이제는 버스도 무선충전 시대!

이제는 버스도 무선충전 시대!

대학생신재생에너지기자단 21기 김보연

 

이제는 버스도 무선충전 시대!

2010년, 전세계 최초로 대한민국 서울특별시에 전기버스가 도입됐다. 그 후 12년이 흐른 지금, 우리는 어디에서나 전기버스를 쉽게 찾아볼 수 있다. 전기버스는 천연가스를 이용한 버스보다 환경오염 측면에서는 도움이 되지만, 배터리 기술이 충분히 발달하지 않아 주행거리가 짧다는 단점이 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위해, 서울시가 내년부터 정류장에 멈추면 무선으로 충전이 되는 전기 버스를 도입한다고 밝혔다. 대상은 남산 순환버스 01번과 올해 하반기부터 운영 예정인 청계천 자율주행 버스 등이다. 올해 안으로 충전장치 등의 인프라 구축을 마친 후에 내년부터 운영할 계획을 가지고 있다. 본 기사에서는 무선충전 전기 버스의 원리와 장점, 확대 가능성에 대해 알아보고자 한다.

 

무선충전 전기버스의 원리

전기버스 무선충전에서 사용되는 기술은 ‘자기공진 형상화 기술’이다. 자기 공진 형상화 기술은 도로 밑에 설치된 전선에 전류를 흘러 자기장을 발생시키고, 버스 하부에 장착된 집전 장치에서 자기장을 모아 전기에너지를 변환하는 기술을 말한다. 전선 아래쪽에 투자율(자기장의 세기를 결정하는 물질의 성질)이 높은 페라이트 물질로 코어 구조를 만들어 자기장을 위쪽 방향으로만 형성하도록 해 충전 효율이 90%에 달한다. 이 기술은 조동호 KAIST 교수팀이 2017년 5월 개발한 기술이다. 이 기술을 사용하기 위해서는 급전 레일, 급전 인버터, 레귤레이터 등의 장치가 필요하다. 급전 레일을 도로에 설치해 급전 인버터를 통해 급전 레일에 전류를 흘려보내야 하고, 버스 하부에 장착된 집적 장치로 자기장을 모은 후 레귤레이터로 배터리를 충전해야 하기 때문이다.

[자료 1. 전기버스 무선충전 장치]

출처: 뉴시스

무선충전장치 수신부를 장착한 전기버스가 급전 레일 근처에 정차하면, 85kHz 대역 주파수를 이용해 무선 충전을 진행한다. 그동안 우리나라의 전파법에서는 85kHz 주파수 대역이 전기버스 무선충전용으로 분배되지 않았고, 주파수 분배가 전제된 방송통신기자재 등의 적합성 평가도 어려웠다. 이에 따라 전기버스 무선충전 기술은 국내에 도입되기 어려워 보였다. 하지만 2021년 10월 9일 대한상공회의소 샌드박스지원센터와 과학기술정보통신부가 ‘정보통신기술(ICT) 규제 샌드박스 심의위원회’를 열어 실사용 환경에서 다른 대역 서비스에 영향을 주지 않고, 기존 이용자들에게 주파수 혼선이나 간섭을 줄 경우 즉시 운영을 중단하는 것 등의 조건을 달고 현대차와 현대엔지니어링, 그린파워 등으로 꾸려진 컨소시엄에 실증 특례를 부여했다. 규제 완화를 통해 85kHz 주파수 대역을 전기차 무선충전 용으로 사용할 수 있게 된 것이다. 이를 통해 한국에서도 무선 충전 기술이 실용화되었고, 무선 충전 전기버스도 도입될 수 있었다.

서울시에서는 남산순환버스 01번과 청계천 자율주행 버스에 이러한 무선충전 기술을 도입할 예정이다. 남산 순환버스 01번은 남산타워 정류소와 차고지 바닥에 무선충전기를 설치해 운전사 휴게시간 등에 정차하며 무선 충전되는 방식으로 운영되고, 청계천 자율주행 버스는 회차 지점인 청계광장 정류소 도로에 무선충전기를 설치해 승하차 등 대기시간에 정차할 때 무선 충전되는 방식으로 운영될 예정이다. 남산 순환버스 01번은 예장 환승주차장에서 출발해 청와대를 거쳐 남산타워까지 약 16km를 순환하는 노선이고, 청계천 자율주행 버스는 청계광장에서 출발해 청계 5가를 순환 운행하는 약 4.8km의 노선이다. 두 버스 모두 긴 노선을 운행하지 않기 때문에, 별도의 유선 충전 없이 무선충전만으로 운행이 가능하다.

 

무선충전 전기버스의 장점

무선충전 전기버스의 가장 큰 장점은 충전소가 아닌 곳에서 버스를 운행하는 도중에 충전이 가능하다는 점이다. 전기버스의 가장 큰 단점이었던 중간중간 충전이 필요해 타 버스에 비해 주행 가능 거리가 짧다는 점을 극복했기 때문에 실용성이 높다고 평가받고 있다. 또한 천연가스버스를 전기버스로 전환하는 데에 걸림돌이 되었던 충전소 설치에 관한 문제도 해결할 수 있게 되었다. 서울시는 남산순환버스 01번, 청계천 자율주행 버스에 무선충전 기술을 도입해본 후 자율주행차, 나눔카, 다른 전기버스 등으로의 확대를 검토할 예정이다. 유연식 서울시 기후환경본부장은 “무선충전 기술 시범 사업을 통해 기술 실증을 완료한 뒤 상용화될 경우 전기버스 전환으로 인한 충전소 설치 문제를 해결할 것으로 기대된다. 나아가 전기차 대중화를 선도하는 동시에 탄소중립을 위한 원천기술로 발전할 가능성도 충분하다.”라는 입장을 밝혔다.

실제로 전기버스 무선충전 기술이 성공적으로 도입된다면 전기버스를 충전하기 위한 급전 레일 또한 도시 전역으로 확대될 수 있고, 이는 전기버스가 아닌 전기차에도 유용하게 쓰일 수 있고, 전기차 대중화에 도움을 줄 수 있다. 현재 전기차의 진입장벽에는 주유소에 비해 전기차 충전소가 적다는 점, 케이블을 꽂고 충전해야 한다는 점, 주유 시간 대비 충전이 오래 걸린다는 점 등의 충전 문제가 큰 부분을 차지한다. 무선 충전에 필요한 급전 레일이 많아져 전기차 무선 추전 방식이 보편화된다면 전기차 충전 인프라는 더욱 탄탄해질 것이다. 이러한 점에서도 전기버스의 성공적인 도입 여부는 많은 주목을 받고 있다.

 

무선충전 전기버스의 미래

현재 무선충전 전기버스는 전국에서 도입되고 있다. 무선충전 전기버스가 가장 먼저 도입된 곳은 대전시이다. 대전시는 2021년 8월 대덕특구 순환노선에 한국과학기술원(KAIST)이 자체 개발한 무선충전 기술을 도입한 무선충전 전기버스인 올레브(On-Line Electronic Vehicle)를 운행하기 시작했다. 대덕특구 순환노선에서는 버스 기사의 휴게시간인 20분 동안 카이스트 북문에 있는 버스 정류소에서 50kW를 충전한 후 23.5km의 노선을 운행한다. 50kW로 최대 50km, 최대 30km를 주행할 수 있기 때문에 버스 운행에는 무리가 없을 것으로 전망된다. 대전시는 2년간의 시범 운행을 거쳐 결과를 본 후 일반 노선에 투입할 계획을 세웠고, 현재는 시범 운행이 진행 중이다.

현재 전세계적으로 전기차 무선충전은 뜨거운 감자로 떠오르고 있다. 이에 맞춰 한국도 전기차 무선충전 기술을 도입하기 위해 많은 노력을 기울이고 있다. 이러한 노력에는 앞서 소개한 주파수 관련 규제를 완화시킨 것, 전기버스 무선충전 기술을 개발하고 이를 도입하는 것 등이 있다. 이 기사를 쓰는 당일인 2022년 8월 7일에도 경산시 지식산업지구 일원이 경북 전기차 ‘차세대 무선충전 규제 자유특구’로 새롭게 지정되었다. 경산시는 규제 자유특구 지역에 도심 주유소에 고출력 무선 충전 시설을 설치하고, 배송용 초소형 전기차를 무선 충전하는 기술을 표준화하고, 이미 설치된 유선 충전시설에 무선충전기를 연결하는 등의 사업을 구상하고 있다.

이처럼 우리나라를 포함한 전세계의 많은 나라들이 전기차와 전기버스 무선충전에 많은 관심을 기울이고 있다. 전기차의 단점을 극복할 수 있는 방법이기 때문이다. 따라서 무선충전 전기버스는 앞으로 더욱 확대될 것으로 보인다. 우리나라에서 전기버스 무선충전 기술을 개발했다는 점도 긍정적이다. 앞으로의 우리나라 기술을 사용한 무선충전 전기버스가 어느 수준까지 발전할지, 어느 정도까지 확대될지 기대해도 좋을 것 같다.

 

---

전기버스에 대한 대학생신재생에너지기자단 기사 더 알아보기

1. "갑자기 증가한 전기버스 어디서 왔니?, 14기 윤재성, 16기 전예지, https://renewableenergyfollowers.org/3189

2. "친환경 버스의 시대 ; 천연가스 버스? 이젠 전기버스!", 15기 김혜림, https://renewableenergyfollowers.org/2701

---

참고문헌

[이제는 버스도 무선충전 시대]

1) 김기범, "정류장 멈추면 무선충전되는 버스... 서울 남산, 청계천서 내년 시범운행", 경향신문, 2022.06.07, https://m.khan.co.kr/local/Seoul/article/202206072216015#c2b

[무선충전 전기버스의 원리]

1) 김봉수, "전기車 한계 깬 '무선충전버스' 두번째 시범 운행…단점 고쳤나?", 아시아경제, 2021.08.23, https://www.asiae.co.kr/article/2021082313501122630

2) 임수빈, "'충전은 어디서 해?' 전기차 시대에 무선 충전 기술도 각광", 이코노미스트, 2021.09.15, https://economist.co.kr/2021/09/15/industry/normal/20210915080108653.html

3) 김영배, "전기차도 무선 충전한다", 한겨례, 2021.09.09, https://www.hani.co.kr/arti/economy/economy_general/1011100.html

4) 하종민, "정류장에 멈추면 전기버스 무선충전…서울시, 시범 도입", 뉴시스, 2022.06.07, https://newsis.com/view/?id=NISX20220607_0001898263&cID=14001&pID=14000

5) 한국전기안전공사 블로그, "달리면서 충전하는 전기버스가 있다?! 무선충전 전기버스", 2021.04.29,  https://blog.naver.com/kescomiri/222327678356, (2022.08.07)

[무선충전 전기버스의 장점]

1) 임수빈, "'충전은 어디서 해?' 전기차 시대에 무선 충전 기술도 각광", 이코노미스트, 2021.09.15, https://economist.co.kr/2021/09/15/industry/normal/20210915080108653.html

2) 김기범, "정류장 멈추면 무선충전되는 버스... 서울 남산, 청계천서 내년 시범운행", 경향신문, 2022.06.07, https://m.khan.co.kr/local/Seoul/article/202206072216015#c2

[무선충전 전기버스의 미래]

1) 김봉수, "전기車 한계 깬 '무선충전버스' 두번째 시범 운행…단점 고쳤나?", 아시아경제, 2021.08.23, https://www.asiae.co.kr/article/2021082313501122630

2) 최예린, "대전에 무선충전 전기버스 다닌다", 한겨례, 2021.08.23, https://www.hani.co.kr/arti/area/chungcheong/1008771.html

3) 허성준, "'전기차 세워두면 충전'...무선충전 규제특구 지정", YTN, 2022.08.06, https://www.ytn.co.kr/_ln/0115_202208060600361465