[기획]xEV·ESS가 전지산업 ‘쌍두마차’

xEV용 시장, 기업 설비 과잉투자로 인한 정체 지속
올 공급량 36GWh 도달…정부가 ESS산업 조성해야
LIB, kWh당 200달러 목표…지속적 확대 될 것

▶EV용 LIB시장 확장 기대, 성장미비로 ‘실망’
xEV용 시장은 분명 이차전지 제조업체에게 신천지였다. 그러나 역사적인 발견이 대부분 그러하듯이 첫잔은 쓰디썼다. 야노경제연구소에 따르면 xEV용 이차전지 시장은 정체가 계속돼 기업이 설비에 과잉투자한 꼴이 돼버렸다. 이러한 추세는 2014~2015년에도 계속될 것으로 보인다. 다수의 자동차 제조사가 xEV 분야에서 신차판매를 계획 중이지만 xEV 시장의 본격적인 확대가 언제 즈음 올지 불투명하다고 언급했다.

2011년 이후 많은 리튬이온전지 소재기업들이 xEV 시장의 보급확대를 기대하고 기존 생산설비 증설과 새 거점 설치를 추진했다. 그러나 xEV는 가격, 주행거리, 충전시설 인프라설비 등 해결과제가 아직 많이 남아있기 때문에 기대했던 만큼의 규모에 이르지 못했다. 덩달아 2013년 xEV용 이차전지 소재 제조사들의 설비 가동률도 47~48%에 머문 것으로 전망됐다.

xEV용 소재 공급메이커가 되려면 신규설비투자가 전제돼야하는데 중대형 LIB가 용량이 크고 새 거점을 설치해도 실재 출하에 이르기까지 약 6~12개월 정도 양산테스트 기간이 필요하다. 따라서 xEV 시장의 본격적인 확대에 맞춰 증설하는 경우 유사시에 제때 대응하지 못하고 뒤쳐질 가능성이 있기 때문에 선행투자의 의미로 증설했다. 하지만 xEV 시장 확대가 지지부진하면서 된서리를 맞았다.

▶EV용 LIB 미래 전망은 ‘맑음’
여전히 xEV용 LIB 시장전망은 밝다. 여기서 xEV란 순수전지차(BEV), 플러그인하이브리드(PHEV), 하이브리드(HEV)를 포괄한다. 네비건트 리서치에 따르면 2012년과 2013년에 전세계적으로 각각 약 140만대, 145만대의 xEV가 팔렸다. 2014년에 160만대가 팔릴 예정이고 2016년 240만대, 2017년 275만대, 2018년 310만대, 2019년 345만대, 2020년 370만대가 팔릴 것으로 예측됐다.

xEV 시장에서 주목할 것은 BEV 시장이 지속적으로 확장될 것이라는 예측이다. BEV는 전적으로 구동을 전기모터에 의존하므로 LIB가 가장 많이 쓰인다. 이미 BEV용 LIB의 비중은 차량 가격의 절반가량을 차지한다. 이미 시장에는 테슬라의 모델S, 닛산 리프, 쉐보레 볼트, 토요타의 플러그인프리우스가 출시돼 인기를 얻고 있다. 테슬라 모델S는 2013년을 달군 히트작이다.

파나소닉의 NCA 양극재를 활용한 18650 전지 65kWh LIB를 장착했다. 셀 가격은 약 2만5000달러 수준이며 팩 비용은 4만 달러에 이를 것으로 추산된다. 닛산리프는 AESC의 LMO 양극재로 제작된 25kWh LIB를 장착했다. 셀과 팩 가격은 각각 1만1000달러, 1만6000달러다. 쉐보레 볼트는 LG화학의 LMO 양극재가 쓰인 16kWh LIB가 장착된다.

셀 가격은 9600달러에 이를 전망이고 팩은 1만7000달러로 추산된다. 도요타 프리우스는 파나소닉이 제작한 NCA 양극재가 사용된 4.4kWh LIB가 장착된다. 셀 가격은 3500달러, 팩 가격은 8000달러로 추산된다. 블룸버그 뉴에너지파이낸스는 네비건트와 다소 다른 xEV 생산량 예측치를 내놓았다. 블룸버그 뉴에너지파이낸스는 올해 총 93만1300대의 xEV 생산을 예측했다.

이 가운데 PHEV가 20만6000대, 22.1%를 차지하고 BEV가 72만5300대, 77.8%를 차지한다. 작년 xEV 생산대수는 67만8718대로 올해 생산량은 작년대비 37.2% 증가한 수치다. PHEV는 44.6% 증가될 예정이고 BEV는 35.3% 증가될 예정이다. 물론 실제 판매량은 제조사들의 언급과 차이를 보인다. 2014년에는 총 33만대의 xEV가 팔릴 것으로 예측됐다.

이중 PHEV가 18만5000대로 56%를 차지한다. BEV는 14만5000대로 43.9%르 차지한다. 전체적으로 xEV는 작년 판매량 22만5000대보다 46.6% 늘어난 수치다. 작년에는 PHEV가 12만5000대 팔렸고 BEV가 10만대 팔렸다. 실제로 xEV는 2012년에 11만6729대 팔린 것으로 집계됐으며 PHEV는 6만2990대, BEV는 5만3739대 팔렸다. 이러한 추세 속에 2014년도 xEV용 리튬이온전지 공급용량은 36GWh에 이를 것으로 예측된다.

▶수요 초과한 xEV용 LIB 공급 업계 ‘몸살’
그런데 한가지 특이할 점은 수요가 이보다 적다는 점이다. 작년보다 30.7% 늘어났지만 2014년 수요는 17GWh 정도다. 블룸버그 뉴에너지파이낸스는 리튬이온전지 공급용량이 기대수요보다 6배 큰 것으로 분석했다. 수요를 초과해 공급된 이차전지는 계통 저장장치와 가정용 저장장치 등 다른 분야에 응용되고 있지만 아직 시장규모가 작다는 것이 단점이다.

야노경제연구소도 xEV 시장이 성장 조짐이 보이기도 하지만 기대했던 규모에는 이르지 못해 본격적인 확대시기도 불투명해 수급불균형에 이르렀다고 분석했다. 따라서 전지업계의 M&A, 부도도 올해도 계속 이어질 전망이다. EV용 이차전지 업계의 어려움은 이미 2011년부터 본격화됐다. 닛산-르노의 xEV용 리튬이온전지 생산계획 축소, 이차전지 분야에서의 삼성SDI의 독립, Ener1의 부도, A123시스템즈의 부도, Valence의 법정관리, China BAK의 유동성 위기 등이 그것이다.

▶ESS, 시스템 운영 노하우 축적 ‘시동’
ESS는 이차전지 산업의 다크호스다. ESS는 당초 분산독립발전의 총아로 인식됐지만 요새는 계통과도 연결돼 전력피크 대비용으로 쓰이거나 감발 발전하는 화력발전의 용량 보충 등 다양한 용도가 모색 중이다. 한전 전력연구원 장병훈 ESS 연구사업단 책임연구원에 따르면 우리나라에서는 ▲주파수 조정 ▲피크 저감 ▲신재생연계로 세분해 ESS 실증이 진행 중이다.

하지만 발전속도가 다소 느리지만 2013년도에 총 164MW가 설치됐다. 이 중 리튬이온전지 방식의 ESS는 44.8MW를 차지하고 납축전지가 43.1MW, 플라이휠 24.5MW, 흐름전지 6MW, 압축공기저장장치와 NaS가 각각 1MW씩 설치됐다. 블룸버그 뉴에너지파이낸스는 신재생에너지의 증가 등에 힘입어 연간 20GW씩 성장할 것으로 예측했다.

현재 ESS가 가장 많이 사용되는 곳은 시장-가격 중계용이다. 요컨대 심야전기를 축전해 전력피크시간에 비싸게 파는 용도다. 각국 정부가 전력피크 저감을 위해 노력하는데 ESS가 중요한 매개가 되고 있다. 이를 위해 ESS 1450MW가 설치돼 있거나 설치계획이 발표됐다. 하지만 블룸버그 뉴에너지파이낸스는 신재생에너지와의 통합이 ESS 시장의 성장을 견인할 것이라고 봤다. ESS 사업 규모는 약 1200MW다. 다음이 예비전력 비축용으로 약 800MW가 뒤를 잇고 있다.

▶설치비용 지속하락…2016년 수익 10억달러 ‘예상’
설치비용도 지속적으로 하락될 것으로 예측되고 있다. 우리 업계는 리튬이온전지의 하락세에 힘입어 리튬이온저장장치의 비용이 2014년 kWh당 725달러 이하로 가격이 떨어져 2015년에도 비슷한 수준을 유지할 것으로 예측하고 있다. 네비건트 리서치는 보다 보수적인 입장을 견지하고 있다. 일단 거치 저장장치(stationary storage)와 크고 작은 시스템을 석권하는 가운데 리튬이온전지 셀 가격이 kWh당 150달러 이하로 떨어지면 ESS 시장이 급격히 팽창될 것으로 예측했다.

리튬이온전지 방식의 저장장치 세계 시장에서 수익규모는 2015년까지 5억달러 미만이다가 2016년에 처음 10억달러를 돌파하고 2018년에는 23억달러, 2019년 3억달러를 넘어서 2021년에 50억달러를 넘어설 것으로 보인다. 우리 업계는 네비건트 리서치가 제시한 수치가 정부자금 내지 유관 정책이 제시되지 않은채 현 수준을 유지했을때 예측된 수치로 봤다. 2020년 경 LIB ESS가 200달러 수준을 유지한다면 할만한 사업이 될 것이라고 봤다.

▶이탈리아, 美캘리포니아 ESS 설치 '선도’
우리나라를 비롯 미국, 독일, 영국, 일본이 정책적으로 ESS 시장을 열기위해 노력하고 있는 가운데 유럽권에서는 이탈리아가 가장 선도적이다. 블룸버그 뉴에너지파이낸스에 따르면 이탈리아에는 총 74.8MW의 사업이 펼쳐지고 있다. 이 중 50.6MW가 승인됐다. 그리드 개발용으로 2011~2014년간 베네벤토2-셀르산비토 간 150kV 계통에 12MW, 베너벤토2-비사시아 380 간 150kV 계통에 10.8MW, 12MW가 설치돼 있다. 사르디니아와 시시티에 각각 8MW가 설치돼 승인받았다.

그리고 사르디니아와 시시티에 각각 12MW가 제안돼 있다. 이들 지역에 가장 많이 ESS를 공급한 회사는 일본의 NGK이다. NGK 는 NaS 전지로 지난 10년간 사업을 펼쳐 온 ESS업계의 선두주자다. 美캘리포니아州는 FERC Order 755라는 ESS 설치 방법을 담은 내용을 고시했다. 네비건트 리서치에 따르면 최근 FERC Order 755는 2004년 처음 개정됐지만 12년 후에야 프로젝트로 빛을 보았다. ISO/RTO 사업들은 FERC Order 755 규정에 따라 수행돼야한다. ISO/RTO 사업은 총 6개로 2020년까지 400MW~2.5GW 규모로 진행될 것으로 예측되고 있다.

ESS 실증·전기차시장 확대 본격 ‘돌입’

코캄·LG화학 선두주자
한전, ESS R&D 비중 높여

우리나라 어디까지 왔나
우리나라도 ESS와 xEV시장에 본격적으로 뛰어들고 있다. ESS의 경우 이미 2000년대 초반 코캄 등 중소기업이 중심이 돼 세계시장에 뛰어들었다. 코캄은 다우 코캄 등을 설립하기도 했으며 LG화학은 현재 세계 ESS 시장의 선두주자로 꼽힌다. 한전은 지난해 전체 R&D에서 ESS의 비중을 높이겠다고 발표한 가운데 한전 전력연구원을 중심으로 꾸준히 실증사업을 전개하고 있다.

재작년 말 2015년 8월을 시한으로 녹색섬 마을 프로젝트를 본격화하면서 첫 포문을 연 한전 전력연구원은 조성민 선임연구원 ▲자가발전 도서 효율 향상을 위한 ESS 활용, 장병훈 책임연구원이 ▲ESS를 활용한 발전 주파수 추종 언실러리서비스, 전북대학교 국경수ㅡ 전웅재 교수와 함께 ▲제주계통 적용을 위한 ESS 주파수제어 효과분석을 수행하고 있다. 이 외에도 건국대 박종배 교수와 함께 ▲전력저장장치 경제성 평가도 연구 중이다.

우리 정부는 현재 ESS보급과 xEV 확대를 위해 이차전지의 가격 인하와 성능향상이 필수라고 보고 다양한 형태로 지원 중이다. 특히 2011년도 2018년까지 7년간 정부출연금 1300억원을 지원하는 ‘녹색산업 선도형 이차전지 기술개발사업’을 추진 중이다. 중소중견기업이 주도하고 있는 이차전지의 소재부품 R&D를 지원해 이차전지의 경쟁력을 향상시키는 것이 목적이다.

한국산업기술평가관리원은 산업부의 위탁을 받아 동 사업을 관리하고 있으며, 한국전지연구조합이 사업단을 추진 중이다. 삼성SDI, LG화학, SK이노베이션, 에코프로, 포스코ESM, 솔브레인, 파낙스이텍, 더블유스코프 등 약 20여 기업과서울대, 남대, UNIST 등 6개 학교, 그리고 한국화학연구원, 한국전기연구원, KIST, 자동차부품연구원 4개 연구소가 참여 중이다. 세계 최고수준의 이차전지 기술확보와 산업기반조성을 통해 온실가스(CO2)저감과 환경규제에 대응하는 것을 목표로 두고 있다.

경상대 최재석 교수는 “우리나에서도 시나브로 ESS가 자리잡고 있다”며 “리튬이온전지를 활용한 ESS를 비롯 기계적 방식의 ESS를 포괄적으로 다루며 국내외 산학협력을 통해 효율성 있는 에너지저장기술 개발을 개발할 것”이라고 말했다.한편 xEV용 이차전지는 정부가 LG화학, 삼성SDI, SK이노베이션 등 생산시설을 확충한 기업들에게 시장확대를 맡기고 있는 형국이다.

일단 이들 기업은 올해 전기차 열풍이 본격적으로 불 것으로 예측돼 xEV가 시장확대 기대가 평배하고 있다. 현대차가 주행거리를 200km로 개선한 쏘울 기반 전기차를 본격 생산하고 BMW가 i3를 5월에 수입할 예정이다. 환경부 박광칠 팀장이 이끄는 전기차보급팀도 공공기관 보급 외에도 민수 보급도 속도를 낼 예정이다.

이러한 추세를 반영하듯 美아르곤 연구소가 중국 업체를 통해 개발 중인 xEV 전용 이차전지에 우리 기업도 참여하고 있는 것으로 알려졌다. 하지만 아직 EV용과 ESS용 전지는 공히 산업생태계 조성 등 정부의 전폭적인 지원이 필요한 시점이다. 업계전문가들은 “세계시장 점유율 45% 달성, 글로벌 1등 달성 위해 정부의 지속적인 지원이 필요하다“고 밝혔다.