Vol. 281 2017. 11. 29 전력연동망 (V2G) 사업의국내 외동향과시사점 제주연구원김현철연구위원
Jeju Research Institute 제주연구원 제주연구원정책이슈브리프 2017 년 11 월 29 일 Vol. 281 발행처 : 제주연구원 발행인 : 강기춘 주소 : 63147 제주특별자치도제주시아연로 253 TEL. 064-726-0500 FAX. 064-751-2168 제주연구원은지역사회가안고있는현안문제에대해해결방안을모색하고자다양한정책방안을선제적으로제시하고있습니다. 본연구를토대로보다합리적이고발전적대안들이도출되어도민의삶의질적향상과제주발전에디딤돌이되기를기원합니다. 전력연동망 (V2G) 사업의국내 외동향과시사점 Contents Ⅰ. 들어가며 Ⅱ. 전력연동망의개념및국내현황 Ⅲ. V2G 관련주요국동향 Ⅳ. V2G 구현을위한선결조건 V. 시사점
Vol. 281 2017 3 Ⅰ. 들어가며 현재제주지역에보급된전기자동차의누적대수는 2017 년상반기기준, 1 만 4 천대를초과하고있고이는전국적으로가장높은수치임. - 전기차충전공공인프라또한구비가잘되어있어서전기자동차와관련해서는전국최상위지역이라해도과언이아님. - 이는 카본프리아일랜드 2030 계획 에의거하여전기차보급사업이활발히진행된결과임. - 2030 년에는 33 만대가량의전기차를보급한다는목표가설정되어있으며또한 전기차폐배터리구축센터 사업도진행되고있음. 제주의에너지정책차원에서진행되고있는전기차보급사업및이와관련된여타공공사업중중요하게보이는것은가까운장래에중요한비즈니스모델로서여겨지는전력연동망 (V2G) 사업의향후진행과이에대한준비가필요한것으로사료됨. - V2G 는전기차가기존에일방적으로전력망으로부터전력을공급받는것에서더나아가서전기차에들어있는전력을전력망으로되파는것을의미하며, 해외주요국에서는활발한 R&D 사업과시범사업을진행하고있음. - 지금의추세라면제주지역에앞으로상당한수량의전기차가보급될전망이며, 제주에는이미스마트그리드실증단지사업이후전도확산사업이계획중임. - 상술한다량의전기차, 스마트그리드인프라확충같은요인들은 V2G 사업의주요선결조건에해당되는것으로알려지고있음. 따라서, 본연구에서는전력연동망관련사업의국내외동향과선결조건등을고찰해보고자함. - 이를위해다음장에서는 V2G 의개념및국내현황을정리하고, III 장에서는 V2G 관련주요국동향을정리함. - IV 장에서는 V2G 구현을위한주요선결조건을기술하고, 마지막장에서는상술한내용을토대로제주에주는시사점을제시하고자함. Ⅱ. 전력연동망의개념및국내현황 전력연동망 (V2G) 은배터리에있는전력을평상시에는차를주행하는데사용하고, 전력사용이많은피크발생시에는충전된전력을전력망을통해반대로송전하여에너지를효율적으로사용하는것을말함 ( 김철환, 2015). - 전기자동차는일반자동차의엔진대신배터리에있는전력으로모터를구동하며전기차운전자가전기요금이싼심야시간대에배터리를가득충전해놓고, 출근한후배터리에남아있는전력을피크시간대에되파는것임. - 즉, 피크시에전력회사에전력을팔아서고객은돈을벌고, 전력회사는발전소가동률을줄이고자연스럽게수요관리를할수있는기술임. 전기차가전력망으로부터전력을공급받아움직을수있는면만을본다면전기차는에어컨이나냉장고와똑같이전력을소비하는장치이지만전기차배터리에저장되어있는에너지를다시전력망으로되돌려줄수있다면전기차는발전기역할을하는것임. - 국가적으로볼때발전력이남아도는밤시간에전기차를충전하여에너지를저장해두었다가전력수요가급증하는낮시간에이에너지를전력망으로되돌려준다면상당수의발전설비를건설하지
4 Jeju Research Institute 않아도될것임. - 여기에다전기차는대부분전력수요가많은도심지역에서운행을하게될것이므로장거리전력전송에필요한송전선로의건설도일부줄일수있을것으로기대되며전기차가전력수급위기를타개하는데일익을담당할수있을것임. - 최근에는 V2G 기술을응용한 V2H( 전기차의전력을가정으로재송신 ), V2B( 전력을건물에송신 ) 등의기술등이개발되고있으며, 이모든것을통틀어가능하게하는 V2X(Vehicle to everything) 가있음. V2G 기술개발은과거제주스마트그리드실증사업을통하여구현과실증을이미완료한상태이긴하지만 V2G 를시행하기위해서는해결해야할과제들이있음. - V2G 를시행하기위해서는전력수요관리시장과대규모의전기차보급, 전기차에양방향온보드차저 (On Board Charger: 교류를직류로변환시켜주는전력변환장치 ) 장착, 국제표준이적용된충전기개발등이필요하고, 또한아직까지높은배터리가격도여전한문제점으로남아있음. 산업부는최근 V2G 관련하여다양한시범사업을진행시켜왔음 ( 기초전력연구원, 2016). - 광주과학기술원과서울대학교캠퍼스를테스트베드로선정하고 10 대의전기차와충전과방전이가능한 V2G 설비를구축한후대학캠퍼스건물의피크전력을줄여서전기요금을절감하는실증사업을벌이고있음. - 여기에는전기차제작사와양방향급속충전기를만드는기업뿐아니라전력망을운영하는전력공기업도함께참여하여차량이용패턴을분석하고이와함께경제적인 V2G 운용방안도만들어내고있음. 한국전력공사가 2017 년부터부산에서전국최초로첨단전력공급기술인 V2H(Vehicle to Home) 를도입해정전에도전력을공급할수있는업무용전기자동차를운용함 ( 황석하, 2017). - 한국전력공사부산울산지역본부는현대자동차와함께 EV 비상전력공급장치 (EV-EPS) 를개발해테스트를거쳐시범사용을시작함. - 전기자동차에 EV-EPS 를설치하면정전발생때저압전기자동차의배터리를표준전력으로바꾼뒤긴급송전수단으로사용할수있으며현재한전부울본부는사내업무용전기자동차 아이오닉 108 대를보유중인데, 한전은 108 대모두 EV-EPS 설치를목표로하고있음. III. V2G 관련주요국동향 1) 1. 미국 미국은기업들이참여하는시범사업추진을통해기술개발에박차를가하고있음. - 미국내델라웨어대학의연구기관인 V2G Research Group 이관련기술의연구를오래전부터추진하며, 기술을주도하는것으로나타남. - 동기관은 2010 년 7 월오토포트사 (AutoPort, Inc.) 와관련기술의라이선스계약을맺은것으로나타났으며, 이계약을통해 V2G 기술이적용된 100 대의전기차를운영하는최초의대규모시범사업을진행하였음. 1) 본내용은 https://en.wikipedia.org/wiki/vehicle-to-grid 의영문을선별적으로발췌번역하였음.
Vol. 281 2017 5 - 이번시범사업의또다른참여자인 AC 프로펄션사 (AC Propulsion, Inc.) 의경우주요업체들과파트너십을맺고 R&D 를추진함. - V2G 기술의상용화를위해서는배터리기술의향상뿐만아니라전력망과전기자동차의데이터교환을위한통신장비와 IT 기술의도입 ( 예, Telematics) 등이부가적으로접목돼야할것으로판단됨. 미국은막대한자금을들여 V2G 기술에활발하게투자하고있음. - 차세대자동차기술연구에사용될재정마련을위한차세대차량기술개발법 (Advanced Vehicle Technology Act) 을통해 2010 년부터 2014 년까지총 28 억 5,000 만달러규모의지원금이연방에너지부 (US DOE) 를통해이루어져 V2G 기술개발이이루어지고있음. - 또한 2009 년 12 월에상정된미국전기차제조법 (American Electric Vehicle Manufacturing Act) 의도입으로미우편국 (USPS) 우편배달차량의전기자동차교체및 V2G 기능의전기자동차 2 만대가도입됨. 미국은앞으로도 V2G 기술개발을이끌며최대시장이될것으로예상됨. - 미정부의전기자동차상용화에필요한기술연구분야의투자는향후에도꾸준히이어지며, 전기자동차배터리의활용도를높일수있는 V2G 기술또한스마트그리드를접목해서큰시장으로부상될가능성이있을것으로사료됨. 당장의기술개발은중소기업위주로추진되고대기업들은상용화를시도할것으로사료됨. - V2G 관련산업은기술라이센스를통해실증사업을추진한 AutoPort 와 AC Propulsion 그리고향후사업에참여하는중소자동차부품생산업체들에의해기술개발이추진됨. - 지엠사 (GM), 포드사 (FORD) 와같은대형자동차업체들은실증을통해입증된기술을바탕으로상용화및대중화를이끌것으로전망됨. 2. 덴마크 덴마크는풍력발전에왕성한투자를하고있는국가이며, 20% 가량의에너지가풍력으로부터나오고있음. - 덴마크에는전국가적으로필요한총에너지의 40% 를충당할수있는충분한양의풍력터빈이설비되어있음. - 덴마크에있어서 V2G 기술개발현황은기존에시행된여러프로젝트에잘나타나있음. 먼저, 에디슨프로젝트 (Edison Project) 를들수있는데, 동프로젝트에서는전력망에부정적영향을주지않도록 V2G 시스템을이용하면서총전력의 50% 를수용할수있는충분한양의터빈을설치한다는목표를설정했음. - 풍력의예측불가성을완화시키기위해에디슨프로젝트에서는전기차이용을계획했음. - 즉, 전기차를풍력에너지와연결된전력망 (Grid) 과연계시켜서전력망이통제할수없는추가적풍력에너지를활용할수있는실험을한것임. - 첨두부화시 (peak energy use hours) 혹은바람의세기가약해지는시간에상술한전력망에연결된차량에저장된전력이다시전력망으로흘러들어가게하는것임. - 그러한실험에참여할전기차를보조해주기위해덴마크조세당국은전통적개솔린차에는중과세를
6 Jeju Research Institute 부과하고, 전기차에는면세 ( 해주거나아주극미한세율을부과 ) 해주는조세차별 (tax differential) 을실시함. - 이로인해덴마크의전기차시장가치는 2020 년도에는 3 억 8 천만달러의시장으로성장할것으로예상됨. - 또한, 재생에너지를사용하는전기차의개발및활성화로인해덴마크는 V2G 혁신에있어서마켓리더로자리매김할것으로예상되고있음 (ZigBee 2010). 에디슨프로젝트이후니콜라프로젝트가개시되었는데, 동프로젝트는덴마크기술대 (DTU: Technical University of Denmark) 의 Risø 캠퍼스에위치한연구실의 V2G 기술에집중하는프로젝트이며덴마크기술대는 Nuvve 그리고닛산과파트너관계를유지하고있는곳임. 니콜라프로젝트는 2016 년에막을내렸으며, V2G 를실생활에적용시키는파카프로젝트 (Parker Project) 로이어졌음. - 파커프로젝트는 DTU, Insero, Nuvve, Nissan 등과합작으로진행되었음. - 기술개발이외에도동프로젝트는과부하방지 (Overload Protection), 피크부하저감 (Peak Shaving) 등 V2G 의여타타입의비즈니스모델및관련위탁생산 (OEMs) 과 V2G 기술을통합시키는시도를하고있음. - 파커프로젝트는 2016 년 8 월에시작하여 2 년간진행될예정이며, 차후에다른프로젝트로이어질계획임. 3. 영국, 일본 영국은 V2G 기술및산업을활성화하는데있어서스마트그리드와의접목에더집중하고있음. - 영국의 V2G 시장은점차큰비중을차지하고있는스마트그리드와전기자동차의대량생산에의해더욱활성화될것으로예상됨. - 최근영국은전기차채택의속도를높이는방향으로전략을세웠음. - 그전략안에는실시간전기요금정보를제공하는전력관리장치인스마트미터기를포함하며, 이유는대부분의 V2G 활용가능한전기차가대형의전력망에이용되기위해서스마트미터기가있어야하기때문임. - 런던으로의전기배달계획 (Electric Delivery Plan for London) 에따르면 2020 년에영국, 런던의모든가정에대략 1.7 백만의전기차에스마트미터기가설치될계획을명시하고있음. - 이로인해영국의전기차시장가치가 2015 년 1 억달러에서 13 억달러로증가할것으로예상되고있음 (ZigBee 2010). 일본의 V2G 기술개발현황을보면, V2G 의일종인 V2H(Vehicle to Home) 에더욱집중하고있는경향을보임. 일본의경우를보면최근전기차시장에서선두주자로발돋움하고있음을알수있음. - 일본총에너지의 10% 를재생에너지로대체한다는 2030 년도의목표를달성하기위해서현재의전력망인프라를업그레이드하는데 711 억달러의예산을투입하고있음. - 이는특히일본이 V2G 관련신기술을개발하는데주력하는데서도읽을수있음.
Vol. 281 2017 7 - 일본의전기차충전인프라시장은 2015 년의 1 억천 8 백만달러에서 2020 년의 12 억달러로확대될것으로예측되고있음 (ZigBee 2010). - 2012 년에일본의전기차회사인닛산은자사의전기차종인 LEAF 에장착할수있는키트를시장에출시했는데이키트를차에장착하면전기차가가정으로전력을공급할수있게됨 ( 일종의 V2H 인셈임 ). - 일본가정의하루전력소비량은 10kwh~20kwh 이며 LEAF 의 24kwh 배터리용량으로상술한키트 (KIT) 를활용하면일본평균가구에이틀치의전력을공급할수있게됨 (ZigBee 2010). Ⅳ. V2G 구현을위한선결조건 V2G 기술이상용화되기위해서는인프라여건, 기술적여건, 제도적여건등여러선결조건들이구비되어야함. 1. 인프라 (1) 전기자동차보급 V2G 기술을구현하는데있어서가장중요한부분은전기차의수량임. - 전기차는한대당 20kWh 내외의전력을담을수있기때문에소용량에너지저장장치 (ESS) 로볼수있음. 2) - V2G 는기본적으로몇십만대의전기차가동시방전으로피크를절감하는서비스기술이어서, 전기차시장활성화가필수적이라고할수있음. 특히제주지역처럼고립되어있어서외부로부터전력공급지원을제약적으로만받을수있는지역에서 V2G 기술은큰효과를발휘하게될것임. - 전기차가수십만대정도만보급되어도원자력발전기몇대의역할을할수있을것으로예측되고있음. 3) < 표 1> 은제주도내전기차보급현황으로서 2013 년 ~2017 년상반기까지의제주도내자동차등록대수, 역외세원, 도내자동차등록대수및전기자동차수에대해정리한것임. - 2016 년전기차보급대수는 6,374 대 ( 자료 : 제주특별자치도전기자동차과내부자료 ) 로교통현황과맞지않는이유는 2016 년에계약한물량을 2017 년에인수받았기때문이며따라서 3,608 대는실제운행차량임. - ( ) 안은 2016 년도, 2017 년도각각해당년도등록차량임. < 표 1> 에서나타난것처럼 2017 년도제주도내전기차누적등록대수는 14,197 대임. - OBC 용량을 3KW 로방전한다고가정한다면시간당 42,600KW 가량을절감할수가있음. - 상술한절감효과는카본프리아일랜드 2030 에서계획된목표가달성되면 ( 혹은목표치에미치지못하더라도 ) 엄청난절감효과를달성할수있음을시사함. 2) 국가기술표준원기술보고서 (2016), 전기자동차산업과국제표준화동향, 제 83 호. 3) 문승일 (2015), [ 이슈와전망 ] 전기차 V2G 에거는기대, 디지털타임즈, 2015 년 3 월 12 일 1 면기사.
8 Jeju Research Institute - 따라서, V2G 기술의제주지역내상용화를위해서도지속적인전기자동차의안정적보급이중요하다고볼수있음. < 표 1> 제주도내전기차보급현황 ( 단위 : 대 ) 구분 2013 2014 2015 2016 2017 상반기 자동차등록대수 334,426 384,117 435,015 467,243 482,865 역외세원 53,395 83,288 120,413 115,737 120,815 도내자동차대수 281,031 300,829 314,602 351,506 362,050 전기자동차 302 674 2,369 3,608(6,374) 7,244(4,478) 누적전기자동차수 302 976 3,345 6,953 4,197 자료 : 제주특별자치도전기자동차과 ; 역외세원은등록상주소는제주이고, 실제운행은타지역인차량 (2) 스마트그리드인프라 2009 년에중소기업, 연구기관, 대기업등 168 개업체가참여하는제주스마트그리드실증단지사업 5 개분야가제주시구좌읍의 6,000 여가구를대상으로 2013 년 5 월까지 42 개월의일정으로추진됨. - 향후전국단위충전인프라구축과 V2G 및 ICT 서비스구축이라는 스마트그리드국가로드맵 (2010) 을제시하였음 ( 제주특별자치도스마트그리드과, 2011). < 표 2> 는제주스마트그리드실증단지사업의분야별컨소시엄참여기업을나타내며이의구성, 내용등은다음과같음. < 표 2> 분야별컨소시엄참여기업현황 분야주도기업참여기업예산 지능형소비자 (80 개사 ) 지능형운송 (41 개사 ) 지능형신재생에너지 (30 개사 ) 지능형전력망 지능형전력시장 SK 텔레콤 KT LG 전자 한국전력 한국전력 SK 이노베이션 GS 칼텍스 한국전력 현대중공업 포스코 ICT 한국전력 한국전력 전력거래소 출처 : 제주특별자치도스마트그리드과 (2011.5) 삼성전자, 일진전기등 22 社 삼성 SDS, 삼성물산등 18 社 LG 유플러스, GS 건설등 8 社 대한전선, 누리텔레콤등 28 社 삼성 SDI, 롯데정보통신, LS 전선등 20 社 SK 네트웍스, 르노삼성등 9 社 LG CNS, ABB 코리아등 9 社 남부발전, 효성, LS 산전등 15 社 맥스컴, 매가베스등 5 社 LG 화학, 대경엔지니어링등 7 社 한전 KDN, 전기연구원등 9 社 우암코퍼레이션, 바이텍정보통신등 6 社 정부 : 190 억원민간 : 789 억원 정부 : 151 억원민간 : 379 억원 정부 : 109 억원민간 : 311 억원 정부 : 205 억원민간 : 121 억원 정부 : 86 억원민간 : 129 억원
Vol. 281 2017 9 - 구성 : 실증사업은스마트소비자, 스마트운송, 스마트신재생, 스마트전력망, 스마트전력시장 5 개분야로구성되며, 전력 통신 자동차 가전등스마트그리드유관기업 (168 社 ) 으로구성된 12 개컨소시엄참여 - 내용 : 실증단지전력시장개설과스마트그리드환경을구축하여관련된기술개발및기업들의비즈니스모델을검증 - 비즈니스모델은실시간요금제, 실시간전력시장, 지능형수요관리시장, 전기차관련사업, 신재생에너지와전력저장장치의전력망연계, 전력망고도화등을포괄함. - 예산 : 정부 766 억원, 민간 1,729 억원으로총 2,495 억원투자 < 표 2> 에서지능형운송을주요실증분야로선정한이유는자동차산업에대한패러다임이환경과에너지문제로급격히변해갈것으로예상한결과이며, 특히 V2G 기술실증과깊은연계를지니고있음. 4) - 지능형운송의구성은전기자동차, 충전인프라와통합운영센터 (NOC: Network Operation Center), 종합관제센터 (TOC: Total Operation Center) 로구성되어있음. Smart Transportation 추진일정과주요실증현황은 < 표 3> 과같음. < 표 3> 지능형운송 (Smart Transportation) 단계별추진현황 구 분 1 단계사업 (2010. 12 ~ 2012. 5) 전기자동차 - 31 대제작 ( 리튬배터리 ) 전기차충전기 전기차배터리및양방향 OBC NOC 구축운영 - 56 기제작 - 16kWh 배터리 /BMS 개발및검증 - NOC 데이터서버 - 보안서버도입 2 단계사업 (2012. 6 ~ 2013. 5) - 25 대추가제작 - EV 사용자분석 - 33 기추가제작 - 충전기운영분석 - 양방향 OBC 개발및성능검증 - 충전기운영분석 - NOC EV 통신연계 - V2G 연동실증 출처 : 최진영, 박은성 (2014) - 1 단계사업 (2010.12~2011.5) 기간동안지능형운송인프라구축은전기자동차, 급속충전기, 완속충전기, 양방향 OBC(On-board Charger) 개발, 통합운영센터통신설비등의하드웨어기술개발은성공적으로완료되었음. - 2 단계사업 (2011.6~2013.5) 의목적은지능형운송인프라운영을통하여스마트그리드시장형성기간을단축하고전기자동차관련사업모델을개발하는것임. - 이에따라전기자동차세어링서비스사업, 관광회사와연계한전기자동차렌탈서비스사업, 전기자동차택시사업, 전기자동차충전사업등이추진됨. - 2013 년이후전도확산이예정되어있었으나현재답보상태에있음. - 향후기술적인측면에서전기자동차의배터리를이용한 V2G 를수행하기위해서는전력망운영자로부터수많은전기자동차와운영자에게제어신호를전송할수있는인프라가구축되어야함. 4) 최진영, 박은성 (2014)
10 Jeju Research Institute 여기에는유선및무선통신, 인터넷, 전력선통신등이필요함. 2. 기술및제도여건 (1) 기술여건 전기차는외부에서충전용전력을공급받아야하는데이러한전력공급장치를충전기 (Charger) 라고통칭하며전력전자를이용하여교류를직류로변환하여차량의배터리에직접전력을공급하는급속충전기 (Quick Charger, 또는 Fast Charger) 와공공장소에서교류전력을공급하는역할을하는완속충전스탠드 (Charging Stand), 가정또는직장등에서간단하게설치하고교류전력을공급하는홈충전기등으로분류할수있음. 5) - 충전스탠드나홈충전기의경우, 교류전력을그대로공급하기때문에차량탑재형충전기 (OBC, On- Board Charger) 에서이를직류변환하여배터리에충전함. - 차량에충전시가정용전력설비의용량과충전시의안전등을고려하여, 교류전력을공급하는경우에도이러한충전기들을사용하는것이세계적인추세임. - 직류충전시스템은대용량충전기 (DC Quick Charger) 가전기차와인터페이스통신을통하여배터리에직접충전을하는시스템임. - 현재국내의통신방식은 CAN 통신을사용하고있으며, 인터페이스는 CHAdeMO 와유사한방식의국내단체프로토콜 ( 한전 -HMC 공동개발 ) 을따르고있음. V2G 가원활히작동되기위해서는기존의단방향충전기에서전기를그리드로되돌려보낼수도있는양방향충전기의차량내탑재가이루어져야함. 6) - 일반적으로전기자동차는단방향충전기를사용하여계통으로부터전기에너지를공급받아배터리를충전하고, 배터리에저장된전기에너지를사용하여차량을동작시킴. - 최근전기자동차를스마트그리드영역에서활용하려는시도가다양하게이루어지고있음. - 특히충전기를양방향으로사용하여전기자동차배터리에저장된전기에너지를전력망으로재송전함으로써운전자가전기요금이저렴한야간시간에전력을저장한뒤요금이비싼주간시간에되팔수있게됨. 최근현대모비스가전기차에탑재되는양방향충전기 ( 양방향 OBC) 를국내최초로개발했으며, 이번에개발된충전기는 V2G(Vehicle To Grid) 구현에핵심적인제품임 ( 변지희, 2017). - V2G 는전기차 (EV), 플러그인하이브리드차 (PHEV) 등충전식차량을충전했다가주행후남은전기를다시전력망으로송전하게해주는기술이며, 전기차가움직이는에너지저장장치 (ESS) 의역할을하는것임. - V2G 는 2020 년께국내에서도상용화될것으로전망되는데양방향 OBC 의크기를절반으로줄이고에너지손실율도한층더낮추는기술개발을시도하고있음. - 양방향충전기가상용화되는시점부터기업간제품에대한기술개발의경쟁이가속화되어향후 V2G 체계활성화에큰촉매역할을할것으로기대됨. 5) 최도영 (2012), 전기자동차보급의에너지수급영향분석, 한국에너지경제연구원. 6) 정세형외 3 인 (2015.2), V2G V2H 기능을갖는 3.3kW 급전기자동차용양방향충전기, 전력전자학회.
Vol. 281 2017 11 (2) 국제표준에부합하는국내표준제정 V2G 관련한단수의국제단체와국제표준명이존재하며대표적으로다음과같은단체등이있음 ( 이현기, 2014). - IEEE: 전기전자기술자협회 (Institute of Electrical and Electronics Engineers) 는전기전자공학전문가들의국제조직이며미국의뉴욕에위치하고있음. 주요역할은전기전자에대한산업표준회의를통하여결정하고이것을공표하여, 산업기기간의표준화를구현하는것임. - UL: UL(Underwriters Laboratories) 은 Underwriters Laboratories Inc( 미국, 시카고소재인증회사 ) 이검증하는인증임. Underwriters Laboratories Inc 은인증마크를발행한리스트를관리하고이용자들에게제공하여재료나제품등의검사이력을알리는역할을하고있음. - IEC: 국제전기표준회의 (International Electrotechnical Commission) 는전기, 전자, 통신, 원자력등의분야에서각국의규격 표준의조정을행하는국제기관임. 1906 년에설립되어 1947 년이후는 ISO 의전기 전자부문을담당하고있으며본부는스위스의제네바임. < 표 4> 는 V2G 와관계된전기자동차충 방전관련표준및문헌을정리한것임 ( 김철환, 2015). - IEEE P2030.1 은전기자동차제조자, 인프라개발자및소비자들을위한가이드제공에대한가이드를제시 - IEEE 1547.2 는분선전원의계통연계에대한일반적인요구사항과전력품질제한사항등과관련된가이드라인제시 - UL 9741 은양방향전기자동차충전시스템에요구되는사항들을기술 - UL 2231-1 은전기자동차전력공급설비에대한대인보호시스템의일반적인사항관련기술 - IEC 61851-1 은전기자동차충전시스템의일반적인요구사항들에대한기술 < 표 4> 전기자동차충 방전관련표준및문헌 표준명내용 IEEE P2030.1 IEEE 1547.2 UL 9741 UL 2231-1 IEC 61851-1 Draft Guide for Electric Sourced Transportation Infrastructure IEEE Standard for interconnection Distributed Resources with Electric Power Systems Outline of Investigation for Bidirectional Electric Vehicle Charging Systerm Equipment Standard for Safety for Personnel Protection Systems for Electric Vehicle Supply Circuits Electric Vehicle Conductive Charging Systerm 출처 : 김철환 (2015) < 표 5> 는전기자동차충전인프라표준제정단체및표준명을정리한것임 ( 김철환, 2015). - ISO TC 22/SC 3 은자동차의전기전자장치혹은기기에대한표준을다룸.
12 Jeju Research Institute < 표 5> 전기자동차충전인프라표준제정단체및표준명 단체및표준명 ISO TC 22/SC 3 ISO TC 22/SC 21 IEC TC 69 IEC TC 21 IEC SC 23H 분야 Electrical and electronic equipment Electrically propelled road vehicles Electrical road vehicles and electric industrial trucks Secondary cells and batteries Industrial plugs and socket - outlets 출처 : 김철환 (2015) - ISO TC 22/SC 21 은전기자동차성능, 안전및 HEV, FCEV 등 13 종및 PHEV, 리튬 2 차전지등 4 종표준개발에대한것을다룸. - IEC TC 69 는충전장치, 모터등전기적부품에대한표준제정을다룸 ( 이외에도 IEC 61851, IEC 62576, IEC 61980, IEC 61981 등이있음.) - IEC TC 21 은배터리셀, 모듈의성능및안정성등에과한표준제정 - IEC SC 23H 는산업에쓰이는플러그, 소켓등에대한표준제정을다룸. 전력연동망 (V2G) 의도입및활성화를필요한것들중중요한기술요인중하나가상술한관련기술에대한국제표준이제정되고있으며, 이에대한국내표준이제정되어야함. 7) - 한국은스마트그리드로드맵의지능형운송 (Smart Transportation) 분야에 V2G 시스템이포함됨. - 전기자동차및 V2G 시스템의보급을위해서는우선적으로전기자동차의 V2G 에대한규정을마련하는것이필수적임. - 그러나현재제정된규정 ( 기술수준및판단기준 ) 들은대부분전기자동차충전과관련됨. - V2G 설비는충전뿐만이아니라계통으로전력을공급하므로이에대한규정제정이반드시필요함. - 따라서해외선진국의 V2G 기술동향과국제표준등을면밀히파악하여국내실정에맞는기술수준의제정이요구됨. (3) 전력시장자유화 전력연동망관련하여기술문제와인프라여건이모두해결된다면최종적으로전력을자유롭게사고팔수있는전력시장이필요하게됨 ( 조성봉, 2016). - 현재한국의전력시장은 5 개발전공기업과 14 개발전사업자가전기를생산해전력거래소에판매, 이를한전이구매해소비자에게공급하는구조여서전력의수급자가자유롭게시장안에서거래하는형태와는거리가있음. 선진국들은일찌감치전력자유화를진행해왔음 ( 김정민, 2016). - 노르웨이는 1991 년전력자유화를실시했고, 1996 년부터는유럽연합 (EU) 국가들도순차적으로전력자유화를시행중임. 7) Lee, Kyu Je (2016), 'EV Charging Infrastructure Service and Standardization Issue', EV Technology & Service Standards Forum.
Vol. 281 2017 13 - 일본은 2000 년 2,000 kw h 이상전력을사용하는대형소비처부터단계적으로전력소매시장을개방했고, 2016 년 4 월부터는일반가정용까지전면개방한상태임. - 일본의전력사업자대부분은가스발전소를통해발전, 소매분야사업을하거나태양광등대규모신재생에너지를생산 판매함. - 이과정에서이종산업과결합한새로운사업도등장하는분위기이며일례로전력과통신, 방송등다른서비스를결합하는식임. 기획재정부, 산업통상자원부가최근발표한 전력판매시장기능조정방안 에따르면앞으로전력소매시장을단계적으로민간에개방해경쟁체제를도입할계획임 ( 기획재정부, 2016). - 앞으로는한전뿐아니라다수민간사업자가전력거래소에서직접전기를사다가팔수있게됨. - 물론지금도연간 3 만kW h 이상의대형소비자의경우한전을거치지않고직접전력거래소에서전기를사서쓸수있긴하지만한전을통한구매비용보다직거래비용이더비싸유명무실한상태임. - 현재한국의전력자유화가과거에비해상당히완화되긴했지만 V2G 를완벽하게구현하기에는제약과한계가존재하는것이사실임. - 또한근본적으로전력시장의규제완화는지방정부보다는중앙정부의영역에속한다고볼수있음. 스마트그리드인프라확충이정착되고전기차보급이확대될수록 V2G 체계가실현될잠재력은더욱커질것으로사료됨. - 제주의경우스마트그리드의인프라가있지만 V2G 가상용화및활성화되기에는미약한수준이어서스마트그리드전도확산사업이조속히진행되어스마트그리드인프라가제주도내정착되어야할필요가있음. - 따라서 V2G 의실현및활성화를위해서제주도는특별자치도의위치를십분활용할필요가있음. - 즉, 전기자동차와스마트그리드를이용하여전력거래를하고자할때의애로요인을찾아내어완화시킬수있는조례를제정하는것에대해추후검토해볼필요가있음. Ⅴ. 시사점 전력연동망 (V2G) 은그배터리에있는전력을평상시에는차를주행하는데사용하고, 전력사용이많은피크발생시에는충전된전력을전력망을통해반대로송전하여에너지를효율적으로사용하는것을말함. 아직 V2G 에대한상용화가활성화되지는않고있지만미국, 영국, 덴마크, 일본등에서활발히연구개발이되고있고, 시범적인사업또한진행되고있음. 제주는이미수년전에 스마트그리드실증사업 을완료했고, 카본프리아일랜드 2030 계획 을설정하고이의목표달성을위해서전기차보급사업, 대규모해상풍력단지조성사업, 전기차배터리재생사업등다양한정책을추진하고있음. - 상술한요인을감안할때, V2G 사업은제주의에너지정책과연계된지역특이적이고훌륭한비즈니스모델이라할수있으며이에대한다각적준비가필요할것으로사료됨.
14 Jeju Research Institute 제주지역에서 V2G 에대한선결요건의충족을위해우선적으로고려되어야할주요정책으로서는전기차산업전범위에대한인프라확충을통한전기차보급확대, 풍력발전과전기차의연계방안, 스마트그리드의전도확산등이필요할것으로사료됨. 전기차산업부문의범위는단지생산 - 구매단계를넘어 생산 인프라 구매단계 - 이용 유지단계 총 4 단계로나누어볼수있으며 V2G 가잘정착되기위해서는 4 단계전범위에대한고려가필요할것으로판단됨 ( 기초전력연구원, 2016). - 생산단계에서는전기차개발, 전기차전용부품개발, 배터리개발등이있으며, 이중배터리에대한기술개발이많이이루어진상태임. - 인프라단계는 충전인프라구축 운영 과 전력망연계 (V2G) 가있고, 특히제주지역의 충전인프라구축 운영 은다른지역에비하면상대적으로많이보급된상황이나계획에는미치지못하고있는상황임. - 구매단계는 보조금세제혜택, EV 보험, 리스등소비자금융 등이있고, 이중제주는보조금세제혜택항목은타지역대비가장왕성한지원을보이고있음. - 나머지 EV 보험, 리스등소비자금융 은지역녹색금융의일환으로지역내금융기관과공조하여비즈니스모델창출에대한숙고가필요하다고사료됨. - 이용 유지단계는 전기차정비, 전기차중고차거래, 배터리 4R(Reuse, Recycle, Refabricate, Resell), 전기차점검 검사, 전기차개조 등이있음. 이용 유지단계에대한고려는지역산업및고용창출에도직결되는문제여서향후 4 차산업과연계하여적절한정책고려가필요할것으로사료됨. 전술한덴마크의경우를보더라도, 전력수급균형및풍력발전의출력불안정에의한전력과주파수의불안정을막기위해 V2G 를적용하고있음. - 제주도의경우 카본프리아일랜드 2030 계획 을실현하는데대규모풍력발전단지를계획하고있고, 향후이와연계할수있는방안을강구할필요가있음. 기존스마트그리드실증단지인프라의전도확산사업을통해인프라가상당부문확충된다면전력연동망과관련된사업을실시할수있는여건이조성될수있다고사료됨. - 기존스마트그리드실증사업에서 V2G 와연계해서는제주 ST 실증사업에서실계통테스트를완료했으며, 적용기술을확보하였음 ( 기초전력연구원, 2016). 급속충전기반의 V2G 실증이었으며, 차량용양방향온보드차저 (OBC: On Board Charger) 까지개발을완료하였음. 이실증사업이후, V2G 만을위한시범사업이추진되었으며, 주내용은전체시스템운영, 전기차, 충전기, 각각의구축기관별체계적사업운영등임. V2G 관련실증연구는실증단지주변만을넘어서추후더욱넓은지역을포함한데이터셋기반에서이루어져야할것으로사료됨. - 본래 2013 년이후기존스마트그리드실증단지의전도확산사업이예정되어있었으나현재는답보상태임. 상술한 V2G 실증연구를포함한지속적인정책적고려가필요할것으로사료됨.
Vol. 281 2017 15 참고문헌 국가기술표준원기술보고서 (2016), 전기자동차산업과국제표준화동향, 제 83 호. 기초전력연구원 (2016), V2G(Vehicle to Grid) 실증분석을통한활성화방안연구. 기획재정부 (2016. 6.14), 에너지 환경 교육분야공공기관기능조정- - 5개기관통 폐합, 2개기관구조조정, 29개기관업무조정, 보도자료. 김경민 (2016), 전력시장자유화논란 민간개방취지좋지만전기료급등우려 매일경제 2016년 7월 4일자기사. 김남일 (2013), 에너지기술수출산업화전략연구 : 그린카시장전망과스마트그리드연계전략연구, 에너지경제연구원기본연구보고서. 김철환 (2015), V2G & 전기자동차전원설비관련규정연구, 대한전기협회. 문승일 (2015), [ 이슈와전망 ] 전기차 V2G 에거는기대, 디지터타임즈, 2015년 3월 12일 1면기사. 변지희 (2017), 현대모비스, 전기차탑재되는 ' 양방향충전기 ' 국내최초로개발, 조선비즈., 2017년 8월 16일기사. 제주특별자치도스마트그리드과 (2011.5.27.), 제주 Smart Grid 실증사업추진현황및전망. 조성봉 (2016), 어떻게생각하십니까 - 전력판매시장민간개방, 서울경제 2016. 7.14일자기사. 이현기 (2014), 전기자동차충전인프라표준분석및대응전략, 오토저널. 정세형외 3인 (2015.2), V2G V2H 기능을갖는 3.3kW급전기자동차용양방향충전기, 전력전자학회. 최도영 (2012), 전기자동차보급의에너지수급영향분석, 한국에너지경제연구원. 최진영 박은성 (2014), 스마트그리드환경에서전기자동차배터리를이용한 V2G 활용방안관한연구, 전기학회논문지 Vol. 63, No. 1, pp.40~45. 황석하 (2017), [2017 클린에너지부산원년 ] 횟집 수족관정전걱정마세요 한전, 전기차로비상전력공급. 부산일보 2017년 10월 27일자 2면기사. Lee, Kyu Je (2016), EV Charging Infrastructure Service and Standardization Issue, EV Technology & Service Standards Forum. ZigBee (2010), Solutions for Today, Building for Tomorrow, wireless Japan 2010. 관련웹사이트 위키피디아, https://en.wikipedia.org/wiki/vehicle-to-grid 본내용은연구자의개인적견해이며제주연구원의공식적인견해와는다를수있습니다. 내용문의 : 제주연구원김현철연구위원 (T. 064-726-6148 / hyuncheo@jri.re.kr)
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