최근 배터리 전기차에 대한 관심이 집중되고 있다. 배터리 전기차는 항속거리의 한계로 대도시용 자동차로 인식되어지고 있다. 현재는 배터리 전기차 자체의 한계도 이슈가 되고 있지만 동시에 충전도 반드시 선결되어야 할 과제 중 하나다. 본 고는 전기자동차 인프라 네트워크 연구소 조성규 소장이 제안하는 초저비용 전기자동차 충방전인프라 지오 라인(Geo-Line)에 관한 내용이다. 여러가지로 검토되어야 할 내용이 많지만 아직까지 기본적인 안마저 마련되지 않는 충방전에 관한 하나의 제안으로 판단되어 글로벌 오토뉴스에 게재한다.(편집자 주)

글 / 조성규( 전기자동차 인프라 네트워크 연구소장) (sunggyoo.geo@gmail.com)

필자는 전기자동차 인프라 네트워크 연구소(www.geo-line.co.kr)에서 전기자동차 충방전인프라에 대한 새로운 개념을 연구하며 미래의 에너지원인 신재생에너지와 유기적인 시너지 효과를 얻는 연구도 진행하고 있다. 연구를 통해 도출된 결과를 가지고, 2013 세계 생태교통 수원총회(http://ecomobility2013.iclei.org)의 [C-2 생태교통의 이행]세션에서 Manfred Breithaupt (독일, GIZ 교통 고문), Wilfried Nünthel (독일, 베를린-라이텐베르크 도시개발 의원), 박흥수 (수원시 교통국장), Anke de Vrieze (네델란드, FoodLogica) 등 국내외 연사들과 함께 “초저비용 전기자동차 구축방안”에 대해 발제할 예정이다.

다음 내용은 지금껏 공개된 적이 없는 특허출원 중인 내용으로 글로벌 오토뉴스를 통하여 세계 최초로 공개한다. 전기자동차 충전인프라 투자비용과 신재생에너지의 약점을 보완하는 에너지저장시설 투자비용의 99%를 절약할 수 있는 방안에 대한 설명이다. 또한, 전기자동차 사용편의성 또한 혁신적으로 개선하였다.

(1) 전기자동차 충전 패턴

먼저, 전기자동차 충전 패턴에 참고가 될 만한 내연기관 자동차, 스마트폰의 충전 패턴을 비교하고자 한다. 일반적인 내연기관 자동차는 400~500km정도 주행하고 나서 주유소에 가서 휘발유나 경유를 주유한다. 반면 스마트폰은 보통 집과 직장에서 충전하며 습관적으로 충전기에 연결시켜 놓는다. 스마트폰은 고성능 CPU, 넓은 화면과 다양한 기능으로 인해 피처폰에 비해 전력소비량이 매우 크다. 스마트폰은 자주 충전하는 것이 조금 불편하지만, 이것이 습관화된 요즘에는 스마트폰 배터리 사용시간이 짧다고 하소연하는 사람을 찾아보기 어렵다.

전기자동차도 실제 사용하기에 앞서 그 충전 패턴에 대해서 다시 생각을 해봐야 한다. 전기자동차를 기존 내연기관 자동차처럼 정해진 곳에서 충전해야 할까? 아니면 스마트폰처럼 장소 제한 없이 충전해야 할까? 스마트폰을 예를 든 부분에서 이미 눈치를 챌 수 있을 것이다. 전자의 경우, 주유소처럼 충전소를 준비하고 약 100km를 주행하고 매번 20~30분씩 고속충전을 해야 한다. 아무리 고속충전이라 해도 기존 주유소와 비교해 충전시간이 매우 길고 충전소에 자주 가야 하는 단점이 있다.

이 뿐만 아니라 전기자동차 운전자는 제한적인 이동거리 때문에 항상 스트레스를 받게 된다. 이런 스트레스를 외국에서는 Range Anxiety 라고 규정하고 있다. 따라서 전기자동차를 자유롭고 편리하게 사용하기 위해서는 기본적으로 집과 직장(또는 목적지)의 주차장에서 자유롭게 충전할 수 있는 환경이 조성되어야 한다. 따라서 충전인프라의 수는 전기자동차 대수의 2배 이상이 필요하다는 결론을 얻을 수 있다.

충분한 수의 전기자동차 충전인프라를 저렴하게 공급할 수 있다면 지금처럼 주행거리가 제한적인 전기자동차로도 별다른 불편 없이 차량을 운행할 수 있을 것이다. (실제 자동차 1일 주행거리의 95%는 100km미만이라고 한다.) 전기자동차의 주행거리 한계는 Range Anxiety라는 스트레스가 되지만 집이나 직장에 충분히 도달한다는 확신이 있고, 지속적으로 전기자동차를 사용하면서 익숙해지게 되면 더 이상 스트레스가 되지 않을 것이다. 스마트폰의 그것처럼.

공공장소에 시범 설치된 전기자동차의 완속충전 시스템은 충전기의 기능이 없고 오로지 충전 전력요금을 과금할 수 있는 장치이다. (충전 전력요금 결제만으로는 매출액이 매우 적기 때문에 차량을 사용한 시간만큼 요금을 내는 카쉐어링을 위한 장치로 응용되기도 하다.) 신용카드나 교통카드로 결제할 수 있는 기능이 추가되고, 디스플레이가 장착되어 현재 충전 상태를 알려주고 메뉴를 조작할 수 있어 과금이 가능하다. 덕분에 아파트를 비롯한 공동주택의 주차장이나 대형 건물, 쇼핑센터 등 사람이 많이 모이는 장소에서 전기자동차를 충전할 수 있다.

하지만, 단순히 과금기능을 위해 900만 원 을 들여 완속충전 시스템 장비를 설치하는 것이 합리적인 지에 대해서는 의문이 든다. 연평균 전기자동차용 전력요금을 기준으로 하루에 8시간씩 충전할 때 전력 요금은 연간 약 179만 원으로 투자비 대비 매출원가가 무척 작다. 적정한 수익구조를 갖추기 위해 전력 요금에 큰 마진을 설정하게 되면, 운행비용이 저렴한 전기자동차의 장점이 사라지기 때문에 또 다른 딜레마에 빠지게 된다.

그래서 동경대의 요이치 호리 교수는 상업용 빌딩의 주차장에서는 화장실처럼 전원콘센트를 무상으로 제공할 것을 제안하고 있다. 상업용 빌딩에 주차된 자동차는 차주가 그 건물에서 매출을 발생하기 때문에 충분히 무상으로 전력을 제공할 만한 가치가 있다고 말한다. 일반용 전력가격을 기준으로 한 시간에 300원 안팎이기 때문에 불가능한 제안이 아니라고 생각한다. (화장실 1회 이용 비용은 10원 미만이다.)

하지만, 요이치 호리 교수의 제안은 우리나라 주거형태의 과반을 차지하는 아파트, 연립주택, 다세대주택 등 공동주택에서 충전하는 데에는 한계점을 가지고 있다. 누군가 아파트 지하주차장에서 전기자동차를 충전하고 그 요금을 모든 아파트 입주민이 나누어 낼 수는 없는 노릇이기 때문이다. 가장 우선적으로 충전이 필요한 각 가정의 전기자동차 충전 문제를 해결하지 못하는 것이다. 공공장소에서의 충전은 이렇게 쉽지 않은 문제가 있지만, 거꾸로 생각해 충전전력 과금문제를 합당하게 해결할 수 있다면, 그 때에는 전기자동차 사용하기가 혁신적으로 편리해질 것이다.

(2) Geo-Line 개요

Geo-Line은 전기자동차의 새로운 충방전 및 과금 시스템의 서비스 명칭이며 동시에 전기자동차 인프라 네트워크이면서 전기자동차 전력 중개 서비스이기도 하다. 기존 방식에 비해 다양한 기능을 복합적으로 제공하는 본 시스템은 그 기능을 나열할 경우에 명칭이 너무 길어져 고유한 역할을 인상적으로 표현하기 어렵게 된다. Geo-Line의 기능 및 개요는 다음과 같다.

1) 건물에 별도 시설을 설치, 투자하지 않는다.
2) 전기자동차의 배터리를 충전하고 배터리에서 방전할 수 있다.
3) 전기자동차 배터리의 충전량 또는 방전량을 정확하게 계량하여 전력대금을 청구하거나 환급한다.
4) 위치 기반 정보를 통해 전원콘센트를 제공한 건물주에게는 전기자동차가 사용한 만큼 전력량을 정산하여 콘센트 제공에 따른 경제적인 피해가 없도록 한다.
5) 충방전 기능을 활용하여 신재생에너지에 필수적인 에너지저장시설 역할을 수행하는 등 전력망을 안정시킬 수 있다.
6) 전기자동차용 전력요금이 저렴한 시간대에 우선적으로 충전할 수 있게 하는 등 다양한 부가 서비스를 제공할 수 있다.

Geo-Line은 전기자동차를 보급하는 데 장애가 되는 충전인프라 문제 해결과 더불어 전기자동차를 편리하고 효과적으로 사용할 수 있도록 도와준다. 그리고 Geo-Line은 신재생에너지 이용에 필수적인 에너지저장시설의 역할을 할 수 있어 신재생에너지 보급의 촉매제가 된다. 이와 같이 Geo-Line은 물리적인 스펙의 한계를 네트워크를 통해 극복하는 새로운 접근법이기도 하다.

Geo-Line을 사용하기 위한 기본적인 차량용 장치 구성은 차량에 전력을 계량하고 과금할 수 있는 장치와 GPS(Global Positioning System) 등을 통해 최대한 정확한 전기자동차의 위치를 파악하는 장치로 이루어져 있다. 이를 통해 전기자동차가 전원을 연결하고 있는 건물의 위치 정보를 파악할 수 있으며 충방전에 사용된 전력량 정보도 정확하게 얻을 수 있다. 이 정보들을 이동전화망 등 무선통신을 통해 Geo-Line 서비스기업에 전송하고 Geo-Line 서비스기업은 사용 이력에 근거하여 전기자동차 차주에게는 전력 요금을 청구하고, 건물주에게는 전기자동차에서 사용한 전력량이 차감 정산된 전기요금 청구서를 송부한다. 이렇게 하면 완속 충전인프라를 새로 구축할 필요 없이 콘센트를 공유하는 것만으로도 전국적인 충전인프라가 “즉시” 완성되는 것이다.

(3) Geo-Line 충방전식

Geo-Line을 통한 충전은 다음 순서대로 작동한다.

1) 건물의 콘센트에 전기자동차의 충전플러그를 연결하고 차량에 내장된 전력계량 장치를 통해 충전량 정보를 얻는다.
2) GPS 등을 통해 정밀 좌표, 시간 정보를 얻는다.
3) 전기자동차에서 Geo-Line 서비스기업에 좌표, 시간, 충전량 정보를 전송한다.
4) Geo-Line 서비스기업은 GIS(Geographic Information System)정보와 대조하여 충전장소를 확인한다.
5) 매월 그 이력에 따라 전기자동차 차주는 전기자동차 충전 전력요금을 결제하고 건물주의 전력량을 정산한다.

이상의 5가지 절차 중에 전기자동차 사용자가 해야 할 일은 오로지 1번과 5번이다. 즉, 충전플러그를 연결하고 이용 대금을 결제하기만 하면 된다. 이를 ’Plug and Pay’라고 표현할 수 있다. 방전도 이와 유사한 방법으로 이루어진다. 이렇게 차려진 밥상에 소프트웨어적인 접근으로 수저만 얹을 수 있다면, 우리는 20세기의 유산이라고 할 수 있는 하드웨어 투자를 최소화할 수 있을 것이다.

(4) Geo-Line의 경제성

Geo-Line은 전기자동차 충방전을 위한 건물의 고정식 설비투자가 거의 필요 없을 정도로 최소화했다. 그 결과 확실하게 인프라 투자비 총액이 절감되는 것을 확인할 수 있었다. 하지만 기존 전기자동차에는 장착되지 않았던 계량장치와 과금장치 그리고 방전용 인버터까지 추가하게 되면 전기자동차의 가격이 상대적으로 많이 올라가지 않겠냐는 의문의 여지가 남아있다.

자동차 회사의 부품 구매 부서에서 근무했던 경험을 바탕으로 예상해 볼 때 부품제조사와 완성차제조사의 적정한 이익을 보장하더라도 Geo-Line에 의한 차량 가격 증가분은 200만 원 미만이다. 전기자동차 대수의 최소 2배수의 완속충전 시스템이 필요하다고 볼 때, 종래에는 1,800만 원 이상을 투자해야 한다. Geo-Line은 이것을 총액 기준으로 1/9 이하로 축소시켰다. Geo-Line을 통한다면 신재생에너지 발전을 위한 ESS 설치를 별도의 예산 투자 없이 국민들의 전기자동차를 빌려서 해결할 수 있다.

전기자동차의 충전인프라 투자에는 많은 돈이 들어간다고 알려져 왔지만 이 책에서 Geo-Line을 소개하여 새로운 가능성을 확인할 수 있었다. 이 그림과 같이 2025년의 Geo-Line과 전기자동차 100만 대는 충방전인프라 구축(17조 원 )과 신재생에너지를 위한 ESS 역할(20조 원 )에서 37조 원의 투자 대체효과를 만들어내지만 오로지 2025년까지 총 2조 2천억 원을 투자하는 것으로 충분하다. 이마저도 초기자본금 4천억 원을 준비하기만 하면 Geo-Line 서비스기업 운영을 통해 2025년까지 나머지 투자재원 마련이 가능하다.

보다 자세한 Geo-Line에 대한 설명을 비롯하여, Geo-Line 서비스 기업의 비즈니스 모델에 대해서는 필자의 최신간 [2025 전기자동차의 미래 (2013.8.23발간)]을 통해 확인할 수 있다. [2025 전기자동차의 미래]에서는 다양한 자동차 동력원을 5가지로 나누어 설명하기 시작하여 전기자동차의 7가지 충전방식과 신재생에너지에 대한 설명을 비롯하여 전기자동차 가격 분석과 2025년 전기자동차의 모습을 구체적으로 그려내고 있다. 달리 말해 자동차의 어제와 오늘을 되새기고 내일을 조망하며, 그 가운데에서 Geo-Line이 기여할 수 있는 부분을 찾아내고 있다. 또한 부록으로 전기자동차의 성능 특징까지 분석하였기 때문에 전기자동차에 대한 대부분의 궁금증과 오해를 풀어줄 수 있다고 생각한다. 90여 장의 고화질 사진을 이용하고 기술적인 설명도 다양한 예시를 들어 누구나 알기 쉽게 풀이하였으며, 출판사의 도움으로 산뜻하고 알차게 구성되어 꼭 한 번 읽어보길 권유한다.

이제 전기자동차 인프라 네트워크 연구소에서는 여기에 소개된 Geo-Line을 여러 기관, 연구소, 기업과 손잡고 구현해 나아갈 것이다. 글로벌 오토뉴스 독자 여러분의 지속적인 사랑과 관심을 부탁드린다.