박수항포스코경영연구원수석연구원 ( spark0326@posri.re.kr) 1. 서론전기차성장돌풍이거세다. 미국, 중국등주요시장판매량은매해최고판매기록을갱신하고있으며, 메이저기업들의신차출시소식도계속해서이어지고있다. 한동안지지부진하던시장이본격적인성장궤도에진입한것으로보인다. 전기차가고속성장을이어가기위해서는제조비의 1/3을차지하는배터리경쟁력이뒷받침되어야한다. 비용적인문제를차치하고서라도배터리는차량전반의성능과안전을결정하는핵심부품이다. 전기차시장선점을위해배터리기업뿐아니라전기차제조사들까지공격적으로배터리설비투자에뛰어든이유이다. 전기차성장은배터리를매개로 ESS 시장에도중요 한영향을미친다. 전기차를통해성장한배터리기술과생산설비는이제막성장에진입한리튬이온배터리 ESS의경쟁력확보와장기적인성장에도핵심적인변수역할을한다. 선제적으로배터리경쟁력을확보한일부전기차기업들은 ESS 사업진출을통해사업영역을허물기도한다. Tesla 등주요기업들은전기차와수직계열화된배터리설비를기반으로 ESS 사업에이미진입했거나진입을준비중이다. 산업의장기적인 Lifecycle을변화시킬아이디어들도구체화되고있다. 전기차를통해유통이증가하는배터리의경제적, 친환경적처리방안에대한연구가대표적이다. 미국, 유럽등전기차시장이비교적먼저개화된지역은수년전부터관련이론적인연구가계 [ 그림 1] 전기차와배터리, 그리고 ESS 투자확대 전기차 Battery ESS 용량증가 가격하락 전기차배터리재사용 전기차기업 ESS 시장진입 91
논단 속되어왔으며, 일부선도기업들은재생배터리를활용한 ESS 제품을출시하기도하였다. 본고에서는 ESS 산업에중요한영향을미칠전기차시장의트렌드변화를살펴보고, 이에따른 ESS 시장의진화방향을논의해보고자한다. 아울러장기적 ESS 산업생태계에영향을미칠잠재요인으로서전기차배터리재사용에대한개념과사업사례들을통해산업의경쟁력확보전략과관련시사점을고찰해보고자한다. 2. 전기자동차 1) 트렌드가. 시동걸린전기차시장 2015년한해전세계에판매된전기차는약 55만대. 전년까지 10여년간누적된판매량 70만대에근접한다. 2016년에도약 77만대가판매되어전년대비 40% 성장하며연간최대판매량기록을갱신하였다. 2) xev 시장으 로시야를확대해도전기차의존재감은불과 3~4년사이에확연하게달라진모습이다. xev 시장을지배해왔던 HEV 3) 는성장정체와함께비중이급격하게감소하는반면, 전기차는빠르게증가하고있다. 2011년까지 xev 판매의 5% 미만에그쳤던전기차판매비중은 4년만에 30% 에근접할정도로급성장했다. 그와중에도 BEV 의성장세가특히눈에띈다. 전기버스를포함한 BEV의 2015년판매점유율은약 19% 로, PHEV의두배에달한다. 내연기관의역할은점점축소되는반면배터리와전기모터의의존도는증가하는 순수 (Pure) 전기차비중이늘고있는것으로해석할수있다. 2017년부터는 GM Bolt(EV), Tesla Model 3 등잠재구매자들의기대를모으고있는 2세대 BEV가출시를기다리고있어이러한추세는더욱가속화될전망이다. 대세적성장세에도불구하고구체적인전망치에대해서는각기관의성향과입장에따라큰차이가존재하는데, 낙관적인전망와부정적전망간에는대략 5배가넘는예측차이가존재한다. 4) 우선 OPEC, Shell 등 < 표 1> xev 종류별판매비중추이 ( 단위 : %) 구분 2011 2012 2013 2014 2015 HEV 95.2 92.2 88.2 83.0 71.5 BEV 3.4 3.9 6.3 9.4 13.7 PHEV 1.2 3.7 5.3 6.3 9.6 e-bus 0.2 0.1 0.2 1.3 5.2 자료 : SNE Research(2016.4), 글로벌전기차시장의폭발적성장과주요이슈분석 1) 본고에서는외부로부터충전이필요한 Plug-in EV, 즉 BEV(Battery EV) 와 PHEV(Plug-in Hybrid EV) 를합산한의미로사용. 전기모터와배터리가포함된모든차량을지칭하는보다큰의미로서의전기차는 xev 로별도구분해서명기. 2) 2016 년실적은 www.ev-volumes.com Global Plug-in Sales for 2016' 을참조. 3) Hybrid Electric Vehicle. 본고에서는내연기관을주력으로사용하고전기모터를보조로사용하는다양한종류의 Hybrid 차량을 HEV 로통칭. 4) 각기관별분류기준이상이함에따라여기서는편의를위해 xev 시장을기준으로전망을종합. 92
전통에너지산업과연관성높은기관들은다소부정적인견해를내놓는다. 이들은배터리기술의이론적한계와충전인프라부족등전기차의제한적요인과, 내연기관자동차의연비개선등기술개발잠재력을주요이유로제시한다. 반대편의극단에는 B3, SNE 등의배터리산업리서치기관들이있다. 중국등신흥국의성장지속과함께이동수단혁신이전기차를기반으로이루어질가능 성이높아시장이빠르게성장할것이라는것이이들의주장이다. 양극단에비해비교적중립적인입장을견지하는것은배터리사업자들이다. 이들은 2020년신차시장의약 6~8%, 즉 5백만대수준에서 xev가판매될것으로보고있다. 이경우에도전세계 xev 판매규모는 2015년의 230만대에비해두배이상성장해야한다. [ 그림 2] 글로벌 xev 시장전망종합 14.0% [ 신차시장내전기차 (xev) 비중 ] 2.0~12.0% 12.0% 중앙범위 전체전망폭 10.0% 8.0% 6.0~8.0% 6.0% 0.8~4.0% 4.0% 실적 2.9% 2.0% 1.5~2.5% 0.0% 2010 2015 2020 2009년이후주요전망기관자료집계, 영국교통부 낙관적 2020 년 1 천만대 (10% 이상 )* 중립적 2020 년 5 백만대 (6~8% 수준 ) 부정적 2020 년 2 백만대 (2% 미만 ) 배터리리서치기관 - 중국버스시장등긍정요소작용 - 전통적시장외초소형자동차, e-bike, 상용차등영향인자 배터리사업자 - 배터리사업자입장중립적관점 -EV 확대에대한기대로 100GWh ( 20) 배터리시장주목 전통에너지기관 - 배터리기술한계, 인프라부족에주목, 내연기관차연비개선에주목 자료 : Roland Berger, Credit Suisse, HSBC, Nikkei, Deutsche Bank, Frost&Sullivan, BCG 등전기차전망보고서종합, POSRI 재정리 나. 전기차를초월하는배터리성장전기차보급의가장큰걸림돌은내연기관차대비짧은주행거리 5) 와충전의불편함이다. 직관적인해결책은배터리탑재용량을증가시키는것이지만전기차제조비의 30~40% 를차지하는고가의배터리를마냥늘 릴수만은없다. 비용도비용이지만배터리무게와부피의증가는차량무게중심과거동특성등차량성능을좌우하기때문에다양한변수를고려해설계해야한다. 게다가길어지는충전시간을해결하기위한급속충전기등의인프라여건과그에적합한배터리소재에대한고민도필요하다. 300Km 이상의주행거리를자 5) 1 회충전시주행가능한거리 를의미. 93
논단 랑하는 Tesla Model S는 60KWh 이상의대용량배터리를탑재하기위해알루미늄과타이타늄등고가의경량소재를활용한전용플랫폼을개발했으며, 충전문제해결을위해고속충전이가능한 Super Charger 설치도필요했다. Model S가전기차의대명사로자리매김할수있던것도대당 10만 USD를호가하는럭셔리 모델이기때문에가능했다. 하지만기술발전과제조비하락으로배터리용량확대는더이상럭셔리모델에만고려가능한옵션이아니다. Bolt(EV) 나 Model 3 등출시를앞둔전기차들은 3~ 4만 USD 수준의대중차가격대에도 60KWh 이상의배터리를탑재할예정이다. [ 그림 3] 주요전기차의배터리용량 - 주행거리상관관계 (kwh) 35 (Miiles) 140 30 120 25 100 20 80 15 60 10 40 5 20 0 Nissan Leaf 2016 VW E-golf 2015 GM Volt BMW i8 Benz 2018 GLE-Class 0 Battery capacity(kwh) Driving range 자료 : Macquarie Research, Asia battery Accelerating the charge for auto, 2015.11 신차뿐만아니라이미출시되어있던전기차도모델변경, After Market 등을통해배터리용량을확대하고있다. 가장많이팔린전기차로기록된 6) Nissan Leaf의배터리용량은초기 24KWh에서 2016년모델에서는 30KWh로증가했으며, After Market을통해서는 48KWh까지도확장가능하다. BMW i3도배터리용량이초기 14KWh에서신형 33KWh로두배이상증가되었으며, Tesla 신형 Model S는 100KWh가넘는배터리를탑재하기도했다. 단위용량증가는 BEV 확대추세와맞물려배터리수요를크게확대시키는결과로이어지고있다. 2015 년전기차용배터리수요는약 25GWh로, 2013년의 5GWh에비해 2년만에 5배가까이성장했다. 전기차판매증가율보다도월등히높은수준이다. 배터리용량경쟁은당분간계속될것으로보여전기차를초월하는배터리성장기조역시지속될것으로보인다. 중국을비롯한다수의글로벌제조사들은이미주행거리 500Km 이상의신차개발계획을발표한바있다. 6) 2016 년말까지약 25 만대판매. 94
2,500 2,000 1,500 1,000 500 - [ 그림 4] 글로벌 xev 및이차전지시장추이 xev( 좌, 천대 ) Battery( 우, GWh) 2011 2012 2013 2014 2015 30 25 20 15 10 5 - 자료 : SNE Research, 글로벌전기차시장의폭발적성장과주요이슈분석, 2016.4 다. 급증하는배터리설비투자배터리설비투자도과거어느때보다공격적으로이루어지고있다. 지역적으로는정부의성장정책을등에업은중국에특히집중되어있는데, JP Morgan에따르면 2016년 ~2020년기간건설예정으로중국에서발표된설비투자규모만약 150GWh에달한다고한다. 이중 1/3만실현된다고하더라도 2015년의전세계수요보다두배큰생산능력이중국이라는한국가에들어서게된다. 단위규모도기하급수적으로증가하고있다. 이러한경향은특히배터리를수직계열화한자동차제조사에서더욱두드러지게나타나는데, 세계최대설비로기록될 Tesla의 Gigafactory가대표적이다. 연산규모는 50GWh로 2020년완공을목표로한다. 7) 상상을초월하는규모탓에계획공개당시실현가능성에대한회의적인의견이존재했지만, 프로젝트는계획대로진행 되어 2017년 1월부분가동을시작했다. 디젤게이트 로한바탕홍역을치렀던 VolksWagen 도방향을전기차로선회하여 Gigafactory에맞먹는규모의대규모배터리관련투자계획을검토중인것으로알려졌다. Daimler도배터리제조자회사인 Accumotive에 5억유로를추가투자해설비규모를두배로증설시키는프로젝트를진행중이다. 중국의전기차성장을이끌고있는 BYD는 2020년까지자사배터리설비규모를연산 30GWh 이상으로늘릴계획이다. 전기차와배터리를차세대주력산업으로육성하려는중국정부는전기차용배터리모범인증기준을기존의연간설비규모 0.2GWh 이상에서 8 GWh로대폭강화시키겠다는계획을발표하고, 여론을수렴하는중이다. 8) 중국로컬기업들조차단기간에달성하기에는현실성이떨어지는만큼최종안은다소하향조정될가능성이높지만, 글로벌경쟁력을유도하기위한정부의지가반영된만큼대형화추세는피할수 7) 배터리팩기준. 셀생산은 35GWh. 8) 2016 년末기준. 최종적용기준은주요기업들과의협의를통해조율계획. 95
논단 [ 그림 5] 중국내 xev 용배터리설비능력계획종합 (GWh) 200 174 150 100 98.6 50 17.9 47.9 0 2015 2016E 2017E 2020E 자료 : JP Morgan, Global xev Components, 2016.5s [ 그림 6] 2017 년 1 월 Tesla 기가팩토리전경및시기별확장계획 Final Gigatactcry January(2017) July(2016) 주 : 2017 년 1 월현황은최종계획대비 30% 공정기준자료 : Bloomberg, Tesla Flips the Switch on the Gigafactory, 2017.1.5 없을것으로보인다. 가. 급락하는배터리가격 3. 전기차의 ESS 성장견인효과 Tesla 가 3 년전배터리제조비를 USD 250 ~ 350/ KWh 수준으로공개했을때시장의반응은놀라움반, 96
의심반이었다. 배터리선두기업들도기업들조차달성하기어려운가격이었기때문이다. 하지만배터리가격은예상보다가파르게하락하고있다. Bloomberg New Energy Finance의 Survey 결과에의하면, 2016년배터리제조비는팩가격을기준으로 USD 273/KWh. 2014년의 USD 540/KWh와비교하면 2년만에절반수준으로하락했다. 설문을통한조사평균이기때문에실제로는더싸게만드는기업도존재한다. Tesla는 2016년초에 Model S의배터리팩제조비용이이미 USD 190/KWh 이하로떨어졌다고주장했다. 9) 경쟁사들의셀 (Cell) 제조가격에도못미치는비용이다. Gigafactory가안정적으로가동되는 2020년대중반에는 USD 100/KWh의벽을깰수도있 을것으로보고있다. GM 역시 Bolt EV 배터리제조비용을 USD 145/KWh로발표했으며, 2021년에는 USD 100/KWh 수준까지하락할것으로기대하고있다. 10) 나. 리튬이온배터리 ESS의성장몇년전만하더라도리튬이온배터리기반의 ESS는그리큰기대를모으지못했다. 비싼배터리가격탓에경쟁기술인 NaS전지 11) 등에비해투자비가두배가까이소요되었으며, 실증도부족한탓에본격적인확산에장기간이소요되거나중소형중심으로제한될가능성이높다는인식이팽배했다. 하지만분위기는달라졌다. 분기별로미국내 ESS [ 그림 7] 빠르게하락하는배터리가격 $599/kWh $540/kWh cells pack 188 411 173 367 $350/kWh 116 $273/kWh 74 234 199 2013 2014 2015 2016 자료 : Bloomberg New Energy Finance, Bloomberg 재인용, Tesla's Battery Revolution Just Reached Critical Mass, 2017.1.30 9) 2016 년 4 월실시된 Conference call 기준. 10) Tesla 는배터리팩기준, GM 은셀기준. 11) Natrium-Sulfur 전지. 97
논단 < 표 2> 2012 년에분석된배터리기반 ESS 기술비교 구분 NaS Li-Ion Redox 기술준비도 (Tech. Readiness) Battery Capital Cost ($/KWh, PCS 포함 ) 7 7 6 635 1,220 1,546 자료 : 美 DOE & PNNL, National Assessment of Energy storage, 2012 신증설현황을발표하는 Green Tech Media의 'US Energy Storage Monitor' 에따르면, 2015년신규설비중리튬이온배터리비중은무려 96% 에달한다. 전년도의 72% 에비해서도큰폭으로증가했다. 리튬이온배터리 ESS의주도권은당분간계속될것으로보여장기적인성장세를이어갈것이다. 캘리포니아주는 2020년까지 1.32GWh 규모의리튬이온배터리 ESS를추가하기위한테스트를진행중이다. 미국에만해당되는상황은아니다. Navigant Research의조사결과에의하면, 2016년 3분기에발표된글로벌신규 ESS 설비중리튬이온배터리비중은 83% 에달한다. 12) [ 그림 8] 미국신설 ESS 의기술별비중추이 ( 분기 ) Energy Storage Deployments by Technology (MW) (%) 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 Q1 2013 Q2 2013 Q3 2013 Q4 2013 Q1 2014 Q2 2014 Q3 2014 Q4 2014 Q1 2015 Q2 2015 Q3 2015 Q4 2015 Lithium Ion Lead Acid Sodium Chemistries Fliw-Vanadium Flow-Zinc Other 자료 : GTM, U.S. Energy Storage Monitor: 2015 Year in Review Executive Summary, 2016.3 12) PHES(Pumped Hydro Energy Storage) 기술제외. 98
설비규모의제한에대한편견도이미깨져, 해마다대형설비기록이갱신되고있다. 2017년초미국남부캘리포니아에서 Tesla와 AES, 그리고 Greensmith Energy 3개사가동시가동을시작한 ESS 설비는합산규모 280MWh에달한다. 가스누출사고로폐쇄된가스발전소를대체하기위해설치된해당설비는각사이트별규모 80~120MWh 수준으로각각이이미역대최대수준에이른다. 현재까지는이중 120MWh의 AES 설비가단일사이트로서가장큰규모로기록되었는데, AES는 2021년완공을목표로 400MWh 규모의프로젝트를별도로추진하고하고있어기록갱신은이미예정되어있다. 13) 다. 낮아지는산업경계전기차와배터리에대한문턱이낮아지면서이를기반으로새로운형태의사업도나타나기시작했다. 전기차시장의 Game Changer 역할을했던 Tesla가이번에도선봉에섰다. 가정형 ESS를완제품형태 14) 로출시하며디자인요소까지갖춘가전제품의개념으로집안까지끌어들인것이다. Tesla는태양광시스템설치업체인 Solar City 인수를통해신재생에너지발전과저장, 그리고이를이용하는전기차와관련서비스까지연계되는클린에너지기업으로자사의정체성을확장시켰다. 15) 경쟁사들도이와유사한행보를보이기시작했다. [ 그림 9] 전기차기업이출시한다양한가정용 ESS 제품들 주 : 왼쪽부터순서대로, Tesla 의 Power Wall, Nissan-Eaton xstorage, Mercedes-Benz 제품 ( 제품명미정 ) 자료 : 각사홈페이지 13) Green Tech media, Bloomberg 기사내용정리. Green Tech Media, Tesla, Greensmith, AES Deploy Aliso Canyon Battery Storage in Record Time, 2017.2 Bloomberg, Tesla's Battery Revolution Just Reached Critical Mass, 2017.2 14) 가정용 Powerwall, 상업 / 유틸리티용 Powerpack. 15) Tesla 는공식적인사명도 Tesla Motors' 에서 Tesla' 로변경. 99
논단 Nissan은가정용 ESS 제품 xstorage 를 2016년말부터유럽시장에출시했는데, 특이하게재활용배터리를사용한모델을제품군에포함시켜선택의폭을넓히는한편, Tesla와의차별화를꾀하고있다. 배터리자회사인 Accumotive를통해생산능력을급하게늘려온 Daimler도최근 Mercedes-Benz Energy America 를신설하고가정용 ESS 제품출시를준비하고있다. 4. 전기차배터리의재사용 (Re-use) 16) 가. 배터리재사용논의배경 랩탑컴퓨터, 스마트폰등주로휴대용 IT 기기에사용되는소형배터리는단위규모가작고유통과정이복잡해제품을수거, 선별하는과정에많은비용이소요된다. 많은국가들은제조사에일정수준의수거및재활용책임을할당하고, 제조사들은추가적인비용지출을감내하고서라도이를수행해야한다. 하지만수천배로단위용량이커진전기차배터리의경우상황이좀다르다. 등록된자산으로이력추적이가능한자동차를통해수거과정이수월할뿐만아니라, 고가부품인만큼추가적인활용이가능하다면경제적인추가이윤창출이가능하다. 게다가장기적인연장사용이가능할경우자원효율극대화를통한환경영향도최소화할수도있다. 전기차를통해시중에누적될배터리에대한경제적인활용방안 [ 그림 10] 전기차누적판매및재활용가능한전기차배터리규모전망 millions EV sales accumulative accumulative secondary life battery capacity(gwh) 80 60 40 20 Scenario Global: - Bloomberg Finace EV sales forecast - Average battery size 40kWh - 80% second life battery repurposing - 100% battery upgrade at 7 years 1,000 800 600 400 200 2016 2018 2020 2022 2024 2026 2028 2030 EV sales Secondary Life battery 주 : Bloomberg New Energy Finance 전기차전망기준을 BEE 에서인용자료 : 獨 Bundesverband Erneuerbare Energie(BEE), Second Life-batteries as Flexible Storage For Renewable Energies, 2016.4 16) 배터리를소재단위로분해하는재활용 (Recycling) 과구분하고의미를명확히하기위해본고에서는재사용 (Re-use) 또는 재생 이라는용어를사용. 100
논의가확대되는배경이다. 독일 BEE는 2030년까지재활용가능한전기차배터리누적량이 1TWh에도달할것으로전망했다. BEE, NREL 17) 등신재생에너지연구기관들은일차수명이다한전기차배터리도용도에따라서초기용량의 70~80% 수준의추가적인사용이가능할것으로분석했다. 전기차배터리는충 방전횟수와방전율, 사용온도, 운전습관등사용조건에따라기대수명의편차가크기때문에, 차량제조사가배터리성능을보수적으로설계해실제적으로는더오래사용할수있다는것이다. 재사용가능한분야로는 ESS, 특히전력수요자와인접한용도의소규모 ESS가가장유망할것으로보고있다. 시장규모가크고성장성이높은반면비용에민감한개인소비자들이주요고객층이기때문에, 저렴한재사용배터리수요창출이가능할것이기때문이다. 또한혹독한사용조건을가정한전기차보다온화한환경에서사용할수있어, 10년이상의장기사용도가능할것으로보고있다. 나. 재생방법및예상경제성 전기차배터리를재사용하기위해서는가공범위에따라크게배터리팩을해체하여모듈 / 셀단위로선별 재조립하는방법과, 배터리팩단위그대로재사용하는방법으로분류할수있다. 우선모듈과셀단위로선별 재조립하는경우불량모듈과셀을선별해내고용도에맞는최적의 ESS를재구성할수있다. 반면추가가공시간및비용이소요되며, 안전확보를위한까다로운작업환경이필요하다. 또한작업자의숙련도와공정단계및규모에따라비용편차가발생할수있다. 배터리팩단위그대로재사용하는경우에는프로세스단축을통한비용절감이가능한장점이있다. 반면배터리팩비표준화로용량확대를위해서는설계적인제약이존재한다. 전기차용배터리팩은자동차 Segment, 크기, 주행특성등에따라모양과탑재위치가천차만별이기때문이다. 재생배터리의예상가격수준은사용조건및상태에따라달라지지만, NREL은 2015년의연구를통해재생배터리의이론적판매가격을신규제품대비 30~70% 수준으로분석했다. 18) 신규배터리가격이 [ 그림 11] 차종별상이한디자인의배터리팩 VW E-up! Nissan Leaf GM Volt TESLA Models S 자료 : 각기업발표자료종합 17) National Renewable Energy Laboratory. 18) 기본가정 : 전기차 2 만 5000 대 / 연간, 단위모듈 5KWh, 배터리상태분석위한데이터확보가능. 101
논단 < 표 3> 배터리재사용방법에따른장단점비교 직접재사용 (Direct Re-use) 분해 / 조립 (Module Configuration) 장점 단점 장점 단점 간편한공정 용도별최적화어려움 용도별최적화가능 추가가공시간소요 부품대부분재사용 Communication Interface 추가필요 BMS 및냉각시스템최적화가능 신규환경설정필요 저렴한비용팩단위확장모듈 / 셀단위확장상대적고비용 자료 : ResearchGate, A cost analysis of electric vehicle batteries second life businesses, 2014.7 < 표 4> Case 별재사용배터리가공비용및판매가분석결과 신규배터리가격 (U$/KWh) 250 Second Use DOD* 60% 50% Vehicle** 배터리 Health Factor 가공완료된배터리판매가격 (U$/KWh) 배터리구입비 (U$/KWh) 가공비 (U$/KWh) BEV75 0.33 83 51 32 PHEV20 0.29 73 43 30 BEV75 0.72 180 131 49 PHEV20 0.65 163 117 46 150 60% 50% BEV75 0.33 50 24 26 PHEV20 0.29 44 19 25 BEV75 0.72 108 72 36 PHEV20 0.65 98 64 34 자료 : National Renewable Energy Laboratory(NREL), 2015.2 * DOD(Depth of Discharge) : 방전심도. 비율이높을수록방전량이많은사용환경 ** BEV75 75mile range 전기차용배터리, PHEV20 20 mile range PHEV 용배터리 높을수록중고배터리매입비가높아지기때문에배터리구입비가가장중요한비중을차지하는반면, 신제품가격이낮아질수록가공비의비중이증가하게된다. 또한작업자의숙련도가운영효율에큰영향을미치기때문에셀단위로분해가공은경제성확보가어려울것으로보고있다. 종합적으로판단하자면, 비용최소화를위해서는단일차종, 모듈단위이상의배터리를가공해야한다는기본전제조건이도출된다. 결국 판매량이많은전기차모델이배터리재사용사업에도유리하다. 다. 해외사례및국내현황 1) 해외사례 - 메이저자동차사가주도해외자동차사들은배터리리스, 교환프로그램등 102
전기차판매와연계된다양한서비스를통해중고배터리확보가상대적으로용이하다. 19) 따라서전기차제조사들이배터리재사용사업에대한관심이높고적극적인편이다. 다만 ESS 설계 / 제작, 전력제어및수요관리등 ESS 관련된역량은보완이필요하기때문에대부분독자추진보다는관련기업들과협력하에사업을진행하는형태가일반적이다. 가 ) 가정용 / 상업용 ESS 제품제작 Nissan은영국의전력관리기업 Eaton Energy와협력하여가정용ESS xstorage 를기획하여 2016년말부터유럽시장을대상으로판매를시작했다. xstorage 는 6개의제품군으로구성되어있으며신규배터리와재생배터리를모두선택할수있는데, 재생배터리를 사용한제품의판매가격이약 30% 가량저렴하게책정되었다. 20) 재생배터리모델은중고 Leaf 배터리모듈 12개를재가공하여제작한다. BMW도중고 i3 배터리를활용한가정 / 상업용 ESS 시장진출계획을 2016년발표하였다. 22KWh, 33KWh 두가지용량의제품을출시할계획이며, 독일의 Beck Automation이배터리가공과재조립을담당할예정이다. 나 ) ESS 기반으로다양한시범사업도입 Nissan은미국에서는전력관리 Start-up 기업인 Green Charge와협력하여 Leaf 중고배터리를활용한상업시설의전력관리서비스도개시했다. 사용자측에 ESS를무상설치해주고전력비용절감중일부 [ 그림 12] Nissan 의재생배터리사업모델과 BMW I ChargeForward Projec 사업제휴 중고 배터리 Nissan Leaf 누적판매량약 22 만대 중고 배터리 사업제휴 ESS 구축 BMW i-series 누적판매량약 5 만대 중고배터리 2 정지요청전달 1 충전정지요청 4 未달성분보완 3 운전자참여 가정용 ESS 상업용전력수요관리 자료 : 포스코경영연구원종합 19) Nissan 은 2014 년부터구형 Leaf 배터리반납조건으로배터리교체서비스를시행중이며, 반납된구형배터리에대해서는 USD 1 천의가치를인정. 20) Energy storage.news 기사내용을참고., Nissan and Eaton add new xstorage Home options as European pre-orders begin, 2016.12 103
논단 를수익으로회수하는방식이다. BMW도스웨덴발전기업 Vattenfall, 독일 Bosch와공동으로 i3배터리를활용한 2MWh 규모의 ESS를구축하고, Grid에연계한필드테스트를진행중이다. 설비구축에 i3 100대분이상의배터리가소요된다. BMW가중고배터리를공급하고, Bosch가배터리가공및 ESS 설비를구축, Vattenfall이 ESS설비를운영하는방식으로역할을분담했다. BMW는또한미국 PG&E 21) 와협력한 DR 22) 시범프로젝트 BMW i Charge Forward 를위해 100KWh 규모의 ESS를구축하고운영중이다. 캘리포니아지역 i3 운전자 100명을대상으로한시범프로젝트로, 피크시간 PG&E 요청에따라운전자들이충전을미뤄피크수요를저감하는개념이다. 운전자참여미흡으로사전에계획된수요량절감이달성되지못할경우에는미달분만큼을 BMW가 ESS에저장된전력을송출해보조한다. 2) 국내현황 - 정부주도의초기기반조성 2016년까지국내전기차누적판매량은약 1만대수 준으로, 2020년목표인 25만대달성이현실적으로매우어려운상황이다. 2016년상반기판매량은 768대로전년동기 860대대비오히려하락하기도했다. 폐차, 교환등이본격화되는 10년후부터중고배터리활용이가능하다고가정하면, 국내에서는조달이어려울정도로유통량이현저하게부족하다고볼수있다. 시장을주도하는 Killer App 전기차모델도딱히없다. 2016년 5월까지누적기준으로전기차모델별판매량은 19~235대수준에불과하다. 23) 재생배터리활용시가공비최소화를위한기본전제조건인 단일차종 & 모듈단위배터리 기반이아직형성되지않고있는셈이다. 정부에서는전기차배터리누적에따른장기대비책이필요함을인지, 관련지원을시작하긴했으나대부분기획또는준비단계수준에그친다. 산업통상자원부는 2015년말부터시작된 xev 폐배터리를이용한 ESS(500KWh급 ) 기술개발및실증사업 을통해 3년간총 60억원의사업비를지원하고있다. 배터리잔존가치를등급별로산정해합리적인거래기준을마련하는것을목표로한다. 주 : BEV + PHEV 합계기준자료 : IEA, Global EV Outlook 2016, 2016 www.ev-volumes.com < 표 5> 주요국의전기차누적판매량 구분미국중국일본한국전세계 누적판매량 ( 천대 ) 561 663 148 10 2,031 비중 (%) 28 33 7 0.5 100 21) Pacific Gas and Electric Company, 중 / 북부캘리포니아전력서비스기업. 22) Demand Response, 전력상황에따른실시간수요통제프로그램. 23) 동기간 Model S, Leaf 는미국에서만각각 8,400 대와 4,700 대가판매. 104
지자체차원에서는전기차보급에앞장선제주도가가장적극적이다. 제주도는폐배터리재활용센터를포함한 13만m2규모의 EV타운 조성계획을구상중이다. 2021년까지약 1,600억원을투자하여부지내안전검사, 유지보수, 충전및폐배터리재활용센터등관련기능을한군데모은클러스터형타운을계획하고있다. 다만부동산가격급상승에따른경제성확보여부및대규모재원소요등선결이슈가산재해있다. 앞서제주도가추진했던 IT중심도시첨단산업단지조성계획 이부지조성원가상승으로보류된최근사례를고려하면, 해당사업역시대규모부지조성에난항이예상된다. 24) 결국정부주도의국내사업지원은구체적인실질효력발생에상당기간이소요될것으로예상된다. 5. 전망및시사점전기차제조사들은 2020년대중반이후부터는전기차가전통적인내연기관자동차와정부보조금없이도본격적인경쟁을할수있을것으로보고있다. 이러한주장의중심에는배터리가격하락과기술발전에대한자신감이자리하고있다. 배터리경쟁력확대는신재생에너지발전확산에따른분산발전의역할증가와함께 ESS 보급을확대시킬핵심요인이다. 신제품제조경쟁력확보와는별개로, 재생배터리의성능과경제성을기대만큼확보할수있다면가격에특히민감한주거용소비자들을참여시켜 ESS 시장의성장을한단계더도약시킬기폭제가될수있다. BEE 는 2020년을기준으로재생배터리를활용한태양광발 [ 그림 13] 독일의가정용태양광 +ESS 시스템비용추이및전망 (C /kwh) 0.50 0.40 0.30 } 23% 33% } 0.20 0.10 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 Residential electricity price LCOE PV LCOE new Li-ion LCOE second life 자료 : 獨 Bundesverband Erneuerbare Energie(BEE), Second Life-batteries as Flexible Storage For Renewable Energies, 2016.4 24) 2016 년 8 월 7 일뉴스원기사 제주도, 전국최초전기차타운만든다, 내용을참조하여작성. 105
논단 전과 ESS의통합시스템이신규배터리 ESS 대비약 10% 더경제적으로우세할것으로예측했다. 25) 결코무시못할수준으로, 규모확대를통한수익창출의수단으로프로슈머 (Prosumer) 역할에뛰어드는소비자들의등장과역할확대도충분히예상가능할것으로보인다. 재생배터리활용이본격적으로이루어지기위해서는배터리의신뢰성을담보할수있는실증평가가보다다양하게진행되고정보공유도활발하게이루어져야한다. 특히배터리상태파악을위해서는차량운행과관련된기록과표준진단킷설치등을통한데이터추적이필요한데, 관련자료는대부분자동차사들의기밀자료로쉽게공유되기어렵다. 따라서전기차제조사들과의긴밀한협업관계구축이사업의핵심요건이될가능성이높다. 아울러설비등의하드웨어문턱이낮아지면서 ESS 산업의핵심경쟁력은분석, 설계등의소프트웨어영역으로더욱빠르게이동할것으로예상된다. McKinsey는최근의조사결과를통해, 동일용도 ESS 의수익성이배터리특성에따라최대 80% 까지달라질수있다는사실을확인하였다. 재생배터리등의선택가능한옵션이증가할경우이러한추세는더욱가속화될가능성이높다. 사용자의정밀한수요예측, 최적설계와제어등소프트웨어경쟁력이뒷받침된다면, 요구성능을만족시키는동시에재생배터리를통한비용최소화가가능하기때문이다. 참고문헌 < 국내문헌 > SNE, 글로벌전기차시장의폭발적성장과주요이슈분석, 2016.4 뉴스원, 제주도, 전국최초전기차타운만든다, 2016.8.7 서울경제, 시동꺼진국내전기차시장, 2016.6.13 한국일보, 세계서폭발적성장전기차, 한국만 후진중, 2016.7.13 < 외국문헌 > Bloomberg, Tesla Flips the Switch on the Gigafactory, 2017. 1 Bundesverband Erneuerbare Energie(BEE), Second Life-batteries as Flexible Storage For Renewable Energies, 2016.4 easyli, Second Life Electric Vehicle Batteries: A Major Opportunity for Behind-The-Meter Energy Storage Systems, 2015.10 Energy storage.news, Nissan and Eaton add new xstorage Home options as European pre-orders begin, 2016.12 GreenTechMedia, Nissan, Green Charge Networks Turn Second-Life EV Batteries Into Grid Storage Business, 2015.6, U.S. Energy Storage Monitor: 2015 Year in Review Executive Summary, 2016. 3 GreenTechnica, Nissan Reuses EV Batteries For Home Energy Storage xstorage, 2016.5 25) Levelized Cost of Electricity - 건설및운영비용을포함한 KWh 당비용. 106
IEA, Global EV Outlook 2016, 2016 InsideEVS, Bosch Cooperates with BMW and Vattenfall in Second Life Battery Project, 2015.2 JP Morgan, Global xev Components, 2016.5 Macquarie Research, Asia battery Accelerating the charge for auto, 2015.11 McKinsey & Co., The New Economics of Energy Storage, 2016.8 NREL, Identifying and Overcoming Critical Barriers to Widespread Second Use of PEV Batteries, 2015.2 ResearchGate, A Cost Analysis of Electric Vehicle Batteries Second Life Businesses, 2014.7 < 웹사이트 > Navigant Research(http://www.navigant research.com) 107