에너지 자립 가능한 마이크로그리드 시장 확대

세계적으로 환경문제와 재생에너지에 대한 관심이 높아지면서 마이크로그리드 시장은 큰 폭으로 상승할 것으로 예상된다. 신재생 에너지원과 에너지저장장치가 융복합된 마이크로그리드가 가정용뿐만 아니라 병원, 군사기지 등 다양한 시설에 구축될 전망이다. 

국내에서도 그 열기가 뜨겁다. 전기 에너지 분야 국내 싱크탱크인 한국스마트그리드 협회, 한국전기연구원 등은 관련 산업에 대한 기반 다지기에 주력하고 있다. 또한 산업부를 비롯한 코트라 등 정부 협단체도 해외 선진모델 연구에 박차를 가하고 있다. 이들이 발표한 보고서를 통해 그 내용을 자세히 살핀다.

 

마이크로그리드는 스마트그리드의 일종이다. 재생에너지를 사용해 학교·병원 등소규모 지역에서 에너지를 제공하는 전력체계로서 에너지 저장 시스템을 통해 전력 품질 및 공급 안정성을 확보한다. 또한 소규모 발전 시스템을 이용해 에너지 생산하며 남은 에너지들을 다른 곳에 쓸 수 있어 에너지의 효율성 및 위기상황에도 안전하게 전력을 제공하는 기술이다. 

전력융합산업의 핵심으로서 마이크로그리드는 수요자와 공급자가 균형을 유지하고 새로운 유형의 고용창출을 유도하는 신산업이다. 에너지 공급자의 일방적인 공급·과금 구조에서 공급자와 소비자 간의 쌍방향 소통 및 합리적 관리 체계로 전환되고 있다.

마이크로그리드 시장전망

산업부가 발표한 자료에 따르면 세계 마이크로그리드 시장규모는 2013년 83억 달러에서 2020년에는 400억 달러로, 매년 25%씩 급성장할 전망이다. 이후 연평균 12%로 성장해 2025년엔 697억 달러에 이를 것으로 보인다. 

전기안전연구원의 안종보 책임연구원도 스마트그리드와 재생에너지 통합에 있어 가장 중요한 기술로 마이크로그리드는 2013년 시장 점유율 81%에서 2020년에는 90%를 넘어선 다고 전망했다. 세계 에너지 사용량 급증으로 에너지 자원이 고갈됨에 따라 재생에너지에 대한 관심이 지속적으로 증가하고 있다.

유럽연합(EU)은 전력 거래 활성화 목표로 마이크로그리드 보급사업으로 38억 유로를 투자하고 277개 이상의 실증 및 보급사업을 추진한다. 한국은 저탄소 녹색성장 기반조성 목표로 마이크로그리드 기술을 개발하고 보급사업을 추진한다. 

미국은 공장, 캠퍼스, 병원, 군사시설 등을 중심으로 마이크로그리드 시설을 확대해 나가고 있다. 현재 12개의 군사시설이 마이크로그리드 사업에 참여하고 있으며, General Electric(GE), Boeing 등 다양한 기업이 마이크로그리드 기술개발 및 사업에 참여한다.

특히 미국 캘리포니아 주는 미국 내에서도 신재생에너지 및 마이크로그리드 선도 지역이다. 캠퍼스, 군사지역 및 민간시설에도 마이크로그리드 사업을 추진하고 구축 중에 있다. 캘리포니아주 에너지 위원회는 마이크로그리드 시설 구축 및 개발에 26억 달러를 지원한다.

미국은 Grid 2030의 지원 정책을 발표했다. 2030년까지 45억 달러를 투자해 캠퍼스, 군사시설 등 점차적으로 마이크로그리드를 구축할 예정이다. 

또한 GTM Research, Navigant Research 등에 따르면 2015년~2020년 사이 미국의 마이크로그리드 시장규모는 3.5배 증가해 누적투자금 35억 달러, 설비용량이 총 2.8GW에 이를 전망이다(그림 1). 

▲ 그림 1. 미국 마이크로그리드 시장 잠재력(2015~2020년)

미국은 2010년에 ESS 설치 의무화 법안을 제정했으며, 500W~1MWh 가정용 및 중대형 ESS 설치 시 투자세액 30% 감면 등 다양한 혜택을 제공한다. 블룸버그 뉴에너지 파이낸스(BNSF)에 따르면 2040년까지 화석연료 32%로 감소, 신재생에너지 비중 54%까지 확대될 것으로 예상된다. 1990년대 전기 발전의 52%를 차지했던 화석연료, 2040년 32%로 지속적 사용이 감소될 전망이다. 향후 화석연료 대체를 위해 천연가스, 재생에너지 사용 비중은 35%, 16%로 증가할 전망이다(그림 2).

▲ 그림 2. 주요 에너지원 비중 변화 예상치

구성요소별 시장분석

전자적 스위치기어는 기기의 컨트롤, 측정, 보호, 변환, 전동모터구동 시스템 등의 융합이다. 브라질, 중국, 인도 등 이머징 마켓에서 가장 급격하게 수요가 증가할 것으로 예상돼 2014년~2022년 연평균복합성장률(CAGR) 비율은 30.33%이다.

ESS 시장 트렌드는 그리드기반에너지 저장장치의 수요가 증가할 것으로 예상됨에 따라 향후 몇 년간 마이크로그리드 에너지 저장장치는 지속 성장세가 전망된다. 전체 저장장치의 2022년까지 CAGR은 21.09%이다.

배터리 부문의 연구가 계속해서 진행 중이며 리튬이온 배터리가 가장 많은 성장세를 보일 것으로 예상돼 전체 배터리의 성장세는 CAGR이 21.21%로 집계된다.

플라이휠(FLYWHEELS) 시스템은 최근에 많은 투자가 진행되고 있다. 현재 복합 로터, 자기 베어링 및 고급 전력 전자, 고속플라이휠 에너지저장 등을 포함하고 있다.  현재 성숙중인 기술로 고성장이 예상되는 마이크로그리드 기술이다. 이밖에 다른 타입의 저장소 기술로 SMEs와 슈퍼 캐패시터 기술이 있으며 이 기술들은 현재 더 많은 조사와 발전이 필요한 상황이다.

마이크로그리드 스마트미터는 그리드 부하의 에너지 사용량을 모니터링함으로써 전력품질에 중요한 역할을 한다. 현재 대규모 주거 및 상업용 건물에 상용전원 및 마이크로그리드의 개발에 이용된다. 시장규모는 지속적으로 증가해 CAGR이 25.25%에 이를 전망이다.

마이크로그리드의 그리드 타입별 시장분석

마이크로그리드는 외부의 대규모 전력계통에 연게하거나 독립적으로 운전할 수 있다. 계통 연계형은 대규모 수용가, 아파트, 산업단지, 유통상가 등에 활용되며 독립형은 도서지역 또는 송·배전망이 없는 격리지역에 적용된다. 마이크로그리드 시장에는 타입별로 계통연계, 독립운전, 하이브리드 타입으로 나눠진다(그림 3).

▲ 그림 3. 마이크로그리드의 세 가지 그리드 타입

계통연계 마이크로그리드는 주택 등 작은 영역뿐 아니라군사 시설 등 넓은 영역에 활용이 가능하다. 동력 전달은 메인 그리드에 의존하기 때문에 부분적 그리드에 대한 손상이 전체 네트워크의 정전을 초래할 위험이 있다. 계통연계 마이크로그리드 시장을 위한 캠퍼스·기관 응용 프로그램이 2013년에 약 1,100만 달러로 가장 큰 부분을 차지했고, 상업 부문이 20.02%의 가장 높은 CAGR로 성장할 것으로 예상된다.

국방부문 계통연계 마이크로그리드 시장에서 북미 전력망은 전력을 대량으로 생산하고 긴 거리에 걸쳐 전력을 전송하는 장거리 고압 송전선을 사용한다. 미군은 마이크로그리드의 사용을 점차 늘려나가고 있다. 미 국방부는 이를 기반으로 신재생에너지 발전, 전기자동차 수요 충족을 위한 독립적인 마이크로그리드 네트워크를 구축해 연료 운송비용 및 기타 비용을 절감한다. 

풍력발전기는 일반적으로 유도 발전기를 사용할 때, 소스 전압 및 주파수 제어 문제로 인해 소형 풍력 시스템을 마이크로그리드에 적용하지 않는다. 아시아태평양 지역에서 가장 큰 성장이 예상되며 기타지역에서도 고르게 성장해 CAGR은 31.70%에 이를 것으로 전망된다.

캠퍼스·기관의 계통연계 마이크로그리드 시장에서 북미는 2013년 기준 가장 큰 시장이지만, APAC 지역이 2022년까지 연평균 28.29%로 가장 빠른 성장률을 보일 것으로 예상된다. 북미에서는 정부, 기업, 교육 기관에 안정적인 에너지를 확보하기 위해 마이크로그리드 기술을 모색 중이며, 대학의 에너지 절감 프로젝트를 통해 에너지 소비를 50% 줄이고 에너지 비용의 약 20%를 절약한다.

상용부문 계통연계 마이크로그리드 시장에서 북미는 2013년에 가치가 가장 높은 시장 규모를 차지해 2022년까지 약 1,500만 달러에 달할 것으로 예상된다. 신뢰성과 보안 측면뿐만 아니라 수익 창출과 비용 절감 측면에서 장점이있다. 2014년과 2022년 사이에 14.63%의 CAGR로 성장이 예상된다.

그리드에 연결 불가능한 경우 독립운전 마이크로그리드를 사용할 수 있다. 이를 통해 전력을 저장할 수 있고 정전의 경우에는 자체적으로 전원을 관리할 수 있다. 지속적인 전력 공급을 제공하면서 전기 요금을 줄일 수 있기 때문에 캠퍼스·기관이 대규모 독립운전으로 전환하고 있다. 2022년까지 약 1,100만 달러 규모로 성장할 것으로 예상된다.

국방부문 독립운전 마이크로그리드 시장에서 군사 기지의 그리드 시스템은 언제든지 전력을 제공할 수 있어 군사 방어를 위해 요구된다. 북미는 거대한 군사 방어 네트워크가 있어 독립운전 마이크로그리드 시장을 선도하고 있다. 2014년부터 2022년까지 14.27%의 CAGR 성장이 전망된다.

캠퍼스·기관의 독립운전 마이크로그리드 시장에서 최근 자연 재해와 기상 이변의 증가는 마이크로그리드 및 전원 백업 솔루션에 큰 영향을 미치고 있다. 북미의 시장이 가장 큰 비중을 차지하고 있으며, APAC은 2014년과 2022년 사이에 27.03%의 최대 CAGR 성장이 예상된다.

국방 및 군사 응용을 위한 하이브리드 마이크로그리 시장에서는 국방과 군사 응용을 위한 하이브리드 마이크로그리드 시장도 미국이 주도하고 있으며, 2014년부터 2022년까지 4.82%의 CAGR로 성장할 것으로 예상된다.

상용 응용을 위한 하이브리드 마이크로 그리드 시장에서 북미는 가장 큰 시장이며 13.74%의 CAGR로 성장할 것으로 예상된다. 유럽 지역은 2014년부터 2022년까지 16.75%의 최대 CAGR로 성장할 것으로 보고있다.

마이크로그리드의 소비패턴별 시장분석

마이크로그리드의시장은 소비 패턴별로 대도심, 중소도시, 시골 및 섬으로 분류된다(그림 4). 대도시는 에너지 수요가 증가함에 따라 도시의 에너지 안보와 안정성 확보가 요구된다. 안정적인 전력 수요의 증가는 병원, 호텔, 제조 설비 및 전원 시스템의 전원 요구 사항 및 방재 또한 요구된다. 열병합 발전 시스템은 에너지 효율 개선에 도움이 되므로 전기 및 열에너지를 대량으로 필요로 하는 고객에게 이상적이다.

▲ 그림 4. 마이크로그리드의 세 가지 소비패턴

중소도시 지역은 재생에너지원 전력 발전을 위한 인프라가 부족해 화석연료 등 전통적인 동력원에 의존하고 있어, 신재생에너지 채택과 마이크로그리드 기반 발전 프로젝트를 진행하기가 어렵다. 시골 및 섬 지역에서 발생하는 전력전송과 그리드 연결의 문제를 독립운전 마이크로그리드 시스템을 통해 해결한다.

마이크로그리드의 지역별 시장분석

북미는 미국과 캐나다가 마이크로그리드를 주도하고 있고 충분한 개발 정책이 수립되어 있어 북미는 마이크로그리드 프로젝트를 위해 세계에서 가장 유망한 시장이다. 자금 조달 프로그램은 지역의 마이크로그리드 개발을 지원하기 위해 미국과 캐나다 정부에 의해 도입됐다. 세계 마이크로그리드의 시장은 북미에 편중되어 있으며, 약 62% 비중을 차지한다.

유럽은 전력사업과 규제로 송전, 배전 및 사용 효율을 증가 시키는 등 에너지 자급을 달성, 온실 가스 배출을 줄인다. 아시아태평양(APAC)은 에너지, 특히 전력 수요가 선진국에 비해 기존의 전력망의 확대 속도보다 빠르게 증가하고 있다. 

현재의 시장 점유율은 낮지만 APAC 신흥 경제이며, 특히 중국의 성장은 마이크로그리드 시장에 큰 영향력이 예상된다.

아시아태평양 지역의 다양한 경제는 이 지역을 위한 마이크로그리드 기술과 실천의 개발을 위한 대규모 플랫폼 역할을 한다.

주도국으로는 중국, 일본, 한국, 러시아, 인도, 호주, 뉴질랜드 등이 있고, 기타지역으로는 주로 라틴 아메리카, 중동, 아프리카가 마이크로그리드 시장을 구성하거나 성장할 가능성이 있다.

라틴 아메리카의 마이크로그리드 시장은 크고, 최근에는 독립운전 마이크로그리드 기반의 전력 공급이 늘어나는 추세다. 고립된 지역에 안정적인 전력 공급을 보장하기 위해 더 많은 독립운전 마이크로그리드를 활용할 수 있다.

안정적인 에너지원에 대한 요구가 높아지고 있어 지역 마이크로그리드 시장이 활성화될 것으로 기대된다.

마이크로그리드 시장의 전망 및 시사점

마이크로그리드 시장은 큰 폭으로 상승할 것으로 예상된다. 국내에서는 울릉도 에너지 자립 섬, 서울대 캠퍼스 마이크로그리드를 추진했고, 캐나다, 미국, 인도 등 대형 에너지 소비국과 에너지신산업 협약을 통해 해외시장 수출에 박차를 가하고 있다. 

특히, 미국 메릴랜드주에서 미국 주 정부와 최초로 MOU를 체결하며 우수한 한국 기술을 수출할 수 있는 발판을 마련했다. 

또한, GE The Southern Company 등 대형 에너지 회사와 계약을 통해 국내 기업의 수출 계기가 됐다.

정부는 2조 5000억을 투자해 에너지저장장치(ESS), 에너지신산업의 핵심기술 확보했고, 해외시장 개척 등의 지원을 약속했다. 지속적인 정부의 관심과 지원을 통해 핵심부품 및 소재 기술 분야 발전, 기술 고도화와 수입의존 문제 해결이 핵심이다.

지역에 따라 수출 공략 대상에 집중해 마이크로그리드에서 핵심적인 부분인 ESS의 개발과 발전을 통해 핵심부품 수입에 대한 의존을 줄이고 자체 기술 개발이 필요하다. 미국뿐 아니라 개발도상국 비전력화 지역에 수출 전략도 절실하다. 또한, 재생에너지에서 발생할 수 있는 변동성 대처 방안 기술도 요구된다. 

정리: 김연주 기자(eltred@hellot.net)