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그리드 연계 열병합 발전(On-Grid Combined Heat and Power) 시장 상세 분석 및 전망 (2025-2030)
Mordor Intelligence 보고서에 따르면, 그리드 연계 열병합 발전(Combined Heat and Power, 이하 CHP) 시장은 예측 기간(2025-2030년) 동안 6% 이상의 연평균 성장률(CAGR)을 기록할 것으로 예상됩니다. 이 시장은 유틸리티, 상업 및 산업, 주거 부문에서 다양한 응용 분야를 가지며, 연료 유형별로는 천연가스, 석탄, 석유, 바이오매스 및 기타 연료 유형으로 세분화됩니다. 지리적으로는 북미, 유럽, 아시아 태평양, 남미, 중동 및 아프리카 지역을 포함합니다.
특히, 유연하고 비용 효율적인 CHP 시스템은 소규모 및 중규모 산업 시설에 이점을 제공하며, 전력 공급, 주파수 조절, 예비 용량 확보 등 전력망 지원 역할을 수행할 수 있어, CHP 시스템 공급업체 및 발전소 개발자에게 상당한 기회를 창출할 것으로 전망됩니다. 2018년 북미가 그리드 연계 CHP 시장을 주도했으며, 이러한 지배력은 향후에도 지속될 것으로 예상됩니다.
주요 시장 동향
1. 바이오매스 기반 열병합 발전의 상당한 성장
지난 몇 년간 바이오매스 산업은 크게 성장했습니다. 바이오매스 연소는 연소되는 식물에 의해 이전에 포집된 CO2를 배출하므로 탄소 중립적인 과정으로 간주됩니다. 바이오매스 CHP는 특히 주 가스망에서 벗어나 있고 바이오매스 연료를 쉽게 구할 수 있는 지역에서 열과 전력에 대한 지속적인 수요가 있는 시설에 매우 유용한 기술입니다.
열병합 모드에서 바이오매스 CHP의 총 효율은 85-90%에 달할 수 있습니다. 바이오매스 통합 가스화 가스 터빈 발전소(BIG/GT)는 아직 상업화되지 않았지만, 펄프 및 제지 산업의 부산물인 흑액(black-liquor)을 사용하는 통합 가스화 복합 사이클(IGCC)은 이미 상업적으로 사용되고 있습니다.
구체적인 사례로, 2018년 9월 영국 남서부에서는 27MW 발전 용량의 바이오매스 기반 CHP 발전소가 가동을 시작했습니다. 이 프로젝트는 약 1억 5천만 유로의 투자를 유치했으며, 5만 가구에 전력을 공급하고 연간 10만 톤 이상의 이산화탄소 배출을 절감할 수 있는 규모입니다. 이 발전소에서 생산된 잉여 전력은 지역 전력망으로 수출됩니다.
풍부한 자원과 우호적인 정책 덕분에 북유럽, 미국, 사탕수수 바가스(예: 브라질) 생산국에서 바이오 전력이 확대되고 있습니다. 또한, OECD 국가와 신흥 경제국 모두에서 오프그리드(off-grid) 애플리케이션을 위한 소규모 프로젝트(예: 소화조)가 확산되고 있습니다.
2. 북미 시장의 지배적 위치 유지
북미는 2018년 그리드 연계 CHP 시장을 지배했으며, 향후 몇 년간 이러한 지배력을 유지할 것으로 예상됩니다. 특히 미국과 캐나다에서 대부분의 수요가 발생하고 있습니다. 미국과 같은 국가의 경제 성장 및 에너지 안보에 있어 신뢰할 수 있고 탄력적인 전력망은 매우 중요합니다. 풍력 및 태양광과 같은 재생 에너지원의 수가 증가함에 따라, 이러한 간헐적인 발전 특성은 전력 시스템 운영에 어려움을 야기하고 있습니다. 이에 따라 전력 회사 및 기타 시스템 운영자들은 전력망을 안정적이고 안전하게 유지하기 위한 추가 전력에 대한 즉각적인 필요성에 직면해 있습니다.
CHP 기술은 제조 시설, 연방 및 기타 정부 시설, 상업용 건물, 기관 시설 및 지역 사회가 에너지 비용과 배출량을 줄이고, 보다 탄력적이고 신뢰할 수 있는 전력 및 열 에너지를 제공하는 데 도움을 줄 수 있습니다. CHP 시스템은 미국에서 매년 1.8 쿼드(quads)의 연료를 절약하고, 연간 2억 4,100만 톤의 CO2 배출을 방지합니다.
2018년 8월 기준으로 미국 및 그 영토 내 4,400개 이상의 시설에 81.3 GW 규모의 CHP가 설치되어 있었습니다. 2017년에는 111개의 새로운 CHP 시설이 추가되어 554MW의 신규 용량을 확보했습니다. 가장 많은 신규 CHP 시설이 설치된 주는 뉴욕(53개), 뉴저지(10개), 캘리포니아(5개), 펜실베이니아(5개)였습니다.
2018년 9월, 미국 에너지부(Department of Energy)는 7개 프로젝트를 선정하여 기술 연구 개발(R&D)에 최대 1천만 달러를 지원할 것이라고 발표했습니다. 이는 미국 내 중소기업이 CHP 시스템을 활용하여 전력망에 서비스를 제공할 수 있도록 지원할 것으로 예상됩니다.
경쟁 환경
그리드 연계 CHP 시장은 파편화(fragmented)되어 있습니다. 이 시장의 주요 기업으로는 General Electric Company, Kawasaki Heavy Industries Ltd, Bosch Thermotechnology GmbH, Viessmann Werke, Siemens AG 등이 있습니다.
시장 개요 요약
* 연구 기간: 2020년 – 2030년
* 예측 데이터 기간: 2025년 – 2030년
* 과거 데이터 기간: 2020년 – 2023년
* 연평균 성장률(CAGR): 6.00% 이상
* 가장 빠르게 성장하는 시장: 중동 및 아프리카
* 가장 큰 시장: 아시아 태평양
* 시장 집중도: 낮음주요 시장 동인
CHP 시스템은 에너지 효율성을 극대화하고 운영 비용을 절감할 수 있는 강력한 이점을 제공합니다. 이는 산업 및 상업 부문에서 에너지 비용 상승에 대한 대응책으로 각광받고 있습니다. 또한, 분산형 발전원으로서 전력망 안정성에 기여하고 정전 시에도 안정적인 전력 공급을 가능하게 하여 에너지 안보를 강화합니다. 각국 정부의 탄소 배출량 감축 목표와 재생 에너지 전환 정책은 CHP 시스템 도입을 장려하는 중요한 요인으로 작용하고 있습니다. 특히, 엄격해지는 환경 규제와 지속 가능한 에너지 솔루션에 대한 수요 증가는 그리드 연계 CHP 시장의 성장을 더욱 가속화할 것으로 예상됩니다.
시장 제약 요인
그럼에도 불구하고, 그리드 연계 CHP 시스템의 초기 설치 비용은 여전히 높은 수준이며, 이는 잠재적 구매자들에게 진입 장벽으로 작용할 수 있습니다. 또한, 복잡한 인허가 절차와 기존 전력망과의 연동 문제, 그리고 특정 지역의 가스 인프라 부족 등은 시장 성장을 저해하는 요인으로 작용할 수 있습니다. 일부 지역에서는 재생 에너지 발전원의 급격한 증가로 인해 CHP 시스템의 경제성이 상대적으로 낮아질 수 있다는 우려도 제기되고 있습니다. 이러한 제약 요인들을 극복하기 위한 기술 개발과 정책적 지원이 시장 확대를 위해 필수적입니다.
본 보고서는 온그리드 열병합 발전(On-Grid Combined Heat and Power, CHP) 시장에 대한 포괄적인 분석을 제공합니다. 연구는 시장 정의, 주요 가정, 연구 방법론을 포함하며, 시장 개요, 세분화, 경쟁 환경 및 미래 기회와 동향을 심층적으로 다룹니다.
시장 개요 섹션에서는 통합 마이크로그리드에 대한 소개와 함께 2025년까지의 전체 열병합 발전 시장 및 온그리드 열병합 발전 시장의 규모와 수요 예측(GW 기준)을 제시합니다. 또한, 시장에 영향을 미치는 최근 동향 및 개발 사항, 각국 정부의 정책 및 규제 환경을 상세히 분석합니다. 시장 역학 측면에서는 시장 성장을 견인하는 주요 동인(Drivers)과 성장을 저해하는 제약 요인(Restraints)을 면밀히 검토합니다. 이와 더불어 공급망 분석과 포터의 5가지 경쟁 요인 분석(공급업체의 교섭력, 소비자의 교섭력, 신규 진입자의 위협, 대체재의 위협, 경쟁 강도)을 통해 시장의 구조적 특성과 경쟁 환경을 다각도로 평가합니다.
시장 세분화는 세 가지 핵심 기준에 따라 이루어집니다. 첫째, 적용 분야별로는 유틸리티, 상업 및 산업, 주거 부문으로 시장을 구분하여 각 부문의 특성과 수요를 분석합니다. 둘째, 연료 유형별로는 천연가스, 석탄, 석유, 바이오매스 및 기타 연료 유형을 상세히 검토하여 각 연료원의 시장 기여도와 전망을 평가합니다. 셋째, 지리적 관점에서는 북미, 유럽, 아시아 태평양, 남미, 중동 및 아프리카 등 주요 지역 시장을 대상으로 심층적인 분석을 제공하여 지역별 시장 규모, 성장률 및 주요 특징을 파악합니다.
경쟁 환경 분석에서는 시장 내 주요 기업들의 전략적 움직임을 조명합니다. 여기에는 인수합병(M&A), 합작 투자(Joint Ventures), 협력(Collaborations) 및 계약(Agreements) 활동이 포함되며, 선도 기업들이 시장에서 경쟁 우위를 확보하기 위해 채택하는 다양한 전략들을 분석합니다. General Electric Company, Kawasaki Heavy Industries Ltd, Bosch Thermotechnology GmbH, Viessmann Werke, Siemens AG, Wartsila Oyj Abp, Caterpillar Inc., Mitsubishi Electric Corporation 등 주요 10여 개 기업의 프로필을 상세히 제공하여 각 기업의 강점과 시장 위치를 파악할 수 있도록 돕습니다.
보고서의 핵심 결과에 따르면, 온그리드 열병합 발전 시장은 예측 기간(2025-2030년) 동안 연평균 6% 이상의 견고한 성장률을 기록할 것으로 전망됩니다. 2025년에는 아시아 태평양 지역이 가장 큰 시장 점유율을 차지하며 시장을 선도할 것으로 예상되는 반면, 중동 및 아프리카 지역은 예측 기간 동안 가장 높은 연평균 성장률을 보이며 빠르게 성장할 것으로 추정됩니다. 본 보고서는 2020년부터 2024년까지의 과거 시장 규모 데이터와 함께 2025년부터 2030년까지의 상세한 시장 규모 예측을 제공하여, 이해관계자들이 시장의 현재 상태를 파악하고 미래 전략을 수립하는 데 필요한 중요한 통찰력을 제공합니다.
1. 서론
- 1.1 연구 범위
- 1.2 시장 정의
- 1.3 연구 가정
2. 연구 방법론
3. 요약
4. 시장 개요
- 4.1 서론
- 4.2 통합 마이크로그리드 개요
- 4.3 2025년까지 GW 단위의 열병합 발전 시장 규모 및 수요 예측
- 4.4 2025년까지 GW 단위의 계통연계형 열병합 발전 시장 규모 및 수요 예측
- 4.5 최근 동향 및 발전
- 4.6 정부 정책 및 규제
- 4.7 시장 역학
- 4.7.1 동인
- 4.7.2 제약
- 4.8 공급망 분석
- 4.9 포터의 5가지 경쟁 요인 분석
- 4.9.1 공급업체의 교섭력
- 4.9.2 소비자의 교섭력
- 4.9.3 신규 진입자의 위협
- 4.9.4 대체 제품 및 서비스의 위협
- 4.9.5 경쟁 강도
5. 시장 세분화
- 5.1 적용 분야
- 5.1.1 공공 시설
- 5.1.2 상업 및 산업
- 5.1.3 주거
- 5.2 연료 유형
- 5.2.1 천연가스
- 5.2.2 석탄
- 5.2.3 석유
- 5.2.4 바이오매스
- 5.2.5 기타 연료 유형
- 5.3 지역
- 5.3.1 북미
- 5.3.2 유럽
- 5.3.3 아시아-태평양
- 5.3.4 남미
- 5.3.5 중동 및 아프리카
6. 경쟁 환경
- 6.1 인수 합병, 합작 투자, 협력 및 계약
- 6.2 주요 기업의 전략
- 6.3 기업 프로필
- 6.3.1 General Electric Company
- 6.3.2 Kawasaki Heavy Industries Ltd
- 6.3.3 Bosch Thermotechnology GmbH
- 6.3.4 Viessmann Werke
- 6.3.5 Centrica PLC
- 6.3.6 Seimens AG
- 6.3.7 Wartsila Oyj Abp
- 6.3.8 MAN Diesel & Turbo SE
- 6.3.9 Caterpillar Inc.
- 6.3.10 Mitsubishi Electric Corporation
- 6.3.11 FuelCell Energy Inc.
- 6.3.12 ABB Ltd
- 6.3.13 Aegis Energy Services LLC
- *목록은 완전하지 않음
7. 시장 기회 및 미래 동향
계통연계형 열병합발전은 전력 생산과 동시에 발생하는 폐열을 회수하여 난방, 온수, 산업 공정열 등으로 활용하고, 생산된 전력을 전력 계통에 연계하여 판매하거나 자체 소비하는 고효율 에너지 시스템을 의미합니다. 이는 하나의 연료원에서 전기와 열을 동시에 생산함으로써 에너지 이용 효율을 극대화하며, 단순 발전 방식 대비 1차 에너지 소비를 크게 절감하는 효과를 가져옵니다.
계통연계형 열병합발전의 유형은 주로 발전 방식, 규모, 그리고 열과 전력의 생산 비율에 따라 분류됩니다. 발전 방식으로는 가스터빈, 증기터빈, 내연기관(가스엔진, 디젤엔진), 연료전지 등이 사용됩니다. 가스터빈 방식은 대규모 발전 및 산업용에 주로 적용되며, 내연기관 방식은 중소규모 건물이나 지역난방에 적합합니다. 최근에는 고효율 및 친환경 특성을 가진 연료전지 기반의 열병합발전 시스템이 주목받고 있습니다. 규모별로는 산업단지나 대규모 지역난방에 적용되는 대규모 시스템부터, 빌딩, 병원, 호텔 등에 사용되는 중규모 시스템, 그리고 주택이나 소규모 상업시설에 적용되는 마이크로 열병합발전 시스템까지 다양하게 존재합니다. 또한, 전력 생산을 우선하는 전력 중심형과 열 생산을 우선하는 열 중심형으로도 구분될 수 있습니다.
이 시스템의 주요 용도는 지역난방 공급, 산업단지의 공정열 및 전력 공급, 대형 건물(병원, 호텔, 백화점, 데이터센터 등)의 냉난방 및 전력 공급, 그리고 스마트팜과 같은 농업 시설의 에너지원으로 활용됩니다. 계통연계형 열병합발전은 높은 에너지 효율을 통해 1차 에너지 소비를 절감하고 온실가스 배출을 저감하여 환경 보호에 기여합니다. 또한, 분산 전원으로서 전력 계통의 안정성을 높이고 송배전 손실을 줄이는 역할을 하며, 특정 지역이나 건물의 에너지 자립도를 향상시켜 에너지 안보에도 기여합니다. 경제적으로는 연료비 절감과 전력 판매 수익을 통해 운영 비용을 절감할 수 있는 장점이 있습니다.
관련 기술로는 고효율 발전 기술이 핵심입니다. 최신 가스터빈 기술은 복합 사이클을 통해 효율을 극대화하며, 연료전지 기술은 수소 또는 천연가스를 연료로 사용하여 높은 발전 효율과 친환경성을 자랑합니다. 열 회수 및 활용 기술로는 폐열 보일러, 흡수식 냉동기, 축열 시스템 등이 있으며, 이는 회수된 열을 효과적으로 활용하여 냉난방 및 온수 공급에 기여합니다. 또한, 전력 계통 연계를 위한 스마트 그리드 및 마이크로그리드 기술, 에너지 관리 시스템(EMS), 그리고 안정적인 계통 연계를 위한 보호 계전 및 제어 기술이 필수적입니다. 최근에는 바이오가스, 수소 혼소/전소 등 다양한 연료를 활용하는 기술 개발도 활발히 이루어지고 있습니다.
시장 배경을 살펴보면, 국내외적으로 에너지 효율 향상과 온실가스 감축이라는 시대적 요구에 따라 계통연계형 열병합발전의 중요성이 더욱 부각되고 있습니다. 국내에서는 정부의 에너지 전환 정책과 분산 전원 확대 정책에 힘입어 지역난방 사업자 및 산업체를 중심으로 보급이 확대되고 있습니다. 특히, 신재생에너지 공급인증서(REC) 가중치 부여, 보조금 지원 등 정책적 지원이 이루어지고 있으며, 이는 온실가스 감축 목표 달성을 위한 핵심 수단으로 인식되고 있습니다. 글로벌 시장에서도 유럽, 북미 등 선진국을 중심으로 이미 보편화된 기술이며, 탄소 중립 목표 달성을 위한 핵심 기술로 지속적인 투자가 이루어지고 있습니다. 다만, 천연가스 가격 변동성 및 전력 시장 가격(SMP)과의 연동성은 사업의 경제성에 영향을 미치는 주요 변수입니다.
미래 전망은 매우 긍정적입니다. 전 세계적인 탄소 중립 목표 강화와 ESG 경영 확산은 계통연계형 열병합발전의 수요를 더욱 증대시킬 것입니다. 분산 전원 확대 및 전력 계통 안정화에 대한 요구가 커지면서, 지역별 에너지 자립도를 높이는 데 중요한 역할을 할 것으로 기대됩니다. 특히, 수소 경제로의 전환이 가속화됨에 따라 수소 연료전지 열병합발전 기술의 발전과 보급이 크게 확대될 것으로 예상됩니다. 인공지능(AI) 기반의 에너지 관리 시스템과의 융합을 통해 더욱 효율적이고 지능적인 에너지 운영이 가능해질 것입니다. 그러나 초기 투자 비용 부담, 연료 가격 변동성, 그리고 계통 연계 관련 규제 및 기술 표준화는 여전히 해결해야 할 과제로 남아 있습니다. 또한, 수소 등 신규 연료 공급 인프라 구축도 중요한 선결 과제입니다. 이러한 도전 과제들을 극복하고 지속적인 기술 개발과 정책 지원이 이루어진다면, 계통연계형 열병합발전은 미래 에너지 시스템의 중요한 축으로서 지속 가능한 에너지 전환에 핵심적인 기여를 할 것으로 전망됩니다.