“저비용·장주기 BESS 개발로 K-energy 달성할 것”
“저비용·장주기 BESS 개발로 K-energy 달성할 것”
  • 김하늬 기자
  • 승인 2024.06.03 18:29
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[공학저널 김하늬 기자] 에너지저장기술은 2030 이산화탄소 감축 목표를 위한 필수적인 기술로 손꼽힌다. 우리나라의 경우 2030년까지 재생에너지 20%를 달성하는 것을 목표로 관련 기술 개발에 힘을 쏟고 있다.

국내뿐만 아니라 미국, 중국, 유럽 등 해외에서도 에너지저장기술 개발에 중요한 의미를 두고 있는 상황이다. 재생에너지가 늘어나는 만큼 재생에너지원의 출력 변동성을 안정화하고, 에너지를 필요한 시간에 제공함으로써 재생 가능한 에너지의 효율성을 크게 향상시킬 수 있기 때문이다.

특히 최근 ESS를 넘어 배터리 에너지저장장치(Battery Energy Storagy System, BESS)가 주목받고 있는데, 여기에 사용되는 배터리는 현재 EV에 대부분 쓰이고 있는 리튬이온 배터리와 같은 배터리로 EV 산업과도 관련지을 수 있다.

글로벌 EV용 배터리 용량은 2023년 기준 2,200GWh로 폭발적인 성장을 보이고 있으며, BESS 관련 설치용량은 약 200GWh로 나타나고 있다. EV에 비해 BESS는 아직까지 낮은 비율이지만 재생에너지 비율이 늘어남에 따라 성장가능성은 함께 높아지고 있다.

한국에너지기술연구원(KIER) 에너지저장연구단 연순화 단장(사진)은 “현재 우리나라가 주력하고 있는 고성능의 삼원계 NCM 배터리로 ESS를 구성했을 경우 약 $200-$250 정도로 가격이 형성되고 있다”며 “2023년 중국에서 LFP 배터리가 저가로 출시됐고, 이것으로 구성된 ESS가 약 $120-135 사이로 가격이 낮아져 국내 배터리가 경쟁력을 갖기 위해서는 보다 가격을 낮출 수 있는 기술개발이 이뤄져야 한다”고 설명했다.

현재 에너지저장연구단에서는 재생발전(태양광, 풍력 등)으로부터 만들어진 전력을 배터리에 저장하는 에너지저장시스템과 배터리 개발을 위한 연구를 수행 중이다. 기존의 삼원계 배터리의 성능을 높이면서, 안전성까지 고려한 전고체 전지 등도 계속해서 연구를 추진하고 있다.

중점 연구 분야로는 ‘대용량 재생전력저장 ESS를 위한 저가/장주기형 흐름전지’와 ‘전기자동차(EV)용 고성능/고안전 차세대 이차전지’ 분야를 꼽을 수 있다.

최근 발생한 리튬이온전지 ESS 화재로 우리나라 BESS 시장이 주춤하고 있는 상황에서 안전한 대용량의 비리튬계 레독스 흐름전지가 대안으로 손꼽히고 있다.

연구단은 20년 전부터 레독스 흐름전지를 중점연구로 수행하고 있으며, 지난 2016년 중견기업에 고전압형 이중전극 레독스 흐름전지 1차 기술이전을 완료한 상태다. 현재는 자동화 공정이 가능해 대량생산이 용이한 3차원 접합공정이 적용된 스택을 개발해 기술이전을 진행 중이며 개발한 시스템의 신뢰성 검증 차원에서 실증을 준비 중이다.

이와 함께 연구단은 안전성에 기초한 전고체 전지 연구도 중점적으로 수행하고 있다. 최근 고안전성 대면적 전고체 전지 고에너지밀도 원천기술을 확보해 중소기업에 기술이전을 마쳤다. 이후 이를 고도화해 차량 탑재의 실증까지 가는 것을 목표로 한다는 방침이다.

연 단장은 “에너지기술연구원 이창근 원장님은 우리 기술이 국내를 넘어 해외까지 수출할 수 있도록 KIER의 K-energy 개발을 경영 목표로 세웠다”며 “이를 달성하기 위해 에너지저장연구단에서 개발한 대표 기술을 K-energy화 할 수 있도록 노력하고 있다”고 설명했다.

그는 이어 “현재 연구단에서는 배터리 개발에 중점을 두고 있고 대용량 장주기 레독스 흐름전지와 안전한 전고체 전지 외에 ESS용으로 가격이 싸고 오래 쓸 수 있는 아연이온전지를 개발하고 있다. 또한 군용으로 쓰일 수 있는 반고체 전지도 개발 중”이라며 “ESS는 배터리 소재부터 셀, 모듈, 시스템, 그리고 ESS 운영까지 모두 연결되므로 안전성 관련 표준 개발, 모듈/셀 시스템 최적화 운영기술 개발에 관련된 연구도 진행 중에 있다”고 덧붙였다.

현재 ESS는 2시간-4시간 정도로 저장능력에 한계가 있지만 추후 하루를 기준으로 현재 가격에 90% 이하 가격으로 10시간까지 저장할 수 있는 기술개발이 글로벌 목표로 제시되고 있다.

이러한 에너지저장 혹은 배터리 관련 기술은 각국의 에너지 안보와 직결되므로 매우 중요하게 다뤄져야 한다는 것이 연 단장의 생각이다.

그는 “KIER 에너지저장연구단에서는 에너지저장시스템에 들어가는 배터리를 저비용·고용량으로 만들기 위해 기술개발에 힘쓸 것이고 KIER의 K-energy를 달성하기 위해 전력을 다할 것”이라며 “나아가 더 안전하게 사용할 수 있고 미래 에너지 시스템 전환에 대비해 성능이 좋고, 값싸고 품질 좋은 배터리를 개발해 글로벌 기술패권을 한국이 가져올 수 있도록 최선의 노력을 다하겠다”고 말했다.

한편, 우리나라는 배터리 기술 강국으로 ESS 신산업 활성화를 위해 2014년부터 PV+BESS를 설치하면 이익의 5배를 주는 REC 가중치 인센티브 제도를 시행해 ESS 보급량을 2GWh까지 확장했다. 하지만 2018년부터 잦은 ESS 화재 발생으로 인해 ESS 산업이 침체기에 들어 이전부터 시행됐던 ESS 인센티브 제도가 부활하지 못하고 있는 상황이다.

연 단장은 “ESS는 아직까지 비싼 저장장치에 해당하므로 이러한 인센티브 제도가 국가적으로 시행돼야만 산업 활성화에 기여할 수 있을 것으로 보인다. 이 부분이 ESS를 연구하는 연구자 관점에서 조금 아쉬운 측면”이라며 “산업부에서도 다시 ESS 활성화를 위해 제10차 전력수급기본계획에(2020-2034) ESS를 도입해 활성화를 계획하고 있는 만큼 이에 이바지할 수 있도록 꾸준히 연구를 수행해나갈 것”이라고 전했다.


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