1. 서론

스마트 그리드는 필요한 시기에 어디든지 효율적으로 전력을 공급하는 디지털 모니터링 기술 전력 네트워크이다. 스마트 계량기는 기구들을 장치들을 자동적으로 통제 가능하게 하면서 집이나 사무실의 스마트 장비에 직접 연결하거나 PC에 연결하는 스위치 및 통신 가용성이 있는 센서를 갖추고 있다. 계량기는 전력회사에 의해 원격 통제가 가능하며 고객에게 전력소비 및 가격에의 즉각적인 접근성을 제공함으로써 전력회사와 연계되어 통신한다.

스마트그리드는 시스템 신뢰성과 회복력, 그리고 안정성을 극대화 하면서 비용 및 환경영향을 최소화 한다. 또한 가능한 효율적으로 시스템의 운영함으로써 모든 전력시장 이해관계자들의 필요와 용량에 협력을 보다 용이하게 한다. 격자기준을 보다 스마트하게 만드는 것은 선행투자가 요구된다. 그러나 스마트 그리드 설치는 전반적인 전력공급 비용의 저감 전망을 제공한다. 이미 전력 시설들은 가계 및 상업적 고객들로 하여금 가계나 시설물에 드는 전력비용이 최소화하는 방식으로 요금부과 일정 조정을 가능하게 하는 등 스마트 그리드 기술을 효율적으로 사용하기 시작하였다.

2. 스마트 그리드 기술과 전기차

전기 자동차의 사용이 증가함에 따라 전력 부하 수요는 최고 부하 기간의 문제점들을 회피하기 위한 주의 깊은 관리가 필요하게 될 것이다. 예를 들면 운전자가 하루 중 업무 종료 시기에 자동차를 충전하는 경우를 들 수 있다. 스마트 그리드 기술은 전기차 소유자의 자동차 충전시기와 상관없이 전력 피크기 이외의 시간으로 자동적으로 차량을 사용하고 충전하는 것을 가능하게 한다. 이러한 점은 집에서 충전하는 개인 차에도 적용되며, 상업적으로 운용되는 차량에도 적용될 수 있다. 개인 및 상업부문 도무 스마트 계량기 활용을 통해 피크기 이외의 낮은 전력요금 부과기에 충전함으로써 편익을 얻을 수 있다. 이런식의 수요관리를 통해 전력 형성으로부터 이산화탄소 배출을 최소화할 뿐만 아니라 네트워크 투자 필요도를 상당히 저감할 수 있다.

장기적으로 스마트 그리드 기술은 전기차를 배분 저장 장치로써 이용가능하게 할 잠재성이 있다. 전기차는 배터리에 저장된 전력을 전기차 역전송 시스템(Vehicle-to-Grid or V2G)로 되돌리거나 직접적으로 집이나 사무실에 저장해 둘 수 있다. 자동차는 평균적 사용시간의 95%가 주차상태에 있기 때문에 V2G 공급에 사용되는 저장장치에 충분한 기회를 제공한다. 전기차 소유자는 만일 전력회사가 저장 전력에 대한 충분히 높은 가격을 부과할 경우 차량의 즉각적인 필요가 없을 때는 기꺼이 해당 전력을 전력회사에 되돌릴 수 있다.

풍력과 태양에너지와 같은 신재생에너지원으로부터의 전력 생성 비율은 온실가스 저감 요구와 화석연료 의존성 저감에 대응해 증가하고 있다. 태양 및 풍력 공급량의 산출은 그러나 날씨의존성이 크다.

이러한 신재생 에너지원 사용의 문제는 공급중단 현상이 발생할 수 있다는 점이다. 따라서 이 경우는 전력 시스템의 안정적인 관리와 신뢰도 보장을 어렵게 만들기도 한다. 수요관리와 스마트 그리드의 잠재성은 전력 공급의 가변성을 보장하기위해 개발될 필요성을 갖는다. 스마트 그리드는 또한 전기차 배터리의 저장 잠재력으로 하여금 다양한 신재생에너지 산출을 유연화 하는 것이 가능하다. 전기차 배터리는 수요가 가장 낮은 시간대인 한밤중에 풍력 산출량을 저장할 수 있다. 또한 냉한기 여분의 전력이 필요한 기시인 정오시간대에 태양에너지 산출을 저장할 수 있다. 따라서 스마트 그리드와 전기차는 서로 편익을 창출할 수 있다. 즉, 전기차는 스마트 그리드에 대한 투자 동력으로 도움을 주기도 하며 스마트 그리드로부터 편익을 유발할 수 있다.

전기차는 몇몇 장기 시나리오에서 20% 이상의 피크 수요를 증가시키는 과부하와 총 전력소비 비율의 상당부문을 설명할 정도로 성장할 수 있다. 수비가 크게 증가하면 할수록 과부하기 이외에 전기차 충전 및 과부하기 전력시설의 능력을 개선시키는 스마트그리드 기술로부터 더 큰 잠재적 편익이 발생한다.

3. 확대 적용의 장애요인

그러나 전기차의 폭넓은 상업화를 위해서는 제한적인 충전 영역, 과도한 비용, 그리고 단기적으로는 상대적으로 심각하지 않은 것으로 보이지만 연관된 전력수요 등 여러 가지 장벽들이 존재한다.

차량단위 전력 공급은 기술적으로 가능하지만 아직까지 규모의 경제 측면에서 경제성을 증명할지에 대해서는 불확실성이 남아 있다. 전기차 상용화에 대한 잠재적인 장벽들을 다음을 포함한다.

- 예측불가능성: 피크 수요기 동안 V2G 용량의 활용가능성 불명확

- 배터리 효율성: 집중적인 V2G 사용에 요구되는 충전/방전체계 하에서 아직까지 기술수준이 상업적으로 충분히 효율적인 배터리를 설계하는 수준은 아님

- 분할된 V2G 공급 관리 비용: V2G 공급을 관리하기 위한 스마트 그리드 기술이 이미 존재하는 반면, 대규모 공급에 대해서는 증빙되지 않고 있음. 운영될 필요가 있는 온전한 전기차 연계지점 수는 현재 엄두내지 못할 만큼 비용을 크게 함

위의 요인들을 감안하여 실제적인 V2G 잠재성은 만일 충전 시간이 충분히 줄어들 수 있고 배터리 저장 용량이 현저히 증가하지 않는 한 순방향 전력공급시스템-G2V(Grid to Vehicle)에 비해 상대적으로 작게 증명되기 쉽다.

V2H(Vehicle to Home) 시스템은 현장의 전력 생산인 긍정적인 에너지 건설기술의 일부로써 플러그인하이브리드에 관심을 가진 스마트 충전 시스템 개발을 주도하고 있다. 니산은 일본에서 전력 공급이 중단된 경우 가계에 긴급 예비전력을 공급하는 전기차 리프 (Leaf) 모델의 옵션사항에 대해 광고를 시작했다.

4. 시범사업

전기차에 스마트 그리드를 통합할 필요가 있는 많은 기술들은 아직까지 개발과정에 있다. 실제적으로 현실에서의 운영 환경 테스트에 대해서는 대규모 적용가능성이 모의될 필요가 있다. 또한 어떻게 규정 체계를 채택해야 하는지에 대한 질문도 의문점으로 남아 있다. 표준사항에 대한 협력을 포함해 전력시설, 자동차 회사, 전력 통제시스템 제조업자 및 연구기관들 간의 협력은 스마트 그리드 기술 개발과 비용 최소화를 가속화할 수 있다.

세계의 다수 조직들이 스마트 그리드에 대해 연구를 수행하고 있다. 대부분의 산업화된 국가들에서는 국가적 개발 프로그램 또는 적극적인 민간연구 노력을 지속하고 있다. 프랑스의 SAVE, 독일의 e-Mobility 쇼케이스, 이탈리아의 E-Mobility, 네덜란드의 Mobile 스마트그리드, 스페인의 Movele, 미국의 스마트 도시 샌디에고, 그리고 캐나다 토론토의 하이드로 스마트 경험을 포함한 핵심적인 시범사업들이 존재한다. 가장 진보된 시범사업은 이스라엘의 Paolo Alto에 기반한 벤처캐피탈 회귀회사인 Better Place 사업, 덴마크와 하와이에서의 전기차를 위한 유사 공공 충전 네트워크 계획, 그리고 샌프란시스코와 도쿄, 요코하마에서의 소규모 모의 사업 등을 들 수 있다.

5. 규제체계

전력 공급을 위한 규제 체계 채택은 G2V와 V2G를 기술적 상업적으로 실현가능하게 만드는 핵심 사안이다. 세금 구조는 스마트 그리드 기술에 투자한 전력 회사에 인센티브를 제공할 필요가 있다. 또한 전력 피크시간 이외에 행해지는 G2V 충전을 권장할 필요가 있으며 피크 시기의 V2G 공급에 인센티브를 제공해야 하겠다. 조세는 해당 배터리가 전력 운용자에게 활용 가능하도록 만들어 차량 소유자에게 충분히 어필할 정도가 되어야 한다. 가격이 실시간 변화하고 V2G에 대해 피크기 환불제 도입 등과 같은 동태 가격제도는 개별 소비자 뿐 아니라 산업부문에도 활용가능하게 만들어져야 할 것이다. 정부는 전기세 제도 변경과 필요한 경우 가격 혁신을 조장해야 할 것이다.

6. 요약 및 결론

전기차는 잠재적으로 저탄소 운송을 향한 중요한 경로이지만 e-mobility의 폭넓은 채택은 더 많은 전력 소비를 이끌 것이다. 현존 전력 시스템은 화석에너지에의 의존성이 증가하지 않는 경우에 그 필요성에 부합하기 위해 재조명할 필요가 있다. 본 보고서에서 전세계적인 전력 시스템 개선과 변화를 위한 스마트 그리드와 전기차의 잠재성을 살펴볼 때, ITF는 다음의 사항을 발견하였다.

- 스마트 그리드 기술은 전력 공급 산업의 과부하 없이 전기차 확산을 가능하게 하며 동시에 전기차는 스마트 그리드 기술에의 투자를 촉진한다.

- 전기차는 피크기 외의 초과 전력 공급을 흡수하고 필요할 때 전력을 공급지점에 재 저장함에 의해 간헐적인 태양 및 풍력 에너지 공급과 수요를 맞추는데 유용할 수 있다.

- 전기차는 전력 차단시에 예비 공급 전력을 생산하기 위한 개별 집주인의 전력 용량 확보 차원에서 장점을 가질 수 있다.

- 정부는 스마트 그리드 기술 활용을 조장하고 그리드에 전력 공급을 위한 차량 사용을 촉진하기 위해 전력 가격 규제를 바꿀 필요가 있다.