전기에너지 특허 및 시장정보

미국 ESS 시장 잠재력, 2천억 달러 전망

전력저장장치(ESS) 시장 분석 및 전망

ESS(전력저장장치)는 발전소→송전→변전소→배전→수용가에 이르는 전기를 생산하고 사용하기까지 전기를 저장하는 장치를 말한다. 대표적으로 양수발전소나 UPS(무정전전원공급장치)는 과거부터 널리 사용되고 있는 대표적인 ESS이다. 그러나 이들을 포함하여 ESS 응용시장은 모두 19개 분야에 이르고 있다.

기존의 응용시장은 물론 향후에도 지속적으로 성장할 것이다. 그러나 성장률은 매우 낮을 것으로 예상한다. ESS는 나머지 새로운 응용분야에서 시장이 형성되면서 성장해 나갈 것이다. 특히 현재는 매우 미미한 TOU(Time of Use) Cost Management 시장은 ESS 기술의 발달과 더불어 급속히 성장해 나갈 것이다.

ESS 시장의 성장에 영향을 주는 많은 Factor가 존재하며 본 보고서에서는 이들 Factor에 대하여 살펴보았다. 양수발전소나 UPS 같은 몇 가지 응용을 제외하고는 지금까지는 주로 실증사업 중심으로 진행됐다. 따라서 향후의 ESS 시장 성장에 대해서 많은 관심이 몰리고 있는 것이 사실이다. 미국의 DOE에서는 미국에서 만의 ESS 시장 잠재력이 200 $billion가 넘을 것으로 예상하는 등 시장의 잠재력은 충분하지만, 실제의 시장을 얼마나 만들어 갈 것인가 하는 것이 관건이 아닐 수 없다.

최근 2~3년 이내로 세계 각국들의 ESS 관련 프로젝트들이 활발하게 진행되고 있으므로 2015년을 전후하여서는 상업적 성장의 초기 단계를 맞이할 것으로 예상한다.

전 세계 분기별 IT용 LIB 시장 분석 및 전망

2012년 글로벌 리튬이차전지 출하량은 총 4,911백만 셀로 집계되었다. 분기별 출하량은 1분기 1,140백만 셀, 2분기 1,250백만 셀, 3분기 1,280 백만 셀, 4분기에는 1,250 백만 셀로 조사되었다.

IT 업종의 특성상 성수기인 3~4분기에 계절적 요인에 따라 성장이 기대되었으나, 원통형 전지의 수요가 3분기 495백만 셀에서 4분기에는 417백만 셀로 역 성장하면서 전체적인 리튬이차전지 출하는 크게 늘지 않았다. 원통형 전지의 이러한 문제점은 2007~2010년에 일본의 Panasonic을 시작으로 한국의 삼성SDI, LG화학 등이 경쟁적으로 원통형 전지의 Capacity를 늘렸고 인건비 상승에 따른 부담을 줄이기 위하여 상대적으로 표준화되고 자동화 비율을 극대화할 수 있는 원통형 전지와 각형 전지의 과도한 투자에 기인한다.

각형 전지의 경우 삼성전자의 Galaxy 시리즈 등 Smart Phone에서도 지속적으로 수요가 창출되고 있어 문제가 크지 않지만 현재 원통형 전지의 시장 수요는 갈수록 줄어들어 업체들이 신규 Application을 창출하는데 고심하고 있다. 반면에 폴리머 위주의 라인운영과 투자를 진행한 중국의 리튬이차전지 제조업체인 ATL, Lishen, Coslight, B&K의 경우는 현재 시장 상황을 어느 정도 즐길 수 있게 되었다.

2012년 분기별 폴리머 전지의 점유율을 살펴보면 1분기 242백만 셀에서 4분기에는 328백만 셀까지 성장하였고 2013년에는 IT 전체 수요에서 폴리머 전지의 점유율은 33.4%에 이를 것으로 기대된다. 이를 출하 금액으로 살펴보면 전체의 53.1%에 이를 것으로 예상한다. 이는 폴리머 전지의 대용량화에 따른 단위 셀 당 가격이 상대적으로 원통형과 각형에 대비하여 높기 때문이다.

2013년 Global 리튬이차전지 제조사는 늘어나는 폴리머 전지의 수요에 대응할 수 있는 라인운영과 투자, 향후 줄어드는 원통형 전지의 수요를 새롭게 창출할 수 있는 Application을 찾는 것이 최대 이슈로 대두 되고 있다.

리튬이차전지 핵심 특허분석: LTO 음극재

전기자동차에 대한 기대와 더불어 전기자동차 보급의 걸림돌 중의 하나인 충전시간의 단축을 위한 연구가 계속되고 있다. 현재는 급속충전의 경우 80% 기준으로 30분 정도의 충전시간을 요구하고 있지만 이보다 충전시간을 단축해야 할 필요가 있는 것은 자명한 일이다. LTO 소재는 이러한 문제점에 대응하여 개발되고 있는 중요한 소재 중의 하나이다. 특히, 자동차 회사인 Toyota의 LTO 특허가 가장 많은 것도 현재의 동향을 잘 반영해 주고 있는 것이라 판단된다.

한국, 미국, 일본, 유럽의 리튬이온이차전지 LTO계 음극재 분야의 특허를 대상으로 모집단 9,352건 중 1,106건의 유효특허를 선별하여 조사분석 결과, LTO계 음극재의 특허출원 동향과 관련 핵심특허를 살펴보는 데 도움이 될 것으로 기대된다.

국가별 출원은 일본, 미국이 다수를 차지하고 그 뒤를 한국, 유럽 순의 출원 분포를 보이는 것으로 분석되었다. 주요 출원인의 특허출원 동향을 보면 Toshiba, LG Chem, Samsung SDI, Toyota Motor, Panasonic 등의 전지업체와 자동차 업체 등의 연구개발이 활발한 것으로 보이며 LTO 소재에 대한 기술은 CEA, Hydro-Quebec, Toho Titanium 등이 다수의 특허를 보유하고 있고 대학/연구기관의 특허출원 동향을 보면 Chicago Univ. Korea Institute of Science and Technology, Tsinghua University가 다수의 특허를 출원하고 있다.

특히, Toshiba는 LTO를 음극물질을 최초로 상용화한 업체로 상당수의 특허를 보유하고 있으며 다양한 응용 특허 Portfolio를 구축하고 있다. LTO Particle 제조업체로는 Hydro-Quebec, Toho Titanium, Altairnano 등이 음극 소재용으로 가공하는 기술에 대한 특허를 다수 출원하고 있는 것으로 나타났다.

최신 유기태양전지(OPV) 양산 기술 및 시장전망(2009~2020)

현재 태양광 산업에서는 제조원가 절감이라는 이슈사항이 부각되면서부터 실리콘 태양전지에 비해 제조 가격이 저렴한 박막태양전지에 대한 관심이 높아졌고 많은 연구개발이 이루어지고 있다. 현재는 시장형성의 초기 단계에 불과하지만 제조과정에서 에너지의 소모가 적어 소재비용을 줄일 수 있고 짧은 기간 내에 투자비용을 회수할 수 있는 등 뛰어난 경제성과 비교적 쉽게 대면적화를 이룰 수 있는 제조공정의 절감이 가능하여 가까운 장래에 실리콘 태양전지와 일부분 경쟁구도를 형성할 수 있을 것이라는 전망이다.

특히 유기태양전지는 최근 수년 동안 비약적인 발전을 이루었고 분명히 미래 태양광 발전 분야에서도 성장 가능성이 매우 큰 후보 중의 하나라고 할 수 있다. 유기태양전지 시장은 현재 태양광 시장과 비교해 봤을 때 아주 미미한 수준이지만 2009년부터 소형 Mobile application과 BIPV를 중심으로 점차 시장이 형성되고 있다.

최근 새로이 개발된 광활성층 소재들을 적용한 단위 셀은 11% 이상의 효율을 보여주고 있어 상용화가 임박했음을 잘 보여준다. 유기 태양전지의 기술을 선도하는 일본의 Mitsubishi의 경우 2014~2015년에 상용화를 목표로 연구 개발에 박차를 가하고 있다. 물론 아직까지 플렉서블 기판을 적용한 대면적 모듈에서는 상대적으로 낮은 효율을 보여주고 있지만 연속 인쇄공정 기술의 개발과 함께 대면적 플렉서블 모듈의 효율도 급격하게 향상되고 있어 상용화에 대한 기대감은 더욱 커지고 있다.

2014년부터 본격적인 양산화의 움직임을 보여 205MW의 생산량이 예상되는 유기태양전지는 2015년에 510MW로 급격한 성장을 거듭할 것이며 2020년에는 1GW 이상의 생산량을 기록할 것으로 보인다.

SiC 단결정 기술동향 및 시장전망(2010~2020)

SiC Wafer는 고효율 LED와 전력반도체 기판으로 기대를 모아 왔으나 SiC wafer의 제조기술의 어려움에 따른 높은 가격과 공급업체의 부족 등으로 인하여 시장 성장에 한계가 있었다.

특히 고효율 LED용으로는 미국의 Cree사가 SiC Wafer 공급을 좌우할 뿐만 아니라 관련 특허도 보유하고 있어 실제로 LED용 SiC 시장은 Cree 외 다른 업체의 참여를 기대하기 어려운 시장이다. 그러나 전력반도체 시장은 세계적 공통과제로 부각되고 있는 에너지와 지구환경문제와 관련되어 에너지 총 소비에서 약 35% 정도를 차지하고 있는 전기 에너지 절약기술의 중요성이 점차 증가하고 있다.

에너지를 절약하고 제품을 축소하기 위하여 전력공급 장치나 전력변환 장치에 사용되는 전력 반도체는 고유의 기능을 통해 에너지 효율 제고 및 시스템 안전성, 신뢰성을 좌우하는 역할을 담당하므로 친환경과 에너지 절감이라는 글로벌 이슈를 해결하는 데 기여할 것으로 기대되고 있다.

특히 기존의 실리콘 전력소자에 비하여 이론적으로 전력 소모가 1/100인 SiC 전력소자는 획기적인 에너지 절감 효과가 있을 것으로 기대되고 있다. 또한 고온소자로 응용할 경우 시스템 비용 절감뿐만 아니라 극한 조건에서도 사용될 수 있기 때문에 효과는 아주 클 것으로 예상한다. 이와 같이 SiC 반도체 소자는 그 우수한 특성으로 인해 미국, 일본, 유럽 등 기술 선진국에서는 이미 상당한 수준의 기술 개발과 단결정 기판의 상용화가 이루어지고 있으며 거대 프로젝트를 구성하여 연구에 박차를 가하고 있다.

이미 전력반도체 업체들은 SiC Wafer 제조업체들과 협력을 강화하면서 SiC 전력소자의 상용화에 박차를 가하고 있다. 향후 모든 전력반도체를 SiC 기반의 반도체로 생산하겠다고 밝힌 일본의 Rohm사는 지난 2009년 Seimens로부터 독일의 SiC 기판업체인 SiCrystal사의 주식 74.5%를 취득했으며, 반도체 Application 전문회사인 Power Integration도 2010년 미국의 SiC 업체인 SemiSouth Laboratories, Inc에 전략적 투자(3천만불)를 실시하여 태양광/풍력발전용 인버터, HEV/EV 자동차용 Application을 개발하고 있다.

이에 따라 전 세계 SiC Wafer 시장은 2012년 52.6M$ 규모에서 2013년에는 58.6M$ 규모로 성장할 것으로 예상한다. 시장은 연평균 28.1%로 지속적으로 성장하여 2015년에는 87.9M$, 2020년에는 552.5M$ 규모로 급성장할 것으로 전망된다.

전기 오토바이 및 전기 스쿠터 연간 판매대수, 2018년 1,870만대 전망

전기 오토바이 및 전기 스쿠터 제조업체는 더 긴 주행거리와 높은 속도 등 점점 강력한 기능을 제공할 수 있게 되었고, 이것이 전기 오토바이 및 전기 스쿠터 수요를 촉진하고 있다. 아직은 작은 규모의 시장이지만 이러한 제품의 유용성을 소비자들이 인식하게 됨에 따라 대폭적인 성장을 달성할 전망이다. Pike Research의 신간 조사보고서에 따르면 2018년 전 세계 전기 오토바이 및 전기 스쿠터 연간 판매대수는 1,870만대에 달할 전망이다. 또 이들 중 대다수가 중국에서 판매될 것으로 보인다.

수석 리서치 애널리스트인 Dave Hurst는 “이륜차는 이동 수단으로서 특히 아시아태평양 지역의 대도시권에서 인기가 높아지고 있다. 아시아태평양 지역의 도시화는 2015년까지 55%나 확대될 것으로 예상한다. 그 결과 발생하는 교통량과 공해 증대를 고려해서 정부에서는 전기 오토바이와 전기 스쿠터 보급 촉진에 많은 관심을 기울이고 있다”고 말했다.

‘세계의 전기 오토바이 및 전기 스쿠터 시장’ 보고서에 따르면 중국의 전기 오토바이 및 전기 스쿠터 시장은 현재 약간 혼란스런 상황이다. 최근 중국 정부는 납축 배터리 제조업체를 대상으로 단속을 강화하고 있고 경우에 따라서는 공급을 제한하고 있다. 새로운 규제로 인해 무허가 제조업체에 대한 압력이 높아지고 있고 몇몇 기업은 정리 통합에 이르렀다. 2013년 시행을 위해 제의된 전기자전거의 모터 파워와 사이즈에 관련된 규제에 따르면 현재 전기자전거라는 명목으로 판매되고 있는 일부의 전기 스쿠터는 면허가 필요하게 될 것이다. 중국이 세계 시장의 약 98%를 차지하고 있는 점을 고려하면 이러한 변화는 이 산업 부문 전체에 큰 영향을 미칠 가능성이 있다.

‘세계의 전기 오토바이 및 전기 스쿠터 시장’ 보고서는 시장 성장 촉진요인 및 저해요인, 기술적 과제, 정부의 장려책과 규제, 전기 오토바이 및 전기 스쿠터 산업의 성장을 촉진하는 주요 요인을 상세하게 조사했다. 이 조사보고서에서는 2018년까지의 전기 오토바이 및 전기 스쿠터 판매 예측, 업계 주요 기업의 개요를 정리했다. 또 전기 오토바이 및 전기 스쿠터에 사용되는 리튬이온 배터리와 납축 배터리 기술의 향후 예측 정보도 확인할 수 있다. <출처: 글로벌인포메이션>

중국 스마트 미터 가동대수, 2020년 약 3억8,000만대 전망

중국의 전력망(Power Grid)은 근본적인 업그레이드 시기를 맞이하고 있고 스마트 그리드 전개가 초점이 되고 있다. 이 전환의 주요 요소 중 하나는 일반 가정용 및 기업용 스마트 미터 배포 등 인터랙티브 기술의 도입에 있다. Pike Research의 신간 조사보고서에 따르면 중국의 스마트 미터 가동대수는 2012년 1억 3,900만대에서 계속 증가해 2020년까지 3억 7,700만대에 이를 전망이다. 이 보고서에 따르면 스마트 미터의 보급률은 2020년 74%에 달하게 될 것이다.

수석 리서치 애널리스트인 Andy Bae는 “중국의 스마트 그리드 전개는 급속한 진전을 보이고 있다. 국유 전력회사로서 다른 회사를 제치고 시장 선두를 달리고 있는 State Grid Corporation of China(SGCC)가 중국의 스마트 그리드 건설 계획을 뒷받침하는 중요한 힘이 되고 있다. 또 2015년까지에 이르는 중국의 현재 5개년 계획에서는 수많은 지방과 도시에서 스마트 그리드 구축이 주요 목표 중 하나가 되고 있다”라고 말했다.

이 보고서에 따르면 중국의 스마트 그리드에서 최대 성장을 보이는 것은 송전 시스템 업그레이드이며 이 송전에 대한 누계 투자액은 2020년까지 720억 달러 이상에 달할 것이다. 중국 정부와 SGCC는 국가의 전력 불균형 문제를 해소하기 위해 고전압 직류 송전 및 송전망 정비에 자금을 투입할 의도임을 강조하고 있다. 중국은 산악지대가 많은 중국 남서부에서 개발 가능한 수력발전 시설에서 얻는 전력을, 또 중국 북서부에 집중되어 설치되고 있는 풍력 및 태양광발전 설비에서 얻는 전력을 각각 도시권과 농촌에 보내는 것을 목표로 하고 있다.

‘중국의 스마트 그리드 시장: 스마트 미터 및 그리드 자동화 기술-개발 계획, 정책 동향, 산업의 주요 기업, 시장 분석 및 예측’ 보고서는 중국의 스마트 그리드 도입 계획에 관련된 수많은 사항에 대해 종합적으로 조사 분석했고 중국의 스마트 그리드 개발에 있어서 시장 성장 촉진요인과 비즈니스 모델, 기술적 과제에 대해 상세하게 분석했다. 이 보고서는 산업 분야별로 분류한 40개사 이상의 업계 주요 기업 개요를 제공하고 있으며 2020년까지의 스마트 그리드 매출 및 스마트 미터 출하량 등 시장 예측 정보도 확인할 수 있다.

<출처: 글로벌인포메이션>