똑똑한 전기차 충전(V1G, V2G)과 에너지슈퍼스테이션
똑똑한 전기차 충전(V1G, V2G)과 에너지슈퍼스테이션
2023. 9. 1.
국토교통부에 따르면, 지난 2022년 우리나라의 전기차는 전체 39만대로, 그 수가 전년 대비 68.4%가량 급증했다고 합니다.[1] 2030년까지의 정부의 전기차 보급 목표가 420만대임을 감안하면, 우리나라의 전기차 대수는 아직까지야 그리 많다고 볼 수는 없지만, 적어도 그 수가 빠르게 증가하고 있는 것은 사실로 보입니다.[2]
전기차의 보급과 관련해서는 충전인프라의 과부족 상태가 이슈로 거론되곤 합니다. 차를 사도 충전을 할 수 있는 곳이 마땅치 않다는 것이죠. 그런데, 이 충전인프라의 과부족 문제가 해결되면, 우리는 전기차를 아무 걱정 없이 마음껏 탈 수 있을까요? 다른 문제는 또 없을까요?
똑똑한(스마트) 충전의 필요성
전기자동차는 종종 "바퀴 달린 배터리"라고 칭해지기도 합니다. 전기차의 운행을 위해서는 바로 이 배터리에 전기를 채워야 하는데요, 문제는 이 배터리에 "바퀴가 달려있다"는 점입니다. 충전이 어느 때에 어느 곳에서 이루어질 것인지에 대한 예측이 참 어렵다는 것이죠. 변동성이 크고 예측하기도 어려운 재생에너지 발전원이 전력 계통의 관리에 여러 어려움을 일으키고 있는 현 상황에서, 전기자동차의 증가는 이 어려움을 배가시킬 수도 있습니다.
따라서 전기자동차의 충전과 관련해서는, 운전자의 입장에서 충전 속도와 효율을 향상시키는 것도 중요하겠지만, 전력 계통의 안정성을 고려한 충전 기법을 마련하는 것도 중요합니다. 여기에서의 계통을 고려한 충전 기법은 보통 스마트 충전이라 불리우곤 합니다.
스마트 충전 ① : V1G(단방향 충전 제어)
그림1. 계통전력수요와 전기차 충전요금이 고려된 V1G 서비스 예시
스마트 충전 기법 중 단방향 충전 제어, 즉 V1G는 여러 가지 상황을 반영하여 전기 자동차의 충전 속도를 조절하는 기법입니다. 고려 가능한 여러 가지 요소들 중 몇 가지를 꼽아보자면 아래와 같습니다.
전력 계통의 전력 수요
전기차 충전 요금
충전소 이용 고객 수요
전기차의 도착 시간 및 출발 예정 시간
전력 계통의 전력 수요와 전기차 충전 요금, 전기차의 출발 예정 시간이 고려된 그림1의 간단한 예시를 한번 살펴보도록 합시다. 퇴근 후 저녁 늦게 충전소에 도착한 A씨는 자신의 전기차를 충전기에 연결하며 전기차의 출발 예정 시간을 입력합니다. A씨의 전기차는 계통의 전력수요가 높은 ⓐ시간대에는 해당 시점의 전기차 충전요금이 낮은 편임에도 불구하고 아주 늦은 속도로 충전이 이루어집니다. 계통의 안정도를 유지하기 위해서 입니다. 이어지는 ⓑ시간대에는 계통의 전력수요가 어느 정도 낮아졌지만, 전기차 충전요금이 비싼 편이기에, A씨의 전기차는 중간의 속도로 충전됩니다. A씨의 전기차는 A씨의 출근 직전 시간대로 계통전력수요와 충전요금이 모두 낮은 ⓒ시간대에 집중적으로 충전됩니다. 이러한 V1G 서비스를 통해 전력계통은 A씨의 자동차가 충전된 시간 내내 안정성을 유지하였으며, A씨는 충전비용을 아끼고 기분 좋게 충전소를 떠날 수 있게 되었습니다.
스마트 충전 ② : V2G(양방향 충전 제어)
그림2. 계통전력수요가 고려된 V2G 서비스 예시
스마트 충전 기법 중 양방향 충전 제어, 즉 V2G는 V1G에서 한 단계 더 나아가 바퀴 달린 배터리인 전기자동차를 전력계통의 안정도 관리에 활용하는 것입니다. 그림2에 제시된 B씨의 사례를 한번 살펴보도록 하겠습니다.
어느 여름날 낮 쇼핑몰에 도착한 B씨는 자신의 전기차를 충전기에 연결하고 출발 예정 시간을 입력하였습니다. 쇼핑몰 도착 직후의 시간대 ⓐ에서 B씨의 전기차는 정상적으로 충전이 되고 있었습니다. 그런데, 여름철 한낮의 전력 수요 급증으로 인해 전력계통의 안정도가 위험 수준에 이르는 일이 발생했습니다. B씨의 전기차는 계통이 위험해진 ⓑ시간대에, 충전되어가던 전력을 방전하여 계통에 공급하였습니다. 이후 전력계통의 안정도가 회복됨에 따라 B씨의 전기차는 다시 충전이 되기 시작했습니다. 출발 시간이 얼마 남지 않은 ⓒ시간대 동안, B씨의 전기차는 계통으로 공급된 전력량을 다시 회복하기 위해 조금 더 빠른 속도로 충전이 되었습니다. 쇼핑을 마치고 온 B씨는 자신이 지불해야 할 충전요금이 평소에 비해 많이 할인된 것을 확인했습니다. B씨의 전기차가 계통이 위험했던 시간대 ⓑ에 전기를 판매한 대가로 요금을 할인 받았기 때문이었습니다.
국제에너지기구(IEA)는 전력계통이 위험에 처했을 때 활용할 수 있는 에너지 자원인 유연성 자원 중 전기차가 차지하는 비율이 2050년에는 전체 유연성 자원 용량의 13%으로 200GW을 넘어선다고 예측했다고 합니다.[3] V1G, V2G와 같은 스마트 충전 기술의 발전은 전기차를 단순히 계통에 부담이 되는 존재가 아니라 계통 안정성에 기여할 수 있는 주체로 발돋움 시킬 수 있을 것입니다.
에너지슈퍼스테이션
전기차를 계통에 부담이 되는 존재로 만들지 않을 방법은 오직 스마트 충전 기술을 적용하는 것 뿐일까요? 새로운 컨셉의 전기차 충전소인 에너지 스테이션은 급증하는 전기차로 인한 계통의 불안정성을 해소할 수 있는 솔루션으로 주목을 받고 있습니다.
에너지 스테이션은 기존의 주유소에 태양광 설비와 연료전지 발전시설을 설치하여, 전기차 충전에 필요한 전력 일부를 직접 생산하는 미래형 융복합 주유소입니다. 전기차 충전에 필요한 전력을 대형 발전설비가 위치한 원거리로부터 공급하는 것이 아니라 수요지 중심에서 직접 공급한다는 점에서 흔히 말하는 분산에너지(Distributed Energy) 시스템의 대표적 구성 요소로 볼 수 있을 것인데요,
에너지스테이션은 전기차의 충전 수요 급증으로 인한 계통 불안정이나, 원거리 송전으로 인한 송전손실 및 탄소배출, 각종 사회적 비용의 발생을 줄일 수 있을 뿐만 아니라, 친환경 자동차의 보급 확대로 수익성이 약화되고 있는 전국의 주유 업체들에게 새로운 비즈니스 모델이 될 수 있다는 장점도 지니고 있습니다.
[1] 지난해 전기차 누적 등록대수 39만대…전년 대비 68.4% 증가 - 연합인포맥스(2023.01.26)
[2] 2030년까지 전기차 420만대, 충전기 123만기 보급한다 - 에너지신문(2023.06.29)
[3] 이중호 한전 전력연구원장 "전기차는 가장 크고 효과적인 유연성 자원" - 전기신문(2023.09.02)
국토교통부에 따르면, 지난 2022년 우리나라의 전기차는 전체 39만대로, 그 수가 전년 대비 68.4%가량 급증했다고 합니다.[1] 2030년까지의 정부의 전기차 보급 목표가 420만대임을 감안하면, 우리나라의 전기차 대수는 아직까지야 그리 많다고 볼 수는 없지만, 적어도 그 수가 빠르게 증가하고 있는 것은 사실로 보입니다.[2]
전기차의 보급과 관련해서는 충전인프라의 과부족 상태가 이슈로 거론되곤 합니다. 차를 사도 충전을 할 수 있는 곳이 마땅치 않다는 것이죠. 그런데, 이 충전인프라의 과부족 문제가 해결되면, 우리는 전기차를 아무 걱정 없이 마음껏 탈 수 있을까요? 다른 문제는 또 없을까요?
똑똑한(스마트) 충전의 필요성
전기자동차는 종종 "바퀴 달린 배터리"라고 칭해지기도 합니다. 전기차의 운행을 위해서는 바로 이 배터리에 전기를 채워야 하는데요, 문제는 이 배터리에 "바퀴가 달려있다"는 점입니다. 충전이 어느 때에 어느 곳에서 이루어질 것인지에 대한 예측이 참 어렵다는 것이죠. 변동성이 크고 예측하기도 어려운 재생에너지 발전원이 전력 계통의 관리에 여러 어려움을 일으키고 있는 현 상황에서, 전기자동차의 증가는 이 어려움을 배가시킬 수도 있습니다.
따라서 전기자동차의 충전과 관련해서는, 운전자의 입장에서 충전 속도와 효율을 향상시키는 것도 중요하겠지만, 전력 계통의 안정성을 고려한 충전 기법을 마련하는 것도 중요합니다. 여기에서의 계통을 고려한 충전 기법은 보통 스마트 충전이라 불리우곤 합니다.
스마트 충전 ① : V1G(단방향 충전 제어)
그림1. 계통전력수요와 전기차 충전요금이 고려된 V1G 서비스 예시
스마트 충전 기법 중 단방향 충전 제어, 즉 V1G는 여러 가지 상황을 반영하여 전기 자동차의 충전 속도를 조절하는 기법입니다. 고려 가능한 여러 가지 요소들 중 몇 가지를 꼽아보자면 아래와 같습니다.
전력 계통의 전력 수요
전기차 충전 요금
충전소 이용 고객 수요
전기차의 도착 시간 및 출발 예정 시간
전력 계통의 전력 수요와 전기차 충전 요금, 전기차의 출발 예정 시간이 고려된 그림1의 간단한 예시를 한번 살펴보도록 합시다. 퇴근 후 저녁 늦게 충전소에 도착한 A씨는 자신의 전기차를 충전기에 연결하며 전기차의 출발 예정 시간을 입력합니다. A씨의 전기차는 계통의 전력수요가 높은 ⓐ시간대에는 해당 시점의 전기차 충전요금이 낮은 편임에도 불구하고 아주 늦은 속도로 충전이 이루어집니다. 계통의 안정도를 유지하기 위해서 입니다. 이어지는 ⓑ시간대에는 계통의 전력수요가 어느 정도 낮아졌지만, 전기차 충전요금이 비싼 편이기에, A씨의 전기차는 중간의 속도로 충전됩니다. A씨의 전기차는 A씨의 출근 직전 시간대로 계통전력수요와 충전요금이 모두 낮은 ⓒ시간대에 집중적으로 충전됩니다. 이러한 V1G 서비스를 통해 전력계통은 A씨의 자동차가 충전된 시간 내내 안정성을 유지하였으며, A씨는 충전비용을 아끼고 기분 좋게 충전소를 떠날 수 있게 되었습니다.
스마트 충전 ② : V2G(양방향 충전 제어)
그림2. 계통전력수요가 고려된 V2G 서비스 예시
스마트 충전 기법 중 양방향 충전 제어, 즉 V2G는 V1G에서 한 단계 더 나아가 바퀴 달린 배터리인 전기자동차를 전력계통의 안정도 관리에 활용하는 것입니다. 그림2에 제시된 B씨의 사례를 한번 살펴보도록 하겠습니다.
어느 여름날 낮 쇼핑몰에 도착한 B씨는 자신의 전기차를 충전기에 연결하고 출발 예정 시간을 입력하였습니다. 쇼핑몰 도착 직후의 시간대 ⓐ에서 B씨의 전기차는 정상적으로 충전이 되고 있었습니다. 그런데, 여름철 한낮의 전력 수요 급증으로 인해 전력계통의 안정도가 위험 수준에 이르는 일이 발생했습니다. B씨의 전기차는 계통이 위험해진 ⓑ시간대에, 충전되어가던 전력을 방전하여 계통에 공급하였습니다. 이후 전력계통의 안정도가 회복됨에 따라 B씨의 전기차는 다시 충전이 되기 시작했습니다. 출발 시간이 얼마 남지 않은 ⓒ시간대 동안, B씨의 전기차는 계통으로 공급된 전력량을 다시 회복하기 위해 조금 더 빠른 속도로 충전이 되었습니다. 쇼핑을 마치고 온 B씨는 자신이 지불해야 할 충전요금이 평소에 비해 많이 할인된 것을 확인했습니다. B씨의 전기차가 계통이 위험했던 시간대 ⓑ에 전기를 판매한 대가로 요금을 할인 받았기 때문이었습니다.
국제에너지기구(IEA)는 전력계통이 위험에 처했을 때 활용할 수 있는 에너지 자원인 유연성 자원 중 전기차가 차지하는 비율이 2050년에는 전체 유연성 자원 용량의 13%으로 200GW을 넘어선다고 예측했다고 합니다.[3] V1G, V2G와 같은 스마트 충전 기술의 발전은 전기차를 단순히 계통에 부담이 되는 존재가 아니라 계통 안정성에 기여할 수 있는 주체로 발돋움 시킬 수 있을 것입니다.
에너지슈퍼스테이션
전기차를 계통에 부담이 되는 존재로 만들지 않을 방법은 오직 스마트 충전 기술을 적용하는 것 뿐일까요? 새로운 컨셉의 전기차 충전소인 에너지 스테이션은 급증하는 전기차로 인한 계통의 불안정성을 해소할 수 있는 솔루션으로 주목을 받고 있습니다.
에너지 스테이션은 기존의 주유소에 태양광 설비와 연료전지 발전시설을 설치하여, 전기차 충전에 필요한 전력 일부를 직접 생산하는 미래형 융복합 주유소입니다. 전기차 충전에 필요한 전력을 대형 발전설비가 위치한 원거리로부터 공급하는 것이 아니라 수요지 중심에서 직접 공급한다는 점에서 흔히 말하는 분산에너지(Distributed Energy) 시스템의 대표적 구성 요소로 볼 수 있을 것인데요,
에너지스테이션은 전기차의 충전 수요 급증으로 인한 계통 불안정이나, 원거리 송전으로 인한 송전손실 및 탄소배출, 각종 사회적 비용의 발생을 줄일 수 있을 뿐만 아니라, 친환경 자동차의 보급 확대로 수익성이 약화되고 있는 전국의 주유 업체들에게 새로운 비즈니스 모델이 될 수 있다는 장점도 지니고 있습니다.
[1] 지난해 전기차 누적 등록대수 39만대…전년 대비 68.4% 증가 - 연합인포맥스(2023.01.26)
[2] 2030년까지 전기차 420만대, 충전기 123만기 보급한다 - 에너지신문(2023.06.29)
[3] 이중호 한전 전력연구원장 "전기차는 가장 크고 효과적인 유연성 자원" - 전기신문(2023.09.02)