테슬라 에너지 사업의 성장이 “필연적”인 이유

[요약]

1. 탄소 중립 달성을 위해 각국에서 정책을 내놓으면서, 재생 가능 에너지의 비중 확대는 정해진 미래가 됐습니다.

2. 하지만 재생 에너지 보급 확대는 1) 소규모 발전 시설 증가, 2) 간헐성으로 인한 전력 부족/손실 발생, 3) 복잡성으로 인한 관리 난이도 증가로 인해, 기존 화석연료 발전이 처음 확대되던 시기와는 다른 양상으로 전개될 겁니다.

3. 테슬라는 이런 특징들에 발맞춘 제품과 서비스를 내놓으며 일찍부터 재생 에너지 사업을 전개하고 있어, 에너지 사업 부문의 필연적인 성장이 예상됩니다.

에너지 사업이 전기차 사업만큼 커진다?

언론에서는 전기차에만 주목하지만, 테슬라는 재생 에너지 사업도 전개하고 있습니다. 공시 보고서에도 “Energy generation and storage”라는 이름으로 구분해 별도로 명기하고 있는데요. 간단히 말하면 솔라루프, 파워월, 메가팩과 같은 태양광 발전 설비와 에너지 저장 시스템을 판매하는 사업입니다.

사실 에너지 사업은 일론 머스크의 첫번째 마스터 플랜에서부터 언급될 정도로 중요하면서 오래됐는데요. 전기차 비즈의 눈부신 성장에 가려져 항상 주목받지 못해왔습니다. 실제로 지난 22년 1분기 실적 기준으로 이 에너지 사업의 분기 매출은 616백만 달러, 약 8천억 수준으로 전체 매출의 약 4% 비중에 그쳤습니다.

재미있는 점은, 일론 머스크는 이 에너지 사업이 심각하게 저평가 됐고, 장기적으로는 자동차 사업만큼 커질 것이라고 보고 있단 점입니다. 

그렇다면,

일론 머스크가 말한 에너지 사업의 잠재력은 무엇을 뜻하는 걸까요? 

어떠한 논리로 일론 머스크는 테슬라 에너지 사업이 성장할 거라고 보는 걸까요?

재생 가능 에너지의 성장은 정해진 미래다

최근에는 거의 사라졌지만, 사실 몇 년 전까지만 해도 "전기차가 정말 친환경적인가?"에 대한 논란이 많았습니다. 운행 중 배기구를 통해 배출되는 탄소는 0에 가깝지만, 그 연료로 사용되는 전기를 생산하는 과정에서 많은 양의 이산화탄소가 배출될 수 있기 때문인데요. 

실제로 서울대학교 송한호 교수의 연구 결과에 따르면, 연료 생산 과정까지 고려한 LCA(Life Cycle Assessment) 관점에서 봤을 때 "석탄 발전 전기를 사용하는 전기차"가 "가솔린 하이브리드 차량"보다 10% 이상 많은 탄소를 배출한다고 합니다. 천연가스로 발전한 전기를 사용하는 경우에도 전기차는 일반 내연기관의 약 절반에 달하는 다량의 탄소를 배출했다고 하는데요.

때문에 전기차 보급은 친환경 에너지 사용 확대와 뗄래야 뗄 수 없는 관계입니다. 친환경 에너지를 통한 전력 생산이 동반되지 않는다면, 전기차 보급은 탄소 배출구를 자동차에서 발전소로 옮기는 눈속임 밖에 되지 않습니다.

다행인 것은, 전기차 보급에 발맞춰 친환경 발전의 비중도 전세계적으로 급성장하고 있다는 점입니다. 국제 에너지 기구(IEA)에 따르면, ‘26년까지 재생 에너지 발전 가능 용량이 ‘20년보다 60% 이상 성장해, "화석 연료와 원자력 용량을 합친 것과 유사한 수준"이 될 것이라고 합니다. 뿐만 아니라, 현재 계획대로면 ‘26년까지 전세계 발전 설비 증설량의 95%는 재생 에너지 발전이 될 것이라고 하는데요.

주요 국가들에서도 공격적인 보급 정책을 내놓고 있습니다. 중국 정부는 “비화석” 에너지 사용 비중을 ‘25년까지 20%로 늘리고, ‘30년엔 25%, ’60년엔 80%까지 늘리겠다고 발표했습니다. 미국 역시 바이든 정부에서 ‘35년까지 탄소를 배출하지 않는 전기 생산으로 100% 전환하겠다고 발표했고요.

이렇듯, 화석 연료의 퇴출과 친환경 발전의 확대는 거스를 수 없는 대세이자, 정해진 미래라고 볼 수 있습니다.

재생 에너지 발전은 이런 모습으로 성장하지 않을까?

하지만 태양광, 풍력 발전이 지금의 석탄, 석유 발전 시설을 대체할 정도로 크게 늘어난다면, 그 보급 양상은 과거 화석 연료 발전과는 다른 모습으로 전개될 가능성이 높습니다.

크게 3가지 특징을 꼽아볼 수 있는데요.

1. 소규모 분산 발전 시설이 늘어날 겁니다

우리가 익숙한 화석연료 위주의 전통적인 전력망 시스템의 주인공은, 대형 발전 사업자였습니다. 단일 사업자가 수요처인 도시 근처에 대규모 석탄, 석유 화력 발전소를 세우고, 규모의 경제를 활용해 공급 비용을 낮춘 저렴한 가격의 전기를 독점 공급하는 방식이었죠.

그렇다면 재생 가능 에너지도 이와 100% 동일한 방식을 따라갈 수 있을까요?

일단 기존 화석연료 발전소처럼 거대한 태양광, 풍력 발전소를 곳곳에 세운다고 가정해보죠. 일조량, 풍속 등 자연 조건을 고려해 건설해야 하는 재생 에너지 발전소의 특성상, 수요처인 도시와 동떨어진 산간도서 지역에 위치할 가능성이 높습니다. 

때문에 생산한 전기를 수요처까지 나르기 위해선 재생 에너지 발전소만을 위한 송배전 인프라를 전국에 새로 깔아야 할 겁니다. 뿐만 아니라 산간도서에서 멀리 도시 지역까지 전기를 끌어온다면 이 과정에서 발생하는 송전손실도 무시할 수 없겠죠. 

이런 비용을 고려하면, 차라리 수요처에 소규모 발전시설을 설치해 필요한 전기를 만들어 쓰는 것도 고려할 만한 옵션이 되는 겁니다. 때문에 대규모 발전 시설에 전적으로 의지하기보다, 가정마다, 혹은 공장마다 소규모 태양광 발전 시설을 설치해 사용하는 일이 훨씬 더 흔해질 겁니다.

2. 간헐성으로 인한 전력 부족/손실 사태가 빈발할 겁니다

전문가들이 꼽는 재생 가능 에너지의 가장 큰 단점은, “간헐성”입니다. 원하는 양의 전기를 원하는 시간에 생산할 수 있는 화석 연료 발전 방식과 달리, 자연 환경 변화에 의존하는 발전 방식 특성상 발전량과 시간을 뜻대로 통제할 수 없다는 겁니다.

예를 들면, 태양광 발전은 낮 시간대에 발전량이 집중되고, 해가 뜨지 않는 밤에는 전기를 생산할 수 없는 문제가 있습니다. 또 풍력 발전은 바람의 세기가 시시각각으로 달라지고 기상 이변에 취약해 정확한 발전량을 예측하기 힘든 문제가 있습니다. 

때문에 재생 에너지는 항상 수요보다 부족하거나 많은 양의 전기를 생산할 수밖에 없는데요. 

실제로 기상 이변으로 인해 재생 에너지 발전에 문제가 생겼다는 뉴스들이 지구 곳곳에서 들려오고 있습니다.

2020년 여름, 전체 발전량의 15% 내외를 태양광/태양열에 의존하는 미국 캘리포니아에서는, 폭염으로 인해 급증한 냉방 전기 수요를 감당하지 못해 전력 부족 사태가 발생했습니다. 또 전체 발전량의 25%를 풍력에 의존하는 영국에서는, 작년 여름 바람이 멈춰 전기 부족으로 전기료가 7배로 급등하는 일이 벌어졌습니다.

반대로 전기가 남는 것도 문제입니다. 실제로 약 40%의 전력 생산을 재생 에너지에 의존하고 있는 독일에서는 해마다 6,500GWh의 전기가 과잉생산 되어 버려지고 있다고 하는데요. 이 정도면 무려 270만 대의 전기차를 1년 동안 충전해서 달릴 수 있는 양이라고 하니, 이 역시 무시할 수 없는 문제입니다.

3. 복잡성으로 인한 관리 난이도가 증가할 겁니다

이런 문제들 때문에, 재생 에너지가 보급될수록 한 도시나 국가의 전력망 관리자는 머리가 지끈지끈 아파 올 겁니다. 

1, 2개의 대규모 화력 발전소가 한 도시의 전력 공급을 책임지던 과거와 달리, 중소 규모 발전소의 숫자가 급격하게 늘어나고, 각각의 발전량과 시간을 통제하는 게 힘들어집니다. 그 결과로 전기가 남는 곳도, 부족한 곳도 모두 늘어나게 될 텐데요. 

이런 상황에서 블랙아웃을 막고, 조금이라도 더 저렴하게 전기를 공급하기 위해선, 전력 부족을 미리 예측하고 유휴 전력을 필요한 곳으로 적시에 보낼 수 있어야 합니다. 

반대로, 발전소를 운영하는 개별 사업자, 혹은 가정 입장에서는 경제적 이익을 창출하고자 하는 니즈도 생겨날 겁니다. 남는 전력을 버리기보다 누군가에게 판매해서 수익을 얻는 것은 당연한 이야기일 것이고요. 전기가 부족할 때는 가장 저렴한 비용으로 사온다든지, 판매할 때 가장 비싸게 팔 수 있는 대상을 찾아 판매한다든지 하는 고도화된 관리 시스템에 대한 니즈도 생겨날 겁니다.

결국 이 모든 니즈를 만족시키려면, 수많은 발전원을 하나의 시스템처럼 효율적으로 관리할 수 있어야 합니다.

이렇게 다수의 분산 전원을 마치 하나의 발전소처럼 관리할 수 있는 시스템을 VPP(Virtual Power Plant)라고 합니다. 재생 에너지가 더 널리 보급될수록, 전력망을 효율적으로 관리하고자 하는 니즈도 커지면서 이런 VPP 시장이 활성화될 것입니다.

테슬라가 내놓은 해결책

테슬라에서는 이렇게 재생 에너지 보급이 확대되면서 발생하는 새로운 수요를 정확히 공략하는 제품들을 내놓고 있습니다. 

1. 소규모 분산 발전 시설이 늘어날 겁니다

-> 지붕형 태양광 발전시설, "솔라루프"

필요한 전기를 직접 생산해서 쓰는 소규모 발전 시설에 대한 수요가 늘어나고 있다고 했었죠. 주택 지붕에 태양광 패널을 붙여 전기를 만들어 쓰는 모습이 더 이상 낯설지 않게 됐습니다.

하지만 기존 태양광 패널의 문제는 “못생겼다”는 겁니다. 지붕에 태양광 패널을 부착해 놓은 모습이 밖에서 보기에 썩 멋지지 못했고, 주택의 미관을 해쳤는데요. 이런 미관적인 문제가 태양광 패널 보급의 장애물 중 하나였습니다.

이런 문제를 해결하기 위해, 테슬라는 2016년 10월 지붕과 태양광 패널을 일체화 시킨 “솔라루프”라는 제품을 공개합니다.

지붕 타일 속에 태양광 패널을 내장시켜, 기존 태양광 패널이 붙어있는 지붕의 못생긴 외관을 개선한 제품인데요. 실제로 아래 솔라루프 타일은 겉으로만 보면 이게 태양광 패널인지 알 수 없을 정도로 자연스럽고 멋스럽습니다.

뿐만 아니라, 테슬라 자체 실험 결과에 따르면 솔라루프는 일반 지붕 타일보다 내구성도 좋고, 단열 효과도 우수하다고 합니다. "건물이 오래돼 무너져도 지붕은 남아있을 것"이라고 말할 정도로 자신감을 보였는데요. 물론 아직 솔라루프가 보급된지 10년도 채 되지 않았으니, 그 말이 진짜인지는 두고 봐야 할 것 같습니다.

2. 간헐성으로 인한 전력 부족/손실 사태가 빈발할 겁니다

-> 에너지 저장 시스템, "파워월 & 메가팩"

재생 에너지 발전은 그 발전량과 시간대를 조절할 수 없다는 문제가 있다고 했었죠.

그래서 재생 에너지는 보완재로 Energy Storage System, ESS를 필요로 합니다. 말 그대로 생산된 전력을 저장해두는 배터리 시스템을 말하는데요. ESS에 전기를 저장하면, 재생 에너지의 간헐성을 보완하고 전기를 좀 더 유연하고 저렴하게 사용할 수 있게 됩니다.

예를 들면, 과잉 생산해서 남은 전기는 ESS에 저장해두었다가 전기가 생산되지 않는 밤에 사용할 수 있게 됩니다. 또 요금이 저렴한 심야 시간대에 전기를 저장해두었다가, 요금이 비싼 피크 시간대에 빼내 사용해서 전기료를 절감하는 운영도 가능하겠죠.

하지만 현존하는 ESS용 배터리는 비싸고, 수명이 짧고, 고장이 잘 나는 등의 문제가 있어 보급에 한계를 겪고 있었습니다.

이런 문제를 해결하기 위한 솔루션으로, 테슬라는 2015년 가정용 ESS “파워월”, 산업용 ESS “파워팩”을 공개합니다. 

기존 제품보다 저렴하고, 설치가 간편하고, 확장이 용이하고 안전하다는 장점을 자랑했는데요. 실제로 제품 공개 행사장의 전력을 파워팩의 배터리에 저장된 재생 에너지로만 공급하면서, 그 성능을 뽐냈습니다.

이렇게 공개된 제품을 바탕으로 테슬라는 2017년 호주 혼즈데일에서 100MW 규모의 세계 최대 ESS 프로젝트를 수주합니다. 실제로 테슬라 메가팩을 통해, 호주 소비자들은 2018년 약 290억 원($26.1M), 2019년 약 840억 원($75.8M)에 달하는 거액의 전기 요금을 절약할 수 있었다고 합니다.

또 최근에는, 2021년 전력난이 닥쳤던 텍사스에 대규모 메가팩 시설을 설치해 완공된 모습을 공개했는데요. 이렇듯 테슬라 ESS에 의존하는 전력망이 세계적으로 하나 둘씩 계속해서 늘어나고 있습니다.

3. 복잡성으로 인한 관리 난이도가 증가할 겁니다

-> AI 기반 가상 발전소, "오토비더"

재생 가능 에너지가 보급되면 발전원이 탈 중앙화되고, 그 숫자가 늘어나면서 관리가 까다로워질 것이라고 말했었죠.

테슬라는 이 문제를 자신들이 가장 잘 하는 방식으로 해결하려 합니다. 바로 소프트웨어인데요. 

테슬라가 제공하는 옵티캐스터(Opticaster), 마이크로그리드 컨트롤러(Microgrid Controller) 등의 소프트웨어 제품은 AI를 활용해 가장 최적화된 방식으로 전력망을 가동할 수 있도록 돕습니다. 발전량과 소비량을 예측해서, 이를 바탕으로 가장 저렴한 시간대에 저렴한 비용으로 전력을 생산할 수 있도록 자동으로 조정을 한다고 합니다.

그 중 가장 널리 알려진 것이 오토비더(Autobidder)라는 제품입니다. 오토비더는 전력 생산자가 잉여 전기를 판매해 수익을 올릴 수 있도록 돕는 프로그램입니다. 흡사 AI 주식 트레이딩 프로그램을 연상케 하는데요. 실시간으로 전력 가격, 생산량 등을 예측해 가장 높은 가격으로 전력을 판매해 수익을 올릴 수 있다고 합니다. 각지에 판매된 테슬라 에너지 저장 장치가 전력 거래 AI를 고도화하는 데 필요한 데이터를 모으는 수집 장치 역할을 수행하고, 이를 바탕으로 오토비더의 성능이 점점 개선되는 것인데요. 오토비더는 이미 앞서 언급한 호주 혼즈데일 메가팩 설비에서 운용되면서 성공적으로 수익을 올리고 있다고 합니다.

테슬라는 돈이 몰리는 길목에 서있다

주식 투자자들 사이에는 “돈이 몰리는 길목에 서있기만 하면 돈은 저절로 벌린다”는 말이 있죠.

점점 더 많은 돈이 재생 에너지로 몰리고 있고, 이 흐름은 지금보다 훨씬 더 커질 것이 분명합니다. 그리고 테슬라는 오래 전부터 그 길목에 서서 돈을 벌 준비를 해왔습니다. 재생 에너지를 활용해 발전할 수 있는 발전기, 이를 저장할 수 있는 ESS, 그리고 이것들을 관리할 수 있는 AI 소프트웨어까지 준비해 두고 말이죠.

이것이 많은 사람들이 테슬라 에너지 사업이 앞으로 훨씬 더 성장할 것이라고 말하는 이유입니다.

※ 이 글은 전기차 전문 매체 EV POST에 동시 게재됩니다.

References

- Q1 2022 Update (Tesla 공식 홈페이지)

- 전기자동차 Life Cycle 온실가스 배출량 분석 (서울대학교 기계항공공학부 송한호 교수, 15/09/17)

- Renewables 2021 (IEA, 21/12/01)

- Renewable electricity growth is accelerating faster than ever worldwide, supporting the emergence of the new global energy economy (IEA, 21/12/01)

- FACT SHEET: President Biden Sets 2030 Greenhouse Gas Pollution Reduction Target Aimed at Creating Good-Paying Union Jobs and Securing U.S. Leadership on Clean Energy Technologies (The White House, 21/04/22)

- Report: Is Bigger Best in Renewable Energy? (Institute for Local Self-reliance, 16/09/30)

- '최악 폭염'에 정전된 美 캘리포니아…"원전 없애고 태양광 늘린 영향" (조선비즈, 20/08/19)

- California Solar Energy Statistics and Data (California Energy Commission)

- 英, 바람 멈추자 전기요금 7배 급등…“풍력 발전 의존 탓” (동아일보, 21/09/14)

- Tesla “big battery” in Australia is becoming a bigger nightmare for fossil fuel power generators (Teslarati, 20/02/28)

- Why artificial intelligence is key to renewable energy grid resilience (World Economic Forum, 21/03/30)

※ 이 글은 전기차 전문 매체 EV POST 에 동시 게재됩니다.