친환경 하이브리드형 분산전원
전기자동차 충전시스템 개발

전 세계적으로 자동차가 배출하는 오염물질을 저감하기 위해 내연기관차의 규제를 강화하고 있다. 이런 기조 속에 친환경 모빌리티의 필요성이 대두되고 많은 연구개발에 힘을 쏟은 결과, 전기자동차가 출현하였고 최근에는 상당한 기술개발 성과에 이르고 있다. 최근 블룸버그 NEF(New Energy Finance)가 발표한 보고서 ‘2020 전기자동차 전망(Electric Vehicle Outlook 2020)’에 의하면 전 세계 신규 승용차 판매 중 전기자동차 비중이 2040년에는 58%에 달할 것으로 전망했다. 이에 발맞춰 우리나라 정부도 전기자동차를 포함한 친환경 자동차의 보급을 확대하는 정책을 지속적으로 추진 중에 있다.

하지만 친환경성이 강점인 전기자동차는 전 생애 과정 분석인 LCA(Life Cycle Assessment)를 고려했을 때, 화석연료에 의해 생산된 전기로 전기자동차를 충전하게 된다면 전기자동차의 친환경적인 장점은 줄어들 수밖에 없다. 또한, 전기자동차 증가로 인해 충전설비가 급속도로 증가하고 있는데, 이런 충전부하는 기존 전력계통에 미치는 전력품질 문제와 설비증설을 통해 용량의 확보가 필요해 전기자동차 보급 확대에 커다란 걸림돌로 작용하고 있다.

이러한 문제점을 해결하기 위하여 한국에너지기술연구원 전력시스템연구팀은 2018년부터 에너지저장장치와 신재생에너지를 전기자동차 충전시스템에 결합한 ‘하이브리드형 분산전원 전기자동차 충전시스템’을 개발하여 신재생에너지를 통해 전기자동차를 충전할 때 필요한 전력을 공급하여 전기자동차의 친환경성 실현을 목표로 연구를 진행하고 있다. 이와 함께 전기자동차 충전시스템이 설치된 전력계통의 전력품질 안정성을 확보하고, 충전전력으로 신재생에너지 또는 에너지저장장치를 사용하여 기존 전력계통의 부담을 최소화 할 수 있는 에너지자립 알고리즘이 적용된 운영기술을 개발하고 있다. 이는 수요자중심의 전기자동차 충전시스템을 지향하여 저압배전 계통 단위로 에너지 자가소비 효율을 높여, 커뮤니티 단위에서 발생되는 전력의 불안전성을 해소하고 에너지자립화를 통한 전력계통의 유연성을 확보하기 위함이다.

본 전기자동차 충전시스템은 복수의 전기자동차 충전기 및 신재생에너지, 에너지저장장치를 통합 운영하여, 전기자동차 충전시스템 하이브리드 운영기술을 통해 전압을 배전계통 허용기준인 정격전압의 ±6% 이내로 유지하고 전기자동차 충전부하 및 신재생에너지의 발전량 예측을 통해 에너지자립 기능을 수행한다.

향후 V2G(Vehicle To Grid)가 활성화된다면, 신재생에너지 연계형 하이브리드형 분산전원 전기자동차 충전시스템이 에너지 자가소비뿐만 아니라 전력 보조서비스(Ancillary Service) 용도로도 활용이 가능할 것이다. 또한 커뮤니티 단위로 확대되어 복수의 전기자동차 충전시스템을 묶어 가상발전소로 활용하는 프로슈머 서비스가 등장에도 기여할 것이다. 따라서 전기자동차 충전시스템의 운영 알고리즘 고도화, 전기자동차 충전기의 자동진단시스템, 전기자동차의 폐배터리를 연계한 전기자동차 충전시스템 전력제어용 재사용 기술, 외란 발생 시 시스템의 신뢰성 확보를 위해 저압계통 간의 보호협조체계에 대한 선제적인 연구를 진행하여, 안정적인 친환경 전기자동차 보급과 충전 인프라 확충에 기여하고자 한다.

글/김대진 선임연구원
한국에너지기술연구원 전력시스템연구팀

서울과학기술대학교 기계설계자동화공학과를 졸업하고 동 대학원에서 석사 학위 취득 및 전기공학과에서 박사 학위 논문을 준비 중이다. 주요 연구 및 관심분야는 전기 자동차 충전시스템, Power Hardware-In-Loop Simulator 및 전력변환장치다.

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