제2의 배터리 혁명, ESS가 바꾸는 에너지 산업

최근 인공지능(AI) 기술의 비약적 발전과 함께 AI 반도체의 전력 소비가 급증하고 있다. 이에 따라 에너지 저장장치(ESS)가 전력 수급 불균형을 해소하는 대안으로 주목받고 있다. AI 반도체는 대규모 데이터 처리와 복잡한 연산을 수행하기 위해 고성능을 요구한다. 이에 따라 전력 소비도 급격히 늘어나고 있다. 국제에너지기구(IEA)의 2023년 보고서에 따르면, 전 세계 데이터센터의 전력 사용량은 2022년 기준 전체 전력 사용량의 약 1.2%를 차지했으며, 2026년에는 2.1%, 2030년에는 7~8%까지 증가할 것으로 전망된다. 이는 AI 기술의 확산과 데이터센터의 급격한 증설로 인한 결과다.

ESS는 대형 산업용 건전지

에너지 저장장치(ESS)는 일종의 대형 건전지와 같은 개념이다. 대규모 데이터센터뿐 아니라 지방자치단체별로 별도의 ESS 장치를 운영한다면, 전력 공급이 중단되더라도 한전에 의존하지 않고 며칠 동안 자체적으로 전력공급이 가능하다. 규모가 큰 핸드폰 보조배터리 개념으로 이해하면 된다. ESS는 전력 공급망이 불안정한 상황에서도 안정적인 에너지를 공급하는 역할을 하며, 재난이나 위급 상황에서도 지속적인 전력 사용을 가능하게 한다.

ESS는 경제적인 측면에서도 큰 장점을 갖는다. 전력 요금이 저렴한 심야 시간대에 전력을 저장하고 피크 시간대에 사용함으로써 전력 비용을 절감할 수 있다. 예를 들어, 100MWh급 ESS를 보유한 지자체는 피크 시간대의 전력 구매 비용을 줄일 수 있으며, 전력 요금 절감 효과를 연간 약 50억~70억 원 규모로 기대할 수 있다. 또한 정전 발생 시 비상 전력원으로 활용할 수도 있다. 이는 장기적으로 전력망 유지 비용 절감에도 기여할 수 있다. 이를 활용하면 재난이나 비상사태 발생 시 전력망 장애에도 안정적인 전력 공급이 가능하다.

비상시 대비 분산형 전원 필요성 증가

한전은 그동안 비수기 때 남는 전기를 저장해 성수기에 추가 공급하는 방식을 사용해왔다. 하지만 이러한 방식은 대형 발전소 중심의 중앙집중식 시스템이며, ESS는 개별 지역과 기업에서도 독립적으로 운영할 수 있는 분산형 시스템이라는 차이점이 있다. 다만, 기존 방식은 주로 대형 발전소에서 저장한 전력을 공급망을 통해 재분배하는 개념이었다면, ESS는 보다 다양한 지역과 규모에서 독립적으로 전력을 저장하고 활용할 수 있는 시스템이다.

ESS는 개인용 배터리와 유사하지만, 국가 및 산업 차원에서 대규모 전력망과 연계되어 전력 수급을 조절하는 중요한 인프라로 기능한다. 전력 수요와 공급의 불균형을 해소하고 전력망의 안정성을 높이는 데 기여한다. 특히 AI 반도체와 데이터센터의 전력 수요 급증에 대응하기 위해 ESS의 역할이 중요해지고 있다. ESS는 전력 피크 시간대에 저장된 전력을 공급하여 전력망의 부하를 조절하고, 신재생에너지의 간헐성을 보완하는 등 다양한 이점을 제공한다.

전력 수요 증가에 대응하기 위한 방안으로 원자력 발전소나 기타 발전설비의 확대가 고려될 수 있다. 그러나 이러한 설비의 건설과 가동에는 오랜 시간과 막대한 비용이 소요된다. 반면, ESS는 기존 전력망에 신속하게 통합될 수 있으며, 전력 수요 변화에 유연하게 대응할 수 있다. 또한, 신재생에너지와의 연계를 통해 친환경적인 전력 공급이 가능하다는 장점이 있다.

“ESS시장 2030년까지 30% 성장”

전 세계적으로 ESS 시장은 빠르게 성장하고 있다. 블룸버그 뉴에너지 파이낸스(BNEF)에 따르면, 2030년까지 글로벌 ESS 시장은 연평균 30% 이상 성장할 것으로 예상된다. 미국의 경우, 2024년 1분기 ESS 시장이 전년 동기 대비 84% 증가하여 총 1265메가와트(MW)의 신규 용량이 추가되었다. 이는 미국 에너지정보청(EIA) 자료에 기반한 통계로, ESS 도입 확대가 가속화되고 있음을 보여준다. 이는 미국 역사상 1분기 최고 기록으로, 인플레이션 감축법(IRA)에 따라 ESS 관련 인프라 투자에 대해 최대 30%의 세금 감면 혜택과 추가 보조금 지원이 이루어지면서 성장세를 가속화한 결과다.

국내 배터리 기업들도 ESS개발에 매진

국내에서도 삼성SDI, LG에너지솔루션, SK온 등 주요 배터리 기업들이 ESS 개발에 적극 나서고 있다. 삼성SDI는 전력용 ESS 솔루션인 '삼성배터리박스(SBB) 1.5'를 선보이며, 전고체 배터리 상용화를 위한 연구개발을 진행 중이다. 이를 통해 ESS 시장에서의 기술 경쟁력을 강화하고 있다.

LG에너지솔루션은 미국 애리조나에 ESS용 배터리 공장을 구축하여 북미 시장 공략에 박차를 가하고 있다. 또한, 리튬인산철(LFP) 배터리 개발을 통해 중저가 시장을 공략하고 있으며, 최근 미국 엑셀시오 에너지 캐피탈과 7.5GWh 규모의 ESS 공급 계약을 체결하는 등 활발한 행보를 보이고 있다. SK온은 ESS 사업을 주요 성장 동력으로 삼아 글로벌 시장 진출을 본격화하고 있다. 최근 ESS 사업부를 대표이사 직속으로 재편하고, 미국 IHI테라선솔루션과의 업무협약을 통해 북미 시장 진출 기반을 마련했다. 또한, 다양한 형태의 배터리 개발을 완료하여 ESS 시장에서의 경쟁력을 강화하고 있다.

AI 반도체와 데이터센터의 전력 수요 증가는 에너지 산업 전반에 큰 변화를 가져오고 있다. 이러한 변화에 대응하기 위해 ESS의 중요성이 부각되고 있으며, 국내외 기업들의 적극적인 투자와 개발이 이어지고 있다. 향후 ESS의 발전은 전력망의 안정성과 에너지 효율 향상에 큰 기여를 할 것으로 기대된다.