전기

자동

차 충

전시

스템

에서

의 신

재생

에너

지 활

용 방

안 연

구

전기자동차 충전시스템에서의

신재생에너지 활용 방안 연구

www.keei.re.kr기본

연구보고서 18-17

┃이승문·김기환┃

KOREA ENERGY ECONOMICS INSTITUTE

기본

연구

보고

서 1

8-17

참여연구진

연구책임자 : 연구위원 이승문

부연구위원 김기환

연구참여자 : 전문연구원 이성재

요약 i

1. 연구 필요성 및 목적

세계 각 국 정부는 수송 부문의 이산화탄소 배출량을 감축시키기 위

하여 친환경자동차, 특히 전기자동차, 보급 정책을 시행하고 있다. 국

내외 연구들은 전기자동차가 내연기관 자동차보다 온실가스를 덜 배출

한다는 실험 결과들을 보여 왔다. 하지만, 전력을 생산하기 위해서 화

석연료를 사용할수록 전기자동차의 친환경적 장점은 사라지게 된다.

수송 부문에서 전기자동차를 이용하여 온실가스를 저감하기 위해서

는 이산화탄소를 덜 배출할 수 있는 전원믹스를 고려하여야 한다. 또

한, 파리협약의 기후변화 목표를 달성하기 위해서는 수송 부문에서 이

산화탄소 무배출 전원으로 생산된 전력을 사용하여야 한다는 연구 결

과도 존재한다. 전원믹스에서 이산화탄소를 줄이거나 완전히 배출하지

않기 위해서는 원자력 또는 신재생에너지로 전력을 생산하여야 한다.

하지만, 에너지 전환 시대로의 진입과 안전한 에너지에 대한 욕구가

증대되는 현실에서 원자력을 대폭 증대시키는 정책을 추진하기에는 어

려운 점이 많다. 장기적 관점에서 수송 부문에서 온실가스를 줄이는

방법은 신재생에너지로부터 발전된 전력을 전기자동차에게 공급하는

것이다. 하지만, 현재 경제적인 문제 등으로 비싼 신재생에너지를 전기

자동차에 공급하는 것은 비효율적인 문제로 인식되어지고 있다.

본 연구의 목적은 수송 부문에서 온실가스 배출을 줄이기 위해 전기

자동차 보급이 급속이 증가되는 현실에서 전기자동차 충전시스템에서

ii

의 신재생에너지를 활용하는 방안을 연구하는 것이다. 하지만 전기자

동차 보급 대수가 미미하고 충전시장이 성숙하지 않은 단계에서 그리

고 신재생에너지가 비싼 현실에서 전기자동차 충전을 위한 신재생에너

지 활용은 너무 비효율적일 수 있다. 본 연구는 현재 충전시스템에서

신재생에너지 활용의 문제점을 살펴보고, 중장기적 관점에서 신재생에

너지를 충전시스템에서 활용할 수 있는 방안을 제안하고자 한다.

2. 주요 연구 결과

본 보고서에서 우리는 태양광, ESS, 급속충전기를 결합할 경우의

경제성 분석을 시도하였다. 현 상황에서 ESS를 신재생에너지를 활용

한 충전시스템에 도입하는 것은 경제성이 부족하다. 타 사업 모델대비

경제성을 얻기 위해서는 2030년이 지나야 가능할 것으로 보인다. 그

러므로 현재 전기자동차 충전시스템에 ESS를 무리하게 도입하기 보

다는 여러 실증사업을 통해서 태양광, 충전시스템, ESS 결합 시 통합

충전시스템 운영과 통합에 따른 문제점에 대한 여러 자료를 축적하는

것이 중요해 보인다. 현재 제주에서 시행되고 있는 EV카페와 같은 실

증사업을 주요 거점 지역으로 확대할 필요가 있을 것으로 판단된다.

본 경제성 분석에서, 비용적 측면에서 우리가 고려할 수 있는 시장

은 비상전원 시장이다. 정부는 비상전원으로 ESS를 활용하는 방안을

추진하고 있다. 현재 여러 문제 등으로 ESS 홀로 비상전원의 역할을

맡기는 어려운 실정이다. 우리가 생각해 볼 수 있는 대안으로 디젤 발

전기와 ESS를 혼용해서 비상전원으로 사용하는 것이다. 이때 설치된

ESS에 충전시스템과 태양광을 결합할 수 있다면 비상전원으로 ESS를

설치한 건물주는 더 큰 경제적 혜택을 볼 수 있을 것이다.

요약 iii

3. 전기차 충전시스템에서의 신재생 활용 방안 및 정책 제언

전기자동차 충전시스템에 신재생에너지를 도입함으로써 얻을 수 있

는 장점은 수송부문 온실가스를 저감시킬 수 있고, 신재생에너지 보급

확대에 기여할 수 있다는 것이다. 그리고 신재생에너지를 충전시스템

에 도입하고 V2G를 활성화하는 것은 에너지 신사업을 활성화시키는

초석으로 작용할 수 있으며, 신재생에너지 발전사업자에게 새로운 수

익성을 창출의 기회를 제공할 수 있다.

하지만, 미미한 전기자동차 보급, 낮은 충전요금, 높은 충전 인프라 구

축 비용 등 전기자동차 및 충전 시장이 미성숙하였고 신재생에너지는 전

통 에너지원 대비 가격 경쟁력을 갖지 못하고 있는 실정이다. ESS, 신재

생에너지, 전기자동차 충전시스템 간 연계 시 안전 기준이 부재하고, 통합

인터페이스가 아직 구축되어 있지 않으며, V2G관련 기술은 실증단계이

며, 관련 제도는 미비한 실정이다.

우리는 현재 시장과 동향을 바탕으로 SWOT 전략을 도출하였다. 먼저

SO 전략으로 충전 시장의 활성화 및 인프라 확충을 위한 정책을 고려할

수 있다. 두 번째, WO 전략으로 정부의 보조금 지원과 소비자 혜택 지원

전략을 들 수 있다. 세 번째, ST 전략으로 신재생에너지 발전 사업자와

충전 사업자와의 결합과 상계거래를 활용을 고려할 수 있다. 네 번째, WT

전략으로 현재 발생하고 있는 기술적 문제를 해결하는 것이다.

SWOT의 각각의 전략들은 서로 개별적 전략이 아니다. 우리는 SWOT

의 전략들을 통합하여 장기적 관점을 가지고 충전시스템에서 신재생에너

지를 활용하기 위해서 다음과 같이 여덟 가지 방안을 제시하고 그 후 각

방안에 대해 상술한다.

iv

가. 충전시장의 활성화 및 충전 인프라 구축 지원

나. 신재생에너지와 충전 사업자 결합과 상계거래 활용

다. 신재생에너지, ESS, 전기자동차 연계 실증 사업 추진

라. 충전용 신재생에너지 발전 전력의 REC 발급 허용

마. 신재생에너지 연계 충전시스템 이용자에게 혜택 부여

바. 기술적 문제 해결

사. 충전시스템에서 단계적 신재생에너지 활용 방안

아. V2G 지원제도 강화 및 실증 사업 추진

가. 충전시장의 활성화 및 충전 인프라 구축 지원

충전 인프라 구축은 높은 초기 투자 비용이 들지만 수익성이 낮아

서 국내 전기자동차 충전 시장은 정부가 주도적인 역할을 수행하고

있다. 높은 초기 투자비용과 낮은 전기자동차 보급 등에 따른 충전 수

요 부족으로 사업을 진행하는데 고위험이 존재하므로 민간 부분의 투

자가 아직 저조한 상황이다. 현재 정부의 전기자동차 관련 정책의 우

선순위는 전기자동차 보급 확산이다. 이를 위해, 정부의 정책은 보조

금과 충전 요금 할인을 통해 전기자동차 보급을 확산하는 데 초점을

맞춰왔다. 충전 요금이 낮다 보니 민간 충전 사업자들의 수익성은 개

선되지 못하고 있으며, 새롭고 다양한 충전 서비스가 시도되기 어려운

상황이 지속되고 있다. 그러므로 충전시스템에서 신재생에너지를 활

용하기 위해서 정부는 원래 계획보다 더 높은 충전요금을 설정할 필

요가 없으며, 원래 계획대로 충전요금을 적용하면 된다. 충전시장에서

수익성 확보, 충전관련 다양한 서비스를 제공하는 등 충전시장의 활성

화 및 민간 자본 참여 활성화를 위해서는 충전 요금의 정상화가 필요

요약 v

하지만, 충전요금의 정상화는 현재 여러 가지 문제를 야기할 수 있을

것으로 판단된다. 그러므로 충전시장에서 수익성이 확보되어 민간 부

분의 적극적 투자를 유치하기 위해서는 또한, 충전시스템에서 신재생

에너지를 활용하기 위해서는 충전시스템에 대한 정부의 지원이 필요

하다. 충전설비의 가격이 비싸고 태양광 시설대비 충전설비의 짧은 수

명으로 충전시스템 비용이 신재생에너지 활용의 경제성에 큰 영향을

미치고 있다. 정부는 공공급속 충전시설의 유료화 정책을 시행하면서

유료화에 따른 수익으로 충전시설 인프라 구축 및 확대 사업에 사용

할 것이라고 하였다. 또한, 한전은 충전 전력을 공급하면서 기본요금

을 징수할 예정이다. 이러한 재원을 활용하여 전기자동차 충전 네트워

크를 구축 및 확대할 필요가 있다.

나. 신재생에너지 충전 사업자의 결합과 상계거래

충전시스템에 신재생에너지를 도입하기 위해서는, 신재생에너지 발

전 사업자가 충전용 전력을 판매할 유인이 발생하여야 하고, 충전 사

업자는 충전용 전력을 신재생에너지로부터 도입할 유인을 가져야 한

다. 이를 위해서는 신재생에너지 발전 사업과 충전 사업의 결합이 요

구된다. 현재 신재생에너지 사업자의 수입은 SMP+REC이다. 만약 신

재생에너지 발전사업자의 수익구조가 SMP+REC와 충전요금(+REC)

로 확대될 수 있고, 충전요금(+REC)가 SMP+REC보다 높다면, 신재

생에너지 발전사업자는 충전사업에 진출할 유인을 갖게 될 것이다. 신

재생에너지로부터 나온 전기를 충전용으로 직접 판매하는 것을 허용

하는 것은 신재생에너지 설치의 경제적 유인을 증가시키고, 충전 시장

에서 신재생에너지 활용을 증대시키게 된다. 신재생에너지 사업자의

vi

충전용 전력 직접 판매의 허용은 소매전력 시장 개방의 시범적인 사업

이 될 수 있을 것이다. SPCS 시나리오에서 신재생에너지 발전사업자

는 전기자동차 충전 소비자의 행태를 조절할 수 없기 때문에 충전용

전력을 얼마나 팔지를 미리 결정할 수 없게 된다. 충전용 전력 판매량

을 결정할 수 없으므로 그리드를 통한 한전에 판매할 전력량도 결정할

수 없게 된다. 그러면 한전과의 전력거래에 문제가 발생할 수 있을 것

이다. 이를 해결할 수 있는 방법은 상계거래를 시행하는 것이다.

다. 신재생에너지, ESS, 전기자동차 충전 관련 실증 사업 추진

태양광 시스템과 충전시스템 연결에 ESS를 연결할 시 경제성은 크

게 하락하게 된다. 해외 분석 사례와 국내 경제성 분석으로부터, 우리

는 단기적으로 충전 시스템에 ESS를 도입하는 것은 경제성을 갖지 못

하는 것을 알 수 있었다. 그러므로 현 상태에서는 ESS, 신재생에너지,

충전 시스템 통합에 대한 즉각적인 수익성 사업을 찾기 보다는 여러

실증 사업을 추진하여야 할 것으로 보인다. 여러 실증 사업을 통하여

ESS, 신재생에너지, 충전 시스템 연계 시 문제점을 분석하고, 새로운

운영시스템을 시범적으로 적용하는 사례를 늘려 나가야 할 것이다.

라. 충전용 신재생에너지 발전 전력의 REC 발급 허용

신재생에너지 사업자에게 생산된 전력을 직접 충전용으로 판매를

허가한다고 하여도 신재생에너지 발전 사업자는 신재생에너지로 생산

한 전력을 충전용으로 사용할 유인을 얻지 못한다. 그 이유는 신재생

에너지 발전사업으로 SMP+REC를 받고 별개로 충전 사업을 하면 더

요약 vii

높은 이윤을 얻을 수 있기 때문이다. 하지만, 신재생에너지로 발전된

전력이 충전용으로 직접 판매되어도 REC를 받을 수 있다면, 신재생

에너지 발전사업자는 자신들이 발전한 전력을 충전용으로 팔 수 있는

유인이 발생하게 된다. 그러므로 신재생에너지로 발생된 전력이 전기

자동차 충전용으로 사용되어도 REC를 지급한다면, 충전시스템에서

신재생에너지 사용은 경제성 있는 사업 모델이 될 수 있다.

마. 신재생에너지로 생산된 전력의 충전 이용자 혜택 부여

충전 사업에 신재생에너지를 공급하는 사업자에게 인센티브를 제공

하는 것도 중요하지만, 전기자동차 충전 시 신재생에너지를 사용하는

소비자에게 인센티브를 제공하는 것도 중요하다. 전기자동차 사용자

에게 충전 시 신재생에너지 사용에 대한 인센티브를 제공한다면, 전기

자동차 사용자는 신재생에너지를 소비하려는 유인을 받게 된다. 전기

자동차 사용자의 신재생에너지 선호는 충전 시장에 신재생에너지 전

력 공급을 증가시킬 수 있는 요인으로 작용할 수 있을 것이다. 첫째,

전기자동차 충전 시 신재생에너지로 생산된 전력을 사용하는 소비자

에게 부여될 수 있는 인센티브로는 온실가스 감축효과를 소비자에게

돌려주는 것이다. 온실가스 감축에 상응하는 경제적 혜택을 전기자동

차 사용자에게 부여할 수 있는 방안으로 충전 요금 인하와 연간 자동

차세를 감면해 주는 방법 등을 고려해볼 수 있다. 두 번째, 소비자에

게 부여될 수 있는 인센티브로는 그린카드와 에코머니 제도의 활용을

고려해 볼 수 있다.

viii

바. 신재생에너지로 충전 시스템 도입 시 기술적 문제 해결

신재생에너지를 충전 시스템에 도입할 때 문제가 될 수 있는 부분

은 각각의 기술들을 연결할 시 안정성의 문제이다. 태양광, ESS, 충

전, 전기 관련 실무자들은 각각의 안전 기준은 있지만, 이를 연계할

시 연계에 대한 안전 기준은 따로 마련되어 있지 않다고 밝혔다. 그리

고 그에 대한 연구도 진행된 것이 없는 실정이다. 그러므로 신재생에

너지를 충전시스템에 도입하기 위해서는 신재생에너지, ESS, 충전기

연계 시 발생할 수 있는 기술적 문제에 대한 연구가 선행되어야 할 것

이다. 만약 신재생에너지로부터 생산된 전력을 직접 충전용으로 사용

할 수 있다면, 계량에 대한 문제가 발생할 수 있다. 전기자동차의 보

급은 지속적으로 증가할 것이고, 보급되는 전기자동차의 배터리 용량

도 주행거리 불안을 없애기 위해 더불어 증가 추세를 보일 것이다. 전

기버스와 전기트럭이 도입된다면 충전기의 표준 규격도 증가시켜야

할 것으로 판단된다. 또한, 충전시스템에서 신재생에너지를 도입할 때

발생할 수 있는 문제는 출력이 심하게 변동될 수 있다는 것이다. 급속

충전은 고출력을 요하는 기기로 이에 대한 기술적 해결방안도 고려되

어야 할 것이다.

사. 충전시스템에서 단계적 신재생에너지 활용 방안

전기자동차 보급 대수가 많지 않고, 충전 사업의 수익성이 높지 않

은 상황에서 충전시스템에서 신재생에너지를 활용하는 것은 비현실적

일 수 있다. 하지만, 전기자동차 보급이 급속도록 증가하고 충전 네트

워크가 확대되고 충전 요금이 현실화 된다면 충전 사업의 수익성은

요약 ix

증가할 것으로 기대된다. 충전 사업의 수익성이 증가한다면 전기자동

차 충전시스템에서 신재생에너지를 활용하는 방안을 고려해 볼 수 있

을 것이다. 하지만, 충전시스템에서 신재생에너지를 활용하는 방법으

로 처음부터 값비싼 ESS를 활용하거나 V2G를 고려한다면 경제적인

문제와 기술적인 문제 등으로 신재생에너지 기반 충전 사업은 실현

가능하지 않을 것이다. 그러므로 충전시스템에서 신재생에너지를 활

용하기 위해서는 경제성과 기술적인 문제를 고려하여 단계적으로 시

행해 나가야 할 것으로 판단된다.

아. V2G 지원 제도 도입 방안

V2G 보급을 활성화하기 위해서 정부 보조금 제도를 도입하는 방안

이 필요하다. 그 중 초기 보급 시 시장 확대를 위해서 효용이 높은 발

전차액지원제도와 상계거래 제도를 결합한 방식이 현 제도에서 유효

해 보인다. 즉, 총 방전량과 충전량의 차액만큼을 일정부분 고정 요금

으로 장기간 지원하는 방식으로 초기 V2G 참여를 유도할 수 있다. 또

한 V2G 기술에 대한 인식 제고를 위한 홍보 활동과 이를 기술적으로

또한 소프트웨어적으로 지원하기 위한 다양한 형태의 민간 참여 실증

사업 추진이 필요해 보인다.

Abstract i

ABSTRACT

1. Research Needs and Objectives

Governments around the world are implementing eco-friendly

vehicles, particularly electric cars, to promote carbon dioxide

emissions reduction in the transport sector. Domestic and overseas

studies have shown that electric vehicles emit less greenhouse gases

than internal combustion engine vehicles. However, the more fossil

fuels are used to produce electric power, the more the

environment-friendly advantages of electric cars disappear.

In order to reduce greenhouse gases using electric vehicles in the

transportation sector, a power mix that can produce less carbon

dioxide should be considered. In addition, research has also been

conducted on the use of electricity produced from carbon-free power

sources in the transport sector to achieve the Climate Change

objectives of the Paris Agreement. To reduce or not to completely

discharge carbon dioxide in the power mix, it is necessary to

produce electricity with nuclear or renewable energy.

However, there are many difficulties in pursuing a policy to

significantly increase nuclear power in the age of entry into the

energy transition and the growing desire for safe energy. From a

long-term point of view, the way to reduce greenhouse gas emissions

ii

in transportation is to supply electricity generated from renewable

energy to electric vehicles.

The purpose of this study is to analyze the possible usage of

renewable energy in the electric vehicle charging system since the

supply of electric vehicles is rapidly increasing to reduce GHG

emissions. However, the use of renewable energy for electric vehicle

charging may be too inefficient at a stage when electric vehicle

supply is insignificant, the EV charging market is not mature, and

renewable energy is relatively more expensive than fossil fuels. This

study examines the problems of using renewable energy in the

current charging system and suggests ways to utilize the renewable

energy in the charging system from the mid and long term viewpoint

2. Key Research Results

In this report, we tried to analyze the economic feasibility of

combining solar, energy storage system (ESS) and rapid charger. It

is expected that 2030 years will be enough to obtain economic

efficiency for ESS compared to other business models. Therefore,

rather than introducing ESS to electric car charging system at

present, it seems to be important to accumulate various data on

problems related to integration and operation of integrated charging

system with solar photovoltaic and ESS coupling through various

demonstration projects. It will be necessary to expand demonstration

projects such as the EV café currently being implemented in Jeju

Abstract iii

Island.

In our economic analysis, the market that we can consider from a

cost perspective is the emergency power market. The government is

pursuing the use of ESS as an emergency power source. Currently, it

is difficult to put the emergency power supply into the ESS hall due

to various problems. An alternative we can think of is to use a

diesel generator and an ESS as an emergency power source. At this

time, if the installed ESS can be combined with the charging system

and the solar, the building with ESS installed as an emergency

power source will have a greater economic benefit.

3. Suggestion of using new renewable energy and EV

charging for policy

The advantage of introducing new and renewable energy into

electric vehicle charging systems is that it can reduce greenhouse gas

emissions in transportation. The renewable energy charging system

having Vehicle-to-Grid (V2G) technology can serve as a cornerstone

for revitalizing new energy business.

However, for ESS, renewable energy and electric vehicle charging

system, safety interface is not available. And integrated interface of

those is not yet established. V2G related technology is demonstration

stage, and related system is not established yet, either.

We derived the SWOT strategy based on current market and

iv

trends. First, it is possible to consider the policy for activating the charging

market and expanding the infrastructure by SO(Strength-Opportunity)

strategy. Second, the WO(Weakness-Opportunity) strategy is government

subsidy and consumer benefit strategies. Third, it is possible to consider

the combination of renewable energy generation companies with

charging companies and offsetting transactions in ST(Strength-Threat)

strategy. Fourth, the WT(Weakness-Threat) strategy is to solve the

current technical problems.

Each of the SWOT strategies is not a separate strategy. We will

integrate the SWOT strategies and propose eight approaches to make

use of the renewable energy in a charging system with a long-term

perspective. First, the support of the charging market and the

charging infrastructure. Second, the combination of the renewable

energy and the charging companies by the countervailing transaction

scheme. Third, the promotion of the demonstration projects using the

renewable energy, ESS and electric vehicle. Fourth, the issue of REC

for renewable energy charging system. Fifth, benefitting participants

in the renewable energy charging system. Sixth, technical problems

solving, Seventh, step-by-step approach for using renewable energy

in the charging system. Finally, adoption of V2G support policy,

demonstration projects for business and institution building.

Abstract v

A. Support charging market and charging infrastructure

Due to the high initial investment cost and the lack of charging

demand due to low electric vehicle supply, there is a high risk, and

the private sector is still under passive activity. At present, the

government's priorities for electric vehicle are the large adoption of

electric vehicles. To this end, the government's policy has been

focused on spreading electric vehicles through subsidies and

discounts. Since the recharge rate is low, the profitability of private

rechargeable batteries is not improving, and new services are hard to

come out. Therefore, to utilize renewable energy in the charging

system, the government does not need to set a higher charging rate

than originally planned, and the charging rate is as originally

planned. In order to activate the charging market and induce private

capital participation, it is necessary to normalize the charging rate.

However, normalization of the charging rate may cause various

problems at present. Therefore, for profitability in the charging

market and to attract active investment by the private sector,

government support is required to utilize the renewable energy in the

charging system. The government said that it would use the public

recharging facilities for the charging infrastructure construction. In

addition, KEPCO will charge the minimum rate. It is necessary to

build and expand electric vehicle charging network by utilizing such

financial resources.

vi

B. Combination of renewable energy charging companies and

net-metering

In order to introduce new and renewable energy into the charging

system, renewable energy generation companies have incentive to sell

rechargeable power, and recharging companies have incentive to

introduce rechargeable power from renewable energy. This requires a

combination of renewable energy generation and charging businesses.

Currently, the revenue of renewable energy providers is SMP +

REC. If the profit structure of renewable energy generation

companies can expand to SMP + REC and charge (+ REC), and the

charge (+ REC) is higher than SMP + REC, it will have incentives

to do. Allowing direct sale of electricity from renewable energy for

charging will increase the economic incentive to install renewable

energy and increase the utilization of renewable energy in the

charging market. Allowing renewable energy companies to sell their

rechargeable electricity directly could be a pilot project for opening

up the retail electricity market. A solution to this is to implement

net-metering system.

C. Promotion of demonstration projects for renewable energy

charging system with ESS

When connecting ESS to the solar powered charging system,

Abstract vii

economical efficiency is greatly reduced. From overseas analysis and

domestic economic analysis, we find that it is not economically

profitable to introduce ESS into the charging system in the short

term. Therefore, in the current situation, it is expected that several

demonstration projects should be pursued rather than looking for an

immediate profitability business for integration of ESS, renewable

energy, and charging system. It is necessary to analyze the problems

when linking ESS, renewable energy, and charging system through

various demonstration projects, and to increase the number of cases

in which a new operating system is applied in practice.

D. Issuing REC for renewable energy power generators for EV

charging

Even if the electricity generated by the renewable energy provider

is allowed to be sold directly for recharging, the renewable energy

generation company does not get the incentive to use the electricity

generated by the renewable energy as the charging power. The

reason is that charging business separately can get higher profit by

REC. However, if the power generated by renewable energy is sold

directly to the charging company and the REC can be received,

renewable energy generation companies will have an incentive to sell

their power for charging. Therefore, if companies got REC generated

by renewable energy for electric vehicle charging, the use of

viii

renewable energy in the charging system can be an economic

business model.

E. Benefitting participants in the renewable energy charging system

It may also be important to provide incentives to consumers who

use renewable energy when charging electric vehicles. If electric

vehicle users are given incentives to use renewable energy when

charging, electric vehicle users will be tempted to consume

renewable energy. The preference for renewable energy for electric

vehicle users can be a factor to increase the supply of renewable

energy to the charging market. First, the incentive that can be given

to consumers who use electric power produced by renewable energy

when charging electric vehicles is to return the effect of GHG

reduction to consumers. Considering the economic benefits

corresponding to the reduction of greenhouse gas emissions, it is

possible to consider the reduction of the charge rate and the

reduction of the annual vehicle tax. Second, as an incentive that can

be given to consumers, we can consider using green cards and eco

money system.

F. Solving technical problems when introducing charging system

with renewable energy

Abstract ix

There are safety standards for photovoltaic, ESS, charging and

electricity, respectively, but any safety standard for connecting them

stand in the market. And study about safety is short of. Therefore, in

order to introduce new and renewable energy into the charging

system, it is necessary to study the technical problems that may arise

in connection with the renewable energy, ESS, and the charger. If

power from renewable energy can be used for direct charging,

weighing problems can arise. The spread of electric vehicles will

continue to increase, and the battery capacity of electric vehicles will

also increase. If electric buses and electric trucks are introduced, it

will be necessary to augment the standard of charger corcerning

these electric vehicles. In addition, the problem that can arise when

introducing renewable energy in a charging system is that the output

can fluctuate. Rapid charging needs a device that requires high

consistent power, so technical solutions to this problem should be

considered.

G. Step-by-step approach

The profitability of the charging business is expected to increase if

the supply of electric vehicles is rapidly increasing, the charging

network is expanded, and the charging rate is realized. If the

profitability of the charging business increases, it will be possible to

consider the use of renewable energy in the electric vehicle charging

x

system. However, when using expensive ESS or V2G from the

beginning as a method of utilizing renewable energy in a charging

system, a renewable energy-based charging business will not be

feasible due to economic problems and technical problems.

Therefore, in order to utilize the renewable energy in the charging

system, it is considered that it should be carried out step by step in

consideration of economical efficiency and technical problems.

H. Adoption of V2G support policy

It is necessary to introduce government subsidy in order to activate

V2G promotion. It seems that the system combining Feed-in-Tariffs

and net-metering system is effective under the current system in

order to expand the market in the early stage. That is, to induce the

participation of the initial V2G, government should support the

difference between the total discharge amount and the charge amount

for a long period at a fixed rate. In addition, it is necessary to

promote many demonstration projects with private participation, and

to encourage public related (PR) activities to raise awareness of V2G

technology

제목 차례

제1장 서 론 ·················································································· 1

1. 연구의 필요성 ꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏ 1

2. 연구의 목적 ꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏ 3

제2장 전기차 충전에 신재생에너지 활용 사례 ····························· 5

1. SPCS(Solar Powered Charging Station) 사례 ꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏ 5

2. SPCS+ESS 사례 ꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏ 8

3. 신재생에너지와 V2G 충전소 사례 분석 ꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏ 12

제3장 전기차, 배터리, 신재생에너지 동향 분석 ························· 27

1. 전기자동차 및 충전 인프라 보급 동향 ꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏ 27

2. 배터리 시장 동향 및 전망 ꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏ 46

3. 신재생에너지 동향 ꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏ 52

제4장 국내·외 전기차 충전 시장 분석 ····································· 63

1. 충전 비즈니스 모델 유형 및 특성 ꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏ 63

2. 국내ꞏ외 전기차 충전 시장 제도 ꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏ 66

3. 전기차 충전 시장 전망 및 시사점 ꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏ 71

제5장 신재생에너지 활용 전기차 충전 경제성 분석 ·················· 75

1. 경제성 분석을 위한 가정 ꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏ 75

ii

2. 태양광 발전을 활용한 전기차 충전 사업 경제성 분석 ꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏ 78

3. 태양광 발전, ESS를 활용한 전기차 충전 사업 경제성 분석 ꞏꞏꞏ 97

제6장 충전시스템에서의 신재생에너지 활용 방안 ···················· 111

1. SWOT 분석 ꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏ 111

2. 충전시장의 활성화 및 충전 인프라 구축 지원 ꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏ 115

3. 신재생에너지와 충전 사업자의 결합과 상계거래 ꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏ 120

4. 신재생에너지, ESS, 전기자동차 충전 관련 실증 사업 추진 126

5. 충전용 신재생에너지 전력의 REC 발급 허용 ꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏ 129

6. 신재생에너지로 생산된 전력의 충전 이용자 혜택 부여 ꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏ 130

7. 신재생에너지 충전 시스템 도입 시 기술적 문제 해결 ꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏ 133

제7장 결 론 ·············································································· 137

참고문헌 ···················································································· 141

부 록 ························································································· 151

차례 iii

표 차례

V2G 서비스 ꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏ 15

세계 주요 V2G 프로젝트 현황 ꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏ 20

우리나라 지역별 전기자동차 보급 현황 ꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏ 31

2018년 6월말 기준 우리나라 전기차 공공 충전 시설 현황 ꞏꞏ 35

2018년 6월말 기준 민간충전사업자별 충전기 설치 현황 ꞏꞏ 35

2018년 중국 전기자동차 보조금 정책 ꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏ 36

2018년 미국 주정부 및 지방정부 전기차 보조금 ꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏ 37

우리나라 2018년 승용 및 전기자동차 국고 보조금 ꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏ 41

우리나라 2018년 전기화물차 및 전기승합차 국고보조금 42

우리나라 지역별 전기차(고속) 지방비 보조금 현황 ꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏ 43

우리나라 전기자동차 세제 혜택 ꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏ 44

완속충전기 설치비용 보조금 ꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏ 45

2018~2020년 사이에 가동예정인 배터리 신규 설비 용량 ꞏꞏꞏ 47

신재생에너지 생산량 추이(천 toe) ꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏ 56

신재생에너지 발전량 추이(GWh) ꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏ 57

신재생에너지 누적 설비 용량 추이(MW) ꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏ 59

2017년, 2018년 1~3분기 신재생에너지 보급 용량 ꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏ 60

미국 전기차 충전 요금제 ꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏ 67

유럽의 전기차 충전 요금제 ꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏ 68

2018년 전기차 충전 시장 요금제 ꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏ 71

2017년 및 2030년 전기차 보급 대수 및 충전 시장 전망 ꞏꞏ 72

태양광 발전을 활용한 전기차 충전 사업 모델 가정 ꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏ 78

iv

신재생에너지를 활용한 전기차 충전 사업의 경제성 분석1 ꞏꞏ 81

태양광 발전 사업자의 경제성 분석 ꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏ 82

충전 사업자의 전기차 충전 사업 경제성 분석 ꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏ 83

신재생에너지를 활용한 전기차 충전 사업의 경제성 분석2 ꞏꞏ 84

신재생에너지를 활용한 전기차 충전 사업의 경제성 분석3 ꞏꞏ 87

법인세 및 부가가치세 면제 혜택을 고려한 경제성 분석 ꞏꞏ 90

충전요금 변화에 따른 민감도 분석 ꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏ 92

REC 가격 변화에 따른 민감도 분석 ꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏ 95

경제성 분석을 위한 ESS 가정 ꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏ 99

자가 소비용 ESS의 경제성 분석 ꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏ 100

PV 100kW, ESS 300kWh, 급속충전기 2기의 경제성 분석 ꞏꞏꞏꞏꞏ 101

PV 100kW, ESS 300kWh, 급속충전기 2기의 경제성 분석 ꞏꞏꞏꞏꞏ 105

전기자동차 충전시스템에서 신재생에너지 도입의 SWOT 요소 ꞏ 112

전기자동차 충전시스템에서 신재생에너지 도입의 SWOT 전략ꞏꞏ 114

한전 도심생활형 충전소 충전요금 ꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏ 117

아파트 충전소 충전요금(원/kWh, 부가세 별도) ꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏ 117

ESS 관련 주요 정책 ꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏ 127

차례 v

그림 차례

[그림 2-1] EV ARC 사례 ꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏ 6

[그림 2-2] EV ARC를 트레일러로 이동하는 모습 ꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏ 6

[그림 2-3] Solar Tree DC Fast Charging 사례 ꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏ 7

[그림 2-4] 생물종다양성연구소에 설치된 EV 카페 ꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏ 9

[그림 2-5] 신재생에너지홍보관에 설치된 EV 카페 ꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏ 9

[그림 2-6] 롯데 빅마켓 친환경 충전소 개소식 ꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏ 10

[그림 2-7] 한전산업개발이 구축한 ESS 모습 ꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏ 11

[그림 2-8] V2G 집합의 가상발전소(VPP)를 통한 전력거래 ꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏ 14

[그림 2-9] V2G의 부하이전을 통한 부하 곡선 변화 ꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏ 16

[그림 2-10] 신재생-V2G-가정 구성도 ꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏ 17

[그림 2-11] 세계 최초 상업화한 덴마크 V2G 충전소 ꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏ 19

[그림 2-12] V2G 프로젝트 비중 ꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏ 24

[그림 3-1] 연도별 전세계 전기자동차(BEV, PHEV) 누적 보급 대수 ꞏꞏ 28

[그림 3-2] 2017년 국가별 전기차 판매 시장 점유율 ꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏ 29

[그림 3-3] 2017년 전세계 종류별 전기자동차 누적 보급 대수 ꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏ 29

[그림 3-4] 우리나라 연도별 전기차 보급 대수 ꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏ 30

[그림 3-5] 국가별 공공용 전기차 충전 설비(EVSE) 보급 추이 ꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏ 33

[그림 3-6] 2017년 국가별 공공용 급속ꞏ완속충전 설비 보급 현황 ꞏꞏꞏ 33

[그림 3-7] 우리나라 연도별 전기차 충전소 보급 추이 ꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏ 34

[그림 3-8] 연도별 배터리팩 가격 추이 ꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏ 46

[그림 3-9] 글로벌 전기차 배터리 업체 용량 증설 계획 ꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏ 47

[그림 3-10] 연도별 배터리 주요 광물 가격 추이 ꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏ 48

vi

[그림 3-11] 연도별 배터리팩 가격 추이 및 전망 ꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏ 50

[그림 3-12] 전기차 원가 전망 ꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏ 50

[그림 3-13] 리튬이온 배터리 수요 전망 ꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏ 51

[그림 3-14] 2016년 전 세계 총에너지, 재생에너지 에너지원별 공급 비중 ꞏꞏꞏ 53

[그림 3-15] 1990~2016년의 연평균 재생에너지 공급 증가율 ꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏ 53

[그림 3-16] 1990~2017년 OECD 국가의 에너지원별 연평균 전력 생산 증가율ꞏꞏꞏ 54

[그림 3-17] 2016년 지역별 총에너지 대비 재생에너지 비중 ꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏ 55

[그림 3-18] 신재생에너지 생산량 및 공급 비중 추이(천 toe) ꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏ 56

[그림 3-19] 신재생에너지 발전량 및 총 발전량 대비 비중 추이 ꞏꞏꞏꞏꞏꞏ 58

[그림 3-20] 신재생에너지 누적 설비 용량 및 총 발전설비용량 대비 비중 추이(MW) ꞏꞏꞏꞏ 59

[그림 3-21] 재생에너지 3020 이행계획 목표 ꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏ 61

[그림 3-22] 재생에너지 3020 신규 설비 공급 방향 ꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏ 61

[그림 5-1] 태양광 활용 전기차 충전 비즈니스모델 ꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏ 75

[그림 5-2] 기존 및 신규 모델의 태양광 발전+전기차 충전 비중별 수익 ꞏꞏ 85

[그림 5-3] 사업 형태 간 연간 누적 수익 차이 ꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏ 103

[그림 5-4] 사업 형태 간 연간 누적 수익 차이 ꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏ 106

[그림 5-5] 사업 형태 간 연간 누적 수익 차이 민감도 분석 ꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏ 108

[그림 6-1] 전력 1kWh 생산 시, 온실가스 배출량(kg) ꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏꞏ 132

제1장 서 론 1

제1장 서 론

1. 연구의 필요성

2015년 12월 12일 ‘신기후체제’의 출범을 알리는 파리협정이 채택

되었다. 파리협정에서 결의된 대로 지구 평균 온도 상승 2℃ 목표를

달성하기 위하여, 세계 각 국 정부는 의무적으로 온실가스를 감축해야

한다.1) 연료 연소(fuel combustion) 기준, 세계 이산화탄소 배출량은

2008년 29.4십억 톤에서 2015년 32.3십억 톤으로 연평균 1.4% 증가

하였으며, 수송 부문은 6.6십억 톤에서 7.7십억 톤으로 연평균 2.3%

증가하였고, 수송의 도로 부문은 4.8십억 톤에서 5.8십억 톤으로 연평

균 2.8% 증가하였다.2) 이와 같이 수송 부문의 이산화탄소 배출량은

전체 이산화탄소 배출량보다 더 빠르게 증가하였으며, 특히 도로 부문

은 더 빠르게 증가하고 있다. 세계 이산화탄소 배출량에서 수송 부문

과 도로 부문이 차지하는 비중은 2008년 각각 22.5%, 16.5%에서

2015년 24.0%, 17.9%로 증가하였다.3) 연료 연소 기준, 우리나라의 이

산화탄소 배출량은 2010년 557.3백만 톤에서 2015년 592.8백만 톤으

로 연평균 1.2% 증가하였으며, 수송 부문은 84.7백만 톤에서 93.5백

만 톤으로 연평균 2.0% 증가하였다.4) 국내 이산화탄소 배출량에서 수

1) 환경부(2016, p.13, 17), 파리협정에서는 온실가스 감축 목표를 자발적으로 정하도록 하였다. 이를 ‘국가결정기여(NDC; Nationally Determined Contribution)’라고 하며, 우리나라는 2030년까지 BAU대비 37%를 감축하여야 한다. 파리협정의 당사국이 제출한 NDC를 완전하게 이행하더라도 지구 평균 온도 상승 1.5℃ 억제 목표 달성은 요원할 것으로 보인다.(환경부(2016, p.20~22, 27))

2) IEA, CO2 Emissions from Fuel Combustion 2010, 2017 3) IEA, CO2 Emissions from Fuel Combustion 2010, 2017

2

송 부문이 차지하는 비중은 15.2%에서 15.8%로 증가하였다.5) 최근

5~7년 간 수송 부문에서의 이산화탄소 배출량이 연료 연소로부터 발

생한 총 이산화탄소배출량보다 더 빠르게 증가하는 것을 볼 수 있다.

세계 각 국 정부는 수송 부문의 이산화탄소 배출량을 감축하기 위

하여 친환경자동차, 특히 전기자동차 보급 정책을 시행하고 있다. 국

내외 연구들은 전기자동차가 내연기관 자동차보다 온실가스를 덜 배

출한다는 실험 결과들을 보여 왔다.6) 하지만, 전기자동차의 온실가스

배출은 전원 믹스에 따라 크게 변하고 있으며, McLaren et.al.(2016)는

전기자동차의 온실가스 배출량은 전원믹스 변화에 따라 크게 변화할

수 있음을 보였다.7) 국내의 경우, 석탄 39%, 천연가스 23%, 원자력

29%, 기타 9%의 전원믹스와 2014년 자동차 등록대수를 기준으로 연

료 생산부터 차량운행까지의 전과정 평가에서 km당 전기자동차는

94g, 하이브리드차는 141g, 경유차는 189g, 휘발유차는 192g의 온실

가스를 발생시키는 것으로 나타났다.8) 전력을 생산하기 위해서 화석

4) 온실가스종합정보센터(2017, p.60)5) 온실가스종합정보센터(2017, p.60)6) McLaren et.al.(2016), 환경부 보도자료(2015.6., ‘연료부터 운행까지 온실가스 전

과정 측정 결과, 친환경차 배출량 내연차 절반 수준’), Miotti et.al.(2016) 자동차 생산 과정에서는 전기자동차가 내연기관 자동차보다 더 많은 이산화탄소

를 배출하는 것 같다. Global Auto News(유일한, ‘환경을 덜 오염시키는 자동차를 위해’ 유일한, 2018.10.30. 마지막 접속일: 2018.10.30.)

https://auto.v.daum.net/v/gB3i545GFi7) 이산화탄소 배출량이 많은 전원믹스를 갖는 미중서부 지역에서의 주행 중 이산화

탄소 배출량은 대형전기자동차가 소형 내연기관 자동차보다 높을 수 있다. Global Auto News(유일한, ‘환경을 덜 오염시키는 자동차를 위해’ 유일한, 2018.10.30. 마지막 접속일: 2018.10.30.)와 FT(Jessika Trancik, Geoffrey Supran and Marco Miotti, ‘Reality is that most EVs emit less CO2 than petrol cars over their lifetimes, 마지막 접속일: 2018.10.30.)

https://www.ft.com/content/d14b6c8a-c61e-11e7-b2bb-322b2cb39656 8) 환경부 보도자료(2015.6., ‘연료부터 운행까지 온실가스 전과정 측정 결과, 친환경

차 배출량 내연차 절반 수준’)

제1장 서 론 3

연료를 사용할수록 전기자동차의 친환경적 장점은 사라지게 된다.

Miotti et.al.(2016, p.10795)은 지구 평균 온도 상승 2℃ 제한 목표

를 달성하기 위해서는 수송 부문에서 2050년까지 완전하게 이산화탄

소 무배출(carbon-free) 전원으로 생산된 전력을 전기자동차에 공급하

여야 한다고 주장한다. 수송 부문에서 전기자동차를 이용하여 온실가

스를 저감하기 위해서는 이산화탄소를 덜 배출할 수 있는 전원믹스를

고려하여야 한다. 또한, 파리협약의 기후변화 목표를 달성하기 위해서

는 수송 부문에서 이산화탄소 무배출 전원으로 생산된 전력을 사용하

여야 한다는 연구 결과도 존재한다. 전원믹스에서 이산화탄소를 줄이

거나 완전히 배출하지 않기 위해서는 원자력 또는 신재생에너지로 전

력을 생산하여야 한다. 하지만, 원자력의 경우 에너지 전환 시대로의

진입과 안전한 에너지에 대한 욕구가 증대되는 현실에서 이를 대폭

증대시키는 정책을 추진하기에는 어려운 점이 많다. 따라서 장기적 관

점에서는 신재생에너지로부터 발전된 전력을 전기자동차에게 공급하

는 것이 수송 부문에서 온실가스를 줄이는 효율적인 방안이 될 수 있

다. 문제는 경제적 측면에서 비싼 신재생에너지를 전기자동차에 공급

하는 것이 비효율적이라는 점이다.

2. 연구의 목적

본 연구의 목적은 수송 부문에서 온실가스 배출을 줄이기 위해 전기

자동차 보급이 급속하게 증가되는 현실에서 전기자동차 충전시스템에

서의 신재생에너지를 활용하는 방안을 연구하는 것이다. 하지만 전기

자동차 보급 대수가 미미하고 충전시장이 성숙하지 않은 단계에서 그

리고 신재생에너지가 비싼 현실에서 전기자동차 충전을 위한 신재생에

4

너지 활용은 너무 비효율적일 수 있다. 본 연구는 현재 충전시스템에

서 신재생에너지 활용의 문제점을 살펴보고, 중장기적 관점에서 신재

생에너지를 충전시스템에서 활용할 수 있는 방안을 제안하고자 한다.

본 연구는 연구의 목적을 달성하기 위해서 먼저, 세계적으로 충전시

스템에서 신재생에너지를 활용하는 사례들을 분석하고 시사점을 도출

할 것이다. 두 번째, 전기자동차, 배터리, 신재생에너지의 시장의 동향

과 전망을 살펴본 후, 전기자동차 관련 시장의 확대 가능성을 분석한

다. 세 번째, 현재 충전 시장의 문제점을 파악하고 충전 시장이 발전

하기 위한 여러 가지 비즈니스 모델과 정책들을 분석할 것이다. 네 번

째, 현재의 배터리, 충전, 신재생에너지 시장관련 자료들을 가지고 충

전시스템에서의 신재생에너지 활용의 경제성 분석을 진행할 것이다.

다섯 번째, 본 연구는 위 4개의 장에서 분석된 결과를 바탕으로 전기

자동차 충전시스템에서 신재생에너지를 활용할 수 있는 방안들을 제

안할 것이다.

제2장 전기차 충전에 신재생에너지 활용 사례 5

제2장 전기차 충전에 신재생에너지 활용 사례

1. SPCS(Solar Powered Charging Station) 사례

SPCS의 대표적인 예로는 Envison Solar社의 EV ARC와 Solar Tree

가 있다. EV ARC는 그리드에 연결되지 않은 100% 태양광 발전만을

이용한 전기차 충전시설이다. 이 충전시설은 트레일러로 이동이 가능

하며 주차공간 한 면에 딱 들어맞아 주차장 어느 곳에서든 설치가 가

능하다. 충전 용량은 4.3 KW이며, 하루에 최대 1,225 miles을 갈 수

있는 양을 충전할 수 있다. EV ARC는 그리드와 연결할 필요가 없기

때문에 설치가 매우 간편하며, 대형 스크린을 통해 광고 사업도 병행

할 수 있다는 장점이 있다. 또한, 이러한 설비는 자동차에 그늘을 제

공해 주는 효과까지 있어 뜨거운 여름에 차의 온도를 낮추는 역할도

한다. 모델에 따라서는 태양 위치에 따라 태양광 패널이 움직이는 제

품도 있다. 이 제품은 캘리포니아 주 내 다양한 공원과 해변 등에 현

재 설치되어 운영 중에 있다.

6

[그림 2-1] EV ARC 사례

자료: Envision Solar 홈페이지, 최종접속일 2018.10.31. http://www.envisionsolar.com/ev-arc/

[그림 2-2] EV ARC를 트레일러로 이동하는 모습

자료: Envision Solar 홈페이지, 최종접속일 2018.10.31. http://www.envisionsolar.com/ev-arc/

제2장 전기차 충전에 신재생에너지 활용 사례 7

Solar Tree DCFC는 그리드에 연결되지 않은 독립적인 전기차 충전

시설로 태양광 발전을 통해 충전된 전력을 50kW 용량으로 충전해주

며, 하루에 최대 700e miles를 충전해줄 수 있다. 이러한 제품은 전력

망이 도달하지 못하는 지역에 전기차 충전 시설을 설치하기에 매우

적합한 모델로 여겨지고 있다.

[그림 2-3] Solar Tree DC Fast Charging 사례

자료: Envision Solar 홈페이지, 최종접속일 2018.10.31. http://www.envisionsolar.com/solar-tree/solar-tree-dcfc/

8

2. SPCS+ESS 사례9)

제주도는 신재생에너지 및 ESS 기반의 전기차 충전 인프라 실증사

업에 일환으로 EV Cafe를 2018년 7월 26일에 준공하였다. 이 사업은

2017년 3월 산업통상자원부(한국에너지공단) 「지역에너지신산업 활

성화 지원사업」에 응모하여 선정된 것이다. 이에 제주도는 총 사업비

40억 원을 투자하여 남원읍 신례리 생물종다양성연구소 부지에 태양

광(0.5㎿), ESS(0.9㎿h), 급속충전기 4기(7대 동시충전 가능)와 더불어

충전을 이용하는 고객들이 쉴 수 있는 EV카페까지 건설하였다. 또한,

좌읍 행원리 신재생에너지홍보관 부지에는 태양광(0.1㎿), ESS(0.2㎿

h), 급속충전기 4기(7대 동시충전 가능), 통합모니터링, EV카페 등을

마련하여, 전력생산ꞏ저장ꞏ판매, EV충전, EV카페를 동시에 충족할 수

있는 복합공간을 준공하였다. 본 사업은 신재생에너지(태양광) 발전시

설로 전력을 생산하여 에너지저장장치(ESS)에 저장한 후 전기차 충전

수요를 처리하고 일부 전력을 판매하는 에코플랫폼 비즈니스 모델을

실증하게 된다. 또한 신규 설치되는 EV충전스테이션에서는 올해 말

준공예정인 전기차 폐배터리 재사용센터와 연계하여 전기차 폐배터리

를 이용한 ESS활용도 가능할 것으로 예상된다. 특히 이곳은 충전하면

서 휴식할 수 있는 공간을 마련했다는 점에서 향후 전기차 충전의 새

로운 전환점이 될 것으로 보인다.

9) 제주특별자치도 경제통상일자리국 보도자료(2018.7.26.) 신재생에너지 융합 충전스테이션(EV Cafe)준공, 전기차 연관산업 ‘가속’

제2장 전기차 충전에 신재생에너지 활용 사례 9

[그림 2-4] 생물종다양성연구소에 설치된 EV 카페

자료: 제주연구원(2018.07) 제주 EV 리포트 2018.07.

[그림 2-5] 신재생에너지홍보관에 설치된 EV 카페

자료: 제주연구원(2018.07) 제주 EV 리포트 2018.07.

10

한전산업개발은 한국환경공단에서 추진한 ‘신재생에너지 및 에너지

저장장치를 이용한 친환경 전기차 충전소 구축 실증사업’의 총괄사업

자로 선정된 후 영등포 롯데 빅마켓(태양광 150kW, ESS 340kWh),

세종시 은하수공원(태양광 200kW, ESS 340kWh), 제주도 중문충전

소(태양광 15kW, ESS 340kWh) 등 3곳에 총 1MWh의 ESS와 태양광

발전을 이용한 전기차 충전소를 설치하여 운영 중에 있다.10)

[그림 2-6] 롯데 빅마켓 친환경 충전소 개소식

자료: 투데이에너지(2018.11.27.) 한전산업개발, 친환경 전기차 충전소 보급 나서 최종접속일 2018.12.12. http://www.todayenergy.kr/news/articleView.html?idxno=208997

10) 투데이에너지(2018.11.27.) 한전산업개발, 친환경 전기차 충전소 보급 나서최종접속일 2018.12.12

http://www.todayenergy.kr/news/articleView.html?idxno=208997 한전산업개발 당사에 직접 문의

제2장 전기차 충전에 신재생에너지 활용 사례 11

[그림 2-7] 한전산업개발이 구축한 ESS 모습

자료: 에너지데일리(2018.11.27.) 한전산업개발, 친환경 전기차 충전소 보급에 나서다 최종접속일 2018.12.12. http://www.energydaily.co.kr/news/articleView.html?idxno=94807

12

3. 신재생에너지와 V2G 충전소 사례 분석

전기에너지는 생산되는 동시에 소비되기 때문에, 소비자의 수요 변화

에 따라 적정한 수준의 전력을 공급해야 하는 특징을 갖는다. 전력의

수요에 맞추어 완전하게 공급이 안 될 경우 전기의 품질 및 안정성이

떨어진다. 또한 전력을 생산하는 장소와 소비되는 장소가 대개의 경우

멀리 떨어져 있는 특징이 있다. 이러한 전기에너지 생산지와 소비지의

불일치는 전력 공급을 중단시킬 수 있는 위험 요소 중 하나가 된다.

이 전기에너지의 특징을 보완할 수 있도록 다양한 에너지저장장

치11) 기술이 개발되어 왔다. 그 중 배터리 기술이 발전하면서 저장할

수 있는 용량과 성능이 빠르게 개선되고 있다. 이러한 기술의 성숙은

핸드폰의 이용 확대와 무선 청소기 등의 다양한 무선 전자기기의 확

산을 가져왔다. 또한 전기자동차의 보급이 전 세계적으로 급격히 증가

하면서 그 배터리를 이동형 에너지저장장치로 간주하고 이를 사회적

으로 유용하게 이용할 수 있는 방안에 대한 연구와 비즈니스 모델 개

발을 위한 실증사업이 진행되고 있다.

Vehicle-to-Grid(이하 V2G12))는 전기자동차 배터리에 충전한 전기

에너지의 일부를 전력망에 다시 전송하는 기술13)과 이를 운영하는 시

스템14)을 말한다. 이는 전기자동차 이용자가 자동차에 충전해 놓은

11) 주요 전기저장기술은 양수발전, 압축공기저장시스템, 플라이휠, 납축전지, 리튬이온전지, 나트륨황전지, 레독스 흐름 전지 등, 이성인(2014,10-18p)

12) V2G 외에도 자동차의 전기에너지를 건물에 송신하는 Vehicle-to-Building(V2B) 가정집에 송신하는 Vehicle-to-Home(V2H), 여러 사물에 사용하는 Vehicle-to-Everything (V2X) 등으로 전기자동차의 이동형 배터리로써의 기능을 다양하게 적용하려는 기술 개발과 사업 모델이 개발되고 있다.

13) 양방향 충전 기술로 불리고, 배터리의 전력을 계통으로 보내기 위한 DC-AC 인버터 기술이 필요하다. 자동차 내에 인버터가 있는 경우와 충전소에 인버터가 설치되어 있는 경우, 전기자동차의 계통으로의 방전이 가능하다.

제2장 전기차 충전에 신재생에너지 활용 사례 13

전력을 필요할 때 다시 방전함으로써 그 전력이 특정 시점에 더 필요

한 부분으로 사용될 수 있도록 하는 기술이다. 이러한 기술을 통하여

전기에너지를 저장하고 이동시킬 수 있으므로, 그 동안 시도하지 못했

던 다양한 상황에 이를 적용하는 것이 가능하다. 가령 전기자동차의

이동성과 배터리의 전력 저장성을 이용하여 전기 수용가에게 전기를

소규모로 공급하거나, 더 나아가 여러 전기자동차에 있는 전기를 모아

서 계통 측면에서 유휴 자원을 유용하게 쓸 수 있다. 이러한 가능성을

실현하기 위해서 현재 관련 연구가 활발하게 진행되고 있다. 해외에서

는 유럽의 영국, 덴마크, 네덜란드를 중심으로 다양한 시범 사업이 진

행되고 있으며, 이미 비즈니스 모델화하여 수익을 얻는 사례가 보고되

고 있다.

신재생에너지와 V2G와 관련된 문헌 및 사례 조사는 두 부분으로

구성할 수 있다. 첫째는 V2G에 대한 전반적인 내용을 소개하고, 두

번째는 국내외 실증사업 및 상업화 사례를 소개한다. 세 번째로 문헌

분석을 통해서 V2G 보급 장애 요인을 분석하고, 마지막으로 V2G 보

급을 위한 시사점을 도출한다.

가. V2G의 구성요소

NREL15)에 의하면 V2G를 구성하는 요소로 크게 세 가지를 들었다.

첫째는 양방향 배터리 관리시스템, 둘째는 전기차를 계통에 연결하여

충ꞏ방전을 할 수 있도록 하는 기술(Electric Vehicle Supply

Equipment; EVSE), 셋째는 자동으로 전기자동차의 충ꞏ방전을 결정할

14) 배터리 관리 시스템이 장착된 전기자동차와 계통운영자(혹은 전력중개자)간의 커뮤니케이션 기술 및 관리 운영 체계를 의미한다.

15) NREL 2017 (7-9p)

14

수 있는 시스템과 전기차와의 커뮤니케이션 기술이다.

[그림 2-8] V2G 집합의 가상발전소(VPP)를 통한 전력거래

자료: CENEX 2018, 11p

위 그림은 V2G의 모습을 간략하게 보여준다. 각 V2G 전기자동차

소유주는 자동차를 충ꞏ방전 설비가 갖추어진 곳에 주차를 하고 계통

에 연결한다. 충전이나 방전은 운전자가 직접 결정하기보다는 자동관

리 시스템에 의하여 자동적으로 이루어진다고 가정하자. 계통운영자

혹은 중개사업자와의 무선 커뮤니케이션으로 전기 구입 비용이 가장

쌀 때 충전을 하도록 신호를 보내고, 비쌀 때 방전을 하여 참여자에게

이윤을 추구하는 모습을 생각할 수 있다. 전력중개인의 입장에서는 여

러 대의 전기차가 방전한 전력량을 모아서 도매시장에서 수요관리자

원으로써 이용할 유인이 크다. 더불어 계통운영자의 경우 많은 수의

전기자동차 가 피크시간대에 계통으로 동시에 전력을 방전함으로써

제2장 전기차 충전에 신재생에너지 활용 사례 15

피크저감효과를 볼 수 있다.

V2G는 또한 경제적인 관점에서 비용 요소와 수익 요소로 구분할

수 있다.16) 비용 요소로는 전기자동차 배터리의 수명과 교체 주기, 인

버터 비용, 충방전을 할 수 있는 인프라(EVSE17)) 비용, 전기자동차와

계통 간의 커뮤니케이션을 할 수 있는 시스템의 운영 및 관리 비용이

다. 수익 요소로는 수요관리 보상 체계, 충ꞏ방전 시간 및 횟수, 접속면

수, 배터리 사이즈 및 V2G 가능한 전기차 대수(pool size) 등으로 이

루어진다.

V2G는 부하 이전이나 방전을 통하여 다양한 서비스들을 제공할 수 있다.

CENEX 2018에 따르면, V2G가 전력시장에 제공할 수 있는 서비스는 다음과

같다.

전력시장 서비스

TSO 주파수 조정, 수요관리DSO 전압조정, 부하이전

에너지 도매시장 중개인을 통한 에너지 도매거래

개인간 거래시장 소규모 판매, 비상용 백업전력

Behind the Meter 시장 재생에너지 전력 사용확대피크기간 충전 회피

V2G 서비스

출처: CENEX 2018, 12p

신재생에너지 중 태양광과 풍력의 비중이 확대되면서 계통의 간헐

성과 변동성이 증가함에 따라 그에 대한 여러 가지 방안 들이 강구되

고 있다. 대표적으로 V2G는 신재생에너지의 확대로 인한 전력 공급

16) NREL 2017 (7-9p)17) Electric Vehicle Supply Equipment의 약자로 충방전을 가능케하는 부품임.

16

의 변동성에 대응하여 이를 완화시킬 수 있는 방안이 된다. V2G는 부

하이전(load shiftng, 그림 2-9), 전압 조정(voltage control)이나 주파수

조정(frequency control), 비상용 백업 전력 공급(emergency supply

backup power) 등으로 이용할 수 있다.

그 중에서 전력피크 기간에 전기차의 배터리를 방전하여 피크수요

를 감소시키는 방안, 즉 수요관리 자원으로 활용하는 방안이 많이 논

의되고 있다(Uddin et al. 2018). [그림 2-9]은 피크수요 감소와 이에

따른 부하의 변화를 보여준다.

출처: http://www.amsterdamvehicle2grid.nl/ 최종방문일 2018.10.26.

나. 국내·외 주요 실증사업 및 사업화 사례

V2G-신재생 연계 사업은 덴마크, 네덜란드, 영국을 중심으로 활발

하게 진행되고 있고, 이는 여타 유럽 지역과 일본, 미국 등으로 확대

되고 있다. V2G 사업은 주로 중앙정부가 지원을 하고 지방정부와 기

업들이 참여하는 실증 사업의 형태로 진행되고, 이러한 실증사업의 결

[그림 2-9] V2G의 부하이전을 통한 부하 곡선 변화

제2장 전기차 충전에 신재생에너지 활용 사례 17

과를 토대로 다양한 충전사업 비즈니스 모델을 개발하고 있다.

네덜란드의 암스테르담 에너지도시연구소(The Amsterdam Energy

City Lab)는 living lab 개념의 프로젝트를 진행하고 있다. living lab은

스마트 에너지 솔루션을 실제 생활환경에서 직접 소비자에게 적용하여

데이터를 산출한 후, 이를 이용하여 환경성, 자원관리의 효율성 및 비

용절감 측면에서 소비자 효용을 증가시키는 솔루션을 개발한다.

이를 위해 에너지도시연구소는 2014부터 2016년까지 2년 동안 한

가구를 대상으로 Amsterdam Vehicle 2 Grid 프로젝트를 진행했다.18)

이는 가정의 전력소비에서 태양광과 전기보트의 배터리를 이용할 경

우 계통으로부터의 전력 소비 자립도를 얼마나 증가시킬 수 있는지

실험한 프로젝트이다. 이 실험에 참여한 가정은 대략 연간 3350kWh

를 소비하고, 4kW의 태양광패널을 설치하여 연간 3780kWh의 전력을

생산하였다. 전기보트에 있는 배터리의 용량은 10kWh이고 그 중

7kWh를 전력저장 및 충전으로 이용했다.

[그림 2-10] 신재생-V2G-가정 구성도

출처: http://www.amsterdamvehicle2grid.nl/de-installatie/, 최종접속일 2018.10.26.

18) http://www.amsterdamvehicle2grid.nl/ 우측하단 presentation 참고, 최종접속일 2018.10.26.

18

태양광만 이용을 했을 경우에, 전력 소비의 34%를 태양광 발전으로

충당했고 (나머지는 계통으로부터의 전력소비), 전기보트의 배터리를

이용한 경우, 저장된 태양광 전력을 이용함으로써 전체 전력소비의

65%를 태양광으로부터 얻을 수 있었다. 즉, 배터리를 이용한 태양광

전력의 저장으로 에너지자립도가 34%에서 65%로 증가하였다. 이는

전기차의 배터리 사용으로 친환경에너지 사용을 그만큼 높일 수 있다

는 의미이다. 또 다른 결과로, 태양광 발전량이 많은 계절(여름)에 배

터리의 중요도가 더 높아지고, 발전량이 적은 계절(겨울)에는 계통의

의존도가 높아졌다. 또한 여름 동안에 생산된 태양광 전력 중 반 이상

이 계통으로 전송되었다. 배터리의 수명단축(degradation)에 관해서는

2년 동안 6-7% 감소하는 것으로 관측되었다.

덴마크에서 실시하고 있는 V2G 실증 프로젝트인 Parker project는 전

세계에서 최초로 상업화에 성공한 V2G 프로젝트이다.19)

Frederiksberg Forsyning사20)에서 소유한 10대의 Nissan 전기 승합차21)

를 이용해서 주파수 조정 서비스 시장22)에 참여하여 이윤을 얻는다.

Nuvve사는 V2G 관리 소프트웨어로 차량들에 충ꞏ방전 신호를 송수신하

여 그 전력들을 모아서 주파수 조정을 위한 입찰시장에 공급할 수 있는

시스템을 갖추고 있다. 이 승합차들의 방전 수준은 어느 시점 이하로

19) 덴마크 Edison project와 Nikola project가 선행되었고 최근에는 ACES(Across Continents Electric Vehicle Services) project를 진행하고 있다.

20) 코펜하겐 근교의 지역 가스, 수도, 난방 및 오물 관리 서비스를 제공하는 공공유틸리티회사임

21) 10대의 eNV200, 24kWh 배터리와 10대의 ENEL V2G 충전기 (각 충전기 성능: +/- 10 kW)

22) 덴마크의 주파수 조정 시장은 두 부분, Jutland와 Funen은 Regional Group(RG) continetal Europe (Western Denmark, DK1), Zealands는 RG Nordic(Eastern Denmark, DK2)의 두 시장으로 나뉜다. 위 프로젝트의 경우, DK2의 시장에서 제공하는 Frequency-controlled Normal Operation Reserve 시장에 참여하였다.

제2장 전기차 충전에 신재생에너지 활용 사례 19

내려가지 못하도록 설정되어 있고, 특정 시간대에는 운전할 수 있도록

프로그램화되어 있다. 이러한 V2G 서비스는 연간 차 한 대당 1000에

서 1400 유로의 수익을 얻는 것으로 보고되었다. (NREL 2017 p6)

[그림 2-11] 세계 최초 상업화한 덴마크 V2G 충전소

출처: https://insideevs.com/nissan-enel-nuvve-launched-worlds-first-commercial-v2g-hub-in-denmark/ 최종접속일: 2018.10.30.

영국은 최근 정부의 활발한 지원으로 전국 단위의 V2G관련 프로젝

트를 추진하고 있다. Sciurus 프로젝트는 1000개의 V2G 충전소를 설

치하여 가정용 전기차를 대상으로 자료를 수집하는 실증을 진행하고

있다. Octopus 프로젝트는 Octopus Energy, Octopus Electric Vehicle,

UK Power Networks, ChargePoint Service 등 다양한 회사의 합작 프

로젝트로 정부에서 3백만 파운드(약 40억)의 지원23)을 받으며, 135

개의 V2G 충전기를 설치하여 실증을 진행한다.24)

일본은 한 예로 히타치와 미츠비시가 동경전력(TEPCO)과 함께 실

23) Office for Low Emission Vehicles와 Innovate UK의 지원을 받음24) https://www.zap-map.com/octopus-energy-and-geniepoint-help-launch

-ev-v2g-project/ 최종접속일 2018.11.13.

20

증 사업을 진행 중이다. 이 실증 사업도 역시 정부의 지원25)을 받고

있으며, 신재생에너지를 활용한 비즈니스 모델 구현과 전력 계통의 안

정성 유지를 목표로 추진되고 있다.

이들 사례를 포함하여 다음 표와 같이 V2G 프로젝트 현황을 정리

할 수 있다.

명칭 국가 대상 제조사 Aggregator

Parker 덴마크 공공 Nissan/Mitsubitchi NUVVE

Denmark V2G 덴마크 공공 Nissan NUVVEGrid Motion 프랑스 승합 PSA group Direct Energie

Genoa 이탈리아 승합 Nissan IITTohoku 전력

일본 승합

- -Chubu 전력 Toyota NUVVE

TEPCO Mitsubishi -간사이 - -큐슈 다수 -

UK V2G

영국

공공 Nissan -E-Flex 승합 다수 NUVVE

Powerloop 주거 Nissan Open EnergieV2GO 승합 다수 Upside Energy

Smarthubs 승합 다수 FlexitricitySciurus 주거 Nissan V-Charge

세계 주요 V2G 프로젝트 현황

25) Sustainable Open Innovation initiative의 지원을 받음

제2장 전기차 충전에 신재생에너지 활용 사례 21

명칭 국가 대상 제조사 Aggregator

NewMotion

네덜란드

공공 Mitsubishi NewMotion/NUVVEAmsterdam 공공 Mitsubishi -

SMART Solar 공공 - JedlixSolar-powered 공공 Nissan -

City-Zen Smart City 공공 - Enervalis

US Air Force

US

승합 - -School Bus

V2G 승합 Retrofit NUVVE

PG&E V2H 주거 Nissan -

세계 주요 V2G 프로젝트 현황(계속)

주: 대상 항목은 V2G 실증 사업을 시행하는 충전소 및 전기차의 형태에 따른 것으로 “공공”은 공공 충전소, “승합”은 승합 전기차, “주거”는 가정용 충전기를 대상으로 한 V2G 실증을 의미함. “-” 항목은 해당 사항이 없음을 의미함 “Aggregator"는 여러 대의 전기차에서 방전한 전력을 모으는 솔루션 제공 기업임 출처: BNEF 2018 p11-15, 저자 정리

국내에서는 제주도 스마트그리드 실증 사업(2009.12-2013.5)에서

V2G 기술을 실계통 테스트를 거쳐 검증이 완료되고, 양방향 충전기

(on board charger)가 개발되었다.26)27) 그 후 V2G 시범사업이 2014년

말부터 2015년 12월까지 1년여 동안 추진되었으며, 이 시범사업으로

서울대학교와 광주화학기술원에서 각각 V2G 차량 5대의 충방전 패턴

자료를 수집하고 경제성을 분석하였다.28)

국내에서 V2G 기술이 적용된 충전소는 국내 KT 분당 사옥에 있는

충전소로, 이곳에는 충ꞏ방전을 할 수 있는 기기가 충전기에 설치되어

있다. 이에 대한 개발 실증은 마친 상태이며, 현재 전기차-수요관리

26) 기초전력연구원 (2016)27) 자세한 내용은 최진영 박은성 (2014) 참고28) 운영시스템이 자동화 알고리즘이 포함되어 있었고, 최대부하시간대에 방전, 심야시

간대에 자동충전이 되도록 설계. 자세한 내용은 기초전력연구원(2016) 39p 참고.

22

사업모델 실증이 진행되고 있다. 아울러 제주도에는 제주 한국전력 사

옥에 V2G 기술이 추가된 20대 동시 충전기가 설치되어 있다.29)

신재생에너지와 충전소를 연계한 프로젝트가 2018년 7월에 제주도

에서 개소하였다. 제주에너지공사, 제주테크노파크, 현대일레트릭 회

사의 합작 형태로 설립한 EV cafe30)는 태양광 발전소에서 생산한 전

기를 충전소에 이용함으로써 친환경성을 강화하고 충전 이용자의 소

비와 태양광 발전 간의 패턴을 분석하려는 목적의 실증 프로젝트이다.

다. V2G 보급 장애 요인

Lauinger, Vuille and Kuhn (2017)은 V2G 보급에 있어서, 배터리

열화 현상에 의한 수명 감소, 충전관리자와 전기자동차와의 송수신 기

술 미흡 및 전기차 전력 중계자 (혹은 중계 시스템)의 부재 등의 문제

점이 가장 크다고 지적한다. 각 요소가 전기차 소유주의 V2G 진입을

막기 때문이다.31) 또 다른 문제점은 현 에너지 시장에서 V2G 사용의

경제적인 이윤이 불확실하다는 점과 앞으로 ESS와 같은 전력저장장

치와의 경쟁에서 V2G가 비교우위를 가질 수 있는지가 불투명하다는

점이라고 보고한다.

한편 소비자 측면에서의 첫 번째 걸림돌은 V2G 기술에 대한 낯설

음이다. Noel et al(2018)에 따르면 50명을 대상으로 한 집중 면담

(focus group interview)에서 면담자 중 누구도 V2G라는 개념에 대해

29) https://news.joins.com/article/22364368, http://www.fnnews.com/news/201802261852279297, 최종방문일 2018.10.26.

30) 제주시 구좌읍 행원리 (7대 동시 충전, 50kWh/1대, 100kWh/2대, 150kWh/2대)31) 배터리 열화 현상은 충전상태(State of Charge)를 적정 수준으로 이상으로 유

지하면 배터리 마모를 줄일 수 있음

제2장 전기차 충전에 신재생에너지 활용 사례 23

서 알지 못했고, 스마트그리드의 개념에 대해서도 응답자의 소수만이

알고 있다고 답했다. 그러나 응답자들이 V2G에 대한 인식 수준이 낮

음에도 불구하고 만약 충ꞏ방전을 통해 이윤을 얻을 수 있다면 V2G

기술을 활용할 것이라고 답했다. 이를 통해서 이윤을 얻을 수 있는 구

조를 갖추는 것과 소비자에게 V2G 관련 정보를 제공하는 홍보를 통

해 소비자의 수용성을 높일 수 있음을 알 수 있다. 그 외에는 차량 사

용을 자유롭게 하지 못하는 점(Parsons et al 2014)과 개인 프라이버시

침해 (Bailey and Axsen 2015) 등이 V2G 보급의 어려움으로 지적되

고 있다.

라. 시사점

태양광 발전소와 전기차 충전소의 결합 사례와 V2G-태양광-충전소

가 결합된 사례들을 살펴보았고 보급 장애 요인을 통해 몇 가지 시사

점을 찾을 수 있다.

첫째는 협업을 통한 충전서비스 형태의 다양화다. 전기차 충전소는

계통운영자(배전망운영자), 충전설비회사, 충전 소프트웨어 관리자, 전

기차 제조 회사 등의 다양한 주주들이 하나의 회사를 구성하여 충전

서비스업에 진출하는 경우가 많다. 이를 통해 다양한 실증사업과 실험

이 이루어지고 있다.

또한 공공충전소 및 승합차 중심의 V2G 프로젝트의 비중이 크다는

점도 주목할 만하다. 이는 향후 확장성이 큰 공공충전소와 전기 승합

차를 대상으로 시장을 발굴하려는 노력을 반영한 것이다. 국내에서도

V2G 실증사업을 설계할 때 이러한 해외 사례, 즉 공공충전소 활용과

승합차 중심의 V2G 실증사업 설계를 참고하여 시장성 확보 방안을

24

포함하는 것이 필요해 보인다.

둘째는 각국 정부의 활발한 지원이 충전시장의 혁신을 위한 투자의

시발점이 되고 있다는 점이다. 전기차 시장과 표준 충전 기술의 선점

은 기술의 수출과 시장 확대를 위해 꼭 필요한 요소이다. 이를 위해서

우리 정부도 적극적으로 실증사업에 지원하고 충전 서비스 및 소프트

웨어 개발을 위해 투자할 필요가 있다.

자동차 제조사별 충전소 형태별

[그림 2-12] V2G 프로젝트 비중

출처: BNEF (2018) p4

셋째는 전기차 충전시장을 선점하기 위한 선제적 투자가 경쟁적으

로 이루어지고 있는 점이다. 미국, 유럽, 일본에서 V2G 관련 충전사

업에 투자를 가장 많이 하는 자동차 제조 회사는 닛산(nissan)이다. 닛

산은 미래의 전기자동차와 충전인프라 시장 선점을 위해 공격적으로

투자하여 V2G 시장을 이끌고 있다.

넷째는 NUVVE사 등의 V2G 운영 소프트웨어 회사 등의 시장진입

이다. V2G의 경제성을 제고하기 위해서는 소프트웨어 회사의

aggregation 방식이 중요하다. 델라웨어대학에서 개발한 V2G 운영 소

제2장 전기차 충전에 신재생에너지 활용 사례 25

프트웨어를 인수한 NUVVE사는 미국과 유럽의 여러 V2G 프로젝트

에 참여하며 시장을 넓히고 있다. 이러한 기술개발 지원과 사업화 과

정을 벤치마킹해서 국내의 에너지신산업 관련 소프트웨어 개발 스타

트업을 육성하여 시장에 안착하는 방안을 강구해야 할 것이다.

다섯째는 V2G 보급을 활성화를 위해서 보조금 제도가 필요하다는

점이다. 특히 초기 보급 시 시장 확대를 위해서 효용이 높은 발전차액

지원제도와 상계거래 제도를 결합한 방식이 현 제도에서 유효해 보인

다. 예를 들어 소비자가 100kW만큼을 200원/kW으로 심야에 충전하

였을 경우를 가정하자. 이 소비자가 어떤 건물에 20kW만큼의 전력을

방전하도록 유도하기 위해서는 본래의 충전 가격에 고정가격 a원

/kwh만큼을 더 책정하여 소비자가 (200+a)원/kwh 만큼의 방전요금을

최대부하시간대에만 받을 수 있도록 설정하자. 전기차 소유주가 직접

전기를 판매할 수는 없기 때문에, 만약 충전소에서 방전을 한다면 그

충전소가 사용할 20kWh 만큼의 양을 전기차에서 제공하는 것이므로,

그 부분에 해당하는 요금을 사용자의 전기요금에서 차감하는 것이다.

이와 같이 총 방전량에 대한 고정 요금 a만큼을 정부에서 장기간 지

원한다면 초기 V2G 참여를 유도할 수 있다.

전국의 전기차 보급이 초기 수준이어서 사용자가 많지 않고 V2G

설비가 설치되어 있는 충전소도 아직 많지 않기 때문에 소규모 예산

으로 지원가능할 것으로 예상된다. 그�