최근 몇 년간, 1세대 전기자동차는 대량 생산을 시작했으며 연구 및 판매 회사들도 빠른 속도로 증가해 본격적인 전기자동차 산업의 문이 열렸다. 그러나 충전 시간, 주행 거리 등에 한계를 느끼는 시장 반응에 성장은 약간 주춤거리는 분위기다. 그런 한계점으로 국내서는 2순위 이용 차(Secondary car)라는 인식이 확산되는 분위기나 전기자동차 사용률이 높은 캘리포니아에서는 1순위 차량(Primary car)으로 사용하는 소비자가 꽤 많은 것으로 나타났다. 분명한 것은 세계 석유 수요의 60%가 운송 섹터에 사용되고 탄소 배출량의 23% 차지하는 등 운송수단은 주요 환경 오염원이기에 전기자동차 보급 정책은 전 세계적으로 꾸준히 전개된다는 것이다.
정리 박지혜 기자
전세계 많은 국가는 정부 정책과 대규모 투자를 추진해 전기를 이용하는 플러그인 전기자동차(Plug-in Electric Vehicle, PEV) 확대를 유도하는 추세다. 국내 전기자동차 정책은 지식경제부에서 연구 개발 분야 담당하고 환경부에서 보급 및 구입 보조금(대당 2800만 원) 지급을 담당하고 있다. 확대 전까지 보조금 지급 방법으로 시장 규모를 키우겠다는 방침을 세웠다. 그러나 그 규모가 정부의 기대만큼 급속으로 확대되는 분위기는 아니다. 정부는 전기자동차 보조금 예산을 금년 2000대에서 내년 1000대로 하향 조정했다. 정부 관계자는 "이번 하향 조정은 전기자동차 정책에 의지가 줄어든 것이 아닌 비교적 둔감한 시장 반응에 적절하게 대응하는 조치"라고 밝혔다. 정부는 전기자동차를 정책 방향의 큰 줄기인 녹색성장의 아이콘으로 내세우며 우리와 마찬가지로 보조금 지원 등으로 전기자동차를 육성하는 세계의 정책 흐름과 나란히 갈 것이라는 의지는 분명해 보인다. 정부 관계자는 "정부의 전기자동차 정책은 시장 상황과 기술 발전 추이에 따라 속도를 조정할 뿐 계속 전진하는 것만은 확실하다"고 밝혔다. 이 관계자는 "전기자동차 시장은 압축 성장을 겪고 있기에 시행착오도 많다"며 "디젤 자동차는 유럽, 가솔린자동차는 미국의 정책을 따라가면 됐던 기존 자동차와 달리 전기자동차는 우리 환경에 맞는 특별한 규제가 필요하다"고 설명했다. 부연으로, 전기자동차 분야 투자는 단기 이익이 아닌 장기적인 안목으로 해야 리스크 부담이 없을 것이라고 전했다. 정부는 내년 전기자동차 충전기를 추가 보급할 계획이다. 공공 급속 충전소 80여 개를 공급하며, 사용자가 어느 위치에 있든 10㎞ 내에서 공공 급속 충전소를 찾도록 한다는 방침이다. 전국 주민센터와 이마트, 롯데마트, 홈플러스에 설치되며 누구나 무료로 사용 가능하다. 2014년에는 더 늘려 100개 추가 보급 예정이다.
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글로벌 시장 동향 전 세계 전기자동차 정책은 대체로 미국 캘리포니아 법령에 따라가는 경향이 있다. 캘리포니아 주정부는 강력한 청정 자동차 정책과 제조업 유치 정책을 펼쳐 오고 있으며 전기자동차 판매가 가장 많은 10대 대도시 중 4개 도시(로스앤젤레스/롱비치, 샌프란시스코 베이 에리어, 새니제이/산타클라라, 새크라멘토)를 포함하고 있다. 캘리포니아는 현재 1만 2000대 이상의 PEV가 보급됐는데 이는 미국 총 전기자동차 보급 대수의 35%에 해당한다. 또한 2020년까지 PEV 판매량이 가장 많은 주가 될 것으로 예상된다.
이어서 전기자동차 시장에 기여도가 클 것으로 보이는 시장은 전 세계 에너지 사용의 중심국으로 떠오른 중국이다. 중국은 최근 10년간 원유 사용량이 2배로 증가(전 세계 사용량의 11% 차지)했으며 이러한 증가 추세는 향후 지속될 것으로 전망된다. 이런 과정에서 탈 석유화가 불가피할 것으로 보이며 그 대안으로 신재생에너지와 전기차 보급이 확대될 것이라는 분석이다. 보스턴컨설팅그룹은 2020년 전기자동차 판매량이 중국 전체 자동차 판매량의 7%를 차지할 것으로 전망했다. 그리고 2020년 중국 내 PEV는 1.9TWh의 전기를 소비해 자국 전체 소비 에너지량의 23%를 차지할 것이며, 이는 중국이 전 세계 국가 중 전기를 가장 많이 소비하는 국가가 된다는 의미다. 중국 정부는 2009년 차세대 자동차 개발에 1000억 위안 투자 안을 발표했으며 그 중 800억 위안을 전기자동차에 배정했다. 또한 2020년까지 EV 생산능력을 200만 대까지 점진적으로 확대하며 누적 판매 목표 500만 대로 책정해 놓고 있다. 베이징 및 선전 등 6개 도시에서는 PHEV와 EV에 각각 대당 5만 위안과 6만 위안의 구매 보조금을 지원하는 제도를 시범 운영 중이고 상해 등에도 전기자동차 인프라(충전기 등)를 점진적으로 갖춰 가는 중이다. 미래에셋 리서치 이학무 연구위원은 "보조금의 규모가 아직은 일반 자동차와 EV의 가격 차이를 모두 보상하는 수준이 아니라는 측면에서 단기적으로 EV의 빠른 성장을 기대하기는 어려워 보인다"며 "중국 정부는 EV가 단기적으로 비용 대비 효율이 떨어질 뿐 아니라 기술적으로 극복할 문제가 많은 것 등을 이유로 EV보다 HEV 등으로 정책을 일부 선회했다. HEV 및 천연가스가 단기적으로 환경 문제 해결에 기여도가 클 것이라는 판단에서다"라고 분석했다. 그런데 환경부 전기자동차 보급추진팀 박광칠 팀장에 따르면, 2018년부터 환경오염물질 전체 배출량 규제가 시작돼 하이브리드 자동차는 친환경 자동차에서 제외되고 순수 전기차만이 친환경 대상이 될 것이라는 예고가 나와 중국의 정책이 또 어떻게 바뀔지는 두고 볼 일이다. 미래에셋 리서치의 분석에 따르면, 전기자동차에 대한 적극적인 정책을 펼쳐온 각 국가들은 당초 계획보다 저조한 흐름을 보인다. 올해 5월까지 누적판매 GM 볼트Volt 6000대 미만, 닛산 리프Leaf 3000대 미만으로, 당초 목표 각각 3만 대 및 2만 대에 크게 하회하고 있으며 하반기 결산에서도 판매량이 크게 좋아지지 않은 것으로 파악된다. 금융위기 이후 GM의 브랜드 가치 제고를 위해 볼트Volt가 적극적으로 활용될 예정이었으나 안정적인 판매와 수익성 회복을 고려할 때 EV 확대는 조심스러울 수밖에 없었다는 분석이다. 미국 또한 정권 교체기와 맞물려 EV 시장의 본격적인 확대 시기는 2~3년 미뤄질 것으로 관측된다.
충전기, 2020년 2400만 개로 확대 전체적으로 PEV 이용량이 낮음에도 전기자동차 충전기(Electric Vehicle Supply Equipment, EVSE) 시장은 꾸준히 성장해 전 세계적으로 2012년 20만 개에서 2020년 2400만 개까지 늘어날 것이라는 관측이다. 파이크 리서치는 전기자동차가 10년 이내 큰 붐을 일으킬 것으로 예상하며 관련 인프라의 성장도 수반될 것으로 분석했다. 또 룩스 리서치는 충전 인프라 시장 규모가 2012년 1억 4000만 달러에서 2020년 11억 5000만 달러가 될 것이라고 한다. 전기자동차 충전 시장의 연평균 성장률은 대략 30%로 예측된다. 현재 전기자동차 충전 인프라 시장을 선도하고 있는 곳은 유럽이다. 유럽은 2020년 48만 개의 충전기 판매 시장을 보유함으로써 글로벌 시장을 선도할 것으로 보인다. 중국은 전기자동차 충전 시장의 시작이 비교적 느렸지만 2020년까지 27만 7000개의 충전기가 판매되는 시장으로 성장할 것이다. 기술 및 개발 분야는, 포드, 다임러, GM, BMW 닛산과 같은 자동차 OEM 회사들이 충전 인프라 구조협력의 핵심이 될 것이며 전기 유틸리티 회사는 협력 관계를 가질 전망이다. 파이크 리서치는 PEV 구매자 중 상업용 충전기 시장이 가정용 충전기 시장보다 빠른 속도로 증가할 것으로 예상했다. 지금까지 충전기를 구입한 주요 고객층은 개인 차고에 충전기 설치가 가능한 미국과 같은 국가인 것과 달리 앞으로는 다세대 주택소비자들이 주 고객층이 될 것으로, 상업용 충전기의 판매량이 더욱 클 것으로 예상된다. 그리고 내년부터 상업적으로 이용 가능한 무선 충전기(Wireless Charging)의 성장도 긍정적으로 전망했다. 실제로 미국에서는 내년 4월부터 전기자동차 무선 충전 시스템을 사용하게 된다. 에바트란Evatran이 기술 개발한 최초의 무선 충전 제품 라인인'플러그리스 파워Plugless Power'는 닛산 Leaf와 GM Volt의 개인 소유주가 사용할 수 있으며 소비자 가정에 충전 스테이션 설치와 전기자동차의 하부 구조에 어댑터를 설치한다. 플러그리스 파워는 레벨2(30A에서 240V, 3.3㎾의 방출 전력) 전기유도 충전 시스템(Inductive Charging System)으로 전송효율은 90%다.
태양광발전 연계로 시너지 효과 CCSE(California Center for Sustainable Energy)는 캘리포니아 청정 자동차 프로젝트 지원을 받아 PEV 소유주 1400명 이상을 대상으로 설문 조사한 결과, PEV 소유주들은 태양광발전 사용률이 높았다. 현재 PEV 소유주의 39%가 태양광발전 시스템을 갖추고 있고, 또 다른 31%는 1년 내 시스템을 설치할 예정이다. 태양광 패널을 설치한 전기차 소유주들은 태양광발전을 통해 PEV를 충전함으로써 빠르게 투자비용을 회수할 수 있다고 믿는다. 설문응답자의 85%는 PEV를 그들의 1순위 이용 차량(Primary car)으로 이용할 정도로 주행 빈도가 높았고, 월별 평균 802마일(1290㎞)을 주행했다. 51%는 하루 15~30마일(24~48㎞)을 주행하고, 15%는 하루 15마일(24㎞) 이내, 28%는 하루 30~45마일(48~72㎞)을 주행하고 있었다. CCSE측은 "응답자의 94%가 하루 40마일(64㎞) 이내를 주행하기에 대중적 전기자동차 Leaf의 73마일(117㎞) 주행거리는 대다수 운전자들에게 충분하게 느껴지질 것"으로 분석했다. 또 설문조사 결과 PEV 소유주들은 주로 밤에 충전을 하는 것으로 나타났다. 밤에는 전력망에 과잉발전용량이 존재하기에 밤에 충전을 지속한다 해도 수백만 대의 충전 전기자동차 전력망을 감당할 수 있다. 그리고 응답자의 96%는 그들의 집을 소유하고 있었고, 91%는 차고가 갖춰져 있는 단독주택에서 살고 있었으며, 91%는 가정 내 충전시설을 갖추고 있었다. 그러나 71%는 직장 및 공공 충전소에서 낮 시간대 충전도 하고 있었는데 이들의 83%가 충전소 인프라에 다소 불만을 표출했다. 미래에셋 리서치 이학무 연구위원은 "전기자동차는 태양전지와 연계할 때 진정한 청정 운송수단으로 자리매김할 수 있다"며 "태양광발전 비중이 1%이상으로 확대되면서 ESS 장착이 의무화 될 수밖에 없으며 ESS 장착을 통해 안정적인 전력 공급이 필수적"이라고 언급했다. 다양한 ESS 방법 중 LiB(리튬 이온 배터리)만이 주파수 조정 및 예비력으로 대체 가능한 대안이라는 설명. 발전소 추가 건립 비용과 비교하면 ESS 가격 4000$/㎾h로도 경제성은 충분하다는 판단이다. 이 연구위원은 "미래의 스마트그리드 사회에서 배터리 조절 기술의 중요성이 증대될 것"이라며 "현재 전지 제조업체들은 미래 전지 제조업자로 남을지 아니면 전지를 이용한 에너지 서비스 제공자로 변모할지 선택해야 할 것"이라고 전망했다.
V2G 통한 전력 수급 안정화 전력거래소 급전운영팀 송태용 차장은 "전기자동차의 에너지 저장 기능을 활용해 부하평준화, 전력안정화에 기여할 수 있다"며 "에너지를 저장해 과부하 또는 비상 시 전력을 공급, 차익 거래가 가능하고 Peak 설비 대체도 가능하다"고 설명했다. 전기자동차의 에너지 저장 기능은 수요와 공급의 단기, 장기적 편차 축소를 통한 에너지 사용의 효율성을 제고한다는 것. 좋은 예로 에디슨 아일랜드라는 프로젝트를 진행 중인 덴마크는 EV를 분산 전원의 하나로 인정, V2G(Vehicle to Grid) 실현을 추진 중이다. V2G를 통해 배전 계통 운영을 지원하며 EV를 태양광, 풍력 같은 단속적 분산 전원에 대한 에너지 저장 장치로 활용한다.
이처럼 에너지 저장 기능으로서의 전기자동차가 활성화됨에 따라 신재생에너지 산업도 더욱 활발해 질 것으로 전망된다. 풍력, 태양광 등 청정에너지를 통해 전력 저장 시 CO2와 같은 오염원 배출 저감이 가능하며 정차 시에는 전력 계통에 활용한다. 주파수 조정 서비스(G/F, AGC), 순동 예비력, 무효전력 보상, 비상전원 공급 등 보조서비스를 통한 부가가치도 얻을 수 있다. V2G 계통 연계 실험을 통해 전기자동차는 보조서비스 시장에 매우 적합하다는 결론을 얻었다. 주수익원은 에너지가 아닌 용량으로, 보조서비스 중 주파수 제어가 가장 경제적이며 두 번째 경제적인 요소는 순동 예비력 시장(10$/㎿)에 적합하다는 결론이다. 송태용 차장은 "특히 PEV는 자동차 충전이라는 사용자의 목적을 달성하면서도 계통에 대해서도 서비스 제공이 가능하다"며 "주파수 조정 서비스를 하며, 자동차 충전과 동시에 계통의 과부하를 방지하고 반대로 발전의 역할도 한다"고 언급했다. PEV는 1일 약 10㎾h 소비(가장 큰 부하)하며 10㎾h를 충전하는 데 2~5시간 소요된다. 전력 계통과 인터넷에 연결되는 PEV는 1일 10~15시간 계통 접속하기에 충전의 여유가 있다. 송태용 차장은 "PEV는 수요 분산(Demand Dispatch) 자원에 적합하고, 빠른 응답 기능이 더욱 확대될 것으로 보이며 전기차 보급을 더욱 확산하는 데 일등공신 역할을 할 것으로 기대된다"며 "전체 주파수 조정 보조서비스가 향후 20년 내로 PEV 또는 기타 급전 가능한 부하로 대체될 것"으로 예상했다.
V2G 계통 연계 실험
규정 공급(신호 추적) · 주파수 제어 - Normal Reg. Up & Down · 제어 신호에 따라 충ㆍ방전 동작 · 주파수 제어 신호에 따라 전기차 출력이 추종 운전됨 · Charging, Discharging에 따른 SOC(State of Charge) 변화 주목
실험 조건 · AC 유도 전동기 + 35㎾h 배터리 활용 · 335V, 1충전 120~150마일(192~240㎞) 운전 · 모터 동작 : 고압DC - AC변환 - AC모터 구동
그렇다면 PEV를 주파수 조정 서비스에 활용하면 어느 정도의 금전적 효과를 얻을지 살펴보자. 주파수 조정에 따른 수명 단축과 발생하는 이익을 비교할 필요가 있다. 송태용 차장의 제출 자료에 따르면, 우리나라의 G/F(주파수 추종)는 주파수 조정 단가 4267원/㎿ · h(2009년)으로'10㎾×365×24h×4267원/㎿ · h'계산하면 연간 37만 4000원 수익 가능하다. 우리보다 단가가 더 높은 미국 PJM 경우 주파수 조정 단가는 50$/㎿ · h(2007년)로, 10㎾로 1년간 주파수 조정 참여 시 연간 2500~3300달러(300~400만 원) 수익 가능하다. 이러한 경제적 효과를 따져 주파수 조정 참여량 결정 시 고려할 필요가 있다.
전기자동차의 계통 연계에 앞서 배전 계통 연계시 투입되는 비용 또한 무시할 수 없는 부분이다. V2G를 통한 전력 입출력을 위해 인입선, 배전변압기, 주요지선, 3상 급전선 등(인입선과 주상 변압기가 가장 클 것으로 예상) 배전 계통 용량을 확대해야 하며 고장 전류 해석, 승인, 허가 절차 그리고 통신, 송전계통, 주차장 기능도 보강해야 한다.
전기자동차 보급에 따른 전력 수급 전망
• EV 1대당 연간 전력 소비량 40㎞×365일÷6.5㎞/㎾h = 약 2.3㎿h/yr (40㎞ : 1일 평균 주행거리, 6.5㎞/㎾h : 전기자동차 연비) • EV 연간 전력 소비량(GWh) = 2.3㎿h/yr×운행 대수÷1000 • 전기자동차 피크 기여 부하(㎿) = (2.3㎿h/yr×운행 대수)÷365일÷3(예상 충전시간)×30%(동시 충전비율을 최대 30%로 가정)
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