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소연 교
5 years ago
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1 Journal of Climate Change Research 2017, Vol. 8, No. 3, pp DOI: 태양광발전을이용한전기자동차배터리충전및공급시스템에관한연구 최회균 협성대학교도시공학과 A Study on Battery Charging and Supply System of Electric Vehicle Using Photovoltaic Generation Choi, Hoi-Kyun Dept. of Urban Planning & Engineering, Hyupsung University, Hwaseong, Korea ABSTRACT Recently the Paris Climate Change Accord has been officially put into effect, making global efforts to implement Greenhouse Gas (GHG) reductions, and also International environmental regulations in the automotive sector will be further strengthened. The electric vehicle, which minimizes the particulate matter generated by existing internal combustion engine automobiles, is evaluated as a representative eco-friendly automobile. However, charging the battery of an electric vehicle is not fully environment-friendly if it is fueled by electricity that is being generated by fossil fuels as an energy source. The energy generated by the photovoltaic power generation system, which is an infinite clean energy, can be used to charge an electric vehicle s battery. Currently, shortage of charging facilities, time of charging, and high battery prices are the problem of activating the supply of electric vehicles. This study is to build a conjunction between the EVBSS (Electric Vehicle Battery Supply System) and ESS (Energy Storage System), which can quickly supply the photovoltaic charged battery to the required demand. If the charged battery in the Battery Swapping Station (BSS) is swapped swiftly, it will dramatically shorten the waiting time for charging the battery. As a result, if the battery is rented when it is needed, electric vehicles can be sold without the cost of a battery, which accounts for a large portion of the total cost, then the supply of electric vehicles are expected to expand. Furthermore, it will be an important alternative to maneuver climate change by minimizing GHG emissions from internal combustion engine vehicles. Key words: Photovoltaic Generation, Electrical Vehicle Battery Supply System (EVBSS), Energy Storage System(ESS), Battery Swapping Station (BSS) 1. 서론 1.1 배경및목적 최근한국과미국이공동연구하여우리나라미세먼지발생요인의 52% 가국내에원인이있다는결과를발표하였다 (ME, 2017). 또한지역별로차이가있지만, 서울시의경우미세먼지자체발생량중자동차배출이 37% 를차지한다고조사되었다 (Seoul City, 2017). 낡은경유차량과건설기계폐차를유도하고, 매연저감장치부착및엔진교체등을위한예산을투자해도미세먼지배출문제를근원적으로해결할수없 다. 2015년에조사된 OECD 자료에서우리나라의미세먼지 (PM 2.5 ) 농도는 29 μg/m 3 으로 OECD 회원국중하위권이며, OECD 평균치 (15 μg/m 3 ) 보다 2배정도심한것으로나타나고있다 (HEI, 2017). 지난 2011년부터약 4년간진행된한국형오토-오일 (Auto-Oil) 사업결과를보면, 국내차량의연료생산과공급그리고운행단계까지자동차온실가스배출량전과정평가 (Life Cycle Analysis; LCA) 에서내연기관자동차의배출량이친환경자동차의 2배수준으로나타났다. 차종별온실가스배출량은전기자동차 94 g/km로가장낮고, 하이브리드자동차 141 g/km, 경유자동차 189 g/km, 그리고휘발유자 Corresponding author: hkchoi@uhs.ac.kr Received August 25, 2017 / Revised September 4, 2017 / Accepted September 20, 2017

2 266 최회균 동차 192 g/km로가장높게나타났다 (ME, 2015). 이러한상황으로인해우리나라뿐아니라, 많은국가들이친환경자동차에관한정책을수립하고추진하고있다. 역사적으로보면전기모터를사용한전기자동차는 19세기에소개되었지만, 가솔린자동차가보급되면서경쟁력을잃고도로에서사라지게되었다. 그러나 1990년대에배기가스규제를자동차제조사에적용하면서전기자동차에대한관심이급증하였고, 화석연료를사용하여발생되는온실가스와미세먼지문제는전기자동차전환당위성을확보하였다. 전기자동차시장이세계적으로급성장하는추세이고, 전기자동차보급률이높은노르웨이는최근전기자동차판매대수가내연기관자동차를추월하였다 (NCRTI, 2017). 우리나라도국토교통부통계에따르면 2017년 6월말전기자동차등록은 15,869 대로 5년만에 35배증가하였다 (MOLIT, 2017). 전기자동차는주행시이산화탄소나배기가스가배출되지않고, 소음및진동이없으며, 연료비도 10 30% 정도저렴하다. 그러나상대적으로짧은주행거리와높은구매가격, 그리고충전시설부족이주요문제점으로지적되고있다. 전기자동차주행거리를늘리기위해서는차량을경량화하고, 배터리용량 ( 밀도 ) 을비약적으로향상시킬수있는기술이요구된다. 현재일상적인주행에서큰불편을겪지않을수준까지배터리용량기술이향상되었다고평가되고있지만, 충전시설부족은전기자동차대중화에문제점으로대두되고있다. 국제에너지기구 (International Energy Agency; IEA) 보고서에따르면 2016 년기준으로전세계전기자동차 2백만대중중국과미국이 60% 를차지하고있으며, 공공충전기도중국, 미국, 일본, 노르웨이, 영국, 프랑스순으로설치되어있다 (IEA, 2017). 환경부는 2017년기준우리나라의전기자동차충전기는 2,726기 ( 급속 1,320기, 완속 1,406기 ) 이며, 2017년말까지급속충전기 1,290기를추가하여전기자동차약 6대당급속충전기 1기가설치될것으로예상하고있다 (EV, 2017). 전기자동차수요가지속적으로증가하면충전기보급도확대되겠지만, 충전소요시간이 30분이내인급속충전기와 4 6 시간이소요되는완속충전기의설치지점을효율적으로선정하여운영하더라도모든수요를만족시키기어려울것이다. 최근 2030 년에전기자동차가 100만대보급되었을경우를가정하여시간대별차량이용유형과충전유형그리고예상부하를종합적으로분석해예측한결과, 부하가피크일때전기차로인해늘어나는전력수요는약 60만 kw로전체전력수요의 1% 미만이라는결과가발표되었다 (Shin, 2017). 따라서전기자동차의성장속도가예상보다빠르면추가되는전기수요를충족시킬수없어전력난이예상된다고주장하는의견은설득력이낮 다고볼수있다. 따라서본연구에서는전기자동차충전을위한전력을태양광발전과에너지저장시스템 (Energy Storage System; ESS) 과연계한발전시설에서전기자동차배터리를충전하고, 충전된배터리를배터리교환소 (Battery Swapping Station; BSS) 로공급하여소비자에게제공하는전기자동차배터리공급시스템 (Electrical Vehicle Battery Supply System; EVBSS) 을제안하고자한다. 1.2 연구의방법및내용현재전기자동차배터리를충전하기위한전력은대부분화력발전소및원전에서생산되는전기로충전되고있으며, 전기자동차수요가계속증가할수록기존전력용량에영향을줄수있다는우려를하고있다. 또한전기자동차배터리충전시설부족과충전소요시간으로소비자들의선택이쉽지않은측면이있다. 이러한문제를해결하기위해본연구에서는무한한재생에너지인태양광발전으로생산된전기를에너지저장시스템 (ESS) 에저장하여전기자동차배터리를충전하고, 실시간정보를바탕으로배터리가필요한소비자에게배터리교환소 (BSS) 를통해제공할수있도록연구를진행하였다. 본연구에서는전기자동차배터리를태양광발전과 ESS를결합한시스템으로충전하고, 충전된배터리를지정된장소에서제공할수있는전기자동차배터리공급시스템 (EVBSS) 을제안하고자한다. 충전된배터리를지정된장소에서교환하면, 배터리충전을위한대기시간을획기적으로단축하게된다. 또한자동차전체원가의약 40% 를차지하는배터리를대여한다면, 차량구입비용이내려가전기자동차보급확대에기여할것이다. 나아가배터리충전시재생에너지를사용하고, 배기가스를배출하지않는전기자동차로전환한다면, 기존내연기관자동차에서발생하는미세먼지를줄이기위한가장적극적인대안이될것이다. 2. 관련연구 기존에전기자동차보급확대를위한연구를보면, 황상규 (2009) 는전기자동차보급활성화및인프라구축방향에대한연구에서설문조사를통하여국내전기자동차의충전인프라유형및성능의영향도를분석하였다. 이에따른전기자동차의보급활성화와충전인프라구축을위한지원방안으로다양한세제지원및주차우선권등을제시하였다 (Hwang, 2009). 채아름외 (2011) 에서전기자동차수요예측을통해전기자동차의인프라구축의효율성과전기자동차도입에따른전력망 Journal of Climate Change Research 2017, Vol. 8, No. 3

3 태양광발전을이용한전기자동차배터리충전및공급시스템에관한연구 267 수요예측을하였다. 전기자동차도입초기의문제점인차량가격, 배터리충전소요시간등이개선되면전기자동차를선택하는시장규모가빠르게증가하는것을보여주었다 (Chae et al., 2011). 김규옥 (2011) 은전기자동차이용자가충전소위치및충전경로정보와배터리의충전상태, 방전등위급상황시정보등을스마트폰을활용한텔레매틱스서비스를제공하는방안을제안하였다. 또한차량공유제도이용사례를분석하여전기자동차공유제도가전기자동차보급활성화를위한중요한역할을할것이라고예측하였다 (Kim, 2011). 박지영 (2014) 은전기자동차운행환경을안정적으로조성하기위해우선적으로해결되어야할문제는충전인프라보급확대이며, 주거지기반개인충전시설확보가필요하다고하였다. 그리고전기자동차와같은친환경차량들에적합한판매시장형성과관련정책개발을하여친환경적인소비패턴으로전환하는것을제안하였다 (Park, 2014). 강철구외 (2017) 는경기도전기자동차공공충전시설적정설치기준을제안하였다. 공공충전시설시 군별설치수량배분, 설치지점 ( 설치시설 ), 설치수량, 설치종류등 4단계순서로추진하고, 가능한공공급속충전기수요가많은곳을우선적으로설치할것을제시하였다 (Kang and Jeon, 2017). 또한전기자동차배터리교환시스템에관한연구를보면, 현재전기자동차배터리충전소요시간에따라운전자가운행도중대기하는시간이긴완속충전기나짧은시간에충전하여배터리수명에영향을주는급속충전기모두문제점을갖고있다. 이러한문제점을개선하기위해권양현외 (2011) 는배터리교체식전기자동차시스템의효율성및필요성을조사하였다. 배터리품질보증및사용한전기량에요금부과와연관된사용자인증, 배터리정품식별, 배터리성능측정등보안요소를도출하였다 (Kwon et al., 2011). 김승지외 (2013) 는전기버스를위한배터리자동교환및충전시설의적합한위치를선정하기위한방법을제시하였다. 이방법을이용하여각지역에전기버스충전인프라를단순히버스노선별로설치하는것보다제안된모형을적용하여가장효율적인위치를선정한다면인프라구축비용을절감할수있음을예측하였다 (Kim et al., 2013). 그리고태양광발전은태양이있는시간대에만발전할수있는재생에너지이므로발전된전기를저장하여필요시사용할수있는 ESS가연계되어야안정적인전력운용이가능해진다. 김응상 (2014) 은태양광발전을통해주간에생산된전기를 ESS에저장하고, 태양광발전이적거나불가능한흐린날씨와야간에부족한전력을공급해줄수있는솔라하이브리 드시스템 (Solar Hybrid System) 을제안하였다 (Kim, 2014). 이용봉외 (2015) 는태양광및풍력등재생에너지를연계한 ESS 기술개발에따른 ESS 보급량추정과경제성분석을실시하였고, 향후신재생에너지와연계하여 ESS를운영할경우경제성분석이필요하다고제시하였다 (Lee and Kim, 2015). 3. 태양광발전및에너지저장시스템 (Energy Storage System; ESS) 개요 일반적인전기자동차충전시설은전원을공급하기위한전력공급설비 ( 전력량계, 인입구배선, 분전반, 배선용차단기등 ), 전원을공급받는충전기 ( 완속및급속 ), 충전기와전기자동차를연결하는인터페이스 ( 커플러, 케이블등 ), 충전정보시스템으로구성되어있다. 충전기유형에는전기자동차를직접충전기에연결하는직접충전, 차량바닥의집전장치에충전장소바닥하부급전선로와자성재료 ( 코어 ) 에서발생한교류를이용하여충전하는비접촉식충전방식, 그리고충전소에서전기자동차배터리를교환하는유형이있다. 본연구에서는지정된장소에서태양광발전으로생산된전력으로충전된배터리를배터리교환소 (Battery Swapping Station; BSS) 에서제공하는공급시스템을제안하고자한다. 전기자동차는배기가스와오염물질을배출하지않는친환경차로규정되어있지만, 화력발전소에서생산되는전기로배터리를충전한다면대기오염을일부만저감시키는결과를초래한다. 따라서전기자동차배터리를무한한청정에너지인태양광을이용한발전으로충전한다면재생에너지확대정책과연계하여추진할수있다. 태양광에너지를이용한전력생산량은자연에의존할수밖에없어시간, 지역, 기후등의영향을크게받는다. 이러한태양광에너지의단점을보완하고, 안정적인전기공급을위한 ESS가필요하다. 태양광에너지를배터리에저장할수있는 ESS를연계하면보다안정적인태양광에너지인프라를구축할수있다. ESS로태양에너지를시간의제약없이언제든지사용할수있어지속적으로운영할수있다. 태양광의광전효과를이용하여태양광을직접전기에너지로변환하는과정을태양광발전이라한다. 태양광발전장치는태양광을전기에너지로변환시키는태양전지 (solar cell) 로구성된모듈 (module) 및어레이 (array), 직류를교류로바꾸는전력변환장치인인버터 (inverter), 축전장치, 제어장치, 계통연계장치등으로구성되어있다. 태양광발전장소는온도, 일사량, 일조시간, 강우량등기후조건을고려하고, 태양전지모듈은정남향으로 30도내외의경사각으로설치하는것이가장

4 268 최회균 효율적이다. 일반적으로연간태양광발전량 = 설치용량 일평균일조시간 365일으로산정하며, 1 kw 태양광을생산하기위한면적은평면기준으로약 8 12 m 2 이다. 1년에 1 MW의전기를생산하기위해서는약 760 kw 용량의태양전지모듈과약 7,600 m 2 ( 약 2,300 ) 의부지가소요된다 (KECA, 2017). 주로쾌청한주간에전력을생산하는태양광은야간에는생산이불가능하고, 기후조건이안좋을때는전력생산량이저조하게나타난다. 지속적이고안정적으로전력을공급하기위해서는 ESS로생산된전력을저장하고, 필요시에전력을공급해야한다. ESS는전력을저장하는배터리 (battery), 태양광에서생산된전력을충전 ( 저장 ) 하고방전시직류를교류전력으로변환하는양방향 PCS(Power Conditioning System), ESS 의작동방식을제어하고관리하는 EMS(Energy Management System), 배터리만을제어하고관리하는 BMS(Battery Management System) 로구성되어있으며, EMS는 BMS와 PCS를동시에제어하는기능을수행한다. 이처럼 ESS는생산된전력을발전소, 변전소및송전선등을포함한각각의연계시스템에저장을하고, 전력이필요한시기에선택적으로사용하여에너지효율을극대화시킬수있다. 나아가태양광발전과 ESS를연계하면전기자동차배터리를지속적이고안정적으로충전할수있다 (Fig. 1). 4. 전기자동차배터리공급시스템 4.1 전기자동차배터리현황 현재우리나라자동차등록대수는 2016 년 12 월말기준으로 약 2,180 만대이고, 전기자동차도 1만대를넘어섰다 (E-country Index, 2017). 특히 100만대이상등록된서울, 부산, 대구, 인천, 경기, 경북, 경남등이전기자동차보급도상대적으로많이보급되어있고, 제주, 전남, 광주등은지자체에서전기자동차활성화정책을적극추진하고있다. 전기자동차구매가늘고있지만, 충전기 ( 급속및완속 ) 설치는충분하지않고, 충전에소요되는시간도전기자동차보급을어렵게만들고있다 (Table 1). 전기충전소에서충전을하는경우라면충전횟수가많은지점이설치입지로서경쟁력이있다고볼수있다. 본연구에서는전기자동차에이미충전된배터리를교환하는공급시스템을기존의주유소형태로추진하는것을고려하였다. 2016년 8월부터국내주유소에전기자동차충전기설치가허용되었고, 주유소설치를위한배치계획도관련법령으로규정하고있다 (MOIS, 2016). 전기자동차가지속적으로증가한다면현재설치된주유소를전기자동차 BSS로전환하여이용이가능할것이다. Table 2에서지역별주유소 ( 대리점과판매점제외 ) 와등록차량대수를비교하여주유소 1개소당차량대수를비교하였다. 서울특별시, 광역시 ( 부산, 대구, 인천, 광주, 대전, 울산 ), 경북, 제주등이주유소 1개소당차량 1,000 대를초과하고, 특히서울과인천은각각 5,000대와 3,000대이상을나타내고있다 (KNOC, 2015). 2012년 7월 1일에출범한세종특별자치시는예외적으로주유소가상당히부족하였다. 기존주유소는위치구조및설비기준이위험물안전관리에관한법령에규제를받지만, 독립된전기자동차충전소는설치기준이상대적으로용이할것이다. Fig. 1. Electric vehicle battery charging diagram linking PV and ESS. Journal of Climate Change Research 2017, Vol. 8, No. 3

5 태양광발전을이용한전기자동차배터리충전및공급시스템에관한연구 269 Table 1. Vehicle, electric vehicle and charger registration status by region (unit: each) Vehicle type Region All vehicles (as of end of December 2016) Electric vehicles (as of end of June 2017) Fast and slow charger (as of end of April 2017) Seoul 3,083,007 2, Busan 1,295, Daegu 1,130,811 1, Incheon 1,437, Gwangju 633, Daejeon 648, Ulsan 538, Sejong 110, Gyeonggi 5,160,921 1, Gangwon 722, Chungbuk 760, Chungnam 1,015, Jeonbuk 869, Jeonnam 952, Gyeongbuk 1,353, Gyeongnam 1,625, Jeju 467,243 7, Total 21,803,351 15,869 2,726 * All vehicles: passenger vehicles, buses/vans, trucks, special vehicles. 기존주유소중에서차량통행량이상대적으로많고, 접근 성이용이하며, 대기차량공간이충분한곳부터 BSS 로선정 한다. 전기자동차배터리수요는충전수요발생가능성과설 치용이성을고려한지역별차량대수를추정하여공급계획 을수립하고, 전기자동차의성능, 배터리가격, 소비자선호도 등가변적인속성이수요예측에반영되어야한다. 4.2 공급시스템운영방안 태양광발전과 ESS 를연계한센터 (PV-ESS Operation Cen- ter; PEOC) 에서충전되어고유번호가부여된배터리는센터 운영자에의해승용자동차와승합자동차 ( 승차정원 15 인이 Table 2. Gas station and vehicle registration status by region (as of the end of December 2014) Region Division Gas station (units) (A) All vehicles (unit: 10,000) (B) Ratio (vehicle number) (A/B) Seoul /5,009 Busan /2,625 Daegu /2,560 Incheon /3,299 Gwangju /1,868 Daejeon /2,207 Ulsan /1,896 Sejong /8,546 Gyeonggi 2, /1,870 Gangwon /903 Chungbuk /885 Chungnam 1, /845 Jeonbuk /844 Jeonnam /897 Gyeongbuk 1, /916 Gyeongnam 1, /1,214 Jeju /1,882 Total 12, /1,624 하 ) 전용, 버스전용, 트럭전용으로구분되어, 각각전기자동차 BSS, 택시회사 BSS, 버스회사 BSS, 트럭회사 BSS 에배송된다. 우리나라자동차관리법에서규정한차종과용도별등록비율 을보면승용차가전체에서 79.5% 이고, 트럭이승합차보다약 4 배정도많은 349 만대를차지하고있다. 용도별로보면자가 용이 93.3% 인 2,035 만대이고, 138 만대가영업용그리고 8 만 대는관용차로등록되어있다 (E-country Index, 2017). 향후승 용차뿐만아니라, 버스와트럭에배터리공급이확산되면배 터리수요를차종별로예측하기위한기본자료로사용이가 능하다 (Table 3) 년환경부에서전기자동차를전기승용 자동차, 전기화물자동차, 전기승합자동차등 3 종으로구분하 였지만, 본연구에서는기존차종과의연계성을갖기위하여 승용자동차, 승합자동차 ( 승차정원 15 인이하 ), 버스, 트럭으로 구분하여분석하였다.

6 270 최회균 Table 3. Vehicle registration status by vehicle type and application (as of the end of December 2016) Vehicle type Passenger vehicles Registration number (ratio) (unit: 10,000) Buses/vans 89(4.1%) By application Registration number (ratio) (unit: 10,000) 1,734(79.5%) Own vehicle 2,035(93.3%) Trucks 349(16.0%) Special vehicles 8(0.4%) Business 138(6.3%) Government office vehicle 8(0.4%) Total 2,180(100.0%) Total 2,180(100.0%) 태양광발전이가능한부지를선정하여차량대수에비례하 여설치한다. 거리와소요시간을고려하여배치된발전소의 PEOC 에서충전된배터리를수요가발생한 BSS 에제공한다. BSS 에서직접배터리수요요청도가능하지만, 실시간으로 모든 BSS 의배터리재고를모니터링한다. PEOC 에서는실시 간으로지자체및유관기관으로부터교통정보를파악하여, 시 간과거리를고려한최단경로를선택하여공급할수있다. 승 용차와승합차를위한배터리는 BSS 로공급하고, 택시, 버스, 트럭배터리는해당회사로공급하여자체적으로배터리를교환할수있는시설을이용하여배터리를교체한다. 방전된배터리는교환후 PEOC로반납한다 (Fig. 2). 자가용이용자와회사차량을 PEOC 에등록을하고, 정보를모바일로제공받으며, 사업용차량은회사간네트워크를구성하여충전된배터리를공동으로교환할수있다. 주행중이용자정보제공을단계별로보면, 1단계에서는차량내부에있는배터리충전필요성을운전자가인지한다. 2단계로운전자는등록시저장된모바일애플리케이션에접속하여현위치에서가장가까운 PEOC로연결되면, 현위치에서최단시간과거리를근거로가장가까운 BSS 정보를제공받는다. 최종적으로 BSS에서배터리를교환하면새로운배터리고유번호가 PEOC에자동으로저장되어관리된다. 이러한운영은 PEOC, BSS, 회사간의정보공유가실시간으로가능하다는전제로진행되어야한다 (Fig. 3). 4.3 전기자동차운행에따른미세먼지저감효과미세먼지의주요배출원은지역에따라다르지만, 도로에서주행하는모든이동체에서는대기오염이발생하며, 2013년기준도로이동오염원이전체미세먼지의 24.4% 를차지한다 (NIER, 2015). 특히도로이동오염원인자동차는배기가스에서직접나오는 1차미세먼지 (PM 10 ) 와배출된질소산화물이대 Fig. 2. Battery supply system diagram. Journal of Climate Change Research 2017, Vol. 8, No. 3

7 태양광발전을이용한전기자동차배터리충전및공급시스템에관한연구 271 Fig. 3. Interconnection diagram between PEOC, BSS and company BSS. 기중에서광화학반응을하여발생하는 2차미세먼지 (PM 2.5 ) 로구분된다. 차종별미세먼지배출량은화물자동차, RV 차량 (6인승이상 ), 승합차, 버스, 특수차, 승용차순으로배출된것으로조사되었다. 이결과에따르면미세먼지를가장많이배출하는차종을우선적으로전기자동차로운행해야하지만, 대형화물자동차는배터리용량이크고비용이높으므로, 초기에적용하기어려운측면이있다. 화물자동차에서는이동구간도일정하고, 운행거리가 km로짧은 1 ton급택배트럭을먼저전기화물자동차로대체해나가야한다. 또한현재전기승용자동차와전기버스운행은지속적으로증가하 고있다. 정부의미세먼지감축대책으로전기자동차보급확대를위해충전기설치계획을수립하고추진하고있지만, 아직충전기시설부족과충전대기시간등이문제점으로나타나고있다. 본연구에서제안한전기자동차배터리공급시스템을적용하여신속하게배터리를교환하면기존의주유소에서소요되는시간과비슷하게운영될수있다. 현재전기자동차배터리를충전하기위한에너지를기존발전시설을이용하는과정에서전력소모와미세먼지가발생한다는근거로전기자동차를완전한친환경자동차로인정하지않고있다. 그러나 Table 4. Comparison of the effect of particulate matter reduction by switching to electric vehicles (as of 2013) Ranking Vehicle type When PM 10 = 9.9% and PM 2.5 = 14.5% among the road pollution source emissions, the particulate matter reduction ratio PM 10 [emissions (ton)/ratio (%)] PM 2.5 [emissions (ton)/ratio (%)] Sub-total (ton) 1 Trucks 8,409/ ,736/ ,145 2 RV (6 or more seats) 2,675/ ,461/ ,136 3 Vans 599/ / 4.9 1,150 4 Buses 274/ / Special vehicles 84/ / Passenger vehicles 62/ / Total 12,103/ ,134/ ,237 * Taxis and motorcycles are classified into sub-categories of emission sources, but there is no emission data. ** Photovoltaic generation charges the battery, and there is no air pollution caused by fossil fuel combustion, so Eco friendly road movement is possible.

8 272 최회균 무한청정에너지인태양광발전을 ESS와연계하여전기자동차배터리를충전한다면, 미세먼지발생을제로화할수있는무공해전기자동차로평가될것이다. 도로이동오염원대기오염물질중배출된물질중에서 PM 10 과 PM 2.5 비율을식 (1) 을이용하여구하고, 차량유형별배출량비율은식 (2) 를이용해산출되어진다 (Table 4). 도로이동오염원인트럭, RV, 승합차, 버스, 특수차, 승용차의 PM 10 과 PM 2.5 배출량은국립환경과학원에서측정한자료 (2013년 ) 에근거하여비율을산정하였다. PM 10 (PM 2.5 ) emission ratio = PM 10 (PM 2.5 ) emission 100 Road transport pollution source emission (1) PM 10 (PM 2.5 ) reduction ratio = Emission by vehicle type 100 PM 10 (PM 2.5 ) emission (2) Table 4에서트럭, RV, 승합차, 버스, 특수차, 승용자동차등에나타난배출량은전기자동차로전환되는차량대수에따라미세먼지저감비율로상쇄될수있다. 도로이동오염원에서발생한미세먼지총합계 26,237 ton은전기자동차로대체되어줄어드는배출량만큼저감되며, 배터리를충전할때화력발전이아닌태양광발전을활용하므로실질적인저감효과는더많아질것으로예상된다. 태양광발전으로생산된전력으로충전한배터리를장착하고, 도로를주행하는전기자동차는미세먼지발생을최소화할수있을것이다. 5. 결론및향후연구계획 현재우리나라자동차등록대수는인구약 2.3명당 1대를보유하는것으로나타났으며, 매년지속적으로증가하는추세이다. 도로에서자동차주행을금지한다면미세먼지가발생하지않겠지만, 현실적으로불가능하다. 자가용통행을줄이고, 대중교통이용을활성화하는정책도한계가있다. 따라서자동차에서발생하는미세먼지를줄이기위한적극적인대안은전기자동차로전환하는것이다. 기존의내연기관자동차와는다른구조인배터리와전기모터로구동하는전기자동차는배기가스를배출하지않는다. 본연구에서는현재전기자동차의문제점으로부각되고있는충전시설부족과충전소요시간, 고가의배터리가격, 충전을위한전력증가등에관한대안방안을제시하였다. 첫째, 태양광발전으로생산된전력으로전기자동차용배터리를충 전한다. 각지역별로적정한위치에태양광발전소를설치하여생산된전력을저장하고, 안정적으로운영할수있는에너지저장시스템 (ESS) 을연계하여운영한다. 태양광발전과 ESS를연계한센터 (PEOC) 에서실시간으로회원으로등록된이용자들에게배터리를공급할수있는전기자동차배터리공급시스템 (EVBSS) 을제안하였다. 둘째, 전기승용자동차를이용하는운전자는배터리충전이필요하면실시간으로 PEOC로부터가장가까운배터리교환소 (BSS) 를안내받아이용할수있다. 회사에소속된택시, 버스, 화물트럭도 PEOC 를경유하여가장가까운회사 BSS에서배터리를교환할수있다. 이는회사간네트워크를구성하여실시간으로배터리를관리하기때문에, 신속한이동과편리한접근성을이용자들에게제공할수있다. 셋째, 전기자동차보급속도와관련이있지만, 도로이동오염원에서배출되는 PM 10 과 PM 2. 5 배출량을감축해나간다면미세먼지와지구온난화의주원인인온실가스도저감시켜기후변화에적극적으로대응해나갈수있다. 전세계적으로자율주행차에관한연구가자동차회사뿐만아니라, 통신관련회사들도투자와기술개발에매진하고있다. 향후자율주행차가완전상용화된다면전기자동차배터리수요는더욱증가할것으로예상되고있다. 본연구에서제안된태양광발전으로생산된전력으로충전된배터리를배터리교환소에서신속하게장착하고이동한다면, 보다저렴한비용의환경친화적인전기자동차로쾌적한도로를주행하게될것으로기대된다. 하지만, 본연구에서제시한배터리공급시스템은배터리충전소와배터리교환소와의연계시스템을제안하였고, 기존미세먼지배출량으로저감효과를추정하였지만, 구체적인차종별미세먼지저감량과배터리수요를예측하지못하고있다. 현재전기자동차가승용차위주로전환되고있으며, 미세먼지배출이큰트럭은전기트럭으로전환하는데시간이필요할것이다. 차종별전기자동차전환수요와이에따른미세먼지저감효과를예측할수있는연구를수행해야할것으로보인다. 또한배터리표준화에관한연구를하여차종별표준화된배터리를모든자동차회사에서생산되는차량이공통으로호환되어사용할수있도록추진된다면배터리수요와공급에보다효율적으로대처할수있을것이다. REFERENCES Chae AR, Kim WK, Kim SH, Kim BJ A demand forecasting for electric vehicles using choice based multi- Journal of Climate Change Research 2017, Vol. 8, No. 3

9 태양광발전을이용한전기자동차배터리충전및공급시스템에관한연구 273 generation diffusion model. The J of the Korea Institute of Intelligent Transport Systems 10(5): E-Country Index Vehicle registration status. Ministry of Land Infrastructure and Transport. EV Electric vehicle charger installation status by region. Ministry of Environment Electric Vehicle Charging Station. HEI First world atmospheric annual report. USA Health Effects Institute. Hwang SK Reviews on the strategies of recharging infrastructures for promoting electric vehicles. The Korea Transport Institute. IEA Global EV outlook International Energy Agency. Lee HY, Kim DI Photovoltaic generating system theory and installation guide book. Book Publishing Singisul. Lee YB, Kim JH Energy storage system model for facility plan connected with solar and wind power plant. J Inst Korean Electr Electron Eng 19(3): Kang CG, Jeon SY A study on establishment of proper installation criteria of electric vehicle charging station in Gyeonggi-do. Gyeonggi Research Institute. KECA Solar power installation guidebook. Korea Electrical Contractors Association. Kim ES, Energy storage system. InfotheBooks. Kim KO Car-sharing application for electric vehicle with smart phone. The Korea Transport Institute. Kim SJ, Kim WK, Kim BJ, Im HS A case study on optimal location modeling of battery swapping & charging facility for the electric bus system. The J of the Korea Institute of Intelligent Transport Systems 12(1): KNOC Status of distributors, gas stations, sales offices by region. Korea National Oil Corporation. Kwon YH, Choi YJ, Choi DH, Kim HW Security analysis on battery exchanges system for electric vehicle. The J of the Korea Information and Communications Society 16(2): ME A study on the strategy for Korean auto-oil business. Ministry of Environment. ME Press Releases. ( ). Korea-US joint research result. 52% domestic effect of particulate matter higher then overseas. Ministry of Environment. MOIS Amendments to the enforcement regulations of the dangerous goods safety management act. Ministry of the Interior and Safety. MOLIT Press Releases. ( ). Electric vehicle s steep growth, 35 times in 5 years. Ministry of Land Infrastructure and Transport. NIER National air pollutants emission. National Institute of Environmental Research. NCRTI Norway, June sales by vehicle type. Norwegian Council for Road Traffic Information. Park JY Electric vehicle deployment in Korea. Transportation Technology and Policy 11(4): Seoul City Press Releases. ( ). Seoul City, in partnership with the government, promotes the reduction of particulate matter in aging cars. Seoul Metropolitan Government. Shin BY The result of electric power demand review due to the expansion of electric vehicles. Seminar for building eco-friendly power supply system.

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