초전도 자기 에너지 저장 시장 - 글로벌 산업 규모, 점유율, 추세, 기회 및 예측, 유형별(저온, 고온), 응용 분야별(전력 시스템, 산업용, 연구 기관, 기타) 및 지역별 및 경쟁별, 2019-2029F

시장 개요

글로벌 초전도 자기 에너지 저장 시장은 2023년에 6,700만 달러 규모로 평가되었으며 2029년까지 연평균 성장률 15.22%로 예측 기간 동안 견고한 성장을 보일 것으로 예상됩니다.

초전도 자기 에너지 저장(SMES) 시장은 초전도 재료를 사용하여 전기 에너지를 저장하고 방출하는 에너지 저장 시스템의 개발, 생산, 배치와 관련된 부문과 관련이 있습니다. SMES 시스템은 극저온에서 전기 저항이 없는 초전도체의 고유한 특성을 활용하여 빠른 충전 및 방전 기능을 갖춘 고효율 에너지 저장을 달성합니다.

이 시장은 그리드 안정화, 부하 평준화 및 백업 전력 시스템을 포함한 다양한 응용 분야를 포함합니다. SMES 기술은 특히 즉각적인 전력을 공급할 수 있는 능력으로 인해 가치가 있어 전기 그리드를 안정화하고 재생 에너지 통합을 지원하는 데 이상적입니다. 이 시장의 주요 업체로는 초전도 재료, 극저온 냉각 시스템 및 에너지 관리 시스템 제조업체가 있습니다.

SMES 시장의 성장은 안정적이고 효율적인 에너지 저장 솔루션에 대한 수요 증가, 초전도 재료의 발전, 그리드 안정성 및 에너지 회복력 향상에 대한 집중 증가에 의해 주도됩니다. 시장 역학은 기술 혁신, 청정 에너지에 대한 규제 지원 및 견고한 에너지 인프라에 대한 필요성에 영향을 받습니다. 기술이 성숙해짐에 따라 미래 에너지 환경에서 중요한 역할을 할 것으로 예상됩니다.

주요 시장 동인

그리드 안정성 및 신뢰성에 대한 수요 증가

글로벌 초전도 자기 에너지 저장(SMES) 시장은 그리드 안정성 및 신뢰성에 대한 수요 증가에 의해 크게 주도되고 있습니다. 세계가 일상 활동과 산업 공정에 전기에 점점 더 의존함에 따라 안정적이고 신뢰할 수 있는 전력망에 대한 필요성이 그 어느 때보다 절실해졌습니다. 기존 전력망은 종종 공급 및 수요 변동에 취약하여 중단 및 정전으로 이어질 수 있습니다. SMES 시스템은 그리드를 안정화하기 위한 신속한 대응 기능을 제공하여 이러한 과제에 대한 솔루션을 제공합니다.

SMES 기술은 에너지를 저장하고 즉시 방출할 수 있으므로 전기 공급 및 수요의 단기 변동을 해결하는 데 매우 효과적입니다. 이 기능은 풍력 및 태양광과 같은 간헐적 재생 에너지원을 점점 더 통합하고 있는 현대식 그리드에서 특히 가치가 있습니다. 이러한 소스는 예측할 수 없고 출력이 다양하여 그리드 운영자가 일관된 공급을 유지하는 데 어려움을 겪습니다. 그리드 운영자는 SMES 시스템을 배치하여 이러한 변동을 완화하고 안정적이고 신뢰할 수 있는 전력 공급을 보장할 수 있습니다.

스마트 그리드 기술의 성장과 전기 네트워크의 복잡성 증가로 인해 그리드 관리를 위한 고급 솔루션이 필요합니다. SMES 시스템은 주파수 조절 및 전압 지원과 같은 보조 서비스를 제공하여 그리드 안정성을 향상시킵니다. 이는 점점 더 상호 연결되고 정교해지는 현대 그리드의 운영 무결성을 유지하는 데 필수적입니다. 정부와 유틸리티가 그리드 현대화 및 복원력에 투자함에 따라 SMES 기술에 대한 수요가 증가하여 시장 성장을 촉진할 것으로 예상됩니다.

초전도 재료의 발전

초전도 재료의 발전은 글로벌 SMES 시장의 주요 원동력입니다. 초전도체는 매우 낮은 온도에서 전기 저항이 전혀 없고 자기장을 방출할 수 있는 재료입니다. 이러한 특성으로 인해 효율적인 에너지 저장과 빠른 방전 기능이 필수적인 SMES 시스템에서 사용하기에 이상적입니다. 수년에 걸쳐 새로운 초전도체 재료를 개발하고 기존 재료의 성능을 개선하는 데 상당한 진전이 이루어졌습니다.

고온 초전도체(HTS)는 이 분야에서 주목할 만한 진전입니다. 절대 영도에 가까운 매우 낮은 온도가 필요한 기존 초전도체와 달리 HTS 재료는 비교적 더 높은 온도에서 작동합니다. 이를 통해 초전도성을 유지하는 데 필요한 냉각 시스템의 비용과 복잡성이 줄어듭니다. HTS 재료의 개발로 SMES 시스템의 실용적인 응용 분야가 확대되어 상업적으로 실행 가능해졌습니다.

새로운 초전도 화합물과 제조 기술에 대한 연구는 SMES 시스템의 효율성과 성능을 지속적으로 향상시키고 있습니다. 이러한 발전으로 인해 에너지 저장 밀도가 증가하고 신뢰성이 향상되며 비용이 절감됩니다. 초전도 재료가 더욱 발전하고 접근 가능해짐에 따라, SMES 시스템에서의 채택이 증가할 것으로 예상되며, 이는 시장 확장을 더욱 촉진할 것입니다.

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주요 시장 과제

높은 비용과 경제적 실행 가능성

글로벌 초전도 자기 에너지 저장(SMES) 시장이 직면한 주요 과제 중 하나는 기술과 관련된 높은 비용입니다. SMES 시스템에는 정교한 초전도 재료, 극저온 냉각 시스템 및 고급 인프라가 필요하며, 이 모든 것이 전체 비용에 기여합니다. 초전도체 재료, 특히 고온 초전도체(HTS)의 비용은 생산의 복잡성과 희귀하고 값비싼 원소의 필요성으로 인해 비교적 높습니다.

초전도체를 작동 온도에서 유지하는 데 필요한 극저온 냉각 시스템도 비용을 증가시킵니다. 이러한 냉각 시스템은 일반적으로 액체 헬륨이나 기타 극저온 물질을 사용하는데, 이는 비쌀 뿐만 아니라 지속적인 유지 관리와 운영 관리가 필요합니다. 이러한 요인의 조합으로 인해 SMES 시스템에 대한 초기 자본 투자가 높아지며, 이는 특히 비용 제약이 심각한 문제인 시장에서 널리 채택되는 데 장애가 될 수 있습니다.

SMES 시스템은 빠른 대응과 높은 효율성을 제공하지만 리튬 이온 배터리나 펌프 수력 저장과 같은 다른 에너지 저장 기술과 동일한 비용 효율성을 제공하지 못할 수 있다는 사실로 인해 경제적 실행 가능성이 더욱 어려워집니다. 이러한 대체 기술은 기술 발전과 규모의 경제성으로 인해 시간이 지남에 따라 상당한 비용 절감을 달성했습니다. 반면, SMES 시장은 여전히 이러한 기존 대안과 효과적으로 경쟁하기 위해 비용을 더욱 낮춰야 하는 단계에 있습니다.

이러한 과제를 해결하기 위해 지속적인 연구 개발 노력은 초전도 재료의 비용을 줄이고 냉각 시스템의 효율성을 개선하는 데 집중되어 있습니다. 보다 비용 효율적인 HTS 재료의 개발과 같은 재료 과학의 혁신과 냉각 기술의 발전은 미래에 SMES 시스템을 경제적으로 실행 가능하게 만드는 데 중요한 역할을 할 수 있습니다. 그러나 이러한 비용 장벽이 극복될 때까지 SMES 기술의 광범위한 채택은 제한될 수 있습니다.

기술 및 운영 복잡성

글로벌 SMES 시장의 또 다른 중요한 과제는 시스템의 기술적 및 운영적 복잡성입니다. SMES 기술에는 정밀한 엔지니어링과 정교한 관리가 필요한 복잡한 구성 요소와 프로세스가 포함됩니다. SMES 시스템의 핵심은 초전도 자석으로, 초전도 상태를 유지하려면 매우 낮은 온도에서 유지되어야 합니다. 이러한 온도를 달성하고 유지하려면 복잡한 극저온 냉각 시스템이 필요하며, 이는 운영 복잡성을 더하고 효과적으로 관리하기 위한 전문 지식과 기술이 필요합니다.

기술적인 과제는 냉각 시스템을 넘어 SMES 구성 요소의 설계 및 통합까지 확대됩니다. 초전도 자석은 급냉을 경험하지 않고 높은 전류와 자기장을 처리할 수 있도록 신중하게 설계해야 합니다. 급냉은 초전도 상태가 손실되어 저항과 열 발생이 갑자기 증가하는 현상입니다. 이를 위해서는 시스템의 안정성과 안전성을 보장하기 위해 고급 소재와 정밀한 엔지니어링이 필요합니다.

기존 전력망에 SMES 시스템을 통합하는 것은 어려울 수 있습니다. 이 기술은 전압 조절, 주파수 제어, 부하의 급격한 변화에 대한 대응을 포함하여 전력망의 운영 요구 사항과 호환되어야 합니다. 이를 위해서는 SMES 시스템을 효과적으로 관리하고 전력망 운영을 방해하지 않으면서 의도한 이점을 제공하도록 하는 정교한 제어 시스템과 소프트웨어가 필요합니다.

SMES 시스템의 복잡성은 또한 더 높은 운영 및 유지 관리 요구 사항을 의미합니다. 시스템을 관리하고, 정기적인 유지 관리를 수행하고, 발생할 수 있는 모든 기술적 문제를 해결하기 위해 숙련된 인력이 필요합니다. 이는 SMES 기술을 배포하는 데 따른 전반적인 운영 비용과 복잡성을 증가시킵니다.

SMES 시스템의 설계 및 운영을 단순화하려는 노력과 자동화 및 제어 기술의 발전은 이러한 과제를 해결하는 데 매우 중요합니다. 기술적 복잡성을 줄이고 통합 및 운영의 용이성을 개선하기 위한 연구 개발은 앞으로 SMES 기술을 보다 광범위하게 채택하는 데 필수적입니다.

주요 시장 동향

고온 초전도체(HTS) 채택 증가

글로벌 초전도 자기 에너지 저장(SMES) 시장에서 두드러진 동향은 고온 초전도체(HTS) 채택이 증가하고 있다는 것입니다. 전통적으로 초전도 재료는 초전도 상태를 유지하기 위해 매우 낮은 온도가 필요했기 때문에 값비싸고 복잡한 극저온 냉각 시스템을 사용해야 했습니다. 그러나 HTS 재료는 비교적 높은 온도에서 작동하여 냉각 요구 사항과 관련 비용을 크게 줄입니다.

HTS의 개발 및 상용화는 재료 과학 및 제조 기술의 발전에 의해 추진되었습니다. 이트륨 바륨 구리 산화물(YBCO) 및 비스무트 스트론튬 칼슘 구리 산화물(BSCCO)과 같은 HTS 재료는 더 높은 임계 전류 밀도 및 자기장 기능을 포함하여 우수한 성능 특성을 보여주었습니다. 이로 인해 효율적인 에너지 저장과 빠른 대응이 중요한 SMES 애플리케이션에 점점 더 매력적으로 다가왔습니다.

HTS 채택은 기술이 성숙하고 비용 효율성이 높아짐에 따라 계속 증가할 것으로 예상됩니다. HTS 재료의 향상된 성능 특성을 통해 더 작고 효율적인 SMES 시스템을 설계할 수 있으며, 이는 그리드 안정화에서 재생 에너지 지원에 이르기까지 더 광범위한 애플리케이션에 통합될 수 있습니다. 또한 HTS 시스템의 냉각 요구 사항이 감소함에 따라 운영 비용이 낮아져 매력도가 더욱 높아집니다.

HTS 소재의 비용 절감과 효율성 개선에 대한 관심이 증가함에 따라 SMES 시장에서 혁신과 확장이 더욱 촉진될 가능성이 높습니다. HTS 기술이 계속 발전함에 따라 채택이 더욱 확산되어 글로벌 SMES 시장의 성장과 발전에 기여할 것으로 예상됩니다.

재생 에너지원과의 통합

글로벌 SMES 시장의 또 다른 주요 추세는 SMES 시스템과 재생 에너지원의 통합이 증가하고 있다는 것입니다. 풍력 및 태양광과 같은 재생 에너지 발전의 증가는 이러한 소스의 가변성 및 간헐성과 관련된 과제를 제기합니다. SMES 시스템은 재생 에너지와 관련된 공급 및 수요 변동을 균형 있게 조절하는 데 도움이 되는 빠른 에너지 저장 및 방전 기능을 제공하여 솔루션을 제공합니다.

SMES 기술은 높은 전력 밀도와 빠른 응답 시간이 필요한 애플리케이션에 특히 적합합니다. SMES 시스템을 재생 에너지 설비와 통합함으로써 운영자는 전력 출력의 변동을 완화하고, 그리드 안정성을 강화하며, 재생 에너지 시스템의 전반적인 효율성을 개선할 수 있습니다. 이러한 통합은 간헐성 문제를 해결하고 재생 에너지원을 보다 안정적이고 실행 가능하게 만드는 데 도움이 됩니다.

청정 에너지로의 전환과 탄소 배출 감소에 중점을 두면서 재생 에너지 통합을 지원하는 기술에 대한 투자가 증가했습니다. SMES 시스템은 주파수 조절 및 전압 지원과 같은 보조 서비스를 제공하기 위해 재생 에너지 프로젝트와 함께 점점 더 많이 배치되고 있습니다. 이러한 추세는 재생 에너지 목표를 지원하기 위해 고급 에너지 저장 솔루션 사용을 촉진하는 규제 정책과 시장 인센티브에 의해 주도됩니다.

SMES를 재생 에너지원과 통합하는 추세는 국가와 지역이 재생 에너지 목표를 충족하고 에너지 시스템의 회복력을 강화하기 위해 노력함에 따라 계속될 것으로 예상됩니다. SMES 기술과 재생 에너지 발전 간의 시너지 효과는 SMES 시장에서 더 많은 성장과 혁신을 촉진할 가능성이 높습니다.

시스템 설계 및 효율성의 발전

시스템 설계 및 효율성의 발전은 글로벌 SMES 시장에서 중요한 추세를 나타냅니다. 지속적인 연구 및 개발 노력은 SMES 시스템의 성능, 안정성 및 비용 효율성을 개선하는 데 집중되어 있습니다. 초전도 자석, 극저온 냉각 시스템 및 제어 기술의 개선을 포함한 시스템 설계의 혁신이 이러한 발전을 주도하고 있습니다.

SMES 시스템의 에너지 저장 밀도와 효율성을 최적화하기 위한 새로운 설계 접근 방식이 모색되고 있습니다. 예를 들어, 자석 설계 및 재료 처리 기술의 개선으로 인해 더욱 컴팩트하고 강력한 초전도 자석이 탄생하고 있습니다. 이러한 발전은 더 높은 에너지 저장 용량과 SMES 시스템의 보다 효율적인 운영에 기여합니다.

고급 제어 시스템 및 소프트웨어의 개발은 SMES 기술의 기능과 성능을 향상시키고 있습니다. 이러한 시스템은 에너지 저장 및 방전 프로세스를 보다 정밀하게 관리하여 그리드 운영과 보다 잘 통합되고 전반적인 효율성이 향상됩니다.

효율성을 높이고 운영 비용을 절감하는 데 중점을 둠으로써 혁신적인 냉각 기술과 보다 효과적인 열 관리 솔루션이 개발되고 있습니다. 이러한 발전은 초전도 온도를 유지하는 데 드는 비용을 낮추고 SMES 시스템의 경제적 실행 가능성을 개선하는 데 도움이 됩니다.

기술이 계속 발전함에 따라 보다 효율적이고 비용 효율적인 SMES 시스템을 향한 추세가 시장 성장과 도입을 촉진할 것으로 예상됩니다. 시스템 설계 및 효율성의 혁신은 SMES 시장의 미래를 형성하고 응용 분야를 확장하는 데 중요한 역할을 할 것입니다.

세그먼트별 통찰력

유형 통찰력

고온 세그먼트는 2023년에 가장 큰 시장 점유율을 차지했습니다. 고온 재료는 절대 영도에 가까운 온도가 필요한 저온 재료에 비해 상대적으로 높은 온도에서 작동합니다. 고온 반도체(HTS) 재료의 더 높은 작동 온도는 복잡하고 비용이 많이 드는 극저온 냉각 시스템의 필요성을 줄입니다. 이는 SMES 시스템과 관련된 운영 및 유지 관리 비용을 낮추어 HTS 기반 솔루션을 경제적으로 더욱 실현 가능하게 만듭니다.

HTS 기술의 최근 발전으로 성능 특성이 크게 향상되었습니다. 이트륨 바륨 구리 산화물(YBCO) 및 비스무트 스트론튬 칼슘 구리 산화물(BSCCO)과 같은 재료는 높은 임계 전류 밀도와 강력한 자기장 기능을 나타냅니다. 이러한 개선으로 인해 더 효율적이고 강력한 SMES 시스템이 탄생하여 더 큰 에너지 저장과 더 빠른 방전 속도를 처리할 수 있습니다. 결과적으로 HTS 시스템은 고성능과 빠른 응답이 필요한 애플리케이션에 점점 더 선호되고 있습니다.

냉각 요구 사항이 감소하면 비용이 낮아질 뿐만 아니라 시스템 설계와 통합도 간소화됩니다. HTS 시스템은 광범위하고 값비싼 냉각 인프라가 필요한 저온 반도체(LTS) 시스템에 비해 도시 환경 및 산업 애플리케이션을 포함한 다양한 설정에 더욱 다재다능하고 배포하기 쉽습니다.

HTS 기술이 계속 성숙해짐에 따라 LTS 시스템에 비해 이점이 더욱 두드러지고 있습니다. HTS 소재의 비용 감소와 성능 개선으로 시장에서 더 폭넓은 채택과 수용이 이루어지고 있습니다. 지원 규제 정책과 연구 개발에 대한 투자 증가로 HTS 기반 SMES 시스템의 성장이 더욱 촉진되었습니다.

지역 통찰력

북미 지역은 2023년에 가장 큰 시장 점유율을 차지했습니다. 북미, 특히 미국은 초전도 기술 분야의 첨단 연구 개발 허브입니다. 에너지부(DOE) 및 기타 연방 기관에서 자금을 지원하는 주요 연구 기관은 SMES 기술 혁신을 주도합니다. R&D에 대한 이러한 강조는 기술 발전을 촉진하고 새로운 초전도 소재와 시스템을 상용화하여 북미가 SMES 시장에서 경쟁 우위를 점할 수 있도록 합니다.

이 지역은 에너지 저장 기술에 전념하는 상당한 투자와 자금 조달 기회의 혜택을 받습니다. 정부 보조금, 보조금 및 민간 부문 투자는 SMES 시스템의 개발 및 배포를 지원합니다. 미국 에너지부와 다양한 주 차원의 이니셔티브는 그리드 안정성을 강화하고 재생 에너지원을 통합하는 것을 목표로 하는 프로젝트에 재정적 인센티브와 지원을 제공하여 시장 성장을 더욱 촉진합니다.

북미는 전기 그리드 인프라를 현대화하는 데 앞장서 왔습니다. 이러한 현대화 노력의 일환으로 그리드 안정성과 회복력을 강화하기 위해 SMES와 같은 고급 에너지 저장 솔루션을 도입하는 데 상당한 중점을 두고 있습니다. 재생 에너지 통합을 지원하기 위해 그리드 인프라를 업그레이드하는 데 중점을 둔 이 지역은 SMES 기술 도입에 유리한 환경을 조성합니다.

기술 공급업체와 에너지 회사를 포함한 SMES 시장의 주요 기업은 북미에 있습니다. 이러한 회사는 광범위한 산업 전문 지식과 확립된 네트워크를 활용하여 시장 성장을 촉진하면서 SMES 시스템을 배포하고 상용화하는 데 적극적으로 참여합니다.

북미의 에너지 시장은 그리드 안정성, 주파수 조절, 부하 평준화와 같은 문제를 해결하기 위해 고성능 저장 솔루션이 필요합니다. SMES 시스템은 신속한 대응 능력과 높은 효율성을 갖추고 있어 이러한 요구 사항을 충족하는 데 적합합니다.

최근 개발

• Honeywell은 2024년 6월, 기가팩토리 운영을 처음부터 최적화하도록 설계된 최첨단 인공지능(AI) 기반 소프트웨어인 Battery Manufacturing Excellence Platform(Battery MXP)을 공개했습니다. 이 플랫폼은 배터리 셀 수율 개선을 목표로 하며 제조업체의 시설 가동 프로세스를 가속화합니다. 역사적으로 배터리 제조 독립형 솔루션은 정상 상태 운영 중에 최대 30%의 재료 폐기율을 초래했으며 시설 램프업 단계에서는 더욱 높아졌습니다. 이러한 비효율성으로 인해 에너지와 재료 낭비로 인해 상당한 재정적 손실이 발생했으며 기가팩토리는 종종 최적의 생산 효율성과 수익성에 도달하는 데 몇 년이 걸렸습니다. Battery MXP는 고급 AI 기술을 활용하여 재료 낭비로 이어지기 전에 품질 문제를 사전에 식별하고 해결합니다. 이 플랫폼은 머신 러닝을 통합하여 품질 문제에 기여하는 조건을 탐지하고 분석하여 이 데이터를 실행 가능한 통찰력으로 변환합니다. 이러한 통찰력을 통해 제조업체는 운영 효율성과 생산성을 향상시켜 생산 품질과 비용 효율성을 크게 개선할 수 있습니다.
• 2024년 5월, 독일의 대표적인 테스트 및 인증 기업인 TÜV Rheinland는 광둥성의 수도인 광저우에 신에너지 부품 및 액세서리 테스트 센터를 개관했습니다. TÜV Rheinland(광둥) Ltd의 30주년 기념 행사에서 이 회사는 중국 경제의 견고한 성장에 대한 강한 확신을 재확인했으며, 특히 광둥-홍콩-마카오 대만 지역의 경제적 발전에 중점을 두었습니다.
• 2024년 4월, EIT InnoEnergy는 배터리 가치 사슬 전체에서 공적 자금에 대한 접근성을 간소화하기 위한 'EU 금융 원스톱샵' 프로그램을 시작했습니다. 유럽 위원회 부위원장인 마로시 세프초비치와 협력하여 개발된 이 이니셔티브는 유럽의 전략적 배터리 부문에 대한 공적 자금 확보의 복잡성을 해결합니다. COP28에서 공개된 이 프로그램은 유럽 배터리 연합(EBA) 프레임워크의 일부로, 배터리 산업에 참여하는 중소기업(SME)의 공적 자금 조달 절차를 간소화하도록 설계되었습니다. 이 새로운 이니셔티브는 2024년 1월에 도입된 EBA 전략적 배터리 소재 기금을 기반으로 하며, 이는 민간 투자를 활용하여 배터리 가치 사슬의 상류 부문에서 초기 단계 프로젝트를 지원합니다.

주요 시장 참여자

• Schneider Electric SE
• Siemens AG
• American Superconductor Corporation
• Bruker Corporation
• Fujikura Ltd.
• General Electric 회사
• 히타치 주식회사
• 아사히 카세이 주식회사
• 코네크레인스 주식회사
• 린데 주식회사
• 마그네틱스(스팡 & 회사)
• 미쓰비시 전기 주식회사