목차
Ⅰ. ESS 개념 및 향후 발전 가능성
1. ESS 정의
1) 국내 전력소비 현황
2) 에너지저장장치 관련
2. ESS 시장의 본질적 특성
1) ESS는 공공성이 중시되는 전력 인프라에 종속
2) ESS 내에도 다양한 세분 시장
3) ESS 산업 관계자들의 복잡한 이해관계
4) 서서히 입증되고 있는 ESS의 효과
3. 최근 에너지 저장기술의 종류
1) 양수 저장기술(PHS)
2) 압축공기 저장기술(CAES)
3) 배터리 에너지 저장시스템(BESS)
4) 흐름전지 에너지 저장시스템(FBESS)
5) 수소기반 에너지 저장시스템(HESS)
6) 플라이 휠 에너지 저장시스템(FESS)
7) 초전도 자기 에너지 저장시스템(SMES)
8) 슈퍼 축전기 에너지 저장시스템(SCESS)
4. ESS의 기대효과
Ⅱ. ESS의 시장 현황 및 향후 전망
1. ESS 산업 현황
1) 세계 시장 2020년 최대 58조원 규모
2) ESS 시장 전망
3) LiB 방식이 ESS 시장에서 주류 될 것
4) 배터리 셀 업체와 전력기기 및 SI업체 수혜가 더 높을 것으로 예상
5) BMS, PCS, EMS 등 비 배터리 셀에도 높은 부가가치 있는 ESS
2. 국내 ESS 시장 현황
1) 국내 ESS 산업 현황 및 보급의 걸림돌
2) 산업부, 2014년 스마트그리드 산업 예산보다 제도개선에 초첨
3) 중대형 배터리 가격 25% 하락...ESS·전기차 시장 활발 조짐
4) 국내 ESS 시장 활성화 방안
5) 개화 준비 완료한 국내 ESS 시장
6) 리튬전지 ESS에서 중소기업의 역할
7) 국내 주요 ESS 업체 동향
(1) 삼성 SDI
(2) LG 화학
(3) 한국전력
(4) 포스코 ICT
(5) KT
(6) 케이디파워
(7) 일진머티리얼즈, 후성 및 포스코켐텍
Ⅲ. 주요국들의 ESS 시장 현황 및 전망
1. 미국
1) 급부상하는 그리드 스토리지와 주거용 스토리지 시장
2) 에너지저장시스템 산업, 연 20% 성장 예상
3) 미국 캘리포니아의 에너지저장 정책 및 규제
(1) 캘리포니아의 청정에너지 정책 추진
(2) 입법부 명령(Legislative Mandates)
(3) 에너지저장 관련 제도 및 규제 정책
가. 캘리포니아 ISO 및 FERC : 에너지 도매시장 및 보조시장
나. CPUC(California Public Utilities Commission)
다. California Air Resources Board
4) 미국의 ESS 활용현황
(1) Notrees Wind Energy Storage Project(Texas)
(2) Laurel Mountain(West Virginia, PJM)
(3) Kahuku Wind Farm(Hawaii)
(4) Golden Valley Electric Association(Alaska)
가. 운전예비력(Spinning Reserve)
나. 자동 급전 계획(Automatic Scheduling)
다. 전력계통 안정화(Power System Stabilization (PSS))
(5) Primus Power Modesto Wind Firming EnergyFarmTM
(6) GNB Technologies
(7) AES Energy Storage (AES)
가. 주파수 조정(Frequency Regulation)
나. 발전기와 예비력을 위한 용량 공급(Capacity Release for Generators &
Reserve Capacity for Utilities)과 소매 전력 공급자(Load Serving Entities(LSEs))
2. 일본
1) 일본사례 연구와 시사점
(1) 후쿠시마 원전사고 이후 일본의 전력수요 대책
가. 원전사고 이후 전력수급 상황
나. 전력 수요처별 전력수급 대책
다. 일반가정의 전력수급 대책
라. 일본정부 및 공공기관의 절전대책
마. 원전사고 이후 일본 산업계의 전력수급 대책
(2) 후쿠시마 원전사고 이후 일본의 전력공급 대책
가. 일본의 전력공급 구조 변화
나. 전력회사별 전력수급 대책
다. 원전사고 후 전력공급 측면의 주요 정책과 특징
라. 에너지효율화 산업의 확대 및 성장
(3) 일본의 전력부족 대안으로 각광받는 태양광
가. 원전의 대안으로 부상한 태양광
나. 태양광 관련 주요 정책
다. 주택용 태양광 발전시스템 보조금
라. 메가솔라 프로젝트 사업 추진
마. 태양광 관련 주요 정책 효과
(4) 원전사고 이후 일본의 전력수급 결과 및 시사점
가. 원전사고 이후 일본의 전력수급 대책 결과
나. 일본 예비전력 관리 정책 및 효과
다. 일본의 주요 정책 및 시사점
라. 후쿠시마 사고 전후 한ㆍ일 전력산업 비교
2) 일본의 ESS 기술, 세계시장을 겨냥한다
(1) 지금까지는 일본을 중심으로 성장
(2) 글로벌 성장 잠재력을 지닌 ESS 시장
(3) 일본내 다양한 ESS 비즈니스 모델들 등장
(4) ESS 시장, 솔루션 관점에서 접근해야
3) 일본의 장기적 에너지저장시스템 정책
3. 독일
1) 독일 정부의 장기적 에너지저장 정책
2) 리튬이온 전력저장시스템 시범가동 개시
3) 유럽최대 ESS, 2014년부터 운영할 예정
4) 2013년 5월부터 태양광 ESS 이용에 인센티브 제공
4. 영국
1) 유럽 최대 규모 전력저장시스템 구축 추진
2) 에너지저장시스템 동향 및 에너지시장 동향
5. 호주
1) 탄소세 도입 후 떠오르는 1조원 ESS 시장
2) ESS 수요, 전력시스템, 신재생에너지, 송전인프라 분야에서 발생
3) 2009~2011 3년간 170% 성장한 호주의 에너지 스토리지 수입액
4) 주목해야 할 호주의 에너지 스토리지 관련 회사
(1) Zen Home Energy Systems (www.zenhomeenergy.com.au)
(2) Red Flow (www.redflow.com.au)
5) 시사점
6. 프랑스
1) 태양광발전 프로젝트 발주 재개후 ESS 수입 관심 급증
2) 시사점
Ⅳ. 국내 정부의 ESS에 관한 동향 및 정책
1. 2014년 산업부-방위청, ESS와 연료전지 시범사업 추진키로
<참고1> 민군 에너지기술 협력 MOU 주요내용
<참고2> 민군 에너지기술 협력 기대효과
2. 한전, 전력산업 패러다임 전환하는 ‘ESS 종합 추진계획’ 발표
<붙임> : ESS 종합 추진계획 세부내역 1부
3. 이제 빌딩ㆍ학교ㆍ시장에서 ESS 만난다
4. ESS-신재생에너지 사업화 정책 토론회, ESS+신재생에너지 사업키운다
<참고> “ESS-신재생에너지 사업화 방향에 관한 정책 대토론회” 내용 정리
5. 한국전력, ESS 활용한 지능형 사옥에너지관리 시범사업 착수
6. ESS 보급 촉진 위해 에너지관리공단-전지산업협회 MOU 체결
7. 국내 최초 ‘8천kWh급 대용량 ESS’ 가동 개시
8. ICT 신기술을 활용, 절약한 전기량만큼 시장에 되판다
1) 에너지저장장치(ESS) 시장 열겠다
2) 전기의 효율적 사용과, 사용한 전기량 알 수 있다
(1) 에너지관리시스템(EMS: Energy Management System) 활성화
(2) LED 조명 보급
(3) 스마트플러그 확산
(4) 지역냉방, 가스냉방 등 전기대체냉방 확대
3) 한전이 전기공급뿐만 아니라 전력 효율향상 사업도 합니다.
4) 내가 아낀 전기, 되팔 수 있게 된다
5) 향후 신시장, 일자리가 창출, 전력피크 감소 계획
<참고1> 창조경제 시대의 ICT기반 에너지 수요관리 新시장 창출방안
<참고2> 관련 기업?기관의 활동 및 투자계획
<참고3> 기대효과
9. ESS 활용 사례 (삼성SDI 사내 구축 모델 및 외부 구축 현황)
10. 주파수조정용 ESS 및 수요관리시장 활성화 실행 계획
1) 주파수조정용 ESS 활성화 방안
(1) ESS 주파수조정(Frequency Regulation) 참여의 개념
(2) ESS의 주파수조정 참여에 따른 효용
(3) ESS의 주파수조정 참여를 위한 준비사항
(4) 주파수조정용 ESS 전력시장 참여방안(안)
(5) ESS FR 서비스에 대한 정산원칙(안)
(6) 주파수조정용 ESS에 대한 제어시스템 개발
(7) 전력시장 제도 긴급정비 계획(안)
(8) ESS의 전력시장 참여에 대한 법적 지위 보완
2) 수요자원의 시장참여 활성화 방안
(1) 수요관리사업의 현황과 개편방향
(2) 수요자원의 전력시장 운영방안(안)
(3) 추진일정
11. 에너지관리시스템 시장 활성화 실행 계획
12. 한전의 에너지 효율향상 투자 방안
13. 산업부, ESS 활용 확대로 전력시스템 개선
14. 2013년 올해, 스마트기기 보급지원 규모 대폭 상향
<붙임> 스마트미터기(AMI)ㆍ에너지저장장치(ESS) 보급방향
<첨부> 2013년 AMI?ESS 보급지원사업 추진계획(안)
<참고1> ‘13년 스마트그리드 보급지원사업 주요 변경내역
<참고2> AMI 개요(Advanced Metering Infrastructure, 스마트미터기)
15. ESS 고효율 인증제도 도입
<첨부 1> 고효율인증 기술기준 제?개정 관련 품목별 주요 내용
<첨부 2> 고효율에너지기자재 인증제도
<첨부 3> 고효율기자재 보급촉진 지원제도
16. 에너지저장 기술개발 및 산업화 전략[K-ESS 2020]
Ⅴ. 스마트그리드를 위한 ESS 애플리케이션 및 ESS 장단점 분석
1. 스마트그리드 구축 위한 ESS 애플리케이션 종류
(1) Utility 애플리케이션(부하관리를 위한 애플리케이션)
(2) 전력품질(power quality)을 위한 애플리케이션
(3) 신재생에너지 출력 안정을 위한 애플리케이션
(4) 분산형 전력저장 애플리케이션
2. 에너지저장시설의 장점 및 장애요인
1) 에너지저장시설의 장점
(1) 비상용 전원으로 활용(수요자 입장)
(2) 비상시 전력수급자원으로 활용 가능(계통운영자 입장)
(3) 저장시설 활용에 따른 기술적 장점
2) 에너지저장시설 구축의 장애요인
(1) 설치비용의 과다
(2) 전력저장시설에 대한 통일된 정의의 미비
(3) 소방법상 비상용 발전을 확보하기 위해서는 추가비용 발생
Ⅵ. ESS 산업에서의 기술 동향
1. 테슬라, 전기차 배터리로 ESS 시장 진출
2. 탑전지, ESSㆍ전기차용 배터리로 리튬인산철(LFP) 이차전지 개발
3. 하이브리드카 충전도 2~3초면 'OK'
4. 3D 다공성 그래핀 볼의 친환경적 대량생산기술 개발
<연구결과>
5. 섬유형태의 고성능 슈퍼커패시터(차세대에너지 저장장치) 개발
<연구결과>
6. 대규모 무정전전원공급 장치용 ESS 개발
7. 스마트그리드 시스템 운영의 신뢰성 위한 에너지 저장기술
1) 에너지 저장 시스템의 전력 시스템 적용
(1) 재생에너지 시스템의 침투깊이 증대
(2) 부하 관리와 첨두부하(peak shaving)
(3) 주파수 제어와 진동 감쇠
(4) 운용 예비력
(5) 저전압 지속 발전 용량
(6) 전력 질 개선
(7) 마이크로 지능형 전력 그리드 적용
2) 에너지 저장 시스템 기술과 고려사항들
(1) 플라이휠 에너지 저장 시스템
(2) 전기화학 에너지 저장 시스템(EESS)
가. 배터리 에너지저장시스템(BESS)
나. 재생 연료전지(RFC)
(3) 양수발전 에너지 저장 시스템(PHESS)
(4) 슈퍼 축전기 저장 시스템(SESS)
(5) 압축공기 에너지 저장 시스템(CAESS)
3) 시사점
8. 풍력발전에 ESS의 적용
9. 에너지 저장 시스템용 납 축전지의 최근 실증 사례
1) 납 축전지의 원리
2) 납 축전지 적용 에너지 저장 실증 사례
3) 시사점 및 향후 전망
Ⅶ. BESS의 경제성 평가의 필요성과 방법론
1. ESS의 경제성 평가의 필요성
1) 개요
2) 경제성 평가 기법들에 대한 고찰
(1) 회수 기간법(Payback Period Method)
(2) 평균 회계이익률법(Average Return on Book Value Method)
(3) 현금흐름 할인법(Discounted Cash Flow Method)
가. 순 현가법(NPV Method)
나. 수익성 지수법(Profitability Index Method)
다. 내부수익률법(IRR Method)
2. ESS의 기능 및 연간 편익 분석
1) BESS 설치를 통한 사업자 편익 및 계통 편익
2) ESS 설치를 통한 사업자 편익 산출
(1) 발전 자원으로 활용
가. 전력 공급 용량 자원(Electric Supply Capacity)
나. 예비력 용량 자원(Electric Supply Reserve Capacity)
다. 주파수 조정 보조 서비스 (Frequency Regulation)
라. 시간대별 요금 반응(SMP 차액거래)
마. 송전 혼잡 감소(Transmission Congestion Relief)
(2) 부하 자원으로 활용
가. 수요 관리 용량 입찰 (Demand Response Capacity Bidding)
나. 시간대별 수요 반응 (TOU based Demand Response)
다. 비상전원 (UPS, Uninterruptible Power Supply)
라. 최대 전력감소로 인한 기본요금 저감효과
(3) 신재생에너지 보조 자원으로 활용할 때
가. 신재생의 순간적 출력 변동 완화 (Renewable Capacity Firming)
나. 지속적 출력 변동 완화 (Renewable Grid Integraion)
(4) 전력 품질 향상 효과
가. 무효전력 제공원(VAR Compensator)
나. 송전 안정도 향상(Transmission Support)
3) ESS 설치를 통한 계통측면의 편익 산출
(1) 발전 설비 지연
(2) 발전 연료비 감축
(3) 발전 운영 효율 향상
(4) 송배전 설비 지연
(5) 정전 보상비용 절감
(6) 보상 설비 감소
3. BESS의 경제성 평가
1) 재무 분석을 통한 경제성 평가 (BESS사업자 이익만 고려)
(1) 비용 산출
가. 초기 설치비용
나. 연간 운영비용
(2) BESS의 순 현재가치(NPV) 및 투자회수기간(pay back year) 도출
가. 연간 사업자 이득
나. 연간 계통측 이득
다. 운영 조건을 고려한 편익 계산
2) 계통편익 추가 고려 시 경제성 평가
(1) 초기 설치 시 계통이득을 인센티브로 지급
(2) 매년 계통운영자의 이득을 인센티브로 지급
3) BESS의 용량에 따른 경제성 평가
4) 배터리 가격 변동에 따른 경제성 평가
(1) 배터리의 가격 변동에 따른 경제성 평가
(2) 시장가격 변동에 따른 민감도 분석
4. 다른 발전원과의 비교
1) 양수 발전을 BESS로 대체하는 방안에 대한 경제성 분석
2) 주파수 조정용 발전원으로 대체하는 방안에 대한 경제성 검토
(1) 주파수 조정용 발전원으로 대체 시 얻는 효과
(2) BESS의 화력 발전소 F?R 대체에 의한 가시적 편익분석
가. 발전 연료비 감소
나. 발전소 종합효율 감소로 인한 손실 절감
다. 발전소 수명감소, 정비 증가, 제어설비 설치 비용 증가에 따른 손실 절감
(3) 배터리 저장장치 비용 분석
3) 비상 발전기(디젤 발전기)를 BESS로 대체하는 방안에 대한 경제성 검토
5. 경제성 평가 결론
1) 경제성 평가 순서 알고리즘
2) BESS 사업화를 위한 비즈니스 모델 제안
Ⅷ. 전기차 충전시스템에서의 ESS 역할
1. 전기자동차 충전시스템의 필요 조건
1) 시장에서의 요구
2) 산업특징 및 구조
3) 시장현황 및 전망
4) 공급망(분류)에 따른 분석
5) 기업 요구 조사
6) 요소기술 후보군
7) 핵심기술 선정
8) 로드맵 기획
(1) 연구개발 목표 설정
(2) 로드맵 작성
2. 다임러 그룹, LS산전 휴대용 전기차 충전기 구매
3. ESS 기반 국산 전기차 급속충전기, 日시장 뚫다
4. 서울 수도권 전기차 급속 충전서비스 통합
5. 전기차 택시 ‘대전 ? 제주서 드라이브’
Ⅸ. ESS의 특허 출원 및 표준화 동향
1. 특허 동향 분석
1) 세계동향
2) 국내동향
2. 특허 및 논문을 기준으로 한 기술군 도출
1) 특허 및 논문을 이용한 기술군 클러스터링
2) 기술지수 분석
(1) 기술성장성 분석
(2) 기술수준 분석
(3) 기술장벽 분석
3. ESS의 표준화 동향
1) 국내 에너지저장장치 표준화 현황
2) 해외 에너지저장장치 표준화 현황
3) ESS 계통 운영 방안
Ⅹ. ESS 활성화 위한 국내법 개정 및 지원제도 정비안
1. ESS의 법적 지위 부여 방안
1) 전기사업법 개정
2) 신에너지 및 재생에너지 개발·이용·보급 촉진법, 송·배전용 전기설비 이용규정 개정
3) 전기설비기술기준 개정
4) 전기설비기술 기준의 판단기준 개정
2. ESS의 전력시장 참여를 위한 전력시장운영규칙 개정제안
3. 비상용 발전기를 대체하기 위한 ESS 관련법 개정 제안
4. ESS 도입 활성화를 위한 정책 제안
5. 시사점
?. 국내 예비전력 문제와 해결 방안
1. 예비전력문제 해결을 위한 방안
1) 우리나라 전력수급 현황 분석
(1) 전력산업의 특징
가. 전력의 비저장성 때문에 불완전한 정보의 공유
나. 계량기 문제로 인한 공공재적 특성
다. 높은 고정비용과 낮은 수요의 가격탄력성
라. 송전망 전력계통의 네트워크경제의 특성
마. 전력시장의 불완전경쟁시장 특성
바. 전력시장에 대한 경제정책의 목표와 예비전력의 필요성
(2) 우리나라 전력수급 현황
가. 전력수요 현황
나. 전력공급 현황
(3) 예비전력 현황
가. 전력수급 여건의 악화와 설비예비율의 하락
나. 예비전력 현황
다. 예비전력 문제와 비중앙발전기의 현황
2) 우리나라 전력의 문제점과 과제
(1) 전력수요의 문제점
가. 전력수급의 문제점
나. 전력수요 급증의 문제
다. 미흡한 전력 수요관리
(2) 전력공급의 문제점
가. 수요를 따라가지 못하는 발전설비 확충
나. 발전설비의 노후화로 인한 설비 고장의 증대 가능성
다. 송배전 설비의 계통위기 문제
라. 지속가능한 에너지 및 분산형 전원 개발 미흡
마. 원전의 대규모 공급능력은 유사시 대규모 공급위기
(3) 전력시장의 문제점
가. 전기가격의 왜곡 문제
나. 예비전력의 위기
(4) 전력산업의 주요 과제
가. 전력수요 감축 등 수요관리 과제
나. 효과적인 공급능력 확보 과제
다. 단기 이슈
라. 중장기 이슈
마. 발전원별 이슈
바. 지속가능한 예비전력 확보를 위한 전력원 개발
3) 정책적 시사점
(1) 수요 측면에서의 시사점과 정책방안
가. 수요 측면에서 시사점
나. 효과적인 수요관리형 전력가격시스템 도입방안
다. 예비전력을 위한 산업체들의 수요관리 노력에 대한 인센티브 방안
라. 공급이 곧 수요인 역발상의 수요관리 방안
(2) 공급 측면에서 정책적 시사점과 정책방안
가. 자가발전 및 스마트그리드 확대 필요
나. 산업체들의 자구 노력 유도방안
다. 태양광(PV)+에너지저장시스템(ESS) 확대를 통한 예비전력 확보방안
라. 태양광(PV)+에너지저장시스템(ESS)의 스마트전원 활성화 방안
- 부록 : 제2차 에너지 기본계획 (2013.12.11) -
1. 추진배경
2. 주요내용
3. 향후 절차
