국내 대규모 시장은 여러 에너지 저장 브랜드가 국내 채널 자원을 활용하여 출하량을 늘리는 등 급속한 발전을 경험했습니다. 2021년 중국 에너지저장 출하량은 CATL이 주도했다. 에너지저장용 PCS 출하량도 빠르게 성장했다.
또한, 점점 더 많은 신기술이 등장하여 에너지 저장 산업의 지속 가능한 발전에 기여하고 있습니다. 고전압 에너지는 대용량 시나리오에서 상당한 이점을 제공합니다. 화재 저장 발전소에서는 화재가 자주 발생하여 정책적으로 에너지 저장 안전성이 강조되고 있습니다. 액체 냉각 및 전체 불소 케톤 용액이 주목을 받았습니다. 나트륨 이온 배터리 저장, 액체 흐름 배터리 에너지 저장, 수소 저장과 같은 새로운 전기화학 에너지 저장 기술이 빠르게 산업화되었습니다. 빛과 열저장, 중력에너지저장, 압축공기저장, 플라이휠 에너지저장 등 새로운 물리에너지저장기술이 실증사업을 통해 점차 구현되고 있다.
에너지 저장 산업 체인에는 다양한 링크가 포함됩니다.
에너지 저장 시스템: 여기에는 배터리, PCS, BMS, EMS 및 기타 구성 요소가 포함됩니다. 이 분야의 주요 업체로는 CATL, EVE Lithium Energy, Sunshine Power, Nandu Power, Kesta, Kehua Data, BYD, Sunshine Power, Jinlang Technology 및 해외에서 상당한 입지를 확보하고 있는 기타 업체가 있습니다.
엔지니어링 EPC, 그리드 연결 감지, 사후 운영 및 유지 관리: 이 부문의 주목할만한 회사로는 South China Technology, Ates, Linyang Energy, Baoguan이 있습니다.
에너지 저장 배터리 소재 시스템은 주로 인산철리튬을 중심으로 이루어지며, 배터리는 더 큰 용량으로 진화하고 있습니다.
산업정보기술부가 정한 요구 사항에 따르면 에너지 저장 배터리의 에너지 밀도는 ≥145Wh/kg이어야 하며, 배터리 팩의 에너지 밀도는 ≥110Wh/kg이어야 합니다. 주기 수명은 5,000회 이상이어야 하며 용량 유지율은 80% 이상이어야 합니다. 전기화학적 에너지 저장, 특히 리튬 배터리 에너지 저장 기술은 새로운 전환기를 맞이하고 있습니다. 대용량 배터리, 고전압, 수냉식/수냉식 등 새로운 기술과 기능이 점차 등장하고 있습니다. 또한 나트륨 이온 배터리는 비용 효율성으로 인해 향후 경쟁 우위를 확보할 수 있습니다.
중국 제조업체는 전 세계 에너지 저장 배터리 셀 출하량을 주도하고 있으며 CATL은 세계 최고의 공급업체입니다. 2021년 전 세계 에너지 저장 배터리 출하량은 59.9GWh로 추산되며, 닝더타임스는 16.7GWh로 전체의 27.9%를 차지했다. 파이엥테크놀러지는 1.5GWh를 출하해 2.6%를 차지했다. 2022년 출하량은 91.9% 증가한 114.9GWh에 이를 것으로 예상되며, 닝더타임스는 45.0GWh, 즉 169.5%를 차지할 것으로 예상된다. 계산에 따르면, 2022~2023년 전 세계 에너지 저장 배터리 출하량은 101%/79% 증가한 122.5/219.6GWh에 이를 것으로 예상됩니다. Ningde Times는 199%/100% 증가를 반영하여 출하량의 50/100GWh를 차지하며 선두 위치를 유지할 것으로 예상됩니다.
인버터 기술 영역에서는 특히 발전소에서 기존 1000V 아키텍처를 대체하는 DC 1500V 아키텍처로 추세가 이동하고 있습니다. 2021년 국내 태양광 발전 설비의 약 49.4%가 DC 전압 레벨에서 운영되는 반면, 1000V 시장은 50.6%를 차지했습니다. 분산형 태양광 발전 시스템은 여전히 1000V 전압 레벨을 주로 활용합니다. 예를 들어, 모든 주거용 시스템은 1000V 레벨 시스템을 사용하는 반면, 산업용 및 상업용 시스템의 80%는 1000V 레벨 시스템을 사용합니다.
1500V 에너지 저장 시스템은 상당한 이점을 나타냅니다. 1500V 시스템의 핵심 제품은 1500V 에너지 저장용 PCS이다. 이전 시스템과 비교하여 1500V 에너지 저장 시스템은 에너지 밀도 및 전력 밀도가 35% 이상 증가하고 시스템 비용이 5% 이상 감소하며 시스템 효율성이 0.3% 이상 증가합니다. 40피트 컨테이너와 280AH 배터리를 사용하면 1000V 배터리의 최대 설치 용량은 3.3MWh인 반면, 1500V 시스템은 4.5MWh를 달성할 수 있다. PCS, 배터리, 보조 액세서리와 관련된 비용 절감 외에도 인건비, 기초 비용, 토지 비용도 크게 절감됩니다. 최근 대규모 프로젝트에서는 1500V 보급률이 2/3를 넘어섰습니다. 이 분야의 대표적인 제조업체로는 Sunshine, Shangneng, Kehua 등이 있으며, Shangneng Electric은 1500V PCS를 사용하여 산동에서 500MW급 에너지 저장 프로젝트를 확보했습니다.
인버터 기술의 적용은 지속적으로 발전하고 있으며, 그룹 PCS는 점점 더 대규모로 구현되고 있습니다. 그룹 PCS는 중앙 집중식 PCS 시스템의 한계를 해결하고 대규모 애플리케이션을 가능하게 합니다. 현재 배터리 에너지 저장 시스템은 주로 중앙 집중식 PCS를 사용하므로 배터리 클러스터 간의 불균형과 일부 배터리의 잠재적인 활용도 저하로 이어질 수 있습니다. 그룹 스트링 PCS는 클러스터 수준 관리가 가능하고, 시스템 수명을 향상시키며, 전체 수명 주기에 걸쳐 방전 용량을 향상시키며, 대규모 응용 분야에서 증가하는 추세를 보입니다. Huaneng Huangtai 100MW/200MWH 프로젝트는 일련의 PCS 아키텍처를 채택한 중국 최초의 대규모 에너지 저장 발전소입니다. 마찬가지로 산둥성 텍사스의 3MW/6MWH 프로젝트도 이 시스템 아키텍처를 활용합니다.
Guodian Investment Oil City Daqing은 200MW 광학 저장 실험 플랫폼을 구현했습니다. Shangneng Electric은 230kW 그룹 스트링 인버터, 수십 개의 225kW 및 175kW 그룹 스트링 인버터, 3.125MW 중앙 집중형 일체형 기계 및 3.15MW 분산형 일체형 기계를 포함한 다양한 모델의 인버터를 제공했습니다. 특히 250kW 그룹 스트링 인버터는 기존의 분산형 설치 접근 방식에 혁명을 일으켰습니다. 1MW 통합 플랫폼과 중앙 집중식 운영 및 유지 관리 관리 모델을 통해 소요 시간과 인력 요구 사항을 대폭 줄이면서 운영 효율성을 향상시켰습니다.
디지털 정보 기술과 태양광 및 에너지 저장 기술을 통합하여 에너지 저장 시스템의 형성, 지능형, 모듈형 설계라는 새로운 개념이 등장했습니다. 이 접근 방식을 통해 배터리 모듈 수준에서 관리를 개선할 수 있어 방전 증가, 배터리 구성 13% 감소, 배터리 수명 50% 향상, 초기 구성 30% 감소로 투자 개선, 운영 및 유지 관리 최소화(25년간 운송 및 유지 관리 비용 5천만 위안 절감), 안전성 및 안정성 향상(신뢰도 99%~99% 달성), 균등화된 저장 비용(LCOS) 전체 20% 이상 절감이 가능합니다. 이 설계는 또한 광전지 패리티에서 에너지 저장 패리티로의 전환을 돕습니다.
한 가지 단점은 현재 PCS 가격이 상대적으로 높지만 가격 인하 여지가 많다는 점이다. 이 분야의 대표적인 제조사로는 Huawei, Shangneng, Shenghong 등이 있습니다.
전기적 토폴로지 구조 측면에서 고전압 수준의 조인트 계획은 대용량 에너지 저장 시스템에 상당한 이점을 제공합니다.
에너지 저장 통합 시스템의 용량이 증가함에 따라 기존의 직렬 상승 전압 방식은 몇 가지 과제에 직면해 있습니다. 첫째, 대용량에는 많은 수의 배터리가 필요하므로 안전 위험이 높아집니다. 둘째, 배터리 사이클 수가 증가함에 따라 개별 셀 간의 성능 일관성이 점차 감소합니다. 이러한 요소는 시스템의 단일 시스템 용량을 집합적으로 제한합니다. 또한, 병렬 장비가 증가함에 따라 2차 통신 및 조정 제어가 더욱 복잡해집니다.
대용량 시스템을 위한 고전압 수준 공동 계획의 장점은 여러 에너지 저장 장치의 병렬 조합에 있습니다. 각 에너지 저장 장치는 수십에서 수백 볼트를 출력하여 개별 배터리 스태킹을 위한 넓은 전압 범위를 제공합니다. 이는 배터리 스택의 부피와 필요한 배터리 수를 줄여 시스템 용량을 크게 늘리는 동시에 안전성을 향상시킵니다.
현재 고전압 수준의 기술을 보유한 국내 기업으로는 Guodian Nanrui, Jinpan Technology, Zhiguang Electric, Sifang Co., Ltd., New Scenery 등이 있습니다. 이들 회사는 1억3500만 위안 상당의 출판물을 출판하고 수주했다.
최근 몇 년 동안 에너지 저장 발전소에서 화재가 자주 발생하면서 에너지 저장 시스템의 온도 제어, 열 관리 및 화재 예방의 중요성이 부각되고 있습니다. 이러한 문제를 해결하기 위해 업계 정책이 시행되어 에너지 저장 및 화재 방지 시스템의 개발이 가속화되었습니다. 리튬 이온 배터리에 존재하는 금속 리튬은 높은 반응성을 나타내며 에너지 저장에 리튬 배터리를 사용하는 데 대한 안전 문제를 제기했습니다. 불완전한 통계에 따르면 2022년 전 세계적으로 17건 이상의 에너지 저장 사고가 발생했습니다. 국가는 2021년부터 에너지 저장 및 화재 안전과 관련된 정책을 도입하여 새로운 기준에 따른 화재 예방의 중요성을 강조했습니다.
에너지 저장 시스템 통합 분야에는 다양한 모드가 공존하며 시스템 통합에 참여하는 주체가 많습니다. 현재 세 가지 주요 모드가 있습니다:
전체 산업 체인 레이아웃: BYD와 같은 배터리, PCS, BMS, EMS 생산에 관련된 회사가 국내에서 이 모드를 대표합니다.
전문 통합: 이 모드에는 구성 요소를 외부에서 조달하고 시스템 통합을 전문으로 하는 통합자가 포함됩니다. 국내에서는 적용 사례가 적지만 DOOSAN, IHI 등 외국 기업이 대표하고 있습니다.
장비 공급업체에서 시스템 통합업체로의 전환: 이 모드는 국내에서 널리 적용됩니다. 이전에는 Jinlang Technology, Gudewei 및 Deye Technology와 같은 광전지 인버터 제조업체, Energy, Penghui Energy와 같은 전원 배터리 에너지 저장 제조업체, Jinpan Technology, Cosmald, Ke Shida, Kesta, KOCS, China Data, Baoguang Co., Ltd., Kelu Electronics와 같은 PCS/BMS/EMS 제조업체와 같은 특정 제품에 중점을 두던 회사가 시스템 통합업체로 변모했습니다. 미국 시장에서는 주류 통합 제조업체가 세 모델 모두에서 운영되는 것을 볼 수 있습니다.
나트륨이온 배터리: 나트륨이온 배터리 비즈니스 프로세스가 가속화되고 있습니다. 나트륨 배터리는 나트륨 자원이 풍부하기 때문에 더 비용 효과적인 가격으로 리튬 배터리보다 더 나은 성능을 제공합니다. 나트륨 배터리는 빠른 충전 성능(상온에서 15분 만에 80% 충전), 저온 조건에서 우수한 성능, 상온 조건에서 4,000~5,000회의 사이클 수명, 철-리튬 배터리와 유사한 에너지 밀도를 나타냅니다. 2022년 세계에서 확인된 리튬 자원은 약 8,900만 톤에 달하며, 그 중 절반 이상이 남미에 분포되어 있는 반면, 중국은 510만 톤을 보유하여 전 세계 비중의 6%에 불과합니다. 게다가 리튬 원료의 65%는 수입이 필요하다. 대조적으로, 나트륨 자원은 염화나트륨이 풍부한 바닷물과 함께 전 세계적으로 풍부하고 널리 분포되어 있습니다.
흐름 배터리: 양극 전해질과 음극 전해질이 분리된 액체 흐름 배터리는 탁월한 성능을 제공합니다. 철-크롬 배터리와 풀스케일 흐름 배터리는 이 분야의 두 가지 주요 상업적 방향입니다.
경열 에너지 저장: 경열 발전은 특히 피크 조정 및 주파수 조절을 위한 에너지 저장 방법으로서 자연스러운 이점을 가지고 있습니다.
중력 에너지 저장: 중력 에너지 저장은 충전 및 방전 과정을 용이하게 하기 위해 높이 차이에서 발생하는 위치 에너지를 활용하는 기계적 에너지 저장 방법입니다.
압축 공기 저장: 압축 공기 에너지 저장에는 전력 수요가 낮은 기간 동안 공기를 압축하고 이를 버려진 광산, 가스 저장 탱크, 동굴, 만료된 석유 및 가스정 또는 새로 건설된 가스정과 같은 고압 용기에 저장하는 작업이 포함됩니다. 강철 캔과 같은 압력 용기에 공기를 저장하는 것에 비해 소금 동굴과 같은 지하 공간을 활용하여 고용량 발전소를 건설하면 원자재 비용과 토지 비용이 크게 절감됩니다. 압축 공기 저장 시스템은 작동 매체, 저장 매체 및 열원을 기준으로 기존 시스템(보충 필요), 열 저장 장치가 있는 시스템, 액체/가스 압축 에너지 저장 시스템으로 분류될 수 있습니다.
플라이휠 에너지 저장장치: 플라이휠 에너지 저장장치는 아직 상용화 초기 단계에 있는 신기술입니다. 회전하는 플라이휠을 사용하여 에너지를 저장하고 방출합니다.
