압/전 류 제어 시스템 신호 처리 시스템 변환/저장 에너지 통합 제어 시스템 기술 고효율 PCS 제조 기술 및 운전 최적화 기술 연료전지 추진 선박용 통합 제어 시스템 기술 고신뢰성 셀 전압 모니터링 제어 기술 계통 연계형 연료전지 운전 제어 기술 연료전지 차량용 수소 감지 센서 기술 수소 저장 용기 압력 검지용 고압 센서 기술 [요소기술 후보군] 니즈 특허, 논문 니즈

223 에너지변환저장 - 수소연료전지 - BOP 5. 핵심요소기술 선정 전략제품 관련한 특허기술의 클러스터링을 통해 도출된 요소기술을 시장동향, 기술동 향을 고려하여, 의 합의로 요소기술을 조정함. [요소기술 조정 결과] 구성요소 요소기술 출처 연료 공급 시스템 공기 공급 시스템 열 관리 시스템 고효율/소형화 버너 설계 및 제어 기술 고온 연료전지 Compact prereformer 제조 기술 고효율/고내구성 메탄올 센서 제조 기술 700bar 수소 압축 및 저장 시스템 개발 수전해를 이용한 수소 제조 기술 자동 공기 공급 조절 밸브 제조 기술 연료전지 자동차용 공기 필터 제조 기술 고온 연료전지용 Hotbox 제조 기술 배열 회수를 위한 정량 펌프 기술 고효율 열교환기 제조 기술 니즈 특허, 논문 니즈 물 관리 시스템 고효율/저전력 액체 펌프 제조 기술 전력 변환 시스템 신호 처리 시스템 고효율 DC-AC 인버터 제조 기술 연료전지 구동용 PCS 최적화 기술 고효율 감압용 DC/DC 컨버터 제조 기술 고신뢰성 성능 모니터링 제어 기술 연료전지ㅣ 차량용 수소 감지 센서 기술 수소 저장 용기 압력 검지용 고압 센서 기술 특허, 논문 도출된 요소기술의 범위와 수준, 중소기업 적합성과 시급성 등을 고려하여 요소기술명 을 보완함. - 선정위원회를 통해 필요에 따라 요소 기술 명칭을 일부 수정하였고, 중복된 요소 기술 은 통합하고 반드시 필요한 기술을 추가함. - SOFC 스택 장착용 Compact prereformer 제조 기술은 고온 연료전지 Compact prereformer 제조 기술로 재명명되었고, 알칼리 수전해를 이용한 수소 제조 기술은 수 전해를 이용한 수소 제조 기술로 재명명되었으며 이와 아울러, SOFC Hotbox 제조 기 술과 세라믹 단열 기술 최적화를 통한 SOFC Hotbox 제조 기술도 고온 연료전지용

224 전략제품 Hotbox 제조 기술로 재명명되어 요소기술을 확장 정의하였음. - 고효율 스마트 열교환기는 다양한 중소기업 참여를 유도하기 위해, 고효율 열교환기 제조 기술로 재명명하여 요소기술의 내용을 확장하였음. - 개질수 공급용 고효율/저전력 액체 펌프 제조 기술과 고온 PEMFC 스택 냉각용 고내 구성 펌프 제조 기술 등의 들로부터 도출된 요소기술은 고효율/저저력 액체 펌 프 제조 기술로 통합되었음. - 고효율 DC-DC 컨버터 제조 기술은 고효율 감압용 DC/DC 컨버터 제조 기술로 재명 명되어 요소기술을 구체화하였고, 고신뢰성 셀 전압 모니터링 제어 기술은 고신뢰성 성능 모니터링 제어 기술로 재명명되어 요소기술을 확장 정의하였음. 핵심기술 선정 - 조정된 요소기술과 기술 시장 동향분석 및 기업니즈조사 결과를 기반으로 핵심요소 기술 선정위원회를 통하여 중소기업에 적합한 핵심기술 선정 - 핵심기술 선정은 기술성(10), 시장성(10), 중소기업성(10), 정책적 부합성(5)을 고려하여 평가됨. 기술성은 기술성장성(5), 기술수준(5)으로, 시장성은 시장규모(5), 시장 성장성 (5)으로, 중소기업성은 중소기업 참여정도(5) 및 중소기업 진입장벽 정도를 고려하여 평가 [핵심요소기술 선정결과] 공급망 또는 중분류 핵심요소기술 고온 연료전지 Compact prereformer 제조 기술 연료 공급 시스템 고효율/고내구성 메탄올 센서 제조 기술 수전해를 이용한 수소 제조 기술 공기 공급 시스템 열 관리 시스템 물 관리 시스템 전력 변환 시스템 신호 처리 시스템 고온 연료전지용 Hotbox 제조 기술 고효율 열교환기 제조 기술 고효율/저전력 액체 펌프 제조 기술 고효율 감압용 DC/DC 컨버터 제조 기술 고신뢰성 성능 모니터링 제어 기술

225 에너지변환저장 - 수소연료전지 - BOP 6. 로드맵 기획 가. 연구개발 목표 설정 [선정된 핵심요소기술에 대한 연구 목표] 중분류 핵심요소기술 기술요구사항 개발 목표 1차년도 2차년도 3차년도 최종 목표 고온 연료전지 Compact prereformer 제조 기술 - 개질기 설계 및 시 뮬레이션 기술 - 연료 변환 효율 - 연료 변환 효율 - 연료 변환 효율 - 촉매 소재, 단열 등 열 제어 기술 : 60% 이상 : 65% 이상 : 70% 이상 - 고효율, 고신뢰성 SOFC 스택 장착 용 prereformer 개발 연료 공급 시스템 고효율/고내구성 메탄올 센서 제조 기술 - 메탄올 농도 및 시스 템 운전 제어 기술 - 센서 최적화 분석 기술 - 정확도 : ±5% 이내 - 내구성 : 1,000 시간 - 정확도 : ±2.5% 이내 - 내구성 : 2,000 시간 - 정확도 : ±1%이내 - 내구성 : 3,000 시간 - 메탄올 농도 제 어 및 공급을 위한 고신뢰성, 고내구성 개발 센서 수전해를 이용한 수소 제조 기술 - 수소 발생 장치 설 계 및 시뮬레이션 기술 - 소비 전력 최소화를 위한 시스템 최적화 기술 - 용량 : 1Nm 3 /hr - 소비전력 : 6kW 이내 - 용량 : 1Nm 3 /hr - 소비전력 : 5.5kW 이내 - 용량 : 1Nm 3 /hr - 소비전력 : 5kW 이내 - 고효율, 대용량 인버터 평가용 분석 장비 개발 공기 공급 시스템 고온 연료전지용 Hot box 제조 기술 - 세라믹 단열 최적화 기술 - 효율 : 50% 이상 - 효율 : 60% 이상 - 효율 : 70% 이상 - 연소기 제작 및 배 기가스 배출 최적화 - 세라믹 단열 최 적화를 통한 고 효율 Hotbox 개발 열 관리 시스템 고효율 열교환기 제조 기술 - 고효율 열교환기 설 - 고효율 스마트 계 및 시뮬레이션 - 효율 : 60% 이상 - 효율 : 70% 이상 - 효율 : 80% 이상 열교환기 개발 기술 물 관리 시스템 고효율/저전력 액체 펌프 제조 기술 - 액체 펌프 설계, 제 - 소음 : 50dB 어 및 시뮬레이션 이내 기술 - 소비전력 최소화 기술 - 소비전력 : 8W 이내 - 소음 : 45dB 이내 - 소비전력 : 5W 이내 - 소음 : 40dB 이내 - 소비전력 : 3W 이내 - 고효율, 고신뢰 성의 액체 펌프 개발 전력 변환 시스템 고효율 감압용 DC/DC 컨버터 제조 기술 - 컨버터 설계, 제어 - 고전압을 저전 기술 -Converting 효 -Converting 효 -Converting 효 압으로 감압시 - 저전압용 컨버터 제 조 기술 율 : 80% 이상 율 : 85% 이상 율 : 90% 이상 키는 고효율 컨 버터 기술 신호 처리 시스템 고신뢰성 성능 모니터링 제어 기술 - 전압, 전류 제어 및 분석 기술 - 스택 성능 모니터링 제어 및 시뮬레이션 기술 - 전류, 전압 제어 정확도 : ±5% 이내 - 전류, 전압 제어 정확도 : ±2.5% 이내 - 전류, 전압 제어 정확도 : ±1% 이내 - 전압, 전류 측정 용 프로그램 분 석 기법 개발

226 전략제품 나. 로드맵 작성

227 에너지변환저장 - 수소연료전지 - 연료전지용 소재 연료전지용 소재 1. 개요 - 정의 : 연료전지 소재는 연료전지 종류에 따라 PEMFC 소재(전극촉매, 전해질막, 분리판)와 MCFC 소재(매트릭스분 말, 전극분말, 용융염 전해질분말, 분리판 코팅소재), SOFC 소재(전해질, 전극, 밀봉재,분리판) 등을 의미함. - 범위 : 연료전지 PEMFC 소재는 귀금속계 전극촉매, 고분자 소재 전해질막, 카본계/금속계 분리판 소재가 있으며, MCFC의 경우에는 알파 리튬알루미네이트 매트릭스 분말소재, Ni계 및 N-Al계 전극 분말소재, (Li/K)2CO3 전해질 분말 소재, Ni계 및 Al계 분리판 코팅소재 등이 있고, SOFC는 YSZ 또는 세리아 전해질 분말 소재, 페로브스카이트 및 Ni-cermet계 전극 분말 소재, 유리계 밀봉재, Ni-Cr-Fe계 분리판 소재 등을 포함함. 가. 정의 및 필요성 연료전지는 구성요소 소재와 그 소재로 가공된 단전지 즉, MEA 및 스택, 연료전지 스택 이외 시스템을 구성하는 기계적 장치에 해당하는 M-BOP (Mechanical Balance of Plant), 그리고 전기 및 제어부를 담당하는 E-BOP (Electrical Balance of Plant)로 구성됨. 구성요소 소재는 연료전지 종류에 따라 휴대용 및 수송용, 가정용 등에 적합한 PEMFC 소재와 휴대용, 가정용 등에 적합한 SOFC 소재, 그리고 대형발전 및 복합발전에 적합 한 MCFC 소재로 구분할 수 있음. PEMFC 소재는 다시 전극촉매 소재, 전해질막 소재, 분리판 소재로 구분되며, MCFC의 경우에는 매트릭스 분말소재, 전극 분말소재, 용융염 전해질 분말 소재, 분리판 코팅소 재 등으로 구분되고 SOFC는 전해질 소재, 전극 소재, 밀봉재, 분리판 소재, 그리고 MCFC와 SOFC와 같은 고온 연료전지 및 개질기의 중요 소재인 개질촉매 소재로 구분 할 수 있음. 나. 범위 및 분류 [연료전지의 구성요소 분류 관점의 범위] 작동온도별 연료전지종류별 구성요소별 소재별 원료별 전극촉매 Pt/C 귀금속분말소재 저온연료전지 (상온~80 ) PEMFC 전해질막소재 분리판소재 나피온계 HC계 카본계 금속계 고분자소재 비금속소재 금속소재

228 전략제품 작동온도별 연료전지종류별 구성요소별 소재별 원료별 고온연료전지 (650~1000 ) MCFC SOFC 전극분말 Ni계 Ni-Al계 금속분말소재 용융염전해질분말 (Li/K) 2 CO 3 계 비금속분말소재 매트릭스분말 알파리튬알루미네이트 비금속분말소재 분리판코팅 Al코팅 Ni코팅 금속코팅소재 페로브스카이트계 전극소재 Ni-cermet계 Cermet 분말소재 고체전해질소재 YSZ, Ceria 비금속분말소재 밀봉재 유리계 비금속분말소재 분리판소재 Ni-Cr-Fe계 금속분말소재 (제품 분류 관점) 연료전지 구성요소 소재는 고온연료전지인 MCFC와 SOFC, 그리고 저온 연료전지인 PEMFC 소재를 모두 포함 (공급망 관점) PEMFC 소재는 귀금속계 전극촉매, 고분자 소재 전해질막, 그리고 카본 계 및 금속계 분리판 소재로 구성됨. - MCFC의 경우에는 알파 리튬알루미네이트 매트릭스 분말소재, Ni계 및 N-Al계 전극 분 말소재, (Li/K)2CO3 전해질 분말 소재, Ni계 및 Al계 분리판 코팅소재 등으로 구성됨. - SOFC는 YSZ 또는 세리아 전해질 분말 소재, 페로브스카이트 및 Ni-cermet계 전극 분 말 소재, 유리계 밀봉재, Ni-Cr-Fe계 분리판 소재로 구성됨. [연료전지 소재의 분류 관점의 범위] 대분야 중분야 세부 제품 고분자 전해질 연료전지 용융 탄산염 연료전지 고체 산화물 연료전지 원소재 MEA 스택 원소재 MEA 스택 원소재 MEA 스택 금속 및 비금속계 합금 분말, 이온전도성 고분자 소재, 탄소 복합체 및 내부식성 강판 소재 등 불소계 및 비불소계 전해질과 촉매 전극으로 구성된 접합체 등 PEMFC MEA를 탄소 복합체 분리판에 여러 단으로 적층한 집합체 PEMFC MEA를 내부식 금속 분리판에 여러 단으로 적층한 집합체 등 금속 및 비금속계 합금 분말, 이온전도성 용융탄산염 소재, 내부식성 강판 소재 등 전극, 용융염, 매트릭스 등으로 구성된 접합체 등 MCFC MEA를 내부식 금속 분리판에 여러 단으로 적층한 집합체 등 페로브스카이트 전극 분말, 이온전도성 고체 산화물 소재, 내부식성 고온 강판 소재 등 이온전도성 고체 전해질과 전극으로 구성된 접합체 등 SOFC MEA를 내부식성 고온 금속 분리판에 기체 누설이 되지 않도록 밀봉재를 사용하여 여러 단으로 적층한 집합체 등

229 에너지변환저장 - 수소연료전지 - 연료전지용 소재 [공급망 단계별 주요제품 분류표] 대분야 중분야 세부 제품 고분자 전해질 연료전지 용융 탄산염 연료전지 고체 산화물 연료전지 전극촉매 전해질 분리판 전극 용융염 전해질 매트릭스 분리판 전극 고체전해질 밀봉재 분리판 저백금 촉매, 합금 촉매, 나노구조 제어 촉매, 비백금 촉매 불소계 monomer, 블록 공중합체, 술폰화 monomer 합성, 공중합체 합성 탄소 복합체 분리판 내부식 금속 분리판 니켈분말, Ni-Al 합금 분말 62mol% Li2CO3-38mol% K2CO3 혼합 용융염 분말 알파 리튬알루미네이트 - 공기극 Al 코팅 - 연료극 Ni 코팅 (LaSr)MnO3, (LaSr)(CoFe)O3, (LaSr)CoO3 등, Ni-YSZ, Cu-YSZ, perovskite 구조 산화물 등 TZ8Y, ScSZ, GDC, LDGM, Ceria계 산화물 등 밀봉 paste, 밀봉 가스켓, 밀봉 분말 - perovskite 구조 산화물 원료 및 코팅 소재 - Ni-Cr-Fe계 금속 따라서, 연료전지 구성요소 소재의 범위는 - 고온연료전지인 MCFC와 SOFC, 그리고 저온연료전지인 PEMFC 이며, - 공급망 기준으로 비금속계 소재, 금속계 소재, 고분자 소재 전영역, - 기술적으로는 전극, 전해질, 분리판, 밀봉재 등 연료전지 단전지 제조를 위한 부품소재 등에 특징이 있는 소재 기술 및 관련 기술들을 포함 [용량에 따른 수소연료전지 종류 및 관련 기술]

230 전략제품 2. 산업 및 시장 분석 - 연료전지 산업은 내연기관을 대체하여 폭발적인 성장이 예상되는 만큼, 관련 중소기업들에 대한 정부의 시의적절한 지원책은 향후 연료전지 분야가 국가의 중추산업으로 발전할 수 있는 초석이 됨. - 원소재 90% 이상은 국외에서 수입, 가공, 양산하여야 함. 스택 제조 부분은 중소기업 업종으로 적합지 않으나, 국산화 잠재력이 크므로 대기업, 출연연 중심으로 연구역량을 강화할 필요 있음. - 연료전지 원소재 부분 세계 시장의 경우, 2012년 205억에서 2016년 3,660억으로 약 72%의 높은 성장률 을 예상하고 있으며, 국내시장의 경우 2012년 6억에서 2016년 220억으로 크게 성장할 것으로 보임. - 연료전지용 소재분야의 중소기업 생산 및 판매유형을 살펴보면, 대다수의 기업이 완제품 형태의 제품을 판매하고 있으며, 90%의 중소기업이 1차 혹은 2차 공급자 단계에 위치하고 있음. 가. 니즈 분석 가격경쟁력 요구 시장 니즈 1 : 연료전지 구성요소 소재 가격 저감화(cost down) 현재 연료전지 시스템 가격의 40~50%가 스택가격이며, 그중 60~70% 정도가 구성소 재 및 부품이 차지하는 비중이므로 전체 연료전지 시장의 30~40% 정도를 연료전지용 소재 및 부품시장으로 볼 수 있음. R&D < 부품 국산화 << 대량생산 단계를 통한 가격 저감화 전략이 필요함. 환경친화적 분산발전 수요 증가 시장 니즈 2 : 청정 연료전지 발전을 이용한 도심 내 분산발전 지속적인 에너지 수요 증가 및 불확실한 에너지 수요전망에 의해 일어난 최근 정전사 태로부터 우리나라 전력 공급 체계에 심각한 문제가 있음을 알 수 있음. 이와 같은 전 력 공급 체계 변화를 위해 최근 분산발전 방식의 적극적인 도입이 요구되고 있음. 분산형 전원이란 수요지 또는 수요지 근처에 설치되어 있는 소형 발전설비 (30MW 이 내)로 기존의 전력계통에 연결되거나 독립적으로 운용되어 수요자 요구에 맞는 경제적 운전을 하는 발전장치를 말함. 최근 기술 진보에 따라 연료전지(Fuel Cell), 마이크로터빈(Micro Gas Turbine) 등 신 발전 방식과, 태양광발전, 풍력발전 등 재생에너지 발전원이 개발되어 분산발전 전원으 로 보급되고 있음. 이들 다양한 분산발전 전원 대상 중 도심 및 인구밀집 지역이 많은 우리나라의 특성상 분산발전 형태는 청정발전이면서 공간과 시간의 제약(태양광, 풍력 등)을 받지 않는 연료전지 전원 채택이 적합함

231 에너지변환저장 - 수소연료전지 - 연료전지용 소재 수요지인 특히, 도심 근방에 연료전지 분산전원을 설치하여 운전할 때 전력 계통 신뢰 성 확보, 송배전 설비비 저감, 에너지의 합리적 이용 및 공해저감 등의 효과를 얻을 수 있을 뿐만 아니라 모듈화가 가능한 연료전지 특성상 최근 발생한 정전사태와 같은 전 력 수요예측의 어려움 및 불확실성을 극복할 수 있는 최상의 방안이 될 것임. 상용화를 위한 고성능 및 고신뢰성 연료전지 확보 시장 니즈 3 : 고성능 및 고신뢰성 연료전지 구성요소 소재 개발 각 연료전지의 성능, 가격 및 안정성을 확보하기 위한 원소재, 구성부품 및 이를 제조 하기 위한 공정기술을 확보하고 관련 부품소재 산업을 활성화시킬 필요가 있음. 첨단 원천소재기술의 부족 시장 니즈 4 : 소재 관련 중소기업 지원 육성을 통한 연료전지 구성요소 소재 개발 선진기업과의 가격경쟁/기술격차가 심화되고 있으며, 상용화를 위한 가격 및 내구성 목 표를 맞추기 위하여 새로운 재료에 대한 탐색이 필요함. - PEMFC 및 DMFC의 경우, 사용 백금량을 저감해야 하며, 메탄올 cross-over를 통한 내구성 감소를 극복해야 함. - MCFC는 소재개발을 통하여 전기발전 효율을 현 47%에서 55% 이상으로 개선하여야 하며, 현재 3만시간에 머물러 있는 스택 내구성을 최대 9만시간까지 확보하여야 함. - SOFC의 경우, 구성요소 소재 개선을 통하여 구성요소 대면적화, 초기 시동시간 단축 및 on-off에 따른 열사이클 충격 저항성을 개선해야 함. 정치 (P) 경제 (E) 사회 (S) 기술 (T) [연료전지 소재 분야의 PEST 분석] 구분 주요이슈 단기(3년이내) 중장기(4년이상) 비고 촉진 이산화탄소 저감 녹색 정책 상 중 하 상 중 하 저해 촉진 저해 촉진 저해 수소 및 대체연료 사용에 대한 홍보 및 지원 부족 전력난에 따른 분산발전 수요증가 가격적 이점 때문에 기존 화석연료 의존 후쿠시마 원전사태에 의한 원전 기피현상 환경문제 해결을 위한 대체에너지 이용 홍보 미흡 상 중 하 상 중 하 상 중 하 상 중 하 상 중 하 상 중 하 상 중 하 상 중 하 상 중 하 상 중 하 촉진 소재 관련 중소기업 지원 육성 상 중 하 상 중 하 저해 기존 내연기관 발전 장치의 기술적 도약 상 중 하 상 중 하 RPS 같은 대체에너지 촉 진법 유지 및 개선 필요 탈 원전을 위한 기존 내연 기관 발전으로 회귀 기존 화석연료 고효율 이 용 촉진 수소 생산 가격 및 기존 발전장치와의 가격 경쟁 환경문제 개선을 위한 다 양한 에너지 소재 개발 값싼 전기사용료를 위해 원전에 의존 수소 및 대체에너지 개발 을 위한 소재 기술 개발 시장진입을 위한 가격저감 화로 소재 개발 제한

232 전략제품 나. 산업특징 및 구조 연료전지 소재 중 원소재의 90% 이상은 국내에서 생산되지 않는 재료들로서 대부분 해외에서 수입하므로 연료전지에 적합한 소재로 국산화할 필요가 있음. 국내에는 대형 소재 업체, 특히 비금속, 촉매 부분의 전문업체가 전무한 상황으로 가공 분말 소재들 조차 전량 해외에서 수입하고 있는 실정임. 소재 분말을 이용하여 MEA를 제조하는 단계에서는 국내 대기업 및 중소기업에서 많 은 기술력을 확보하고 있는 것으로 판단됨. 연료전지 소재 분야 전방산업에 속하는 스택 제조 부분은 많은 연구인력과 시간을 필 요로 하는 분야로 중소기업 업종으로는 적합지 않으나 국산화 잠재력이 큰 분야이므로 대기업 및 출연연 중심 연구 역량을 강화하여 선도 업체와의 기술경쟁에 있어서 대외 우위를 점할 수 있는 산업임. [연료전지 소재 중심의 연관 산업 구조] 후방산업 연료전지 소재산업 전방산업 금속 및 비금속 합금 분말, 고분자 소재, 산화물 분말, 촉매 소재 등 분말 소재 합성 산업, MEA 제조 산업, 특수 코팅 산업 등 스택 제조 산업, 운전 및 평가 산업

233 에너지변환저장 - 수소연료전지 - 연료전지용 소재 [연료전지 소재 중심의 SWOT 분석] 강점(Strength) - 연료전지 관련 소재부품 산업은 기존 기계, 조선, 전자, 화 학 등 기반 응용산업과 연관성이 높음 - 정부의 적극적인 소재 산업 육성 정책 시행 기회요인(Opportunity) - 기술개발 시 권리확보 가능성 높음 - 선진국의 CO 2 배출규제 제도에 대한 발빠른 대응 - 유관산업의 동반 발전 및 고용 창출 - 해외시장 개발 효율성 제고 - 시장 선점, 확대에 따른 정제된 국가정책으로 세계적 정책 표준 선도 약점(Weakness) - 대기업의 시장 및 연구개발에 대한 초기진입 상태 - 원천기술 및 소재원료의 해외 의존성 높음 - 연료전지 소재 공급망 구축 미흡 - 표준화, 규격등 연료전지 산업 육성을 위한 국가 차원의 가 이드라인 미흡 - 국내 소재 산업 인프라 부족 위협요인(Threat) - 선진국의 기술 패권주의 및 향후 치열한 경쟁 예상 - 선진국 기술에 대해 단기간에 기술경쟁력을 갖추지 못할 시 기술표준의 주도권 상실 - 중국 등의 원소재 자원의 무기화 위협 - 정부의 지속적 지원 한계 - 중소기업의 공격적 투자 어려움으로 공급망 미형성 다. 시장현황/전망분석 선박해양용 연료전지 기술이 상용화 될 경우, 20조원 규모의 국내 연료전지를 적용한 선박엔진 시장의 형성이 가능함. - 국내 조선 산업은 그간 세계시장 점유율 1위를 지켜왔으며, 우리나라 5대 수출업종으 로 고용 및 부가가치 창출이 높음. 2020년 전 세계 선박엔진 시장 규모는 20조원(연료전지의 경우, 50조원)규모이며, 이중 국내에서 건조되는 선박의 물량은 40% 수준으로 예상됨. 선박용 연료전지 시스템의 개 발은 연간 50조원 규모의 선박기자재 시장의 진출 기회를 제공할 것으로 기대됨. 2008년 선박용 보조전원 세계 시장 규모는 연간 11.6GW 정도이며 4) 소형 선박 등 레저 용 보조전원(APU)으로 연료전지가 적용되기 시작하여 연간 100% 이상의 성장을 이루 고 있음. 전 세계 선박용 보조전원 시장 규모는 연간 70GW 정도로 연료전지를 이용한 발전시 스템 필요성이 증대되고 있음. 독일선급은 현수준에서 선박용 연료전지 보조전원의 시장규모를 2020년 160GW로 전 망하고 있으며, 핵심기술 확보시 연간 100조원 규모의 미래 선박엔진 시장 선점이 가 능하다고 전망함. 4) Marine Propulsion Order Survey 2008, Diesel & Gas Turbine Worldwide

234 전략제품 음극, 양극 PEMFC용 전극재료 세계 시장은, 연평균(CAGR) 27.4% 성장하여, 2016년에는 시장규모가 9,280 백만에 도달할 전망임. 또한 2016년 선박해양 환경오염규제로 인하여 선박용 연료전 지 시장이 활성화됨에 따라 고온연료전지(MCFC, SOFC)용 소재 부품시장도 성장할 전망임. [PEMFC용 전극재료 세계시장 전망] (단위: 백만엔, %) 연평균성장율 (CAGR) 전극 촉매 시장규모 3,520 4,140 4,850 6,820 9, 자료: 2012 유망 전자 부품 재료 조사 총괄 (상권(,Fuji Chimera Research, 2011, 10, 7. 멤브레인 PEM 연료 전지 관련 분리막 시장 보고서에 수록된 멤브레인 시장전망을 보면, 연평균 16.2% 성장하여 2014년에는 3.6억원의 시장 규모를 형성 할 것으로 전망됨. 현재 국내 기업들은 멤브레인 시장을 주목하며 새로운 기회를 모색하고 있는 단계로 특 히, 연료전지용 소재 중 친환경 고부가 가치가 높은 멤브레인의 개발에 주력하고 있음. 연료전지용 멤브레인의 경우 한국화학연구원, 코오롱 등이 원천기술을 보유하고 있으 며, 국내 기업들은 상대적으로 가격이 저렴한 탄화수소계 소재를 사용 하고 있어서 장 점이 있음. - 연료전지분야에서 가장 앞선 기술을 보유한 것으로 알려진 미국 고어사의 기술이 불 소계 소재를 원료로 하고 있어서 성능대비 가격 경쟁력이 떨어짐. 자료 : BCC Research, , Materials for Proton Exchange Membranes and Membrane Electrode Assemblies for PEM Fuel Cells [멤브레인 시장 전망]

235 에너지변환저장 - 수소연료전지 - 연료전지용 소재 멤브레인 시장을 주도하는 다우케미컬, 아사히카세이 등의 글로벌 기업들도 적극적인 투자를 통하여 시장 확대에 나서고 있는 만큼 국내 기업들도 지속적인 연구개발과 투 자를 통해 경쟁력 확보에 노력해야 할 필요가 있음. 기체 확산층 (GDL) PEM 연료 전지 관련 분리막 시장 보고서에 수록된 가스 확산층 및 탄소(GDL and carbon) 시장전망을 살펴보면, 2010년 3,000만달러에서 연평균 18.1%로 성장하여, 2016 년에는 시장규모가 7,800만달러로 성장할 전망임. 자료 : BCC Research, , Materials for Proton Exchange Membranes and Membrane Electrode Assemblies for PEM Fuel Cells [기체확산충 시장 전망] 기체확산층(GDL: Gas Diffusion Layer)은 막전극접합체(MEA)의 바깥 부분에 위치하여 반응 기체가 흐름장 채널에서 촉매층으로 가는 통로를 제공하며, 전기화학 반응에 의 해 발생한 열을 분리판으로 전도하여 열을 제거하는 역할을 함. - 기체확산층의 지지재료는 PEMFC 성능에 중요한 역할을 하기 때문에 연료전지의 효 율성 강화 측면에서 연구개발이 지속적으로 진행될 것으로 기대되며, 관련 시장의 규 모도 확대될 것으로 전망됨. 미국 등 주요 선진국에서는 기체확산층을 포함한 연료전지용 소재 보급과 연구가 활발 히 이루어지고 있고, 연료전지 시장의 30~40%가 구성 소재 및 부품이 차지하는 비중이 므로 국내에서도 관련 소재 분야에 대한 중소기업의 참여와 연구개발에 대한 지원이 필요한 것으로 판단됨

236 전략제품 [연료전지 소재 시장 현황 및 전망] (단위: 억원) 구분 년도 시장규모 성장률 CAGR(%) 국내 시장 원소재 % MEA % 스택 % 원소재 % 세계 시장 MEA % 스택 % 합계 % 자료 : Fuel Cell Technologies Worldwide, 환율 1200원, 라. 공급망(분류)에 따른 분석 연료전지 구성요소 소재는 전 세계적으로 10개사 이내의 주요 회사들이 독점적으로 공 급하고 있어서 원료 공급자의 교섭력이 강하나 아직 상용화 단계에 이르지 못하고 있으 므로 수급 불균형 상태는 아니기 때문에 원료 수급에 문제는 없으나 향후 상용화 진행 시 핵심 구성요소는 제품 성능 및 가격책정에 중요한 결정요소가 될 것임. [연료전지 구성요소 중심의 연관 산업 구조] PEMFC 구성요소 소재 PEMFC 분리판 관련 산업은 금속 코팅 산업, 박판 금속 개발 산업, 금속 성형 산업, 가 스켓 산업, 흑연 소재 산업, 흑연 성형 및 산업분리판 설계 산업으로 구분되어 있으며,

237 에너지변환저장 - 수소연료전지 - 연료전지용 소재 이중 분리판 유로 설계기술은 확보되어 있는 상태이나 흑연 성형 분리판 제조 분야와 금속 내 부식 코팅 기술이 미흡함. 전해질막, 촉매 등 원 소재를 생산할 수 있는 산업 기반이 마련되어 있지 않음. 연구개 발도 걸음마 단계이며, 주도적인 독자 기술을 가지고 설계할 수 있는 능력을 확보하고 있지 않음. 이러한 상태가 지속되면, 양산 시점에서 해외의 독점 공급 업체들의 영향력 에서 벗어 날 수 없음. 전략적인 소재 산업이나 부품 사업의 경우, 국가 안보 및 전략 산업 보호 차원에서 국가가 주도적으로 산업 육성의 토대를 마련해 주어야 함. MCFC 구성요소 소재 테이프캐스팅 공정에 의한 용융탄산염 연료전지 관련 MEA 제조 산업은 중소기업이 접근하기 적합하므로 많은 국내 중소기업이 약간의 기술 개발 및 기술이전을 통하여 상용화에 적합한 기술을 확보할 수 있는 산업임. 용융탄산염 연료전지(MCFC) 발전 산업은 재료, 전기화학, 화공, 전자, 기계 등 여러 산 업의 특징을 복합적으로 갖고 있는 융복합 응용산업으로 다양한 전문기술과 지식의 융 합이 요구됨. SOFC 구성요소 소재 SOFC는 소재(금속, 산화물), 셀, 번들(bundle), 스택(stack), BOP 부품, 개질기, 플랜트 시스템으로 구성되어 있고, 부품(stack)과 제품(system)의 경우는 대기업에서 관심을 가 지고 개발하고 있으며, 분말소재(powder)와 단전지(cell)의 경우는 중소기업, 중견기업 및 대기업에서 관심을 가지고 기술개발을 진행하고 있음. 국내 산업의 경우 연료전지 핵심부품인 스택(stack) 및 전체 제품(system)을 개발할 대 기업의 경우 충분한 자금, 기술 및 인력을 이용하여 개발하고 있는 반면 대부분 중소 기업 및 중견기업의 경우 아직까지 자금, 기술 및 인력 면에서 어려움이 있음. SOFC 구성요소 및 스택소재를 구성하고 있는 산업은 1 단전지(Cell)/집전체/세라믹 코팅 분리판/밀봉재 등 단전지 및 스택 구성부품의 소재, 2 각 소재를 이용한 지지체 및 단전지 제조, 스택 구성용 벌크, 쉬트, 페이스트 및 용액 제조 관련 전방위 산업, 3 고효율 시스템 및 고성능 스택 설계 및 제조와 가스터빈(Gas Turbine) 하이브리화 기 술을 적용한 연료전지 시스템 제조, 4 제조한 스택 및 시스템의 검사, 분석, 검사 장 비와 스택 및 시스템의 표준화, 연료전지 시스템 평가 및 표준화와 관련한 후방위 산 업으로 구분이 가능함

238 전략제품 [SOFC 중심의 연관 산업 구조] SOFC는 현재까지의 개발이 대기업 위주로 수 kw에서 수 MW급의 높은 출력을 나타내는 방향으로 개발되어 전방산업에 해당하는 스택 구성 소재와 부품에 대한 연구는 거의 진척이 되어 있지 않으므로 국산화가 시급한 분야이며, 전 세계적으로도 공급망이 준 비되어 있지 않음. 저가격, 고성능 소재 및 단전지, 밀봉재, 분리판, 집전체 등의 부품소재 및 이를 생산할 국내 업체 발굴을 통한 안정적인 부품 공급체계의 확립이 시급하고, 원가절감 및 대용 량화 요구에 의한 고성능 단전지 제조 기술 및 양산 기술확보가 필요함. 미국, 일본, 캐나다, 독일 등 세계 주요 선진국은 SOFC 구성소재 및 스택 소재에 관한 기술 확보 및 시장 선점을 위하여 치열하게 경쟁 중이므로, 후발주자인 우리나라는 범 국가적 지원 및 역량 집결을 토대로 주산업경쟁력을 확보하여야 함. 연료전지 소재의 공급망 현황 및 중소기업 참여정도는 아래와 같음

239 에너지변환저장 - 수소연료전지 - 연료전지용 소재 [공급망 분석 종합] 공급망 단계 원소재 MEA 스택 주요내용 금속 합금 소재 분말, 금속 판형 소재, 산화물 소재 분말, 촉매 소재 분말 PEMFC MEA, SOFC MEA, MCFC MEA PEMFC 스택, MCFC 스택, SOFC 스택 주요 제품/기술 연료극, 공기극, 전해질, 매트릭스 등 전극-전해질 접합체, 테이프 캐스팅, 테이프 칼렌더링, 데칼 곧정 등 소형 발전장치, 건물용 발전장치, 자동차용 발전장치, 대형 발전장치 등 해외 기업 Johnson Matthey, Tanaka ARKEMA, Gore, Junsei DuPont, 3M TOYOTA, MATSUSHIT, NISSAN, HONDA, FCE, Ballard 국내 기업 포스코, 포스코강판, 현대제철, LG화학 삼성전기, 삼성SDI 현대자동차, 두산중공업, 포스코에너지, 포스코 쌍용머터리얼, 동진케미칼, 대주전자, 동진케미칼, 세라파워 Fuel Cell Power, 프로파워 중소기업 참여정도 중소기업 시장점유정도 참여정도는 주요제품 시장에 참여하는 중소기업의 참여규모와 정도(업체수, 비율 등)를 고려하여 5단계로 구분 (낮은 단계:, 중간 단계(,, ) 높은 단계: ) 3. 기업니즈조사 연료전지용 소재 분야 중소기업의 니즈분석을 통한 현황을 살펴보면, 다양한 중소기업 들이 융합을 기반으로 하는 다양한 제품을 개발, 판매를 진행하고 있음. - 구체적으로 평판형 SOFC용 유리 밀봉재 paste, 수소연료전지 차량용 수소 저장탱크, 직접메탄올 연료전지, SOFC용 구성요소 소재 등의 제품을 개발, 판매하고 있음. 또한 연료전지용 소재와 관련하여 아래와 같은 기술 개발 수요가 존재함. - 개질촉매 기술, 분리판 부식방지 기술, 고성능 합금 촉매 제조 기술, 내 황피독 개질 촉 매 기술, 고온 연료전지용 연료극 소재 기술, 고온연료전지용 전해질 기술 등이 있음. 연료전지용 소재 분야의 중소기업들은 기술을 기반으로 다양한 산업분야, 적용분야의 시장진입을 위한 개발 계획을 가지고 있음. - 구체적으로 수소연료전지 자동차, 분산발전 시스템, 수소 제조용 개질기, 휴대전 원용 연료전지 등의 제품을 미래에 생산할 계획을 가지고 있음. 이를 위해 아래와 같은 내용의 기술 개발 계획을 가지고 있음. - 구체적으로 DMFC용 구성요소 소재 기술, 자동차용 연료전지를 위한 비백금계 혹은 백금 저감 촉매 소재 기술, 선박 및 휴대용 디젤 개질 촉매 기술 등이 있음

240 전략제품 4. 요소기술 후보군 [요소기술 후보군] 공급망 또는 중분류 핵심요소기술 고체산화물 연료전지용 공기극 소재 및 집전체 소재 기술 직접 메탄올 연료전지용 촉매소재 기술 출처 특허, 논문 특허, 논문 양극, 음극 촉매 MEA 비 백금계 전극 촉매 소재 기술 그래핀 이용 전극 제조 기술 고성능 백금계 합금 촉매 제조 기술 전극/막 계면 향상 기술 연료전지 전극 표면개질 기술 기업니즈 음극 멤브레인 고체산화물 연료전지용 연료극 소재 기술 저온 연료전지용 연료극 소재 기술 나피온 대체 전해질 제조 기술 MCFC용 전해질 추가 및 보충 기술 SOFC용 프로톤 전도체 소재 기술 특허, 논문 특허, 논문 기체확산층 연료전지용 기체확산층(GDL) 기술 특허, 논문 개질촉매 분리판 전분야 디젤용 개질 촉매 제조 기술 내 황피독 개질 촉매 제조 기술 연료 분배를 용이하기 위한 분리판 제조 기술 고분자 전해질 연료전지용 집전체(current collector) 기술 고분자 전해질 연료전지용 분리판 소재 및 코팅 기술 연료전지용 스택 및 분리판 디자인 기술 분리판 부식방지 기술 직접 메탄올 연료전지 시스템 기술 MCFC용 니켈 소재 기술 MCFC용 매트릭스 소재 기술 기업니즈 기업니즈 특허, 논문 특허, 논문 특허, 논문 특허, 논문 특허, 논문 특허, 논문 기업니즈 기업니즈

241 에너지변환저장 - 수소연료전지 - 연료전지용 소재 5. 핵심요소기술 선정 전략제품 관련한 특허기술의 클러스터링을 통해 도출된 요소기술을 시장동향, 기술동 향을 고려하여, 의 합의로 요소기술을 조정함. [요소기술 조정 결과] 공급망 또는 중분류 핵심요소기술 출처 양극, 음극 촉매 MEA 고온 연료전지용 공기극 소재 기술 저온 연료전지용 공기극 소재 기술 비 백금계 전극 소재 기술 그래핀 이용전극 제조 기술 고성능 백금계 함금촉매 제조 기술 전극/막 계면 향상 기술 연료전지 전극 표면 개실 기술 특허, 논문 특허, 논문 기업 니즈 음극 멤브레인 고온 연료전지용 연료극 소재 기술 저온 연료전지용 연료극 소재 기술 고온 연료전지용 전해질 소재 기술 저온 연료전지용 전해질 소재 기술 특허, 논문 특허, 논문 기체확산층 연료전지용 기체확산층(GDL) 기술 특허, 논문 개질촉매 분리판 전분야 내 황피독 개질 촉매 제조 기술 디젤 개질 촉매 기술 고온 연료전지용 집전체(current collector) 기술 고내구성 분리판 코팅 기술 분리판 부식방지 기술 MCFC용 니켈 소재 기술 MCFC용 매트릭스 소재 기술 기업니즈 기업니즈 특허, 논문 특허, 논문 특허, 논문 기업니즈 기업니즈 도출된 요소기술의 범위와 수준, 중소기업 적합성과 시급성 등을 고려하여 요소기술명 을 보완함

242 전략제품 - 선정위원회를 통해 필요에 따라 요소 기술 명칭을 일부 수정하였고, 중복된 요소 기술 은 통합하고 반드시 필요한 기술을 추가함. - 타 전략제품 영역과 중복되는 요소기술들을 제거하였고, 연차별로 추진 가능한 요소기 술들은 하나로 통합함. - 구성요소 소재는 다양한 연료전지 종류를 반영하여 크게 고온형과 저온형으로 분류하 였음. 핵심기술 선정 - 조정된 요소기술과 기술 시장 동향분석 및 기업니즈조사 결과를 기반으로 핵심요소 기술 선정위원회를 통하여 중소기업에 적합한 핵심기술 선정 - 핵심기술 선정은 기술성(10), 시장성(10), 중소기업성(10), 정책적 부합성(5)을 고려하여 평가됨. 기술성은 기술성장성(5), 기술수준(5)으로, 시장성은 시장규모(5), 시장 성장성 (5)으로, 중소기업성은 중소기업 참여정도(5) 및 중소기업 진입장벽(5) 정도를 고려하여 평가 - MEA 관련 기술은 초기 투자 비용이 많이 소요되는 관계로 중소기업 적합성 차원에서 제외하였음. - 분리판 중분류 분야에서 설계 및 디자인 쪽은 스택 제조 업체가 담당해야 하므로 역 시 중소기업 적합성 차원에서 배제하였음. - 직접 메탄올 연료전지 시스템 기술은 BOP 분야에 해당하므로 BOP 쪽으로 이관하여 검토하였음. [핵심요소기술 선정결과] 공급망 또는 중분류 핵심요소기술 출처 양극, 음극 촉매 고온 연료전지용 공기극 소재 기술 저온 연료전지용 공기극 소재 기술 특허, 논문 특허, 논문 음극 고온 연료전지용 연료극 소재 기술 저온 연료전지용 연료극 소재 기술 특허, 논문 특허, 논문 멤브레인 고온 연료전지용 전해질 소재 기술 저온 연료전지용 전해질 소재 기술 개질촉매 내 황피독 개질 촉매 제조 기술 기업니즈

243 에너지변환저장 - 수소연료전지 - 연료전지용 소재 6. 로드맵 기획 가. 연구개발 목표 설정 공급망 또는 중분류 양극, 음극, (촉매) 음극 멤브레인 핵심요소기술 [선정된 핵심요소기술에 대한 연구 목표] 기술요구사항 개발 목표 1차년도 2차년도 3차년도 최종 목표 고온 연료전지용 공기극 소재 기술 저분극 전극 0.3 ohm-cm 2 이하 0.1 ohm-cm 2 이하 0.03 ohm-cm 2 이하 0.03 ohm-cm 2 이하 저온 연료전지용 공기극 소재 기술 고온 연료전지용 연료극 소재 기술 저온 연료전지용 연료극 소재 기술 고온 연료전지용 전해질 소재 기술 저온 연료전지용 전해질 소재 기술 백금사용량 저감, 저분극 전극 미세구조 제어 및 표면개질, 저분극 전극 백금사용량 저감, 저분극 전극 전해질 박막화 기술 및 저분극 전극 저가 비 나피온계 전해질 소재 촉매 내 황피독 개질 촉매 제조 기술 내 황피독(ppm) 장기안정성 (hr) 0.5mg/cm 2, 0.5 ohm-cm 2 이하 0.2mg/cm ohm-cm 2 이하 0.1mg/cm ohm-cm 2 이하 0.1mg/cm 2 이하 0.1 ohm-cm 2 이하 0.3 ohm-cm 2 이하 0.1 ohm-cm 2 이하 0.03 ohm-cm 2 이하 0.03 ohm-cm 2 이하 0.5mg/cm 2, 0.5 ohm-cm 2 이하 5 micrometer 이하 0.1 S/cm 이상 0.2mg/cm ohm-cm 2 이하 5 micrometer 이하 0.3 S/cm 이상 0.1mg/cm ohm-cm 2 이하 1 micrometer 이하 0.5 S/cm 이상 0.1mg/cm 2 이하 0.1 ohm-cm 2 이하 1 micrometer 이하 0.5 S/cm 이상 0.1 S/cm 이상 0.3 S/cm 이상 0.5 S/cm 이상 0.5 S/cm 이상 내 황피독: 10ppm 내 황피독: 50ppm 운전시간 : 100 시간운전시간 : 500 시간 내 황피독: 100ppm 운전시간 : 1000 시간 내 황피독: 100ppm 운전시간 : 1000 시간 나. 로드맵 기획

244 이차전지 전략분야 현황분석

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246 전략분야 이차전지 1. 개요 가. 정의 및 범위 - 정의 : 충 방전의 반복이 가능한 화학전지를 이용하여 전기에너지를 저장시키는 기술 분야 - 범위 : 이차전지는 이차전지용 전극소재 및 전지/커패시터, 모듈/팩/BMS 등을 포함함. 전기에너지를 고효율로 저장, 사용함으로써 전력 품질 개선 및 에너지 효율성 극대화 를 이루며, 온실가스 배출량을 획기적으로 절감할 수 있는 에너지저장 기술 핵심부품인 이차전지(리튬이온전지, 금속공기전지, 레독스 플로우 전지, 나트륨황 전지, 마그네슘 이온전지, 나트륨 이온전지) 및 슈퍼커패시터의 소재 및 소자 관련 기술 핵심 전극소재 및 전해질 원천기술로써 고안전성, 저가, 고용량, 고속 충방전, 고전압용 기술을 포함함. 요소기술 및 제조기술로써 소재 양산기술 개발 및 소재를 이용한 극판 제조기술 등 셀 제조 공정 및 모듈화 기술, 최적화 및 주변장치 설계 기술, 성능 평가 장비 기술 등을 포함하며, 추가적으로 소재 이외의 부품 관련 기술도 포함함. 적용 용도에 따라서는 소형, 중형, 및 대형 에너지저장 시스템으로 구분할 수 있으며, 각각에 해당되는 기술들은 아래와 같음. 소형 에너지저장 시스템: 모바일용 리튬전지 기술 등 중형 에너지저장 시스템: 그린카 및 가정용 리튬전지 셀 모듈개발 및 적용기술, 고에 너지밀도 슈퍼캐퍼시터 개발 및 적용기술 대형 에너지저장 시스템: 레독스 플로우(Redox Flow) 및 NaS(Sodium-Sulfuide) 전지 등 대형전지, 분산전원용 대형 시스템 산업 규모 및 현재 시장 현황으로 판단시 전지제조는 주로 대기업, 그리고 부품 소재 는 중소 중견 기업이 참여할 수 있는 사업영역으로 구분 할 수 있음

247 에너지변환저장 - 이차전지 [이차전지의 응용분야] 나. 주요 제품(또는 공정 서비스) 이차전지는 적용 용도에 따라 소형, 중형 대형으로 구분이 되며, 이에 들어가는 부품 소재 및 제조, 성능 평가 장비로 구분 할 수 있음. 이차전지의 4대 핵심 소재로써 양극, 음극, 전해질, 분리막이 있으며 이외의 기타 부 품 소재로 캔, 외장재, 전극단자, 안전소자 등 다양한 부품 소재들로 구성되어 있으 며, 양극 및 음극 소재를 제조하기 위한 전구체 기술 또한 하부 제품 등 포함하며, 이 의 생산 설비도 포함됨. 현재 국내 대기업은 주로 일본의 부품 소재를 수입하여 조립판매하고 있으며, 전지 제조기술에서는 세계 2위의 기술 경쟁력이 있으나, 이를 뒷받침할 국내의 부품 소재 관련 중소기업 기술력은 취약한 실정임

248 전략분야 [이차전지 각 구성요소별 원가 비중] [주요제품 분류표] 대분류 에너지저장 중분류 핵심원료소재 전지/커패시터 모듈/팩/BMS 소재 망간, 니켈, 코발트, 철, 무기산화물 또는 수산화물 무기화합물 양극소재, 음극소재, 전해액, 분리막, 활성탄, 첨가제 첨가제, 결합제, 충전제 성능평가 장비 - 세부 제품 또는 기술 부품 - 파우치, 안전변, 케이스 (캡, 캔) 파워트레인 컨트롤, 집전체, 자동화설비, 케이스 (캡, 캔) 충방전기, 안전성 시험기 (Nail, Hot box 등), 화성장비 2. 산업현황분석 - 녹색 성장에 대한 인식 확대 및 그린카, 전력저장 등의 시장 확대로 수요가 막대하게 증가할 것으로 예상되나 관련 기술력은 아직 미흡함. 세계 시장 점유율 1위, 세계 2위의 전지제조 기술을 보유하였으나 아직 열악한 부품소재 기 술력 및 원천 기술력은 향후 시장 주도권의 유지에 저해 요인으로 작용함. - 이차전지는 기술집약적인 산업이며, 모바일 IT, 전기자동차, 전력저장 등의 전방산업과 부품소재 부분과 같은 후방 산업에 막대한 영향을 미치는 분야이며, 이중 중소기업의 주요사업 영역은 후방산업임. 가. 환경분석 (1) 정치(Political) 최근 녹색성장에 대한 중요성의 인식으로 전기자동차 및 전력 저장 등 중대형 전지를 중심으로 급격하게 시장이 팽창할 것으로 예측됨

249 에너지변환저장 - 이차전지 년(1,175억달러)에 2010년(359억달러) 대비 약 3배 증가 전망 선진국을 중심으로 고효율이며 온실가스의 배출량이 획기적으로 절감되는 전기차에 대 한 관심 및 시장 창출, 그리고 규제로 인해 現 HEV용 니켈-수소전지가 PHEV, EV용 리튬대형전지로 교체되면서 단기간에 급속히 시장이 확대될 전망 * HEV(Hybrid Electric Vehicle) : 하이브리드 전기차, PHEV(Plug-in Hybrid Electric Vehicle) 촉진 요인 녹색성장에 대한 관심 증대로 온실가스 저감 및 에너지 효율화 기기에 대한 수요 증대 선진국을 중심으로 그린카 보급정책 확대 및 신재생 에너지, 스마트 그리드 등 보급에 따른 전력저장 장치에 대한 수요 증대 자동차 생산 업체들의 전기자동차에 대한 투자 확대 저해 요인 아직은 성숙되지 않은 중대형 이차전지 기술력 (2) 경제(Economical) 모바일 IT의 경우 기존 전지의 Flexible, 초소형, 초박막형 등의 고부가가치 제품으로 2020년 시장규모는 확대되나, 전체 비중은 축소될 전망 전기자동차 및 전력저장에 대한 꾸준한 수요 증가로 인해 중대형 위주의 시장으로 재 편이 되며, 급격히 성장할 것으로 예측됨. 촉진 요인 정부의 전기자동차 도입을 위한 장려책 및 전기자동차의 가격 하락은 시장 확대에 긍 정적인 요소로 작용함. 신재생에너지의 지속적인 확대는 전력저장 장치뿐만 아니라 전기자동차의 시장 확대에 도 긍정적으로 작용함

250 전략분야 저해 요인 전 세계적인 경기 침체로 인해 기존 예측 대비 시장의 확대 속도가 빠르지 않음. 리튬이차전지의 고가가 시장 확대를 저해하고 있음. (3) 사회(Social) 최근 지구온난화 및 기상이변으로 인하여 온실가스 저감은 매우 중요한 이슈로 부상하 고 있으며, 또한 한국은 사용에너지의 97% 이상을 수입에 의존하여 에너지 고효율화가 매우 중요함. 이차전지는 전기 에너지의 저장 및 고효율화를 통해 에너지 효율화를 이루고 온실가스 배출량을 저감할 수 있는 핵심기술임. 촉진 요인 저탄소 녹색 성장에 대한 일반 대중의 중요성 인식 저해 요인 이차전지에 사용되는 자원의 특정국가 편중 (4) 기술(Technological) 여러 종류의 이차전지 중에서 국내에는 리튬 이차전지 산업만이 국제 경쟁력이 있음. 국내에서 2000년 리튬 이차전지를 최초로 양산하였고, 2011년 세계시장의 39.4%를 점 유하여 세계 1위로 올라섬. - 그러나 현재의 리튬이차전지 생산은 아직까지 모바일 IT용 소형 리튬이온전지가 시장 의 대부분을 차지하고 있으며, 향후 전기자동차 및 전력저장용 중심으로 성장할 것으 로 예측됨. 최근 국내 리튬이차전지 제조 기업이 국내 및 외국 자동차 업체에 전지 납품 계약 체 결 및 납품을 진행하고 있음. - LG화학은 GM의 Chevrolet Volt 및 현대자동차에 리튬이온전지를 납품하고 있음. - SB limotive, SK이노베이션 등의 리튬이차전지 제조업체들도 국내, 해외의 자동차 업 체에 납품 계약 체결을 진행 중이며 일부 납품을 진행하고 있음

251 에너지변환저장 - 이차전지 - 현재 국내기업의 전기자동차용 리튬 이차전지 기술이 일본에 비해 앞선 것으로 평가 되기도 하나, 전지의 성능을 좌우하는 소재기술과 원천기술이 일본에 비해 부족하여 미래의 기술우위 유지 가능성은 불투명 - 리튬 이차전지 관련 산업 인프라(특히 소재 산업), 인력양성, 연구개발 능력은 일본, 미국, 중국에 비해 뒤짐. 국내 HEV용 전지의 기술수준을 선진기업과 비교하면 전지의 에너지밀도와 수명 측면 에서는 국내기술이 선진기업에 비해 다소 뒤진 수준이나, 출력밀도, 냉시동 출력 및 가 격 측면에서는 선진기업과 유사한 수준임. 전체적으로 종합해 볼 때 국내의 HEV용 전 지는 선진기업에 비해 1년 이상의 기술격차를 보이고 있음. 그리고 부품 소재 관련 기술력은 선진국인 일본 대비 50% 이하의 기술력을 보유한 것으로 평가됨. 촉진 요인 세계 1위의 전지 제조 기술 보유 및 시장 점유율로 향후 시장 선점 가능 저해 요인 열악한 부품 소재 기술로 이차전지 후방산업의 취약으로 향후 경쟁력 손실 가능 [에너지저장 분야의 PEST 분석] 구분 주요이슈 단기(3년이내) 중장기(4년이상) 비고 정치 (P) 경제 (E) 사회 (S) 기술 (T) 촉진 그린카 보급정책 상 중 하 상 중 하 저해 촉진 저해 촉진 저해 성숙되지 않은 중대형 이차전지 기술력 신재생 에너지의 지속적 확대 세계 경기 침체 및 리튬이차전지의 고가 저탄소 녹색 성장에 대한 대중 인식 이차전지 자원의 특정국가 편중 상 중 하 상 중 하 상 중 하 상 중 하 녹색 성장에 대한 관심 증대로 세 계 각국 그린카 보급 정책 수립 중대형 이차전지 개발에 대한 투자 확대 필요 전력 저장 및 전기차 보급에 모 두 긍정적 상 중 하 상 중 하 Post-LIB의 개발 필요 상 중 하 상 중 하 상 중 하 상 중 하 촉진 세계 1위의 시장 점유율 상 중 하 상 중 하 저해 열악한 부품 소재 기술 상 중 하 상 중 하 대중의 녹색성장에 대한 인식으 로 에너지 저장 보급 확대 기대 Post-LIB 개발을 통한 자원 다 변화 필요 지속적인 기술 개발을 통해 유 지 필요 부품 소재 및 원천 기술 투자 확대 필요

252 전략분야 나. 산업특징 및 구조 (1) 산업의 특성 에너지저장 산업은 기술집약적인 산업에 해당되며, 특히 한국의 경우 전지제조 기술에 서는 세계 2위의 기술 경쟁력을 보이고 세계 1위의 시장점유율을 보이고 있으나 부 품 소재 기술은 매우 취약한 기술과 산업기반을 가지고 있음. 에너지저장 산업은 전후방 산업에 막대한 영향을 미치며, 특히 전방산업의 경우 전기 자동차, 전력저장, 로봇, 모바일 IT 기기 등 핵심부품으로 사용되어 이차전지의 개발 여부가 전방산업의 존폐에 영향을 미침. 에너지저장 산업은 발전은 이와 후방산업인 부품 소재 산업 및 생산설비 산업의 동반 성장이 요구되는 산업임. (2) 산업구조 이차전지 산업은 전지제조 부분과 후방산업인 부품 소재 부분, 그리고 전방산업인 Mobile IT, 전기자동차, 전력저장 등으로 구성되어 있음. 이 중, 이차전지 분야에서 중소기업의 주요 사업 영역은 후방산업이며, 전방산업의 경 우 Mobile IT 영역에서 중소기업의 참여가 가능함. 후방위 산업 에너지저장 전방위산업 - 양극소재 - 음극소재 - 분리막 - 전해질 - 외장재 - 전구체 - 전지제조 공정 - 전지 제조 설비 - 전지 화성 장비 - 전지 성능 평가 장비 - 제조 자동화 - 휴대폰, 노트북PC, 스마트폰 등 Mobile IT - 디지털카메라, MP3P, 캠코더 등 전기전자제품 - 전기자동차 (HEV, PHEV, EV) - 태양광전력저장, 풍력발전전력저장 등 신재생 에너지저장장치 - 지능형로봇 (Care Robot, 엔터테인먼트, 경비, 교육 등) [에너지저장 중심의 연관 산업(전후방산업)구조] 후방산업인 부품 소재 부분의 경우, 양극 및 음극 소재, 전해질, 분리막 등 실제 이차 전지의 용량, 수명, 출력, 가격 등을 결정하는 핵심 인자로 작용을 하며, 이들을 조립하 여 이차전지를 제조하므로 부품 소재의 기술력 및 생산 기반 확보는 매우 중요함. 전지제조의 경우, 삼성SDI와 LG화학을 중심으로 이루어지고 있으며, 여기에 SK이노베 이션 및 기타 기업들이 새로이 진입하고 있음. 부품 소재 분야에 주로 참여하고 있는

253 에너지변환저장 - 이차전지 중소기업들은 삼성SDI와 LG화학에서 요구되는 부품과 소재를 제공하는 형태임. 부품 소재 분야에 참여하고 있는 기업들은 과거 벤처 및 중소기업들이 주를 이루고 있었으나, 최근 중대형 이차전지 중심으로 급격한 시장 팽창으로 대기업의 참여 및 자 본투자가 기대되고 있음. - 현재 참여 중소기업수는 50여개로 대부분 50인 이하의 기술집약형 기업들임. 국내 부품 소재 관련 중소기업들은 양극, 음극, 전해질, 분리막 및 기타 부품 소재 등 다양한 분야로 진출하여 있으나, 아직 경쟁력 있는 기술을 일부 확보하고 상용 제 품을 납품하는 중소기업은 양극 소재에 치중되어 있음. [에너지저장 분야의 공급망 분석 및 주요업체] 부품 소재 리튬이온전지 전방산업제품 주요내용(설명) 리튬이온전지용 양극활물질, 음극활물질, 전해액, 격리막 및 기타 부품 리튬이온전지 제조 리튬이온전지가 활용되는 분야의 관련 제품으로 모바일IT 기기 및 전기자동차 주요 업체 대기업 중소기업 GS칼텍스, SK이노베이션, 포스코켐텍, 한화석유화학 등 대정이엠, 에코프로, 엘엔에프신소재, 한국유미코아, 테크노세미켐, 율촌화학 등 삼성SDI, LG화학, SK이노베이션 에너테크인터내셔널, 코캄, EIG, 한국파워셀 등 삼성전자, LG전자, 현대자동차, 등 다수의 중소기업 3. 시장분석 - 에너지저장의 핵심인 이차전지의 세계시장은 2010년 359억달러에서 연평균 15% 이상의 성장률로 2020년 1,175억달러 에 이르고, 특히 중대형 시장의 경우 2010년 28억달러에서 2020년 559억달러로 급격한 성장을 이룰 것으로 예측됨. - 이차전지의 부품소재는 중소기업의 참여가 주로 요구되는 부분이며, 이 중 양극소재의 경우 한국유미코아, L&F 신소 재가 세계시장 약 30%를 차지하고 있으나, 음극 및 전해질의 경우 아직 국내기업이 경쟁력 있는 규모로 성장하지 못 했음. 분리막의 경우 SK이노베이션이 세계시장의 약 15%를 차지하고 있음. 가. 시장현황 및 전망 에너지저장 장치의 세계시장은 2010년 359억달러에서 연평균 15% 이상의 성장률로 2020년 1,175억달러에 이르고, 특히 중대형 시장의 경우 2010년 28억달러에서 2020년 559억달러로 급격한 성장을 이룰 것으로 예측됨. 에너지저장 장치의 국내시장은 대략 세계시장의 10% 정도 추정되며 세계 시장의 확대

254 전략분야 와 더불어 급격하게 국내시장도 확대될 것으로 예측됨. 이중 리튬이차전지의 세계시장 규모는 2010년 123.4억달러에서 2020년 778.9억달러로 확대될 것으로 예측됨. 구분 세계 시장 국내 시장 년도 [에너지저장 분야의 시장현황 및 전망] 시장규모 (단위: 억원) 성장률(%) (2012~2016) 이차전지 579, , , ,867 1,031,338 1,222, %/년 자동차용 이차전지 66,709 95, , , , , %/년 전력저장용 이차전지 6,194 11,738 22,244 42,153 79, , %/년 합계 579, , , ,867 1,031,338 1,774, %/년 이차전지 57,953 68,663 81,352 96, , , %/년 자동차용 이차전지 6,670 9,550 13,673 19,576 28,028 40, %/년 전력저장용 이차전지 619 1,173 2,224 4,215 7,988 15, %/년 합계 57,953 68,663 81,352 96, , , %/년 자료 : IIT, Hiedge, Frost & Sullivan, 노무라 종합연구소, 국내 시장은 세계시장의 10% 가정, 1US달러=1,150원 가정, 자동차용 및 전력저장용 이차전지는 이차전지에 포함되므로 합계는 이차전지 시장 나. 무역현황 이차전지분야의 주요 수출입 품목은 고정식축전기, 연축전지, 기타 축전지 등이 있으며, 무역규모가 꾸준히 증가하고 있는 것으로 나타남. 최근 수출액이 수입액을 넘어서고 있 고, 특히 기타 축전지에 대한 수출규모가 최근 크게 증가하고 있음. [이차전지 전략분야 품목별 수출현황] (단위: 천달러) 품목 구분 수출현황 443, , , ,806 1,108,742 1,141,870 1,008,889 고정식축전기 수입현황 750, , , , , , ,383 무역특화지수 수출현황 463, , , ,350 1,063,348 1,292,778 1,193,698 연축전지 수입현황 24,305 32,896 40,925 29,888 34,702 50,612 66,987 무역특화지수 수출현황 494 1, ,088 94,156 2,519,211 기타축전지 수입현황 14,298 18,401 18,121 16,938 17,580 35, ,629 무역특화지수 * 무역특화지수 = (상품의 총수출액 - 총수입액) / (총수출액 + 총수입액)

255 에너지변환저장 - 이차전지 다. 글로벌 수출입 유망품목 2012년 글로벌 수출입 유망품목은 국내외 수출입 규모와 성장률, 관세율, 특허출원동향 을 바탕으로 품목 경쟁력, 품목 유망성, 시장성, 기술성, 중소기업 적합성 등을 분석하 여 도출됨. 이차전지분야에서는 전지 및 관련 부품이 수출입 유망 품목으로 도출됨. 라. 업체동향 (1) 해외 주요 업체 동향 다양한 Mobile IT기기들의 digital convergence에 따라 수요시장은 지속적으로 확대될 것으로 예상되며, 기기의 다양화 및 다기능화에 따른 고에너지밀도의 이차전지 개발이 진행되고 있음. - 지속적으로 안전성 문제가 대두되어 전지의 안전성 강화요구가 증가하고 있어 고에너 지밀도를 구현하면서도 안전성 확보를 위한 신규 에너지저장소재, 세라믹 분리막 등의 소재분야의 핵심기술 개발이 진행 중임. 친환경자동차 보급을 위한 각국 정부의 노력과 더불어 활발한 전기자동차 개발 및 보 급이 지속적으로 확대되고 있음. 미국은 에너지성(Dept. of Energy, DOE)의 프로그램을 중심으로 전기차용 이차전지 개 발에 박차를 가하고 있음. - EERE(Office of Energy Efficiency & Renewable Energy)는 전기차용과 전력저장용 에 너지저장의 R&D 지원 중 - 추가적으로 Recovery Act를 통해 15억달러의 예산을 전지 제조 프로젝트에 지원하였 으며, 4억달러는 수송기계 전기화 프로젝트 지원 일본 경제산업성은 2008년 21개의 주요 에너지기술을 선정, 전기차는 PHEV와 EV용 이차전지 기술이라는 이름으로 로드맵을 발표 - 일본은 차세대자동차용 고성능 이차전지 개발 프로젝트인 Li-EAD 프로젝트를 `07년부 터 5년간 진행 - 또한 혁신형 이차전지 개발 프로젝트인 RISING 프로젝트를 `09년부터 매년 30억엔의 예산을 투입하여 7년간 진행 중 - RISING 프로젝트는 리튬이온전지의 소재와 분석기법의 혁신을 통해 리튬이온전지 소 재의 개발 가이드라인을 제공하고, Post-LIB 혁신 전지 개발에 기술을 활용

256 전략분야 일본, 미국 등 주요 선진국들은 연구개발 및 실증을 활발하게 추진 중이며 일부 상용 화에 성공하는 등 사업화 단계 진입 일본은 신재생 발전소용, 가정용 등 다양한 분야에서 기술개발을 추진하고 있고 나트 륨-황전지, 리튬이온전지 등에서 앞선 기술력 보유 - 특히 2011년 3월 동북지역 대지진과 동경전력의 원자력발전소 사고로 인하여, 전력저장에 높은 관심을 보이고 있는 실정으로 현재 리튬이온전지를 대상으로 보급 사업을 추진 중 - 신에너지개발기구(NEDO)를 주축으로 고성능 전력저장기술개발 장기로드맵 을 설정, 2010년 예산 26억달러 중 1억 3,600만달러(9.7%)를 이차전지에 투입하는 등 대용량 에 너지저장시스템 개발에 매진 중 미국은 공공기관, 대형 전력회사 중심으로 기술개발 및 실증 적극 추진 중임. - ARPA-E(DOE 산하 연구기관)는 총 92백만달러의 자금을 LiB, Capacitor, Flow Battery, CAES, flywheel, SMES 등의 에너지저장 기술에 투자(`09~`10) - AES 社 는 뉴욕 Westover 발전소의 44MW 화력발전 설비에 20MW급 리튬이온전지 설치(`10.6) - 캘리포니아주의 경우, 전력회사의 에너지저장 시스템 설치를 의무화하는 법안 통과 (`10.9) 리튬 이온 전지용 음극 소재는 일본, 미국을 중심으로 고용량화가 가능한 합금계 음극 소재와 고출력 특성이 우수한 산화물계 음극 소재에 대한 기술 개발이 진행 중 합금계 음극 소재의 경우, 일본은 Si계 금속 합금계와 실리콘 산화물계(SiOx) 소재 개 발을 Panasonic, Canon, Fukuda metal, Mitsui Metal and Mining, Shinetsu 등 소재업 체와 전지업체에서 활발히 연구 개발 진행 중 - Sony의 경우 `06년 합금계 최초로 Sn 기반 비정질 탄소 복합체 음극 소재를 탑재한 고용량 리튬이온전지를 개발, 시판 중에 있으며, Pananosonic은 coin-type 소형 리튬이 온전지에 Ti-Si 합금계 음극 소재를 채용하여 현재 양산 중 - 그러나, 수명 특성 및 열 안전성 문제로 인해 본격적인 리튬 이온 전지용 음극 소재 채택은 이뤄지지 못하고 있으며 Hitachi Maxell 등은 흑연계 음극 소재에 Si를 5% 이 내로 복합화하여 고용량화를 진행 중임. - 미국은 Stanford 대, Georgia 공대 등 학계를 중심으로 고용량 Si계 음극 소재에 대한 원천성 연구를 진행 중이며, Amprius, Nanosys, Envia, Nanowire, Quantum dot 등 기존에 나노 소재 관련 기술을 풍부하게 보유하고 있는 벤쳐 기업들이 나노 구조 기 반 Si계 음극 소재 관련 기술 개발을 진행 중 산화물계 음극 소재는 기존 탄소계 및 합금계 소재 대비 안전성과 신뢰성이 높은 Ti계

257 에너지변환저장 - 이차전지 음극 소재를 중심으로 기술 개발이 진행 중으로 일본 Toshiba는 Lithium titanate 음극 소재 채용을 통해 10만회 싸이클이 가능하며 고출력/고속충전이 가능한 리튬 이온 전 지를 개발 중에 있음. - 장기수명 특성이 요구되는 에너지저장 분야 및 높은 고출력 특성이 요구되는 분야이 긴 하나 lithium titanate계 음극 소재는 작동 전압이 높고, 기본 흑연음극 소재 대비 낮은 가역 용량의 문제로 제한적인 분야에 채용이 예상됨. - 미국 Univ. of Texas, 영국 St. Andrews, 이탈리아 Univ. of Rome 등 학계에서는 lithium titanate 계 소재의 용량 한계를 극복할 수 있는 신규 조성의 산화물 음극 소 재 관련 원천기술 개발을 진행 중에 있음. (2) 국내 주요 업체 동향 한국의 전지생산기술은 일본과 비슷한 수준까지 도달했으나 원천기술 개발력과 소재양 산기술은 선진국 대비 열세 - 삼성SDI 및 LG화학을 중심으로 리튬이차전지 분야의 시장 점유율 확대 중 4대 소재와 관련하여서는 기존 소재의 국산화를 시도 중으로 아직까지 품질의 균일성 및 신뢰성이 선진국 대비 떨어지지만 산학연 공동개발 및 기존 축적 know-how를 바 탕으로 기술격차를 좁히고 있음. 차세대 소재로써 고용량 및 고에너지밀도화를 위한 노력 중으로 선진국 대비 초보적인 수준이며 안전성 강화를 위한 전해질 기술과 분리막 관련 기술 역시 선진국 대비 열세 리튬이온전지 기술을 기반으로, 전기자동차용 이차전지를 상용화하고 있으며, 에너지밀 도를 높이기 위한 핵심 소재 개발을 집중 추진하고 있음. 파우치형 리튬이온폴리머전지의 LG화학과 각형 리튬이온전지의 삼성SDI는 일본업체와 경쟁하면서 자동차 업체와 협력 관계 지속 확장 중 핵심 부품소재는 초기 제품의 경우 완성도가 높아 risk가 적은 일본 제품의 채용이 다 소 많음. `09년 세계 최초로 현대차 아반떼 LPI 하이브리드차에 LG화학의 리튬이온폴리머 전지 가 사용되기 시작하면서, 국내 전지업체의 상용화 및 해외 자동차 업체와의 공급계약 이 본격적으로 진행되고 있음. - LG화학은 GM 시보레볼트 전기차에 배터리를 공급 중이며, 르노 등의 업체와도 대규 모 공급 계약 체결

258 전략분야 - 삼성SDI는 경상남도 양산에 대규모 생산라인을 준비하였으며, BMW 등의 자동차 업 체와 전기차 배터리 공급 계약 체결 전력저장용 리튬이온전지는 최고 수준의 제조기술로 해외수출이 가시화되었으나, 전반 적인 ESS 원천 부품소재 기술은 미흡 - 삼성 SDI, 미국 AES사에 20MW급 ESS 공급계약(`10.9) - LG화학, 미국 SCE사에 10kWh급 가정용 ESS 공급계약(`10.10) 가정용 ESS의 실증을 추진 중이나 초기단계이고, 향후 가장 큰 수요가 예측되는 전력 망용 대규모 ESS 실증은 전무한 상태 - 제주 스마트그리드 실증단지에 5kWh급 가정용 ESS 실증 추진 중(`09.12~`13.5) - 대구 100가구에 10kWh급 리튬이온전지 시스템 실증 사업 추진 중(`10.6~`13.5) - 8MW급 제주 조천변전소 리튬이온전지 설치를 시작으로 2015년 이후 345kV이상의 변 전소에 수십 MW규모의 에너지저장설비를 구축 예정 등 실증사업의 효과분석을 통해 타 지역으로 실증 보급 확대 추진 - 중 장기적으로 기존 양수발전소를 대체할 수백 MW 규모의 에너지 저장시설 건설 계 획한다는 목표 국내의 이차전지용 부품소재 기술 개발은 삼성SDI, LG화학, SK이노베이션 등 이차전 지 업체의 해외 이차 전지 시장 점유율 확대와 함께 비약적인 성장이 예상되나, 각 부 품소재별로는 그 편차가 매우 큼. - `08년 기준 70% 수준의 국산화율을 보이는 양극 소재 기술은 최근 많은 중소기업 및 대기업에서 앞 다투어 양극재 산업에 진출하였으며, `15년 국산화율 95%를 목표로 LCO, NCM, LMO, LFP 등 리튬이온전지용 양극 소재에 대한 양산화 기술을 개발 진 행 중임. 또한 한양대학교, 울산과기대, 서울대학교, 전남대학교, KIST, KETI, KIER 등 학계 및 연구소를 중심으로 Li-rich 계열, Silicate 계열 등 차세대 고용량 양극 소재 양산화를 위한 연구 개발을 진행 중 - `08년 국산화율이 8%에 불과한 음극 소재 기술은 포스코켐텍, GS에너지, 애경유화, OCI 소재 등에서 탄소계 음극 소재 기술을 개발 중에 있음. 차세대 음극 소재 기술 개발은 울산과기대, 서울대, KAIST, 한양대 등에서 나노기술을 적용한 고용량, 고출력 신규 음극소재 조성 및 구조 관련 탁월한 연구 성과를 보고한 바 있으며, 산업체의 경우, WPM 과제 수행을 통해 고용량 합금계 음극 소재 개발을 삼성SDI, 포스코켐텍, MK전자 등에서 기술 개발을 진행 중임. 그 외에도 고출력, 장수명 특성이 우수한 LTO 음극 소재는 삼화 콘덴서, 석경 등에서 기술 개발 중 - 리튬이온전지용 분리막 기술개발은 SK 이노베이션, LG 화학, 강원대학교, KETI 등에서 친환경자동차용 이차전지 등 중대형 전지용 분리막 요구 특성에 맞출 수 있는 폴리올레 핀계 분리막 다중 코팅, Non-woven계 분리막 등에 대한 기술 개발을 진행 중에 있음

259 에너지변환저장 - 이차전지 [에너지저장 주요 제품의 국내 업체 현황] 세부전략분야 주요 제품 대기업 중소기업 중소기업 주요 참여영역 중소기업 참여 정도 중소기업 점유율 이차전지 리튬이차전지 니켈수소전지 LG화학, 삼성SDI, SK이노베이션 코캄, 이아이지, 에너테크인터내셔널, 세방전지 리튬이온전지, 리튬폴리머전지 등 하이브리드 전기자동차용 니켈수소전지 양극소재 GS에너지, 한화석유화학 대정이엠, 코스모신소재, 에코프로, 엘엔에프신소재, 한국유미코아 외 양극 소재 음극소재 POSCO, GS에너지 애경유화 음극 소재 핵심소재 커패시터소재 GS애너지, LS엠트론 외 썬텔 외 커패시터 소재 전해질 파낙스이텍, 솔브레인 외 전해액 분리막 SK이노베이션 씨에스텍, 더블유스코프코리아 외 분리막 양극소재용 전구체 에코프로, 대정이엠 양극소재용 전구체 기타부품 BMS, FTC 외 바일테크놀러지, 신화인터텍 외 보호회로, BMS, FTC 등 Al pouch 율촌화학, 희성화학 외장재 Al Pouch 성능평가 장비 충방전기 안전성 평가 장비 피엔이솔루션, ETH, 유엠테크, 에이프로, 원아테크 외 듀오콤, BCS테크놀로지 외 충방전기 관통, 열충격 등 화성장비 한화테크엠 피엔이솔루션, ETH 충방전기, 자동화 설비 * 참여정도는 주요제품 시장에 참여하는 중소기업의 참여규모와 정도(업체수, 비율 등)를 고려하여 5단계로 구분 (낮은 단계:, 중간 단계(,, ) 높은 단계: ) 마. 기업개발니즈 에너지저장 분야 중소기업의 니즈분석을 통한 현황을 살펴보면, 다양한 중소기업들이 이차전지를 기반으로 하는 다양한 제품을 개발, 판매를 진행하고 있음. - 구체적으로 리튬 인산철 및 리튬니켈코발트망간 소재를 이용한 리튬 폴리머 이차전지 및 이를 이용한 팩 도전제가 코팅된 알루미늄 집전체 리튬 폴리머 이차전지 제조용

260 전략분야 Pb 탭, UPS용 배터리 팩, ESS/AGV용 배터리 팩, 리튬이온배터리, 전기추진시스템, 리튬이차전지용 양극활물질, 자동차 및 ESS장치용 음극재, 전구체, 리튬이차전지용 분 리막 필름, 이차전지용 셀파우치, 리튬이차전지, 전지자동차용 모듈, 전력저장장치 (ESS), 이차전지 음극재, 중대형 리튬이차전지용 양극소재 개발/생산 -3성분계 양극 전 구체 (NCM계, NCA계), 이차전지용 축전기용 알루미늄 소재, 리튬이차전지 전극/팩, 전기 이륜차, 리튬 배터리, 전기 특장차량, 카본 브러쉬 및 세라믹 단열재 등, 배터리 팩, 이차 황산납축전지에 선별 및 충전과 펄스 기능을 통해 재활용 기술 개발 및 적 용, 이차전지 충방전 시스템, 자동차용 에너지 저장장치 태양광용 에너지 저장장치, 바 나듐 레독스 흐름전지 (VRFB), 이차전지 금형, 인조흑연계 음극재 및 천연흑연계 음극 재의 성능향상용 코팅재 등이 있음. 에너지저장 분야 중소기업들은 기술을 기반으로 다양한 산업분야, 적용분야의 시장진 입을 위한 개발 계획을 가지고 있음. - 구체적으로 고용량, 고안정성 리튬이차전지 개발 ESS 및 EV용 리튬이차전지 Pack 개 발, 각종 UPS, ESS(energy storage system), 리튬이온배터리, 전기추진시스템, 리튬이차 전지용 양극 활물질, 음극재, 전구체, 리튬이차전지용 분리막 필름, 전기자동차, 전기저 장 시스템에 사용되는 중대형 셀파우치, 전력저장용 고에너지밀도 및 장수명 리튬이차 전지, NCM계 양극전구체 (523, 111, 622, 811) NCA계 양극전구체, 이차전지용 알루미 늄 합금 및 축전지용 소재 합금 다수, 리튬이차전지 전극/팩, 배터리 팩, 카본 브러쉬 및 세라믹 단열재, 배터리 팩, 리튬축전지 재활용기술 개발, 정밀 충전 및 과방전 테스 트 장비, 급속충전용 공용량 에너지 저장장치, VRFB를 이용한 중대형 ESS, peak shaving, 하이브리드 파워, 스마트그리드 연계형 ESS, APU, 저소음 비상 보조전원, remote power, mobile base station, 원통형 전지 절연판 금형, 인조흑연계 이차전지용 음극재 등의 제품을 미래에 생산할 계획을 가지고 있음. 바. R&D 현황분석 최근 2년간 중소기업들이 정부 R&D 자금지원을 받기 위해 신청한 과제 리스트를 분석 한 결과, 이차전지분야에는 EV용, LEV용, 가정용, 모바일용, 소재, 장비, 제어장치에 대한 연구개발을 추진하고 있는 것으로 나타남

261 에너지변환저장 - 이차전지 [이차전지분야의 최근 중소기업 연구개발 추진 현황] 4. 시사점 및 제언 한국은 에너지저장장치의 대표 격인 리튬이차전지 시장에서 세계 2위의 기술력 및 세 계 1위의 시장 점유율을 확보한 것으로 평가받고 있으나, 이의 부품 소재는 국산화율 20~30% 이하인 것으로 이차전지 value-chain이 매우 취약함. 특히 대부분의 부품 소재를 일본으로부터 수입에 의존하여 이차전지 산업이 성장할수 록 대일 무역적자가 확대되는 구조임. 향후 한국이 이차전지 시장에서 기술 경쟁력을 유지하고, 진정한 세계 1위로 도약하기 위해서는 부품 소재 기술의 확보 및 이의 국산화가 매우 중요함. 이차전지 부품 소재는 일정부분 대기업의 참여영역도 있으나, 대부분 영역이 다수의 중 소기업이 경쟁체제로 성장하는 것이 산업전반의 내실화에 도움이 될 것으로 판단이 됨. 특히 양극소재, 음극소재, 전해질, 분리막 등 4대 구성요소가 이차전지 부품 소재의 원가비중에서 약 3/4를 차지하므로 이들 기술을 보유한 중소기업에 대한 집중적인 기 술개발 투자가 선행되어야 하며, 또한 기타 부품 소재에 대한 투자도 병행되어야 함

262 전략분야 특허분석을 통해 각 대표기술군을 종합분석한 결과, 전해액 조성물 및 제조방법과 양 극재는 상대적으로 기술성장성이나 기술장벽이 높아 중소기업이 접근하기는 어려운 대 표기술 후보군으로 판단됨. 상대적으로 기술성장성, 기술수준, 기술장벽이 낮은 전극 물질, 전기 이중층 캐패시터, 음극재, 인산형 양극재, 니켈 복합 산화물 양극재는 중소기업에서 진출하기 용이한 대 표기술 후보군으로 판단됨. 회로 저장 분야는 원천기술 및 기초기술이 견고하게 특허군울 구축하고 있는 배터리 자체의 기술에서 응용되어 나타난 비교적 신규 기술 분야로서, 이차전지 자체의 소재 나 구성보다는 기술경쟁 정도가 낮고 지재권 확보 측면에서 유리한 것으로 판단됨. CPP 및 최신특허비율은 높으면서 패밀리 특허나 특허건수 측면에서는 아직 낮은 것으 로 나타나므로 향후 유망한 기술 분야로 전망되고, 중소기업 출원 비율 및 중소기업 출원인 비율 측면에서도 높은 수치를 나타내므로 국내 중소기업이 해당 분야에서 기술 개발을 고려해 볼 수 있는 후보군으로 사료됨. 현재 이차전지는 핸드폰 및 노트북용으로 많이 사용하고 있으나 자동차 및 에너지 저 장 분야 등으로 사용처가 확대되고 있어 이차전지 관련 기술은 그 중요성이 계속 증가 할 것으로 보이며, 이에 따른 기술 개발도 활발할 것으로 예상됨. 향후 이차전지 시장은 중대형 전지 위주로 급격한 팽창이 이루어질 것으로 예측됨. 현 시점에서 부품 소재 기술에 대한 집중적인 정부지원을 통해 중소기업의 육성이 이루 어지면 이차전지 시장뿐 아니라 부품소재 시장에서도 기술 우위를 점할 수 있음. 대기업의 전지제조 분야와 다수 중소기업의 부품 소재 분야가 균형 발전할 경우 한국 의 이차전지 산업은 내실화를 이룰 것으로 판단됨. 중대형 이차전지 중 중소기업에서 참여 가능 영역은 소형 전기자동차용 (Light Electric Vehicle) 이차전지가 가장 유망할 것으로 판단됨. 특히 한미 FTA를 비롯한 세계 각국과의 FTA 체결은 자동차 무역을 촉진시킬 것이며 한국이 시장 우위를 점하기 위해서는 이의 핵심 부품인 이차전지에 대한 개발이 매우 중요함

263 에너지변환저장 - 이차전지 [에너지저장 분야 주요 제품] 분야 제품 설명 출처 에너지저 장 분야 LEV용 이차전지 LEV용 이차전지 BMS EV용 이차전지 EV용 이차전지 BMS 전지소재 패키징 소재 에너지저장용 이차전지 및 BMS 나트륨 이온전지 이차전지 성능평가 장비 전기스쿠터, 전기자전거 등 Light Electric Vehicle용 이차전지 LEV용 이차전지의 전압, 전류, 충전 잔량 등을 측정 및 제어하기 위한 장치 EV용 이차전지는 EV의 운행을 위해 구동되 는 전기모터에 전력을 공급하는 전원장치로 서 충전이 가능하며 안전성을 확보한 전지 EV용 이차전지의 전압, 전류, 충전 잔량 등을 측정 및 제어하기 위한 장치 이차전지를 구성하는 양극, 음극, 전해질, 분리막 등의 소재 중 대형 이차전지용 단전지의 최종 패키징 소재. 좁은 의미로는 알루미늄 파우치와 캔 외장재를 의미, 넓게는 시스템 부재인 양 음극 lead tab을 포함. 에너지 효율화를 이루기 위해 발전소, 변 전소 등에서의 대규모 전력을 저장하는 이 차전지 가격이 비싼 리튬을 대신하여 Na 이온을 charge carrier로 사용하는 저가형 이차전지 이차전지의 전기화학적 성능 및 안전성 등 을 평가하기 위한 성능평가 장비 산업기술분류코드 대분류 중분류 소분류, 기업니즈 전기 전자 전지 이차전지, 기업니즈 전기 전자 전지 이차전지 시장, 기업니즈, 유망기술 시장, 기업니즈, 유망기술 시장, 기업니즈, 특허, 유망기술, 기업니즈, 특허, 유망기술, 기업니즈, 시장, 유망기술, 전기 전자 전지 이차전지 전기 전자 전지 이차전지 전기 전자 전지 전지재료 전기 전자 전지 전지재료 전기 전자 전지 이차전지, 기업니즈 전기 전자 전지 이차전지, 기업니즈 전기 전자 전지 이차전지

264 이차전지 전략제품 분석 - LEV용 이차전지 및 BMS - 이차전지 성능평가장비 - 이차전지 소재

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266 전략제품 LEV용 이차전지 및 BMS 1. 개요 - 정의 : LEV(Light Electric Vehicle)용 이차전지는 전기스쿠터 또는 전기자전거와 같은 근거리 이동에 이 용할 수 있는 전기이륜차 운행을 위해 구동되는 전기모터에 전력을 공급하는 충전이 가능한 전 원장치이며, BMS(Battery Management System)는 이러한 장치의 작동상태를 모니터링하고 제어 하는 전지관리시스템을 의미함. - 범위 : 전지재료, 리튬이차전지, 모듈, 보호관리회로(BMS) 등 LEV에 탑재하기 위해 사용되는 각종 소재 와 부품을 포함함. 가. 정의 및 필요성 본 사업에서 목표로 하는 LEV(Light Electric Vehicle)는 전기스쿠터 또는 전기자전거로 서 근거리 이동에 이용할 수 있는 전기이륜차임. 서울시는 2011년 전기이륜차의 보급을 위해 업소에서 배달용으로 전기이륜차를 구입하 면 대당 250만원씩 구매보조금을 지원하기로 함. 전기이륜차의 경우 기존의 휘발유 이륜차에 비해 연료비가 1/4에 불과해 연간 1만 2000km 주행시 60만원 가량의 연료비 절감이 예상되며, 기존의 배기량 50cc 스쿠터급 전기이륜차가 주로 주택가 주변에서 운행하면서 소음과 악취 등 오염물질을 많이 배출 해 시민들이 불편을 겪고 있는 것을 개선할 것으로 예상됨. LEV용 이차전지는 앞서 설명한 LEV의 운행을 위해 구동되는 전기모터에 전력을 공급 하는 전원장치로서 충전이 가능하며 안전성 및 가격경쟁력을 확보한 전지를 의미함. LEV의 조기 실용화를 위해 저비용, 고성능의 2차 전지 및 BMS를 포함한 그 주변기기 의 개발이 중요함. 저비용, 고성능 리튬 이온 배터리와 그 구성 재료 및 BMS를 포함한 주변기기, 혁신적 전지의 구성과 소재, 전지 반응 제어 기술, 초가속 수명 시험법 등의 개발이 요구되며, 열화 요인의 해명, 전지 성능 향상 인자의 추출, 안전성 기준 및 전지 시험법 기준의 책정 등이 실현되어 LEV 자동차의 조기 상용화가 필요함

267 에너지변환저장 - 이차전지 - LEV용 이차전지 및 BMS 나. 범위 및 분류 (제품 분류 관점) LEV용 전지는 리튬 이차전지의 저가화 및 고성능화를 이루기 위한 소재, 셀, BMS, 모듈 및 팩을 모두 포함. (공급망 관점) LEV용 이차전지는 원재료에 해당하는 양극, 음극 활물질 및 전해질 재 료, 분리막 재료 및 수명 판정 기술의 개발, 이의 모듈 및 팩을 제어하기 위한 BMS로 써 열제어 기술 및 충방전 제어기술을 포함한 기술의 개발과 전지 반응 제어 기술의 개발 등으로 구성됨. [LEV용 이차전지 및 BMS의 분류 관점의 범위] 대분야 중분야 세부 제품 LEV용 이차전지 및 BMS 양극 소재 음극 소재 전해질 소재 분리막 보호관리회로(BMS) LiCoO2, LiFePO4, LiNixCoyMnzO2, LiCoxMnyO2, 등 인조흑연, 천연흑연, Li4Ti5O12, 탄소-실리콘 복합체 등 LiPF6, LiClO4, EC, DMC, EMC, Ionic Liquid 등 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 등 배터리별 밸런스 관리를 위한 전자제어회로 [공급망 단계별 주요제품 분류표] 대분야 중분야 세부 제품 LEV용 이차전지 및 BMS 전지재료 리튬 이차전지 모듈 보호관리회로(BMS) 양극, 음극, 전해질, 분리막 등 중량에너지밀도: 100Wh/kg, 체적에너지 밀도: 120Wh/L, 수명: 10년 이상 저가격화 0.3kWh급 모듈개발 배터리별 밸런스 관리를 위한 전자제어회로 따라서, LEV용 이차전지 및 BMS의 범위는 - 양극 소재, 음극 소재, 전해질 소재, 분리막 소재 등 이차전지 단위셀을 구성하기 위한 소재 및 이의 제어를 위한 BMS 회로를 포함하고, - 공급망 기준으로 전지재료, 리튬이차전지, 모듈, 보호관리회로(BMS) 등 LEV에 탑재하 기 위해 사용되는 각종 소재와 부품을 포함하며, - 기술적으로는 각 소재와 부품의 제조기술, 성능 향상 기술, 저가격화 기술, 소재 국산 화 기술 등이 포함됨

268 전략제품 2. 산업 및 시장 분석 - 국내의 이차전지 생산 기술과 이륜차 기술을 접목하면 전기이륜차에 대한 기술 우위를 점할 수 있으며, 이의 대량 생 산을 통해 가격경쟁에 있어서도 유리한 위치를 점할 수 있음. LEV 시장은 휘발유 이륜차 시장을 대체하며 지속적으 로 성장할 가능성이 있는 사업품목임. - LEV용 이차전지 및 BMS는 대기업이 진입하기에는 시장규모가 작고, 도한 중소기업 기술력을 이용하여 생산이 가능 하므로 대표적인 중소기업 적합 산업임. 해당 분야는 후방산업인 부품소재 산업 및 생산설비 산업의 동반 성장이 요 구되는 산업임. - LEV용 리튬 이온 전지 시장을 살펴보면, 연평균 34.4% 성장하고 있는 것으로 예상되며 2014년에는 44백만달러의 시 장을 형성할 것으로 조사됨. LEV시장은 장기적 관점에서 시장규모를 계속 키워갈 것이지만, 충전 인프라의 구축과 맞 물려 성장은 완만한 속도로 진행될 것으로 판단됨. - LEV용 이차전지의 후방산업인 부품소재 산업은 국내 업체들이 경쟁력을 지속적으로 확보할 것으로 예상되며, 이를 바탕으로 해당분야는 국내업체들이 세계적인 기술경쟁력을 단시간에도 확보할 수 있는 분야임. 가. 니즈 분석 가격경쟁력 요구 시장 니즈 1 : 저가격화(cost down) 이차전지 LEV의 상용화를 위해서는 기존의 휘발유 이륜자동차와 비슷하거나 우수한 가격 경쟁 력을 확보해야하나, 이차전지 원가가 높아 초기 구매 비용이 비싸 이차전지의 저가화 및 정책적 보조가 필요함. 배달용 휘발유 이륜차의 전기이륜차(LEV)로의 대체로 LEV 증가 전망 시장 니즈 2 : 경량화 및 충전 인프라 구축 필요 기존 이차전지를 이용한 LEV는 1회 충전당 주행거리가 짧으며, 등판능력에 문제가 있음. 주행거리 및 등판능력의 문제를 해결하기 위해 이차전지의 고성능화와 더불어 전기이 륜차의 경량화가 동반되어야 함. 또한 충전 인프라 구축에 있어서, 배달용 전기이륜차의 특성에 의해 각 업소 및 도심 내에 충전유니트를 확보해야 하며, 이들에 대한 별도의 전기요금 산정 체계를 확보해 야 함. 수입 소재, 부품소재 가격 급등 등으로 인한 수급 불안정성 해소 필요 시장 니즈 3 : 국산 소재, 장비, 부품적용 비중이 높은 전지, 모듈 전지용 소재기술은 선진국에 대한 의존도가 매우 큼. 따라서 기초 원소재 및 응용소재

269 에너지변환저장 - 이차전지 - LEV용 이차전지 및 BMS 까지 국제 소재시장의 영향을 상당히 받음. 정부에서는 지난 2010년 WPM과 같은 중 장기 프로젝트를 통해서 원천기술확보 및 소재 수급 불안정성을 해결하고자 진행 [LEV용 이차전지 및 BMS 분야의 PEST 분석] 구분 주요이슈 단기(3년이내) 중장기(4년이상) 비고 정치 (P) 촉진 그린카 보급정책 상 중 하 상 중 하 저해 성숙되지 않은 중대형 이차전지 기술력 상 중 하 상 중 하 녹색 성장에 대한 관심 증대 로 세계 각국 그린카 및 LEV 보급 정책 수립 중대형 이차전지 개발에 대 한 투자 확대 필요 경제 (E) 촉진 저해 신재생 에너지의 지속적 확대 세계 경기 침체 및 리튬이차전지의 고가 상 중 하 상 중 하 전력 저장 및 전기차 (LEV 포함) 보급에 모두 긍정적 상 중 하 상 중 하 Post-LIB의 개발 필요 사회 (S) 촉진 저탄소 녹색 성장에 대한 대중 인식 상 중 하 상 중 하 대중의 녹색성장에 대한 인 식으로 전기자동차(LEV포함) 및 에너지 저장 보급 확대 기대 저해 이차전지 자원의 특정국가 편중 상 중 하 상 중 하 Post-LIB 개발을 통한 자원 다변화 필요 기술 (T) 촉진 세계 1위의 시장 점유율 상 중 하 상 중 하 저해 열악한 부품 소재 기술 상 중 하 상 중 하 지속적인 기술 개발을 통해 유지 필요 부품 소재 및 원천 기술 투 자 확대 필요 나. 산업특징 및 구조 전기이륜차(LEV)는 이차전지 기술 및 이륜차 기술을 결합하여 생산이 가능하며, 이중 LEV용 이차전지 및 BMS 기술의 경우 대기업이 진입하기에는 시장 규모가 작으며 또 한 중소기업 기술력을 이용하여 생산이 가능하므로 중소기업에 적합한 산업임. 이차전지 산업의 발전은 이와 후방산업인 부품 소재 산업 및 생산설비 산업의 동반 성장이 요구되는 산업임. 후방산업인 부품 소재 부분의 경우, 양극 및 음극 소재, 전해질, 분리막 등 실제 이차 전지의 용량, 수명, 출력, 가격 등을 결정하는 핵심 인자로 작용을 하며, 이들을 조립하 여 이차전지를 제조하므로 부품 소재의 기술력 및 생산 기반 확보는 매우 중요함

270 전략제품 [LEV용 이차전지 및 BMS의 연관 산업 구조] 후방산업 LEV용 이차전지 및 BMS 전방산업 양극소재, 음극소재, 전해질 소재, 분리막, 외장재, BMS용 회로부품, 리드탭, 등 LEV용 이차전지 셀, 모듈, 팩, BMS 전기이륜차(LEV) [LEV용 이차전지 및 BMS의 SWOT 분석] 강점(Strength) - 리튬이차전지 세계 시장 점유율 1위 최고 수준의 리튬이차 전지 생산 기술 보유 기회요인(Opportunity) - 이차전지 시장의 폭발적 증가 - 세계적으로 핵심 소재 관련 원천특허 시효만료 임박 - 지구 온난화 방지를 위한 온실가스 배출 저감 기기에 대한 관심 고조 - 녹색성장 정책 강화로 관심집중 약점(Weakness) - 후방산업인 부품/소재 산업 취약 - 핵심 인력자원 부족 - 기초연구 기반 취약 위협요인(Threat) - 세계 최대 시장으로 예상되는 중국 시장에 대한 진입장벽 - 중국의 저가를 무기로 한 추격 다. 시장현황/전망분석 2009년 발행된 Innovative Research and Products 시장보고서에 따르면, 자동차용 리튬 이온 전지 시장은 2011년 138백만달러 규모의 시장을 형성하고 있는 것으로 나타났으 며, 연평균 33.9% 성장하여 2014년에는 331백만달러로 약 2.4배 성장할 것으로 예상되 고 있음. 자동차용 리튬 이온 전지 시장은 향우 급격한 수요창출이 예상되며, 특히 고에너지 밀 도의 이차전지가 절실히 요구됨. - 비록 현재 시장규모는 그리 크지 않지만, 자동차용 리튬 이온 전지 시장의 높은 성장 성과 부가가치에 기인하여, 이차전지 기업 간의 주도권 경쟁은 치열해질 전망임. 자동차용 리튬 이온 전지 시장 가운데 LEV용 리튬 이온 전지 시장을 살펴보면, 연평 균 34.4% 성장하고 있는 것으로 예상되며 2014년에는 44백만달러의 시장을 형성할 것 으로 조사됨. LEV 시장은 장기적 관점에서 시장규모를 계속 키워갈 것이지만, 충전 인프라의 구축 과 맞물려 성장은 완만한 속도로 진행될 것으로 판단됨

271 에너지변환저장 - 이차전지 - LEV용 이차전지 및 BMS [LEV용 이차전지 및 BMS 시장 현황 및 전망] (단위: 억원/억달러) 구분 년도 시장규모 성장률 CAGR(%) 양극 소재 음극 소재 국내 시장 전해질 소재 분리막 보호관리회로(BMS) (10.18) (13.59) (18.21) (24.38) (32.64) 33.9 LEV용 이차전지 합계 양극 소재 음극 소재 세계 시장 전해질 소재 분리막 보호관리회로(BMS) (0.09) (0.12) (0.17) (0.22) (0.30) 33.9 LEV용 이차전지 합계 출처: Innovative Research and Products 시장보고서 (2009) [ ]는 추정치, 환율 1,100원 라. 공급망(분류)에 따른 분석 LEV용 이차전지 및 BMS 분야는 양극소재, 음극소재, 전해질 소재, 분리막, BMS용 회 로 등으로 공급망이 이루어지며, 이를 전지 및 모듈, 팩으로 제조하는 업체가 수요기업 으로 구성됨. 세계업체 및 제품 현황 - LEV용 이차전지의 핵심 소재 중 양극 소재는 중국 Lacal 업체, 벨기에 유미코아, 일본 의 니치아가 시장의 50% 이상을 점유하며 나머지 업체들이 분할하고 있는 실정임 - 음극 소재의 경우 일본의 히타치화성이 인조 흑연계 시장의 70% 이상을 점유하고 천 연흑연계의 경우 일본카본이 30% 이상을 점유하며 중국 BTR, 상하이샨신 및 일본 업 체들이 분할하고 있는 상황임. - 전해질의 경우 일본의 우베흥산이 국내 제조업체인 파낙스이텍에 1위 자리를 내어줄 것으로 예상되나 아직 일본 업체들이 세계 1위의 시장점유율을 보임

272 전략제품 - 분리막 시장은 꾸준히 증가할 것으로 예상이 되며 일존의 아사히화성이 시장을 리드 하고 있는 상황임. - BMS의 경우 아직 시장이 정확히 파악되지 않고 있음. 국내업체 및 제품 현황 - 국내 부품/소재 업체들은 주요 선진국의 부품/소재 업체들에 비해 기술력이 약 50% 정도로 상당히 열악한 것으로 파악이 되고 있으나 꾸준한 기술 개발을 통해 기술력을 높이고 시장 점유율을 높이고 있는 실정임. - 양극소재는 LG화학 및 삼성SDI가 in house로 생산을 하고 있으며, 이외에도 엘앤에프 신소재, 코스모신소재 등이 생산을 하고 있음. - 국내에는 아직까지 음극소재를 생산하는 업체는 없음. - 전해질 소재는 파낙스이텍이 상당히 큰 시장점유율을 보임. - 분리막은 국내에서는 SK에너지가 공급을 확대하고 있음. [공급망 분석 종합] 공급망 단계 양극소재 음극소재 전해질 소재 분리막 BMS 주요내용 이차전지 양극에 활용되는 소재 이차전지 음극에 활용되는 소재 이온의 이동이 가능하게 해주는 매개체로써 전해질 양극과 음극의 내부 단락을 차단하는 막 전지 제어 시스템 주요 제품/기술 양극소재 합성, 표면개질, 도핑 기술 음극소재 합성, 표면개질, 도핑 기술 정제기술 다공성 필름 제조기술 회로 제조 기술 해외 기업 Nichia, BYD, 산토쿠, 외 Hitachi Chemical, Nippon Carbon, JFE Chemical, Mitsubishi Chemical, BTR Energy, etc Ube Industries, Mitsubishi Chem, Tomiyama Pure Chemicals, Mitsui Chem, Kishida Chem, etc Asahi Ksei E Materilas, Celgard, Tonen Specialty Separator, Ube Industries, Sumimoto Chemical, etc - 국내 기업 엘앤에프신소재, 유미코아, 대정이엠, LG화학, 삼성SDI 외 포스코켐텍, GS칼텍스 파낙스이텍, 테크노세미켐 외 SK에너지 - 중소기업 참여정도 중소기업 시장점유정도 참여정도는 주요제품 시장에 참여하는 중소기업의 참여규모와 정도(업체수, 비율 등)를 고려하여 5단계로 구분 (낮은 단계:, 중간 단계(,, ) 높은 단계: )

273 에너지변환저장 - 이차전지 - LEV용 이차전지 및 BMS 최근 이차전지의 부품/소재의 경우 다수의 대기업들이 진입을 하고 있는 실정으로 주 요공급망 관점에서 볼 때 LEV용 이차전지의 후방 산업인 부품/소재 산업은 국내 업체 들이 경쟁력을 지속적으로 확보할 것으로 예상됨. 이를 바탕으로 LEV용 이차전지 및 BMS의 경우 한국 업체들이 세계적인 기술경쟁력을 단시간에도 확보할 수 있는 분야임. 3. 기업니즈조사 LEV용 이차전지 및 BMS 분야에 종사하는 중소기업의 제품개발 현황을 조사한 결과, 구체적으로 다음과 같은 다양한 제품을 개발, 판매하고 있음. - 전기 이륜차, 리튬 배터리, 전기 특장차량, 전기추진시스템 또한 LEV용 이차전지 및 BMS와 관련하여 아래와 같은 기술 개발을 추진하고 있음. - LEV용 전기차 변속기, 배터리 패키지, 전기차 파워 모듈, LEV에 사용되는 배터리 제조 기술, 전력저장장치에 사용되는 배터리 제조기술, PMS(Power Management System-전 력관리제어시스템) 및 전기추진시스템이 탑재 가능한 7m 소형 전기보트의 설계/제작 LEV용 이차전지 및 BMS 분야의 중소기업들은 향후 다음과 같은 제품 개발 계획을 가 지고 있음. - 고용량, 고안정성 리튬이차전지 개발 ESS 및 EV용 리튬이차전지 Pack 개발, 전기추진 시스템 또한 LEV용 이차전지 및 BMS와 관련하여 아래와 같은 기술 개발을 추진할 계획임. - 리튬 과잉형 양극 활물질을 이용한 리튬이차전지 개발 실리콘/흑연 복합제를 이용한 리튬이차전지 개발 금속 산화물 코팅된 분리막을 적용한 리튬이차전지 개발, LEV용 배터리 전력저장장치용 배터리, PMS(Power Management System-전력관리제어시스템) 및 전기추진시스템이 탑재 가능한 7m 소형 전기보트의 설계/제작

274 전략제품 4. 요소기술 후보군 [요소기술 후보군] 구성요소 요소기술 출처 cell 탄소 재질 전극 그래파이트 재질의 애노드 전극 리튬염 포함 분리막 비수계 전해질 제조 방법 이차전지 싸이클 특성 향상 기술 차량용 전지 집전체 특허 특허, 논문 논문 특허 논문 논문 module 전기자동차용 배터리 모듈 특허,, 기업수요 pack BMS 이종 배터리 스위치 시스템 전기차용 전지 냉각 시스템 차량용 배터리 설계 기술 전기차 파워 공급 시스템 전기차량 바디 구조 SoC 알고리즘을 활용한 BMS 시스템 메탈-공기 전지 이용한 전기차 외부 전원 충전 시스템 전기자동차 충전, 과금 시스템 태양전지와 이차전지 구성 전기차 복수의 전지 전원, 전력 제어 시스템 특허 특허, 논문, 특허, 특허, 논문, 논문, 특허 특허, 특허, 논문, 특허, 논문 특허, 기업수요 5. 핵심요소기술 선정 전략제품 관련한 특허기술의 클러스터링을 통해 도출된 요소기술을 시장동향, 기술동 향을 고려하여, 의 합의로 요소기술을 조정함

275 에너지변환저장 - 이차전지 - LEV용 이차전지 및 BMS [요소기술 조정 결과] 구성요소 요소기술 출처 cell module/ pack BMS 이차전지 싸이클 특성 향상 기술 차량용 전지 집전체 LEV용 고용량 배터리 모듈/팩 LEV용 고출력 배터리 모듈/팩 이종 배터리 스위치 시스템 LEV용 전지 냉각 시스템 LEV용 배터리 설계 기술 LEV용 파워 공급 시스템 LEV용 전기차량 바디 구조 메탈-공기 전지 이용한 LEV 외부 전원 충전 시스템 LEV용 충전, 과금 시스템 태양전지와 이차전지 구성 LEV 복수의 전지 전원, 전력 제어 시스템 SoC 알고리즘을 활용한 충전잔량 및 잔여주행거리 예측 BMS 시스템 논문 논문 특허,, 기업수요 특허,, 기업수요 특허 특허, 논문, 특허, 특허, 논문, 특허 특허, 특허, 논문, 특허, 논문 특허, 기업수요 논문, 도출된 요소기술의 범위와 수준, 중소기업 적합성과 시급성 등을 고려하여 요소기술명 을 보완함. - 모듈과 팩을 구분하지 않고 통합하여 기술의 범위를 확대함. - 소재와 관련된 내용은 이차전지 소재 제품의 요소기술에 반영되는지 확인하여 본 제 품의 요소기술에서 삭제함. - 'SoC 알고리즘을 활용한 BMS 시스템 은 충전 잔량 및 잔여 주행 거리 예측의 목적으 로 한정하여 재명명하고, BMS 분야로 이동시킴. - 요소기술을 LEV용으로 한정하여 본 제품의 범위 안에 포함시킴. 핵심기술 선정 - 조정된 요소기술과 기술 시장 동향분석 및 기업니즈조사 결과를 기반으로 핵심요소 기술 선정위원회를 통하여 중소기업에 적합한 핵심기술 선정 - 핵심기술 선정은 기술성(10), 시장성(10), 중소기업성(10), 정책적 부합성(5)을 고려하여 평가됨. 기술성은 기술성장성(5), 기술수준(5)으로, 시장성은 시장규모(5), 시장 성장성 (5)으로, 중소기업성은 중소기업 참여정도(5) 및 중소기업 진입장벽(5) 정도를 고려하여 평가

276 전략제품 [핵심 요소기술 선정 결과] 구성요소 핵심요소기술 cell module/ pack BMS 이차전지 싸이클 특성 향상 기술 LEV용 고용량 배터리 모듈/팩 기술 LEV용 고출력 배터리 모듈/팩 기술 LEV용 전지 냉각 시스템 기술 LEV용 충전, 과금 시스템 기술 SoC 알고리즘을 활용한 충전잔량 및 잔여주행거리 예측 BMS 시스템 기술 6. 로드맵 기획 가. 연구개발 목표 설정 [선정된 핵심요소기술에 대한 연구 목표] 중분류 핵심요소기술 기술요구사항 개발 목표 1차년도 2차년도 3차년도 최종 목표 cell 이차전지 싸이클 특 성 향상 기술 장수명 소재, 전극 및 전지 제조 기술 수명 확보를 위한 소재 개선 수명 > 2,000회 수명 > 2,500회 수명 > 2,500회 LEV용 고용량 배터 리 모듈/팩 기술 고용량 소재, 전극 및 전지 제조 기술, 가격, 수명 400Wh 시스템, 2,000회 수명 150만원/kWh 이하 500Wh 시스템, 2,000회 수명 120만원/kWh 이하 500Wh 시스템, 2,500회 수명 120만원/kWh 이하 500Wh 시스템, 2,500회 수명 120만원/kWh 이하 module/ pack LEV용 고출력 배터 리 모듈/팩 기술 출력 밀도, 조립기술, 수명, 가격 출력 특성: >80% ( 1C vs. 0.1C ) 출력 특성: >85% ( 1C vs. 0.1C ) 출력 특성: >90% ( 1C vs. 0.1C ) 출력 특성: >90% ( 1C vs. 0.1C ) LEV용 전지 냉각 시스템 기술 냉각팬, 팩설계, BMS, 제어알고리즘 LEV용 팩설계에 냉각 시스템용 제어 적합한 냉각팬 개발 알고리즘 개발 LEV용 전지/팩 냉각 시스템 개발 LEV용 전지/팩 냉각 시스템 개발 LEV용 충전, 과금 시스템 기술 LEV 충전 시스템 기술, 과금 알고리즘 LEV용 충전, 과금 알고리즘 설계 LEV용 충전, 과금 시스템 개발 LEV용 충전, 과금 시스템 실증 LEV용 충전, 과금 시스템 개발 및 실증 BMS SoC 알고리즘을 활 용한 충전잔량 및 잔여주행거리 예측 BMS 시스템 기술 회로기술, 알고리즘, 전압 및 온도 측정 기술 전압 및 온도 측정을 통한 SoC 및 SoH 측정 BMS 설계 기술 개발 SoC 및 SoH 예측 정확도 90% 이상 SoC 및 SoH 예측 정확도 95% 이상 SoC 및 SoH 예측 정확도 95% 이상

277 에너지변환저장 - 이차전지 - LEV용 이차전지 및 BMS 나. 로드맵 기획

278 전략제품 이차전지 성능평가장비 1. 개요 - 정의 : 이차전지 성능 평가 장비는 제조한 전극, 셀, 모듈, 팩 및 Battery Management System(BMS) 등의 전기화학적 분석, 최적화 및 열화 메카니즘 등을 규명하기 위한 장비로서, 이차전지의 전기화학 평가, 충전/방전 성능 평가 등을 수행하는 장비를 일컫음. - 범위 : 전기화학적 성능 평가는 전극 성능 평가를 위한 Potentiostat/Galvanostat, 임피던스 방법과 셀의 충전/방전 성 능 분석을 위한 충방전기, 모듈, 팩 등의 성능 평가를 위한 평가 장비 및 이차전지 셀 전압을 균일하게 조정해 주는 역할을 하는 BMS를 평가하는 장비 등으로 구분할 수 있음. 가. 정의 및 필요성 이차전지는 양극, 음극, 전해질을 기본 구성 요소로 하고, 이러한 구성 요소들을 조립 하여, 셀, 모듈, 팩 등으로 구분하고, 셀 전압을 균일하게 조정해 주는 배터리 매니지먼 트 시스템(Battery Management System, BMS)으로 구성되어 있음. 이차전지 성능 평가 장비는 양극, 음극 등 전극의 성능 향상을 위한 전기화학적 분석 법과 셀, 모듈, 팩 등의 성능 평가 및 최적화를 위한 충방전기, 전지 성능 평가 장비로 구분할 수 있음. 그리고, 배터리 전압, 셀 밸런싱 등을 조절하는 역할을 해 주는 BMS 의 운전 안정성 평가를 위한 장비 등으로 구성됨. 전기화학적 분석의 경우, 전기적인 신호를 받아 전극의 화학적 거동을 분석하는 장비 로서, 주어진 조건하에서 신뢰성 및 응답 속도 여부 등에 따라 구분할 수 있음. 성능 평가 장비는 셀, 모듈, 팩 등의 성능 평가 및 최적화를 위한 것으로, 전지의 용량, 소비 전력 및 효율 등을 고려하여 선정할 필요가 있음. BMS 평가 장비의 경우, 이차전지의 종류(Li-ion 전지, Redox 전지, NaS전지, Ni-MH전 지 등)에 의한 차이보다는 적용 분야 및 용량에 의존하기 때문에, 각각의 용량에 최적 화 된 전기 신호 제어를 제공할 필요가 있음. 이차전지 성능 평가 장비 요소 기술의 경우, 중소, 중견기업을 중심으로 정부 과제 및 자체 개발을 통해 국산화 및 상용화를 진행하고 있으나, 제품 효율성 및 신뢰성 확보 문제 등으로 인해 어려움을 겪고 있음. 특히, 전기화학 분석 장치의 경우 전량 해외 제 품에 의존하는 실정임. 따라서, 저가, 고효율, 고신뢰성 제품의 이차전지 성능 평가 장 비의 기술 개발이 절실히 요구됨

279 에너지변환저장 - 이차전지 - 이차전지 성능평가장비 나. 범위 및 분류 (제품 분류 관점) 이차전지 성능 평가 장비 기술은 이차전지의 용량 및 적용 분야에 따라, 휴대용, ESS용, EV용, E-Scooter용 등으로 분류됨. 그리고, Li-ion전지, Redox 전 지, NaS전지 및 Ni-MH 전지 등 종류에 따른 분류보다는 용량 및 적용 분야에 따라 구성하는 부품과 요소 기술이 차이가 있음. (공급망 관점) 이차전지 성능 평가 장비는 양극, 음극 등의 성능 평가 및 향상을 담당 하는 전기화학 분석 부분과 이차전지 셀, 모듈, 팩 등의 충전/방전 특성 및 성능 평가 를 위한 성능 분석 장비 및 전기적 신호를 제어하여 셀 전압, 균일성 등을 담당하는 BMS 평가 장비 등으로 구분할 수 있음. - 전기화학 평가 장비는 순환 전압-전류 관계를 측정하는 Potentiostat/Galvanostat, 임피 던스 분석 장비 등으로 구성됨. - 성능 평가 장비는 셀, 팩, 모듈 충방전 시험기, 성능 시험 검사 장비, 과충전/과방전 시험 검사 장비 등으로 구성됨. - BMS 평가 장비는 BMS 시뮬레이터, Cell Balancing 시험 검사 장비 등으로 구성됨. [이차전지 성능 평가 장비 분류 관점의 범위] 대분야 중분야 구성 요소 세부 제품 적용 분야 전기화학 평가 Potentiostat/Galvanostat Capacitance, Working Electrode, Counter Electrode, Reference Electrode, 알루미나, 황산, 염화칼륨 등 휴대용, E-Scooter용, EV용, ESS용 임피던스 저항, 콘덴서, 인덕터, Frequency, 오실로스코프 등 휴대용, E-Scooter용, EV용, ESS용 충방전 시험기 저항, Hole Sensor, 트랜지스터, 다이오드 휴대용, E-Scooter용, EV용, ESS용 성능 평가 성능 시험 검사 전자 부하기, 항온, 항습기, 인버터, 릴레이, 센서 등 휴대용, E-Scooter용, EV용, ESS용 과충전/과방전 시험 검사 과전류 보호 장치, 과전압 제어 장치 PCS 출력 제어, 센서, 릴레이, 차단기 등 휴대용, E-Scooter용, EV용, ESS용 BMS 평가 BMS 시뮬레이터 MICOM, 제어 회로, 릴레이, 센서 휴대용, E-Scooter용, EV용, ESS용 Cell Balancing 시험 검사 제어 보드, 릴레이, 차단기, 센서, 저항 등 휴대용, E-Scooter용, EV용, ESS용

280 전략제품 [공급망 단계별 주요제품 분류표] 대분야 전기화학 평가 성능 평가 BMS 평가 중분야 구성 요소 세부 제품 소재/부품 Potentiostat/Galvanostat 콘덴서, 백금 전극, 금 전극, Ag/AgCl 참조 전극, 염화 칼 륨, 알루미나, Polisher 등 고효율, 저가, 고신뢰성 임피던스 저항, 콘덴서, 인덕터, 주파수 발생기, 센서 등 고효율, 고신뢰성 충방전 시험기 성능 시험 검사 과충전/과방전 시험 검사 BMS 시뮬레이터 Cell Balancing 시험 검사 저항, Hole Sensor, 스위칭 소자, 다이오드, 압전 소자, 트 랜지스터, 변압기 저항, 스위칭 소자, 인버터, 릴레이, 센서, 온도계, 항온, 항 습기, 차단기, 전압 센서, 전류 센서 컨버터, 과전류 보호 장치, 과전압 제어 장치, PCS 출력 제 어, 과충전 방지 장치, 전압 센서, 전류 센서 MICOM, 제어 회로, 릴레이, 센서, 차단기, 와이어 하네스 제어 보드, 릴레이, 차단기, 센서, 저항 등 고효율, 저가, 고신뢰성 고효율, 고신뢰성 고효율, 고신뢰성 고효율, 고신뢰성 고효율, 고신뢰성 따라서, 이차전지 성능 평가 장비의 범위는 - 전기화학 평가, 이차전지 셀, 팩, 모듈 성능 평가, BMS 성능 평가를 포함한 모든 영역 - 공급망 기준으로 저항, 콘덴서, 전극, 항온/항습기 등 최적 성능 평가에 사용되는 각종 기계적 부품과 인버터, 변압기, 센서류, 릴레이류, 제어기 등 전기적 제어 부품의 모든 요소들이 포함됨. - 기술적으로는 적용 분야별 분류 뿐만 아니라, 고효율, 고신뢰성 기술 및 부품 국산화 기술 등이 포함됨. (전기자동차) (에너지 저장 장치) (전기 버스) [이차전지 적용 분야] (Potentiostat) (임피던스 분석기) (충방전기)

281 에너지변환저장 - 이차전지 - 이차전지 성능평가장비 2. 산업 및 시장 분석 - 현재의 이차전지 성장 추세로 감안하면, 환경적 측면이나 수요적 측면에서 이차전지 성능 평가 장비 시 장은 활성화가 될 것임. 그러나, 충방전기를 포함한 대부분의 이차전지 성능 평가 장비는 해외 글로벌 업체들이 제공하고 있음. 따라서, 국내 기업의 경쟁력 강화를 통한 제품 국산화가 필요함. 그리고, 국내 중소기업 과당 경쟁 및 국내 보급 한계에 대한 해외 시장 진출이 필요하며, 중소기업의 해외 진출을 유 도할 수 있는 정부의 강력한 제도적인 지원 장치가 필요함. - 이차전지 산업의 경우, 국내 삼성SDI, LG화학 등이 세계 1, 2위를 차지하고 있는 분야이며, 특히, 가장 핵심 장비인 충방전기의 경우, 이차전지 산업과 맞물려 성장이 더욱 기대되는 분야임. - 충방전기 세계 시장은 2012년 약 2,354억원에서에서 2016년 3,656억원으로 연평균 약 11.6%의 성장률이 예상되며, 국내 시장은 2012년 511억원에서 2016년 934억원으로 연평균 약 16.2%의 성장률을 예상할 수 있음. - 국내는 약 10여개의 중소기업에서 관련 상품을 개발하고 있으며 시장 확대에 대응하기 위한 기술 가 격 브랜드 마케팅에 대한 경쟁력 강화가 필요함. 가. 니즈 분석 EV 효율 향상 및 상용화를 위한 고신뢰성 성능 평가 장비 확보 시장 니즈 1 : 고신뢰성 성능 평가 장비 개발 전기자동차(Electric Vehicle, EV) 전기료가 1마일당 0.02달러 정도로 휘발유의 1/10~1/20 수준에 불과하며, 이산화탄소 배출이 전혀 없어, 온실가스 감축 능력도 우 수함. 그러나, 많은 장점에도 불구하고, 전기자동차에 적용되는 이차전지의 낮은 에너 지밀도로 인해, 운행 거리의 한계성, 비싼 가격 등이 상용화에 걸림돌이 되고 있음. 따라서, 전기자동차의 상용화를 위해서는 1충전시 운행 거리 연장 및 가격 저감화를 위한 기술 개발이 수반되어야 함. 고신뢰성의 성능 평가 장비를 이용하여, 정확한 성능 평가 및 수명 예측 결과를 통해 전기자동차 전체 시스템의 효율 및 운전 최적화를 도 모할 수 있음. 즉, 정부 자금 지원 및 기업 참여를 통한 기술 개발이 선행되어야만 함. 안정적인 에너지 저장/공급 장치(ESS) 수요 증가 시장 니즈 2 : 대용량 고신뢰성 성능 평가 장비 개발 최근 발생한 블랙 아웃 사태와 관련하여, 안정적인 에너지 저장/공급 장치에 대한 수 요가 증가하고 있음. 즉, 대용량의 에너지 저장 장치를 설치하여, 필요에 따라 안정적 인 전원 공급을 제공하고자 함. 그러나, 수백 kw~mw급 용량의 에너지 저장 장치에 대한 충방전 특성, 성능 평가를 위한 평가 장비가 전무한 상태임. 따라서, 선진사 제품을 벤치 마킹하여 다양한 기술 개발을 통해, 신제품을 개발하고, 기술 극대화로 시장에서 요구하는 신뢰성이 우수한 성능 평가 장비를 개발하여, 에너 지 저장 시스템의 효율을 극대화할 필요가 있음

282 전략제품 이차전지 시장 확대를 위한 지속적인 Cost-Down 및 국산화 시장 니즈 3 : 성능 평가 장비 가격 저감화(Cost-Down) 및 국산화 현재, 이차전지 성능 평가 장비는 일부 장비를 제외하고는 외국 제품에 대한 의존도가 큼. 이차전지 시장 확대를 위해, 저가격, 고신뢰성 및 국산화 제품에 대한 수요가 지속 적으로 요구되고 있음. 가격 저감 방법으로는 기술 개발을 통한 국산화를 들 수 있음. 충방전기 시험기, 성능 평가 장비 및 전기화학 분석 장비 등의 경우, 중요 부품은 대부분 해외 제품을 적용하 고 있으며, 이러한 요인은 가격 상승의 결과를 초래하고 있음. 따라서, 부품 국산화를 통해, 가격 경쟁력을 확보할 수 있으며, 양산 등을 통한 가격 저감(Cost-Down) 극대화 및 기술 경쟁력 확보를 이룰 수 있음. 정부는 전기자동차(EV), 에너지 저장 장치(ESS) 등 이차전지 시장 확대를 위한 환경 조 성이 필요하며, 관련 기업들이 기술 개발을 통한 국산화, 상품화를 진행할 수 있는 세 제 혜택 등 여건 마련이 필요함. 기술 개발을 통해 국산화가 진행되면, 성능 평가 장비 가격을 낮출 수 있을 뿐만 아니 라, 기술 경쟁력 확보를 통한 국가 경쟁력 제고를 달성할 수 있음. [이차전지 성능 평가 장비 분야의 PEST 분석] 구분 주요이슈 단기(3년이내) 중장기(4년이상) 비고 정치 (P) 촉진 저해 안정적 전력 공급 육성 정책, 부품, 소재 분야 지원 정책, 블랙 아웃 재발 방지 HEV, EV, ESS 등 이차 전지 전문 인증, 시험 기관 부재, EV 충전소 건립을 위한 각종 제도 개선 상 중 하 상 중 하 상 중 하 상 중 하 에너지저장장치(ESS) 산업 확대 발표 이차전지 핵심 소재 산업 육성 계획 이차 전지 분야 인증 기관 선정, 급속/완속 EV 충전소 관련 규제 개선 등 경제 (E) 촉진 저해 전력난에 따른 분산 발전 수요 증가, 안정적 전력 공급 Needs 확대 제품 상용화 지연으로 시장 형성 미비, 대기업 편중 사업 상 중 하 상 중 하 상 중 하 상 중 하 국내 전기에너지 소비량 증가에 따른 전력 예비율 저감 대책 시장 형성 및 확대 방안, 중소, 중견 기업 참여 확대 사회 (S) 촉진 저해 청정하고 안정적인 전력 저장, 공급원에 대한 범국가적 요구, 환경 오염 문제 이차전지 소재 분야 중소기업에 대한 진입 장벽 높음 상 중 하 상 중 하 고효율 청정 에너지 저장 장치 필요 상 중 하 상 중 하 중소기업 기술 개발 지원 확대 기술 (T) 촉진 저해 고효율, 저가 HEV, EV, ESS 시스템 개발, 고신뢰성 소재 기술 개발 효율, 가격 저감 및 내구성 확보 필요 상 중 하 상 중 하 상 중 하 상 중 하 EV/ESS 저가화 및 국산화 필요, 소재 국산화 시장 진입을 위한 효율 향상, 가격 저감 필요

283 에너지변환저장 - 이차전지 - 이차전지 성능평가장비 나. 산업특징 및 구조 최근 발생한 블랙 아웃 사태 및 환경 오염에 대한 인식 전환의 일환으로 이차전지 산 업에 대한 관심이 높아지고 있음. 국내에서는 대기업인 삼성SDI, LG화학, SK 등이 꾸 준한 기술 개발과 자체 투자를 통해, 세계 1, 2위의 기술력과 생산 능력을 보유하고 있 음. 그러나, 이차전지 성능 평가 장비의 경우, 주로 일본, 미국 등 선진국 회사들이 제 품을 개발, 생산하여 전세계에 공급하고 있는 실정임. 국내 이차전지 성능 평가 장비 관련 업체는 소규모 영세 업체들로서, 기술 개발 수준 이 낮고, 기술 개발 인력이 부족하여 기술 경쟁력 및 국제 경쟁력이 취약함. 따라서, 정부에서는 이차전지 성능 평가 장비 산업 육성을 위해, 세제 혜택 및 정부 지원 자금 확대 등을 통해 중소기업의 기술 개발 참여를 확대할 필요가 있음. 특히, 이차전지 성능 평가 장비 중, 전기화학 분석 분야를 구성하고 있는 Potentiostat/ Galvanostat, 임피던스, 전자 부하기의 경우, 국산화가 전무한 상태임. 따라서, 정부 지 원 및 투자 확대를 통해 기술 개발 수준을 향상할 필요가 있으며, 많은 기업들의 참여 를 유도하여 관련 산업의 저변 확대를 위해 노력해야 함. 반면, 충방전 시험기, 성능 시험 검사 장비, 과충전/과방전 시험 검사, BMS 시뮬레이터 등의 일부 제품에서는 수입 대체 효과가 있으나, 센서, 릴레이 등은 수입 특화된 분야 임. 특히, 단전지, 멀리 채널 방식의 충방전기 장비는 수출 특화 분야로 나타남. [이차전지 성능 평가 장비 중심의 연관 산업 구조] 후방산업 성능 평가 장비 소재 산업 전방산업 구리, Software, 센서, 소자, 패키지, 플라스틱, 백금, 금, 은, 알루미나, 다이오드, 염화칼륨, 황산, 릴레이, 프로그램, Hole sensor, 온도계, 제어 회로, Wire harness 등 캐패시턴스 소재, 인덕터 소재, 세라믹 소재, 전극 소재, 금속 소재, 하우징 소재, 분석 장비, 검사 장비, 제어기, 변압기, 회로 설계, MICOM, 저항 소재 전력 변환기, 신호 및 처리 장치, 전력 제어 시스템, 전자 부하기, [이차전지 성능 평가 장비 중심의 SWOT 분석] 강점(Strength) - 충방전기 및 제어 계측 관련 세계 최고 수준의 기술력 - 정부의 소재 산업 육성 정책 - IT 기술 인프라 우수 - LG, 삼성 등 세계 1, 2위 전지 생산 업체와 협력 가능 - 국가 정책에 의한 공공 시장의 활성화 및 국가 지원 - LG, 삼성, SK, 포스코, GS 등 대기업의 활발한 참여 기회요인(Opportunity) - 이차전지 시장의 급속한 성장 - 유가 상승 및 환경 규제 등에 의한 EV 시장의 확대 - 원전 사태 등에 의한 ESS 관련 관심 급증 - 세계 각국 정부의 적극적 육성 정책 및 국제 표준 선도 - 자원고갈 및 저탄소 지향형 에너지 저장 기술 중시 약점(Weakness) - 원천기술 및 관련 기술 인력 부족 - 전기 설비, 자동 제어, 정밀 기기, 관련 software, 배터리 등의 전후 방 산업의 수직계열화 산업 구조 취약 - 일본의 기술 우위와 중국의 저가 공세 - 중소기업 위주의 산업 자생력 부족 - 핵심 인력 자원 부족, 국내 시장 협소 위협요인(Threat) - 중국의 추격 및 저가화 공세 - 장단기 일관성 있는 기술 개발 지원 정책 미비 - 중소기업의 공격적 투자의 어려움으로 Supply Chain 미형성 - 원천특허 무기화 및 특허마찰 심화 - 자국 산업 보호 및 육성을 통한 해외 국가의 적극적인 자국 업체 지 원책 추진

284 전략제품 다. 시장현황/전망분석 2010년 발행된 BCC Research 시장 보고서에 따르면, 차세대 대용량 리튬 전지 시장이 2009년 약 23.6억달러에서 2014년 약 33.6억달러로 연평균(CAGR) 8.0% 성장이 예상됨. 그리고, 충방전기를 포함한 이차전지 성능 평가 장비 시장의 경우, 이차전지 시장과 유 사한 성장률을 보일 것으로 판단되며, 시장은 리튬전지와 유사한 성장률을 가질 것으 로 판단되며, 이차전지 가격을 통하여 시장 규모를 유추할 수 있음. 이차전지 시장은 적용 분야가 확대됨에 따라 증가할 것이고, 특히, 최근의 블랙 아웃 사태 등으로 인해, 안정적인 전력 저장, 공급에 대한 정부와 기업의 요구가 증가하고 있는 상황임. 또한, 환경 오염 규제 강화 등으로 친환경 자동차에 대한 연구 개발 및 상용화에 속도 가 가해지고 있음. 즉, 전기자동차(EV), 전기스쿠터(E-Scooter) 등의 친환경 운송, 이동 수단에 대한 요구가 증가하고 있으며, 실제 국내 외 기업에서는 시험 생산을 거쳐 상 용화를 준비 중에 있음. 따라서, 국내를 포함한 전세계적으로 이차전지 시장의 확대에 따라, 이차전지 성능 평 가 장비 중, 가장 높은 활용 빈도를 갖는 충방전기에 대한 수요가 지속적으로 확대될 전망임. 충방전기 세계 시장은 2012년 약 2,354억원에서에서 2016년 3,656억원으로 연평균 약 11.6%의 성장률이 예상되며, 국내 시장은 2012년 511억원에서 2016년 934억원으로 연 평균 약 16.2%의 성장률을 예상할 수 있음. 국내시장 [이차전지 성능 평가 장비 시장 현황 및 전망 (충방전기를 중심으로)] 시장규모 (단위: 억원) 연평균 성장률 CAGR(%) 활성화장비 % 충방전기 % 합계 870 1,030 1,220 1,445 1, % 활성화장비 52,158 61,797 73,217 86,748 92, % 세계시장 충방전기 34,772 41,198 48,812 57,832 61, % 합계 86, , , , , % 출처: IIT, Hiedge, Frost & Sullivan, 노무라 종합연구소(2010), 국내 이차전지 시장은 세계 시장의 10% 가정. US달러=1,150원 가정, 이차전지 전체 시장 중, 성능 평가 장비는 전체 시장의 30% 점유로 가정. 그리고, 성능 평가 장비 시장 중, 충방전기는 20% 점유 및 활성화 장비는 30% 시장 점유한다고 가정. 단, 국내 이차전지 성능 평가 장비 시장은 국내 이차전지 시장의 약3% 수준으로 가정. (이차전지 성능 평가 장비의 경우, 국산화율이 낮고, 해외 제품 수입 의존도가 높기 때문)

285 에너지변환저장 - 이차전지 - 이차전지 성능평가장비 한편, 국내는 조선, 기계, 자동차, IT 분야에서 세계 최고 기술을 보유하고 있는 역량을 기반으로 전력 변환기, 신호 및 제어 시스템, Wire harness 등의 기술 확보가 가능하 고, 관련 산업 분야 매출 및 기술 경쟁력 확보가 용이할 것으로 판단됨. 라. 공급망(분류)에 따른 분석 이차전지 성능 시험 평가 장비 분야는 크게 전기화학 평가, 성능 평가, BMS 평가 등으 로 구분할 수 있음. 각각에 대해 살펴 보면, 전기화학 평가는 Potentiostat/Galvanostat, 임피던스 등으로 구성되며, 성능 평가는 충방전 시험기, 성능 시험 검사, 과충전/과방전 시험 검사와 BMS 평가는 BMS 시뮬레이터, Cell Balancing 시험 검사 등을 들 수 있음. 해외기업 및 제품 현황 - 이차전지 성능 시험 평가 장비 중, 충방전 시험기, 성능 시험 검사, 과충전/과방전 시 험 검사 장비는 국산화 및 상용화가 많이 진행되어, 수입 대체 효과가 우수한 반면, 전기화학 평가 장비는 기술적 난제 및 전문 인력 부족 등의 이유로 인해, 대부분 해외 제품에 의존하고 있는 실정임. - 특히, 전기화학 평가 장비의 경우는 고신뢰성 및 고안정성을 요구하는 제품 특성으로 인해, 프랑스의 Bio-Logic, 미국의 EG&G, Gamry, NuVant Systems, Arbin Instrument, Solatron, Princeton Applied Research, ACM Instruments 등 유럽과 미국 회사들이 전 량 공급하고 있음. - 충방전기 시험기의 경우, 개발 초기 단계에는 Maccor, BasyTec, Bloom Energy Systems, Cadex Electronics, Aerovironment, Netzsch 등 주로 외국 기업의 제품을 사 용하여, 이차전지의 충방전 특성을 평가하였으나, 지속적인 연구 개발 및 투자로 인해 현재는 선진국 대비 동등한 수준까지 도달하였음. 국내기업 및 제품 현황 - 이차전지 성능 평가 장비 국내 업체 및 제품 현황을 살펴 보면, 충방전기 시험기, 성능 평가 시험기 등은 국산화 및 상용화가 진행되어 신뢰성이 향상된 반면, 전기화학 평가 장비는 가격과 제품 신뢰성이 확보되지 않은 이유로 인해, 상용화에 어려움을 겪고 있음. - 충방전기 시험 장비의 경우, 삼성SDI, 피엔이솔루션, 넥스콘테크놀러지, 누리기술, 엘리 코전기, 원아텍, ETH, UM Tek, 대흥정밀, 에이프로 등에서 국산화를 진행하여, 많은 이차전지 생산 업체에 공급하고 있음. - 전기화학 분석 장비의 경우, 원아텍, 네오사이언스 등에서 자체 개발 및 수입을 병행 하고 있으며, BMS 평가 장비는 넥스콘테크놀러지, 피엔이솔루션, 이미지시스템즈 등 에서 기술 개발을 진행하고 있음. 국내 이차전지 성능 평가 장비 시장은 대부분 중소기업이 기술 개발 의지 및 참여를

286 전략제품 보이고 있으나, 주요 핵심 부품의 해외 의존성 및 신뢰성 확보 등의 문제로 인해 개발 이 지연되고 있음. 정부에서는 연구 개발 지원 확대 및 초기 시장 형성을 통해 기업의 연구 개발 참여 확대 및 상품화를 적극 지원할 필요가 있음. [공급망 분석 종합] 공급망 단계 전기화학 평가 성능 평가 BMS 평가 주요 내용 전극, 오실로스코프, 저항, 주파수 전자 부하기, 인버터, 컨버터 제어기, 인버터 주요 제품/기술 Working Electrode, Counter Electrode, Reference Electrode, 오실로스코프, Polisher, 주파수 발생기, 전압/전류 제어 기술, 제어기 설계, 커패시터, 저주파 변압기 DC/AC 인버터, Hole sensor, 전력회로 토폴로지, 리액터, 커패시터, 저주파 변압기, 디지털 IC, 제어기 설계, OP 앰프, 마이크로 프로세서 전력회로 토폴로지, 스위칭소자(다이오드, IGBT 등), 고주파 변압기, 리액터, 커패시터, 저주파 변압기, 디지털 IC, 제어기 설계, OP 앰프, 마이크로 프로세서 해외 기업 Bio-Logic, EG&G, Gamry, NuVant Systems, Arbin Instrument, Solatron, Princeton Applied Research, ACM Instruments Maccor, BasyTec, Bloom Energy Systems, Cadex Electronics, Aerovironment, Netzsch, Arbin Instrument, TDI, Ametek, Kikusui, Toyo, Nittestu - - 삼성SDI - 국내 기업 원아텍, 네오사이언스 피엔이솔루션, 넥스콘테크놀러지, 누리기술, 엘리코전기, 원아텍, ETH, UM Tek, 대흥정밀, 에이프로 넥스콘테크놀러지, 피엔이솔루션, 이미지시스템즈 중소기업 참여정도 중소기업 시장점유정도 참여정도는 주요제품 시장에 참여하는 중소기업의 참여규모와 정도(업체수, 비율 등)를 고려하여 5단계로 구분 (낮은 단계:, 중간 단계(,, ) 높은 단계: ) 3. 기업니즈조사 이차전지 성능 평가 장비 분야에 종사하는 중소기업의 제품개발 현황을 조사한 결과, 구체적으로 다음과 같은 다양한 제품을 개발, 판매하고 있음. - 2차전지 충방전 시스템, 이차 황산납축전지에 선별 및 충전과 펄스 기능을 통한 재활 용 기술 개발 적용 제품, Li-ion 이차전지 성능 평가용 Potentiostat, 코인셀 평가용 고 신뢰성 충방전 시험기, 이차전지 성능 평가용 임피던스 분석기, 소용량 Redox 전지 평 가용 충방전 시험기, EV용 BMS 평가 기법 개발, 소용량 ESS용 BMS 평가 기법 개발, 전기 추진 EV용 통합 제어 시스템 개발, 이동용 전기 스쿠터 통합 제어 시스템 개발

287 에너지변환저장 - 이차전지 - 이차전지 성능평가장비 또한 이차전지 성능 평가 장비와 관련하여 아래와 같은 기술 개발을 추진하고 있음. - 폐황산납배터리의 재활용기술, 충방전 및 펄스파를 통한 설페이션 해결 및 축전 능력 향상 기술, 나노버블과 마이크로버블을 통한 전해액 정화를 통한 산업용 배터리의 재 활용 기술, 고효율/고신뢰 전기화학 분석 장비 기술, 이차전지 셀 활성화 장비, In-situ 이차전지 성능 평가 기술, LEV용 고신뢰성 EMI/EMC 제어 기술, 전기추진 EV용 통 합 제어 시스템 개발, xev용 BMS 제어 기술, 대용량 ESS 충방전 성능 평가 기술, 고 전압 셀 평가 기술 개발, 대용량 셀 충방전 성능 평가 기술 이차전지 성능 평가 장비 분야의 중소기업들은 향후 다음과 같은 제품 개발 계획을 가 지고 있음. - 정밀 충전 및 과방전 테스트 장비, 에너지 변환/저장 통합 제어 시스템 기술, xev용 BMS 제어 기술 개발, 고전압 셀 평가용 충방전 시험기, APS용 에너지 저장 장치, 대 용량 셀 전기화학 분석기, 대용량 ESS 성능 평가용 충방전 시험기, 이동형 E-Scooter BMS 제어 시스템, 대용량 이차전지 팩 임피던스 분석기 또한 이차전지 성능 평가 장비와 관련하여 아래와 같은 기술 개발을 추진할 계획임. - 악조건 상황에서 배터리 소모를 줄이고 충전 시간을 단축시키며 수명을 늘리는데 사 용하는 장비 개발, 미세 충전/방전 용량 측정 기술, 교류-직류 변환 시스템 기술, 리튬 이온전지 SOC (State of Charge) 측정 기술, 리튬이온전지 SOH (State of Health) 측 정 기술, 이차전지 BMS 시스템 개발 기술, 전류/전압 측정 기술, 전기량 측정 및 제 어 기술, 전류 입/출력 제어 기술, 전류 입출력 변환 기술, 보호회로 장치 기술, 5V급 고전압 셀 성능 평가 기술, 50A이상 고전류 셀 충방전 평가 기술, ESS용 대용량 이차 전지 모듈 평가 기술 4. 요소기술 후보군 [요소기술 후보군] 중분류 요소기술 출처 전기화학 평가 고전압 셀 전기화학 분석 기술 대용량 셀 전기화학 분석기 이차전지 전극 성능 평가용 Potentiostat 기술 이차전지 셀 성능 평가용 임피던스 분석 기술 대용량 이차전지 팩 임피던스 분석 기술 이차전지용 회로 장치 기술 니즈 니즈 니즈 특허

288 전략제품 중분류 요소기술 출처 성능 평가 BMS 평가 리튬이온전지 안전성 측정 기술 못관통 안전성 평가 기술 미세 충전/방전 용량 측정 기술 고온 노출 안전성 평가 기술 교류-직류 변환 시스템 기술 과충전/과방전 안전성 평가 기술 리튬이온전지 SOC(state of charge) 측정 기술 내/외부 단락 안전성 평가 기술 리튬이온전지 SOH(state of health) 측정 기술 전류/전압 측정 기술 전기량 측정 및 제어 기술 이차전지 온도 변화 측정 기술 전류 입출력 변환 기술 LEV용 고신뢰성 EMI/EMC 제어 기술 이차전지 BMS 시스템 개발 기술 xev용 BMS 제어 기술 개발 이동형 E-Scooter BMS 제어 시스템 EV용 BMS 평가 기법 개발 전기 추진 EV용 통합 제어 시스템 개발, 특허 특허 특허, 특허 특허, 논문, 특허 니즈, 특허, 특허 니즈 특허, 논문 특허, 논문 특허, 논문 니즈 특허 니즈 니즈 니즈 니즈 5. 핵심요소기술 선정 전략제품 관련한 특허기술의 클러스터링을 통해 도출된 요소기술을 시장동향, 기술동 향을 고려하여, 의 합의로 요소기술을 조정함. [요소기술 조정 결과] 중분류 요소기술 출처 전기화학 평가 성능 평가 고전압 대용량 셀 전기화학 분석 기술 이차전지 전극 성능 평가용 Potentiostat 기술 이차전지 셀 성능 평가용 임피던스 분석 기술 대용량 이차전지 팩 임피던스 분석 기술 못관통 안전성 평가기술 미세 충전/방전 용량 측정 기술 교류-직류 변환 시스템 평가 기술 과충전/과방전 안전성 평가 기술 리튬이온전지 SOC(state of charge) 측정 기술 내/외부 단락 안전성 평가 기술 전기량 측정 및 제어 기술 이차전지 온도 변화 측정 기술 이차전지용 고신뢰성 EMI/EMC 제어 기술, 니즈 니즈 니즈, 특허 특허 특허, 논문, 특허 니즈, 특허, 특허 특허, 논문, 특허 니즈,

289 에너지변환저장 - 이차전지 - 이차전지 성능평가장비 도출된 요소기술의 범위와 수준, 중소기업 적합성과 시급성 등을 고려하여 요소기술명 을 통폐합 및 보완함. - 리튬이온전지 안전성 측정 기술 은 내용이 광범위하여 삭제하였고, 고전압 셀 전기화 학 분석 기술 과 대용량 셀 전기화학 분석기술 은 고전압 대용량 셀 전기화학 분석 기술 로 통합하였음. - SOC와 SOH 측정 기술을 SOC로 통폐합함. - 전류/전압 측정 기술 과 전류 입출력 변환 기술, 미세 충전/방전 용량 측정 기술, 전기량 측정 및 제어 기술 을 전기량 측정 및 제어 기술 로 통폐합함. - 온도와 관련된 기술을 이차전지 온도 변화 측정 기술 로 통폐합함. - BMS는 평가의 대상이라 보기 어려우므로 요소기술 후보군에서 삭제함. 핵심기술 선정 - 조정된 요소기술과 기술 시장 동향분석 및 기업니즈조사 결과를 기반으로 핵심요소 기술 선정위원회를 통하여 중소기업에 적합한 핵심기술 선정 - 핵심기술 선정은 기술성(10), 시장성(10), 중소기업성(10), 정책적 부합성(5)을 고려하여 평가됨. 기술성은 기술성장성(5), 기술수준(5)으로, 시장성은 시장규모(5), 시장 성장성 (5)으로, 중소기업성은 중소기업 참여정도(5) 및 중소기업 진입장벽(5) 정도를 고려하여 평가 [핵심요소기술 선정결과] 중분류 핵심요소기술 전기화학 평가 고전압 대용량 셀 전기화학 분석 기술 이차전지 전극 성능 평가용 Potentiostat 기술 교류-직류 변환 시스템 평가 기술 과충전/과방전 안전성 평가 기술 성능 평가 리튬이온전지 SOC(state of charge) 측정 기술 전기량 측정 및 제어 기술 이차전지 온도 변화 측정 기술 이차전지용 고신뢰성 EMI/EMC 제어 기술

290 전략제품 6. 로드맵 기획 가. 연구개발 목표 설정 [선정된 핵심요소기술에 대한 연구 목표] 중분류 핵심요소기술 기술요구사항 개발 목표 1차년도 2차년도 3차년도 최종 목표 전기화학 평가 고전압 대용량 셀 전기화학 분석 기술 이차전지 전극 성능 평가용 Potentiostat 기술 - 임피던스 분석 기술(교 - 전압: 5V 류회로의 전류/전압 비) - 고전압/고전류 이차전 지 셀 평가 시뮬레이션 기술 - 전류: 10A 성능 평가용 고신뢰성 측정 장비 개발 - 전압 정확도: - 전극(주전극, 참조전극), <0.05 F.S. 저항 설계 및 통합 제 - 전류 정확도: 어 기술 <0.05 F.S. - 전압: 5V - 전압: 5V - 전류: 30A 성능 - 전류: 50A 성능 평 평가용 고신뢰성 가용 고신뢰성 측 측정 장비 개발 정 장비 개발 - 전압 정확도: <0.03 F.S. - 전류 정확도: <0.03 F.S. - 고전압, 대용량용 고신뢰성 전기화 학 분석 장비 개 발 - 전압 정확도: <0.01 F.S. - 고신뢰성 - 전류 정확도: <0.01 Potentiostat 개발 F.S. 교류-직류 변환 시스템 평가 기술 - 고효율 인버터 설계 기 술 - 인버터 제어 및 최적화 분석 기술 -5kWh급 인버터 평가 장비 개발 - 10kWh급 인버터 평가 장비 개발 - 20kWh급 인버터 평가 장비 개발 - 고효율, 대용량 인버터 평가용 분 석 장비 개발 성능평가 과충전/과방전 안전성 평가 기술 리튬이온전지 SOC(state of charge) 측정 기술 전기량 측정 및 제어 기술 - 이차전지 셀, 팩, 모듈 설계 기술 - 이차전지 원리 및 구조 설계 기술 - 충/방전 제어 및 시뮬 레이션 기술 - 고효율 전압, 전류 측 정 및 분석 기술 - 전압/전류 제어 및 통 합 시뮬레어션 기술 - 충전: 0.5C - 충전: 1C - 충전: 2C - 이차전지 안전성 - 방전: 0.5C 시험용 - 방전: 1C 시험용 - 방전: 2C 시험용 평가용 장비 개발 장비 제작 기술 장비 제작 기술 장비 제작 기술 - ±5% 편차(@80% SOC)를 갖는 고 신뢰성 SOC 측정 장비 개발 - ±2.5% 편차(@80% SOC)를 갖는 고 신뢰성 SOC 측정 장비 개발 - ±5% 이내 편차 -2.5% 이내 편차 (Cell Balancing (Cell Balancing 기준) 기준) - ±1% 편차(@80% SOC)를 갖는 고신 - 고신뢰성 SOC 측 뢰성 SOC 측정 장 정 장비 개발 비 개발 - ±1% 이내 편차 (Cell Balancing 기 준) - 고신뢰성을 갖는 전압, 전류량 측 정 및 제어 기술 이차전지 온도 변화 측정 기술 - 충/방전 및 외부 온도 - 이차전지 온도 변 - 열량계 정확도: - 열량계 정확도: - 열량계 정확도: 변화에 따른 이차전지 화 측정용 고신뢰 ±5% 범위 ±2.5% 범위 ±1% 범위 모니터링 기술 성 열량계 개발 이차전지용 고신뢰성 EMI/EMC 제어 기술 - 미세 노이즈 전자파 제 - S/N > 40dB, - S/N > 30dB, - S/N > 20dB, 어 및 분석 기술 - 전자파 Housing 장비 설계 및 시뮬레이션 기 술 - 정확도: ±1.0dB(@10Hz~30 MHz)를 갖는 분 석 장비 개발 - 정확도: ±1.0dB(@10Hz~30 MHz)를 갖는 분 석 장비 개발 - 정확도: ±1.0dB(@10Hz~30 MHz)를 갖는 분 석 장비 개발 - 미세 노이즈 측정 용 고신뢰 전자파 분석 장비 개발

291 에너지변환저장 - 이차전지 - 이차전지 성능평가장비 나. 로드맵 기획

292 전략제품 이차전지 소재 1. 개요 - 정의 : 이차전지는 휴대전자기기용 소형 전지와 전지자동차와 에너지저장시스템으로 적용되는 중대형 전지를 의미하여, 고성능 이차전지 구현을 위한 4대 핵심소재와 장기 신뢰성 확보를 위한 중요 소재인 패키징 및 부품 소재를 의미함. - 범위 : 이차전지 소재는 양극, 음극, 분리막, 전해질의 4대 핵심 소재와 원통형 또는 각형 금속캔과 고 분자 전지용 알루미늄 파우치 외장재와 양/음극 Lead 탭을 포함함. 가. 정의 및 필요성 이차전지는 기존 휴대전자기기용 Wh급 소형 이차전지와 전기자동차(Electric Vehicle, EV)나 에너지저장시스템(Energy Storage System, ESS)에 사용되는 kwh 이상의 중대형 이차전지를 의미함. 소형 이차전지의 경우 휴대전자기기의 사용 전력이 증가함에 따라 고에너지밀도화가 필수적이며, 중대형 이차전지는 사용 환경이 가혹(-30~52 C)하고, 10년 이상의 장수명 을 확보해야 하며, 요구되는 안전성 수준도 높을 뿐만 아니라 지속적인 가격 하락 압 박이 예상됨. 이차전지의 성능 및 안전성 확보를 위해서는 단기적으로는 전극 설계 및 제조 기술 개 선을 통해 달성이 가능하지만, 중장기적으로는 새로운 전극 및 전해질 소재에 대한 지 속적인 기술 개발이 요구됨. 주요 4대 소재의 개발 방향으로는 고용량/고전압 양극재, 고용량/고출력 음극재, 고안 전성/저가형 분리막, 고전압/장수명/고온신뢰성/난연성 전해질 등이 있으며, 고접착성 전극용 바인더, 내열 분리막용 기능성 나노세라믹 소재, 전극용 도전재 등의 기타 소재 에 대한 개발 요구도 높아지고 있음. 이차전지용 패키징 및 부품소재는 좁은 의미로는 알루미늄 파우치와 캔 외장재를 의미 하며 넓게는 시스템 부품소재인 양 음극 Lead Tab을 포함함. - 알루미늄 파우치 : 기능성 고분자 필름들 사이에 알루미늄 포일이 삽입되어 라미네이 션 된 복합필름으로 산소 및 수분의 차단특성 및 진공밀폐성이 우수하고, 캔 외장재에 비해 가볍고 저가임. 사용 전해액에 대한 화학적 안정성 및 전지 조립 및 사용 환경에 견딜 수 있는 기계적 강도 확보 필요

293 에너지변환저장 - 이차전지 - 이차전지 소재 - 캔 외장재 : 알루미늄 합금 또는 SUS 재질을 가공하여 제조한 금속 케이스. 가격이 높 고 부피와 질량은 파우치보다 크나, 셀 내부의 보호 및 보존 특성이 우수 - Lead Tab : 셀 내부의 양극 및 음극과 각각 전기적으로 연결되어 전지에서 발생한 전 기를 외부로 인출 전체 이차전지 소재 시장은 2009년은 30억달러에서 2012년 52억달러, 2015년 89억달러 로 성장하고, 중대형 이차전지의 시장 점유율이 빠르게 확대될 것으로 예상되는 바 이차전지 소재 시장도 급격히 성장될 것으로 예상됨. [연도별 이차전지 시장 전망] 나. 범위 및 분류 (제품 분류 관점) 이차전지 4대 소재는 양극재, 음극재, 분리막, 전해질을 의미하며, 패 키징 및 부품소재는 이차전지 관점에서는 주요 소재는 아니며, 시스템 부재로 분류할 수 있음. 패키징 소재를 세분류하면, 하우징(Housing)과 단자연결 소재로 나누고, 하우 징 소재는 다시 경량의 연성 외장재인 알루미늄 파우치와 단단한 금속 캔 외장재로 분 류. 단자연결 소재는 기능 및 소재 관점에서 음극용과 양극용으로 다시 구분됨. (공급망 관점) 이차전지 소재를 공급망 관점에서 분류하면, 각 소재를 생산하기 위해 필요한 원료 물질과 이를 원하는 조성 및 형상으로 만들기 위해 필요한 공정 물질을 포함하는 원물질로 구분할 수 있음. 패키징 및 부품소재를 공급망 관점에서 분류하면, 각 소재를 생산하기 위해 필요한 핵심 원료 물질과 해당 제품으로 구분할 수 있음

294 전략제품 [이차전지 소재의 분류 관점의 범위] 대분야 중분야 세부 제품 이차전지 4대 소재 패키징 및 부품소재 양극재 음극재 분리막 전해질 기타소재 알루미늄 파우치 캔 외장재 Lead Tab 층상구조화합물 [LiCoO2, Li(NiCoMn)O2], 스피넬계화합물[LiMn2O4, LiNi0.5Mn1.5O4], 올리빈 계화합물[LiFePO4, LiMnPO4], OLO화합물, 실리케이트화합물 등 인조흑연, 천연흑연, 소프트카본, 하드카본, 금속계, 산화물계, 금속/탄소 복합체 등 폴리에틸렌 분리막, 폴리프로필렌 분리막, 폴리에틸렌/폴리프로필렌 다층구조 분리막, 세라믹 코 팅 분리막 등 유기용매, 리튬염, 첨가제 등 바인더, 도전재, 나노세라믹 소재 등 소형전지용 파우치, HEV용 파우치, EV용 파우치 원통형 캔 외장재, 각형 캔 외장재 양극용 Lead Tab, 음극용 Lead Tab [공급망 단계별 주요제품 분류표] 대분야 중분야 세부 제품 중대형 이차전지 소재 패키징 및 부품소재 원소재 전지소재 원소재 패키징 및 부품소재 리튬 및 전이금속 화합물, 탄소 원재료 (천연흑연, 코크스, 피치 등), 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 각종 유기용매, 리튬염, 등 양극재, 음극재, 분리막, 전해질 등 폴리프로필렌 필름, 고순도 알루미늄 필름, PET 필름, SUS(스테인리스), PTC(Positive Temperature Coefficient), Lead Tab용 폴리올레핀 접착층 소재, Al, Cu 등 알루미늄 파우치, 캔 외장재, Lead Tab 따라서, 이차전지 소재의 범위는 - 양극재, 음극재, 분리막, 전해질의 4대 소재뿐만 아니라 알루미늄 파우치, 원통형 및 각형 캔 외장재, 그리고 양 음극 Lead Tab의 패키징 및 부품소재를 포함하고, - 공급망 기준으로 각 전지소재와 패키징 및 부품소재, 그리고 이를 제조하기 위해 필요 한 각종 원소재와 포함하며, - 기술적으로는 각 소재의 제조기술, 성능 향상 기술, 저가격화 기술, 소재 국산화 기술 등이 포함됨. [고성능 이차전지 이용을 통한 그린에너지 시대 개막]

295 에너지변환저장 - 이차전지 - 이차전지 소재 2. 산업 및 시장 분석 - 환경 문제로 인한 자동차의 이산화탄소 배출 규제가 지속적으로 강화되고, 신재생에너지 발전을 통한 전기 생산이 증가함에 따른 이차전지 시장의 성장이 급격히 증가할 것으로 예상됨. 특히, 국내 전지 업 체의 리튬이차전지 시장 경쟁력 강화를 위해서는 4대 핵심 소재와 패키징 및 부품 소재에 기술력 강화 를 위한 산학연 연계 강화 및 제도적 지원이 필요함. - 국내 이차전지 소재 업체는 중소기업 중심으로 형성되어 있어, 세계 수준의 기술 개발 및 생산 설비 확 보를 위한 국가적인 지원이 지속되어야 함. 또한, 전지 생산 업체인 대기업과의 연계 협력을 지원해 줄 수 있어야 국내 산업의 지속적 성장을 유지할 수 있음. - 국내 이차전지 소재 시장은 2012년에는 약 24억달러에서 2016년 약 36억달러로 확대되고, 해외 시장은 2012년 약 62억달러에서 2016년 약 100억달러로 확대되어 약 12%의 연간 성장률을 보일 것으로 예상 됨. - 국내 이차전지 핵심 소재와 패키징/부품 중소기업간 경쟁이 치열해지고 국내 보급 한계에 대한 돌파구 로써 해외 시장 진출이 필요하며, 이를 위한 기술 가격 브랜드 마케팅 경쟁력 강화가 필요함. 가. 니즈 분석 (1) 양극재 고에너지밀도형 이차전지 개발 시장 니즈 1 : 고용량 양극재 휴대전자기기의 고전력화가 지속되고 한 번 충전으로 이동할 수 있는 거리를 지속적으 로 증가시켜야 하기 때문에, 이차전지의 고에너지밀도화는 중요한 이슈임. 따라서, 기 존 양극재 대비 용량이 크게 증대된 고용량 양극재 개발이 지속적으로 요구되고 있음. 고용량 양극재 후보로 전이금속 중 니켈함량이 50% 이상인 층상구조화합물, 고전압 Mn Spinel 화합물, 그리고 OLO(Over-lithiated Oxide) 화합물이 적극적으로 고려되고 있으나, 고전압 구동에서의 수명 특성 확보와 초기 비가역 용량 제어가 각 양극재의 기술적 이슈로 남아있음. 이차전지의 지속적 가격 경쟁력 확보 시장 니즈 2 : 저가형 양극재 에너지저장장치 및 전기자동차용 이차전지의 저가화를 위해서는 고가의 코발트 함량을 줄이고, 경제적 제조 공정 적용이 가능한 양극재 개발에 대한 요구가 지속됨. 현재 가장 저가 양극재인 망간스피넬은 고출력 특성은 우수해서 많이 사용되고 있으 나, 이론 용량이 상대적으로 낮기 때문에 고에너지밀도형 중대형 이차전지로는 적용에 한계가 있을 것으로 생각됨

296 전략제품 이차전지의 고에너지밀도화에 따른 고안전성 양극재 개발 시장 니즈 3 : 고안전성 양극재 중대형 이차전지의 안전성 확보를 위해 고안전성 양극재인 망간스피넬계와 올리빈계 화합물이 부분적으로 적용되고 있으나, 에너지밀도 측면에서 사용 함량에는 한계가 있 는 상황임. 망간스피넬계는 망간 일부를 니켈로 치환함으로써 고전압 구동을 통해 부족한 에너지 밀도를 보완하고자 시도하고 있으며, 올리빈계는 철을 망간이나 코발트로 치환하여 구 동 전압을 높이고 있으나 양극재 전기전도도가 크게 저하되는 문제점을 개선해야 되는 상황임. (2) 음극재 고에너지밀도형 이차전지 개발 시장 니즈 1 : 고용량 음극재 이차전지용 음극재는 장기 신뢰성 확보와 가격경쟁력 측면에서 표면이 비정질탄소로 코팅된 천연흑연 재료가 주로 사용되고 있으나, 현재 구현 용량이 이론적인 흑연 용량 값에 근접하기 때문에 획기적인 용량 향상은 어려운 상황임. 따라서, 이차전지용 고용량 음극재 개발을 위해서는 기존 탄소재에 고용량 소재인 실 리콘, 주석 등의 금속재를 복합화하는 것이 가장 효과적인 방법이나, 흑연만큼의 장기 성능 확보에 대해서는 우선적인 소형 이차전지 수준에서의 검증 과정이 필요함. 단기적으로는 높은 전극 Loading이 가능한 흑연계 음극재 개발이 좋은 대안이 될 수 있음. 고속 충방전이 가능한 이차전지 개발 시장 니즈 2 : 고출력 음극재 EV용 중대형 이차전지 상용화의 가장 큰 문제점은 긴 충전 시간이고, 이는 흑연계 음 극재가 갖고 있는 물질 특성임. 이를 개선하기 위해서 소프트카본과 하드카본과 같은 비정질 탄소재를 적용함으로써 충전 특성과 저온 특성을 개선할 수 있으나, 낮은 용량을 높이고 높은 초기 비가역 용 량을 줄일 수 있는 기술이 개발되어야 함

297 에너지변환저장 - 이차전지 - 이차전지 소재 또한, 고속 충방전과 장기 구동을 위해 스피넬계 Li4Ti15O12 물질(LTO)을 음극재로 적 용하려는 연구가 진행 중이나, 높은 충방전 음극 전위와 낮은 전극 밀도로 인해 고에 너지밀도 구현 측면에서는 장점이 없음. 이차전지의 지속적 가격 경쟁력 확보 시장 니즈 3 : 저가형 음극재 이차전지의 가격 경쟁력 확보를 위해 음극재의 경우도 원가 압력이 지속되고 있으나, 음극재 대부분이 일본이나 중국에서 수입되고 있는 실정으로 저가형 음극재 개발 또는 수급 방안이 필요함. (3) 분리막 이차전지의 고안전성 확보 시장 니즈 1 : 고내열성 분리막 이차전지의 안전성 확보를 위해 기존 폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌 분리막 표면에 나 노세라믹 입자를 도포함으로써 내열성 및 침파강도를 향상시킬 수 있음. 따라서, 최적의 나노세라믹 입자 종류 및 형태, 고분자 바인더, 코팅 공정에 대한 연구 개발이 활발히 진행 중이나, 분리막 단가 상승을 최소화 할 수 있는 방안도 확보해야 함. 한편, 나노세라믹 입자가 분리막 표면에서 떨어지는 문제를 원천적으로 해결하기 위해 내열고분자를 코팅함으로써 내열성을 확보하는 방안도 고려 중임. 고출력/고에너지밀도 이차전지 개발 시장 니즈 2 : 박막 또는 고투과성 분리막 이차전지는 고출력 특성 개선을 위해서는 전해질 저항을 낮춰야하며, 이를 위해 박막 또는 고투과성 분리막 적용이 요구됨. 그러나, 박막 또는 고투과성 분리막을 이차전지 적용하게 되면, 단위셀의 OCV 불량 증가 또는 장기 구동에 따른 내부단락 가능성이 높아질 수 있기 때문에 사용에 주위가 요구됨. 이차전지의 지속적 가격 경쟁력 확보 시장 니즈 3 : 저가형 분리막

298 전략제품 이차전지용 분리막의 경우도 다른 소재처럼 지속적인 가격 압박이 예상되고, USABC (US Advanced Battery Consortium)의 자료에 의하면 전기자동차용 분리막의 가격을 1m2 당 1달러 수준으로 목표로 하고 있음. 특히, 전기자동차로 대표되는 중대형 전지의 경우 분리막 소재의 사용량이 소형전지보 다 크게 증가하기 때문에, 이에 대한 저가격화가 압박은 지속적으로 이뤄질 것으로 예 상됨. 이차전지의 지속적 가격 경쟁력 확보 시장 니즈 4 : 수계 세라믹 코팅 분리막 기존 세라믹 코팅 분리막은 비수계 용매를 기반으로 제조되고 있어, 지속적 가격 하락 압박에서 경쟁력 확보가 어려움. 이를 개선하기 위해 수계 슬러리를 기반으로 한 세라 믹 코팅을 위한 바인더 및 공정 기술이 개발되어야 함. 특히, 기존 전극용 수계 바인더와는 분리막 소재 및 공정에 적합한 고접착 특성을 갖 고 있으나 기존의 통기 특성 저하를 최소화 할 수 있는 바인더 소재 기술이 필요함. (4) 전해질 고에너지밀도 이차전지 개발 시장 니즈 1 : 고전압 구동용 전해질 개발 이차전지의 고에너지밀도를 달성하기 위해서는 니켈 함량이 높은 층상구조화합물과 같 은 고전압 구동용 양극재를 사용해야 하나, 기존 전해질은 4.4V 이상으로 충전하게 되 면 산화 분해 현상이 급격히 증가하여 수명 열화나 고온 저장시 가스가 발생하는 문제 점이 발생함. 이를 개선하기 위해서는 전해질 구성 성분인 유기용매, 리튬염, 첨가제의 최적화 또는 신규 후보 물질 발굴을 통한 전해질의 전압 안정성을 향상시키는 연구가 시급히 진행 되어야 함. 고안전성 이차전지 개발 시장 니즈 2 : 고안전성 전해질 이차전지의 고에너지밀도화가 지속적으로 진행됨에 따라, 분리막 뿐만 아니라 전해질 의 안전성 향상도 진행되어야 함

299 에너지변환저장 - 이차전지 - 이차전지 소재 전해질 내 사용 함량이 높은 유기용매의 난연화, 난연 또는 과충전 방지 첨가제 도입, 겔형 고분자 전해질화 등을 통한 전해질 안전성 향상을 진행하고 있음. 저온/고출력 특성 향상 시장 니즈 3 : 고이온전도성 전해질 개발 저온 특성을 개선하기 위해 기본 카보네이트계 용매 일부를 저점도 에스터나 에테르계 유기용매로 대체 하려는 연구가 진행되고 있으나, 부족한 고전압 및 고온 저장 특성 확보를 위한 첨가제 기술이 동시에 개발되어야 하는 단점이 있음. (5) 패키징 및 부품소재 성능향상 요구 시장 니즈 1 : 고신뢰성 이차전지에 적합한 패키징 특성 전지 사용 또는 보증 기간(10년) 동안 온습도 변화, 진동, 전기화학적 스트레스 등의 지 속적인 노출에도 불구하고, 견고하고 또 완벽한 밀폐가 가능한 이차전지에 적합한 새 로운 외장재 소재가 필요함(Argonne National laboratory 자료, ANL-04/09, Low-Cost Flexible Packaging for High-Power Li-ion HEV Batteries, ) 양 음극 Lead Tab은 양극과 음극의 전기 통로이자 전해액이 새는 것을 보완하기 위해 사용되는 패키징 소재임에도 불구하고, 거의 대부분 수입에 의존하고 있음. 특히, 중 대 형 이차전지에 적합한 Lead Tab 기술과 관련된 산업체 지원이 필요함. 가격경쟁력 요구 시장 니즈 2 : 저가격화(Cost Down) 패키징 소재 특히, 중대형 리튬이차전지의 경우, 배터리 가격이 2009년 기준으로 kwh당 1백만원 정 도 수준이나 향후 2015년까지 kwh당 50만원 수준으로 가격이 떨어질 전망(Nikkei Electronics Korea, 리튬이온전지, 새 시대 개막, ) 따라서, 알루미늄 파우치, 캔 외장재, 전극 Lead Tab과 같은 시스템 부재도 저 가격화가 반드시 필요함. 특히, 양/ 음극 Lead Tab의 경우 HEV용 파우치전지 원가 비중의 11% 차지할 정도로 높아, 국산 화 및 저가격화 진행이 시급함

300 전략제품 [HEV용 리튬이차전지의 원가 분석 및 국산화율] 수급 불안정성 극복 시장 니즈 3 : 원재료 및 패키징 소재의 국산화 Al 파우치, 캔 외장재, 전극 Lead Tab 등 대부분의 패키징 소재들이 현재 외국의 일부 독점기업으로부터 대부분 수입하여 사용함. 이로 인해 생산 비용 및 배터리 가격 증가, 기술문제 해결 지연 등 문제가 존재 패키징 소재의 국산화를 통해 단가 절감 뿐 아니라, 소싱 기업 다변화를 통해 수급 불 안정성 해소 필요 우수한 기반기술 활용 가능 시장 니즈 4 : 시스템 부품소재 관련 산업 육성 한국은 반도체, 디스플레이 분야뿐만 아니라, 폴리올레핀 소재 및 금속/합금 소재 그리 고 이러한 소재들의 가공 공정에서도 우수한 기술을 보유하고 있고, 이러한 역량을 기 반으로 패키징 및 부품소재 기술 우위 확보가 가능 생산 및 품질 관리기술의 진보로 비교적 단시간 내에 제품경쟁력을 높이고 이를 바탕 으로 시장 확대와 산업을 촉진할 수 있음. 요인 Needs - 성능 향상 요구 - 가격경쟁력 요구 - 수급 불안정성 극복 - 우수한 기반기술 활용 가능 [산업시장 수요 분석 및 시장니즈] 중대형 전지에 적합한 패키징 특성 - 저가격화(cost down) 패키징 소재 - 원재료 및 패키징 소재의 국산화 - 시스템 부품소재 관련 산업 육성

301 에너지변환저장 - 이차전지 - 이차전지 소재 정치 (P) 경제 (E) 사회 (S) 기술 (T) [이차전지 소재 분야의 PEST 분석] 구분 주요이슈 단기(3년이내) 중장기(4년이상) 비고 촉진 저해 촉진 저해 촉진 저해 촉진 저해 - 리튬이차전지 세계 1위 정책 - 친환경 전기자동차 세제 혜택 증가 - 원천기술 확보를 위한 정부지원정책 미흡 - 스마트폰 세계 시장 점유율 지속적 성장 - 전기자동차 시장의 성장 - 세계 경기 침체에 따른 에너지 가격 안정화 및 신재생 에너지 산업 성장 정체 - 일본 경쟁사의 재정비와 중국 업체의 도약 - 고전력 소모 휴대전자기기 (LTE A 등) 의 등장 - 이차전지 발화 사고 (휴대전자기기 및 전기자동차) - 원전 감축에 따른 전기료 인상 - 시장의 고에너지밀도 이차전지 개발 요구가 매우 높음. - 국내 업체 및 연구기관의 연구 역량 지속적 증대 -4대 핵심 소재 및 패키징 부품 소재 의 국산화 가속 - 원천기술 확보 미흡 - 일본과 중국 경쟁 업체의 급격한 성장 상 중 하 상 중 하 - 상 중 하 상 중 하 상 중 하 상 중 하 상 중 하 상 중 하 [이차전지 소재 분야의 NET 분석] 상 중 하 상 중 하 상 중 하 상 중 하 상 중 하 상 중 하 상 중 하 상 중 하 - 일본의 RISING 프 로젝트와 같은 대규 모 정책 지원 필요 스마트폰 및 전기 자동차 세계 시장 경쟁력 강화 필요 국내 업체의 경쟁 력 확보 친환경 전기자동차 에 대한 긍정적 인 식 증가 고가격과 문제 안전성 기존 리튬이차전뿐 만 아니라 포스트 리튬이차전지 기술 개발도 요구됨. 나. 산업특징 및 구조 이차전지 원가 중 양극재, 음극재, 분리막, 전해질, 기타소재의 비중이 약 70~80% 수준 으로 매우 높은 편으로, 이에 대한 경쟁력 확보가 이차전지 경쟁력으로 직결됨. 또한, 이차전지 신뢰성 확보를 위한 패키징 및 부품소재의 고도화 노력도 본격적으로 시작되 고 있음. 특히, 전지는 각 소재 간 조합이 중요하기 때문에, 중소 소재업체와 전지업체간 협력 관계가 다른 산업보다 긴밀해야 함. 특히, 동일 소재로도 전극 및 전지 설계에 따라 현 저히 다른 특성을 나타낼 수 있기 때문에, 이에 대한 연구/개발/분석 역량이 크게 요 구됨. 한편, 중대형 이차전지용 소재는 소형 소재 대비 요구 특성도 높을 뿐만 아니라, 업체 평가 기간도 길어 실제 개발품을 전지 업체에 납품까지 오랜 기간이 소요됨

302 전략제품 소형 이차전지는 대부분 규격화가 되어 있어 최종 적용 전자제품 관점에서 교체가 용 이하나, 전기자동차나 에너지저장시스템의 경우 대용량 전지팩으로 개발되기 때문에 개발 초기 단계에서부터 해당 전지에 최적화된 알고리즘을 개발하고 Battery Management System에 적용해야 함. 이로 인해, 전방 및 후방 산업이 긴밀히 연결되어 있음. 기존 패키징 및 부품소재는 캔 외장재를 제외하고는 DNP, Showa Denko, Sumitomo 등 일본 업체가 주도하였으나, 중대형 이차전지 시장이 본격적으로 형성됨에 따라 희 성화학, 엘콤, 솔브레인 ( 舊 LTK) 등 국내 업체들의 기술 개발이 활발히 진행 중임. 그러나, 패키징 및 부품소재는 전지 설계 및 제조 방법에 따라 그 특성이 크게 영향을 받게 되므로, 공급 업체와 수요 업체간 그리고 공급 업체간에서도 공동 개발이 필요한 분야임. 패키징 및 부품소재는 단전지로 적용이 끝나는 것이 아니라, 여러 개의 단전지를 직렬 또는 병렬 연결하여 대용량 팩으로 조립되기 됨. 따라서, 팩 조립 과정에서 요구되는 기계적 강도 및 물리적 특성도 고려되어야 하기 때문에, 초기 제품 개발 시 이런 제품 의 특성을 잘 반영해야 함. [이차전지 소재 중심의 연관 산업 구조] 분류 후방산업 중대형 이차전지 소재산업 전방산업 4대 핵심 소재 리튬화합물, 전이금속화합물, 탄소 원재료 (천연흑연, 코크스, 피치 등), 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 유기용매, 리튬염 양극재, 음극재, 분리막, 전해질, 기타소재 단위셀, 배터리팩, Battery Management System, 냉각장치, 전장부품 패키징 및 부품 소재 고순도 알루미늄박, 폴리에틸렌 필름, PET 필름, 접착제, SUS(스테인리스), PTC(Positive Temperature Coefficient), Lead Tab용 폴리올레핀 접착층 소재, Al, Cu 등 알루미튬 파우치, 각형 또는 원통형 캔 외장제, 전극 Lead Tab 단위셀, 배터리팩, Battery Management System, 냉각장치, 전장부품 [이차전지 소재 중심의 SWOT분석] 강점(Strength) - 세계 1위 이차전지 시장점유율 - 세계 최고 수준의 이차전지 생산 기술 - 강력한 정부의 이차전지 산업 육성 정책 - 국내 이차전지 연구인력 및 인프라 증가 속도 높음 기회요인(Opportunity) - 친환경 전기자동차에 대한 소비자 인식의 긍정적 변화 - 국내 전지 업체의 중대형 전지 시장 선점 - 지구 온난화 방지를 위한 친환경차 의무 판매 제도 실시 - 중대형 이차전지 리스판매 등 신규 비즈니스모델 등장 - 소재 분야 국산화율 낮음 - 핵심 원료를 수입에 의존 - 소재 개발 전문인력 부족 - 기초연구 기반 취약 약점(Weakness) 위협요인(Threat) - 글로벌 경기 침체에 따른 이차전지 시장 성장의 정체 - 전기자동차 배터리 사고에 따른 전지 리콜 - 기존 소재, 패키징 및 부품소재 업체의 견제 - 일본, 중국 등 국가적 경쟁 심화

303 에너지변환저장 - 이차전지 - 이차전지 소재 다. 시장현황/전망분석 양극재 양극재는 Sanyo에 공급하는 Nichia가 업계 선두를 달리고 있으며, 국내에는 삼성 SDI, LG 화학에 공급하는 한국 유미코아, 엘엔에프, 에코프로 등이 있음. 양극재는 양극재를 이루는 전이금속의 가격 변화에 따라 판매가격이 크게 변동함. 기 존에 주로 사용된 코발트계는 세계 코발트 가격이 높고, 변동폭이 클 뿐만 아니라 인 체 유해하므로, 다른 전이금속으로 대체가 요구됨. 따라서 현재는 코발트계가 가장 많 이 사용되나 NCM(삼성분계), LMO(스피넬계), LFP(올리빈계)와 같은 계통의 양극재가 성장할 것으로 전망됨. 고용량화를 위해서는 니켈리치계 및 고전압용 양극재의 개발이 진행될 것으로 예상되 며, 고 안전성화를 위해서는 망간리치계, 올리빈계로 진행될 것으로 예상됨. 원가 경쟁력을 확보하기 위해서 저가의 원료를 이용한 개발이 중요하므로, 전구체 개 발이 병행하여 진행되어야 함. 리튬이온 2차 전지의 양극 활물질 분야에 대한 시장 보고서에 따르면 2009년 1,858백 만달러에서 2014년 3,356백만달러로 연평균(CAGR) 13.5% 성장이 예상되고 있음. 현재 리튬이차전지의 양극으로 사용되고 있는 LiCoO2의 경우 Co의 부존자원량이 크 지 않기 때문에 가격이 비싼 상황이며, 이후 리튬이차전지에 대한 수요가 증가할 경우 가격은 더욱 상승할 전망임. 음극재 이차전지 음극재로는 표면 처리된 천연 흑연이나 고출력 및 저온 특성이 우수한 비정 질 탄소계가 사용되고 있음. 천연 흑연의 경우 구형화 천연흑연은 중국에서 구매 가능하며, 가격적인 요소로 인해 인조흑연의 사용비율은 지속적으로 감소하고 있고, 천연흑연의 사용은 증가하고 있음. 일본 소재업체들이 음극재의 제조, 표면 특성 개질 등 요소기술에 대한 IP를 다수 확 보하고 있어 영향력이 크고 기술력이 뛰어남. 저급의 천연흑연에 대해서는 원재료 수급을 바탕으로 한 중국기업들의 도전이 거센 상 황임

304 전략제품 주요 업체로는 일본계 업체로 Hitachi Chem, Mitsubishi Chem, JFE, NCK 등이 있으 며, 중국계 회사로는 BTR 등이 있음. 국내에서는 포스코켐텍(구 카보닉스), GS Caltex, 애경유화 등에서 연구 개발중임. 고용량 재료인 Si, Sn계 재료에 대한 연구도 활발히 진행 중이나, 장수명 특성 확보를 위해서는 단독보다는 탄소재와 혼합해서 사용하는 시도가 지속적으로 진행 중임. LTO 재료의 경우 용도는 음극재이지만 결합의 구조, 제조 방법 등은 산화물인 양극재 와 거의 유사한 공정을 사용하므로, 기존 양극재 업체에서 진입 가능할 것으로 예상됨. 특히, 고속 충전 특성이 요구되는 중대형 이차전지용 음극재료는 그 적용 가능성이 매 우 높은 편임. 리튬이차전지의 음극재 분야에 대한 시장 보고서에 따르면 2009년 286백만달러에서 2014년 567백만달러로 연평균(CAGR) 16% 성장이 예상되고 있음. 소형 휴대전자기기용 전지의 경우 고용량화가 요구되고 있기 때문에 인조 흑연의 사용 비율이 높지만, 자동차용에서는 대폭적인 비용절감이 필요해져 천연 흑연계의 사용 비 율이 높아질 것으로 예상됨. 최근 우리나라는 흑연이나 하드카본 계열보다 출력이 높고 충전시간이 짧으면서도 가 격이나 안정성이 높은 소프트카본 계열의 음극재를 개발하여 양산단계에 있음. - 탄소계 음극재료는 기존의 리튬금속전지의 충방전 할 때 리튬금속 음극표면에서 수지 상으로 성장하는 문제점을 해결하고자 제안되었으며 탄소재 내부로 리튬이 삽입되고 가역적으로 탈리되는 것을 이용한 것임. - 일반적으로 탄소소재는 결정성이 우수한 흑연계 탄소재와 결정성이 낮은 소프트 카본 및 비정질 하드카본을 포한하는 비흑연계 탄소소재로 나눌 수 있음. 분리막 분리막 세계시장은 연간 10억달러 수준으로 아사히와 토넨 등 일본 업체들이 시장을 주도하고 있으나, SK이노베이션, 더블유스코프코리아 등 국내 업체의 시장 점유율이 지속적으로 상승되고 있음. 세계 시장의 90% 이상이 일본 아사히, 토넨, 우베와 미국의 셀가드가 차지하고 있으며, 아사히는 산요, 토넨은 소니와 관계 수축이 되어 있음. 셀가드는 중국의 BYD에 주력으 로 공급하고 있으며 분리막 유형에 따라 아사히와 토넨이 습식인데 반해 셀가드는 건 식 분리막에서 독보적임

305 에너지변환저장 - 이차전지 - 이차전지 소재 국내에서는 현재 SK이노베이션이 습식법 분리막을 공급하고 있으며 수입 제품을 제외하 고 거의 대부분이라고 볼 수 있음. 셀가드는 국내에 습식공장을 인수하여 생산에 들어갔 으며, 그밖에 씨에스텍 등이 자동차용 수요를 겨냥하여 건식법 분리막을 개발하고 있음. 건식 분리막은 습식에 비해 20~30% 저렴하고, 국내에서 유통 가격이 1.5~2 달러/m2 수준을 나타내고 있기 때문에 자동차용 분리막은 대부분 건식이 채택되고 있음. 전지 업체의 가격 압박에 따른 원가 부담은 있으나 양극, 음극 활물질, 전해액 등 다른 소재 에 비해서는 마진율이 높음. 리튬이차전지의 분리막 분야는 대한 시장 보고서에 따르면 2009년 9.1억달러에서 2014 년 13억달러로 연평균(CAGR) 7.2% 성장이 예상되고 있음. 중대형 이차전지용 분리막은 기존 폴리올레핀 분리막 대비 내열 특성 향상이 요구되고 있어, 나노세라믹입자가 코팅된 제품 채용일 일반적임. 코팅 제품은 기존 제품에 비해 가격이 높기 때문에, 원단, 나노세라믹입자, 및 제조 공정의 저가화 요구가 심해지고 있음. 전해질 일본의 Ube, Mitsubishi Chem, Tomiyama가 전세계 시장의 50%, 그 다음으로 국내기 업인 파낙스이텍(구 욱성화학)과 솔브레인(구 테크노세미켐)이 차지하고 있음. 전해질은 기존 유기용매의 개선, 난연성 유기용매의 개발, 저온 및 고온용 유기용매의 개발, 리튬과의 반응성이 낮은 안정적인 유기용매의 개발 등에 초점을 맞추어 연구개 발이 진행되고 있음. 리튬이온전지의 성능개선을 위하여 액상 전해질이 아닌 고분자겔을 사용하여 누액이 발생하지 않는 제품이 리튬폴리머전지에 적용되고 있음. HEV 시장이 본격적으로 성장하고 있어, 전해질의 안전성 문제가 지속적으로 관심받고 있음. EV 자동차의 경우 전해액의 더 높은 수명과 안전성 등이 요구됨에 따라서 전해 액의 난연을 결정하는 첨가제 개발이 화두가 되고 있음. 리튬이차전지의 전해질 부문의 2009년 전 세계 시장은 11억달러에서 2014년 16억달러 로 전망되고 있음. - 이를 액체형 리튬이온전지 부문과 고분자겔형 리튬이온고분자 부분으로 구분할 수 있 는데, 리튬이온전지 부문은 2009년 10억달러에서 2014년 15억달러, 리튬이온고분자전 지 부문은 1억달러에서 1.5억달러로 성장이 예상되고 있음

306 전략제품 안전성 문제 대두로 고체 전해질을 사용하는 전고체형 리튬이차전지의 연구개발이 진 행되고 있지만 제품화에는 아직 이르지 못하고 있음. 그러나, 중기적으로는 자동차용 리튬이차전지 시장 확대에 따른 전해질 시장은 지속적으로 확대될 것으로 예상됨. 중대형 이차전지 시작이 본격적으로 형성됨에 따라, 관련 소재 수요가 지속적으로 확 대될 것으로 전망됨. 패키징 및 부품소재 리튬이차전지의 소재비중은 전지가격을 100으로 기준할 때, 60% 정도를 차지. 이 중 기타소재(패키징 소재, 보호회로, Safety 소자 등)가 차지하는 비중이 양극재 다음으로 높고 분리막과 대등한 12%를 차지하고 있음. - 기타소재 중 패키징 소재(알루미늄 파우치, 캔 외장재, 전극 Lead Tab)의 비중이 80~90%에 이를 것으로 판단되어, 패키징 소재는 리튬이차전지 가격의 10% 내외로 가 격 비중이 상당히 높은 것으로 판단됨. [리튬이차전지 가격 구성 및 비중] 패키징 소재의 이차전지 생산업체별 적용현황을 살펴보면, 전극 Lead Tab의 경우, 대 기업은 주로 수입에 의존하고, 중소기업은 국산 구매를 통해 공급을 해결하고 있음. 외 장재의 경우에는 알루미늄 파우치의 경우, 대기업과 중소기업 모두 수입에 의존하고 있음. 또한, 리튬이차전지 셀 제조업체들은 향후에도 패키징 소재에 대한 개발 및 자체 생산 은 고려하지 않은 것으로 판단됨. 따라서 4대 핵심소재(양극, 음극, 분리막, 전해질)와는 달리 패키징 소재는 중소기업이 접근하기에 유리함. 전극 Lead Tab은 양극과 음극의 전기 통로이며 전해액의 누수를 보완하는 주요 소재 임에도 불구하고, 거의 대부분 수입에 의존하는 제품임. - 국내 기업으로는 솔브레인 (구 LTK)과 엘콤이 있음. - 현재 국내 소형 리튬이차전지에 사용되는 Lead Tab 시장에서는 일본의 스미토모 제 품이 대부분 사용되고 있음

307 에너지변환저장 - 이차전지 - 이차전지 소재 솔브레인(구 LTK)과 엘콤은 소형전지보다는 HEV 자동차용 중대형 Lead Tab 시장에 진입하고자 함. 기존 소형 전지시장은 이미 형성되어 진입장벽이 높다고 판단해 신규 시장을 목표로 함. - 일정량 이상의 전류가 흘렀을 때, 열적 안전성을 높이기 위해 Lead Tab 소재에 대한 연구가 진행 중이며, 제품 단가를 낮추기 위해 생산 공정의 변화를 꾀하고 있음. - 특히, 알루미늄 파우치를 외장재로 사용하는 고분자 전지의 10년 이상의 장기 신뢰성 확보가 필수적으로 알루미늄 파우치와 양/음극 Lead Tab의 균일한 결착력 확보가 중 요한 기술적 이슈임. - 또한, 생산 기술 개발 및 설비 국산화 차원에서의 협력 업체 발굴도 필요한 상황임. 솔브레인 (구 LTK)는 삼성SDI와 엘콤은 LG화학과 긴밀한 관계를 유지하며 전극 Lead Tab 국산화 진행. 2010년 이후 국내 전극 Lead Tab의 생산량이 크게 증가할 것으로 밝게 전망함. - 자동차용 배터리 수요의 증가는 소형전지보다는 중대형 전지를 타깃으로 국내 전극 Lead Tab 기업에게 호재로 작용할 것으로 예상됨. 패키징 및 부품소재 분야 시장은 소재 분야에 비해 관련 시장 자료가 부족하고 명확하 지 않아 예측의 정확도에 어려움이 많음. 그러나, 주요 업체의 예측 자료와 전체 원가 구성비를 바탕으로 시장 현황 및 전망을 나타내면 다음과 같음. 구분 국내 시장 세계 시장 년도 [이차전지 소재시장 현황 및 전망] 시장규모 (단위: 억달러) 성장률 CAGR(%) 양극재 음극재 분리막 전해질 알루미늄 파우치 캔 외장재 전극 Lead Tab 합계 양극재 음극재 분리막 전해질 알루미늄 파우치 캔 외장재 전극 Lead Tab 합계 출처: BCC Research, 2009, Lithium Batteries: Markets and Materials, SNE 시장 자료 및 기타 분석 자료

308 전략제품 라. 공급망(분류)에 따른 분석 [4대 핵심 소재] 이차전지 소재의 공급망 기준범위는 각 전지소재와 이를 제조하기 위해 필요한 각종 원소재도 포함하며, 기술적으로는 각 소재의 제조기술, 향상 기술, 저가격화 기술, 소재 국산화 기술 등이 포함됨. 한국은 전지 소재에 대한 원천 기술의 해외 의존도가 높다는 한계점이 있음에도 불구 하고, 이차전지 시장에서 세계 1위의 생산량을 유지하고 있음. - 이는 삼성 SDI, LG화학의 완성된 기술력과 국내의 잠재적 내수 시장에 의한 영향임. 하지만, 중대형 이차전지 시장에서는 기존 소형 이차전지 시장과는 시장 양상이 상당 히 달라질 것으로 예상됨. - 한국 자체에서 충당 가능한 내수 시장에 한계가 있음. - 소형 이차전지에 비해 활물질/ 원천 기술에 대한 가격 의존도가 상승함. 일본의 경우, 내수 시장 측면에서 뿐만 아니라, 기존의 원천 기술의 완성도를 고려해 볼 때, 중대형 전지 시장에서의 선전이 기대됨. - Nichia, Toda Kogyo, 쇼와덴코, 히타치, Nippon, JFE, 미쯔비시, 아사히 카세이, 토넨, Sumitomo, Ube, Tomiyama, Mitsui, Kitshida 등의 기업들의 양극, 음극, 분리막, 전 해질 등 각 분야에서 매우 높은 점유율을 보이고 있음. 미국의 경우, 원소재 및 전지소재에 대한 원천 기술은 일본에 비하여 월등하지 못하지 만, 내수 시장 측면에서 매우 유리하기 때문에 중대형 전지 시장에서의 선전이 기대됨. - 중대형 이차전지용 저가용 분리막 제조업체인 Celgard가 압도적임. 소재의 해외 의존도가 높을 뿐만 아니라, 내수 시장이 작은 한국은 추후 전지 시장에 서 고전할 가능성이 큼. 기존 소형 이차전지에서와 같은 세계 시장 입지를 유지하기 위해서는 원천 기술 확보를 위한 기술 개발이 시급함

309 에너지변환저장 - 이차전지 - 이차전지 소재 [4대 핵심 소재 공급망 분석 종합] 공급망 단계 원소재 전지소재 주요내용 원료 소재 전지소재 주요 제품/기술 리튬화합물, 전이금속화합물, 탄소 원재료 (천연흑연, 코크스, 피치 등), 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 유기용매, 리튬염 양극재, 음극재, 분리막, 전해질 해외 기업 양극재: OMG(Co3O4), Tanaka(NCM), NKS(NCA, NCM) 음극재: JX NOE 분리막: SK이노베이션, 삼성토탈, 동우화인켐 전해질: Ube, 미쯔이, 미쯔비시, 솔베이 양극재: Nichia, Toda Kogyo 음극재: 쇼와덴코, 히타치, Nippon, JFE, 미쯔비시, BTR, 상하이 분리막: 아사히 카세이, 토넨, Ube, Sumitomo, Entek 전해질:Ube, 미쓰비시, Tomiyama, Mitsui, Kitshida, ZGH 국내 기업 양극재: ENF, 엘앤에프, 에코프로, 코스모신소재 음극재: SK에너지, GS 칼텍스, 포스코, 애경유화 분리막: SK이노베이션, 삼성토탈, 동우화인켐 전해질: 후성, 리켐 양극재: 엘앤에프(L&F), 한국유미코아, 에코프로, 대정 EM, 새한미디어, 한화석유화학, 피닉스 PDE 음극재: 소디프신소재, 카보닉스 분리막:SK 이노베이션, 셀가드, 씨에스텍, TSSK, W-scope 전해질: 파낙스이텍 (구 욱성화학), 솔브레인 (구 테크 노세미켐) 중소기업 참여정도 중소기업 시장점유정도 참여정도는 주요제품 시장에 참여하는 중소기업의 참여규모와 정도(업체수, 비율 등)를 고려하여 5단계로 구분 (낮은 단계:, 중간 단계(,, ) 높은 단계: ) [패키징 및 부품 소재] 알루미늄 파우치 분야는 고순도 알루미늄 박막 필름, 폴리올레핀 박막 필름, PET 박막 필름, 그리고 각종 접착제 등 원료 소재가 공급망을 이루며, 이를 최적의 Lamination 공정으로 생산하는 수요 기업이 있음. 캔 외장재 분야는 SUS와 Al Plate 등 금속 외장재 원료 소재가 공급망을 이루고, 이를 이차전지 설계에 맞게 금형을 제작하고 생산하는 수요 기업이 있음. 전극 Lead Tab 분야는 양극용 금속 Plate (주로 알루미늄), 음극용 금속 Plate (니켈 또 는 니켈 도금된 구리 등), 폴리올레핀계 접착필름 등 원료 소재가 공급망을 이루며, 이 를 전지 설계에 맞도록 금속 Plate와 접착필름을 일체화 시키는 기업 수요 기업이 있음. 세계업체 및 제품 현황 - 알루미늄 파우치는 DNP, Showa Denko 등 일본업체가 주도하고 있으며, 제품은 소형 이차전지용과 고신뢰성이 요구되는 중대형 이차전지용 제품으로 구분됨. - 이차전지 세계 1위 기업인 삼성SDI의 캔 외장재를 공급하는 상신이디피가 캔 외장재

310 전략제품 대표 업체로 위치하고 있으며, 최근에는 스마트패드의 인기로 광폭 외장재 제품의 수 요가 증가하고 있음. - 세계적인 전극 Lead Tab 업체로는 일본의 Sumitomo가 있어, 소형 및 중대형 Lead Tab 시장을 주도하고 있음. - 최근 캐나다 업체인 Targray사가 알루미늄 파우치, 캔 외장재, 그리고 전극 Lead Tab 등 이차전지 관련 패키징 및 부품소재 제품을 모두 판매하고 있다고 보고됨. 국내업체 및 제품 현황 - 알루미늄 파우치 국내 업체로는 희성화학이 삼아알미늄, 호남석유화학, 효성 등의 원 소재 업체 등과 공동 연구 개발을 통한 전지업체로의 공급을 타진 중임. - 전극 Lead Tab 국내 업체로는 LTK(Lead Tab Korea)와 엘콤 2개의 업체가 존재함. 원 래 LTK는 Lead Tab 수입 업체였으나, 자체 기술 개발을 통한 국산화를 진행하였고, 전해액 및 전자재료 전문업체인 솔브레인에 인수되어 회사 경쟁력이 강화되었음. 패키징 및 부품소재는 시장 규모가 크지 않아 중소기업의 참여가 많고, 시장점유율도 높은 편임. 그러나, 대기업 중심의 이차전지 제조 업체가 요구하는 고신뢰성 제품에 대한 개발 능 력과 지속적인 단가 압박을 견딜 수 있는 경쟁력 확보가 중요한 분야임. [패키징 및 부품소재 공급망 분석 종합] 공급망 단계 원소재 패키징 및 부품소재 주요내용 원료 소재 패키징 및 부품소재 주요 제품/기술 폴리프로필렌 필름, 고순도 알루미늄 필름, PET 필름, SUS(스테인리스), Lead Tab용 폴리올레핀 접착층 소재, Al, Cu 알루미늄 파우치, 캔 외장재, Lead Tab 해외 기업 - DNP, Showa Denko, Okura, Toppan, Targray, Sumitomo 국내 기업 삼아알미늄, 롯데알미늄, 호남석유화학, 효성 등 희성화학, 율촌화학, 상신이디피, 솔브레인(구 LTK), 엘콤 등 중소기업 참여정도 중소기업 시장점유정도 참여정도는 주요제품 시장에 참여하는 중소기업의 참여규모와 정도(업체수, 비율 등)를 고려하여 5단계로 구분 (낮은 단계:, 중간 단계(,, ) 높은 단계: )

311 에너지변환저장 - 이차전지 - 이차전지 소재 3. 기업니즈조사 이차전지 소재 분야에 종사하는 중소기업의 제품개발 현황을 조사한 결과, 구체적으로 다음과 같은 다양한 제품을 개발, 판매하고 있음. - 리튬 인산철 및 리튬니켈코발트망간 소재를 이용한 리튬 폴리머 이차 전지 및 이를 이용한 팩 도전제 코팅된 알루미늄 집전체 리튬 폴리머 이차 전지 제조용 리드탭, 이차 전지의 3대 핵심소재 중의 하나인 인조흑연계 음극재 및 천연흑연계 음극재의 성능향 상용 코팅재, 전구체, 중대형 리튬2차전지용 양극소재 개발/ 생산 -3성분계 양극 전구 체 (NCM계, NCA계), 자동차 및 ESS장치용 음극재, 리튬2차전지용 분리막 필름, 양극 재 표면처리 및 형상제어 제조 기술, 입자크기 제어용 분무건조기, 카본 브러쉬 및 세 라믹 단열재, 자동차 부품 배터리 캔 제조, 나노섬유 멤브레인, 이차전지용 셀파우치, 이차 전지용 축전기용 알루미늄 소재, 이차전지 음극재, 리튬이차전지용 양극활물질 또한 이차전지 소재와 관련하여 아래와 같은 기술 개발을 추진하고 있음. - 고출력용 (100C 방전) 리튬 폴리머 이차 전지 고 에너지 밀도 리튬 폴리너 이차 전지 (240Wh/kg 이상) Golf cart 용 리튬 이차전지 Pack, 이차전지용 피치계 프리커서 제 조기술, 전구체 공침 합성 기술, 3성분계 Ni-rich NCM 전구체 기술, 중대형 리튬2차 전지용 양극소재 개발 -3성분계 양극 전구체 기술개발(NCM계, NCA계), 이종금속 접 합을 통한 음극재 생산, 고내열성 분리막 필름 개발, 고효율, 입도분포폭이 적은 대용 량 분무장치의 개발, 이차전지 음극재 흑연 산화물 복합계 전구체 고합제 밀도 구현, 전기자동차 2차전지 배터리 캔 제조기술, 전기방사를 이용한 고성능 나노섬유 웹 제 조, 리튬이차전지용 파우치 소재 및 제조 기술, 이차 전지 축전기용 알루미늄 소재의 박판화 개술개발의 국산화, 음극재 그라파이트 및 슬러리, 고안전성, 고효율, 고밀도용 양극활물질 구현을 위한 표면개질 및 구조안정화 기술 이차전지 소재 분야의 중소기업들은 향후 다음과 같은 제품 개발 계획을 가지고 있음. - 인조흑연계 이차전지용 음극재, 중대형 이차전지 고 표면조도 전극 터미널, 양극활물 질 전구체, NCM계 양극전구체 (523, 111, 622, 811) NCA계 양극전구체, 리튬축전지 재활용기술 개발, 리튬2차전지용 분리막 필름, 카본 브러쉬 및 세라믹 단열재, 나노섬 유 멤브레인, 전기자동차, 전기저장 시스템에 사용되는 중대형 셀파우치 또한 이차전지 소재와 관련하여 아래와 같은 기술 개발을 추진할 계획임. - 프리커서 피치를 이용한 인조흑연계 이차전지용 음극재 제조기술, 고전류 구동 중대형 이차전지를 위한 전극터미날 개발, 공침 합성 기술, 3성분계 Ni-rich NCM 전구체 기 술, 중대형 리튬2차전지용 양극소재 개발 -3성분계 NCM계 양극전구체 기술 및 공법 개발 -3성분계 NCA양극전구체기술 및 공법개발, 리튬전지의 재활용기술 개발, 고성능 저가형 분리막 필름 개발, 이차전지 음극재 고합제 밀도 구현, 폴리이미드롤 구성된

312 전략제품 고성능 나노섬유 멤브레인 개발, 리튬이차전지용 파우치 소재 및 제조 기술, 고안전성, 고효율, 고밀도용 양극활물질 구현을 위한 표면개질 및 구조안정화 기술 4. 요소기술 후보군 [요소기술 후보군] 중분류 요소기술 출처 양극재 음극재 양극재/음극재 5V Mn-spinel계 공용량 양극재 Ni-rich계 고용량 NCM계 양극재 OLO (Over-Lithiated Oxide)계 고용량 양극재 고성능 탄소 도전재 기술 비탄소계 고용량 음극 소재 고용량 탄소/(금속 또는 금속산화물계) 복합 음극 소재 Graphene 소재를 적용한 리튬이차전지 전극의 고성능화 리튬이차전지 고성능화를 위한 전극 개질 기술 특허, 논문, 기업수요 특허, 논문 특허, 논문 특허, 논문 특허, 논문 특허, 논문, 기업수요 양극재/음극재/분리막/전해질 리튬/황 전지 소재 기술 특허, 리튬/공기 전지 소재 기술 특허, 분리막 전해질 기타소재 고내열/고안전성 세라믹 코팅 분리막 수계 세라믹 코팅 분리막용 수계 바인더 고전압용 기능성 전해질 고성능 고분자 전해질 소재 고이온전도성 전고상 무기 전해질 이온성액체를 기반으로 한 리튬이차전지 전해질 양극용 수계 바인더 소재 후박 전극 및 고출력용 3D 집전체 특허, 논문 특허, 논문 특허, 논문 특허, 논문 특허, 논문 특허, 논문 특허, 알루미늄 파우치/외장재 고신뢰성 파우치 외장재 및 리드탭 특허,, 기업수요 알루미늄 파우치 알루미늄 파우치용 고분자 필름 소재 고순도 알루미늄 박막 소재 5. 핵심요소기술 선정 전략제품 관련한 특허기술의 클러스터링을 통해 도출된 요소기술을 시장동향, 기술동 향을 고려하여, 의 합의로 요소기술을 조정함

313 에너지변환저장 - 이차전지 - 이차전지 소재 [요소기술 조정 결과] 중분류 요소기술 출처 5V Mn-spinel계 공용량 양극재 특허, 논문 양극재 Ni-rich계 고용량 NCM계 양극재, 기업수요 저가형 spinel계 양극재 음극재 양극재/음극재 양극재/음극재/분리막/전해질 분리막 전해질 기타소재 비탄소계 고용량 음극 소재 특허, 논문 고용량 탄소/(금속 또는 금속산화물계) 복합 음극 소재 특허, 논문 Graphene 소재를 적용한 리튬이차전지 전극의 고성능화 특허, 논문 리튬이차전지 고성능화를 위한 전극 개질 기술 특허, 논문, 기업수요 리튬/황 전지 소재 기술 특허, 리튬/공기 전지 소재 기술 특허, 고내열/고안전성 세라믹 코팅 분리막 특허, 논문 수계 세라믹 코팅 분리막용 수계 바인더 고전압용 기능성 전해질 특허, 논문 고성능 고분자 전해질 소재 특허, 논문 고이온전도성 전고상 무기 전해질 특허, 논문 이온성액체를 기반으로 한 리튬이차전지 전해질 특허, 논문 양극용 수계 바인더 소재 특허, 논문 후막 전극 및 고출력용 집전체 특허, 알루미늄 파우치/외장재 고신뢰성 파우치 외장재 및 리드탭 특허,, 기업수요 알루미늄 파우치용 고분자 필름 소재 알루미늄 파우치 고순도 알루미늄 박막 소재 도출된 요소기술의 범위와 수준, 중소기업 적합성과 시급성 등을 고려하여 요소기술명 을 보완함. - 저가형 소재 개발 동향에 따라 저가형 Spinel계 양극재 를 요소기술로 포함시킴. - OLO계 고용량 양극재 는 기술개발의 어려움과 조기 상업화 어려움에 따라 삭제하도 록 하고, 고성능 탄소 도전재 기술 은 음극재와 직접적인 관련이 없다고 판단하여 삭 제하도록 함. - 후막 전극 및 고출력용 3D 집전체 에서 양산성이 없는 3D 분야를 삭제하고 일반적인 집전체로 범위를 확대, 재명명함. 핵심기술 선정 - 조정된 요소기술과 기술 시장 동향분석 및 기업니즈조사 결과를 기반으로 핵심요소 기술 선정위원회를 통하여 중소기업에 적합한 핵심기술 선정 - 핵심기술 선정은 기술성(10), 시장성(10), 중소기업성(10), 정책적 부합성(5)을 고려하여 평 가됨. 기술성은 기술성장성(5), 기술수준(5)으로, 시장성은 시장규모(5), 시장 성장성(5)으 로, 중소기업성은 중소기업 참여정도(5) 및 중소기업 진입장벽(5) 정도를 고려하여 평가

314 전략제품 [핵심요소기술 선정결과] 중분류 양극재 음극재 양극재/음극재 분리막 전해질 기타소재 알루미늄 파우치/외장재 핵심요소기술 Ni-rich계 고용량 NCM계 양극재 기술 저가형 spinel계 양극재 기술 고용량 탄소/(금속 또는 금속산화물계) 복합 음극 소재 기술 리튬이차전지 고성능화를 위한 전극 개질 기술 고내열/고안전성 세라믹 코팅 분리막 기술 수계 세라믹 코팅 분리막용 수계 바인더 기술 고전압용 기능성 전해질 기술 후막 전극 및 고출력용 집전체 기술 고신뢰성 파우치 외장재 및 리드탭 기술 6. 로드맵 기획 가. 연구개발 목표 설정 중분류 핵심요소기술 기술요구사항 양극재 음극재 양극재/ 음극재 분리막 Ni-rich계 고용량 NCM계 양극재 기술 저가형 spinel계 양 극재 기술 방전용량 전구체 및 제조 공정 180mAh/g 기술 개발을 통한 고 용량 및 저가화 구현 전구체 및 제조 공정 기술 개발을 통한 저 가화 달성 고용량 탄소/(금속 고안정성 금속 또는 또는 금속산화물계) 금속산화물 소재 개발 복합 음극 소재 기술 복합체 제조 기술 리튬이차전지 고성능 화를 위한 전극 개질 기술 고내열/고안전성 세 라믹 코팅 분리막 기 술 수계 세라믹 코팅 분 리막용 수계 바인더 기술 [선정된 핵심요소기술에 대한 연구 목표] 유기물 또는 무기물 개질 전극을 통한 전 지의 고성능화 고내열성 폴리머 또는 무기입자 코팅을 통한 분리막의 내열 특성 및 기계적 물성 향상 고접착성 수계 바인더 개발 세라믹 입자 분산성이 우수한 슬러리 제조 기술 개발 목표 1차년도 2차년도 3차년도 최종 목표 방전용량 방전용량 고용량 및 저가 이상 180mAh/g 이상 180mAh/g 이상 Ni-rich 양극재 (4.4V Cut-off) (4.4V Cut-off) (4.4V Cut-off) 개발 및 국산화 25달러/kg 이하 23달러/kg 이하 20달러/kg 이하 방전용량 방전용량 방전용량 100mAh/g 이상 110mAh/g 이상 110mAh/g 이상 Tap 밀도 1.8g/cc Tap 밀도 2.0g/cc Tap 밀도 2.0g/cc 이상 가격 이하 14달러/kg 금속 또는 금속산 화물계 활물질 개 발 수명 특성 10% 향상 전압안정성 0.05V 향상 고온 저장 5% 개선 열 수축률 5% 이 하 뚫림강도 200gf 이 상 이상 가격 이하 12달러/kg 이상 가격 이하 10달러/kg 탄소/(금속 또는 극판 용량 금속산화물계) 복 380mAh/g 이상인 합 활물질 개발 복합 활물질 개발 수명 특성 15% 향상 전압안정성 0.1V 향상 고온 저장 7% 개선 열 수축률 3% 이 하 뚫림강도 250gf 이 상 수계바인더 고형 수계바인더 분 함량 40% 이상 접착강도 80gf/cm 이상 고형 분 함량 40% 이상 접착강도 100gf/cm 이상 수명 특성 20% 향상 전압안정성 0.15V 향상 고온 저장 10% 개선 열 수축률 3% 이 하 뚫림강도 300gf 이상 수계바인더 고형분 함량 40% 이상 접착강도 100gf/cm 이상 고용량/고밀도/ 저가 Mn Spinel 양극재 개발 탄소/(금속 또는 금속산화물계) 복 합 고용량 활물질 개발 표면 개질을 통한 수명, 고전압성, 고온 특성이 개선 된 전극 개발 내열성 및 뚫림 강도가 향상된 세 라믹 코팅 분리막 개발 접착강도가 우수 한 분리막 코팅용 신규 바인더 개발

315 에너지변환저장 - 이차전지 - 이차전지 소재 중분류 핵심요소기술 기술요구사항 개발 목표 1차년도 2차년도 3차년도 최종 목표 전해질 고전압용 기능성 전 해질 기술 조성 최적화 및 기능 전압안정성 4.4V 전압안정성 4.5V 전압안정성 4.6V 4.6V 구동이 가능한 성 첨가제 도입을 통 이상 이상 이상 고전압용 전해질 한 고전압 특성 개선 기타 소재 후막 전극 및 고출력 용 집전체 기술 후막 코팅 또는 고출력 구동에도 전극 성능이 전극 Loading 유지될 수 있는 집전체 25mg/cm 2 이상 구조 제어 기술 전극 Loading 30mg/cm 2 이상 전극 Loading 35mg/cm 2 이상 후막 코팅이 가능 한 집전체 및 이 를 포함하는 후막 전극 알루 미늄 고신뢰성 파우치 외 파우치/ 장재 및 리드탭 기술 외장재 금속/고분자 간 계면 접착력 향상 기술 고순도 알루미늄 및 고분자필름 제조 기술 접착강도 10N/15mm 이상 HF 발생량 2000ppm 이하 접착강도 12N/15mm 이상 HF 발생량 1500ppm 이하 양산 생산기술 개발 핵심 소재 고도화 및 계면 접착력 향상을 통한 고신 뢰성 외장재 개발 나. 로드맵 기획

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태양광산업 경쟁력조사.hwp

태양광산업 경쟁력조사.hwp 태양광산업산업경쟁력조사 1 Ⅰ. 1. 52 2. 53 Ⅱ. 1. 54 2. 60 3. 64 III. 1. 71 2. 82 Ⅳ. 1. 98 2. 121 3. 132 Ⅴ. 1. 147 2. 160 3. 169 4. SWOT 181 Ⅵ. 1. 187 2. 202 3. 217 Ⅶ. 225 < 요약 > Ⅰ. 서론 II. 태양광산업의개요 III. 태양광기술개발현황