2020년에 V2G 상용화 목표! 지금까지의 여정은?
2020년에 V2G 상용화 목표! 지금까지의 여정은?
16기 이지윤
세계 전기차 판매량은 2018년에 약 200만 대를 기록했다. 향후, 전기차의 점유율이 내연기관 자동차를 상대로 높아질 수 있을지에 대해서는 아직 의문이 있다. 그러나 한 가지 분명한 것은 전기차 시장의 절대적 크기는 가파르게 증가할 것이라는 점이다. 딜로이트 회계법인에 따르면, 2025년 세계 전기차 판매량은 약 1200만 대, 2030년에는 2000만 대를 웃돌 것으로 예상되고 있다. 이렇게 전기차 판매량 급증에 따른 전기차 시장의 확대 전망을 앞두고, 관련 산업계에서는 전기차가 갖는 전력 충전의 비효율성 문제를 보완하기 위해 여러 방면으로 연구 중에 있다. 전기차 배터리 효율을 높이는 여러 방안들이 개발되고 있는 가운데, V2G(전력연동망)는 꾸준한 관심을 받고 있는 기술이다. 전기차 시장의 활성화를 이끌고 우리나라 교통 및 도로 여건에도 적합하다는 V2G, 과연 이는 어떤 기술이고 국내에서는 관련 연구가 어디까지 진행되고 있을까?
V2G(Vehicle To Grid)란?
V2G는 각 전기차 배터리들 간의 전력망을 연결하는 기술로 전력연동망이라고도 부른다. 전기차 배터리에 전력을 충전해두고 ESS(에너지저장장치)와 비슷하게 운영되는 전력계통 기술이다. 전력연동망 V2G는 운영 방식은 다음과 같다.
[V2G 개념도]
출처 : anygate 홈페이지
위의 사진은 V2G의 운영 방식을 간단하게 그림으로 표현하고 있다. 전력요금이 저렴한 심야에 충전해두었던 전력을 필요한 만큼 쓰고, 남은 전기는 에너지 수요가 몰리는 전력 피크 시간대에 반대로 전력회사에 판매(역송전)한다. 예를 들면, 차를 주로 이용하는 직장인은 전력 가격이 저렴한 새벽에 전기차를 충전한 후 잔여 전력을 낮 시간대(전력 수요 피크)의 전력 계통 안정화를 위해 유휴 전력을 다른 곳에 공급할 수 있다. 이는 전반적인 에너지 효율을 높이고, 차주에게도 금전적 이득을 제공한다. 게다가 한전은 전력 수급의 안정화를 얻는다는 장점이 있다.
뿐만 아니라 V2G 기술은 에너지 네트워크의 원활한 흐름을 유지하게 해준다. 자동차는 주로 도심지역에서 움직이는데, 이 때문에 도심 지역에 발전소를 짓기 어렵다. 이로 인해 발전소에서 주 전력 사용처인 도심지까지 전력 이동거리가 매우 길다. 전력 수요 피크 타임에는 송전선이 막히는 문제도 발생하기도 한다. 하지만 전기차를 활용한 V2G 기술이 있다면, 도심에 주차되어 남아도는 전기차 유휴 전력을 짧은 시간 안에 전력을 공급할 수 있기에 이러한 문제들이 해결된다.
[차량과 전력망과의 연결]
출처 : 테크플러스 블로그
전력을 충전하고 유휴 전력을 다시 되파는 이 모든 과정은 각 전기자동차의 전력저장장치(배터리)를 연결하는 '전력망'으로 가능하다. 그렇기 때문에 V2G 기술의 구현은 '양방향 전기차 충전기'와 가장 밀접하게 연관되어 있다. 내연기관차들이 주유소에서 경유나 휘발유 등의 에너지원을 공급받듯이, 전기차들은 양방향 충전기를 통해 전기를 공급받는다. 다만 양방향 충전기는 전기차 배터리의 ESS 기능과 스마트그리드 기술이 결합되어, 전기차 배터리의 남은 전력을 예비 전력 수요처로 송전할 수 있는 기능이 추가되는 것이다. V2G와 결합한다면, 전기차는 전력을 소모하는 기기이면서 전력을 보충하는 '이동성 소규모 발전기'의 기능도 수행한다고 볼 수 있다.
V2G의 실증 사업 사례
[제주도에 구축된 스마트그리드 실증단지의 V2G EV충전소]
출처 : SOLAR TODAY 탄소제로 재인용
국내 V2G 실증 사업은 어떻게 진행되어 왔을까? 한전은 2009년부터 꾸준히 '제주도 스마트그리드 실증단지'를 구현하기 위한 노력을 해왔고, 전기차 배터리로 가상 전력 시장의 피크 상황에서 부하감축을 위한 목표로 실증 사업이 실행되었다. 실증 사업 시행에 앞서, 국내 최초로 전기차 충전기 표준규격을 설정하기 위해 50kwh급 급속충전기와 7.7kwh급의 완속충전기가 제작되었다. 이와 더불어, 전기차 충전 전력 요금의 표준화와 전기 공급 기준까지도 설정하여, 제주도 18곳과 고속도로에 전기차 전력 보급 인프라를 건설했다. 제주도 스마트그리드 실증단지 사업으로 전기차 충전 시스템의 밑바탕이 어느 정도 마련되었지만, 전기차 시장의 활성화, 양방향 전력 변환 장치(On Board Charger) 도입, 높은 배터리 가격, 국제표준에 부합하는 충전기 개발 등 여러 문제점도 드러났다.
[광주과학기술원에 설치된 V2G 실증용 전기자동차 충전소]
출처 : V2G & 전기자동차 전원설비 관련 규정 연구
앞서 발생했던 문제들을 중점으로 개선하고자 2015년에 산업부의 주도로 'V2G 실증용 전기차 충전소'를 설립하였다. V2G 실증용 전기차 충전소 설치를 위해 산업부는 광주과학기술원, 서울대학교, 사기업인 현대 기아의 참여를 이끌었고 광주과학기술원의 창조경제혁신센터와 서울대학교 공과대학을 V2G 실증 사업 테스트베드로 선정했다. 해당 테스트베드에서는 10대의 전기차와 충방전이 가능한 V2G 설비를 설치되었고 한전의 참여로 차량 이용 패턴을 추가 파악하여 V2G의 경제적 운영 체계를 갖추고자 하였다. 비교적 최근인 2017년에는 KT의 주도로 경기도 성남시 분당이 V2G 테스트베드로 선정되어 전기차의 배터리를 활용한 전력수요관리(EV-DR) 실증 사업이 진행되었다. 이렇게 국내에서 V2G의 실증 사업은 국가뿐만 아니라 관련 사기업들도 활발히 실증 사업에 참여하고 있는 모습을 확인할 수 있다.
[현대모비스가 개발한 국내 최초 전기차 탑재형 양방향 충전기(Bi-directional On Board Charger)]
출처 : HMG JOURNAL
관련 업계는 V2G 실증 단지 계획 뿐만 아니라 양방향 전기차 충전기(양방향 OBC) 개발에도 힘써오고 있다. 현대 모비스는 2015년 한국전력공사가 추진한 V2G 실증 사업에 참여하여 2017년에 국내 최초로 전기차에 탑재 가능한 '탑재형 양방향 충전기' 개발에 성공했다. 이에 한전은 현대 모비스가 개발한 양방향 OBC을 가지고 여러 가상 전력 시나리오와 실시간 전력데이터를 기반으로 두 차례의 실차 검증을 진행했다. 최근 2019년에는 6.6 킬로와트급 충전기를 추가 개발하여 V2G의 상용화 가능성을 더욱 높였다. 현대모비스 측은 해당 양방향 충전기를 통해 전기차 4대의 배터리 전력을 약 20가구의 하루 분량의 에너지로 전환할 수 있다고 밝혔다.
2020 현시점에서의 V2G
V2G 사업이 주목을 받기 시작한 때가 벌써 10년 전이다. 떠오르는 에너지 서비스로 추앙하던 시기에, 세계 V2G 사업은 2020년에 266억 달러의 규모로 성장할 것으로 내다봤다. 2015년~2020년, 이 사이에 글로벌 V2G 제품 판매 수는 연간 59%가량 성장하여 2020년에는 판매량이 106만 대에 이를 것이라 예측되기도 하였다. 이제 막 2020년이 된 지금, 현재 세계 V2G 사업의 동향은 어떤 상황일까? 실제 글로벌 V2G 시장은 2015년~2019년 사이에 매년 47%의 성장률을 나타냈다. 예측치보다는 다소 더딘 성장세를 보이고 있지만 꾸준한 성장을 이루고 있는 모습이다.
한편, 국내의 경우는 상용화 단계 직전에 들어섰다고 볼 수 있다. 앞서 언급했듯이, 여러 차례의 테스트베드 선정과 실증 사업을 통해 V2G 상용화를 위해 보안할 문제점들을 파악해왔다. 현대모비스 측에 따르면 V2G의 국내 상용화는 2020년 경일 것으로, 이를 위해 양방향 OBC(On Board Charger)의 크기를 대폭 축소하고 에너지 손실률을 줄여 효율을 높일 것을 목표하고 있다.
2020년의 'V2G 상용화' 청사진을 그려나가기 위해서 전기자동차 시장의 성장세와 비슷한 속도로 성장해 나아가야 한다. 전기차의 단점 중 가장 해결이 시급한 것은 전기차 충전 시설을 충분히 확충하는 것과 낮은 배터리 효율이다. 이 두 가지와 연관되어 해결책이 되어 줄 기술은 V2G다. 전기차 시장 활성화가 먼저인지, 양방향 OBC 구축이 먼저인지는 중요하지 않다. 이 둘은 분명 함께 성장해야 하는 산업이다. V2G 사업의 활성화를 앞두고 아직까지도 V2G 기술에 대해서 한 번에 다량의 전기차 충전할 때 발생할 수 있는 전력 과부하 문제, 충방전에 의한 전압 변동 문제, 동일하지 못한 전력 품질 문제, 전력계통 안정도 문제 등 미흡한 부분이 존재하고 있지만 지금까지의 실증 사업을 기반으로 꾸준한 연구를 통해 보안해야 할 것이다. 이와 더불어 국내 현실을 반영한 전력거래 기준과 V2G 설비 및 계통 연계에 대한 기술적 기준 및 규정 등 산업적 제도들을 마련하여 V2G의 상용화 뒷받침해줄 배경도 마련해야 한다.
참고문헌
1. 김현철, "전력연동망(V2G) 사업의 국내·외 동향과 시사점", 정책이슈브리프 281호, 2017.11.29,
file:///C:/Users/611lo/AppData/Local/Microsoft/Windows/INetCache/IE/94TTTYJL/정책이슈브리프281호.pdf
2. 김지윤, "전기차 시대와 함께 떠오르는 차세대 에너지 솔루션, V2G", Kotra 해외시장뉴스, 2019.10.14,
http://news.kotra.or.kr/user/globalAllBbs/kotranews/album/781/globalBbsDataAllView.do?dataIdx=177918&column=&search=&searchAreaCd=&searchNationCd=&searchTradeCd=&searchStartDate=&searchEndDate=&searchCategoryIdxs=&searchIndustryCateIdx=&searchItemName=&searchItemCode=&page=7&row=10
3. 이건오, "본격적인 전기차 시대 오면 V2G 구현 가능할까?", SOLAR TODAY 탄소제로, 2018.07.29,
http://www.solartodaymag.com/news/articleView.html?idxno=6826
4. 김준래, "돈도 벌고, 에너지도 아끼는 ‘V2G’", The Science Times, 2015.02.11,
https://www.sciencetimes.co.kr/?news=%EB%8F%88%EB%8F%84-%EB%B2%8C%EA%B3%A0-%EC%97%90%EB%84%88%EC%A7%80%EB%8F%84-%EC%95%84%EB%81%BC%EB%8A%94-v2g
5. “전기차가 도시를 충전한다”, HMG JOURNAL, 2017.08.16,
https://news.hmgjournal.com/MediaCenter/News/Press-Releases/hmobis-electric-car-city-170816
6. "미래를 열어갈 신사업 V2G", 한국전력 블로그 굿모닝 KEPCO!, https://blog.kepco.co.kr/239
7. 한상기, "글로벌 V2G 시장, 2020년에는 266억 달러 규모", GLOBAL AUTO NEWS, 2010.07.22, http://global-autonews.com/bbs/board.php?bo_table=bd_010&wr_id=520
