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제목 | 축적 에너지가 담당하는 새로운 산업과 사회 인프라 (일본) | ||
자료분류 | 산업기초정보 | 국가명 | 일본 |
산업분류명 | 에너지,광업>에너지 | ||
언어 | 일어 | 원문자료량 | 22 쪽 |
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원문자료작성일 | 2012.12 | 자료등록일 | 2012.12.06 |
작성자 | 해외산업r19 | 읽음 | 17 |
자료출처 | 신금중앙금고 | ||
<축적 에너지가 담당하는 새로운 산업과 사회 인프라 (일본)>
□ 머리글 - 우리의 삶을 지탱하는 가장 중요한 에너지인 전기는 순간 소비성 (= 저장 곤란성)과 낮은 수급 탄력성 (소비 컨트롤 및 발전 설비 신설의 기동력이 낮음)이라는 성질이 있음. 이 중 순간 소비성 (= 저장 곤란성)은 전기 공급에 큰 제약을 주어 왔음. 즉, ① 예상 수요량에 따른 실시간 전력 (동시 동량)이 필요하여 잉여 전력이 발생한다, ② 최대 수요에 맞춘 발전 설비를 항상 유지하는 필요성이 있어 연간을 통하면 약 절반의 발전 설비가 가동하지 않는다는 점 등임. 이러한 낭비를 없애고 신 재생 에너지 등 새로운 에너지의 도입과 에너지 이용 효율화를 실현하기 위한 기술 분야가 이른바 '축적 에너지'임.
□ 전기를 축적하는 기술 ○ 전지와 전지 산업의 개요 - 전지는 전기를 축적하는 방법에 따라 크게 ① 화학 전지, ② 물리 전지, ③ 생물 전지로 나뉨. 이른바 건전지는 화학 전지에 해당. - 화학 전지는 기본적으로 한 사이클의 방전이 끝나면 사용할 수 없게 되는 1차 전지와 방전과 충전을 반복하여 몇 사이클이든 사용할 수 있는 2차 전지 (축전지)로 나뉨. 일차 전지의 대표적인 것으로는 각종 리모콘이나 손전등 등에 이용되는 알칼리 망간 건전지가 있음. 그 밖에도 시계 등에 사용되는 단추형 산화은 전지 등이 일차 전지임. 시장 규모로는 2011년의 1차 전지 전체의 연간 일본 국내 생산이 약 28억 개, 877억 엔에 이르고 있음. 한편, 이차 전지의 대표적인 것으로는 자동차에 사용되는 납 축전지 외에 노트북이나 디지털 카메라, 휴대 전화 등에 사용되는 리튬 이온 전지 (주로 소형 가전)가 있음. 시장 규모로는 2011년의 이차 전지 전체의 연간 일본 국내 생산이 약 16억 개, 5,337 억 엔에 달하고 있음. - 물리 전지의 대표적인 것으로는 최근 급속하게 시장이 확대되고 있는 태양 전지가 있음. 태양 전지는 빛 에너지를 직접 전기로 변환하는 것인데, 엄밀하게는 전기를 축적하는 것은 아님. 시장 규모로는 2011년 태양 전지의 연간 일본 국내 생산이 약 5억 개, 3,109억 엔, 태양 전지 모듈 (셀을 조합한 패키지)이 동 1,330만 장, 3,630억 엔임. - 전지의 성능을 비교할 때 중요한 지표로 에너지 밀도가 있음. 당연히 이 값이 클수록 효율적인 전지라고 할 수 있음. 또한 원재료의 조달 비용 (= kW 단가) 및 전압의 크기 등에 따라 사용되는 축전지 종류와 구성이 다름. 또한 이차 전지만 놓고 보면, 사이클 수명 (충 방전 가능한 횟수)과 메모리 효과 등의 현상도 성능을 비교하는 데 중요함.
○ 생활에 관련된 새로운 축전 기술 - 지금까지 축전이라 하면 소형 ‘건전지’ 이외의 것은 좀처럼 이미지화하기 어려웠음. 본고에서도 주로 건전지나 이와 유사한 기술 · 제품에 대해 언급해 왔음. 그런데 최근 소형 ‘건전지’와는 다른 이용 형태 · 규모 · 사양의 축전 기술이 우리 생활의 가까운 곳에 도입되기 시작하고 있음. - 가장 주목도가 높은 축전 관련 제품이 차세대 자동차로써 급속히 시장이 확대되고 있는 EV · PHV임. 이 자동차는 동력용 에너지원으로 각종 고성능 축전지가 탑재되어 있으며, 수 ~ 20kWh 전후의 전기를 저장할 수 있음. 또한 리튬 이온 배터리도 저가격화 · 대형화됨에 따라 가정용과 업무용, 산업용으로 판매되고 있음. 이 축전지를 사용하는 장점은 주로 저렴한 심야 전력의 활용과 낮의 피크 컷에 의한 전력 이용의 효율화 · 비용 절감임. - 한편, 2009년부터 본격적으로 출시된 에너지 팜 (연료 전지)과 고정 가격 매입 제도로 급속히 보급되고 있는 태양 전지도 축전과 마찬가지로 소비자가 전기 사용을 제어하는 기술 · 제품으로써 향후 보급이 예상되고 있음.
□ 축적 에너지에 기대되는 역할 ○ 산업 · 사회 인프라로서의 축적 에너지 - 축전지의 주요 용도로는 자동차와 고정용이 있음. 이 중 자동차는 앞장에서 언급한 바와 같이 EV · PHV 등 차세대 자동차의 동력원으로 탑재되는 것이지만, 가정에서 비상용 전원 등으로써의 역할도 기대되고 있음. 또한 스마트 하우스와의 네트워크화에 따른 에너지 효율 향상과 ITC 기술을 이용한 새로운 네트워크 서비스의 창출도 진행되고 있음. - 고정용은 가정이나 빌딩 등의 상업 시설, 공장, 공공 시설, 방재 거점으로써의 활용 외에 전력 계통의 안정화 및 백업을 목적으로 한 도입도 주요 용도로 상정되고 있음. 특히 전력 계통용은 재생 가능 에너지 전량 고정 가격 매입 제도 도입에 따른 태양광이나 풍력 등의 불안정한 전원 도입 확대에 대한 대응책으로 주목 받고 있음. 또한 이용 방법 (설치 장소)에 따라 축전지에 요구되는 성능은 다름.
○ 분산형 전원 (신 재생 에너지)의 보급을 위한 기반 - 2012년 7월부터 시행된 신 재생 에너지 전량 고정 가격 매입 제도에 따라 다양한 규모의 태양광 발전 설비 도입이 급속히 진행되고 있음. 또한 풍력 발전에 대해서도 각지에서 개발 계획이 세워져 육지뿐만 아니라 해상에서의 개발에 대해서도 국가의 실증 실험이 시작되고 있음. 이들 발전 설비는 기존의 화력 발전소나 원자력 발전소처럼 발전 효율 (생산성)을 우선한 대규모 집중형 입지가 아닌 자원적인 혹은 소비적인 효율성을 감안한 중소 분산형 입지임. 한편, 태양광이나 풍력에 의한 발전은 자원 (일조량이나 풍량)에 불균형이 있어 발전량의 자연 변동이 커짐. 이와 같은 불안정한 전원이 대규모로 계통적으로 연결되면, 계통의 안정성을 해칠 우려가 있음. 이러한 신 재생 에너지의 특징 및 과제를 잘 컨트롤하기 위해 축전 기술의 이용이 필수적이 되고 있음. 구체적으로는 ① 출력의 평준화 (대형 축전지를 이용하여 계통에 흐르는 전기의 양을 조절함), ② 잉여 전력의 저장 (소비지를 한정한 경우에 생기는 잉여 전력을 저장하고 최적의 전기 사용을 도모함.) 등의 기능이 기대되고 있음.
○ ‘스마트’ 에너지 이용을 실현하는 핵심 장치 - 축전 기술에는 일반 전력 이용 면에서도 새로운 역할이 기대되고 있음. 구체적으로는 ① 수요 측의 전력 소비 억제 (피크 컷) 및 소비 시간 전환 (피크 시프트), ② 정전시 백업 대책이라는 두 가지임. - 지금까지 전력 수급은 수요에 공급이 일치하는 동시 동량 (공급)으로 이루어져 왔음. 이것은 수급 쌍방에 전력 소비를 최적화하고 최소화하는 인센티브가 별로 없어 쌍방의 탄력성이 부족했기 때문임. 하지만 최근의 전력 공급 불안 등을 배경으로 수급 쌍방에 전력 소비의 최적화 · 최소화를 도모하는 일정한 장점이 생기게 되었음. 수요 측면에서 상승하는 전력 가격의 억제, 공급 측면에서 원자력 발전 중단에 따른 공급 부족에 대한 대응 및 대체 전원인 화력 발전의 가동률 상승에 따른 비용 부담의 증대 해결임. 이러한 변화를 배경으로, 피크 컷과 피크 시프트의 효과가 지적되게 되었음. 그 수단으로, ① 스마트 미터 도입에 의한 전력 소비의 가시화, ② 재생 가능 에너지에 의한 신 에너지, ③ 축전지 설치에 의한 전력 소비의 최적화 등을 들 수 있음. - 당연히 개별 시책에 따라 일정한 효과를 기대할 수 있는데, 이들을 네트워크화하고 복합적으로 운용하는 시스템으로 주목 받고 있는 것이 EMS (Energy Management System)임. 이 EMS를 가정 (HEMS)이나 빌딩 (BEMS)에 도입하여 시설마다의 에너지 이용을 최적화할 수 있음. 이러한 각종 EMS를 도시 및 지역 사회 단위로 통합한 것이 이른바 스마트 시티 스마트 커뮤니티임.
○ 에너지 인프라 (비상용 전원 등)의 역할 - 축전지에 기대되는 중요한 역할 중 하나로서 비상용 전원이 있음. 지금까지 정전이나 유사시에는 사업자라면 디젤과 가스에 의한 자가 발전 설비의 가동, 가정에서라면 손전등 등의 배터리를 에너지원으로 하는 기기로 그 상황을 모면한다는 대응이 한계였음. 이러한 가운데 가정용 및 산업용 대형 축전지가 시판될 수 있게 되어 비상용 전원으로써의 활용이 가능해졌음. 또한, 각 자동차 메이커는 비상시 등에 EV · PHV에서 가정으로 전기를 공급하는 기능과 장비를 출시하기 시작했고 가정의 새로운 백업 전원으로 기대를 모으고 있음. - 한편 지자체에서는 방재의 관점에서 축전지를 도입하는 움직임이 향후 본격화될 것으로 보임. 구체적으로는 방재 거점 및 공공 시설에 태양광 발전 설비 등 신 재생 에너지 발전 설비와 병설하고, 비상 전원으로 활용하는 등의 패키지가 상정됨. 실제 환경부의 재생 가능 에너지 도입 관련 예산 (이른바 '그린 뉴딜 기금’ 등)의 대상 자치 단체에서는 이러한 비상용 전원 패키지의 도입이 구체적으로 계획되어 있어 상당한 규모의 시장이 출현할 것으로 생각됨. - 이처럼 대형화 · 대용량화가 진행되고 있는 축전지 관련 기술은 사회 인프라로서의 기능과 새로운 산업 기반으로서의 기능이 기대되고 있으며, 이러한 변화는 일본에서도 서서히 나타나기 시작하고 있음.
□ 마무리 - 본 고는 ‘축적 에너지'라는 새로운 산업 · 사회 인프라의 맹아를 파악하여 중장기적인 구조 변화 가능성에 대해 언급해 왔음. ‘축전 ≒ 건전지’라는 기존 개념을 넘어 바로 혁신이 일어나려 하고 있는 것이 이 ‘축적 에너지’ 분야임. 그 역할은 생활이나 사업 활동 등 다양한 장면에서 에너지와 새로이 교제하는 방법을 지원하는 존재라고 할 수 있음. 이는 ‘축적 에너지’가 ‘신 에너지’, ‘에너지 절약’을 포함한 에너지 관리를 통합하는데 핵심 기술 및 키 디바이스임을 의미함. 이처럼 사회 인프라로서의 역할이 기대되는 ‘축적 에너지’ 기술은 각 방면에서 앞으로 서서히 정비가 진행될 것으로 보임. 이러한 5년, 10년 후의 사회 변화를 내다보고 이미 시장은 움직이기 시작하였고 중소기업 입장에서도 큰 비즈니스 기회가 될 것은 상상하기 어렵지 않음.
<목 차> 머리글 1. 전기를 축적하는 기술 (1) 전지 개발의 역사 (2) 전지와 전지 산업의 개요 (3) 생활과 관련된 새로운 축전 기술 2. 에너지 저장에 기대되는 역할 (1) 산업 • 사회 인프라로서의 에너지 저장 (2) 분산형 전원 (신 재생 에너지)의 보급을 위한 기반 (3) ‘스마트’ 에너지 이용을 실현하는 핵심 장치 (4) 에너지 인프라 (비상용 전원 등)의 역할 3. 에너지 저장 분야와 관련된 기업 및 지자체의 노력 (1) 기업 편 (2) 지방자치단체 편 마무리 |