2025 에너지 저장 혁명: 혁신적 배터리, 중력 시스템, 그리고 수소가 이끄는 미래

• IEA는 2030년까지 전 세계 저장 용량이 1,500GW에 도달해야 하며, 이는 현재보다 15배 증가한 수치로, 이 중 90%가 배터리로 채워질 것으로 전망합니다.
• 2024년 에너지 저장 분야는 사상 최대의 성장을 기록했으며, 이는 2025년에는 그 규모가 더욱 커질 것임을 예고합니다. 이 성장은 그리드 규모, 주거용, 산업용, 이동식, 실험적 응용 분야 전반에 걸쳐 나타나고 있습니다.
• 리튬이온 배터리 가격은 2024년에 약 20% 하락하여 평균 $115/kWh를 기록했으며, 전기차용 팩은 $100/kWh 이하로 떨어졌습니다.
• 전 세계 배터리 제조 용량은 3.1TWh에 도달하여 수요를 훨씬 초과했고, 제조업체 간 치열한 가격 경쟁을 촉진했습니다.
• Rongke Power는 중국 우란차부에 175MW / 700MWh 규모의 바나듐 레독스 플로우 배터리 설치를 완료했으며, 이는 세계 최대의 플로우 배터리입니다.
• Energy Vault는 중국 루동에 25MW / 100MWh 중력 저장 시스템을 구축했으며, 이는 최초의 대규모 비양수식 중력 저장 설비입니다.
• Highview Power는 스코틀랜드 헌터스턴에서 50MW / 50시간(2.5GWh) 액체 공기 에너지 저장 프로젝트를 발표했으며, 이는 더 넓은 LAES 확장의 일환입니다.
• Hydrostor의 Willow Rock CAES 프로젝트는 캘리포니아에서 500MW / 4,000MWh 규모로 계획되었으며, 2억 달러의 투자와 17억 6천만 달러의 미국 에너지부 대출 보증을 받았습니다.
• 유타주의 ACES Delta 프로젝트는 지하 소금 동굴에 최대 300GWh의 에너지를 수소 형태로 저장하는 것을 목표로 하며, 풍력과 태양광을 이용해 수소를 생산합니다.
• CATL은 2025년 2세대 나트륨이온 배터리를 출시할 계획이며, 200Wh/kg 이상의 목표를 세우고 있습니다. BYD는 Cube SIB 컨테이너(유닛당 2.3MWh 저장) 등 나트륨이온 제품을 출시했습니다.

에너지 저장의 새로운 시대

에너지 저장은 청정 에너지 전환의 핵심에 위치하며, 태양광과 풍력이 필요할 때 전기를 공급할 수 있도록 해줍니다. 2024년의 사상 최대 성장은 2025년의 더 큰 도약을 예고하며, 각국은 기후 목표 달성을 위해 배터리와 기타 저장 기술을 확대하고 있습니다 woodmac.com. 국제에너지기구(IEA)는 전 세계 저장 용량이 2030년까지 1,500GW에 도달해야 한다고 전망하며, 이는 현재의 15배 증가에 해당합니다. 이 중 90%는 배터리가 차지할 것으로 보입니다 enerpoly.com. 이러한 급증은 재생에너지 확대에 따른 그리드 균형, 극한 기상 상황 대비 백업, 24시간 가동되는 전기차 및 공장 전력 공급 등 시급한 필요에 의해 촉진되고 있습니다. 가정용 Tesla Powerwalls부터 대형 양수식 수력댐까지, 저장 기술은 빠르게 진화하고 있습니다. 사우디아라비아에서 라틴아메리카에 이르는 신흥 시장들도 미국, 중국, 유럽 등 기존 선도국과 함께 대규모 저장 설비를 도입하고 있습니다 woodmac.com. 요약하면, 2025년은 에너지 저장 혁신과 보급에 있어 돌파구가 될 해로 보이며, 그리드 규모, 주거용, 산업용, 이동식, 실험적 응용 분야 전반에 걸쳐 그 영향이 미칠 것입니다.

이 보고서는 모든 주요 에너지 저장 방식—화학 배터리, 기계식 시스템, 열 저장, 수소—을 심층적으로 다루며, 최신 기술, 전문가 인사이트, 최근의 돌파구, 그리고 이것이 더 깨끗하고 회복력 있는 에너지 미래에 어떤 의미가 있는지 조명합니다. 문체는 쉽고 흥미롭게 구성되어 있어, 일반 독자든 에너지 애호가든, 새로운 저장 솔루션이 어떻게 우리 세상을 움직이고 있는지(그리고 앞으로 어떤 기술이 주목받을지!) 알아보실 수 있습니다.

리튬이온 배터리: 여전히 군림하는 일꾼

리튬이온 배터리는 2025년에도 에너지 저장의 일꾼 자리를 지키며, 휴대폰 배터리부터 대규모 그리드 저장소까지 모든 분야를 장악하고 있습니다. 리튬이온(Li-ion) 기술은 높은 에너지 밀도와 효율성을 제공해 몇 시간 단위의 저장에 이상적입니다. 최근 몇 년간 비용이 급락하면서 Li-ion이 시장을 장악하게 되었는데, 전 세계 평균 배터리 팩 가격은 2024년에 약 20% 하락해 $115/kWh(전기차용 팩은 $100/kWh 이하로 하락)까지 떨어졌습니다 energy-storage.news. 2017년 이후 최대의 이 급격한 하락은 제조 규모 확대, 시장 경쟁, LFP(리튬인산철)과 같은 저렴한 화학 조성으로의 전환 energy-storage.news에 의해 촉진되었습니다. 코발트와 니켈이 없는 리튬인산철 배터리는 비용이 더 저렴하고 안전성이 향상되어, 에너지 밀도가 니켈 함량이 높은 NMC 셀보다 약간 낮더라도 전기차와 가정용 저장장치에서 인기를 끌고 있습니다.

2024–2025년 Li-ion 주요 트렌드:

• 더 크고 더 저렴하게: 스웨덴의 Northvolt energy-storage.news 등 기가팩토리와 중국 배터리 대기업들의 대규모 투자로 공급이 급증했습니다. 전 세계 배터리 제조 능력(3.1TWh)이 이제 수요를 훨씬 초과하여 가격이 하락하고 있습니다 energy-storage.news. 업계 분석가들은 치열한 가격 경쟁을 지적하며, “소규모 제조업체들은 시장 점유율을 위해 셀 가격 인하 압박을 받고 있다”고 BloombergNEF의 Evelina Stoikou는 말합니다 energy-storage.news.
• 안전 및 규제: 대형 배터리 화재가 안전에 대한 관심을 집중시켰습니다. 2025년 시행 예정인 EU 배터리 규제와 같은 새로운 규정은 더 안전하고 지속 가능한 배터리를 의무화하고 있습니다 enerpoly.com. 이로 인해 배터리 관리 시스템과 내화 설계에 대한 혁신이 촉진되고 있습니다. 한 업계 전문가는 “배터리 화재 안전이 중요한 초점이 되었고, 허가 절차가 상당히 복잡해졌습니다… 업계는 더 안전한 배터리 기술로 전환하고 있습니다”라고 언급했습니다 enerpoly.com.
• 재활용 및 공급망: 지속 가능성과 공급 보안을 해결하기 위해, 기업들은 배터리 재활용(예: Redwood Materials, Li-Cycle)을 확대하고 윤리적으로 조달된 소재를 사용하고 있습니다. 새로운 EU 규정은 배터리에 재활용 소재 사용도 촉진합니다 enerpoly.com. 리튬, 니켈 등을 재사용하고 희귀한 코발트를 피하는 대체 화학 기술을 개발함으로써, 업계는 비용과 환경 영향을 줄이는 것을 목표로 하고 있습니다.
• 활용 사례: 리튬이온은 어디에나 있습니다 – 가정용 배터리(예: Tesla Powerwall, LG RESU)는 가정에서 태양광 에너지의 시간 이동과 백업 전원을 가능하게 합니다. 상업 및 산업용 시스템은 피크 수요 요금 절감을 위해 설치됩니다. 전력망 규모의 배터리 팜은 종종 태양광 또는 풍력과 함께 설치되어 출력 변동을 완화하고 저녁 피크 공급을 지원합니다. 특히, 캘리포니아와 텍사스는 각각 수 기가와트 규모의 리튬이온 저장 장치를 도입해 전력망 신뢰성을 높였습니다. 이 1~4시간 시스템은 빠른 반응과 일일 사이클링에 탁월하며, 주파수 조정, 피크 절감 등 다양한 서비스를 제공합니다. 하지만 장시간 저장(8시간 이상)에는 비용 증가로 인해 리튬이온이 덜 경제적이어서, 다른 기술에 기회가 열리고 있습니다 energy-storage.news.

장점: 높은 효율(~90%), 빠른 반응, 급격히 하락하는 비용, 검증된 성능(수천 회 사이클), 작은 셀부터 대형 컨테이너까지의 다양성 enerpoly.com.

제한 사항: 원자재(리튬 등)가 한정되어 있고 공급망 위험이 있으며, 화재/열폭주 위험(이는 LFP 화학과 안전 시스템으로 완화됨), 그리고 약 4~8시간 이상의 저장 시간에서는 경제적 제약이 있음(이 경우 대체 저장 방식이 더 저렴할 수 있음) energy-storage.news. 또한, 리튬이온의 성능은 극한의 추위에서 저하될 수 있으나, 실리콘 첨가나 리튬타이타네이트 음극 사용과 같은 새로운 화학적 조정 및 hybrid packs가 이를 개선하기 위해 개발되고 있다.

“리튬이온 배터리는 단기(1~4시간) 용도에는 여전히 이상적이지만, 장기 저장에서는 경제성이 떨어져 대체 기술이 등장할 기회를 제공한다,”라고 최근 업계 분석에서 언급했다 enerpoly.com. 즉, 2025년에도 리튬이온의 지배는 계속되지만, next-generation batteries are waiting in the wings 그 한계를 극복하기 위해 준비 중이다.

리튬을 넘어서: 차세대 배터리 혁신

현재는 리튬이온이 선도하고 있지만, next-generation battery technologies의 물결이 성숙해지고 있다 – 더 높은 에너지 밀도, 더 긴 지속 시간, 더 저렴한 소재, 또는 향상된 안전성을 약속한다. 2024~2025년에는 이러한 대체 화학 분야에서 큰 진전이 있었다:

고체상태 배터리(리튬-메탈 배터리)

고체상태 배터리는 리튬이온 셀의 액체 전해질을 고체 물질로 대체하여 리튬 금속 음극 사용을 가능하게 한다. 이는 에너지 밀도를 극적으로 높여(장거리 전기차에 유리) 화재 위험을 줄일 수 있다(고체 전해질은 인화성이 없음). 여러 기업이 주목을 받았다:

• 도요타는 “기술적 돌파구”를 발표하고 전고체 배터리 개발을 가속화하며, 2027–2028년까지 전고체 전기차 배터리를 출시할 계획이라고 밝혔다 electrek.coelectrek.co. 도요타는 첫 전고체 배터리 차량이 10분 만에 충전되고, 750마일(1,200km) 주행거리를 제공하며, 약 10분 만에 80% 충전이 가능하다고 주장한다 electrek.co. “우리는 몇 년 안에 전고체 배터리 전기차를 출시할 것입니다… 10분 만에 충전되고 1,200km 주행이 가능한 차량입니다,”라고 도요타 임원 Vikram Gulati가 말했다 electrek.co. 하지만 대량 생산은 제조상의 어려움으로 인해 2030년까지는 기대되지 않는다 electrek.co.
• QuantumScape, Solid Power, 삼성, 그리고 기타 업체들도 전고체 셀을 개발 중이다. 프로토타입은 유망한 에너지 밀도(현재 리튬이온 대비 20~50% 향상 가능)와 수명 주기를 보여주지만, 대량 생산은 어렵다. 전문가 전망: 전고체 배터리는 “게임 체인저가 될 잠재력”이 있지만, 2020년대 후반까지는 소비자 시장에 영향을 미치지 않을 것으로 보인다 electrek.co.

장점: 더 높은 에너지 밀도(더 가볍고 주행거리가 긴 전기차), 향상된 안전성(화재 위험 감소), 더 빠른 충전 가능성.
제한점: 대량 생산이 비싸고 복잡하며, 덴드라이트 저항성 고체 전해질 등 소재가 아직 최적화 단계에 있다. 상업화 일정은 3~5년 후로 남아 있어, 2025년은 대량 보급보다는 프로토타입과 파일럿 라인에 초점이 맞춰질 전망이다.

리튬-황 배터리

리튬-황(Li-S) 배터리는 양극에 무거운 금속 산화물 대신 초경량 황을 사용해 에너지 저장에서 도약을 이룬다. 황은 풍부하고 저렴하며, 이론적으로 무게당 훨씬 더 많은 에너지 저장이 가능해 리튬이온 대비 최대 2배 에너지 밀도의 셀을 제공할 수 있다 lyten.com. 단점은 짧은 수명(“폴리설파이드 셔틀” 문제로 인한 열화)이었다. 2024년, Li-S는 상용화에 큰 진전을 이루었다:

• 미국 스타트업 Lyten이 Stellantis를 포함한 자동차 제조업체에 6.5 Ah 리튬-황 프로토타입 셀을 테스트용으로 출하하기 시작했다 lyten.com. 이 “A-샘플” Li-S 배터리는 전기차, 드론, 항공우주 및 군사용으로 평가되고 있다 lyten.com. Lyten의 Li-S 기술은 황을 안정화하기 위해 독점적인 3D 그래핀을 사용한다. 회사는 자사의 셀이 400 Wh/kg(일반적인 전기차 배터리의 약 두 배)에 도달할 수 있으며 기존 리튬이온 생산 라인에서 생산될 수 있다고 주장한다 lyten.com.
• Lyten의 최고 배터리 기술 책임자인 Celina Mikolajczak는 그 매력을 이렇게 설명한다: “대중 시장의 전기화와 넷제로 목표는 더 높은 에너지 밀도, 더 가벼운 무게, 더 낮은 비용의 배터리를 요구하며, 이는 풍부하게 이용 가능한 현지 자재로 대규모로 완전히 조달 및 제조될 수 있어야 합니다. 그것이 바로 Lyten의 리튬-황 배터리입니다.” lyten.com 다시 말해, Li-S는 값비싼 금속을 없앨 수 있다 – 황은 저렴하고 널리 구할 수 있다, 그리고 니켈, 코발트, 흑연이 전혀 필요 없다는 것이 Lyten의 설계다 lyten.com. 이로 인해 예상되는 탄소 발자국이 리튬이온 대비 65% 낮아지고, 공급망 문제도 완화된다 lyten.com.
• 다른 한편, 연구진(예: 호주 모나시 대학교)은 개선된 Li-S 프로토타입을 보고했으며, 초고속 충전 Li-S 셀을 장거리 전기 트럭에 시연하기도 했다 techxplore.com. OXIS Energy(현재는 폐업) 등 여러 기업이 길을 닦았고, 현재 여러 시도가 2020년대 중후반 상용화 Li-S를 목표로 하고 있다.

장점: 매우 높은 에너지 밀도(차량 또는 항공기용 경량 배터리), 저렴한 소재(황), 희귀 금속에 대한 의존도 없음.
제한사항: 역사적으로 짧은 수명(하지만 새로운 설계는 진전을 주장함), 그리고 낮은 효율성. 리튬-황 배터리는 또한 부피 에너지 밀도가 낮아(더 많은 공간을 차지함) EV 배터리를 대체하기 전에 우선 드론, 항공 등 고밀도 특수 분야에 사용될 가능성이 높습니다. 예상 일정: 초기 리튬-황 배터리는 2025~2026년경 항공우주 또는 방위 분야에서 제한적으로 사용될 수 있습니다 lyten.com, 내구성 문제가 완전히 해결된다면 이후에 상업용 EV로 더 넓게 채택될 수 있습니다.

나트륨이온 배터리

나트륨이온(Na-ion) 배터리는 특정 용도에서 매력적인 대안으로 부상했으며, 리튬 대신 저렴한 비용과 풍부한 나트륨 공급(일반 소금에서 추출)을 활용합니다. 나트륨이온 셀은 무게당 저장 에너지가 리튬이온보다 다소 적지만, 큰 비용 및 안전성 이점을 제공하여 특히 중국에서 활발한 개발이 이루어지고 있습니다. 최근의 주요 돌파구는 다음과 같습니다:

• CATL(Contemporary Amperex Technology Co.), 세계 최대 배터리 제조사는 2세대 나트륨이온 배터리를 2024년 말에 공개했으며, 200 Wh/kg 이상의 에너지 밀도(1세대 약 160 Wh/kg에서 향상)로 기대됩니다 ess-news.com. CATL의 수석 과학자 Dr. Wu Kai는 새로운 Na-ion 배터리가 2025년에 출시될 예정이지만, 대량 생산은 이후(2027년까지 예상) 본격화될 것이라고 밝혔습니다 ess-news.com. 특히 CATL은 나트륨이온과 리튬이온 셀을 결합한 하이브리드 배터리 팩(“Freevoy”라 불림)도 개발하여 각 기술의 강점을 활용하고 있습니다 ess-news.com. 이 설계에서 나트륨이온은 극한 저온 환경(최대 -30°C까지 충전 유지)과 빠른 충전을 담당하고, 리튬이온은 더 높은 기본 에너지 밀도를 제공합니다 ess-news.com. EV 및 플러그인 하이브리드용으로 설계된 이 하이브리드 팩은 400km 이상의 주행거리와 4C급 초고속 충전을 제공하며, 나트륨이온 셀을 통해 -40°C 환경에서도 작동이 가능합니다 ess-news.com.
• BYD는 또 다른 중국의 배터리/전기차 대기업으로, 2024년에 자사의 나트륨 이온 기술이 2025년까지 리튬 인산철(LFP)과 비용이 맞먹을 정도로 충분히 비용을 절감했으며, 장기적으로는 LFP보다 70% 더 저렴해질 수 있다고 ess-news.com 발표했다. BYD는 30GWh 규모의 나트륨 배터리 공장을 착공했으며, 2024년 말에는 세계 최초의 고성능 나트륨 이온 배터리 에너지 저장 시스템(ESS) 제품을 출시했다고 밝혔다 ess-news.com. BYD의 “Cube SIB” 컨테이너는 단위당 2.3MWh를 저장할 수 있으며(에너지 밀도가 낮아 동등한 리튬 이온 컨테이너의 약 절반 수준)ess-news.com이다. 2025년 3분기까지 중국에서 공급될 예정이며, kWh당 가격은 LFP 배터리와 유사하다 ess-news.com. BYD는 나트륨 이온의 우수한 저온 성능, 긴 수명, 그리고 안전성(리튬이 없어 화재 위험이 적음)을 강조한다 ess-news.com.
• 업계 관점: CATL의 CEO 로빈 쩡은 나트륨 이온 배터리가 미래에는 “리튬 인산철 배터리 시장의 최대 50%를 대체할 수 있다”고 대담하게 예측했다 ess-news.com. 이는 나트륨 이온이 에너지 밀도 요구가 높지 않지만 비용이 중요한 고정형 저장장치와 보급형 전기차 시장에서 큰 점유율을 차지할 것이라는 자신감을 반영한다. 나트륨은 저렴하고 풍부하며, 나트륨 이온 셀은 전류 집전체로 구리보다 저렴한 알루미늄을 사용할 수 있기 때문에 원재료 비용이 리튬 이온보다 상당히 낮다ess-news.comess-news.com. 또한, 나트륨 이온 화학은 본질적으로 우수한 저온 내성을 가지며, 운송을 위해 0V까지 안전하게 충전할 수 있어 물류가 간소화된다.

장점: 저렴하고 풍부한 소재(리튬, 코발트, 니켈 없음), 향상된 안전성(비가연성 전해질 조성, 열폭주 위험 낮음), 추운 기후에서의 우수한 성능, 긴 수명 잠재력. 대규모 고정형 저장장치와 저렴한 전기차에 이상적임.
제한 사항: 에너지 밀도가 더 낮음(리튬이온 대비 약 20~30% 낮음)으로 동일한 충전을 위해 더 무거운 배터리가 필요합니다. 이는 그리드 저장에는 적합하고, 도심형 차량에는 작은 단점이지만, 장거리 차량에는 개선이 없다면 덜 적합합니다. 또한, 나트륨이온 산업은 이제 막 확장 단계에 들어섰으며, 전 세계 제조 및 공급망이 성숙하려면 몇 년이 더 필요합니다. 2025~2026년 파일럿 도입(중국이 선도할 가능성 높음)과 최초의 나트륨이온 구동 기기(2025년까지 일부 중국 전기차 모델 또는 전기자전거에 나트륨이온 적용 가능)를 주목하세요.

플로우 배터리(바나듐, 철 등)

플로우 배터리는 액체 전해질을 탱크에 저장하고, 이를 셀 스택에 펌프로 순환시켜 충·방전을 합니다. 에너지(탱크 크기)와 출력(스택 크기)을 분리할 수 있어, 장시간 저장(8시간 이상)과 긴 수명에 적합합니다. 가장 확립된 유형은 바나듐 레독스 플로우 배터리(VRFB)이며, 2024년에 중요한 이정표가 세워졌습니다: 세계 최대 플로우 배터리 시스템이 중국에서 완공됨 energy-storage.news.

• 중국의 기록 경신 프로젝트: Rongke Power는 중국 우란차부(우시)에 175 MW / 700 MWh 바나듐 플로우 배터리 설치를 완료했습니다 – 현재 세계 최대 플로우 배터리 energy-storage.news. 이 대규모 4시간 지속 시스템은 지역 전력망의 안정성, 피크 절감, 재생에너지 통합을 제공합니다 energy-storage.news. 업계 전문가들은 그 의미를 강조했습니다: “700 MWh는 기술을 불문하고 매우 큰 배터리입니다. 불행히도 이 정도 규모의 플로우 배터리는 중국에서만 실현되고 있습니다,”라고 플로우 배터리 업계 베테랑인 미하일 니코마로프가 말했습니다 energy-storage.news. 실제로 중국은 바나듐 플로우 프로젝트를 적극적으로 지원해왔으며, Rongke Power는 이전에 다롄에 100 MW / 400 MWh VRFB를 건설(2022년 가동)한 바 있습니다 energy-storage.news. 이 프로젝트들은 플로우 배터리가 수백 MWh 규모로 확장될 수 있음을 보여주며, 장시간 에너지 저장(LDES)을 제공하고, 블랙 스타트와 같은 전력망 기능도 수행할 수 있음을 입증했습니다(다롄에서 시연됨) energy-storage.news.
• 플로우 배터리의 장점: 일반적으로 수만 번의 충방전을 해도 성능 저하가 거의 없으며, 20년 이상의 수명을 제공합니다. 전해질(바나듐 레독스 플로우 배터리의 경우 산성 용액 속 바나듐, 또는 최신 플로우 설계에서는 철, 아연-브로민, 유기 화합물 등)은 정상 작동 시 소모되지 않으며, 화재 위험이 없습니다. 이로 인해 유지보수가 간단하고 안전성이 매우 높습니다.
• 최근 동향: 중국 외에도 ESS Inc(미국)와 같은 기업들이 철 플로우 배터리를 개발하고 있으며, 다른 기업들은 아연 기반 플로우 시스템을 연구 중입니다. 호주와 유럽에서도 수 MWh 규모의 소규모 프로젝트가 진행되고 있습니다. 여전히 남아 있는 과제는 높은 초기 비용입니다 – “플로우 배터리는 여전히 오늘날 시장을 지배하는 리튬이온보다 자본 비용이 훨씬 높다”(energy-storage.news). 하지만 장시간(8~12시간 이상) 저장에서는, 탱크 용량을 늘리는 것이 리튬이온 팩을 더 쌓는 것보다 저렴하기 때문에 저장된 kWh당 비용 경쟁력이 생길 수 있습니다. 야간 또는 며칠간 재생에너지 전환을 위한 다시간 저장에 관심 있는 정부와 유틸리티들이 플로우 배터리 파일럿을 유망한 LDES(장기 에너지 저장) 솔루션으로 지원하고 있습니다.

장점: 탁월한 내구성(수천 번의 충방전에도 용량 저하 없음), 본질적으로 안전함(화재 위험 없고 완전 방전 상태로 두어도 무해), 에너지 용량의 손쉬운 확장(더 많은 시간 저장이 필요하면 탱크만 키우면 됨), 풍부한 소재 사용(특히 철 또는 유기 플로우 배터리의 경우). 장기 고정형 저장(8시간~수일)과 잦은 충방전, 긴 수명에 이상적입니다.
제한점: 에너지 밀도가 낮아(액체 탱크가 무겁고 부피가 커서 고정형에만 적합), 짧은 시간 저장에서는 리튬이온 대비 초기 kWh당 비용이 높으며, 대부분의 화학식은 부식성 또는 유독성 전해질의 주의 깊은 취급이 필요합니다(바나듐 전해질은 산성, 아연-브로민은 위험한 브로민 사용 등). 또한 플로우 배터리는 일반적으로 리튬이온(약 90%)보다 낮은 왕복 효율(~65~85%, 종류에 따라 다름)을 가집니다. 2025년 기준, 플로우 배터리는 틈새지만 성장 중인 분야이며, 중국이 도입을 주도하고 있습니다. 스택 효율과 비용의 지속적 개선이 기대되며, 유기 플로우 배터리(친환경 분자 사용)나 하이브리드 플로우-커패시터 시스템과 같은 새로운 화학식이 연구개발 중으로, 활용 범위가 넓어질 전망입니다.

기타 신흥 배터리(아연, 철-공기 등)

위에서 언급한 것 외에도, 여러 “와일드카드” 배터리 기술이 개발 또는 초기 실증 단계에 있습니다:

• 아연 기반 배터리: 아연은 저렴하고 안전합니다. 아연-브로민 플로우 셀 외에도, 정적 아연 배터리(아연-이온(수계 전해질) 및 아연-공기 배터리(아연을 공기와 산화시켜 전력을 생성))가 있습니다. 캐나다 기업 Zinc8 등은 그리드용 아연-공기 저장장치(수 시간~수 일 저장 가능)를 개발해왔으나, 진전이 더뎠고 Zinc8은 2023~2024년에 재정적 어려움을 겪었습니다. 또 다른 회사인 Eos Energy Enterprises는 아연 하이브리드 캐소드 배터리(수계 아연 배터리)를 3~6시간 저장용으로 배치하고 있으나, 생산 문제로 어려움을 겪었습니다. 아연 배터리는 일반적으로 저렴한 비용과 비가연성이 장점이지만, 덴드라이트 형성이나 효율 저하 문제가 있을 수 있습니다. 2025년에는 첨가제와 개선된 멤브레인을 적용한 아연 배터리 설계가 등장해, 대량 생산에 성공한다면 고정형 저장장치에서 리튬이온보다 저렴한 대안이 될 수 있습니다.
• 철-공기 배터리: 미국 스타트업 “녹슬음 배터리”인 Form Energy가 그리드용 100시간 지속 솔루션으로 주목받았습니다. 철-공기 배터리는 철 펠릿을 녹슬게 하여(충전) 나중에 녹을 제거(방전)함으로써 에너지를 저장합니다. 본질적으로 제어된 산화-환원 주기입니다 energy-storage.news. 이 반응은 느리지만 매우 저렴합니다. 철은 풍부하고, 이 배터리는 낮은 효율(~50–60%)과 느린 반응 속도에도 불구하고 며칠간의 에너지를 저렴하게 공급할 수 있습니다. 2024년 8월, Form Energy는 첫 그리드 파일럿 사업을 시작했습니다: 미네소타의 Great River Energy와 함께하는 1.5 MW / 1500 MWh (100시간) 철-공기 시스템입니다 energy-storage.news. 이 프로젝트는 2025년 말 가동을 시작해 수년간 평가될 예정입니다 energy-storage.news. Form은 또한 더 큰 시스템도 계획 중입니다. 예를 들어 미국 에너지부(US DOE)가 지원하는 메인 주의 8.5 MW / 8,500 MWh 설치가 있습니다 energy-storage.news. 이 철-공기 배터리는 잉여 재생에너지가 있을 때(예: 바람이 많이 부는 날) 여러 시간에 걸쳐 충전되고, 필요할 때 4일 이상 연속 방전할 수 있습니다. Form Energy의 CEO 마테오 하라미요는 이것이 재생에너지를 기저부하 전력처럼 만들 것이라고 봅니다. 즉, “재생에너지가 그리드의 ‘기저부하’ 역할을 하도록 한다”며, 바람이나 햇빛이 오랫동안 없는 기간을 커버할 수 있다고 설명합니다 energy-storage.news. Great River Energy의 매니저 Cole Funseth는 “이 파일럿 프로젝트가 멀티데이 저장과 향후 확장 가능성에 있어 선도적인 역할을 하길 바란다”고 덧붙였습니다. energy-storage.news
  • 장점: 녹을 이용해 초장기 저장을 초저가로 구현 – 철-공기 배터리는 매우 긴 저장에 대해 kWh당 리튬이온의 일부 가격에 불과할 수 있으며, 안전하고 풍부한 소재를 사용합니다. 비상 백업 및 계절 저장에 이상적이며, 일일 사이클에만 국한되지 않습니다.
  • 제한점: 낮은 왕복 효율(변환 과정에서 에너지의 약 절반 손실), 매우 큰 설치 면적(에너지 밀도가 낮기 때문), 느린 반응 속도 – 빠른 대응이 필요한 용도에는 적합하지 않습니다. 빠른 배터리를 대체하는 것이 아니라 보완하는 기술입니다. 2025년 현재 이 기술은 여전히 파일럿 단계이지만, 성공한다면 오직 재생에너지로 멀티데이 신뢰성을 확보하는 가장 어려운 과제를 해결할 수 있습니다.
• 슈퍼커패시터 & 울트라커패시터: 엄밀히 말해 배터리는 아니지만, 주목할 가치가 있다 – 울트라커패시터(전기 이중층 커패시터 및 신흥 그래핀 슈퍼커패시터)는 정전기적으로 에너지를 저장한다. 몇 초 만에 충전 및 방전이 가능하며 극도의 출력을 내고 백만 회 이상의 사이클을 견딘다. 단점은 무게 대비 저장 에너지가 낮다는 점이다. 2025년 현재, 울트라커패시터는 틈새 분야에서 사용된다: 회생 제동 시스템, 짧은 시간 동안의 그리드 안정화, 중요 시설의 백업 등이다. 하이브리드 배터리-커패시터 시스템에 대한 연구가 진행 중이며, 이는 두 기술을 결합해 고에너지와 고출력을 동시에 제공할 수 있을 것으로 기대된다 hfiepower.com. 예를 들어, 일부 전기차는 배터리와 함께 소형 슈퍼커패시터를 사용해 급가속 및 제동 에너지를 처리한다. 그래핀과 같은 새로운 탄소 나노소재가 커패시터의 에너지 밀도를 점진적으로 향상시키고 있다. 대용량 저장 솔루션은 아니지만, 슈퍼커패시터는 매우 단기적인 간극(수초~수분)을 메우고 배터리를 고부하 전력 급증으로부터 보호하는 중요한 저장 보조 수단이다.

기계적 에너지 저장: 중력, 물, 공기

배터리가 주목받는 동안, 기계적 에너지 저장 방식은 조용히 장기 저장의 중추 역할을 하고 있다. 실제로, 오늘날 세계 에너지 저장 용량의 가장 큰 비중은 기계적 방식이 차지하고 있으며, 그 선두는 양수 수력이다. 이 기술들은 종종 중력, 압력, 운동 등 단순한 물리 법칙을 활용해 대규모 에너지를 저장한다.

양수 수력 저장 – 거대한 “물 배터리”

양수 수력 저장(PSH)은 가장 오래되었으며, 단연코 세계 최대 용량의 에너지 저장 기술이다. 전기가 남을 때 물을 높은 저수지로 펌핑해 저장하고, 필요할 때 물을 아래로 흘려 터빈을 돌려 전기를 생산한다. 2023년 기준, 전 세계 양수 수력 용량은 179GW에 달하며 수백 개의 발전소에 분포되어 있다 nha2024pshreport.com – 이는 지구상에 저장된 전체 에너지 용량의 대부분을 차지한다. 반면, 모든 배터리 저장 용량은 수십 GW에 불과하다(물론 빠르게 증가 중이지만).

최근 동향:

펌프식 수력 발전의 성장은 수십 년간 더뎠으나, 장기 저장의 필요성이 커지면서 관심이 다시 높아지고 있습니다. 국제수력발전협회는 2023년에 6.5GW의 신규 펌프식 수력 발전(PSH)이 추가되어, 전 세계 총량이 179GW에 이르렀다고 보고했습니다 nha2024pshreport.com. 야심찬 목표에 따르면, 넷제로 그리드를 지원하기 위해 2050년까지 420GW 이상이 필요합니다 nha2024pshreport.com. 예를 들어 미국에서는 67개의 신규 PSH 프로젝트가 제안되어 있으며(총 50GW 이상), 21개 주에 걸쳐 있습니다 nha2024pshreport.com.
• 중국은 펌프식 수력 발전을 공격적으로 확장하고 있습니다 – 세계 최대의 PSH 발전소인 펑닝(허베이, 중국)이 최근 3.6GW 규모로 가동을 시작했습니다. 중국은 대규모 재생에너지 통합을 위해 2027년까지 80GW의 펌프식 저장 용량 달성을 계획하고 있습니다 hydropower.org.
• 새로운 설계 방식으로는 환경 영향을 최소화하기 위한 폐쇄형 시스템(강에서 떨어진 저수지), 폐광이나 채석장 등을 하부 저수지로 활용하는 지하 펌프식 저장, 심지어 해양 기반 시스템(해수 펌핑 또는 심해 압력 활용) 등이 있습니다. 독특한 예로, 연구자들은 지형이 유리한 곳에서 무거운 액체나 고체 추를 샤프트에 사용하는 “상자 속 펌프식 수력”도 연구 중입니다.

장점: 막대한 용량 – 발전소는 기가와트시에서 테라와트시(TWh)급 에너지 저장이 가능합니다(예: 대형 PSH 시설은 최대 출력으로 6~20시간 이상 운전 가능). 수명(50년 이상)이 길고, 효율(약 70~85%)이 높으며, 전력망 수요에 빠르게 대응합니다. 특히, 펌프식 수력은 신뢰성 높은 장기 저장과 전력망 안정성(관성, 주파수 조정) 서비스를 제공하여, 배터리만으로는 대규모로 충족하기 어려운 역할을 합니다. 검증된 기술로 경제성도 잘 알려져 있습니다.

제한점: 지리적 제약 – 적절한 고도 차와 수자원이 필요합니다. 저수지 조성을 위한 토지 침수, 하천 생태계 변화 등 환경 문제가 신규 사업 승인에 걸림돌이 될 수 있습니다. 높은 초기 비용과 긴 건설 기간도 장애물입니다(PSH 발전소는 사실상 대형 토목 인프라 사업입니다). 또한, 수시간 저장에는 적합하지만, PSH는 위치 선정이나 모듈화 측면에서 유연성이 떨어집니다. 이런 도전에도 불구하고, 펌프식 수력은 여전히 국가 전력망의 “대형 배터리”로 남아 있으며, 많은 국가들이 100% 재생에너지 전환을 추진하면서 재조명하고 있습니다. 예를 들어, 미국 에너지부(DOE)는 PSH의 대폭적인 확대가 필요하다고 추정합니다. 미국은 현재 약 22.9GW를 보유하고 있으며 rff.org, 미래 신뢰성 확보를 위해 더 많은 용량이 필요할 것입니다.

중력 에너지 저장 – 거대한 무게를 들어 올리고 내리기

양수 발전이 물을 들어 올리는 것이라면, 중력 에너지 저장은 에너지를 저장하기 위해 고체 질량을 들어 올리는 개념입니다. 최근 몇 년 동안 여러 혁신적인 기업들이 이 방식을 시도해 왔으며, 본질적으로 무거운 추를 들어 올렸다가 내리면서 에너지를 방출하는 “기계식 배터리”를 만드는 것입니다. 2024–2025년은 전환점이 되었습니다. 최초의 대규모 중력 저장 시스템이 가동을 시작했기 때문입니다:

• 에너지 볼트라는 스위스-미국 합작 스타트업이 중국 루둥에 25MW / 100MWh 중력 저장 시스템을 구축했습니다. 이는 대규모로는 최초의 사례입니다 energy-storage.news. EVx라 불리는 이 시스템은 충전 시 35톤짜리 복합 블록을 고층 건물과 같은 구조물로 들어 올리고, 방전 시에는 이를 내려서 발전기를 돌립니다. 2024년 5월까지 시운전을 완료했습니다 energy-storage.news. 이것은 이 크기에서 최초의 비-양수 중력 시스템으로, 이 개념이 그리드 규모에서도 작동할 수 있음을 보여줍니다 energy-storage.news. 에너지 볼트의 CEO 로버트 피코니는 이 성과를 강조했습니다: “이번 테스트는 중력 에너지 저장 기술이 세계 최대 에너지 저장 시장인 중국의 에너지 전환 및 탈탄소화 목표를 지원하는 데 핵심적인 역할을 할 것임을 보여줍니다.” energy-storage.news
  • 중국 프로젝트는 현지 파트너와 라이선스 계약으로 건설되었으며, 추가 프로젝트도 예정되어 있습니다. 중국에서 총 3.7GWh에 달하는 8개 프로젝트가 계획 중입니다 energy-storage.news. 에너지 볼트는 또한 Enel과 같은 유틸리티와 협력하여 텍사스에 18MW/36MWh 시스템을 구축할 예정이며, 이는 북미 최초의 중력 배터리가 될 것입니다 enelgreenpower.com, ess-news.com.
• 작동 원리: 잉여 전력이 있을 때(예: 한낮의 태양광 피크), 모터가 기계식 크레인 시스템을 구동하여 수십 개의 거대한 추를 구조물 꼭대기까지 들어 올리거나(또는 무거운 블록을 타워 위로 올림) 위치 에너지를 저장합니다. 이후 전력이 필요할 때, 블록을 내리면서 모터가 발전기로 전환되어 전기를 생산합니다. 왕복 효율은 약 75~85%이며, 반응 속도도 빠릅니다(거의 즉각적인 기계적 작동). 기본적으로 물이 없는 양수 발전의 변형 – 고체 추를 사용하는 방식입니다.
• 기타 중력 저장 개념: 또 다른 회사인 Gravitricity(영국)는 폐광 갱도를 이용해 무거운 추를 매다는 방식을 시험했습니다. 2021년에는 50톤짜리 추를 갱도에서 내리며 250kW 데모를 진행했습니다. 향후 계획은 기존 광산 인프라를 활용한 수 MW급 시스템을 목표로 하고 있습니다 – 영리한 재활용 접근법입니다. 또한 레일 기반 중력 저장(무거운 화차를 언덕 위로 끌어올려 저장하는 방식, 네바다 사막의 프로토타입 등) 개념도 있으나, 이는 실험 단계입니다.

장점: 저렴한 재료(콘크리트 블록, 강철, 자갈 등)를 사용하고, 잠재적으로 수명이 길며(모터와 크레인만 사용 – 시간이 지나도 마모가 적음), 대용량 확장도 가능합니다. 연료나 전기화학적 제약이 없고, 튼튼한 구조물이나 갱도만 있으면 어디든 설치할 수 있습니다. 또한 환경에 매우 무해하며 대형 댐에 비해 – 물이나 생태계에 영향이 없고, 물리적 공간만 차지합니다.

제한점: 배터리보다 에너지 밀도가 낮아 – 중력 시스템은 상당한 에너지를 저장하려면 높은 구조물이나 깊은 갱도, 많은 무거운 블록이 필요하므로 MWh당 설치 면적이 큽니다. 맞춤형 구조물 건설 비용이 높을 수 있습니다(하지만 Energy Vault는 모듈식 설계를 도입함). 또한, 지역사회 수용성도 문제일 수 있습니다(스카이라인에 20층짜리 콘크리트 추 타워가 들어선다고 상상해보세요). 중력 저장은 아직 초기 단계이며, 유망하지만 장기적으로 비용 경쟁력과 신뢰성을 입증해야 합니다. 2025년까지 이 기술은 여전히 성숙 단계에 있지만 실제 상용화가 진행 중입니다.

Energy Vault의 첫 상업용 중력 저장 시스템(25MW/100MWh)은 중국 루둥에 위치하며, 거대한 블록을 타워에서 올리고 내리며 에너지를 저장합니다 energy-storage.news. 이 20층 구조물은 세계 최초의 대규모 비수력 중력 저장 상용화 사례입니다.

압축 공기 및 액체 공기 에너지 저장 – 공기 압력에 에너지 저장

압축 가스를 이용한 에너지 저장은 오랜 역사를 가진 아이디어로, 최근 새로운 혁신이 이루어지고 있습니다. 압축 공기 에너지 저장(CAES) 플랜트는 1970년대부터 존재해왔습니다(독일과 앨라배마에 있는 두 대형 플랜트는 비수기 전력으로 공기를 지하 동굴에 압축 저장한 뒤, 피크 시 가스와 함께 연소시켜 전력을 생산). 하지만 최근에는 CAES를 더 친환경적이고 효율적으로, 심지어 화석연료 없이 구현하려는 현대적 접근이 등장하고 있습니다:

• 고급 단열식 압축공기 에너지 저장(A-CAES): 새로운 세대의 CAES는 공기 압축 시 발생하는 열을 포집해 팽창 시 재사용함으로써 천연가스 연소가 필요하지 않게 합니다. 캐나다 기업 Hydrostor가 이 분야의 선두주자입니다. 2025년 초, Hydrostor는 북미와 호주에서 A-CAES 프로젝트를 개발하기 위해 2억 달러의 투자를 확보했습니다 energy-storage.news. 또한 미국 DOE로부터 캘리포니아의 대규모 프로젝트를 위해 조건부 17억 6천만 달러 대출 보증도 받았습니다energy-storage.news. Hydrostor가 계획 중인 캘리포니아의 “Willow Rock” CAES는 500MW / 4,000MWh(8시간) 규모로, 압축공기를 저장하기 위해 소금 동굴을 사용합니다 energy-storage.news. 또한 호주(브로큰 힐, “Silver City”)에서 200MW / 1,600MWh 프로젝트도 2025년 착공을 목표로 하고 있습니다 energy-storage.news.
  • A-CAES 작동 원리: 전기가 압축기를 구동해 공기를 압축하지만(기존 CAES처럼 열을 방출하는 대신) 열을 저장합니다(예를 들어, Hydrostor는 물과 열교환기 시스템을 사용해 압축된 물 루프에 열을 포집함) energy-storage.news. 압축공기는 보통 밀폐된 지하 동굴에 저장됩니다. 방전 시 저장된 열이 공기에 다시 전달되어(재가열) 터빈 발전기를 구동합니다. 열을 재활용함으로써 A-CAES는 60~70%의 효율을 달성할 수 있으며, 이는 열을 낭비하는 구형 CAES의 약 40~50%보다 훨씬 높습니다 energy-storage.news. 또한 재생에너지로 구동된다면 탄소를 배출하지 않습니다.
  • 전문가 인용: “압축공기 에너지 저장은 동굴 내 공기를 압축해 충전하고, 방전 시에는 가열 시스템과 터빈을 통해 에너지를 방출합니다… [기존] CAES는 열에너지가 낭비되어 50% 미만의 에너지만 회수할 수 있습니다. A-CAES는 그 열을 저장해 효율을 높입니다,”라고 Energy-Storage.news 분석에서 설명합니다 energy-storage.news.
• 액체 공기 에너지 저장(LAES): 공기를 고압으로 압축하는 대신, 공기를 액화하려면 -196°C로 초저온 냉각할 수 있습니다. 액체 공기(대부분 액체 질소)는 단열 탱크에 저장됩니다. 전력을 생산할 때는 이 액체를 펌프로 이동시켜 기체로 증발시키고, 터빈을 통해 팽창시킵니다. 영국의 Highview Power가 이 기술을 선도하고 있습니다. 2024년 10월, Highview는 스코틀랜드에서 2.5GWh LAES 프로젝트를 발표했으며, 이는 개발 중인 세계 최대의 액체 공기 에너지 저장소라고 주장했습니다 energy-storage.news. 스코틀랜드의 수상 John Swinney는 다음과 같이 극찬했습니다: “세계 최대의 액체 공기 에너지 시설이 에어셔에 건설되는 것은, 저탄소 미래 실현에 있어 스코틀랜드가 얼마나 소중한지를 보여줍니다…” energy-storage.news. 이 발전소(헌터스턴 소재)는 해상풍력의 중요한 저장 역할을 하며, 전력망 제약 문제 해결에도 도움이 될 것입니다 energy-storage.news.
  • Highview는 이미 2018년부터 맨체스터 근처에서 5MW / 15MWh LAES 실증 플랜트를 운영해왔습니다 energy-storage.news. 스코틀랜드의 신규 확장(50MW, 50시간 = 2.5GWh)은 이 기술의 실현 가능성에 대한 신뢰를 보여줍니다. Highview는 2024년에 3억 파운드(영국 정부 인프라 은행 등 지원 포함)를 조달해 맨체스터에 300MWh LAES를 건설하고, 더 큰 규모의 플릿을 시작할 예정입니다 en.wikipedia.org.
  • LAES의 장점: 산업용 공기 액화 및 팽창 기계 등 쉽게 구할 수 있는 부품을 사용하며, 액체 공기는 기계식 저장 방식 중 높은 에너지 밀도를 가집니다(압축공기 저장 동굴보다 훨씬 더 컴팩트하지만, 배터리보다는 덜 밀집됨). 거의 어디에나 설치할 수 있고, 희귀 소재가 필요 없습니다. 예상 효율은 약 50~70%이며, 대형 탱크로 수 시간~수일의 장기 저장이 가능합니다.
  LAES는 부산물로
  • 매우 차가운 공기도 배출할 수 있는데, 이는 냉장이나 발전 효율 향상에 활용될 수 있습니다(Highview의 설계는 이러한 시너지를 일부 통합함). 스코틀랜드 프로젝트는 장기 저장을 위한 새로운 상한-하한 시장 메커니즘을 통해 정부 지원을 받았으며, 정책이 이러한 프로젝트 지원 방향으로 맞춰지고 있음을 보여줍니다energy-storage.news.

장점 (CAES와 LAES 모두 해당): 장시간 저장 가능(수 시간에서 수십 시간), 저렴한 작동 물질(공기!) 사용, 대규모로 구축 가능해 전력망 지원에 적합하며, 수명이 길다. 또한 본질적으로 전력망에 관성(회전 터빈)을 제공해 안정성에 도움을 준다. 유독성 물질이나 화재 위험이 없다.

제한점: 전기화학 배터리보다 왕복 효율이 낮다(폐열을 다른 곳에 활용하지 않는 한). CAES는 동굴에 적합한 지질이 필요하다(소규모용 지상 CAES 용기도 존재). LAES는 매우 차가운 액체를 다뤄야 하며, 장기 저장 시 일부 기화 손실이 있다. 둘 다 초기 투자 비용이 높아 대규모에 적합하지만, 배터리만큼 모듈화되지는 않는다. 2025년 현재, 이 기술들은 상용화 직전 단계에 있으며, Highview와 Hydrostor의 프로젝트가 주요 시험 사례가 되고 있다. 성능과 비용 목표를 달성한다면, 2020년대 후반 이후 대용량 에너지 전환에 귀중한 역할을 할 수 있다.

Hydrostor가 캘리포니아에 계획 중인 4GWh 첨단 압축공기 에너지 저장 프로젝트의 컨셉 이미지 energy-storage.news. 이러한 A-CAES 발전소는 지하 동굴에 공기를 압축해 에너지를 저장하고 8시간 이상의 전력을 공급할 수 있어, 재생에너지의 장기 변동성에 따라 전력망 균형을 맞추는 데 도움을 준다.

플라이휠 및 기타 기계식 저장

플라이휠: 이 장치는 고질량 로터를 저마찰 환경에서 고속으로 회전시켜 운동 에너지로 저장한다. 충전과 방전이 수초 내에 가능해 전력 품질 및 전력망 주파수 조정에 탁월하다. 현대 플라이휠(복합재 로터와 자기 베어링 사용)은 전력망 지원에 이미 도입되었으며, 예를 들어 뉴욕의 20MW 플라이휠 발전소(Beacon Power)는 수년간 주파수 안정화에 기여해왔다. 플라이휠은 에너지 지속 시간이 제한적(보통 몇 분 내 완전 방전)이라 장기 저장에는 적합하지 않지만, 짧은 시간의 급속 응답에는 뛰어나다. 2024~25년에는 더 높은 용량의 플라이휠과 통합 시스템(예: 플라이휠과 배터리 결합해 빠른 변동 대응) 연구가 계속되고 있다. 데이터 센터 등에서는 무정전 전원(발전기 가동 전 수초간 전력 공급) 용도로도 사용된다.

기타 이색적 아이디어: 엔지니어들은 창의적이다 – 부력추 저장(깊은 광산 갱도나 심해 가방 활용), 펌프드 히트 저장(히트펌프로 물질의 온도차에 에너지 저장 후 열기관으로 다시 전기 변환 – 다음에 다룰 열 저장과 관련), 벨 부이 시스템(부이 아래 해양 압축공기 저장) 등이 제안되어 있다. 흥미롭지만, 2025년 현재 대부분은 실험 단계에 머물러 있다. 기계식 저장의 핵심은 기초 물리학을 활용하며, 수명과 대규모 확장성에서 강점을 보여 급변하는 배터리 세계에 중요한 보완책이 된다.

열 에너지 저장: 배터리로서의 열

모든 에너지 저장이 전기와 직접적으로 관련된 것은 아닙니다. 열 에너지(열 또는 냉기) 저장은 전력 시스템과 난방/냉방 수요 모두에 중요한 전략입니다. 열 에너지 저장(TES)은 가열되거나 냉각된 매체에 에너지를 저장했다가 나중에 사용하는 것을 포함합니다. 이는 에너지 사용을 평준화하고 재생에너지를 통합하는 데 도움이 될 수 있으며, 특히 열 수요가 큰(건물, 산업 등) 곳에서 유용합니다.

용융염 및 고온 열 저장

입증된 TES 방식 중 하나는 집중형 태양광 발전(CSP) 플랜트에서 볼 수 있는데, 이들은 종종 용융염을 사용해 태양열을 저장합니다. CSP 플랜트(모로코의 유명한 누르, 캘리포니아의 이반파 등)는 거울로 햇빛을 집중시켜 유체(오일 또는 용융염)를 고온(500°C 이상)으로 가열합니다. 그 열은 단열된 용융염 탱크에 수 시간 저장되었다가, 밤에 터빈용 증기를 생산하는 데 사용됩니다. 용융염 저장은 상업적으로 사용되고 있으며, 전 세계 CSP 시설에서 수 기가와트시의 저장 용량을 제공하여 일부 태양광 발전소가 일몰 이후(일반적으로 6~12시간 저장)에도 전력을 공급할 수 있게 합니다.

CSP를 넘어, 전기 열 저장 시스템이 등장하고 있습니다:

• 전기 열 에너지 저장(ETES): 이 시스템은 잉여 전기를 사용해 재료(저렴한 암석, 모래, 콘크리트 등)를 고온으로 가열한 뒤, 나중에 열기관(증기 사이클 또는 새로운 열-전력 변환기 등)을 작동시켜 다시 전기를 생산합니다. Siemens Gamesa와 같은 기업은 독일에서 화산암을 저항 코일로 약 750°C까지 가열해 약 130MWh의 열을 저장하고, 이후 이를 증기 발전으로 회수하는 ETES 파일럿을 구축했습니다. 해당 파일럿은 종료되었지만, 이 개념이 실현 가능함을 보여주었습니다.
• “모래 배터리”: 2022년, 핀란드 스타트업 Polar Night Energy는 모래 기반 열 저장으로 주목을 받았습니다. 본질적으로 저항 소자로 가열하는 대형 단열 모래 사일로입니다. 2023~2024년에는 이를 확장하여 1MW / 100MWh 모래 배터리가 핀란드에서 가동되었습니다 polarnightenergy.com, pv-magazine.com. 모래는 저렴한 재생에너지로 약 500°C까지 가열되고, 저장된 열은 겨울철 지역 난방에 사용됩니다. 모래는 저렴하고 훌륭한 열 저장 매체로(단열이 잘된 사일로에서는 수주간 열 손실이 거의 없습니다), 전기 생산용은 아니지만, 여름 태양광(열 형태)을 겨울 난방 수요로 전환함으로써 계절별 재생에너지 저장 문제를 해결합니다. 이는 “매우 핀란드다운 것”으로 묘사됩니다. 해가 없는 달의 따뜻함을 모래 벙커에 저장하는 것이죠! euronews.com.

장점: 열 저장은 종종 저렴한 재료(소금, 모래, 물, 암석 등)를 사용하며, kWh당 비교적 낮은 비용으로 대용량으로 확장할 수 있습니다. 열을 제공하는 경우, 매우 효율적일 수 있습니다(예: 매체를 저항 가열하고 나중에 그 열을 직접 사용하는 경우 난방 목적의 효율이 90% 이상임). 난방 탈탄소화에 매우 중요합니다: 화석연료 대신 재생에너지가 열 저장소를 충전하고, 이후 산업 공정이나 건물 난방에 필요할 때 공급할 수 있습니다.

제한점: 목표가 전기로 재변환하는 것이라면, 열 사이클은 카르노 효율에 의해 제한되므로 전체 왕복 효율은 30~50%일 수 있습니다. 따라서 TES가 전기 공급의 일부로서 의미가 있으려면 매우 저렴한 잉여 전력이 있거나(또는 열병합발전과 같은 이점이 있을 때)만 해당됩니다. 하지만 순수한 열 사용에는 열 저장이 매우 효과적입니다. 또한, 매우 장기간(계절별) 열을 저장하려면 매우 우수한 단열 또는 열화학 저장(가역적 화학 반응을 이용한 열 저장)이 필요합니다.

상변화 물질(PCM) 및 극저온 냉각

또 다른 관점: 상변화 물질은 특정 온도에서 녹거나 얼 때 에너지를 저장합니다(잠열 저장). 예를 들어, 일부 대형 건물에서는 얼음 저장을 사용합니다: 야간에 물을 얼음으로 냉각(비수기 전력 사용), 낮에는 이를 녹여 에어컨에 사용하여 피크 전력 사용을 줄입니다. 이와 유사하게, 다양한 염, 왁스, 금속과 같은 PCM은 산업용 또는 전기차 배터리 내부(열 부하 관리용)에서 특정 온도 범위의 열을 저장할 수 있습니다.

냉각 측면에서는 극저온 에너지 저장과 같은 기술이 우리가 LAES로 설명한 것과 겹칩니다 – 본질적으로 매우 차가운 액체 공기의 형태로 에너지를 저장하는 것입니다. 이 역시 액체가 기체로 끓을 때의 열 흡수를 이용하므로 열 저장으로 볼 수 있습니다.

건물 및 산업에서의 열 에너지 저장

주목할 점은 주거용 열 저장이 조용히 널리 퍼져 있다는 것입니다: 간단한 전기 온수기는 사실상 열 배터리입니다(전기가 쌀 때 물을 가열해 저장, 필요할 때 사용). 스마트 그리드 프로그램은 점점 더 온수기를 활용해 잉여 태양광이나 풍력을 흡수합니다. 유럽의 일부 가정에서는 열 배터리(염수화물 등 재료 사용)를 이용해 히트펌프나 저항체로부터 열을 저장했다가 나중에 방출합니다.

산업 분야에서는 고온 TES가 공정에서 발생하는 폐열을 포집하거나 저장된 에너지로 필요할 때 고온 열을 제공합니다(예: 유리 및 철강 산업에서 열 벽돌이나 용융 금속 저장을 활용해 변동성 재생에너지로부터 일관된 열 공급을 모색 중).

이 모든 열 저장 방식은 전기 저장을 보완합니다 – 배터리와 전기화학 시스템이 전기 에너지 이동을 담당하는 동안, 열 저장은 난방 탈탄소화와 에너지 시스템의 또 다른 차원에서 완충 역할을 합니다. 2025년에는 열 저장이 큰 주목을 받지 못할 수 있지만, 퍼즐의 중요한 조각이며, 난방 수요를 위해 열을 저장하는 것이 모든 것을 전기로 전환하는 것보다 종종 더 에너지 효율적입니다.

수소 및 파워-투-X: 분자에 에너지 저장하기

가장 많이 언급되는 “대체” 저장 매체 중 하나는 수소입니다. 잉여 재생 에너지가 있을 때, 전해조를 사용해 물을 분해하여 수소를 생산할 수 있습니다(이 과정을 Power-to-Hydrogen라고 함). 이렇게 생성된 수소 가스는 저장해 두었다가 연료전지나 터빈을 통해 다시 전기로 변환하거나, 연료·난방·산업용으로 직접 사용할 수 있습니다. 수소는 본질적으로 크로스 섹터 에너지 저장 벡터로, 전기, 운송, 산업 부문을 연결합니다.

계절 및 장기 저장을 위한 그린 수소

그린 수소(재생 에너지로 물을 전기분해해 만든 수소)는 2024년에 큰 모멘텀을 얻었습니다:

• 미국 정부는 지역 청정 수소 허브를 만들기 위해 70억 달러 규모의 프로그램을 시작하여 전국적으로 대형 프로젝트에 자금을 지원했습니다 energy-storage.news. 목표는 수소 인프라를 조기에 구축하고, 일부는 재생 에너지 저장 및 백업 전력 제공을 위한 것입니다. 예를 들어, 유타의 한 허브(ACES Delta 프로젝트)는 남는 풍력/태양광으로 수소를 생산해 지하 소금 동굴에 저장할 예정입니다. 이는 300GWh 에너지 저장에 해당하는 수소로, 계절별 에너지 이동에 충분한 양입니다 energy-storage.news. Mitsubishi Power 등에서 지원하는 ACES는 수소를 특수 가스터빈에 공급해 전력 수요가 높거나 재생에너지가 부족할 때 전기를 생산할 계획입니다 energy-storage.news. 세계 최대 규모의 에너지 저장 시설 중 하나가 될 이 프로젝트는, 수소가 어떤 배터리 팜도 할 수 없는 대규모 장기 저장의 잠재력을 보여줍니다.
• 유럽도 마찬가지로 적극적입니다. 예를 들어 독일은 유틸리티 기업(LEAG, BASF 등)과 함께 재생 에너지와 수소 저장을 결합한 프로젝트를 진행 중입니다 energy-storage.news. 이들은 수소가 그리드를 몇 시간뿐 아니라 몇 주, 몇 달 동안도 완충하는 데 핵심이라고 봅니다. 각국 정부는 전해조 공장에 자금을 지원하고, 수소 파이프라인 네트워크를 계획하기 시작해 사실상 천연가스와 병행하는 새로운 에너지 저장 및 공급 인프라를 구축하고 있습니다.
• 업계 인용문: “그린 수소는 에너지 저장과 결합하는 것을 포함해 산업 및 에너지 활용 사례 모두에 사용할 수 있습니다,”라고 Solar Media 분석 energy-storage.news는 언급합니다. 에너지 기업들이 “배터리 저장과 그린 수소를 결합”하는 프로젝트를 단기 및 장기 저장의 원투 펀치로 추진하고 있음을 강조합니다 energy-storage.news.

수소 저장 방식: 배터리나 탱크처럼 에너지를 직접 저장하는 것이 아니라, 수소는 에너지 운반체입니다. 전기를 투입해 H₂ 가스를 만들고, 그 가스를 (탱크, 지하 동굴, 또는 암모니아 같은 화학 운반체를 통해) 저장한 뒤, 나중에 수소를 산화시켜(터빈에서 연소하거나 연료전지에서 반응시켜 전기와 물을 생산) 에너지를 회수합니다. 왕복 효율은 비교적 낮아서, 전기→H₂→전기로 갈 경우 일반적으로 약 30~40%에 불과합니다. 하지만 수소가 다른 용도(연료전지 차량 연료나 비료 생산 등)로 사용된다면, “손실”이 꼭 낭비되는 것은 아닙니다. 그리고 재생에너지가 대량으로 남는 경우(예: 바람이 많은 달), 배터리는 자연 방전되거나 비현실적으로 커져야 하므로, 수개월간 저장할 수 있는 수소로 전환하는 것이 합리적입니다.

2024~2025년 주요 이정표:

• 정부들은 수십 GW 규모의 전해조 용량 목표를 설정했습니다. 예를 들어, EU는 2030년까지 100 GW의 전해조를 원합니다. 2025년까지 100 MW 규모의 대형 전해조 프로젝트 수십 개가 건설 중입니다.
• 수소 저장 동굴: 유타 프로젝트 외에도, 영국과 독일에서도 유사한 소금 동굴 저장이 계획되고 있습니다. 소금 동굴은 수십 년간 천연가스 저장에 사용되어 왔으며, 이제는 수소 저장에도 활용될 수 있습니다. 각 동굴은 압축된 H₂를 막대한 양으로 저장할 수 있으며, 유타 동굴(2개)은 300 GWh를 목표로 하고 있는데, 이는 세계 최대 배터리 팩 600개에 해당하는 규모입니다.
• 연료전지와 터빈: 변환 측면에서, GE와 Siemens 같은 기업들은 수소 또는 수소-천연가스 혼합물을 연소해 발전할 수 있는 터빈을 개발했으며, 연료전지 제조사(Bloom Energy 등)들은 수소를 사용할 수 있는 대형 고정식 연료전지를 배치하고 있습니다. 이 기술은 저장된 수소를 꺼낼 때, 효율적으로 다시 전력망에 전기를 공급할 수 있게 해줍니다.

장점: 사실상 무제한의 저장 기간 – 수소는 탱크나 지하에 자가 방전 없이 무기한 보관할 수 있습니다. 계절별 저장이 가장 큰 장점입니다: 여름에 태양광 에너지를 저장해 겨울에 수소를 통해 사용할 수 있습니다(배터리는 대규모로 경제적으로 이를 할 수 없습니다). 수소는 다목적이기도 합니다 – 전기 이외의 분야(예: 트럭 연료, 산업용 원료, 마이크로그리드 백업) 탈탄소화에도 사용할 수 있습니다. 또한 에너지 저장 용량이 막대합니다; 예를 들어, 하나의 대형 소금 동굴에 수백 GWh의 전기를 생산할 수 있는 충분한 수소를 저장할 수 있습니다 – 이는 오늘날 어떤 단일 배터리 설치보다도 훨씬 많습니다energy-storage.news.

제한점: 앞서 언급한 대로 낮은 왕복 효율. 또한, 수소는 다루기 까다로운 기체입니다 – 밀도가 매우 낮아 압축 또는 액화가 필요하며(이 과정에서 에너지가 소모됨), 시간이 지나면 금속을 취약하게 만들 수 있습니다. 수소 인프라(파이프라인, 압축기, 안전 시스템 등) 구축에는 막대한 투자가 필요합니다 – 사실상 새로운 가스 산업을 처음부터 만드는 것과 비슷하지만 일부 기술은 다릅니다. 현재 경제성은 어렵습니다: “그린” 수소의 비용이 높았으나, 저렴한 재생에너지와 규모의 경제로 하락 중입니다. 하버드 연구에 따르면, 주요 혁신 없이는 그린 수소가 예상보다 비쌀 수 있다고 경고하기도 했습니다 news.harvard.edu. 하지만 많은 정부가 그린 수소를 보조하고 있습니다(예: 미국은 인플레이션 감축법에서 H₂ 1kg당 최대 $3의 생산 세액공제 제공).

파워-투-X(Power-to-X): 때때로 파워-투-X는 수소를 포함해 그 이상을 의미합니다 – 예를 들어, 그린 수소로 암모니아(NH₃)를 만드는 것(암모니아는 저장과 운송이 더 쉽고, 에너지로 연소하거나 비료로 사용 가능), 또는 그린 수소와 포집된 CO₂로 합성 메탄, 메탄올, 기타 연료를 만드는 것 등이 있습니다. 이들은 본질적으로 화석연료를 대체할 수 있는 저장된 화학 에너지입니다. 예를 들어, 그린 암모니아는 미래 발전소나 선박에서 사용될 수 있습니다 – 암모니아는 수소를 더 에너지 밀도가 높은 액체 형태로 포함합니다. 이러한 변환은 복잡성과 에너지 손실을 추가하지만, 기존 연료 인프라를 저장 및 운송에 활용할 수 있습니다.

요약하면, 수소는 매우 대규모 및 장기 저장 용도로 두드러지는 매체입니다 – 일일 순환을 담당하는 배터리 및 기타 저장 방식의 보완재입니다. 2025년에는 수소 저장의 대규모 그리드 통합이 처음으로 이루어집니다: 예를 들어, 유타의 ACES 프로젝트는 “현재 존재하는 장기 저장 솔루션을 넘어선다”고 하며, 진정한 계절별 저장을 목표로 합니다 energy-storage.news. 이는 본질적으로 화학을 이용해 친환경 전력을 우리가 가장 필요할 때를 위해 병에 담아두는, 흥미로운 최전선입니다.

모바일 및 운송 저장: EV 배터리 혁신과 차량-그리드 연계

이동 중 에너지 저장 – 전기차, 대중교통, 휴대용 전자기기 등 – 은 이 트렌드의 큰 부분을 차지합니다. 2025년까지 전기차(EV) 판매가 급증하고 있으며, 모든 EV는 본질적으로 바퀴 달린 대형 배터리입니다. 이는 저장 기술뿐만 아니라 우리가 전력망을 운영하는 방식에도 파급 효과를 미칩니다:

• EV 배터리 발전: 우리는 더 나은 EV 배터리(더 긴 주행거리, 더 빠른 충전)를 위한 노력에 의해 주도되는 전고체 및 기타 화학 기술에 대해 논의했습니다. 단기적으로 2024~2025년의 EV는 점진적인 리튬이온(Li-ion) 개선의 혜택을 받고 있습니다: 프리미엄 장거리 차량에는 니켈 함량이 높은 양극재가, 많은 대중 모델에는 비용 절감과 수명 연장을 위해 LFP 배터리가 사용되고 있습니다. 예를 들어, 테슬라와 여러 중국 자동차 제조업체는 표준 주행거리 차량에 LFP를 널리 채택했습니다. BYD의 LFP “블레이드 배터리” 팩 디자인(안전성이 향상된 얇고 모듈형 LFP 포맷)은 계속해서 호평을 받고 있으며, 2024년에는 BYD가 일부 차량에 사용하기 위해 테슬라에 블레이드 배터리를 공급하기 시작했습니다.
• 더 빠른 충전: 새로운 음극재(실리콘-흑연 복합재 등)가 도입되어 더 빠른 충전 속도를 가능하게 하고 있습니다. 주목할 만한 제품으로는 CATL의 Shenxing 초고속 충전 LFP 배터리가 있는데, 2023년에 출시되어 10분 충전으로 400km 주행거리를 추가할 수 있다고 합니다 pv-magazine-usa.com. 목표는 주행거리 불안감을 해소하고 EV 충전을 주유만큼 빠르게 만드는 것입니다. 2025년까지 여러 EV 모델이(충전소가 지원할 경우) 250kW 이상의 충전 속도를 자랑하며, 이는 향상된 배터리 열 관리 및 설계 덕분입니다.
• 배터리 교환 및 기타 포맷: 일부 지역(중국, 인도)에서는 전기 스쿠터나 자동차용 배터리 교환이 시도되고 있습니다. 이는 표준화된 팩 디자인이 필요하며(차량 외부에서 여러 팩을 충전), 저장 측면에서도 의미가 있습니다. 이는 틈새이지만 주목할 만한 “이동식 저장” 방식으로, 배터리가 때때로 차량에서 분리될 수 있습니다.

차량-전력망 연계(V2G) 및 세컨드라이프 배터리:

• V2G: EV가 확산됨에 따라, 이를 분산형 저장 네트워크로 활용하는 개념이 현실이 되고 있습니다. 최신 EV와 충전기 중 다수는 차량-전력망 또는 차량-가정 기능을 지원합니다 – 즉, EV가 필요할 때 전력을 다시 공급할 수 있다는 뜻입니다. 예를 들어, Ford F-150 Lightning 전기 픽업트럭은 대용량 배터리로 정전 시 며칠간 집에 전력을 공급할 수 있습니다. 유틸리티 회사들은 직장이나 집에 연결된 EV가 전력망 신호에 반응해 소량을 방전하여 전력망 균형을 맞추거나 피크를 줄이는 파일럿을 진행 중입니다. 2025년에는 EV 보급률이 높은 일부 지역(캘리포니아, 유럽 일부 등)에서 V2G 관련 규제와 기술이 정교해지고 있습니다. 널리 도입된다면, 수백만 대의 자동차가 전력망 운영자가 활용할 수 있는 거대한 집단 배터리로 변신하여 – 전용 배터리 신설 없이도 실질 저장 용량을 극적으로 증가시킬 수 있습니다. 소유자는 피크 요금 시 에너지를 판매해 수익을 얻을 수도 있습니다.
• 세컨드 라이프 배터리: 전기차 배터리의 용량이 수년간 사용 후 약 70~80%로 떨어지면 주행 거리에는 부족할 수 있지만, 무게나 공간이 덜 중요한 고정형 저장장치에서는 여전히 잘 작동할 수 있습니다. 2024년에는 퇴역한 전기차 배터리를 가정용 또는 그리드 저장장치로 재활용하는 프로젝트가 늘어났습니다. 예를 들어 닛산은 일본에서 오래된 리프 배터리를 사용해 가로등과 건물에 전력을 공급하는 대형 고정형 저장장치를 만들었습니다. 이러한 재활용은 배터리가 재활용업체로 가는 시간을 늦추고, 저비용 저장장치(배터리가 이미 1차 수명에서 비용이 지불되었기 때문)를 제공합니다. 또한 재활용 전에 더 많은 가치를 추출함으로써 환경 문제도 해결합니다. 2025년까지 세컨드 라이프 배터리 시장은 성장하고 있으며, 기업들은 진단, 리퍼비시, 중고 팩을 태양광 가정용 저장장치나 산업용 피크 절감 시스템에 배치하는 데 집중하고 있습니다.

그리드와 소비자에게 주는 이점: 운송과 저장의 융합으로 에너지 저장이 이제 어디에나 존재하게 되었습니다. 전기차 소유자는 V2G를 통해 백업 전력을 얻거나 수입을 얻을 수 있고, 그리드 신뢰성도 이 유연한 자원을 활용해 향상될 수 있습니다. 게다가 전기차 배터리의 대량 생산은 모든 배터리의 비용을 낮춥니다(규모의 경제), 이것이 고정형 배터리 가격이 하락하는 이유 중 하나입니다 energy-storage.news. 가정용 배터리 시스템에 대한 세금 공제, 전기차 구매 인센티브 등 정부 지원도 보급을 더욱 가속화합니다.

과제: V2G가 전기차 배터리를 너무 빨리 손상시키지 않도록 보장하는 것(스마트 제어로 추가 마모를 최소화할 수 있음). 또한 수백만 대의 차량을 조정하려면 이 자산 군집을 안전하게 관리할 수 있는 강력한 통신 표준과 사이버보안이 필요합니다. ISO 15118(전기차 충전 통신용)과 같은 표준이 제조사 간 V2G를 일관되게 구현하는 데 도움을 주고 있습니다. 세컨드 라이프 활용의 경우, 중고 배터리의 상태가 다양하므로 시스템이 성능이 다른 모듈을 처리해야 하며, 보증 및 표준도 아직 발전 중입니다.

그럼에도 불구하고 2025년까지 모빌리티와 저장은 동전의 양면: “전기차 배터리”와 “그리드 배터리”의 경계가 흐려지며, 자동차가 가정용 에너지 저장장치로도 활용되고, 유틸리티는 전기차 플릿을 자산의 일부로 간주하게 됩니다. 이는 기존 자원을 활용해 에너지 시스템의 전체 저장 용량을 높이는 흥미로운 발전입니다.

전문가 의견 및 업계 시각

전체 그림을 완성하기 위해, 2025년 에너지 저장의 현황에 대한 에너지 전문가, 연구자, 정책 입안자들의 인사이트를 소개합니다:

• 우드 맥킨지(Wood Mackenzie) 글로벌 스토리지 총괄인 앨리슨 와이스(Allison Weis)는 2024년이 기록적인 해였으며, 재생에너지가 추가됨에 따라 “신뢰할 수 있고 안정적인 전력 시장”을 보장하기 위해 스토리지 수요가 계속해서 증가하고 있다고 언급했다 woodmac.com. 그녀는 중동과 같은 신흥 시장이 성장하고 있음을 강조했다. 사우디아라비아는 대규모 태양광 및 풍력 계획과 배터리 결합 덕분에 2025년까지 스토리지 도입 상위 10개국에 진입할 것으로 보인다 woodmac.com. 이는 스토리지가 부유한 국가만의 게임이 아니라 전 세계적으로 빠르게 확산되고 있음을 보여준다.
• 로버트 피코니(Robert Piconi, 에너지 볼트 CEO)는 앞서 언급한 바와 같이, 신기술의 가능성을 강조했다: “중력 에너지 저장…은 에너지 전환과 탈탄소화 목표를 지원하는 데 핵심적인 역할을 할 것으로 기대된다”energy-storage.news. 이는 중력 등 리튬이온 대체 기술이 청정에너지 도구 상자를 확장할 것이라는 낙관론을 보여준다.
• 미하일 니코마로프(Mikhail Nikomarov)는 플로우 배터리 전문가로서, 중국의 대규모 플로우 프로젝트에 대해 언급하며, 이러한 규모가 “오직 중국에서만 일어나고 있다”energy-storage.news고 아쉬움을 표했다. 그는 정책 지원과 산업 전략(중국과 같은)이 자본 집약적 신형 스토리지 기술의 도입을 좌우할 수 있음을 강조한다. 서구 시장도 플로우, CAES 등(리튬이온뿐만 아니라) 도입을 위해 이와 같은 과감한 조치가 필요할 수 있다.
• 커티스 반왈레험(Curtis VanWalleghem, 하이드로스토어 CEO)는 대규모 투자에 대해 다음과 같이 말했다: “이번 투자는 하이드로스토어의 [A-CAES] 기술과 프로젝트 상용화 역량에 대한 또 하나의 신뢰의 표시입니다… 투자자들의 지속적인 지원에 기대가 큽니다.” energy-storage.news. 그의 이러한 열정은 2024~25년 장기 저장 스타트업에 자본이 대거 유입되는 흐름과 맞닿아 있다. 마찬가지로, 폼 에너지는 2023년에 4억 5천만 달러 이상을 조달하여 철-공기 배터리를 개발 중이며, 빌 게이츠의 브레이크스루 에너지 벤처스 등도 투자에 참여했다. 정부와 벤처캐피털의 이러한 지원은 혁신적 스토리지의 상용화 시기를 앞당기고 있다.
• 정부들도 목소리를 내고 있습니다. 예를 들어, 제니퍼 그랜홈 미국 에너지부 장관은 Form Energy의 공장 착공식에서 다일 저장이 석탄과 가스를 대체하고 재생에너지를 연중 신뢰할 수 있게 만드는 데 얼마나 중요한지 강조했습니다 energy-storage.news. 유럽에서는 EU 에너지 집행위원이 저장을 “에너지 전환의 빠진 조각”이라고 부르며, 재생에너지 목표와 함께 에너지 저장 목표도 촉구하고 있습니다.
• 국제에너지기구(IEA)는 보고서에서 기후 목표 달성을 위해 저장 설비의 폭발적인 확대가 필요하다고 강조합니다. IEA는 현재 계획에서는 배터리가 주를 이루지만, 장기 저장 솔루션에도 투자해야 심층 탈탄소화가 가능하다고 지적합니다. 미국만 해도 2050년까지 225~460GW의 장기 저장 설비가 필요할 수 있다고 전망합니다 rff.org, 이는 현재 수준을 훨씬 뛰어넘는 수치입니다. 이는 앞으로의 성장 규모와 우리가 논의한 모든 기술이 역할을 할 기회를 보여줍니다.
• 환경 측면에서는 연구자들이 전 과정 지속가능성의 중요성을 강조합니다. 지속가능성 전략가인 Dr. 아니카 베르네르만은 이렇게 간결하게 말했습니다: “에너지 솔루션의 핵심에는 인간에 대한 책임이 있습니다. 소비자들은 분쟁 없는, 지속가능한 제품에 끌립니다… 신뢰가 중요합니다 – 사람들은 지속가능한 소재를 우선시하는 기업에 더 많은 비용을 지불할 의향이 있습니다.” enerpoly.com. 이러한 인식은 저장 기업들이 배터리를 더 친환경적으로 만들도록 이끌고 있습니다 – 재활용, 더 깨끗한 화학 조성(코발트 없는 LFP나 유기 플로우 배터리 등), 투명한 공급망 등이 그 예입니다.

요약하자면, 전문가들의 공통된 의견은 에너지 저장이 더 이상 틈새가 아니라 에너지 시스템의 중심이라는 점이며, 2025년은 저장 설비 도입이 가속화되고 다양화되는 전환점이 될 것이라는 점입니다. 정책 입안자들은 저장 성장을 촉진하기 위해 (저장 설비에 대한 유틸리티 용량 보상부터 직접 조달 의무화까지) 시장과 인센티브를 설계하고 있습니다. 한 예로, 캘리포니아는 이제 신규 태양광 프로젝트에 저장 또는 기타 그리드 지원을 포함하도록 요구하고 있으며, 미국 여러 주와 유럽 국가들은 유틸리티의 저장 조달 목표를 설정했습니다 rff.orgrff.org.

결론: 이점, 과제, 그리고 앞으로의 길

앞서 살펴본 바와 같이, 2025년의 에너지 저장 분야는 풍부하고 빠르게 진화하고 있습니다. 리튬 배터리부터 중력 타워, 용융염 탱크, 수소 저장 동굴에 이르기까지 각 기술은 고유한 이점을 제공하며 특정 요구를 해결합니다:

• 리튬이온 배터리는 가정, 자동차, 전력망에 빠르고 유연한 저장을 제공하며, 비용도 계속 하락하고 있습니다 energy-storage.news. 오늘날 재생에너지 일상 관리의 중추 역할을 하고 있습니다.
• 신규 배터리 화학 기술(고체 상태, 나트륨 이온, 플로우 배터리 등)은 더 안전하고, 더 오래가며, 더 저렴한 솔루션을 목표로 하여 리튬에 대한 수요를 보완하고 궁극적으로 일부 부담을 덜어주고자 영역을 확장하고 있습니다. 이들은 향후 몇 년 내에 현재 리튬이온의 한계(화재 위험, 공급 한계, 장기 저장 시 비용)를 해결할 것으로 기대됩니다.
• 기계적 및 열 저장 시스템은 대규모 및 장기 저장의 중추 역할을 합니다. 양수 발전은 여전히 조용한 거인으로 남아 있으며, Energy Vault의 중력 저장, Highview의 액체 공기 저장과 같은 신생 기업들은 오래된 물리학에 혁신을 더해 콘크리트 블록이나 액체 공기만으로 기가와트시를 저장할 수 있는 가능성을 열고 있습니다.
• 수소 및 파워투엑스(Power-to-X) 기술은 전기와 연료를 연결하여, 남는 친환경 에너지를 수개월간 저장하거나 탈탄소화가 어려운 분야에 연료로 공급할 수 있는 길을 엽니다. 수소는 아직 왕복 효율성 면에서는 약자이지만, 다양한 활용처와 막대한 저장 용량 덕분에 넷제로 미래에서 중요한 역할을 맡고 있습니다 energy-storage.news.
• 이동식 저장(EV)은 운송을 혁신할 뿐 아니라, EV가 전력망 자산으로도 활용되면서 전력망 저장의 개념 자체를 바꾸고 있습니다. 이 분야의 성장은 모든 저장 기술과 비용 개선에 큰 동력을 제공하고 있습니다.

주요 이점: 이 모든 기술이 결합되어 더 깨끗하고, 더 신뢰할 수 있으며, 더 회복력 있는 에너지 시스템을 가능하게 합니다. 재생에너지 통합(풍력과 태양광이 너무 불규칙하다는 기존 인식을 종식), 화석연료 피커 발전소 의존도 감소, 비상시 백업 전력 제공, 피크 전기요금 절감 등으로 비용까지 낮춥니다. 전략적으로 배치된 저장 시스템은 환경적 이점도 가져오는데, 가스/디젤 발전기 대체로 온실가스 배출을 줄이고, 배터리 버스·트럭이 디젤 매연을 없애 대기질도 개선합니다. 경제적으로도 저장 산업의 붐은 배터리 기가팩토리, 수소 전해조 공장 등 새로운 산업과 일자리를 창출하고 있습니다.

제한 사항 및 도전 과제: 인상적인 진전에도 불구하고, 여전히 과제가 남아 있습니다. 비용은 여전히 중요한 요소이며, 특히 최신 기술의 경우 더욱 그렇습니다. 많은 기술이 비용 경쟁력을 갖추기 위해 추가적인 확장과 학습이 필요합니다. 정책 및 시장 설계도 뒤따라야 합니다. 에너지 시장은 저장장치가 제공하는 모든 서비스(용량, 유연성, 계통 보조 서비스 등)에 대해 보상을 제공해야 합니다. 일부 지역은 배터리 집합 또는 V2G와 같은 것에 대한 명확한 규정이 아직 없어 도입이 지연될 수 있습니다. 공급망 제약(리튬, 코발트, 희토류 등 주요 소재)은 재활용 및 대체 화학물질로 완화되지 않으면 문제가 될 수 있습니다. 또한 저장장치 제조의 지속 가능성 확보, 즉 채굴 및 생산의 환경적 영향을 최소화하는 것이 청정 에너지 약속을 실현하는 데 매우 중요합니다.

앞으로의 길 2025년 및 그 이후에는 다음과 같은 변화가 예상됩니다:

• 대규모 확장: 전 세계적으로 향후 몇 년간 수백 기가와트시의 신규 저장장치가 설치될 예정입니다. 예를 들어, 한 분석에 따르면 2030년까지 전 세계 배터리 도입이 15배 증가할 것으로 예측되었습니다 enerpoly.com. 계통 규모 프로젝트는 점점 더 대형화(2025년에는 수백 MW급 배터리 건설 중)되고, 더 다양해지고 있습니다(8~12시간 시스템 등).
• 하이브리드 시스템: 다양한 요구를 충족하기 위해 기술을 결합 – 예: 하이브리드 배터리+슈퍼커패시터 시스템(고에너지와 고출력 모두 제공) hfiepower.com, 또는 배터리와 수소를 통합한 프로젝트(캘리포니아와 독일 사례) energy-storage.news. “모든 것을 활용”하는 솔루션은 신뢰성을 보장합니다(배터리는 빠른 대응, 수소는 장기 지속 등).
• 장기 저장 집중: 4시간 배터리만으로는 며칠간의 재생에너지 부족을 해결할 수 없다는 인식이 커지고 있습니다. 장기 저장에 대한 대규모 투자와, 어쩌면 획기적인 돌파구가 기대됩니다(예: Form Energy의 철-공기 배터리가 대규모로 작동하거나, 중국 외에서 24시간 이상 작동하는 플로우 배터리 프로젝트 성공 등). 호주 등 일부 정부는 이미 LDES(장기 에너지 저장) 프로젝트를 특별히 지원하는 정책을 논의 중입니다 energy-storage.news.
• 소비자 역량 강화: 더 많은 가정과 기업이 저장장치를 직접(가정용 배터리 구매) 또는 간접적으로(전기차, 커뮤니티 에너지 사업 등) 도입할 것입니다. 가정용 배터리와 전기차를 소프트웨어로 연계한 가상 발전소(VPP)가 확장되면서, 소비자도 에너지 시장과 비상 대응에 참여할 수 있게 됩니다.

결론적으로, 2025년의 에너지 저장은 역동적이고 유망합니다. 한 보고서에서 말했듯이, “에너지 저장은 전 세계 에너지 전환의 핵심으로, 재생에너지의 통합을 가능하게 하고 그리드의 안정성을 보장합니다.” enerpoly.com 여기에서 강조된 혁신과 트렌드는 청정 에너지를 24시간 365일 신뢰할 수 있도록 경계를 넓혀가는 산업을 보여줍니다. 어조는 낙관적일 수 있지만 – 실제로 기대할 만한 점이 많지만 – 이는 실제 진전에 기반합니다: 기록적인 규모의 프로젝트부터 상용화를 향해 나아가고 있는 혁신적인 화학 기술까지 말이죠.

에너지 저장 혁명이 진행 중이며, 그 영향은 모두가 체감하게 될 것입니다 – 폭풍 속에서도 배터리 백업 덕분에 불이 꺼지지 않을 때, 어젯밤의 바람이 저장되어 당신의 출퇴근길을 움직일 때, 혹은 피커 플랜트가 퇴역해 도시의 공기가 더 깨끗해질 때 말이죠. 여전히 과제는 남아 있지만, 2025년 현재 그 궤적은 분명합니다: 저장은 더 저렴해지고, 더 똑똑해지며, 더 널리 보급되고 있습니다. 이는 우리가 언제든 필요할 때 재생에너지를 신뢰할 수 있는 탄소 없는 에너지 미래로 가는 길을 밝히고 있습니다.

출처:

• Wood Mackenzie – “Energy storage: 5 trends to watch in 2025” woodmac.comwoodmac.com
• International Hydropower Association – 2024 World Hydropower Outlook nha2024pshreport.com
• Enerpoly Blog – “Future of Energy Storage: 7 Trends” (IEA 2030 projection) enerpoly.com
• Energy-Storage.news – 기술 개발 관련 다양한 기사:
  – 2024년 리튬이온 배터리 가격 20% 하락 energy-storage.news
  – CATL, BYD의 새로운 나트륨이온 개발 ess-news.comess-news.com
  – Rongke Power, 700MWh 바나듐 흐름 배터리 완공 energy-storage.news
  – 중국의 Energy Vault 중력 저장 프로젝트 energy-storage.news
  – Hydrostor A-CAES 프로젝트 및 DOE 대출 energy-storage.news (및 이미지 energy-storage.news)
  – 스코틀랜드 Highview Power 2.5GWh 액체 공기 저장 energy-storage.news
  – Form Energy 철-공기 배터리 파일럿 착공식 energy-storage.news
• Lyten 보도자료 – 리튬-황 배터리 A-샘플, Stellantis에 공급 lyten.comlyten.com
• Electrek – 토요타, 전고체 배터리 계획 공식화(750마일 주행거리) electrek.coelectrek.co
• PV Magazine/ESS News – CATL과 BYD, 나트륨-이온 배터리 관련 ess-news.com
• RFF 보고서 – “충전 중: 미국 저장 현황” (DOE 장기 저장 필요) rff.org

(모든 링크는 2024–2025년에 접속 및 정보가 확인되었습니다.)