BloombergNEF 리서치, `리튬-이온 배터리` 장주기 에너지 저장 신기술과 경쟁 직면

장주기 에너지 저장(LDES)장치에 대한 세계적 관심이 빠르게 증가하고 있다. 이는 LDES가 조만간 일부 시장에 서리튬 이온 배터리를 능가할 정도로 성장하고 여러 시장의 탈탄소화 계획이 보다 야심차게 진행됨에 따른 것이다.

BloombergNEF(BNEF)의 첫 번째 장주기 에너지 저장 비용 조사에 따르면, 대부분의 장주기 에너지 저장 기술은 아직 초기 단계에 있고 리튬 이온 배터리에 비해 비용이 높다. 하지만 일부 기술은 이미 비용을 상당 부분 낮추었거나 낮출 것으로 예상된다.

BNEF가 7개의 LDES 기술 그룹과 20개의 기술 유형을 조사한 결과, 가장 저렴한 8시간 이상 장주기 배터리는 이미 리튬 이온 배터리 보다 가격이 저렴한 것으로 밝혔다. 열 에너지 저장 및 압축 공기 저장 장치의 평균 킬로와트시(kWh)당 자본지출(CAPEX)은 각각 232달러와 293달러였다(도표 1). 한편 단기 저장에 해당하는 4시간 저장 가능한 리튬 이온 시스템의 평균 자본지출은 2023년 304달러/kWh였다.

흐름전지(flow battery)와 압축 공기 기술은 현재까지 상업적으로 가장 성공적인 기술로 향후 더욱 비용이 하락할 수 있다. LDES 기술의 비용 절감률은 대체로 보급 확산과시장 접근 경로(routes to market)에 달려있다.

BNEF는 LDES 기술이 화석 연료 발전기를 대체하고 재생에너지의 간헐성을 해결하는 데 사용되면서, 에너지 저장 장치의 충방전 시간이 향후 길어질 것으로 예상한다. LDES 기술은 전력 변환 용량 추가 없이 에너지 저장 용량을 추가할 수 있어서 리튬 이온 배터리의 경쟁 기술로 인식되고 있다. 하지만 리튬 이온 배터리는 운송 및 전력 섹터 모두에서 광범위하게 사용되고 있으며 넓은 수요에 상응해 기술 비용이 빠르게 감소하고 있기 때문에, 2020년대에 LDES 비용이 리튬 이온 배터리 비용만큼 빠르게 하락할 가능성은 낮다.

현재 중국은 압축 공기 에너지 저장, 흐름전지, 열 에너지 저장 등의 기존 장주기 기술의 비용 효율성을 선도하고 있다. 중국 외 시장의 평균 자본지출은 압축 공기 저장의 경우 68%, 흐름전지는 66%, 열 에너지 저장은 54% 더 높다.

BloombergNEF의 청정 에너지 스페셜리스트이자 본 리포트의 공동저자인 이이 저우(Yiyi Zhou)는 "이같이 상당한 비용 차이는 중국에서 광범위한 LDES 기술을 채택하고 있기 때문"이라며, "다른 국가들은 여전히 LDES 기술 상용화의 초기 단계에 있는 반면, 중국은 이미 우호적인 정책에 힘입어 기가와트시 규모의 프로젝트가 개발되고 있다"고 말했다. 저우는 "이런 경향은 특히 중국이 지난 2년 동안 기록적인 규모로 설치한 압축 공기 에너지 저장 및 흐름전지에서 두드러진다"면서 "중국의 LDES 설치율은 놀라울 정도"라고 덧붙였다.

낮은 비용에도 불구하고 중국 내 LDES 기술은 중국에서 생산되는 세계에서 가장 저렴한 리튬 이온 배터리와 경쟁하는 데 어려움을 겪을 수 있다. 천연동굴에 압축 공기를 저장하는 것(natural cavern-based compressed air storage)과 같은 소수의 LDES 기술만이 오늘날 단위 당 자본비용 측면에서 리튬 이온 배터리를 능가할 수 있다.

반면 LDES 기술은 리튬 이온 배터리가 비싼 중국 외 시장에서 리튬 이온 배터리 대비 경쟁력이 높을 수 있다.

BloombergNEF의 에너지 저장 부문 선임 어소시에이트이며 이 보고서의 공동 저자인 에벨리나 스토이코(Evelina Stoikou)는 "중국 외 지역의 LDES 기술 비용이 더 높은건 사실이나, 미국과 유럽은 자체 산업을 발굴하고 투자해 기술 혁신과 보급을 추진할 기회가 있다"고 말한다. "중국 외 시장은 중국에 비해 흐름전지, 압축 공기, 압축 가스, 열, 중력 및 신형 양수발전의 하위 기술을 포함한 더 많은 유형의 광범위한 기술을 개발하고 있다"고 덧붙였다. 스토이코는 "야심찬 청정 에너지 목표, 리튬 이온 배터리 비용 증가 및 리튬에 의존하지 않는 대체 기술 개발 노력에 미국 및 유럽 시장이 관심을 보이고 있다"고 덧붙였다.

저장시간, 프로젝트 규모 및 위치는 모두 LDES 자본지출에 큰 영향을 미친다. 중량을 충전 시 상승시키고 방전 시떨어뜨리는 중력 에너지 저장 시스템의 평균 자본지출은 643달러/kWh로 가장 비싸다.

기술의 지속적인 발전 및 보급 경험으로 이러한 장주기 애플리케이션 저장 장치의 실현 가능성 및 성능이 더욱 향상될 것이다. 우호적인 정책과 지원책은 기술의 빠른 보급과 상업화에 필수적이다.

이상훈기자 am8523am@dt.co.kr