올겨울 예년보다 춥고 긴 혹한이 예고되어 전력수요의 급증이 예상되고 있는 가운데, 지난 ‘9.15 대정전’ 사태가 재연되지 않도록 전력관리에 대한 관심이 집중되고 있다. 전력난을 극복하기 위해서는 발전시설의 증설 못지 않게 지능형 전력망(스마트 그리드)을 만들어 전력관리의 패러다임을 바꿔주어야 한다.
지능형 전력망에는 생산된 전력이 소비되지 않을 때 저장하고, 전력이 필요할 때 즉시 제공할 수 있는 에너지 저장 장치(Energy Storage System. 이하 ‘ESS’라 함)가 필수적이다. 풍력, 태양력에서 얻어진 전력을 저장하여 효율적으로 공급하는 대용량 시스템에서부터 가정·회사에서 값싼 심야 전기를 이용해 전력을 저장하여 피크 타임 때 사용하는 소용량 시스템에 이르기까지 ESS는 지능형 전력망에서 심장 역할을 하는 중요한 장치이다. ESS 시장은 일부 선진국을 중심으로 2010년 약 2조원 정도의 초기 시장이 형성된 상태이며, 2020년 약 47조원, 2030년에는 약 120조 수준에 달할 것으로 전망된다. (첨부 1, 2 참조)
세부적인 ESS 기술을 살펴보면, 대용량 리튬2차전지, MWh급 이상의 대용량화에 유리한 레독스 흐름 전지(전해액 내의 이온의 산화 환원 전위의 차를 이용한 전지), NaS(나트륨 황) 전지, 미래기술로 금속 공기 전지기술 및 이러한 전지를 제어하기 위한 BMS(Battery Management System;전지제어시스템)기술이 있다.
특허청(청장 이수원) 자료에 의하면, ESS에 관한 특허출원은 2001년부터 2010년까지 모두 944건에 달하는데, 특허출원 추이를 연도별로 보면 2005년에 급격히 증가한 후 매년 140여건이 꾸준히 출원되고 있는 것으로 파악됐다. (첨부 3 참조)
이 중 대용량 리튬2차전지 특허출원 비중이 66%로 가장 높았으며, 그 다음은 BMS 기술이 18.5%를 차지하는 것으로 나타났다. 출원인별로 보면 세계 리튬2차전지 시장에서 1위, 3위를 차지하고 있는 삼성SDI, LG화학이 ESS용 리튬2차전지 출원건수에서도 서로 순서를 바꿔 LG화학이 1위, 삼성 SDI가 2위를 차지하고 있어 전기자동차 분야에서 쌓은 경험을 십분 활용하고 있는 것으로 보인다. (첨부 4 참조)
레독스 흐름 전지분야에서는 2009년부터 삼성, 에너지기술연구원 등의 국내출원인이 전극쌍, 전지 시스템에 대한 기술을 중심으로 출원을 늘리고 있는 추세이고, NaS 전지 분야에서는 내국인의 특허 출원이 거의 없다가 2009년에 효성이, 2010년에는 포스코가 출원을 시작하였고 특히, 포스코는 2010년 NaS 전지의 개발에 성공하였다고 발표한 바 있다. (첨부 2 참조)
BMS분야는 삼성 SDI, SB리모티브, LG화학, 현대자동차의 출원이 65%이상의 출원을 차지하고 있어, 국내기업의 관련 기술개발이 활발히 이루어지고 있음을 알 수 있다.(첨부 5 참조)
현재 수MWh급에 머무르고 있는 ESS가 저장용량이 정전사태를 막을 수 있는 수준인 수백 MWh급으로 적용되기 위해서는 중장기적으로 가격·수명·저장 용량 등에서 획기적인 개선이 가능한 새로운 방식의 전지 기술이 필요하며, 이러한 미래 기술로는 금속 공기 전지가 가장 가능성이 큰 것으로 전문가들은 보고 있다.
특허청에 따르면, 금속 공기 전지 분야에서는 2008년까지 출원이 미미하였으나 2009년부터 해마다 10건 이상씩 출원되어 관련 기업들이 기술 개발에 박차를 가하고 있는 것으로 나타났다. (첨부 6 참조)
한편, 특허청 관계자는 ESS가 지능형전력망에 연계하여 제주 스마트그리드 실증단지에서 kWh급 가정용 및 수 MWh급 규모의 변전소용으로 실제 적용되고 있을 뿐만 아니라, 지능형전력망 시장 확대에 따른 ESS 관련 산업의 폭발적인 성장세와 전력대란을 막을 수 있는 중요한 기술로서 ESS가 가지는 가치를 생각해보면, 국내 업체의 산·학·연 협력강화를 통한 전략적인 기술개발 추진 및 원천기술 특허권 확보가 시급한 것으로 보인다고 지적했다.
<붙임> Energy Storage System의 개념도 등
<문의> 특허청 환경에너지심사과 조수익 사무관(042-481-5893)
<정리> 특허청 대변인실 황예원
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