우리금융경영연구소경제연구실 2018. 4. 5. ESS( 에너지저장장치 ) 는생산된전기를리튬이온배터리를이용해저장하고필요할때사용할수있게하는솔루션으로, 신재생에너지확대및전력산업의효율성제고등의효과가기대국내 ESS 시장은정부의강력한지원에힘입어민간의투자 운영수요가크게늘어날전망이며, 특히 1 태양광발전연계형과 2 산업부문피크저감용도의성장성이높을것으로예상태양광발전설비에 ESS를연계할경우발전수익은태양광단독발전에비해 2~2.5배수준으로추정되며, 전력사용이많은제조업등이피크전력사용량을낮추는목적으로 1MWh( 설치비 5억원 ) 용량의 ESS를설치할경우연간 1억원가량의전기요금절감이기대국내시장규모가커지고 ESS 운영의안정적인현금흐름이예상됨에따라금융회사들이대출뿐아니라지분성투자를확대하고, 보험사 연기금등장기성자금의관련대체투자가증가할전망 내용문의 : 김수진수석연구원 (02-2173-0570)
ESS( 에너지저장장치 ) 는신재생에너지확대에필수적인기술 ESS는생산된전기를저장하여필요할때사용할수있게하는솔루션 1) - 전력산업구조가생산후소비 소멸에서 < 저장 수요관리 소비 > 로전환 - 전력계통 ( 공급자 ) 과수용가 ( 소비자 ) 모두에서폭넓은활용이가능 * ESS의주요용도를사용자에따라구분하면전력계통에서는 (i) 한전의주파수조정용과 (ii) 신재생발전기의출력안정화용도로활용되고, 수용가는 (iii) 피크전력을저감하여요금을절감하거나잉여전력을판매하는목적으로이용 정부는 1 신재생에너지확대와 2 전력산업의효율성제고를위하여 ESS의보급확대에다양한지원을제공 - 민간에서태양광이나풍력발전에연계하거나피크저감을위해서 ESS를설치 운영할경우일정수준의이익을확보할수있도록정책적으로지원 - ESS 전용대출과렌탈등의금융상품을출시하여금융조달을지원 ESS 의기대효과 1 신재생에너지는기상조건에따라발전량이달라지고, 일시에발전이집중되는문제가있는데 전력을저장해관리함으로써발전량변동성과출력집중도를상당부분해소 2 수요에대응한출력조절이가능하고, 전력소비의시간대별편차가완화 ( 피크수요부담 경감 ) 되어과잉발전이나과잉설비확보등의비효율문제가완화 경제성제고로 ESS 의수요가확대, 태양광발전연계형및산업부문피크저감 용도의성장성이높을전망 국내에서 ESS는 2009년시범사업이시작된이후주로한전의주파수조정용으로이용되었으나 2016~2017년정책적지원이강화되면서 ESS의운영이익이늘어나고설치비도하락하여보급량이빠르게확대 - ESS의투자회수기간이 2010년대초반 20년수준에서 10년미만으로축소 * ESS 설치비용은 (1MWh 기준 ) '10년대중반 7~8억원에서최근 5억원내외로하락 - 2017년기준국내 ESS 누적설치량은 2014년의 10배규모로성장 * 국내 ESS 누적설치량 (MWh) : '14년 89 '15년 239 '16년 490 '17년(F) 900 * 리튬이온배터리 ESS 시장에서한국은 2017년글로벌전체설치량의 25% 를차지 1) 전력을저장하는방법은양수발전등여러가지유형이있으나최근에는이차전지 ( 주로리튬이온배터리 ) 를활용한방식이 ESS 시장의성장을주도. 국내에서정부의지원대상은리튬이온배터리방식의 ESS 로한정 1
향후 ESS 시장은태양광발전연계형과전력사용이많은제조업의피크저감용도를중심으로민간부문의투자가확대될전망 (1) 신재생에너지연계형 : 태양광발전과연계한투자증가 태양광발전에 ESS 연계시발전수익은태양광단독에비해 2~2.5배증가 - 신재생에너지발전수익은전력판매수익과신재생공급인증서 (REC 2) ) 수익으로구성되는데, 풍력과태양광발전에 ESS를설치할경우발전량이동일하더라도 REC 수익이 4.5~5.0배늘어나도록정책적으로지원 - 소규모투자가가능하고지원혜택이큰태양광발전을중심으로 ESS를결합하는수요가클것으로예상태양광연계 ESS의발전수익 전력판매수익 ( 발전량 SMP 3) ) + REC수익 ( 발전량 REC단가 가중치5.0) * 2018년 3월 SMP 평균가격 101.03원 /kwh, REC 단가 ( 종가 ) 105.5원 /kwh 태양광발전설비에 5 억원수준인 1MWh ESS 설치시연 1 억원가량의추가수익발생 * 다만 REC 가중치혜택이적용대상을신재생에너지출력이때문에태양광설비에맞는적정 용량의 ESS 를설치해야투자수익이극대화 아울러 15년장기고정거래계약을체결할경우현재의 REC 가중치부여정책의혜택이유지되고매출처가확보되어수익의안정성도제고 신재생연계형 ESS 시장은 재생에너지 3020 4) 등정부의신재생에너지확대정책에동반하여성장세가지속될전망신재생발전연계형 ESS에대한발전수익지원정책 REC 에가중치부여 신재생발전량 1MWh=1REC 가원칙이나연계한 ESS 가 10 시 ~16 시충전하고이후출력하 는전력에대하여태양광 5.0, 풍력 4.5 의가중치부여 (~'18 년 6 월 ) 장기고정거래체결 SMP 와 REC 를통합한가격으로 RPS 발전사업자와 15 년장기거래계약가능 (2) 피크저감용 : 전력사용량이많은제조업중심으로수요확대 1MWh 용량의 ESS 설치시연간 1 억원이상의전력요금절감효과 2) REC( 신재생발전인증서 ) : 정부는 '12 년부터신재생공급의무화제도 (RPS) 를도입하여 500MW 이상규모의발전사업자는총발전량의 5%('23 년 10% 까지확대 ) 를신재생에너지로공급하도록의무화. 공급의무자는직접신재생발전설비를구축하거나다른신재생사업자로부터 REC 를구매하여신재생공급할당의무를이행 3) SMP( 계통한계가격, System Margial Price) : 한전이발전기로부터전력을구입하는도매단가 4) 국가발전원비중에서신재생에너지가차지하는비중을현재 7% 에서 2030 년에는 20% 까지높인다는계획 2
- 피크저감용은시간대별전기요금차이를이용한차익거래가기본개념으로, 일중전기사용량이같더라도피크부하가내려가기때문에기본요금과전력량요금의평균단가가낮아지는효과 - 이에추가로 2020년까지 ESS 특례요금이적용되어산업용의경우 1MWh 규모의 ESS 설치시직접적으로 1억원가량의전기요금절감이가능 5) 전력요금 = 기본요금 ( 수용가별피크부하에따라차등 ) + 전력량요금 ( 소비전력량에비례하여부과, 시간대별단가수준이상이 ) 산업용전기요금이인상될예정으로철강, 기계, 조선등전력사용이많은제조업체를중심으로피크저감용 ESS 수요가늘어날것으로예상피크저감용 ESS에대한전력요금할인제도 기본요금할인 ESS 를이용해피크부하를감축한양만큼기본요금을할인 (~'26 년 3 월 ) 단 '20 년말까지한시적으로감축량에 3 배수를적용하여할인규모확대 충전요금할인 경부하시간대 (23~9 시 ) 에충전을위해사용한전력량요금은 50% 할인 (~'20 년 ) ESS 시장이확대되고관련현금흐름이개선되면서금융회사의새로운투자수 요처로부각될가능성 기존의신재생에너지사업의금융조달은담보나보증에기반한대출이대부분이었으나 ESS의수익성과현금흐름의안정성이개선되면서지분성투자가늘어날것으로예상 * 정부는 ESS 등신재생설비를사회간접자본으로인정하여보험사와은행은위험가중치증가에대한부담없이관련투자가가능 ESS 운영수익에대하여장기고정거래계약체결이가능해보험사와연기금등장기성자금의대체투자수요유인이증가 아울러 PF 대출, 금융리스, 전기요금절감펀드, 자산유동화증권등다양한형태의 ESS 금융상품출시도가능 다만아직까지 ESS 시장은정부지원에의존하여성장중으로, 향후정책변화가능성이있고배터리가격의변동성및설비효율과수명에대한검증이부족한점등은위험요인 5) '21 년이후에도할인혜택의대부분을차지하는기본요금할인제도는 '26 년 3 월까지유지되어연간 3 천만원가량의전력요금절감 3
붙임 1 ESS 의기본개념 [ESS 유형 ] 전통적으로가장많이활용되어온에너지저장방식은양수발전 기술이었으나최근에는리튬이온배터리를이용한 ESS 시장이크게확대 리튬이온배터리방식은용량의확장성및에너지변환효율과친환경적인측면에서타기술대비우수 - 국내에서 ESS는리튬이온배터리방식의기술을지칭 최근에는배터리가격이하락하면서 ESS 수요확대를촉진 - 코발트, 니켈, 리튬등리튬이온배터리의주요원료금속가격이가파르게오르고있는점은부담요인이나전기차보급확대등으로생산량이늘어나면서규모의경제효과에기반한배터리가격하락세는유지될가능성 ESS 솔루션의유형 저장유형 ESS 개요및특성 배 터 리 전자기적저장 (electromagetic) 화학적저장 (electrochemical) Super Capacitor 2 차전지 전자기적방식에의해전기를직접충전 높은충방전효율, 고출력가능 고출력, 고에너지밀도, 빠른응답 Scale-up이쉬워넓은범위로적용가능리튬이온전지 (LIB), 나트륨황전지 (NaS), 납축전지 (Lead acid), 레독스흐름전지 (RFB) 등 비 플라이휠 (flywheel) 배터리 물리적저장 (mechaical) 양수발전 (Pumped Hydro Storage) / 압축공기 자료 : 에너지경제연구원, LG경제연구소 회전자를감으면서운동에너지로저장 고출력대비상대적으로짧은방전기간 오랜역사로성숙도가높은솔루션 저렴한운영비, GW 수준까지저장가능 설치장치제한적, 수년간의설치기간이단점 ESS는배터리와 BMS(Battery Maagemet System), 전력변환장치인 PCS(Power Coversio System), 운영소프트웨어 PMS(Power Maagemet System) 로구성 - ESS 관련국내산업은배터리는세계적으로높은점유율을보이고있고, 전력변환장치의경우도기술력은양호하다는평가이나운영 관리소프트웨어와디벨로퍼등의분야는미흡하다는지적 * 배터리 (LG화학, 삼성SDI, SK이노베이션, 코캄 ), PCS( 현대중공업, 효성, LS산전등 ) 4
ESS 의구성도 ESS 의주요부문 구성 BMS PCS PMS 주요기증배터리를모니터링하고전력의충방전을제어교류 (AC) 와직률 (DC) 를변환하고전력품질을제어 ESS의통합모니터링및제어시스템 자료 : 삼성 SDI 자료 : 키움증권 [ESS 의활용 ] ESS 는전력사고대비, 전력공급안정화, 전력품질향상, 전력비 용절감등의용도로전력산업의전단계에서활용이가능 ESS 의응용분야 자료 : INI R&C 5
1. 주파수조정 (Frequecy Regulatio) - 전력의품질은전력공급의안정성을의미, 한전과같은송배전담당자는전력품질유지를위하여주파수를적정수준으로유지시킬필요 * 전력의초과공급발생시주파수가규정범위이상으로올라가고, 반대의경우주파수가하락 - 기존에는주로발전기자체에 5% 가량의예비력을확보하여출력을조정하였지만 ESS를활용하면주파수초과시에 ESS를충전하여전력을저장하고, 주파수미달시 ESS를방전해발전량의손실없이주파수관리가가능 ESS를활용한주파수조정방법 < 발전전력크기에따른주파수변동 > <ESS 를활용한주파수조정 > 자료 : 삼성 SDI 2. 신재생에너지출력안정화 - 신재생에너지발전은간헐성 ( 기상여건에따라풍력, 태양광발전의발전량이달라짐 ) 의문제가있어수급의불일치가큰편이고, 전체발전량에서차지하는비중이커질수록전력계통전반의안정성을훼손할위험 - 신재생발전에 ESS를결합하면신재생에너지설비의활용도를크게제고할수있고, 출력이일시에집중될경우송배전부담이커지는등의문제도완화 3. UPS - 컴퓨터와주변장치에전력공급을조절하는무정전전원장치로 IT 제품을생산하는공장에는정전으로인한생산라인가동의피해를막이휘애필수적으로설치 4. 피크저감 (Peak Shavig) 및부하평준화 (Load Levellig) - 피크저감용은전력요금이저렴한심야등의경부하시간대에전력을저장하고전력수요가높고요금이비싼낮시간대에방전하여전기요금을절감하거나 6
차익거래를통해수익을창출하는것 - 피크저감은 Peak Cut(1년중가장높은피크시간대의부하를낮추어전력요금중기본요금을절감 ) 과 Peak Shiftig(ESS의충방전을이용하여하루중전력사용분포를요금이저렴한시간대로분산시킴으로써전력량요금의평균단가가하락 ) 으로달성이가능 - 부하평준화는대규모발전소등전력계통에서도활용. 발전시예비전력량을감소할수있고일중또는계절간전력부하의격차를해소하여부하율과에너지이용률향상도가능해전력산업의효율성제고에기여전력산업의특징전력산업은 (1) 전기적특성 [ 생산즉시소비하지않으면소멸 ], (2) 수급의미스매치 [ 수요는시간대별변동성이크지만발전기는민첩하게가동을조절하기어렵고전기사용량및출력량에대한정확한모니터링도어려움 ], (3) 관리목적 [ 블랙아웃방지를위하여피크수요에맞추어설비능력확보 ] 의이유로과다설비, 과다발전등의비효율성이존재 ESS 를활용한피크수요저감 자료 : 삼성 SDI, 산업통상자원부 7