천쉐완 陳雪婉 <차이신주간> 기자

▲ 중국 푸젠성 진장에 있는 퉁린 리튬이온 에너지충전소. 2020년 1월 전력계통 연결에 성공한 이 충전소 에너지시스템 통합 작업은 중국의 대표적인 배터리 업체 CATL이 수행했다. CATL 누리집

2021년 9월14일 상하이증권거래소와 중국증권지수는 10월15일부터 중정에너지저장지수를 발표한다고 밝혔다. 상하이와 선전 주식시장의 에너지저장 관련 배터리와 전력변환장치(PCS), 시스템통합 분야 30개 상장사의 주가를 표본으로 산출한다. 2021년 들어 증시에서 에너지저장 분야 주가가 눈에 띄게 올랐다. CATL(寧德時代)과 양광(陽光)전원, 커화데이터(科華數據) 등 관련 기업의 주가가 2배로 뛰었다.
이런 열기 속에서 에너지저장설비 규모가 폭발적으로 늘었다. 2021년 상반기 10기가와트(GW)가 넘는 신형 에너지저장설비가 설치돼 전년 동기 대비 600% 늘었다. 에너지저장이란 이름 그대로 필요할 때 사용하기 위해 에너지를 모아두는 것을 말한다. 전기화학, 공기압축, 용융염 에너지저장 등의 방법이 있다. 일상생활에서 사용하는 보조배터리부터 전기자동차 동력 배터리, 발전소의 초대형 배터리팩까지 모두 에너지저장 범주에 속한다.
‘2030년까지 탄소배출량의 정점을 찍고 2060년까지 탄소중립을 실현한다’는 목표 아래 에너지저장 산업은 신형 전력체계 가치사슬을 연결하는 핵심 열쇠로 평가받는다. 신형 전력체계는 무엇을 말할까? 중국의 ‘제14차 5개년 규획(2021~2025년)’에서 개념과 목표를 제시했다. 신에너지가 중심인 전력체계다. 2030년까지 비화석에너지가 1차 에너지소비에서 차지하는 비중을 25%까지 늘린다. 풍력과 태양광 발전설비 용량은 1200억GW 이상으로 늘어 2020년 말 대비 126%로 올리는 것이 목표다. 2030년 계획에서 전국 발전설비 전체 용량 목표는 설정하지 않았다. 2020년 말 발전 용량(2200GW)을 기준으로 계산하면 10년 안에 풍력·태양광 발전이 절반 넘게 차지해야 한다.

신형 전력체계
신재생에너지 중심의 전력 목표를 실현하려면 에너지저장 산업이 이른 시일 안에 성장해야 한다. 풍력·태양광 발전 비중이 늘면서 전력망의 부하관리와 주파수 조정 수요가 커졌고, 에너지저장 분야가 핵심 문제로 떠올랐다.
산업 동향을 기준으로 중국 신형 에너지저장 산업은 전환기에 있다. 기술의 안전성과 경제성 문제를 해결하는 것이 시급하다. 7월23일 국가발전개혁위원회와 에너지국은 지도 의견을 발표해 2025년까지 상업화 초기에서 규모의 성장 단계로 넘어가야 한다고 지적했다. 앞으로 4년 남짓 남았다. 지도 의견에 따르면 2025년까지 신형 에너지저장 설비 규모를 30GW까지 늘려야 한다. 2020년 말의 8배다. 또 2030년까지 전면 시장화가 필요하다.
2019년 말부터 발전 쪽, 즉 재생에너지원에 저장설비를 설치하는 방법이 전국으로 확대됐다. 20여 성정부가 이를 독려하거나 강제하는 규정을 발표했다. 2021년 8월에는 에너지국 등이 통지를 발표해 “재생에너지 소비를 보장하려면 전력 계통 연계와 부하관리, 에너지저장이 관건”이라고 지적했다. 발전 사업자가 관련 설비를 직접 설치하거나 구매해 재생에너지의 전력 계통 연계를 늘리도록 독려하고, 에너지저장 설비용량이 기준에 부합하면 전력 계통에 우선 연계하는 혜택을 줄 예정이다.
정책 지원에 힘입어 2020년 신에너지 발전 쪽 에너지저장 설비 규모는 58만kW로 전년 동기 대비 438% 늘었다. 하지만 저장설비를 추가하면 건설비용이 늘고 투자수익률이 떨어지는 문제점이 있다.
중국의 에너지저장 시스템은 주로 전기화학적 방식이다. 배터리로 전력을 저장·방출·관리한다. 설비 설치 장소에 따라 발전, 전력망, 수요 세 유형으로 나눈다. 첫째는 풍력·태양광 발전소에 저장설비를 설치해 에너지 공급의 가변성 문제를 해결한다. 다음은 보조배터리처럼 전력망 부하관리에 사용하며, 기업은 수요 쪽에서 저장장치를 이용해 전력 부하 평준화를 유지할 수 있다.
전기화학적 에너지저장 분야에선 리튬이온배터리가 90% 가까이 차지한다. 약 10%는 납축전지, 나머지는 액체 성분의 산화환원반응흐름전지를 쓴다. 전기화학적 저장기술은 안전사고와 높은 비용, 불완전한 시장체제 등 여러 제약 요인을 안고 있다. 류융 중국화학물리전력원협회 에너지저장응용분과 사무국장은 에너지저장 산업의 성장 과제로 긴 수명과 높은 안전성, 저렴한 비용, 기술혁신, 다양한 수요에 따른 표준 마련, 지속가능한 사업모델 구축 등을 꼽았다. “정부 재정에 의존하는 것은 현실적이지 않다.”

▲ 중국 저장성 자싱에 있는 국가전망 변전소에서 로봇이 설비를 점검하고 있다. 국가전망은 송배전망 이용료에 저장 비용을 반영하지 못하자 2019년 12월 전기화학적 에너지저장 시설 건설을 금지했다. REUTERS

안전성 우려
2021년 4월16일 베이징시 펑타이구 제4순환도로 남쪽에 있는 에너지저장소에 화재가 나 소방관 2명이 사망하고 직원 1명이 실종됐다. 이 사고는 큰 관심을 받았지만, 얼마 지나지 않아 에너지저장 산업 열풍에 밀려 잊혔다. 7월 말에는 테슬라가 오스트레일리아 빅토리아주에 지은 에너지저장소에 화재가 발생해 시장에 충격을 줬다. 화재는 사흘 만에 진압됐다. 이곳은 300㎿ 출력, 450㎽h 용량의 오스트레일리아 최대 에너지저장소로 삼원계 리튬이온배터리를 사용한다. 사고 원인은 아직 밝혀지지 않았다.
과거 발전·전력망·수요 모두에서 화재 사고가 발생했다. 2017년 산시성의 화력발전소 저장설비에서 화재가 나 7시간 동안 불길이 잡히지 않았다. 2018년 8월에는 장쑤성 전장시 양중의 에너지저장소에서 배터리를 모아놓은 컨테이너가 모두 불탔다. 2019년 5월에는 베이징의 호텔에 설치한 저장설비에서 화재가 일어났다.
일상생활에서 사용하는 전기자전거가 폭발하는 일도 있었다. 9월20일 새벽 베이징시 퉁저우구 주택가 폭발사고에선 5명이 숨졌다. 담당 부서에 따르면 3층에 사는 주민이 전기자전거 리튬배터리를 집 안에 가져가 충전하는 과정에서 배터리가 폭발해 불길이 일었다. 3층에서 시작된 불길은 4층 베란다와 거실, 5층 안방까지 번졌다.
쑨진화 중국과학기술대학 교수는 “한국에서도 2017년 12월~2019년 5월 모두 23건의 사고가 생겼다”며 “해마다 발전소 한 곳에서 사고가 발생할 확률이 약 1.5%로 간과할 수 없는 수준”이라고 말했다. 어우양밍가오 중국과학원 원사는 펑타이 에너지저장소 폭발사고의 조사와 원인 분석 작업에 참여했다. “이곳의 배터리 규모가 2만5천㎾h였다. 소방관이 남쪽 구역에서 화재를 진압할 때 북쪽에서 폭발이 일어났다.” 배터리가 ‘과방전’(배터리가 차단전압을 넘어 계속 방전)해 과열됐고 결국 폭발로 이어졌다.
사고가 날 때마다 에너지저장 업계에 경종을 울렸다. 중국 안에 전기화학적 에너지저장 설비용량이 급증하면서 안전 우려도 커졌다. 외부에서 투자에 집중할 때 업계 내부에선 안전 문제가 그냥 넘길 수 없는 기술적 장벽이라는 현실을 인식했다.
중국의 에너지저장소는 체계적 표준과 규범이 부족하다. 무조건 낮은 가격을 제시한 업체가 낙찰받고 안전을 소홀히 하는 일이 여전하다. 그래서 8월24일 에너지국 등은 전기화학적 에너지저장 설비 안전에 관한 새로운 방법을 제시했다. 사업 진입, 생산, 품질관리, 설계·자문, 시공·감리, 계통연계, 운영·유지보수, 노후 시설물 관리, 응급상황 관리, 사고처리 등 각 분야의 내용이 포함됐다.
예를 들어 사업 진입 단계에서 에너지저장소 안전에 관한 종합적인 설계와 계획을 수립해야 한다. 위험성 평가와 검증으로 입지 선정, 시설물 배치, 안전시설 건설을 확정해 규정을 어긴 난개발을 근절해야 한다.

지도 의견의 한계
그러나 에너지저장소는 빠르게 성장하는 신흥산업인 반면에 이 방법은 지도 의견일 뿐 상세한 표준과 규범이 없는 상태다. 장잉총 응급관리부 선양소방연구소 연구원은 “상세한 표준이 나와도 단번에 모든 문제를 해결할 수 없고 과학적 데이터의 뒷받침이 필요하다”고 말했다. 현재 후속 설계와 공정 건설, 제품 등 각 단계의 상세 표준을 마련해 조만간 발표할 예정이다.
전기화학적 에너지저장소 설계 분야에 관해서는 주택도농건설부가 2014년에 발표한 설계 규범이 있다. 쑨진화 교수는 “당시 에너지저장소 건설을 촉진해야 한다는 취지로 해당 규범을 제정했다”며 “충분한 연구를 거치지 않았으며 구체적인 소방설계 규정이 없다”고 말했다. “수정안을 곧 발표할 예정이다. 소방안전 부분을 가장 많이 수정했다.”
장잉총 연구원에 따르면 중국 에너지저장소 건설 원가에서 소방 분야의 비중은 2% 미만이다. 외국은 3~5%다. 강제 표준과 규범을 통해 투자자와 건설사가 안전 분야의 투자를 늘리도록 만들어야 한다. “배터리 과열 문제를 완전히 차단하는 것은 현실적으로 불가능하다. 표준을 도입하고 감독을 강화해 사고 확률을 낮추는 것이 최선이다.”
이번에 공업정보화부는 에너지저장 관련 제품에 대해 제품과 시스템의 생산관리를 강화하고 리튬이온배터리 규범 조건과 종합 표준화 기술 체계 등을 마련하도록 요구했다. 또 시장감독관리 부서가 제품과 시스템의 강제성 국가표준을 제정해 제품의 안전 요건을 강화하고 제품 인증 등을 실시하도록 했다.

ⓒ 財新週刊 2021년 제38호
儲能蓄勢待發
번역 유인영 위원