[EE칼럼] 태양광은 ESS로 빛이 난다

▲박성우 한국에너지공단 기획조정실장

제2차 세계대전이 끝나고, 팍스 아메리카나 체제 하에서 미국은 세계의 지정학적 안정을 주도했고, 석유는 에너지 시장을 장악했다. 이 시기에 세계 각국은 화석연료에 의존하며 경제성장을 이어갔다. 트럼프 행정부가 들어서면서 국제무역이 큰 위협에 처해 있는 가운데, 화석연료에 대한 과도한 의존은 국가의 에너지안보를 위험하게 만들고 있다. 이를 타개하기 위해 각국은 에너지 자립을 위한 새로운 길을 모색하고 있다. ①태양광과 풍력을 통해 재생에너지를 공급하고, ②전기차와 히트펌프를 통해 전기를 사용하며, ③배터리와 디지털화를 통해 연결하는 것이다. 이를 전기화 혁명이라고 부를 수 있다.

전기 기술의 급속한 성장은 이미 세계 에너지 시장을 재편하고 있다. 지난 30년간 태양광 발전 용량은 3년마다 두 배씩 증가했고, 배터리 저장 용량도 2020년 이후 매년 거의 두 배씩 증가하고 있다. 국제에너지기구(IEA)가 '역사상 가장 저렴한 전기'라고 묘사한 태양광 발전은 10년 만에 가장 작은 발전원에서 가장 큰 발전원으로 성장했다. 2025년 상반기에는 지정학적 혼란, 경제적 불확실성, 기상 불안정에도 불구하고, 태양광 발전이 전체 전력 수요 증가분의 83%를 충당하며, 점유율이 2021년 3.8%에서 2025년 상반기에 8.8%로 두 배 이상 증가했다.

영국의 기후에너지 싱크탱크 엠버(Ember)에 따르면, 태양광과 함께 풍력의 급격한 증가로 2025년 상반기에 재생에너지 발전량이 사상 처음으로 석탄 발전량을 추월했다. 재생에너지 발전량은 363TWh 증가한 5,072TWh를 기록한 반면, 석탄 발전량은 31TWh 감소한 4,896TWh를 기록했다. 그 결과, 전 세계 전력에서 재생에너지가 차지하는 비중이 32.7%에서 34.3%로 증가한 반면, 석탄은 34.2%에서 33.1%로 감소했다.

재생에너지 확대의 가장 큰 병목 현상 중 하나는 전력망이다. 전력망은 재생에너지 전환에서 가장 어렵고 비용이 많이 드는 과제로 남아 있다. 전 세계적으로 최소 3,000GW의 재생에너지 프로젝트가 전력망 부족으로 대기 중인 상태이다. 이 문제를 해결할 실질적 수단으로 배터리 ESS가 주목받고 있다.

전력망이 부족한 지역에서는 공장이나 데이터센터 같은 대형 수요처를 짓기가 어렵다. 인근에 가스발전소를 지어 해결할 수도 있지만, 신규 가스발전소 건설 기간이 길어지고 있고, 건설 비용도 미국의 경우 2022년 이후 세 배로 증가하여 kW당 2,400달러에 달하고 있다. 이에 더해 천연가스 가격의 변동성은 수입 의존도가 높은 한국 같은 나라에 또 다른 위험 요인이다. 반면, 태양광과 배터리 ESS를 결합하면 현지에서 신속하게 전력을 공급할 수 있다. 미국 애리조나의 소노란 태양광 발전소(260MW)는 구글의 메사 데이터센터의 사용량에 맞춰 1GWh의 ESS 용량을 갖출 예정이다. 호주 리치몬드밸리 태양광 발전소(500MW)는 2.2GWh의 ESS로 아연 생산에 필요한 전력을 공급할 예정이다.

ESS 없이 태양광을 설치하면 낮 시간대에만 전력을 공급할 수 있고, 야간에는 여전히 화석연료에 의존해야 한다. 그러나 배터리가 결합된 시스템은 24시간 안정적 전력 공급이 가능하다. 배터리 기술의 발전과 비용 하락으로 이러한 일이 현실화되고 있다. 최신 리튬인산철(LFP) 배터리는 업계 판도를 바꾸어 놓았다. LFP 배터리는 2023년 전력망에 연결한 신규 배터리의 80%를 차지했다. 비용도 빠르게 감소하고 있다. 2024년 한 해에만 배터리 가격이 40% 하락하여 전체 ESS 시스템(엔지니어링, 조달, 건설 및 전력망 연결 비용은 제외) 기준으로 kWh당 165달러라는 사상 최저치를 기록했다. 사우디의 두 차례 경매에서는 72달러까지 떨어졌다. 생산 규모와 효율이 향상되면 가격은 더욱 하락할 것이다.

현재 전 세계적으로 전력망 연계 ESS 구축은 이제 시작 단계이다. 2024년에 169GWh가 설치되어, 2020년보다 17배 증가한 수치이기는 하지만, 2024년에 설치된 599GW의 태양광 발전에 비하면 매우 적은 규모이다. 우리나라도 2023년말 기준으로 태양광이 28GW 설치되어 있다. 전력수요가 적은 비수도권에 몰려있어 생산한 전력을 수도권으로 보내야 하는데, 송전망이 부족해 출력제어(curtailment)가 늘어나고 있다. 앞으로 태양광을 중심으로 재생에너지 보급을 크게 확대할 계획인데, 태양광 발전소 인근에 ESS를 설치하면 송전망 건설 부담을 줄일 수 있다. 태양광과 ESS의 결합은 단순한 기술적 선택이 아니라, 미래 에너지안보의 전략적 해법이다.

박성우