여섯 개의 차트로 본 배터리의 부상

 (rmi.org)
1P by GN⁺ | ★ favorite | 댓글 1개
  • 배터리 수요는 국가와 산업을 건너 확산되는 채택 도미노 효과로 커지고 있으며, RMI는 이 흐름이 전 세계 화석연료 수요의 절반을 빠르게 줄이는 데 기여할 수 있다고 봄
  • 판매량은 30년 동안 2~3년마다 두 배로 늘었고 평균 성장률은 33%, 전기차 확산이 본격화된 최근 10년에는 약 40% 에 가까웠음
  • 지난 30년간 배터리 비용은 99% 하락하고 상위 셀의 에너지 밀도는 5배 높아져, 보급 확대가 다시 가격 하락과 성능 개선을 부르는 구조가 만들어짐
  • 비용 하락과 밀도 개선은 소비자 전자기기에서 이륜·삼륜차와 자동차로 이어졌고, 다음 전환 대상은 트럭과 배터리 저장장치, 이후 해운과 항공으로 확장될 가능성이 있음
  • RMI는 2030년 상위 배터리 밀도를 600~800Wh/kg, 비용을 kWh당 32~54달러, 연간 판매량을 5.5~8TWh로 전망하며, 빠른 전환을 더 앞당기려면 지속적 노력이 필요하다고 봄

배터리 수요가 S-커브를 타는 이유

  • 배터리 수요는 국가에서 국가로, 부문에서 부문으로 번지는 채택 도미노 효과에 의해 증가하고 있음
  • RMI의 보고서 X-Change: Batteries는 배터리가 전 세계 화석연료 수요의 절반을 빠르게 단계적으로 줄이고, 운송과 전력 부문의 배출 감축에 중요한 역할을 할 수 있다고 봄
  • 판매량은 파괴적 신기술 성장에서 자주 나타나는 S-커브를 따라 늘어남
    • 30년 동안 판매량은 2~3년마다 두 배로 증가
    • 평균 성장률은 33%
    • 전기차 확산이 본격화된 최근 10년에는 성장률이 약 40%에 가까움

비용 하락이 성능 개선을 밀어 올림

  • 배터리 보급량이 늘면서 비용은 급락하고, 배터리 품질의 핵심 지표인 에너지 밀도는 꾸준히 상승함
  • 지난 30년간 배터리 비용은 99% 하락했고, 상위 셀의 에너지 밀도는 5배 높아짐
  • 모듈형 기술에서 자주 보이는 것처럼, 더 많은 배터리를 배치할수록 가격이 낮아지고 가격 하락은 다시 더 많은 배치를 촉진함
    • 배치량이 두 배가 될 때마다 배터리 비용은 19% 하락
    • 같은 조건에서 에너지 밀도는 7% 개선
  • 비용 하락과 밀도 향상을 함께 보면, 배터리는 가장 빠르게 개선되는 청정에너지 기술에 속함

부문별로 이어지는 배터리 도미노

  • 비용이 낮아지고 에너지 밀도가 높아지면서 배터리를 적용할 수 있는 시장이 순차적으로 열리고 있음
  • 하나의 시장이 배터리 전기 방식으로 전환되면 규모 확대와 기술 개선이 다음 시장의 전환 조건을 만드는 구조가 배터리 도미노 효과임
  • 배터리 기술은 먼저 소비자 전자기기에서 전환점을 맞았고, 이후 이륜·삼륜차와 자동차로 확산됨
  • 다음 단계에서는 트럭과 배터리 저장장치가 뒤따를 가능성이 큼
  • 2030년에는 해운과 항공에서도 배터리가 시장 점유율을 확보할 수 있음

기존 전망이 놓친 성장 속도

  • RMI는 배터리 성장과 개선 속도가 현재의 합의적 전망보다 훨씬 빠를 것으로 봄
  • 소형 모듈형 기술에는 두 가지 경험칙이 적용됨
    • 빠른 비용 하락을 겪는 우수 기술은 지수 성장하는 경향이 있음
    • 많은 분석가는 초기에는 이런 성장을 놓치기 쉬움
  • 배터리 역시 예외가 아니어서, 모델러들은 배터리 수요를 지속적으로 과소평가해 왔음
  • 최근 몇 년간 많은 배터리 전망은 사실상 선형 성장을 가정했지만, 실제 판매량은 이런 전망을 계속 앞질렀고 분석가들은 전망치를 반복적으로 상향 조정함
  • RMI는 선형적 사고가 표면적으로는 신중해 보일 수 있지만 실제로는 틀렸다고 봄

2030년 전망과 전환 동력

  • 향후 7년 동안 배터리 확산을 밀어 올리는 요인은 더 강해질 것으로 보임
    • 비용은 계속 하락
    • 정책 지원은 계속 증가
    • 경제권 간 경쟁은 상향 경쟁을 촉진
  • 배터리 채택에는 장벽이 있지만, 인간의 지혜와 의지, 자본이 더 빠르게 확대되고 있다는 판단이 깔려 있음
  • RMI는 느린 채택 시나리오를 신뢰하기 어렵다고 보고, 미래를 빠름 또는 더 빠름 두 가지로 모델링함
  • 2030년 전망치는 다음과 같음
    • 상위 배터리 밀도: 600~800Wh/kg
    • 비용: kWh당 32~54달러
    • 배터리 판매량: 연 5.5~8TWh
  • 하한인 “빠름” 시나리오는 BNEF의 Net Zero 시나리오와 같은 흐름이며, 더 빠른 S-커브 시나리오는 이를 초과함

화석연료 수요를 줄이는 배터리의 역할

  • 화석연료를 빠르게 단계적으로 줄이는 최선의 전략은 화석연료 수요를 줄이는 기술의 배치를 가속하는 것임
  • 배터리는 도로 운송에서 86EJ의 화석연료를 대체하는 경로에 있음
    • 해당 부문의 현재 배출량은 연 6GtCO2
  • 해운과 항공에서는 추가로 23EJ의 화석연료 수요가 위험에 놓일 수 있음
    • 해당 배출량은 연 1.6GtCO2
  • 전력 부문에서는 배터리가 태양과 바람의 자연적 리듬을 전력 수요 시간대와 맞추며, 추가로 175EJ의 화석연료 수요 감축을 가능하게 함
    • 해당 배출량은 거의 연 15GtCO2
  • 배터리 성장은 빠르지만 자동으로 충분해지는 것은 아니며, 기업·정부·연구자·기후 활동가의 지속적이고 조직적인 노력이 계속 필요함
  • 동기가 낮은 가격이든 지정학적 이점이든 기후이든, 빠른 전환을 더 빠르게 만드는 일이 필수적임
  • 전체 보고서는 X-Change: Batteries에서 받을 수 있음

함께 보면 좋은 글 β

GN⁺   [-]
Hacker News 의견들

  • 전반적으로 고무적이고, 특히 태양광에서 배터리의 역할이 중요해 보임
    관련해서 흥미로운 지표가 두 가지 있음

    1. 캘리포니아의 덕 커브가 거의 중립에 가까워졌음. 최대 수요와 태양광 발전 시간대의 불일치를 배터리 활용으로 가장 직접적으로 해결할 수 있음 - https://twitter.com/baker_edmund/status/1750644294673748366
    2. 태양광 전력 보상금이 줄어든 뒤 캘리포니아의 옥상 태양광 신청이 크게 감소했음 - https://twitter.com/thomasopeters/status/1750920941868347539 - 일부는 대기 수요였을 수도 있지만, 재생에너지로 가는 과정에서 주 정부 정책의 역할을 잘 보여준다고 봄
    • 캘리포니아 전력망 수준의 배터리가 매일 “숨 쉬는” 모습을 여기서 볼 수 있어서 멋짐: https://www.caiso.com/TodaysOutlook/Pages/supply.html#sectio...
      어제는 방전 속도 3GW, 충전 속도 4GW까지 올라갔음. 남는 태양광을 모두 활용하는 전환을 빠르게 밀어붙이고 있고, 오늘 예상 피크가 25GW라 아직 갈 길은 있지만 기존 발전을 대체하는 속도와 규모가 놀라움. 깨끗한 공기 최고고, 태양에게 감사함
    • 유틸리티 규모 태양광이 주거용 옥상 태양광보다 비용이 훨씬 낮다면, 사회 전체 관점에서는 주 정부 정책이 주거용보다 유틸리티 규모를 장려하는 편이 낫지 않나 싶음. 유틸리티 규모 배터리 설치도 마찬가지로 훨씬 저렴할 것임
    • 주 정부 정책은 녹색 혁명 전체의 핵심임. 각국이 인센티브를 주지 않았다면 이런 변화는 불가능했을 것임
      에너지 생산·소비 사이클 전체가 자리 잡고 모두가 거기에 의존하게 되면, 그때는 인센티브를 없애도 안전함. 달리는 버스의 타이어를 바꾸는 것과 비슷해서, 누군가는 새 타이어와 휠, 옆에서 달리는 지원 트럭, 추가 연료, 새 타이어 할인 비용을 부담해야 했음. 타이어 교체가 끝나면 버스는 지원 없이도 계속 달릴 수 있음
    • 그 덕 커브 트윗은 부정직함. 트윗의 곡선은 순부하가 가장 낮았던 날의 곡선임. 순부하는 실제 부하 또는 사용량에서 재생에너지 발전량을 뺀 값임
      2023년에 순부하가 가장 낮았던 날을 고르면 거의 전부가 태양광으로 충당된 것처럼 보일 수 있음. 하지만 트윗처럼 캘리포니아가 매일 오전 10시부터 오후 4시까지 전부 태양광으로 돌아간다는 뜻은 아님. 오늘 태평양 표준시 오전 11:56 기준으로는 태양광 비중이 약 51%임. 캘리포니아 전력망에는 충분히 좋은 점이 많으니 굳이 거짓말할 필요가 없음
      직접 확인할 수 있음: https://www.gridstatus.io/live/caiso
    • 태양광 전력 보상금이 줄어든 뒤 캘리포니아의 옥상 태양광 신청이 크게 줄었다는 건, 사람들이 저렴한 중국산 태양전지가 5~10년 안에 죽어서 전기요금이 아주 비싸지 않으면 설치할 가치가 없다는 점도 알게 됐기 때문임

  • 가격 측면에서는 선도 제조사들이 이미 전기차가 경제성에서 이긴다고 여겨지던 기준보다 낮은 가격에 팔고 있음: https://www.nextbigfuture.com/2024/01/ev-lfp-battery-price-w...
    최근 중국의 가격 전쟁이 그 증거임

    • 전기차가 경제성에서 이긴다는 지점에는, 어디서나 쓸 수 있고 저렴한 충전 인프라 비용이 반영되지 않은 듯함. 여전히 많은 사람에게는 이게 장벽임
      예를 들어 밤새 차를 충전하려고 110V 연장선을 블록 아래로 길게 늘어뜨릴 수는 없고, 차고가 있는 집을 사는 비용은 연료비 절감분보다 훨씬 큼
    • 링크된 글[1]에 따르면 CATL은 173Ah VDA 규격을 홍보 중임. 직사각형 셀로 길이 148mm, 너비 26.5mm, 높이 91mm인 독일 규격임
      제조사들은 구할 수 있는 셀 크기에 맞춰 팩을 만드는 것이라고 추정함. 원통형 셀, 예를 들어 4680에서 각형 또는 파우치 셀로 가는 흐름이라고 생각했는데, 1미터 길이의 BYD 셀은 어떻게 됐는지 궁금함: https://pushevs.com/2020/05/26/byd-blade-prismatic-battery-c...
      [1] https://cnevpost.com/2024/01/17/battery-price-war-catl-byd-c...
    • “Tesla가 6개월 안에 LFP 배터리 비용을 800달러 절감하고, 약 18개월 안에 또 800달러를 절감한다”고 하는데, 지금 LiFePO4를 쓰는 모델이 있나?
    • 왜 소비자들은 아직 이 가격을 체감하지 못하는 걸까?

  • 차트와 분석은 훌륭하지만 두 가지가 아쉬움

    1. 에너지 밀도 차트에 비교용으로 휘발유 에너지 밀도도 넣었으면 함. 훨씬 높고, 외삽이 위험하긴 해도 글에서 언급한 여러 예측 모델 기준으로 언제쯤 동등해질 수 있는지 보고 싶음. 특히 항공 여행을 언급했으니, 선박이나 항공기의 연료원이 되려면 최소한 어느 정도 에너지 밀도가 필요할지도 궁금함. 현재 이해로는 전기로 움직이는 상업 항공은 실현 가능하지 않음
    2. S자 곡선 채택을 언급하지만, 그 곡선은 결국 수평 점근선에 도달하지 영원히 올라가지는 않음. 지금 우리가 S자 곡선의 어디에 있는지, 왜 그렇게 보는지 더 분석해줬으면 함. 화살표가 하늘만 가리키는 대신 어디서 평탄해질지 추정치를 차트에 표시했으면 함. 최소한 현재 배터리 기술 기준의 화학적 한계라도 보여줄 수 있음
      화석연료를 대체하고 오염과 온실효과를 최대한 줄이고 싶음. 전환 과정에는 투명성과 현실적인 기대가 필요하다고 봄. 시장에 정보가 많을수록 목표를 향해 더 효율적으로 움직일 수 있음. 재생에너지 발전과 저장을 논의할 때 이런 질문에 대한 답을 찾기가 매우 어려웠고, 어디를 봐야 할지 모르는 내 무지도 일부 원인일 것임. 그래서 특히 여기서 묻고 싶고, 전문가가 빠르게 방향을 알려주면 좋겠음
    • 휘발유의 더 높은 에너지 밀도는 사람들이 생각하는 것만큼 중요하지 않음
      전기차는 휘발유차보다 약 4배 효율적임. 휘발유차에서는 에너지의 20%만 운동으로 전환되고, 전기차는 회생제동 등에 따라 차이는 있지만 약 80%임. 이 내용은 이전 글에서 자세히 다뤘음: https://www.sustainabilitybynumbers.com/p/electrification-en...
    • 항공 여행 언급은 이상했음. 장거리 비행이 언젠가 전기화될 거라고 생각하는 사람이 있는지 몰랐음. 적어도 근본적 돌파구 없이는 어렵다고 봄
      S자 곡선은 예측하기 어렵고, 누군가 시도할 때마다 거의 항상 크게 빗나감. 이 질문을 다루는 깔끔한 논문이 있음. 우리는 모든 예측을 이미 넘어섰음
      [0] https://www.inet.ox.ac.uk/files/energy_transition_paper-INET...
    • 배터리가 지금 지수적으로 성장하고 있다면 S자 곡선의 초입에 있는 것임
    • 1번은 분명 수십 년 단위일 것임. 몇십 년 중에서도 아마 여러 십 년이 걸릴 듯함. 큰 돌파구가 없다면 그럼
    • 리튬 배터리는 0.5kWh/kg, 디젤은 12.7kWh/kg임

  • 그 에너지 밀도 차트는 조금 놀라움. 500Wh/kg을 담는 배터리를 누가 팔고 있나? 그건 연구용 시제품 수치에 가까움. Amprius와 감마-황 쪽 사람들이 그 수준에 도달했거나 넘긴 것으로 알고 있음
    하지만 자동차와 휴대폰은 지난 10년간 니켈-망간-알루미늄-코발트 산화물 계열 양극재를 써왔음. 최근의 대규모 개발은 더 낮은 비용과 긴 수명을 위해 밀도를 낮게 받아들이는 LiFePO4 도입이었음
    이게 예측 자체를 부정하지는 않지만, 에너지 밀도와 시장 수요 사이에 글이 그리려는 연결은 그다지 설득력 없어 보임. 더 높은 밀도의 배터리 개발은 지면효과 전기 수상기 같은 특정 용도에는 좋지만, 자동차나 전력망 저장에는 필수적이지 않음. 자동차는 이미 대체로 실현 가능하고, 전력망 저장은 비용 전망과 자가방전율이 더 중요함

  • 세 번째 근거에 덧붙일 지역의 일화가 있음
    여기에는 고카트장이 몇 군데 있는데, 몇 년 안 갔다가 최근에 보니 전부 전동 고카트로 바뀌었음. 훨씬 조용하고 매연이 없고 실내에서도 잘 작동함

    • 0RPM에서 최대 토크가 나오면 모터스포츠가 훨씬 더 흥미로워짐. 특히 내 무거운 몸을 가속시키는 데 영원히 걸리던 약한 2행정 엔진 저가형 카트와 비교하면 더 그렇음

  • 그래서 전기 혁명이 오고 있고 많은 사람과 나라가 충격을 받을 거라고 말함. 태양광과 풍력 전기 비용도 비슷한 속도로 떨어지고 있음

    • 이미 와 있음. 지난 10년간 계속 있었고, 재생에너지는 성숙한 산업임. 이미 석탄의 경제성을 사실상 무너뜨렸고, 다음은 천연가스임

  • 차트 2의 “최상위 에너지 배터리 밀도 vs 배터리 비용” 비교가 이상해 보임
    어떤 분야의 최상위를 다른 분야의 평균과 비교하는 게 일반적인가? 최상위 자동차의 0-60mph 가속 시간과 평균 자동차 가격을 비교하는 식인데, 실제 정보가 들어 있는지 모르겠음. 같은 자동차들의 비용을 비교해야지, 최상위가 아닌 차들을 포함하면 안 되는 것 아닌가? 내가 뭘 놓치고 있는 걸까?

    • 차트 2는 확실히 이상함. 2023년에는 배터리가 공짜인 것처럼 보임
    • 최상위 자동차의 0-60mph 가속 시간과 평균 자동차 가격 비교가 실제 정보를 담지 않는 것 같다고 했지만, 소비자용 자동차의 발전 과정을 자세히 알면 최상위 성능의 확산이 평균 차량으로 내려오는 경향이 있음을 볼 수 있음
      물론 어느 정도 희석되지만, 디스크 브레이크, 연료분사, 마이크로프로세서 제어 같은 것들이 분명 그런 흐름을 보였음. 배터리에서도 시간이 지나며 이런 일이 일어남. 미래를 엿보는 방식이고, 약간의 희석을 보정하면 됨

  • 정말 흥미로운 건 고정식 저장장치의 엄청난 성장임. 아마 가장 빠르게 성장하는 부문이라고 봄

    • 전력망 규모 저장을 위한 고정식 시스템에는 Form Energy 같은 훌륭한 선택지가 있고, 리튬 화학의 출력 밀도 장점에 의존할 필요도 없음. 앞으로 6년 안에 이 부문이 GWh/년 차트를 지배해도 놀랍지 않음
    • Stem Inc.가 고정식 배터리의 Microsoft가 될 가능성이 있다고 보는 사람이 있나?

  • 전기차 배터리에 쓰는 돈의 25%를 떼어 가정용 태양광 패널에 쓰는 편이 낫다고 봄. 차에는 큰돈을 쓰면서 그 차에 전기를 만들어줄 설비에는 비교적 적은 돈도 쓰지 않는 사람들의 우쭐함을 견디기 어렵다
    배터리도 마찬가지임. 가정용 배터리+태양광이 줄이는 순탄소량은 가족용 차에 배터리를 넣는 것보다 훨씬 큼. 차는 하루에 몇 시간만 달리지만, 완전 오프그리드 태양광+배터리 가정 시스템은 24/7 탄소를 줄임
    다시 말해, Honda Civic 내연기관차 + 집 태양광/배터리 조합이 실제 전력 생산 능력이 없는 Tesla보다 더 많은 탄소를 줄임. 다만 그게 유행이 아닐 뿐임

    • 배터리는 순수 재생에너지로 전환하는 데 필요한 요소임. 전기차 수요가 충분히 낮아지면 전력망 운영자들이 저렴한 배터리를 흡수하려고 줄 설 것임
      게다가 V2G/H는 가까운 미래에 거의 확실히 현실이 될 가능성이 높고, 전기차 배터리가 전력망 안정화에도 쓰이게 만들 것임
    • 전기차를 산 이유는 내가 쓸 수 있는 돈이 전기차 사업을 장려하는 데 더 큰 지렛대 효과를 낼 것이라고 봤기 때문임
      그 사업이 배터리 생산 개선과 비용 절감을 이끌고, 그 파급효과가 자동차 산업을 훨씬 넘어설 거라고 생각했음. 최근 배터리 가격 하락은 이 과정이 실제로 작동한다는 좋은 증거라고 봄. 물론 개인 한 명의 기여는 미미하다는 건 말할 필요도 없음
    • 지역 유틸리티나 전기 회사와 접해보면, 그들은 가정용 태양광을 정말 싫어함. 설치를 막기 위해 할 수 있는 모든 지연 전략을 쓰고, 쓸모없고 비싼 선택지처럼 보이게 만듦
    • 가정용 태양광은 태양광 발전소만큼 효율적이지 않음. 그 25%를 태양광 발전단지 건설에 쓴다면 더 앞서갈 수 있음. 다만 가정용 배터리 발전소는 의미가 있음
    • 수천 달러어치 태양광 패널이 당신의 경우에는 배출을 더 줄일 수 있겠지만, 내 경우에는 전혀 그렇지 않음. 여기 전력망은 gCO2/kWh가 매우 낮음

  • 관련 글: 전기차 배터리 가격이 예상보다 빠르게 하락 중임: https://news.ycombinator.com/item?id=38304405

답변달기