ESS 산업 완전 정복 – 에너지 전환의 핵심, 그 가능성과 투자 가치는?

ESS 산업 완전 정복 – 에너지 전환의 핵심, 그 가능성과 투자 가치는?

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이 글에서는 에너지 저장 시스템(ESS) 산업의 필요성과 성장 배경, 주요 기술 분석, 글로벌 시장 동향, 그리고 투자 가치에 이르기까지 ESS를 둘러싼 모든 핵심 내용을 심층적으로 정리합니다. ESS는 단순한 에너지 저장을 넘어, 미래 전력 시스템의 중심으로 부상하고 있으며, 관련 기술과 정책 환경 또한 빠르게 진화하고 있습니다.

💡 핵심 요약:
- ESS는 재생에너지 통합과 전력망 안정화를 위한 필수 기술로 자리 잡고 있습니다.
- 리튬이온 배터리를 중심으로 다양한 기술이 개발되고 있으며, 차세대 기술들도 부상 중입니다.
- 글로벌 시장은 정책과 기술 발전에 힘입어 빠르게 성장하고 있으며, 투자 매력도 또한 높아지고 있습니다.

📌 목차:

• 1️⃣ ESS의 필요성과 수요 배경
• 2️⃣ 주요 기술 및 기술별 특성 분석
• 3️⃣ 글로벌 시장 규모 및 지역별 트렌드
• 4️⃣ 산업 가치 사슬과 주요 기업
• 5️⃣ 수익 모델 및 프로젝트 경제성
• 6️⃣ 주요 리스크와 대응 전략
• 7️⃣ 기술 혁신과 차세대 ESS 동향
• 8️⃣ 정부 정책 및 인센티브 분석
• 9️⃣ 투자 전략 및 기업 선택 기준
• 🔟 ESS 산업의 미래 전망과 결론
• 📢 결론
• 📚 참고자료

1️⃣ ESS의 필요성과 수요 배경

에너지 저장 시스템(ESS, Energy Storage System)은 단순한 전력 저장 장치를 넘어, 미래 에너지 인프라의 핵심으로 자리잡고 있습니다. 재생에너지의 간헐성 극복, 전력망의 안정화, 에너지 안보 강화, 전기차 확산 등 다양한 흐름 속에서 ESS의 중요성이 급부상하고 있습니다.

① 재생에너지와의 공생 구조: 변동성 보완 필수

태양광·풍력과 같은 재생에너지원은 날씨에 따라 출력이 달라지는 ‘간헐성’을 가집니다. ESS는 잉여 전력을 저장했다가 필요 시 공급함으로써 전력 수급의 균형을 맞추고, 그리드의 안정성을 확보하는 데 결정적 역할을 합니다. EU의 2030년 재생에너지 목표 상향(32% → 42.5%)은 ESS 없이는 불가능합니다.

② 전력망 현대화와 분산형 전원 대응

전통적인 중앙집중식 전력망은 분산형 에너지 자원(DER)의 확산에 대응하기 어렵습니다. ESS는 주파수 조정, 부하 평준화, 전압 유지 등 다양한 보조 서비스를 제공하며, 마이크로그리드와 스마트 그리드의 핵심 인프라로 기능합니다.

③ 전기차와 V2G 확산: 새로운 수요 창출

EV(전기차)의 급속한 보급은 ESS 수요에도 영향을 미칩니다. 특히 차량용 배터리를 ESS로 활용하는 V2G(Vehicle-to-Grid) 기술은 새로운 저장 수단이자, 그리드 보조 서비스의 공급원으로 부상하고 있습니다.

④ 에너지 안보 및 복원력 강화

정전 사태, 기후재난, 지정학적 위기 속에서 ESS는 병원, 데이터센터, 군사시설 등의 핵심 인프라에 안정적인 전력 공급을 보장합니다. UPS(무정전 전원장치)부터 대규모 비상 전력까지 ESS는 국가 에너지 복원력의 핵심 수단입니다.

⑤ 수요-공급 불균형 대응

전력 소비 패턴은 하루 중 시간대, 계절, 기후에 따라 크게 달라집니다. ESS는 오프피크 시간에 에너지를 저장하고 피크 시간에 방전함으로써 부하를 평준화하고 송배전 설비 투자 비용을 절감합니다.

✅ 요약: 왜 지금 ESS인가?

• ✔ 재생에너지의 변동성을 제어하는 핵심 솔루션
• ✔ 전력망 현대화, 마이크로그리드 확대에 필수 인프라
• ✔ 전기차와 함께 부상하는 새로운 전력 자원
• ✔ 에너지 안보 및 긴급 대응 능력 강화
• ✔ 에너지 비용 효율화와 피크 관리에 유리

2️⃣ 주요 기술 및 기술별 특성 분석

ESS는 단일 기술이 아닌 다양한 저장 방식의 복합체로, 응용 분야에 따라 각기 다른 특성과 장단점을 가진 기술이 존재합니다. 현재는 리튬이온 배터리가 시장을 주도하고 있지만, 플로우 배터리, PHS, CAES, 나트륨이온, 수소 기반 저장 등 대체 기술들도 활발히 개발 중입니다.

① 리튬이온 배터리 (Li-ion, LFP/NMC)

에너지 밀도와 효율이 높고, 제조 인프라가 잘 갖춰져 있어 현재 ESS 시장의 80% 이상을 차지하는 주력 기술입니다. LFP는 안정성과 긴 수명이 장점이며, NMC는 고밀도 및 경량화에 강점이 있습니다. 다만, 열폭주 리스크와 원자재 의존도는 해결 과제로 남아 있습니다.

② 플로우 배터리 (VRFB 등)

에너지 용량을 독립적으로 확장 가능하며, 사이클 수명과 방전 깊이가 탁월합니다. 장주기 저장에 적합하며 바나듐 레독스 플로우(VRFB)가 대표적입니다. 다만, 에너지 밀도가 낮고 초기 설치비가 높습니다.

③ 양수 발전(PHS)

역사적으로 가장 오래된 저장 방식으로, 지형이 허락하는 경우 대규모 저장이 가능하며 수명이 수십 년에 달합니다. 그러나 입지 제약이 크고 환경 영향 이슈가 존재합니다.

④ 압축공기 저장(CAES)

지하 동굴 등에 공기를 저장해 사용하는 방식으로, 대용량 저장이 가능하고 낮은 CapEx를 기대할 수 있습니다. 하지만 효율이 낮고 적합한 지형이 제한적입니다.

⑤ 나트륨이온 배터리 (Na-ion)

리튬보다 저렴하고 풍부한 나트륨을 이용하여 비용 절감 효과를 기대할 수 있는 신흥 기술입니다. CATL, BYD 등이 상용화를 추진 중이며, LFP를 대체할 수 있는 중장기 유망 기술로 부각되고 있습니다.

⑥ 수소 에너지 저장

재생에너지를 수소로 변환하여 저장한 뒤 연료전지 등을 통해 전력화하는 방식입니다. 계절 단위의 초장주기 저장이 가능하나, 효율과 비용 개선이 필요합니다.

✅ 기술별 특성 요약 표

기술	효율	수명	확장성	장점	단점
리튬이온	85~95%	10~15년	높음	고밀도, 모듈화	열폭주 위험, 자원 의존도
플로우	65~75%	20~30년	매우 우수	수명, 확장성	초기비용, 낮은 밀도
PHS	70~85%	40년+	지형 의존	긴 수명, 대용량	입지 제한, 환경 영향
나트륨이온	~90%	개발 중	모듈형	저렴한 소재, 저온 성능	낮은 밀도, 초기 단계

 

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3️⃣ 글로벌 시장 규모 및 지역별 트렌드

글로벌 에너지 저장 시스템(ESS) 시장은 연평균 10~20%의 높은 성장률을 보이며 급격히 팽창하고 있습니다. 다양한 시장 조사 기관들은 2024년 시장 가치를 수백억 달러 수준으로 추정하고 있으며, 2030년을 전후해 수천억 달러 규모로 확대될 것으로 예측됩니다.

① 글로벌 시장 규모 및 성장률

• 2024년 예상 시장 가치: 90억~2,500억 달러 (조사기관별 편차 있음)
• 설치 용량 기준: 2024년 175 GWh → 2025년 221 GWh 전망
• 연평균 성장률 (CAGR): 10~20% 수준
• 배터리 기반 ESS 비중: 전체의 80% 이상, 이 중 리튬이온이 약 98% 차지

② 지역별 주요 동향

■ 중국

세계 최대 ESS 시장으로, 2024년 신규 설치 100 GWh 이상을 기록. 정부 주도 ‘신형 ESS’ 정책과 대규모 프로젝트가 성장 견인. 2025년까지 112 GWh 목표.

■ 미국

인플레이션 감축법(IRA)으로 인한 30% 세액공제 혜택과 유틸리티 중심 수요 확대로 급속 성장. 2024년 11.9 GW 설치 완료, 2025년 20% 성장 전망.

■ 유럽

2030년까지 재생에너지 42.5% 목표에 발맞춰 ESS 수요 증가. 2024년부터 그리드 규모 저장 장치가 분산형 저장을 처음으로 상회. 이탈리아, 독일, 영국 중심으로 성장.

■ 한국

과거 화재 이슈 이후 안전 강화 정책이 도입되었으며, 제주·호남권 중심 신규 계약 확대. 2024년 미국 수출 21.9억 달러 달성.

■ 중동 및 아프리카

신규 ESS 시장으로, 사우디아라비아가 주도하며 2025년까지 설치 용량 13 GWh 전망. 전년 대비 380% 이상 성장률 예상.

③ 응용 분야별 트렌드

• 유틸리티(FTM): 전력망 안정화 및 용량 확보 수요 중심으로 시장 주도
• C&I(산업/상업): 피크 요금 절감, 비상 전원, 자가소비 확대
• 주거용(BTM): 자가소비, 태양광 연계, 정전 대응 목적 성장

④ 시장 세분화 요약

• 리튬이온이 시장 지배 중이나, 장주기·저가형 기술이 점진적 대안으로 부상
• FTM 중심에서 BTM 및 C&I로 수요 확장 중
• 기술, 응용 분야, 지역별로 시장 전략 다각화 필요

4️⃣ 수익성 구조 및 수익원 다각화 전략

에너지 저장 시스템(ESS)의 수익성은 단순 저장 장치의 판매가 아닌, 다양한 서비스 제공과 시장 참여를 통해 창출됩니다. 보조 서비스, 에너지 차익거래, 용량 시장, 피크 저감 등 복합적인 수익 모델이 존재하며, 이를 얼마나 효과적으로 운영하는지가 핵심 경쟁력으로 작용합니다.

① 주요 수익원

• 보조 서비스(Frequency Regulation 등): ESS는 초단기 전력 대응이 가능하여 주파수 조정, 전압 유지 등 핵심적인 그리드 안정 서비스를 제공합니다.
• 에너지 차익거래(Energy Arbitrage): 전기 요금이 낮은 오프피크 시간대에 충전하고, 높은 피크 시간대에 방전하여 이익을 창출합니다.
• 용량 시장(Capacity Market): 예비 전력 자원으로 등록해 계약된 전력 용량에 대한 고정 수익을 확보할 수 있습니다.
• 피크 저감/수요 요금 절감: 기업 및 산업용 수요처에서 사용 전력을 평준화해 전기 요금 구조 최적화에 기여합니다.
• 재생에너지 자가소비 극대화: 초과 태양광/풍력 에너지를 저장했다가 야간이나 수요 피크 시간에 사용함으로써 경제성 향상

② 수익 다각화 전략 (Revenue Stacking)

ESS는 하나의 수익원에 의존하기보다는 다양한 서비스를 동시에 제공해 복합적인 수익을 추구할 수 있습니다. 이를 수익원 다각화 전략 또는 Revenue Stacking이라고 하며, 다음과 같은 효과를 기대할 수 있습니다:

• 시장 가격 변동성 완화
• 수익 안정성 확보
• 빠른 투자 회수 및 ROI 극대화

③ 수익성에 영향을 미치는 요인

• 전력 시장 설계: 각국의 보조 서비스 시장 개방 수준과 인센티브 정책
• 설비 사이클 수명 및 충·방전 효율: 배터리 기술 수준에 따라 장기 운영 성과가 결정됨
• 정부 보조금 및 세액 공제: 미국 IRA처럼 독립형 ESS에도 30% 이상의 세제 혜택을 제공할 경우 투자수익률 상승
• 운영 지능화: EMS(에너지 관리 시스템)를 통한 최적 충방전 운영 전략 수립

④ 실제 IRR 사례 및 수익률 기대치

● 유럽 Modo Energy 분석: 2시간 ESS 시스템 IRR 11.2% (2024년 기준)
● 영국 기준 목표 수익률: 10~12%, 일부 프로젝트는 -2%~15% 분포
● 미국: ITC 포함 시 투자 회수 기간 5~7년 예상

ESS 투자의 핵심은 단기 수익보다 장기적인 그리드 서비스 및 에너지 시장 가치 확보에 있습니다. 따라서 지역별 시장 구조를 분석하고, 최적화된 수익 구조를 설계할 수 있는 EMS 기술력 및 전략이 중요합니다.

 

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5️⃣ 주요 기술 유형 및 기술별 비교

에너지 저장 시스템은 다양한 기술로 구성되며, 에너지 밀도, 수명, 안전성, 효율성 등의 항목에서 서로 다른 특성을 지닙니다. 리튬이온이 시장을 선도하고 있지만, 각 기술의 목적과 사용처에 따라 적합한 솔루션은 달라질 수 있습니다.

① 주요 ESS 기술

• 리튬이온(Li-ion): 에너지 밀도와 효율이 높아 가장 널리 사용되는 기술 (LFP는 안정성, NMC는 밀도 우위)
• 플로우 배터리 (VRFB): 전력과 에너지 용량을 독립적으로 조정 가능. 장주기 저장에 적합
• 양수 발전(PHS): 물리적으로 물을 저장하는 방식으로, 대용량 장기 저장에 활용
• 압축공기 저장(CAES): 압축된 공기를 저장 후 활용하는 방식. 대규모 프로젝트 중심
• 나트륨이온(Na-ion): 신흥 기술로 비용 효율성과 안전성이 뛰어나며 상용화 초기 단계

② 기술 비교 테이블

기술	에너지 밀도	효율	수명	안전성	확장성	주요 용도
리튬이온 (LFP)	90~160 Wh/kg	85~95%	10~15년	우수 (열폭주 위험 낮음)	모듈식	그리드, C&I, 주거용
리튬이온 (NMC)	150~250+ Wh/kg	85~95%	5~10년	보통 (BMS 필수)	모듈식	EV, 소형 ESS
플로우 배터리 (VRFB)	15~35 Wh/L	65~75%	15~30년	우수	전력/에너지 독립 확장	장주기 저장
양수 발전 (PHS)	0.5~1.5 Wh/L	70~85%	40~60년	우수	대규모	국가 전력망
CAES	2~10 Wh/L	40~70%	30~40년	보통	대규모	지하 공간 활용
나트륨이온	70~160 Wh/kg	~90%	개발 중	잠재적으로 우수	모듈식	저가형 ESS

기술 선택 시에는 목표 저장 시간, 설치 위치, 예산, 안전 기준 등을 종합적으로 고려해야 하며, 향후 수요 증가에 따라 장주기 중심의 기술 수요가 늘어날 것으로 전망됩니다.

 

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6️⃣ 글로벌 및 국내 시장 규모 분석

글로벌 ESS 시장은 연평균 10~20% 이상의 성장률을 보이며 폭발적으로 확대되고 있으며, 설치 용량과 시장 가치 모두 꾸준히 증가하고 있습니다. 특히 아시아 태평양 지역은 ESS의 최대 시장으로, 중국이 2023년 신규 설치 용량의 62%를 차지하며 세계 1위 자리를 공고히 했습니다.

① 글로벌 시장 성장 동향

• 2024년 글로벌 ESS 설치 용량: 175.4 GWh (InfoLink)
• 2025년 전망치: 221.9 GWh, 연간 성장률 +26.5%
• 시장 가치: 2024년 기준 최대 2,511억 달러로 추정 (기관별 편차 있음)
• 2030년까지 ESS 수요는 현재 대비 6배 이상 증가 전망 (COP29 목표)

② 지역별 특징 요약

지역	설치 용량 (2024)	성장 전망	특징
중국	> 100 GWh	2025년 112 GWh 예상	세계 최대 시장, 강력한 정책 기반, BESS 설치 세계 1위
미국	34.4 GWh	2025년 55 GWh	IRA 기반 세액공제로 성장 가속, 유틸리티용 수요 급증
유럽	19.1 GWh	2025년 약 27 GWh	그리드 현대화, 주거용·산업용 급증, 보조금 체계 강화
한국	~2 GWh 수준 추정	호남/제주권 중심 BESS 확대 중	수출 강세, 내수는 화재 이슈 이후 회복세
중동/아프리카	2.7 GWh	2025년 13 GWh	신규시장, 사우디 중심 대형 프로젝트 다수 계획

국가별 정책 방향과 전력 시스템 구조에 따라 시장 성숙도와 수익모델이 크게 다르므로, 투자 및 기술 전략은 지역 맞춤형 접근이 필수적입니다. 특히 한국은 수출 중심에서 내수 기반으로 전환을 모색하는 중요한 시점에 있습니다.

 

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7️⃣ 기술 혁신과 차세대 ESS 동향

에너지 저장 기술은 리튬이온 배터리 중심에서 전고체, 플로우 배터리, 나트륨이온 등으로 진화 중입니다. 기존 기술의 한계를 극복하고, 장주기 저장과 비용 절감을 목표로 다양한 차세대 기술 개발이 활발히 전개되고 있습니다.

① 주요 차세대 기술 유형

• 전고체 배터리(SSB): 고체 전해질로 안전성과 에너지 밀도 향상, 상용화는 2027~2030년 전망
• 플로우 배터리: VRFB 외에도 아연·철·유기계 기반 다양한 조성 연구 중, 장주기 저장 특화
• 나트륨이온 배터리: 리튬 대비 저렴하고 풍부한 자원 활용, CATL·BYD 상용화 초기 진입
• 수소 저장 기술: 장기·계절적 저장 가능, 효율 및 비용 문제 해결 중

② 기술 경쟁력 강화 방향

• 효율(RTE) 및 수명 향상: 기존 대비 충방전 효율과 사이클 수명 개선
• 비용 절감: 원자재 대체, 모듈 경량화, 생산 공정 혁신 등
• 안전성 강화: 열폭주 방지, 화재 대응 설계 중심의 구조 개선

앞으로의 시장 경쟁력은 단순한 셀 제조를 넘어, 지능형 EMS·시스템 통합·재활용 전략 등 총체적 기술 생태계 확보에 달려 있습니다.

 

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8️⃣ 정부 정책 및 인센티브 분석

에너지 저장 시스템(ESS) 산업의 성장은 정부 정책과 인센티브의 직·간접적인 영향을 크게 받습니다. 정책 방향에 따라 시장 성장 속도, 수익성, 기업 간 경쟁 구도가 결정되며, 장기 투자자 관점에서는 정책 안정성이 중요한 판단 요소입니다.

① 주요국 ESS 지원 정책

국가/지역	핵심 정책	주요 인센티브
미국	인플레이션 감축법(IRA), 청정에너지 확대	ESS에 대한 투자세액공제(ITC 30% 이상), 생산세액공제(PTC)
유럽연합(EU)	REPowerEU, Net-Zero Industry Act, 배터리 규제	혁신펀드, 국가별 인센티브, 재활용 의무화
중국	‘신형 ESS’ 확대, 의무 저장 할당	지방정부 보조금, 국가 주도 프로젝트 중심 성장
한국	K-ESS 전략, 제주·호남 BESS 계약 시장	공공기관 의무 설치, 수출 지원, REC 가중치 제공

② 정책 리스크와 대응 전략

• 정책 변화 리스크: 세금 공제 폐지, 관세 인상 등은 수익 구조에 직접 영향
• 지역별 차별화: 고성장 시장(미국·중국·유럽) 중심의 전략 설정 필요
• 공급망 내재화: 자국 생산 요건 대응 위한 현지화 전략 중요

ESS 산업은 정책에 민감한 산업이므로, 규제 환경과 정부의 중장기 에너지 전환 로드맵을 면밀히 분석하여 전략적으로 접근해야 합니다.

 

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9️⃣ 투자 전략 및 기업 선택 기준

ESS 산업에 대한 투자는 단순한 배터리 제조사가 아닌, 전체 가치사슬과 기술 경쟁력을 고려한 접근이 필요합니다. 시장은 빠르게 변화하고 있으며, 기술 변화에 대응 가능한 기업이 장기적으로 살아남습니다.

① 유망 기업의 조건

• 시장 점유율: 배터리 셀, PCS, 시스템 통합 등 각 부문 내 글로벌 점유율 확보
• 기술력: 전고체, 플로우, 나트륨이온 등 차세대 기술에 대한 로드맵 보유
• 재무 건전성: 안정적 현금 흐름, 제조 확대를 위한 투자 여력
• 공급망 대응력: 원자재 조달, 수출입 규제 대응력 및 현지화 전략
• 파트너십: 정부·유틸리티·EMS 기업과의 협력 체계 구축 여부

② 투자 전략 포인트

• 전략 1: 시스템 통합 및 EMS 중심 기업 주목 (하드웨어+소프트웨어 결합 가치)
• 전략 2: 차세대 배터리 기술 선도 기업 선별 (전고체, 나트륨이온 등)
• 전략 3: 수출 역량 및 지역 다각화 보유 기업 (글로벌 수요 대응)

투자 시 단순히 ‘배터리 제조사’라는 이유로 접근하기보다는, 기술 생태계, 시장 포지셔닝, 정책 대응력을 통합적으로 고려한 종합 판단이 중요합니다.

 

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🔟 ESS 산업의 미래 전망과 결론

에너지 저장 시스템(ESS) 산업은 단순한 저장 기술을 넘어 미래 에너지 시스템의 구조 자체를 변화시키는 핵심 축으로 진화하고 있습니다. 전력망의 유연성과 안정성을 높이며, 재생에너지의 전면적 확산을 가능하게 하는 ESS는 그 자체로 하나의 인프라가 되어가고 있습니다.

① 핵심 전망 요약

• 재생에너지 시대의 필수 인프라: 전 세계 탈탄소 목표 달성을 위해 ESS 수요는 구조적으로 증가
• 기술 진화 가속화: 전고체·나트륨이온·플로우 배터리 등 차세대 기술의 상용화 경쟁 본격화
• 융합 중심의 생태계 확장: 소프트웨어, EMS, AI 기반 최적화 기술의 중요성 확대
• 정책 기반 산업 성장: IRA, EU 그린딜, K-ESS 등 정책 드라이브는 향후 10년간 시장을 견인할 핵심 축

② 결론 및 전략적 시사점

ESS는 게임 체인저입니다. 이는 단지 비용이 낮아지기 때문이 아니라, 에너지 시스템의 시간과 공간을 통제할 수 있게 만들기 때문입니다. 누구보다 먼저, 그리고 정확히 접근한 투자자는 이 산업의 핵심 가치 창출자가 될 수 있습니다.

따라서 ESS 산업에 대한 투자는 기술, 공급망, 규제, 수요 구조를 통합적으로 고려한 장기 전략이 필요하며, 단기적 흐름보다는 거시적 패러다임 전환에 주목해야 합니다.

 

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📢 결론

이 글의 핵심 요약:

• 💡 ESS는 재생에너지 시대의 핵심 인프라로, 전력망의 미래를 결정하는 기술입니다.
• 💡 리튬이온을 넘어 전고체·플로우·나트륨이온 등 다양한 차세대 기술이 상업화 단계로 진입 중입니다.
• 💡 기술력과 시장 적응력을 동시에 갖춘 기업에 대한 중장기 투자 전략이 유효합니다.

 

 

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📚 참고자료

- [IRENA 재생에너지 통계](https://www.irena.org/statistics)
- [Lazard LCOS 보고서 2024](https://www.lazard.com/perspective/levelized-cost-of-storage-2024/)
- [BloombergNEF ESS Market Outlook]

- [Energy Storage News](https://www.energy-storage.news/)
- [한국전력공사, 신재생에너지 및 ESS 자료]

 

 

 

 

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