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미국의 차세대 전력망 ESS 도입

  • 트렌드
  • 미국
  • 시카고무역관 배성봉
  • 2022-01-13

ESS 도입 폭발적 증가

재생에너지 확대, 정부 지원 등 시장 성장 이끌어

2021년 미국의 에너지 저장 시스템(Energy Storage System, 이하 ESS) 시장이 폭발적으로 성장했다. 에너지 조사기관 Wood Mackenzie에 따르면, 미국의 2021년 ESS 시장 규모는 55억 달러에 이르는 것으로 집계됐는데 이는 2020년 대비 3배 이상 성장한 액수이다. 이처럼, 미국 ESS 시장이 폭발적으로 성장할 수 있었던 이유는 탈탄소화에 따른 재생에너지 확대, 정부의 ESS 활용 권고, 글로벌 리튬 배터리 가격 인하 등으로 분석된다.


재생에너지 확대에 따른 ESS 도입


ESS는 재생에너지 전력을 저장하고 공급이 필요할 때 전력을 방출할 수 있는 장치를 말한다. ESS는 들쭉날쭉한 전력 출력의 안정화를 위한 수단으로 주로 활용되어 왔으나 최근 미국에서는 필요 이상의 재생에너지가 생산되는 상황이 발생하면서 과다 생산된 전력을 저장할 수 있는 수단으로 ESS 도입의 중요성이 대두됐다.


원자력, 태양열, 풍력 등을 이용해 생산한 전력은 탄소 저감을 위한 청정에너지이지만 태양이 구름에 가려지거나 바람이 불지 않으면 전력을 생산하지 못하거나 반대로 많은 양의 전력이 필요 없는 시기에 태양이 쬐거나 바람이 불기도 해 전력 효율성이 떨어진다. 이처럼 태양열, 풍력 등은 전력을 일정하게 생산할 수 없어 ESS를 활용해 과다 생산된 전력을 저장하고 필요 시 저장된 전력을 방출한다.


미국의 재생에너지 생산량은 향후 가파른 속도로 증가할 것으로 전망된다. EIA(미국 에너지 정보청)는 2050년까지 전체 전력에서 재생에너지가 차지하는 비율이 2020년 21%에서 2050년 42%로 증가할 것으로 예상했다. 2030년에는 재생에너지가 천연가스를 넘어서 미국의 주요 에너지원으로 자리 잡고 2040년에는 태양열 에너지가 풍력 에너지를 넘어 미국 최대 에너지원으로 자리매김할 것이다. 결국, 태양열 에너지에서 생산된 전력을 안정적으로 공급하기 위해서는 주택이나 건물마다 ESS가 필요하므로 향후 미국 ESS 시장의 성장이 예견된다. 


<미국 에너지 저장장치 주요 기업>

NextEra Energy, Tesla, General Electric, Johnson Controls, Fluence, Eversource Energy, Invenergy LLC, Xcel Energy, Austin Energy, National Grid, Georgia Power, Duke Energy, AES Corporation, Entergy, DTE Energy, NV Energy, CPS Energy, Pacific Gas & Electric (PG&E), CMS Energy, PECO, Cypress Creek Renewables, SunPower, New York Power Authority, Borrego Solar Systems, Exelon, Con Edison, Pedernales Electric Cooperative, Key Capture Energy, Avangrid, El Paso Electric, Arizona Public Service, PSEG Long Island, Florida Power & Light, Hecate Energy, Tucson Electric Power, Central Hudson Gas & Electric Corporation, S&C Electric Company, Consumers Energy, FuelCell Energy

[자료: KOTRA 시카고 무역관 정리]


정부 차원의 ESS 도입 지원


미국에서도 ESS는 비교적 새로운 기술에 속한다. 이 때문에 미국은 주 정부 차원에서 에너지 저장장치 설치에 대한 목표를 설정하는 경우가 많다.


캘리포니아는 2010년 제정된 법률에 따라 2020년까지 1,325의 추가 에너지 저장장치 설치 목표를 고안했다. 2020년 기준 캘리포니아에는 506의 에너지 저장장치가 운영되고 있으며 추가로 1,027 규모의 ESS 도입을 준비 중이다. 캘리포니아는 재생에너지 전력 생산 비중이 높은 지역이기도 하다.  ESS . 2045년까지 탄소 제로를 목표로 하며, 재생에너지의  중은    2007 17% 2020 2.7% .  30%  .


뉴욕도 2030년까지 3,000의 추가 ESS 설치를 목표로 하고 있다. 2020년 현재까지 뉴욕은 93 규모의 ESS를 도입했으며 1,076 규모의 ESS를 추가 도입하기 위해 준비 중인 것으로 알려졌다. 이 밖에도 매사추세츠, 뉴저지, 버지니아, 오리건 등이 주 정부 차원의 ESS 도입 목표를 내걸었다.


<미국 주요 지역 ESS 도입 목표>

지역

목표

뉴욕

 2030년까지 3,000 ESS 도입 목표

매사추세츠

 매사추세츠 에너지자원부 2025년까지 1,000h ESS 도입 목표

뉴저지

 청정에너지법(Clean Energy Act, P.L.)을 통해 2030년까지 2,000 ESS 도입 목표

버지니아

 2035년까지 3,100 ESS 도입 목표

오리건

 2015년 하원 법안을 통해 주내 최대 전력업체 Portland General Electric Pacific Power20201월까지 각각 5h의 저장에너지 용량을 조달할 수 있도록 규정. 두 기업 모두 현재 5h의 작동 배터리 저장 용량을 달성하지 못했지만 두 회사 모두 향후 지역 재생에너지 프로젝트(Wheatridge renewable energy facility*) 등에 ESS 도입 예정

 * Wheatridge Renewable energy facility: 380 규모의 풍력, 태양광, 태양열, 배터리 저장기술이 결합된 미국 최대 발전소 중 하나가 될 것으로 예상

[자료: KOTRA 시카고 무역관 정리]


ESS 가격 경쟁력 향상


ESS용 배터리 가격 하락도 미국의 ESS 시장 성장을 견인하는 이유 중 하나이다. BloombergNEF 데이터에 따르면, 2010년 킬로와트시당 1,200달러 이상이었던 리튬 배터리 팩이 2021년 약 132달러까지 하락했다. 리튬 이온 배터리는 ESS를 구성하는 주요 요소인데   락이 ESS의 가격 경쟁력을 키웠다.


<ESS 구성요소>

ESS 구성요소

역할

배터리

전력을 저장하는 저장장치

PCS(Power Conversion System)

외부 전기가 배터리로 저장되려면 교류 전기가 직류 전기로 바뀌어야 하며 반대로 배터리에 저장된 직류 전기가 방출되어 사용되기 위해선 교류 전기로 바뀌어야 하는데 PCS가 전기를 직류/교류 변환함.

BMC(Battery Management System)

대량의 배터리를 하나처럼 움직이게 하고 온도, 전압 등에 이상을 감지할 경우 충·방전을 중단하는 등의 안전장치가 포함된 장치

EMS(Energy Management System)

ESS를 구성하는 전체(배터리, PCS )를 모니터링 및 관리하는 장치

[자료: KOTRA 시카고 무역관 자료정리]


미국의 ESS 기업 Key Capture Energy는 현재 370 규모의 ESS 프로젝트를 진행 중인데 작년 이 때쯤 기준, 54와 비교해서 크게 성장했다. 리튬 배터리 가격 하락으로 과거 수익성이 낮았던 오클라호마, 미시간까지 사업을 확장할 수 있었던 것이 회사의 성장 배경이다.


정부 차원의 ESS 각종 세제 혜택도 ESS의 가격 경쟁력을 키웠다. 현재 미국 연방정부는 태양열 재생에너지와 연계된 배터리 저장장치에 대해서 26%의 세금 공제 혜택(ITC)을 지원하고 있다. 연방 정부 세금공제 혜택은 향후 2년에 걸쳐 2022년 22%, 2023년 10%로 축소되며 주거용 ESS 세금공제 혜택은 2023년부로 전면 중단될 예정이라 세금공제 혜택을 받기 위한 기업들의 ESS 도입이 적극적이다.


연방정부의 지원 외에 주 정부별 ESS 도입 혜택도 다양하다. 캘리포니아는 Self-Generation Incentive Program(SGIP)를 통해 설치된 에너지 저장장치에 대해 킬로와트당 1달러의 리베이트를 제공한다. 메릴랜드는 ESS 도입 비용의 30%(가정용 배터리의 경우 최대 5,000달러, 상업용 배터리의 경우 최대 15만 달러)의 세금 공제 혜택을 제공한다.


시사점


2020년 미국 전력망에 신규 도입된 ESS는 1GWh에 불과했으나 2021년 6GWh의 ESS가 도입됐으며 2022년에는 9GWh가 추가 도입될 예정이다. 그만큼 미국 내 ESS 도입이 급진적으로 이루어지고 있다는 것이다. 


외국에 본사를 둔 한 ESS 기업 관계자는 KOTRA 시카고 무역관과의 인터뷰에서 “2024년까지 자사 ESS 프로젝트 절반 이상이 미국 전력망에 공급될 예정이며, 미국이 세계 ESS 주요 국가로 자리매김하면서 애초 계획보다 미국에 대한 투자가 두 배가량 증가했다”라고 알렸다.


국내 ESS 기업도 미국 시장 진출에 적극적이다. 한화에너지는 뉴욕, 네바다 등에 총 1.1GWh 규모의 사업을 수주했다. 두산중공업은 미국 괌에서 6200억 원 규모의 화력 발전 프로젝트를 수주했는데 25 규모의 ESS도 함께 설치한다. LG에너지솔루션은 최근 가정용 ESS 배터리를 미국 시장에 공개했다.

국내에서도 우리 정부의 적극적인 재생에너지 확산 정책으로 한때 ESS 관련 산업이 급성장하였다. 하지만 제한된 국토 면적과 선진화 된 산업 구조로 인한 전기 사용량 증가 둔화로 국내 ESS 시장의 성장은 한계가 있을 것이라는 전망도 나오고 있어 국내 ESS 기업의 적극적인 해외시장 진출 확대가 필요할 것이다.


현지 에너지기업 관계자는 KOTA 시카고 무역관과의 인터뷰에서 "미국 에너지부는 최근 ESS 비용절감 및 연구·개발 역량 강화 계획을 발표하는 등 ESS 도입에 미국 정부가 적극적으로 앞장서고 있다. 앞으로도 더욱 많은 ESS가 미국 전력망에 도입될 것으로 예상한다. 특히 10시간 이상 사용 가능한 전력 저장 장치인 장주기 ESS에 관한 관심이 높다"라고 전했다.



자료: WSJ, Wood Mackenzie, White House, EIA, PRBA, California Solar Storage Association, Battery Innovation, NY Government, Mass Government, Oregon Government, Virginia's Legislative Information System, Renewable Energy World, OSM Battery, Grid-ESS, Tesla, KOTRA 시카고 무역관 자료 종합

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