 ㈜수영에너지솔루션 독립형 ESS “화재 위험·공급망 위기 걱정 없는 배터리 기술”
최근 ESS는 화재사고가 잦고, 공급망 불안으로 인해 제조 원료의 가격이 급등하는 등의 문제가 있다. 그런데 이러한 문제를 동시에 해결할 수 있는 ESS가 출시를 앞두고 있어 눈길을 끈다. ㈜수영에너지솔루션에서 한참 실증 테스트를 진행하고 있는 독립형 ESS가 바로 그것이다. ㈜수영에너지솔루션이 개발한 리튬인산철 배터리 시스템은 기존 ESS가 가진 여러 가지 문제를 한 방에 해결할 수 있는 기술로 기대를 모으고 있다.
글·사진 강창대 기자 취재협조 ㈜수영에너지솔루션(수영반도체기술)
 ㈜수영에너지솔루션은 독립형 ESS 출시를 앞두고 다양한 조건에서 제품 실증을 진행하고 있다.
㈜수영에너지솔루션의 독립형 ESS에는 리튬인산철(Lithium Iron Phosphate, LiFePO₄, LFP) 배터리 셀을 적용했다. 리튬이온배터리(Lithium-ion Battery)가 양극에 값비싼 비철금속을 적용하고 전해액을 사용한다면, 인산철 배터리는 배터리 양극에 저렴한 철과 인을 사용한다. 따라서 가격이 저렴하다는 게 첫 번째 특성이다. 또한, 리튬인산철은 충방전 과정에서 열 발생이 적어 화재 위험이 없다는 게 가장 큰 장점이다.
그러나 에너지밀도가 상대적으로 낮기 때문에 같은 스펙을 가진 배터리를 만들 경우, 리튬인산철 배터리는 비교적 부피가 크고 무거워질 수밖에 없다. 또한, 리튬이온 배터리는 빠르게 충전하거나 순간적으로 큰 힘을 낼 때 유리한 특성이 있다. 따라서 리튬이온 배터리는 전기 모빌리티에 가장 널리 사용돼 왔다. 하지만 최근, 리튬이온 배터리를 채용한 ESS에서 잦은 화재사고가 발생하면서 리튬인산철 배터리에 대한 관심이 다시 높아지고 있다. 국내 대기업 배터리 제조사들도 리튬인산철 배터리 개발에 관심을 기울이기 시작했다. 그런데 반도체 제조 장비 개발에 주력해오던 국내 중소기업이 리튬인산철 배터리팩을 채용한 독립형 ESS의 출시를 앞두고 있다는 소식이 전해지자 국내외 반응이 뜨겁다.
 전원주택에 설치한 태양광 가로등(자료: ㈜수영에너지솔루션)
ESS 화재의 근본적 대안, 인산철 배터리
2017년부터 발생한 ESS 화재사고는 올 초 두 건의 화재를 포함해 34건에 이르고 있다. 특히, 태양광 모듈과 연계한 ESS는 전체 ESS 화재 중 65 %(22건)를 차지한다. 기후나 날씨 등 자연변동성에 영향을 받는 태양광 발전에서 간헐성 보완을 위해 ESS는 중요한 설비 중 하나다. 따라서 ESS 화재는 탄소중립 및 에너지전환 목표를 이행하기 위해 반드시 해결해야 할 과제가 아닐 수 없다.
그간 정부는 ESS 안전관리를 개선하기 위해 ESS 안전기준을 강화하고 충전율을 제한하는 등 안전대책을 마련하고 이를 이행해 왔다. 다행히 ESS화재 건수는 감소하는 추세를 보이고 있지만 사고원인과 근본적인 대책 마련은 답보상태다.
무엇보다 화재사고의 근본적인 원인은 ESS에 리튬이온배터리를 사용하기 때문이다. 리튬은 경량·소형의 높은 에너지를 가진 배터리를 만들 수 있는 소재여서 2차전지에 가장 널리 사용되고 있다. 그러나 리튬이온 배터리에 사용하는 전해질은 휘발성과 가연성이 있어 항상 폭발이나 화재 위험이 잠재돼 있을 수밖에 없다. 이 때문에 근본적으로 화재 위험이 없는 레독스 흐름전지와 같은 수계 전지나, 불연성 고체 전해질을 비롯해 리튬인산철 배터리 등이 대안으로 연구되고 있다.
리튬인산철 배터리는 공급망 위기 대응에도 효과적일 수 있다. 전기차와 배터리의 수요가 증가하면서 2차전지 원료의 가격도 가파른 상승세를 보이고 있다. 더구나 최근 무역 갈등을 비롯해 전쟁이 발발하자 니켈·코발트·망간(NCM), 니켈·코발트·알루미늄(NCA) 등 삼원계 배터리 원자재의 가격도 급등하고 있다. 희토류는 자원분포가 특정 지역에 몰려 있어 종종 외교에서 무기화 논란을 낳기도 해 상시적으로 공급망 불안을 야기한다. 따라서 차세대 2차전지에는 어디에나 흔하고 저렴한 소재를 활용하는 연구가 활발하다. 철과 인산이 그렇다. 이 점이 리튬인산철 배터리에 대한 관심이 높아지는 또 하나의 이유인 것이다.
태양광 가로등으로 이미 검증된 기술력 아직 본격적인 양산 체제를 갖추기 전이지만, 리튬인산철 배터리팩을 사용한 독립형 ESS 개발 소식을 접한 국내외의 바이어들이 큰 관심을 보이고 있다. 전력과 인프라가 부족한 국가들을 비롯해, 호주나 일본 등지에서도 선주문 제안이 들어올 정도라고 한다.
태풍이나 지진이 잦은 일본의 경우 자연재난에 대비해 독립전원 개발이 가장 활발한 나라 중 하나다. 이를 위해 일본은 일찍부터 연료전지 기술에 많은 노력을 기울였고, 파나소닉 등 대기업에서는 1990년대부터 냉장고 크기의 가정용 연료전지를 출시하기도 했다. 이러한 기술을 바탕으로 일본에서는 수소 연료전지를 동력으로 하는 친환경차 기술개발도 일찌감치 이루어지기도 했다. 하지만 가정용 연료전지 역시 가스공급이 필요하기 때문에 온전하게 독립된 에너지원으로 활용하기에는 한계가 있다. 수영에너지솔루션의 독립형 ESS는 이러한 한계를 단숨에 뛰어넘을 수 있는 기술인 셈이다.
이처럼 해외 바이어들이 수영에너지솔루션에 신뢰를 갖는 또 다른 이유가 있다. 독립형 ESS에 앞서 수영에너지솔루션이 출시한 태양광 가로등 때문이다. 기존의 태양광 가로등은 태양광 패널과 배터리를 따로 설치하는 번거로움이 있다. 그러나 수영에너지솔루션은 이를 일체형으로 결합해 설치가 간편할 분만 아니라, 제품의 부피를 줄였다. 수영에너지솔루션의 태양광 가로등은 상판에 설치된 태양광으로 전기를 생산해 하부에 내장된 배터리에 이를 모았다가 어두울 때 LED 조명을 작동하는 방식이다. 이 제품에 사용한 배터리가 리튬인산철 배터리다.
이렇게 개발된 수영에너지솔루션의 태양광 가로등은 비교적 공간을 적게 차지하면서도 가볍고 충전이 빠르다. LED 조명과 배터리 등 주요 부품을 5년 동안 교체할 필요가 없을 정도로 내구성도 좋다. 이뿐만 아니라, -20℃에서 50℃에 이르는 기후조건에서도 배터리의 성능이 유지될 정도다. 물론, 태양광과 배터리를 전원으로 사용하기 때문에 별도의 전선이나 전기 장치 없이 바로 설치해 사용할 수 있다.
태양광 가로등은 출시 1년이 채 되기도 전에 아프리카 20개국과 미국, 호주, 캐나다, 뉴질랜드, 인도, 중국 등지에 설치됐고, 그 성능을 확인한 각국 바이어들은 앞 다퉈 수영에너지솔루션을 찾았다. 이번에 독립형 ESS 개발 소식에 바이어들이 관심을 보이는 이유는 수영에너지솔루션이 내놓은 태양광 가로등의 성능과 기술력을 익히 경험했기 때문이다.
 조영상 ㈜수영에너지솔루션 대표
성능을 최적화하는 시스템 구성
수영에너지솔루션의 기술력은 하루아침에 만들어지지 않았다. 조영상 수영에너지솔루션 대표는 35년여 동안 반도체 분야에 종사한 엔지니어 출신이다. 25년 전부터 반도체 제조 공정에 사용하는 장비를 국산화하면서 국내 반도체 산업의 발전에 기여하기도 했다.
조 대표가 태양광 가로등과 ESS에 관심을 갖게 된 것은 3년 전 우연한 계기로 아프리카를 방문하면서였다. 전력 인프라고 부실한 이 지역에서는 수시로 정전이 발생했고, 그러면 비상발전기가 작동하며 소음과 매연을 내뿜었다고 한다. 이때 발생한 매연이 공기 질을 떨어뜨릴 뿐만 아니라, 종종 배기가스에 포함된 일산화탄소에 중독돼 사망사고가 발생하기도 한다는 것이다. 전기 공급이 상시 이루어져야 하는 병원과 은행의 현실은 더욱 열악할 수밖에 없다. 일부 지역에서는 휴대폰을 충전하기 위해 도보로 11 ㎞나 되는 거리를 왕복하기도 한다.
조 대표는 에너지 접근성이 형편없는 지역을 위해 태양광 가로등을 구상하기 시작했고, 이 프로젝트를 ‘탄소발자국 지우기 1탄’으로 명명했다. 그리고 현재, 세계은행의 지원을 받은 지역에 수만 대씩 수출하는 상황이 됐다. 오로지 재생에너지만을 사용하는 독립 전원을 사용한다는 점에서 태양광 가로등 사업은 탄소중립을 목표로 하는 전 세계 각국의 지구 온난화 대응과도 잘 맞아떨어진다. 이렇게 시작된 ‘탄소발자국 지우기’는 독립형 ESS를 개발하는 2탄으로 접어들었고 이제 그 결과를 눈앞에 두고 있다.
탄소중립 목표 달성에 기여하는 기술 상대적으로 에너지밀도가 떨어지는 리튬인산철 배터리를 적용해 우수한 성능과 효율을 가진 독립형 ESS를 개발할 수 있었던 데에는 오랫동안 반도체 분야에서 쌓아온 경력도 한몫했다. 조 대표는 사무실 한쪽에 배치된 반도체 제조 장비를 가리키며 말을 이어갔다.
“이게 웨이퍼를 자르는 척입니다. 제가 반도체 쪽 장비 개발만 35년여가 됐습니다. ESS가 좋은 성능을 내려면 이 안에 보드나 MPPT, 인버터, BMS, 그리고 이 모든 걸 하나의 시스템으로 묶는 소프트웨어가 제 역할을 해야 합니다. 어디에 어떤 반도체를 사용하고, 특정 상황에서는 어떻게 작동하는 지 등을 잘 파악해야 하는 것이지요. 오랫동안 반도체 분야에 몸담고 있다 보니 이런 솔루션을 구축할 수 있는 통찰을 갖게 됐습니다. 게다가 굴지의 반도체 회사에 다양한 인맥으로 연결돼 있어 관련 정보도 깊고 다양하게 얻을 수 있었던 것 같습니다.”
수영에너지솔루션의 독립형 ESS에 대한 관심은 매우 다양하다. ESS에 MPPT대신 충전기를 설치할 경우 독립형을 계통형으로 변경할 수 있기 때문이다. 이렇게 한다면 피크 대응용으로도 활용할 수 있다. 특히, 전기를 많이 사용하는 업종 가운데 하나인 편의점 브랜드들이 이에 대해 관심을 보이고 있다고 한다. 이게 가능하다면, 당연히 가정에서도 에너지를 절약하거나 피크 대응용으로 활용될 수 있다. 더구나 화재 위험이 없기 때문에 가정용 ESS로는 리튬인산철 배터리가 안성맞춤이다. 무엇보다 조영상 대표는 수영에너지솔루션의 ESS 기술이 한국의 탄소중립 목표 달성에 기여하기를 바랐다.
“탈원전이 세계적인 추세인데, 한국의 지리적 특성상 재생에너지 비중을 무한정 확대할 수도 없는 상황입니다. 더구나 사회가 발전하면서 전기 수요는 늘 수밖에 없습니다. 이런 상황에서 ESS가 나름 의미 있는 역할을 할 것으로 보입니다. 값도 싸고, 화재 위험도 없는 리튬인산철 배터리 기술이 한국의 탄소중립 목표 달성에 기여하길 바랍니다.”
㈜수영에너지솔루션 서울 중랑구 신내역로3길 40-36 신내데시앙플렉스 A동 1101호 02-2039-6024
<Energy News>
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