내비건트 리서치(Navigant Research)에 따르면 유틸리티 규모 에너지 저장(Energy Storage)용 차세대 배터리의 전세계 시장 규모는 2014년 1억 6,400만 달러에서 2023년 25억 달러까지 늘어날 전망이다. 같은 시기 에너지 저장용량도 248.1MWh에서 8.5GW로 확대될 것으로 분석됐다.
내비건트는 “그 동안 배터리는 비용, 안정성, 내구성 및 효율 문제로 인해 유틸리티 그리드에 통합되지 못해 왔다.”고 분석하고, “그러나 전기화학 분야의 기술발전으로 인해 새로운 차세대 배터리는 그리드 운영에 있어 중요한 역할을 담당할 수 있게 되었다.”고 밝혔다.
리튬이온 배터리는 충전과 방전을 위해 음극과 양극 사이를 이동하는 리튬이온의 흐름을 이용한다. 지난 10년간 리튬이온 전지는 가전제품 배터리 적용에 있어 최우선적으로 선택을 받았지만 그리드 분야에서는 차세대 배터리와 새로운 제조 공정들이 등장하고 있다. 흐름전지(Flow Battery)는 활성화된 전해질(Activated Electrolyte)로부터의 전자흐름을 전류로 변환한다. 그리고 사용된 전해질은 외부전기를 이용하여 재충전한 후 다시 사용 가능하다.
내비건트는 흐름 전지가 단순히 액상 전해질 탱크를 추가함으로써 장기간 에너지 저장이 가능하다는 분석이다. 나트륨 기반의 배터리(Sodium-based Battery)에는 저온 액상 나트륨 배터리 뿐만 아니라 고온 소듐 황 에너지 저장 장치가 포함되어 있다. 대부분의 나트륨 전지는 저가 생산이 가능하다는 장점을 가진다. 또한 차세대 납축전지(Lead-acid Batteries)는 일반 납축전지와 비교했을 때 더 효율적이면서 내구성있는 배터리를 제조하기 위해 전극에 탄소 도핑(Doping)을 이용하고 있다.
샘 자페(Sam Jaffe) 내비건트 수석애널리스트는 “리튬 이온 배터리가 현재 시장에서 가장 확실한 선두주자”라고 밝히고, “그러나 다른 화학 배터리들이 여전히 잠재적으로 다양한 애플리케이션을 위한 솔루션을 점차 확장해 나가고 있다.”고 진단했다.
현재 유틸리티 규모 배터리 시장에 있어 확실한 선두는 리튬 이온 배터리라는데 이의가 없는 것이다. 이들은 대부분의 에너지 저장과 관련하여 에너지 밀도(Energy Density), 부피 밀도(Volumetric Density), 사이클 수명, 캘린더 수명, 안전성, 비용 등을 최적으로 조합한 성능을 제공한다.
그러나 새로운 배터리들이 새롭게 부상하고 있는 것도 주목할 가치가 있다. 내비건트는 “리튬이온 배터리 계열 중에서 리튬 망간 스피넬(Lithium Manganese Spinel), 리튬철인산염(Lithium Iron Phosphate), 리튬니켈망간코발트, 리튬 티타네이트(Lithium Titanate) 사이에 높은 성장이 기대될 것”이라는 전망을 내놨다. 또한 “리튬이온 제조사들은 제조설비 건설에 있어 앞서고 있기 때문에 대규모 수주를 충족시키면서 규모의 경제(Economies of Scale)를 통해 가격도 낮출 수 있는 장점을 갖고 있다.”고 밝혔다. 리튬이온 이외에 다른 배터리 기술들도 실현 가능한 옵션으로 남아있다. 흐름 전지는 장기 에너지 저장 분야에서 우수한 성능을 보여주고 있으며, 차세대 납축전지는 집중적으로 전력을 공급해야 하는 분야에서 적합할 것으로 나타났다.
그리드용 배터리와 관련한 지역적 시장에 대해 향후 10년 동안 차세대 배터리 판매와 관련하여 아시아 태평양(Asia Pacific) 지역이 가장 많은 양적 판매 및 높은 성장이 기대된다. 내비건트는 이러한 분석에 대해 2가지 요인을 제시한다. 첫번째는 아시아 태평양7 지역의 그리드가 아직은 초기 단계이기 때문에 인프라 구축에 많은 일들이 수행되어야 한다는 점이다. 또한 그리드가 비교적 성숙단계에 접어든 한국이나 일본같은 국가에서도 재생가능 에너지원의 중요성 부각으로 에너지 믹스(Energy Mix)를 새롭게 구축하려는 움직임이 있으며, 이는 주요 그리드 인프라의 변화를 가져오는 계기가 되고 있다. 두번째 요인은 아시아 태평양 지역의 가격이다. 대부분의 배터리가 아시아 태평양 지역에서 제조되고 있어 낮은 가격대가 가능해질 것이다.
다른 지역 또한 향후 몇 년간 차세대 배터리 분야의 높은 성장을 경험할 수 있을 것이다. 내비건트는 미국과 캐나다의 규제 변경으로 북미지역 배터리 사용이 확대될 것으로 보았다. 그리고 유럽에서도 더 많은 재생가능 에너지를 그리드에 적용하기 위한 정부의 보조금 정책으로 배터리 시스템과 관련한 많은 활동들이 이루어질 것으로 기대하였다.
샘 자페(Sam Jaffe) 수석애널리스트는 “다른 네트워크 시스템과 달리 대부분의 전기 그리드는 저장된 에너지원 없이 가동하고 있다. 따라서 혁신적인 배터리 기술은 에너지 저장과 관련한 본질적인 문제를 해결하는데 도움을 줄 것이다.”고 말했다.
한편, 경쟁 리서치업체인 IHS의 보고서에 따르면 2022년까지 그리드 연결형 에너지 저장 장치 시장은 전 세계적으로 40GW를 초과할 것으로 예상하고 있다. GTM 리서치는 2020 년까지 700MW 이상의 상업용 저장 장치가 미국에 배치될 것이라고 전망했다.
김홍덕 기자 hordon@icnweb.co.kr
