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전기자동차 역전송
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승인 2015.09.07  
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▲ 최용성 교수
    동신대 전기공학과
우리나라는 온실가스 감축목표를 2020년까지 BAU(Business As Usual) 기준 30% (2억4,600만톤)를 설정하였으며, ‘환경친화적 자동차의 개발 및 보급을 위한 기본계획(안)’이 발표됨에 따라 범 국가적으로 그린카 보급을 추진하고 있다.

그린카 특히 전기자동차가 급속하게 보급됨에 따라 이에 대한 응용기술들의 개발이 예측되고 있다. 일반적으로 전기자동차는 대부분의 시간대(94~97%)에 운행을 정지하고 충전하고 있으므로, 이들 전기자동차의 배터리를 이용하여 이익을 창출하고자 하는 요구가 발생하게 된다.

이와 관련된 기술이 V2G(Hevicle to Grid) 기술이다. 여기서 V2G란 전기자동차에서 전력을 전력계통으로 역전송하거나 전기자동차들의 충전률을 억제하는 등의 수요반응 서비스를 이용하여 실시간 전력시장요금에 근거하여 계통운영 보조서비스(Ancillary Services)를위해 전력을 역전송하거나, 전기자동차에 충전을 할 경우에도 일종의 수요반응서비스(DR, Demand Response)로서 계통의 첨두부하 시간대를 피하여 충전하는 시스템을 의미한다. 이를 제어하기 위한 전력망과 전기자동차 사이의 통신 기술이 포함된 기술이다.

V2G의 핵심요소기술로서는 V2G용 전기자동차, V2G용 충전인프라, Aggregators, EMS, 통신, 전력거래기술, 인증 및 보안 기술 등이 있다.

V2G는 기술을 구현하기 위해서는 대규모의 전기자동차의 보급이 전제되어야 한다. 즉, 적은 수의 전기자동차로는 전력량이 소규모이므로 전력망 사업자 입장에서는 전력망 운영에 큰 도움이 되지 못한다. 따라서 비즈니스 모델에서 Aggregators의 역할은 중요하다.
 
Aggregators는 최소 1[MW] 이상의 전기자동차의 배터리 전력을 조직화하여야 경제성이 있으며, 전력계통 사업자의 상위단 EMS와 전기자동차 소유자들과 중간 매개역할을 하여야 한다. 또한, Ancillary Services (전압조정 서비스, 순동 예비력 서비스)와 Load Leveling Services를 원활하게 지원하기 위해서 전력계통과 전기자동차의 실시간 상태감시도 중요하다.

Aggregators는 전기자동차의 배터리를 모은다는 뜻 (전력중계자)으로서, V2G에서 전력중개자는 전기자동차와 전력계통 사업자 사이에서 사업적인 중개인 역할을 담당한다. Aggregators는 ICT 인프라를 포함하여 지역별로 컨소시엄을 형성하거나 완전/일부의 전기자동차를 임대하거나, 계약을 통해 대규모로 전기자동차를 모아야 한다.
 
그리고 충전 거래 가격 협정, 벌금 협정, 기술적 서비스 등을 포함한 비즈니스 모델을 창출하여야 한다. Aggregators는 전기자동차 소유자를 대신하여 전력시장에 참여하여 이익을 창출하여야 한다. Aggregators는 대규모 전기자동차의 전력수요 (충전, 역전송) 상황을 감시하고, 변동하는 국내․외 전력시장에 수요․공급(수요․발전)을 입찰하고 그에 따른 계약을 준수하기 위해 V2G용 충전기를 잘 제어하여야 한다.

독립 시스템 운영자(ISO, Independent System Operator)는 전력계통을 제어하고 송전거래를 관할하고 시스템의 안정성을 유지하고 보수일정을 조정하고 장기계획을 배분하고 투입하거나 부하를 줄이는 권한이 있다. 또한, 독립 시스템 운영자는 시스템의 안정성을 유지하기 위해 모든 전력원을 배분하고 투입하거나 부하를 줄이는 권한이 있다.

전력 계통의 기본 서비스 기능로서 발전, 송전 및 배전 서비스가 있다. 다음으로 보조 서비스로서 주파수와 전압의 품질을 보장하는 것이다.

주파수 조정 서비스는 전력 계통의 안전을 위해 매우 중요하다. 주파수 편차는 일반적으로 안전한 전력 계통 운영과 연결된 장비의 안전과 전체 전력계통의 신뢰성을 확보하기 위해 정해진 허용 오차 범위 이내이어야 한다. 전력 생산 (발전)은 소비의 변화 (부하 변동)에 따라 조정되어야 한다.
 
주파수 조정은 주파수 편차에 대응하기 위해 예비 발전 용량, 부하 관리 형태에 있어 여유를 보유할 필요가 있다.주파수 여유의 보유는 발전과 소비 전력 사이의 불균형이 생길 경우 시스템의 무결점을 유지하기 위해 필요하다.

V2G 기술에 있어 ICT(정보통신기술)는 최종적으로 비즈니스 모델을 창출하고 Aggregators의 이익을 최대화하는 중요한 인프라 기술이다. 특히 Aggregators는 ICT를 효과적으로 활용하여 방대한 정보량을 처리하고 분산되어 있는 전기자동차 충전기들을 실시간으로 제어할 수 있어야 한다.

일반적으로 다수 전기자동차에 대한 충전, 방전 알고리즘은 매우 다양하며 신재생에너지 출력을 고려한 알고리즘, 가격신호를 고려한 알고리즘, 부하를 고려한 알고리즘 등의 방법이 있다.

앞으로 이산화탄소의 감축과 신․재생에너지의 저장장치로서 전기자동차의 보급 및 V2G 기술은 필수불가결하다. V2G 기술의 활성화를 위하여 전기자동차 핵심 부품 기술 개발, V2G 핵심기술 개발, V2G용 ICT 기술 개발, 표준화, V2G Aggregators를 위한 전력거래소의 기능 개선, 실시간 전력요금제 실현 등의 전략이 필요하다.

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