ISSN 1975-8359(Print) / ISSN 2287-4364(Online) The Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers Vol. 63, No. 1, pp. 10~17, 2014 http://dx.doi.org/10.5370/kiee.2014.63.1.010 제주도에서전기자동차보급이전력계통에미치는영향 The Effects of Penetration of the Electric Vehicles on the Electric Power Grid in the Jeju Island 오성보 * 이개명 황충구 ** (Seong-Bo Oh Gae-Myoung-Lee Choong-Gu Hwang) Abstract - The Jeju Special Self-Government Provincial Government has made the plan penetrating gradually electric vehicles(evs) in the Jeju Special Self-Government Province(Jejudo). However the effects of EVs penetration on the electrical grid of the Jejudo is not reported. In this paper the yearly electric energy consumed by the EVs was calculated and the effects of the EV penetration on the peak power of the grid were analyzed in the Jejudo for the future 10 years, and we hope that our study results will help the governors realize the EVs penetration plan in the Jejudo. The calculation results show that the rate of the electric energy used by the EVs will become to 2.9% at its maximum at the 2017 year when the penetration rate of EVs in passenger cars becomes 10%, and the rate of the electric energy consumed by the EVs will become to 9.4% at its maximum at the 2020 year when the penetration rate of EVs in passenger cars becomes 30%. The concepts of smart-charging capacity and 100%-valley-filling charging capacity of the grid were defined and calculated for the Jeju Grid, and the grid was analyzed to have the sufficient EV charging capacity until the 2022 year. Key Words : EV(electrical vehicle), Estimation of electrical energy, Fuel economy, Penetration of EVs, Smart-charging capacity 1. 서론한국공업규격의분류에의하면원동기의종류에따라자동차는휘발유자동차, 디젤자동차, 가스자동차, LP가스자동차, 전기자동차, 트롤리버스, 배터리카, 가스터빈자동차로분류되며, 통상적으로일반인이사용하는자동차는전자의 5종이다 [1]. 전기자동차에는내연기관과모터로운행이가능하고외부전원으로부터배터리충전이가능한 PHEV(Plug-in hybrid electric vehicle), 모터로만운행이가능하고외부전원으로부터배터리충전전기에너지를공급받는 EV(electric vehicle) 그리고내연기관과모터로운행이가능하지만외부전원으로부터충전이불가능한 HEV(hybrid electric vehicle) 로구분된다. HEV는외부에서공급되는에너지가석유류연료이므로모터기반의구동시스템을갖추고있지만연비가개선된기존의석유류자동차 ( 휘발유자동차, 디젤자동차, 가스자동차, LP가스자동차를총칭 ) 로분류할수도있다. 외부로부터충전이가능하다는점에서 EV와 PHEV을 PEV(plug-in electric vehicle) 로총칭하기도한다 [2]. PEV는배터리와관련되어배터리의가격, 무게, 부피, 충전시간, 1회충전이동거리등에서약점을갖고있지만높은연비, 운행중공해를유발하지않는다는점, 연료즉전기 * Dept. of Electrical Eng., Jeju National Univerity, Korea ** Incheon Thermal Power Site Division, KOMIPO, Korea Corresponding Author : Dept. of Electrical Eng., Jeju National Univerity, Korea E-mail : myounglk@jejunu.ac.kr Received : May 27, 2013; Accepted : December 13, 2013 에너지를신재생에너지로공급가능하다는점등으로인해향후발전가능성이높은운송수단이다. 우리나라에서시연비를평가받고 에너지관리공단수송에너지 사이트에등록된 EV는 2011년고속전기자동차 1 종, 2012년고속전기자동차 1종, 저속전기자동차 1종이며, PHEV는 1종도출시되지않았다 [3]. 미국의경우연비를평가받고 EPA(Environmental Protection Agency) 사이트에등록된 EV는 2011년 4종, 2012년 7종, 2013년 7종이며, PHEV는 2011년 1종, 2012년 3종, 2013년 3종이다 [4, 5]. PEV는전력계통또는외부의독립된전기에너지원으로부터전기에너지를공급받아운행되므로 PEV의보급은전력계통의설비와전원계획에영향을주게된다. 현재까지는 PEV의보급이저조하여전력계통에미치는영향이미미하지만, 향후보급이확대될가능성이있으므로 PEV 보급이전력계통에미치는영향을평가하여대비할필요가있으며, PHEV가등장하면서부터전세계적으로이분야에대한연구가활발하게진행되고있다 [2, 6-10]. 국내에서는아직전기자동차의보급이미진한관계로연구사례가많지는않다 [11-15]. 제주특별자치도는 Carbon Free Island Jeju by 2030 계획 을실현하기위해 제주전기자동차시범도시세부추진계획 을수립하였다. 이계획에의하면 1단계로 2017년까지운행자동차의 10% 를, 2단계로 2020년까지 30% 를, 3단계로 2030년까지 100% 를전기자동차로대체하는것으로되어있다. 전기자동차보급계획은수립되었으나전기자동차의보급에따른전기에너지증가량에대한예측과전력계통에미치는영향에대한연구는아직이루어지고있지않다. 본 10
Trans. KIEE. Vol. 63, No. 1, JAN, 2014 논문에서는이런계획일정에따라전기자동차보급이이루어지면 2022년까지예상되는전기자동차대수와전기자동차가사용할전기에너지를예측하고제주전력계통에미치는영향을분석하고자한다. 단, 승합자동차와화물자동차분야의전기자동차상용화는지연되고있으므로승용차에국한하여석유류자동차가전기자동차로대체되는것으로전제하였고, 또보급될전기자동차의유형도 PHEV형은고려하지않고 EV형전기자동차만보급되는것을전제로연구내용을한정하였다. 이하기술에서전기자동차는 EV를의미한다. 전기자동차보급에따른사용전기에너지증가량을예측함에있어기존의연구에서는전기자동차의 1일주행거리, 충전전력, 충전시간, 충전시나리오, 및전기자동차예측대수를기반으로필요전기에너지량을계산하고있다. 본연구에서는공인된전기자동차의연비, 1일주행거리, 보급될전기자동차예측대수를기반으로향후 10년간전기자동차보급에따른사용전기에너지증가량과피크전력증가분을계산하고, 이값을제6차전력수급계획에서제시하고있는제주지역전기에너지및피크전력전망치와비교하고자한다. 계산과정에서자동차의용도에따라 1일주행거리가크게다르기때문에예측의정확도를높이기위해승용전기자동차의분류를관용, 자가용, 영업용으로구분하여사용전기에너지증가량을계산하였다. 2. 전기자동차가사용하는전기에너지 2.1 전기자동차가사용하는전기에너지계산방법 전기자동차가연간사용하는총전기에너지 (1) 로시된다. 여기서, 연비, 전기자동차대수, 일주행거리 이다. 첨자 는전기자동차의용도별분류를시하기위해도입된것으로, 승용전기자동차를용도별로관용, 자가용, 영업용으로구분하여계산하였다. 위식에서 는각소속군전기자동차전체의 1일주행거리 이며, 는소속군전기자동차전체의 1일사용전 기에너지가된다. 2.2 전기자동차인증연비 우리나라와미국은자동차연비를도심주행연비 (City Fue l Economy), 고속도로주행연비 (Highway Fuel Economy) 및이두값을 55% 대 45% 로가중평균한복합연비 (Combined Fuel Economy) 로구분하고이들 3가지연비정보를제공하고있다. 우리나라에서시연비를평가받고 에너지관리공단수송에너지 사이트에등록된전기자동차는 1과같이 2011년고속전기자동차 1종, 2012년고속전기자동차 1종, 저속전기자동차 1종이다. PHEV는 1종도출시되지않았다 [3]. 미국의경우연비를평가받고 EPA(Environmental 모델명 1 우리나라전기자동차의시연비 Table 1 Formally expressed fuel economy of EVs in the Korea 도심주행연비 고속도로주행연비복합연비 [km/kwh] 공차중량 [kg] 등급 출시년도 레이 5.4 4.6 5 1,185 고속 2012 Change 4.3 4.3 840 저속 2012 SM3 ZE 4.2 3.9 4 1,565 고속 2011 2 미국에서공인된 EV 의연비 2013 년 2 월 28 일기준 Table 2 Formally expressed fuel economy of EVs in the USA 도심고속도로복합차종출시모델명주행연비주행연비연비분류연도 [km/kwh] SCION iq EV 6.59 5.01 5.78 small car 2013 HONDA Fit 6.30 5.01 5.64 MITSUBISHI i-miev SMART ForTwo Cabriolet SMART ForTwo Coupe FORD Focus BEV station wagon 2013 6.02 4.73 5.35 small car 2013 5.83 4.44 5.11 small car 2013 5.83 4.44 5.11 small car 2013 5.25 4.73 5.01 small car 2013 CODA Coda 3.68 3.25 3.49 small car 2013 Azure Dynamics Transit Connect Electric 2.96 2.96 2.96 special purpose 2012 BYD e6 2.87 3.06 2.96 van 2012 CODA Coda 3.68 3.25 3.49 small car 2012 midsize NISSAN Leaf 5.06 4.39 4.73 2012 car TESLA Model S 4.20 4.30 4.25 large car 2012 TOYOTA RAV4 3.72 3.53 3.63 SUV 2012 EV 2013 년 2 월 28 일기준 Protection Agency) 사이트에등록된 EV는 2011년 4종, 2012년 7종, 2013년 6종이며, PHEV는 2011년 1종, 2012년 3 종, 2013년 3종이다 [4, 5, 16]. 2에 2012과 2013년미국에서연비를인증받고출시된전기자동차의현황을보여준다. 미국 EPA는휘발유 1 Gallon이갖고있는에너지를열량을기준으로 33.7 kwh의전기에너지로전환되는것으로설정하고있다. 이에너지변환값을적용하여전기자동차의연비단위를 MPGe(Miles per Gallon of Gasoline Equivalent) 에서 km/kwh로바꾸어 2에나타내었다. 제주도에서전기자동차보급이전력계통에미치는영향 11
전기학회논문지 63 권 1 호 2014 년 1 월 2.3 전기자동차의연비범위와소비전기에너지 1과 2에나타나있는바와같이우리나라와미국에서인증을받은전기자동차의연비는 2.96 5.78[km/kWh] 의범위에있다. 기술의발전에따라전기자동차의연비가향상되는요인도있고전기자동차차량구입후사용에따른전기자동차의연비의저하요인도있다. 본연구에서는향후 10년간우리나라에전기자동차가보급되어운행될때전기자동차의연비가대략이범위에있을것으로추정하였다. 전기자동차의연비가최고높을때전기자동차가사용할전기에너지가최소가되며, 전기자동차의연비가최하일때전기자동차가사용할전기에너지가최대가된다. 따라서보급된전기자동차가사용할전기에너지의범위를이두값의사이로추정하였다. 2.4 전기자동차보급대수예측 전기자동차보급대수를추정하기위해여, 먼저 2006년도부터 2012년도까지제주특별자치도에등록된관용, 자가용및영업용으로구분된승용자동차통계치를기반으로단순회귀분석하여 2013년부터 2022년까지석유류를연료로사용하는자동차보급대수를예측하였다 [17, 18]. 이예측된보급대수에제주특별자치도의전기자동차보급목를곱하여예상되는전기자동차보급대수를결정하였다. 그결과는 3에나타내었다. 년도 3 제주지역전기자동차보급대수전망 Table 3 The estimation the number of EVs to be penetrated in the Jeju Special Self-Government Province 승용석유류자동차보급전망 [ 대 ] 관용 자가용영업용 전기자동차보급목 관용 승용전기자동차보급전망 [ 대 ] 자가용영업용 2013 577 181,094 22,857 1.0% 6 1,811 229 2014 612 189,285 24,433 3.0% 18 5,679 733 2015 648 197,477 26,008 5.0% 32 9,874 1,300 2016 683 205,668 27,584 7.0% 48 14,397 1,931 2017 719 213,860 29,160 10.0% 72 21,386 2,916 2018 754 222,051 30,736 16.0% 121 35,528 4,918 2019 790 230,242 32,312 23.0% 182 52,956 7,432 2020 825 238,434 33,888 30.0% 248 71,530 10,166 2021 861 246,625 35,464 37.0% 318 91,251 13,122 2022 896 254,817 37,040 44.0% 394 112,119 16,298 2.5 전기자동차 1 일주행거리 본연구에서는전기자동차의 1 일주행거리를일반자동차의 1일주행거리와같을것으로추정하였고, 교통안전공단의 2010년도자동차주행거리실태분석연구에서제시된제주특별자치도의자가용, 관용, 영업용승용자동차의 1일주행거리수치를사용하였다 [19]. 그수치는 4에나타내었다. 년도 4 제주특별자치도승용차 1 일주행거리 Table 4 The average daily driving distance of the passenger cars in the Jeju Special Self-Government Province 용도구분 5 제주도에서 EV 가 1 년간소비할전기에너지전망치 Table 5 The estimation of the electrical energy consumed during 1 year by the EVs in the Jeju Island 전기에너지기본전망치 EV 보급률 EV 사용전기에너지 최대 ( 연비 =2.96) 1 일주행거리 [km] 관용 36.1 자가용 31.8 사업용 109.6 2.6 전기에너지사용량예측 식 (1) 에따라, 3의승용전기자동차의용도별연간보급전망치에 4의각각의 1일주행거리를곱하고, 연비로나누고, 365일을곱하여연간전기자동차가사용하는전기에너지를구하였다. 연비는 3절에서제시한미국과한국의전기자동차의시 ( 공인 ) 연비의최소값 2.96[km/kWh] 와최대값 5.78[km/kWh] 을사용하여전기자동차가사용하는전기에너지전망치의최대값과최소값을각각결정하였다. 이와같이제주특별자치도가세운전기자동차대체목에따라석유류승용차를전기자동차로대체하였을때추가로사용하게될전기에너지량의예측범위를구하였고, 이결과를 5에나타내었다. 5에서제주특별자치도전기에너지기본전망치는 6차전력수급기본계획에서인용한수치이다 [20]. 전기자동차보급률과전기자동차가사용할 1년간전기에너지비율을그림 1에나타내었다. 최소 ( 연비 =5.78) EV 사용전기에너지바율 최대 ( 연비 =2.96) 최소 ( 연비 =5.78) 2013 3,908 1.0% 10.2 5.2 0.3% 0.1% 2014 3,996 3.0% 32.3 16.5 0.8% 0.4% 2015 4,081 5.0% 56.4 28.9 1.4% 0.7% 2016 4,161 7.0% 82.8 42.4 2.0% 1.0% 2017 4,234 10.0% 123.6 63.3 2.9% 1.5% 2018 4,314 16.0% 206.3 105.7 4.8% 2.4% 2019 4,385 23.0% 308.9 158.2 7.0% 3.6% 2020 4,435 30.0% 419.0 214.6 9.4% 4.8% 2021 4,424 37.0% 536.6 274.8 12.1% 6.2% 2022 4,399 44.0% 661.7 338.8 15.0% 7.7% 12
Trans. KIEE. Vol. 63, No. 1, JAN, 2014 그림 1 전기자동차보급률과년간소비전기에너지예측치 Fig. 1 The EVs penetration rate and estimation of the electrical energy consumed during 1 year by the EVs in the Jeju Special Self-governed Province 그림 2 스마트충전용량의개념 Fig. 2 Concept of the smart-charging capacity 이계산결과는제주특별자치도에서 2017년전기자동차가 10% 보급되었을때 1년간전기자동차가사용할전기에너지는전체사용전기에너지대비 1.5% 2.9% 범위에있음을보여준다. 또제주특별자치도에서 2020년전기자동차가 30% 보급되었을때 1년간전기자동차가사용할전기에너지는전체사용전기에너지대비 4.8% 9.4% 범위에있음을보여준다. 3. 전기자동차스마트충전용량 3.1 전기자동차스마트충전용량의정의 유럽전기산업협회 (The Union of Electric Industry) 의 EUROELECTRIC 분과에서스마트충전 (Smart charging) 을 전력공급시설에추가적인투자를최소화하고신재생에너지원의수용이용이하도록하면서전력공급시설과여분의전기에너지를효과적으로이용하여전기자동차를충전하는통제된충전과정을스마트충전 으로정의하고있다 [21]. 전기자동차의충전에신재생에너지원을효과적으로활용하는문제는향후기술의발전함에따라점진적으로향상될것이다. 큰규모의풍력과태양광등의신재생에너지원은계통에연계되므로전기에너지공급인프라의스마트충전용량을평가하는본연구에서는신재생에너지원을별도로고려하는지는않는다. 또전력공급시설에추가적인투자를최소화하는스마트충전의개념은다소불확정적인현이지만본연구에서스마트충전용량을전기자동차를충전하기위해발전시설을추가적으로건설하지않고운영상의조정을통해안정적으로공급할수있는전기에너지공급용량으로정의한다. 단분명히구분되어이해되어야할사항은우리나라대부분배전시설말단에서의여건은전기자동차를충전하기위해서는전기시설용량의증설이필요하다는것이다. 특히주택의경우 3kW를기본계약전력으로하고이에준하는전기설비가시설되어있기때문에전기자동차를충전하기위해서는전기에너지공급시설의용량증설은반드시필요하다. 3.2 전기자동차스마트충전용량의결정일간스마트충전용량은전력공급능력에서예비율만큼 그림 3 100%-골채움충전용량의개념 Fig. 3 Concept of 100%-valley-filling charging capacity 을제외한전력으로 24시간공급가능한전기에너지량에서일간시용한전기에너지량을빼고남은전기에너지량으로볼수있다. 그림 2에서이러한스마트충전용량의결정에관계된도를보여주고있다. 연중대되는스마트충전용량값은 1년내내어떤날에도확보되어야할충전용량이므로연중일간전기에너지를최대로사용하는날의일간전기에너지량에서결정하면된다. 예비율은전국적으로예비력이 500만kW일때부터전력경보준비단계가되고, 2013 년의경우 10월까지 7,000만kW 이상의최대전력을기록한날이 56일임을고려하여본연구에서는안정적인예비율의한계를 10% 로결정하였다. 그림 3에서일간 100%-골채움충전용량 (100%-valley-filling charging capacity) 의개념을보여주고있다. 일간 100%-골채움충전용량은부하선으로부터최대전력까지의영역을나타낸다. 스마트충전용량과마찬가지로연중대되는 100%-골채움충전용량값은연중일간전기에너지를최대로사용하는날의일간전기에너지량에서결정하면된다. 이때최대전력값은연중최고값을선택한다. 6차전력수급계획에서제시하고있는데이터값을활용하여 2013년부터 2022년까지스마트충전용량과 100%-골채움충전용량을결정하였다. 연중일간전기에너지사용량의최대값은 2013년의경우동년 10월까지의기간중전기에너지를최대로사용한 2013년 8월 9일자의 14.94GWh를선택 제주도에서전기자동차보급이전력계통에미치는영향 13
전기학회논문지 63 권 1 호 2014 년 1 월 하였으며, 2014부터는 2013년의이값에 6차전력수급계획에서제시한연간전기에너지사용량의증가율을곱하여결정하였다. 100%-골채움충전용량을결정함에있어 2013년최대전력은 2013년최대를기록한 2013년 8월 9일자의 716MW를사용하였고, 2014년부터의최대전력값은 6차전력수급계획에서의최대전력전망값을사용하였다. 3.3 제주지역전기자동차스마트충전용량계산된일간최대전기에너지소비량, 스마트충전용량및 100%-골채움충전용량을 6에나타내었다. 5의전기자동차가사용할전기에너지의최소값과최대값을일간으로환산한값과 6의스마트충전용량과 100%-골채움충전용량을그림 4에함께나타내었다. 전기자동차가약 13만대, 비율로는전체승용자동차의 44% 까지보급된 2022년에도전기자동차가사용하게될전기에너지가전력계통의스마트충전용량에크게못미치고있으며, 100%-골채움충전용량의 60% 정도이다. 연도 6 전기에너지, 최대전력, 설비용량의전망치및스마트충전용량 Table 6 Estimation of electric energy, peak power and power capacity, and smart-charging capacity 연간전기에너지소비량 최대전력 [MW] 하계동계 피크기여도설비용량 [MW] 최대일간전기에너지소비량 일간스마트충전용량 일간 100%- 골채움충전용량 2013 3,908 716 634 1,034 14.94 7.39 1.12 2014 3,996 720 648 1,039 15.28 7.17 1.91 2015 4,081 738 663 1,043 15.60 6.93 1.68 2016 4,161 758 680 1,045 15.91 6.66 1.80 2017 4,234 777 697 1,249 16.19 10.79 2.01 2018 4,314 798 714 1,194 16.49 9.30 2.16 2019 4,385 808 720 1,194 16.76 9.03 2.39 2020 4,435 815 724 1,194 16.95 8.84 2.44 2021 4,424 827 731 1,194 16.91 8.88 2.65 2022 4,399 835 737 1,194 16.82 8.97 3.03 연간전기에너지소비량, 최대전력및피크기여도설 비용량은제6차전력수급기본계획의데이터임. 단, 붉 은색값은실측값임 그림 4 전력계통의스마트충전용량과전기자동차소비전력 Fig. 4 Smart-charging capacity of power grid and electric energy consumed by EV 3.4 전기자동차보급이피크전력에미치는영향 전기자동차의충전은급속충전방식, 완속충전방식그리고테슬러사의모델S처럼두개의완속충전기가장착되어 2배이상의속도로완속충전이되는이중완속충전방식및배터리교환방식으로충전이가능하다. 이러한다양한충전방식에의한충전과많은수의전기자동차가보급됨에따라거시적관점에서하루 24시간내내일전한비율로전기자동차충전이이루어질가능성을높여준다. 반면에출퇴근시간새벽녘등의시간대에서는전기자동차의충전이저조하게이루어질수있다. 한편, 시간대별차등전기자동차충전전기요금제도의도입과중앙충전관제센터나충전기자체에수요반응프로그램에의해통제되는충전기술방식의구현등에의해전기자동차의충전이전력비피크시간대에이루어질가능성도높아진다. 전력피크시간에전기자동차의충전이어느정도집중될지를예상하는문제에있어서, 향후스마트그리드기술의발전함에따라또전체전력수요에영향을줄정도로전기자동 그림 5 전기자동차보급에따라증가된 % 피크전력과전력계통의예비력 Fig. 5 Increased % peak power according to EV penetration and the power margin of the grid 차대수가늘어나는상황에서충전수요관리를위해적절하게잘계획되고통제되는충전방식과법규가마련될것이기때문에피크타임충전부하의집중을평시의 2배정도로제한하고자한다. 본연구에서는전력계통의전력피크시간에전기자동차의충전전력이 24시간평균충전전력의 0.5배, 1 배, 2배로집중할때전력계통의피크전력에미치는영향을살펴본다. 여기서 24시간평균전기자동차충전전력이라함 14
Trans. KIEE. Vol. 63, No. 1, JAN, 2014 은하루전기자동차가사용하는전기에너지량최대예측값을 24시간으로나눈평균전력이다. 특히연중전력이피크에이르는시점에대해영향을조사하였으며, 제6차전력수급기본계획에의하면제주지역은하계에연중최대전력피크가발생하는것으로예측하고있다. 그림 5에제6차전력수급기본계획에서예측하는제주전력계통의예비력과함께이결과를나타내고있다. 전체승용자동차의 44% 가전기자동차로보급되는 2022년충전부하가평균의 2배집중시연중최대피크전력이 18.1% 가증가할수있다. 이경우도전기자동차보급되기전전력계통이 43% 의예비력을갖고있었으므로전기자동차가계획대로보급되더라도제주전력계통은전력피크시간에도 24% 이상의예비력을갖게된다. 3.5 전기자동차충전에관한제주지역 4 계절부하특성의고려 2012년제주지역의 4계절일부하곡선의대적인유형을그림 6에나타내었다. 최근겨울철난방에전기에너지를선호하는경향이증가하고있어겨울철에여름철의전력피크치가까운전력이소비되고있다. 그림 6를살펴보면겨울철에전기난방수요로인해심야시간대에서전력수요가매우높아다른계절에비해기저부하가높게형성됨을알수있다. 심야시간대부하가낮은시기의유휴전력을전기자동차충전에사용하고자하는스마트충전의관점에서보면겨울철스마트충전용량이여름철보다적고, 또겨울철심야시간대높은기저부하로계통의안정성에더영향을미칠수있으므로스마트충전용량의결정시기가겨울철이되어야함을알수있다. 그림 6 제주지역 4계절부하곡선 Fig. 6 4-seasons load lines in the Jeju Island 제주지역은육지부와다르게봄, 가을, 겨울에는두드러지게오후 6시이후저녁시간대에일간피크전력이발생하고여름철에도일간최대전력에가까운피크전력이이시간대에발생한다. 제주계통이육지부계통과직류방식으로연계되어있고, 육지부는저녁시간대가전력피크시간대가아니기때문에제주지역에서전기자동차충전으로인한저녁전력피크시간에발생하게될수도있는피크전력증가분은육지부전력계통으로부터효과적으로공급받을수있다. 4. 결과고찰제주특별자치도가 Carbon Free Island Jeju by 2030 계획 실현하기위해서 2030년까지모든자동차를전기자동차로보급하기위한야심찬계획을수립하였다. 제주특별자치도가목로하는 2017년에자동차의 10%, 2020년에 30% 를전기자동차로보급하기에는아직까지전기자동차의배터리에대한획기적인기술진전이이루어지고있지않다. 본연구의결과에의하면 2017년전기자동차 10% 보급시최대 2.9% 의전기에너지가증가할수있으며, 2020년전기자동차 30% 보급시최대 9.4% 의전기에너지가증가할수있다. 피크타임을피해전기자동차를충전하게하는법제도와시스템의준비가선행되지않으면, 하루중전기자동차충전이피크타임에몰릴수있으며이런경우피크전력은전기에너지증가량에비해훨씬더증가할수있다. 계산결과값에서전기자동차가사용하게될전기에너지의최소값과최대값의차이가매우큼을알수있다. 이는전기자동차연비의최소값과최대값의차이가크기때문이다. 아직까지보급되는전기자동차유형에대한충분한통계치를구할수없기때문에전기자동차연비의범위를크게설정되었으나향후전기자동차보급유형이드러나면전기자동차연비의범위는축소할수있을것이며, 이에따라전기자동차가사용하게될전기에너지량의예측범위도줄어들것이다. 제6차전력수급기본계획과기존전력사용통계의데이터에근거하여계산된제주전력계통의스마트충전용량과 100%-골채움충전용량은 2022년까지제주특별자치도의전기자동차보급계획에따라보급되는전기자동차가사용할전기에너지보다충분히크다. 아울러 2022년승용차의 44% 가전기자동차로보급되었을때, 즉대략 13만대의승용전기자동차가보급되었을때제주지역연중최대피크시간에최대로예측한 24시간균등전기자동차충전부하의 2배의충전부하가집중되더라도전력계통의예비력이 20% 이상여력을갖게된다. 따라서거시적인관점에서전기자동차충전부하가전력피크시간에편중되지않는잘통제된충전인프라가구현된다면제주특별자치도의보급계획은현재추진및계획되고있는국가의전기에너지공급계획에큰변동없이수용될수있다. 궁극적으로피크타임을피해전기자동차를충전하게하는법제도와시스템이사전에적절하게마련된다면기존발전소의추가적인도입없이전기자동차가사용하게될전기에너지를공급할수있다. 기존의전기에너지공급시설을최대한이용하고여분의전기에너지를전기자동차에공급함으로서전기자동차충전에공급되는전기에너지가격을낮게가져갈수있으며, 나아가투자를최소화하면서판매량 ( 전기에너지공급량 ) 이늘어나기때문에특정지역전체적인규모에서도전기에너지공급비용을낮출수있다. 본연구에서는미국과우리나라에서공인된연비를분석해전기자동차가사용하는연료량, 즉전기에너지를계산하였으며우리나라에서통계가이루어지고있는승용차부분의관용, 자가용, 영업용의분류를이용해각부문전기자동차가사용하는전기에너지를계산함으로써예측의정확도를높였다. 제주도에서전기자동차보급이전력계통에미치는영향 15
전기학회논문지 63 권 1 호 2014 년 1 월 5. 결론제주특별자치도는 Carbon Free Island Jeju by 2030 계획을실현하기위해제주전기자동차시범도시세부추진계획을수립하였다. 본연구에서는이계획에따라제주특별자치도에 EV형전기자동차가보급될경우예상되는, 추가적으로필요한전기에너지사용량을산정하였으며, 제주지역전력계통에미치는영향을분석하였다. 2011년부터 2013년까지출시되어미국과한국의공식사이트에등록된전기자동차의연비는 2.96 5.78[km/kWh] 범위에있으며, 향후우리나라에보급될전기자동차의연비가이범위내에있을것으로가정하고 EV형전기자동차보급에따른전기에너지사용량을계산하였다. 이결과로부터제주지역에 2017년승용차중 EV형전기자동차가 10% 보급되면제주지역전기에너지는최소 1.5% 에서최대 2.9% 증가하게되며, 2020년 30% 보급되면전기에너지는최소 4.8% 에서최대 9.4% 증가하게됨을알수있었다. 제6차전력수급기본계획과기존전력사용통계에의거하여분석한제주지역전력계통은제주특별자치도의전기자동차보급계획에따른전기자동차보급을충분히감당할수있는충전여력을갖고있었다. 향후전기자동차의보급이이루어지고추가적인전기자동차보급통계자료가확보되면전기자동차가사용하게될전기에너지에대한좀더정확한예측과제주지역전력계통에미치는영향에대한좀더정확한분석이가능할것이다. 아울러전기자동차보급이우리나라전체의전력계통에미치는영향에대한추가적인연구와장기전력수급계획하에서전기자동차운영이전력계통에미치는영향을평가할수있는방법의일반화에대한논의가필요하다고생각한다. 감사의글이논문은 2013학년도제주대학교학술진흥연구비지원사업에의하여연구되었음. References [1] Korean Agency for Technology and Standard, Glossary Of Terms Relating To Kinds Of Automobiles - Part 1 : Kinds Of Automobiles (KS R0011:2012), 2012. [2] David Steen, Impact on the Distribution System due to Plug-In Electric Vehicles and Changes in Electricity Usage. THE DEGREE THESIS, Division of Electric Power Engineering, Department of Energy and Environment, Chalmers University of Technology, Sweden, 2012. [3] http://bpms.kemco.or.kr/transport_2012/main/main.aspx [4] U.S. Environmental Protection Agency, Fuel Economy Datafiles, 2011-2013. [5] www.fueleconomy.gov [6] S. W. Hadley, Impact of plug-in hybrid vehicles on the electric grid. Technical Report ORNL/ TM-2006/554 Oak Ridge National Laboratory, TN, 2006. [7] K. Clement, E. Haesen, J. Driesen, "The impact of charging plug-in hybrid electric vehicles on the distribution grid", Proceedings 2008-4th IEEE BeNeLux young researchers symposium in electrical power engineering, Eindhoven, The Netherlands, pp. 1 6, 2008. [8] M. Kintner-Meyer, K. Schneider, and R. Pratt, "Impacts Assessment of Plug-in Hybrid Vehicles on Electric Utilities and Regional US Power Grids", Part 1: Technical Analysis, Electric Utilities Environmental Conference, pp. 1-23, 2007. [9] Zahra Darabi and Mehdi Ferdowsi, "Aggregated Impact of Plug-in Hybrid Electric Vehicles on Electricity Demand Profile", IEEE TRANSACTIONS ON SUSTAINABLE ENERGY, VOL. 2, NO. 4, pp. 501-507, OCTOBER 2011. [10] Robert C. Green Ⅱ, Lingfeng Wang, Mansoor Alam, "The impact of plug-in hybrid electric vehicles on distribution networks: A review and outlook", Renewable and Sustainable Energy Reviews 15, pp. 544-553, 2011. [11] Sang-Keun Moon, Hyung-geun Kwag and Jin-O Kim, Evaluation of the Charging effects of Plug-in Electrical Vehicles on Power Systems, taking Into account Optimal Charging Scenarios, Trans. KIEE, vol. 61, No. 6, pp783-790, 2012 [12] Chul-woo Kim, Seung-Ho Han, Taek-Ho Song and Moon-Gyu Jeong, Influence Evaluation of Electric Vehicle Load on Distribution Systems by the penetration rate of Electric Vehicle, Proceeding of the 42th the KIEE Summer Conference 2011, pp256-257, 2011 [13] Mi-Yeon Hwang, Jung-Mu Yoon and Jun-Min Cha, A Study for Forecasting of Power Consumption due to Increase of Electric Vehicle, Proceeding of the 42th the KIEE Summer Conference 2011, pp. 23-24, 2011. [14] Korea Energy Economics Institute, Analysis on Effects of EV Penetration on Electric Power Supply and Demand, General Research Report 12-01, 2012. [15] Korea Power Exchange(KPX), Effects of EV Penetration on Electric Power Supply and Demand and Their Implications, KPX Report, 2009. [16] U.S. Environmental Protection Agency, Model 2013 Fuel Economy Guide: Fuel Economy Leaders, p. 5, 16
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