ESS 에너지저장장치 개념, 국내 관련 기업 현황과 과제

올들어 2차전지주 주가는 영 힘을 받지 못하고 있습니다. 2차전지 배터리는 전기차의 핵심 부품으로서, 전기차 시장 부진의 영향을 피해갈 수는 없었습니다. 2차전지 기업들은 이런 상황을 타개하고자 관련 기술을 활용하여 새로운 제품을 연구, 개발하는데 힘을 쏟고 있습니다. 바로 ESS 에너지저장장치입니다.

테슬라 주가는 7월 9일(현지시간) 종가 기준 전일 대비 3.71% 급등한 262.33달러였습니다. 지난달 25일부터 무려 10거래일 연속 상승한 수치로 보름 새 43.6% 상승한 것입니다. 주가 급등의 핵심 원인으로 에너지저장장치(ESS) 설치 사업을 영위하는 스토리지 부문의 고성장이 지목되었습니다. 테슬라의 2분기 실적 발표에 따르면, 2분기 ESS설치량은 1년 전보다 132% 급증했습니다. 일론 머스크는 ESS사업이 전기차보다 훨씬 빠르게 성장할 것이라고 언급하기도 했습니다.

테슬라는 중국 상하이에 ESS 전용 메가 팩토리를 착공 예정입니다. 내년 상반기 완공을 목표로 하는 테슬라의 ESS 메가팩토리는 ESS의 기반이 되는 메가팩을 연간 1만 대씩 생산할 예정입니다. ESS는 테슬라에서도 투자하고 있을 만큼 성장성이 기대되는 사업이라고 볼 수 있습니다. 이번 글에서는 에너지저장장치(ESS)의 개념, 국내 관련 기업들의 사업 현황과 과제에 대해 살펴보겠습니다.
　

ESS는 화력 발전이나 원자력 발전 체계에서는 크게 쓰임새가 없었습니다. 이 발전 방식은 필요할 때마다 원료만 투입하면 원하는 만큼의 전기 에너지를 얻을 수 있습니다. 전기를 저장장치에 저장하게 되면 전기 손실률이 올라가기 때문에 손실을 감수하면서 까지 전기를 저장할 이유가 없었습니다.

하지만 탄소 중립이 대두 되면서 에너지 발전 방식에도 변화가 찾아왔습니다. 화석 연료를 사용한 발전에서 태양광과 풍력 등 신재생 에너지를 사용한 발전으로 변화하게 된 것입니다. 신재생 에너지는 원하는 때에 원하는 양의 에너지를 만들어 내기가 어렵습니다. 때문에 전기 발전이 가능할 때 에너지를 저장해 두었다가 발전이 어려울 때 저장해 뒀던 전기를 사용할 수 있게 하는 ESS가 필요하게 된 것입니다.
　　

ESS 저장 방식

ESS는 저장 방식에 따라 크게 두 가지로 나뉩니다. 물리적 에너지 저장 체계와 화학적 에너지 저장 체계입니다. 물리적 에너지 저장 방식으로는 양수발전, 압축공기저장, 플라이휠 등이 있습니다.

화학적 에너지 저장 방식은 리튬이온 배터리, 납축전지, NaS전지 등이 있습니다. 일반적으로 ESS하면 떠올리는 시스템은 화학적 에너지 저장 방식이며, 가장 대표적이고 전통적인 기술은 리튬이온 배터리 기반의 ESS입니다.
　

리튬이온 vs. 리튬인산철(LFP)

리튬이온 배터리 방식의 ESS가 주로 쓰이는 이유는 동일한 부피 대비 에너지 밀도가 높기 때문입니다. 리튬이온 배터리의 에너지 밀도는 리튬인산철 배터리 대비 약 20% 높습니다.

전기차에서 수거한 리튬이온 배터리를 폐기하는 대신 ESS에 활용하기도 합니다. 전기차를 구동할 만큼의 성능을 내기는 어렵지만 에너지를 저장하는 정도의 역할은 가능한 폐배터리를 재활용하는 것입니다.

하지만 리튬이온 배터리 기반의 ESS가 완벽한 것은 아닙니다. 에너지 밀도가 높아 충,방전 성능이 높은 만큼 발열이 심하고, 화재 가능성도 높습니다. 이 때문에 리튬이온 배터리 ESS 구축을 위해서는 냉각 시스템과 BMS(Battery Management System) 등의 전반적인 기술이 반드시 필요합니다. 안정적인 리튬이온 배터리 ESS 유지를 위한 모든 설비를 구축하면 부피가 지나치게 커진다는 문제가 발생합니다. 이에 글로벌 ESS 제조사들은 배터리 셀의 내부 공간을 최소화하고, 안정성을 높이는 기술을 개발하고 있습니다.

통상적으로 리튬인산철 배터리는 리튬이온에 비해 에너지 밀도가 낮은 것으로 알려져 있습니다. 하지만 이점은 ESS에서는 큰 문제가 되지 않습니다. 화학 구조가 리튬이온에 비해 안정적이기 때문에 과충전과 과방전으로 인한 화재 위험성이 낮고, 배터리 셀 내부의 절연체가 물리적, 화학적으로 나빠지는 열화현상도 적어 전체적인 수명 또한 깁니다. 이런 장점 때문에 리튬인산철 배터리로 ESS 구축 시, 리튬이온 배터리보다 전체 부피가 작아집니다.

무엇보다도 리튬인산철 배터리 기반의 ESS는 가격이 저렴합니다. 이러한 이유들로 인해 전 세계 ESS의 흐름은 리튬이온 배터리에서 리튬인산철 배터리로 대세의 변화가 이루어지고 있습니다.
　

에너지저장장치(ESS) 기술의 필요성과 전망

ESS는 탄소중립을 실현해야 하는 오늘날 산업계에서 반드시 필요한 장비입니다. 향후 신재생 에너지 보급률이 높아짐에 따라 ESS 수요도 증가할 것으로 예상됩니다.

최근 유럽과 미국, 중국 등에서는 태양광, 풍력 등 신재생 에너지 발전량이 전력망에 연결할 수 있는 수준을 초과하는 사례가 많아졌습니다. 이 때문에 ESS에 대한 수요가 폭증하고 있습니다.

시장조사 업체 SNE리서치에 따르면 2024년 ESS 시장 규모가 전년 대비 27% 늘어난 400억 달러 수준까지 늘어날 것으로 전망됩니다. 2035년에는 800억 달러 수준에 이른다고 예측했습니다.
　

국내 기업의 ESS 사업

LG에너지솔루션

가격이 저렴한 리튬인산철(LFP) 기반 ESS를 다루며 미국 시장을 공략중입니다. LG엔솔은 ESS용 LFP 개발을 완료하고 지난 해 12월 양산에 돌입했습니다. 올해 들어 시장 공략도 본격화 했습니다. 에스토니아 전력공사 ‘에스티 에네르지아’가 주도하는 오베르 산업단지에 ESS 제품 공급을 시작했습니다. 또 한화솔루션 쿠셀부분(한화큐셀) 미국 법인과 총 4.8GWh 규모의 배터리 공급 계약을 체결하기도 했습니다.

현재 LG엔솔 목표주가 산정에 사용되는 ESS 사업의 가치는 5초 5000억원이지만 향후 LFP 제품의 포트폴리오와 미국 시장을 중심으로 유의미한 점유율 확보가 진행되면 ESS사업부의 가치가 점진적으로 재평가될 것으로 예상됩니다.
　

삼성SDI

삼성SDI는 지난해 말 ESS 전담 조직인 ‘ESS Business팀’을 신설했습니다. LFP보다 가격은 비싸지만 성능은 더 좋은 하이니켈 NCA 기술을 적용하여 크기 대비 전기 저장 용량을 대폭 늘린 ‘삼성배터리박스(SBB)’ 1.5를 선보였습니다. 지난 8일 미국 최대 전력기업인 넥스트에라에너지에 ESS용 배터리를 대규모로 납품한다는 소식이 알려지면서 주가가 치솟기도 했습니다.
　

국내 ESS 기업이 해결할 2가지 과제

리튬이온 배터리 위주였던 ESS 시장에서 중국은 정부 주도 하에 저렴한 리튬인산철 배터리 기반의 ESS를 선보이며 빠르게 시장을 장악해 나갔습니다. 지난해 ESS점유율에서 상위 5개 기업은 모두 중국 기업이었으며 1, 2위를 차지하고 있는 CATL과 BYD는 대표적인 리튬인산철 배터리 제조업체입니다. 이 분야에서 오랜 기술을 축적하고 있는 만큼 점유율뿐 아니라 기술 경쟁력도 앞서고 있습니다.

국내 기업들은 1. 시장 점유율 문제와 2. 리튬인산철 배터리 기술력 문제 이렇게 두 가지 과제를 가지고 있는 상황입니다.

먼저 시장 점유율 문제입니다. 세계 최대 ESS 시장 중 하나인 유럽은 사실상 중국 업체가 독주하고 있습니다. 이에 한국 기업들은 유럽 대신 미국을 공략하는 것으로 문제를 해결해 나가고 있습니다. 미중 무역 분쟁으로 인해 중국산에는 고율 관세가 적용되기 때문에 유럽에 비해 미국 시장은 중국산 제품의 점유율이 낮습니다.

한 전문가는 미국이 2026년에 ESS용 배터리 관세 인상이 예정되어 있고, 대선 이후 트럼프 대통령이 집권하면 추가적인 관세 인상 가능성이 높아질 것이라고 밝혔으며, 미국 내 생산라인이 있는 LG에너지솔루션의 전망이 좋을 것으로 예측하였습니다.

다음으로 리튬인산철 배터리 기술력 문제입니다. 한국의 배터리 업체들은 전기차 시장에서도 리튬인산철 배터리에 밀려 고전하고 있습니다. 여기에 ESS에서도 리튬인산철 배터리를 내세운 중국 업체들에게 자리를 내주고 있는 상황입니다.

이와 관련해 배터리 업계 관계자는 “국내 업체들이 리튬인산철 배터리 기술을 빠르게 개발하고 상용화에 집중한다면 ESS 시장의 흐름이 중국으로 완전히 넘어가는 것을 막을 수 있다”는 의견을 내놓기도 했습니다. ESS 시장에서 리튬인산철 배터리가 대세가 되어가고 있는 만큼 빠른 기술 개발을 위한 투자가 필요한 때입니다.
　

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이 글은 투자 권유 목적으로 작성된 글이 아닙니다. 투자는 항상 신중하게 하시기를 바랍니다. 감사합니다.

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