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LG경제연구원이 2009년 9월 23일자로 발행하는 LG Business Insight 1059호 ‘전기차 충전에서 다양한 사업모델 나온다’ 보고서 주요 기사

최근 전기차가 등장하면서 충전 인프라 구축에 대한 관심이 커지고 있다.이미 가정용 충전을 비롯하여 배터리 교체, 급속 충전, 무선 충전 등 다양한 충전 방식이 등장하고 있고, 새로운 사업모델들이 나타나기 시작하고 있다.

최근 베를린의 도로변에는 RWE라고 쓰인 작은 파란색 박스가 등장했다. 박스 옆면에 달린 뚜껑을 열어보면 전기 콘센트가 보인다. 콘센트 구멍이 다섯 개인 것을 보니, 가전 제품이나 노트북에 사용하는 것은 아닌 듯하다. 길 한복판에서 누가 전기를 사용할지 궁금해질 즈음, 길 건너편에서 ‘e-mobility Berlin’라고 크게 써붙인 다임러의 소형 전기차 Smart가 콘센트에 플러그를 꼽는다. 독일의4대 전력회사 중 하나인 RWE가 올해 7월에서10월까지 진행하는 전기차 로드쇼 현장에서 쉽게 볼 수 있는 모습이다.

전기차가 등장하면서 충전소에 대한 관심도 부쩍 증가하고 있다. 최근 들어 유럽에서는 시험 운행 중인 전기차와 충전소가 심심찮게 눈에 띈다. RWE가 로드쇼를 개최하고 있는 베를린의 다른 한 편에서는 올해 4월부터 또다른 전력회사 Vattenfall과 BMW가 충전소와 전기차 Mini E를 시범 운영하고 있다. 프랑스에서는 전력회사 EDF와 도요타, 일본에서는 동경전력과 미쓰비시, 후지 중공업 등이 전기차 및 충전소를 시범 운영하고 있다. 우리가 전기차에 대해 고개를 갸우뚱하는 사이, 전기차 개발 및 충전소 구축을 위해 해외 자동차업체와 전전력회사들은 미래를 준비하고 있는 것이다.

전기차 충전소의 등장

조만간 유럽과 미국에서는 전기차가 도로를 주행하는 모습을 볼 수 있을 듯하다. 빠르면 내년부터 양산모델이 출시될 예정이다. 올해 11월부터 벤츠로 유명한 자동차 회사 다임러는 2인용 승용차 Smart의 전기차 버전을 프랑스의 Hambach 공장에서 생산할 계획이다. 또한 GM은 배터리가 부족해지면 엔진을 보조발전기로 사용하여 전기를 충전하는 플러그인하이브리드 자동차 Volt를 출시할 예정이다. 이미 노르웨이의 Th!nk, 영국의 Lighting Car Company, 미국의 Tesla, 독일의 RUF 등 신생 기업들도 전기차 생산에 적극적으로 뛰어들고 있다.

하지만 이같은 전기차 보급에도 전제조건이 있다. 충전소 구축이 뒷받침되어야 하는 것이다. 기존 자동차가 주유소에서 석유를 공급받는 것처럼 전기차도 배터리를 충전해야 하기 때문이다. 더군다나 지금의 전기 자동차처럼 한 번 충전으로 이동할 수 있는 거리가 200km에 못 미칠 경우, 장거리 운행시에는 중간에 들를 수 있는 충전소가 곳곳에 마련되어 있어야 한다. 또한 배터리를 제때 충전하지 못할 경우, 길 한가운데 멈춰서 이러지도 저러지도 못할수도 있다는 소비자들의 걱정을 줄여주기 위해서도 충전소 구축은 중요하다. 따라서 손쉽게 충전할 수 있는 충전소를 곳곳에 구축하는 것은 전기차 보급을 앞당기는 새로운 돌파구가 될 전망이다.

이에 따라 전기차 보급을 지지하는 각 국정부를 중심으로 충전소 구축에 대한 관심이 커지고 있다. 석유 의존도를 줄이기 위해 전기차 보급을 주도하는 이스라엘 정부는 신생기업 Better Place사와 함께 지난해 Tel Aviv에총 17개의 충전소를 설치했고, 내년까지 전국에 10만 개의 충전소를 보급할 예정이다. 독일의 베를린에서는 전력회사 RWE가 주차장을 중심으로 56개의 충전소를 시험 운영하고 있으며, 2010년까지 약 500개로 확대할 계획이다. 또한 리서치 전문 회사 Pike Research사는 2015년까지 미국에서만 1백 만개의 충전소가 생길 것으로 전망하고 있다.

다양한 충전 방식의 구체화

전기차 충전 방식도 다양해지고 있다. 사람들의 생활공간인 가정이나 빌딩 주변의 충전 인프라 확충, 배터리 교체, 급속충전, 무선 충전등을 위한 다양한 대안이 고려되고 있다.

① 가정용 충전

전기차의 보급 초기에는 가정이나 빌딩에서 전기차를 충전하는 경우가 대부분일 것으로 예상된다. 충전소 설비가 널리 보급되지 않은데다, 충전에 걸리는 시간이 길기 때문이다. 현재 가정용 전원 220V를 사용할 경우 전기차를 완전히 충전하는데 약 6~8시간이 걸린다. 대량 양산 체제를 갖춘 미쓰비시의 iMiEV는 7시간, 닛산의 LEAF는 8시간이 걸리는 것으로 알려졌다. 물론 일반적으로 하루 주행거리가 길지 않아 실제 충전 시간은 다소 짧아질 수 있다. 이처럼 전기차 충전은 사람들이 가장 많은 시간을 보내는 가정이나 일터에서 이루어질 확률이 높다. 소비자들은 저녁에 퇴근해서 전기차를 충전기에 꼽아두는 습관을 몸에 익혀 갈 것이며, 기업이나 관공서는 전기차 충전을 위한 주차시설을 따로 마련해야 할 것이다.

하지만 기존 콘센트에 전기차 충전 플러그를 연결하는 것은 쉽지 않아 보인다. 안전과 과금 때문이다. 우선, 전기차 충전은 기존 가전제품보다 많은 양의 전기를 사용하기 때문에 두꺼비 집과 같은 안전장치의 오작동 및 화재, 감전사고의 위험이 있다. 단독 주택의 경우에는 콘센트와 플러그를 실외로 끌어내야 하고, 이마저도 눈이나 비가 오는 날에는 사용하기 힘들다. 따라서 안전 검증을 받은 별도의 가정용 충전설비가 등장할 전망이다. 이미 90년대 말 캘리포니아 주를 중심으로 전기차를 도입했던 미국에서는 충전기 표준 및 안전 수칙, 설치 요구사항 등이 NEC1 Article 625에 명시되어 있다.

또한 가정용 충전을 위해서는 새로운 과금 방식도 필요할 것으로 보인다. 현재 누진세가 적용되는 요금 체계에서는 가정용 전기로 전기차를 충전하기가 부담스럽기 때문이다. 한국 교통안전공단에 따르면 우리나라 승용차의 하루 주행 거리는 약 41km이다. 24kWh짜리 배터리를 장착한 닛산의 LEAF가 한 번 충전으로 160km 주행이 가능하다는 점을 고려하면 어림잡아 매일 6kWh씩, 한 달에 180kWh의 전기가 필요할 것으로 추측된다. 이 경우 매달 약 3만원(250kWh)을 내던 가정에서는 8만6천원씩, 5만원(330kWh)을 내던 가정은 12만9천원씩을 내야 한다. 따라서 심야 전력 혹은 별도의 전기차용 요금제를 위한 미터기가 필요할 전망이다. 이는 지난 5월, 친환경 기기 보급을 위해 지열 히트펌프에 한해 별도의 요금제를적용한 것과 같은 맥락이다.

소비자가 항상 시간적 여유를 가지고 배터리를 충전할 수 있는 것은 아니다. 장거리 주행 중에 배터리가 소진될 경우, 운전자는 길가에서 예닐곱 시간을 그냥 기다려야 한다. 또한 전기 충전기가 설치되지 않은 곳에서는 하루이상 머무는 것이 힘들어 지면서 여행, 출장등이 제한될 수 있다. 어떤 날은 전날 저녁 전기차 충전 플러그를 꽂는 것을 잊어버려 아침부터 다른 교통 수단을 찾느라 분주할 수도 있다. 이처럼 충전시간이 길다는 점은 소비자들이 예상치 못한 불편을 겪는 이유가 될 수 있다. 이를 해결하기 위해 충전 시간을 단축시킬 수 있는 두 가지 방법이 제안되었다. 하나는배터리를 교체하는 방법이고, 다른 하나는 높은 전압과 전류를 공급하는 급속 충전기를 사용하는 방식이다.

② 배터리 교체

Better Place사는 휴대폰 배터리를 교체하듯이 자동차도 배터리를 교체하는 방법을 제안했다. 배터리 교체소에서 다 쓴 배터리를 새로운 배터리로 교체하면 8시간이 걸리던 충전시간을 5분 이내로 단축시킬 수 있다. 이 아이디어를 실험하기 위해 Better Place는 닛산과 함께 일본의 요코하마에 50만 달러를 투자하여 최초의 배터리 교환소를 선보였다. 자동차정비소처럼 생긴 이곳에서는 모든 공정이 자동화되어 있어서 자동차가 들어와서 배터리를 교체하고 출구를 나서기까지 2분 남짓이면 충분하다.

배터리 교체방식은 자동차 회사와의 협력 및 배터리 표준화가 관건이다. 자동차 배터리의 크기와 무게에 따라 교체기기가 달라질뿐만 아니라, 교체소가 다양한 종류의 배터리여분을 가지고 있어야 할 경우 재고 부담이크기 때문이다. 물론 혁신적인 사업 모델과 충전 방식에 힘입어 Better Place사가 배터리교체소의 조기 확산이 성공한다면 글로벌 자동차 업체들과의 협력 가능성은 커질 것으로 전망된다.

③ 급속 충전

높은 전압과 전류를 공급할 수 있는 충전설비를 갖춤으로써, 전기차 충전 시간을 30분 이내로 단축시키는 급속충전 방식도 등장하고 있다. 배터리 충전은 전력망에서 공급하는 전력량이 많고, 배터리에서 전력을 받아들이는 속도가 빠를수록 빨라진다. 즉, 일반 가정용 전압보다 더 높은 전압과 전류를 전기차에 공급함으로써 상당시간을 단축시킬 수 있는 것이다. 이에 따라 높은 전압과 전류에 잘 견디고, 전력 전달 효율을 높인 급속 충전기가 주목받고 있다. RWE와 다임러는 현재 독일에서 진행하는 로드쇼에서 400V, 32A로 20kWh배터리를 1시간 이내 충전할 수 있는 급속 충전기를 선보였다.

이는 자동차 설계에도 영향을 미칠 전망이다. 충전기에서 공급하는 전압과 전력을 감당하기 위해서는 자동차에서도 별도 장비가 필요하기 대문이다. 최근 미쓰비시에서 출시한전기차 iMiEV는 충전 플러그가 두 개이다. 하나는 가정용 전기로 충전할 수 있는 것(100V/15A, 200V/15A용)이고, 다른 하나는 50kW의 전력을 공급받을 수 있는 급속 충전기용 플러그이다. iMiEV의 경우 전압이 100V,200V인 가정용 전기를 사용할 경우 완전히 충전하는데 각각 14시간, 7시간이 걸리지만, 급속 충전기를 사용할 경우 30분이면 80%를 충전할 수 있다.

다만 급속 충전기를 사용하더라도 아직까지 30분에서 한시간 가량이 걸린다는 점에서 지속적인 기술혁신이 필요한 상황이다. 실제주유소에서 소비되는 시간이 채 5분을 넘지 않는다는 점은 감안하면 여전히 긴 시간이기 때문이다. 또한 전력 소비량이 큰 급속 충전기를 설치하기 위해서는 전력망 증축이 필요할 수도 있다. 향후 다수 기업의 참여를 통해 충전 속도를 5분 이내로 단축시킬 수 있는 새로운 기술적 돌파구 마련이 기대된다.

④ 비접촉식 충전

향후에는 지금처럼 콘센트에 플러그를 꽂는대신 전자기 유도 방식을 사용한 비접촉 충전방식도 가능하다. 충전기 쪽에 붙은 코일에 교류 전류가 흐르면 자동차 쪽에 붙은 코일에서 전류가 생성되는 원리를 응용한 것이다. 지난90년대 말, GM이 선보인 최초의 전기차 EV1은 코일이 삽입된 넙적한 플라스틱 판을 자동차 헤드라이트 사이에 집어넣는 방식을 택했다. 플러그를 직접 꽂지 않기 때문에 비교적 안전하다는 장점이 있지만, 설비가 복잡해서가격이 높고, 코일간 거리가 멀어질수록 효율이 낮아진다는 단점도 있다.

최근 닛산은 비접촉식 충전이 무선 충전으로 진화할 가능성도 염두에 두고 있다. 충전기에 해당하는 코일을 지정된 주차장 바닥에 깔아두면, 바닥에 코일을 붙인 자동차가 그 위에 주차하는 방식이다. 이는 과거 비접촉식 충전처럼 코일을 사용한 전자기 유도 원리를 똑같이 응용하되, 기술혁신을 통해 보다 먼 거리에서 두 코일간 충전이 가능해지는 것이 관건이다. 과거 헤드라이트 사이에 집어넣는 방식일 때 자동차와 충전 플라스틱 판과의 거리가5cm 내외였다면, 무선충전일때는 코일간 거리가 주차장 바닥에서 자동차 밑판에 이를 정도로 늘어나야 하기 때문이다.

신규 충전 서비스 사업자가 등장

소비자에게 상황에 맞는 다양한 충전방식을제공하는 것만큼이나, 관련된 서비스를 함께 제공하는 것도 중요하다. 특히 상황과 목적에 따라 가정용 충전, 배터리 교체, 급속 충전 중가장 적합한 충전 해법을 제시함으로써 소비자 편의성을 높일 필요가 있다. 또한 가정용충전 요금과 외출시 급속 충전 요금이 다르거나, 충전하는 곳에서 신용카드 결제가 안될 경우, 근처에 사용 가능한 전기차 충전소가 어디에 있는지 모르는 경우 등 소비자 불편을 해소시켜 주는 것도 필요하다. 이에 따라 다수의충전소 관리 및 고객 서비스에 기반한 과금을 중심으로 각기 다른 사업모델을 가진 새로운 충전 서비스 사업자들이 등장하고 있다.

가장 대표적인 전기차 충전 서비스 운영자는 신생기업인 Better Place이다. 2007년, Better Place사가 배터리를 빌려주고, 전기차 운전자에게 주행거리만큼 돈을 받는 혁신적인 사업모델을 제안했다. Better Place의 서비스에 가입한 소비자는 가까운 충전소에서 배터리를 충전하고, 급할 때는 배터리교환소에 들르면 된다. 자신의 위치에서 가장 가까운 전기차 충전소가 어디에 있고, 어느 충전소가 비어 있는지도 실시간으로 확인할 수 있다. 또한 Better Place사에서 총 사용요금을 정산해서 알려주기 때문에 소비자는 매번 충전할 때마다 요금을 내는 번거로움을 줄일 수 있다.

새로운 비즈니스 모델을 통해 고객 기반을 넓히려는 기업도 있다. 미국 캘리포니아의Coulomb Technology는 Charge Point라는 무인 충전소를 곳곳에 설치하고 소비자에게Smart ID 카드를 발급한다. Coulomb사는 선불 요금제, 월정액제, 시간대별 요금제 등 다양한 요금제를 제시할 예정이다. 또한 BetterPlace처럼 배터리를 소유하고, 배터리 교환소를 구축하는 대신 Charge Point 설치 장소를 제공하는 외부 업체와 수익을 공유하는 비즈니스 모델도 모색할 예정이다.

최근에는 전력회사들도 전기차 충전 서비스에 관심을 보이고 있다. 전기차 충전은 미래의 새로운 전력 소비처이기 때문이다. 일부 전력회사들은 직접 충전소를 설치하고, 과금 시스템을 구축할 계획을 세우고 있다. 독일의 전력회사 RWE가 시험운영 중인 충전소는 충전과 과금 기능을 동시에 갖춘 무인 충전소이다. 서비스 가입자가 무인 충전소와 전기차 사이에케이블을 연결하면 자동차는 충전소와 전력선통신(PLC)을 통해 자동으로 인증받고, 즉시 전기를 공급받을 수 있게 된다. 또한 전기 사용량 및 요금 정보가 내부에 탑재된 통신 기기를 통해 전력회사로 전송되면 월말에 전력요금에 합산되어 청구된다.

향후 전력망에서 역할 확대

전기차 보급이 일정 수준 이상을 넘어설 경우, 전기차 충전은 전력망 측면에서도 새로운 국면을 맞이할 전망이다. 전기차의 배터리가 전력을 저장할 수 있는 자원으로 활용될 경우, 전력회사 입장에서도 충전 서비스는 새로운 기회가 될 수 있기 때문이다.

우선 전기차의 배터리는 신재생 에너지의보급을 뒷받침하는 저장 장치 역할을 수행할 전망이다. 태양광, 풍력 등은 기존 화석 연료와 달리 발전량 조절이 어렵다는 단점이 있다. 따라서 갑작스럽게 구름이 끼거나, 바람이 멈출 경우에 대비하여 저장장치의 중요성이 커지고 있다. 향후 전기차의 배터리는 이 역할을 대신할 수 있다. 풍력 발전이 발전 총량의 20%를 차지하는 덴마크에서는 바람이 강할때 생산한 전기를 자동차 배터리에 저장했다가, 필요할 때 자동차 배터리가 소비자에게 전기를 공급하는 EDISON(Electric Vehicles ina Distributed and Integrated Marketusing Sustainable Energy and Open Networks) 프로젝트가 진행되고 있다.

게다가 전기차 배터리는 전력망의 효율적 관리에 기여할 것으로 보인다. 즉, 전기 생산이 전기 수요보다 많을 때는 배터리에 전력을 저장했다가, 전기 수요가 갑자기 증가할 때는 배터리에 저장된 전력을 다시 전력망에 보내는V2G(vehicle to Grid)가 가능해질 것이다. 집에서 TV를 보는데 갑자기 정전이 발생하면, 주차장에 세워져 있는 전기차 배터리에서 비상 전력을 끌어다 쓸 수 있게 되는 것이다. 전기 가격을 특히 발전량이 많을 때는 낮게 책정하고, 수요가 많을 때는 높게 책정함으로써 전력 사용량이 급증하는 피크 타임(peak time)발생을 막을 수 있다. 이는 전력회사의 설비투자를 줄이고, 소비자의 충전 요금을 덜 수 있는 방법이다. 이에 따라 전기차가 자동 전기차가 자동차로서의 기능과 저장장치로서의 기능을 모두 충족시키기 위해서는 전기차 배터리를 조율할 수 있는 지능형 장비의 역할이 중요해질 전망이다.

전기차 충전과 함께 소비자 가치제고에 중점을 둔 충전 서비스가 새로운 사업 기회로 부상함에 따라 우리 기업들도 촉각을 세우고, 변화에 대응할 필요가 있다. 특히 전기차 회사와충전사업자 간의 협력, 국제 표준화 참여 등은 더 이상 미룰 수 없는 과제이다. 이미 각 국 정부의 적극적 지원에 힘입은 해외 기업들은 다수 기업간 컨소시엄을 맺고 실증 프로젝트를 진행하고 있다. 이 결과를 바탕으로 적극적인국제 표준화에 나서기도 한다. 일례로 IEC62196란 국제 인증을 받은 충전플러그는 RWE가 제안한 것이다. 우리 기업들의 적극적인 대응이 필요한 시점이다. [홍일선 선임연구원]

*위 자료는 LG경제연구원이 발표한 보고서의 주요 내용 중 일부 입니다.

* 기사작성 : 오토스파이넷(root)