지난 블로그에서 강조했던 내용 중 충전과 전력망에 대해서 한발 더 들어가보도록 하겠습니다.
현대 사회는 전기기반 사회라고 할 수 있습니다. 모든 것은 전기를 기반으로 운영되며, 전기가 차단될 경우 사회 전체가 정지되는 상황이 바로 지금의 시대를 의미하게 됩니다.
이렇듯 전기의 중요성은 점점 커지고 있고, 이제는 선택이 아닌 필수 거기에 가장 중요한 국가의 기간 산업과 보호되어야 할 대상으로 관리되고 있습니다.
실제 2011년 9월 15일에 국내에서도 블랙아웃이 발생하여서 기반시설 전체가 중단되거나, 일부 제한 송전이 진행되는 일까지 발생하게 됩니다. 현대사회에서의 블랙아웃은 재난에 버금가는데 작년 미국 텍사스 주의 한파로 인한 블랙아웃으로 약 210명의 사상자와 기간 산업의 피해로 삼성반도체의 경우도 복구까지 수개월이 걸렸습니다.
이렇듯 전력망의 관리는 그만큼 중요해지고 있는데... 왜 이렇게 전력망에 대해서 언급을 하는 것일까!!
기존의 전력망 상황에서는 대부분 예측이 가능했습니다. 예를 들어 여름에는 냉방수요의 증가에 따라서 발전량을 증가시키고, 특히 더운 낮시간에 전력의 사용이 증가하고 저녁시간은 전력사용이 줄어드는 예측 간능한 부분이 있었습니다. 최근에는 겨울에도 난방을 전기로 하는 곳들이 증가함에 따라서 겨울철 전력사용도 증가하는 추세입니다.
문제는 이제까지는 대략적으로 전력사용의 증가추이는 예상 가능한 범위라는 점이였고, 앞으로의 전기차 시대는 이런 예상의 수준을 넘어서 예상치 못한 상황에서 블랙아웃을 경험할 수 있습니다.
1. 전력사용량의 급격한 증가
현재 출시되는 대표적인 전기차의 용량은 다음과 같습니다.
- 테슬라
. 모델 3 : 50Kw~75Kw
. 모델 S : 75Kw~100Kw
. 모델 Y : 75Kw
- 현대/기아
. 현대/아이오닉5 : 72.6Kw
. 기아/EV6 : 58Kw
- 쉐보레
. 볼트EV : 66Kw
대략 차량 당 50Kw~100Kw 내외의 배터리가 장착됩니다. 그리고 이런 용량은 점차 증가하는 추세 입니다.주행거리 증가에 긍정적인 영향을 주지만 반대로 그에 따라서 소요되는 전력수급도 동시에 증가하게 됩니다.
이전 블로그에서도 언급했지만, 1인 가구에서 사용하는 전기 사용량이 월 242Kw 입니다.
차량 한대 평균이 65Kw라고 할 경우 대략 한가구에서 소모하는 월전력의 1/4 이상을 충전하게 된다. 대략 연비가 1kwh당 4~5km 정도 나오므로 하루 평균 전기차 사용거리 50km라고 할 경우 10kw의 전기소모를 예상할 수 있고 월 약 300kw의 전기를 사용하게 된다. 즉 전기차 한대는 전력사용량으로 볼 때는 1가구의 증가와 같다고 할 수 있다.
전기차의 급격한 증가는 이러한 전력사용에 있어서 급격한 증가를 의미합니다. 단순히 보면 발전용량만 증가시키면 되지 않을까!! 이런 생각을 하게 되지만 근본적인 문제가 존재합니다.
2. 전력 설비 용량의 한계
2021년 여름 유독 무더웠던 7월에 아파트 변압기 화재가 자주 발생했습니다. 원인은 노후장비로 인한 용량초과. 가구당 사용하는 전력량이 계속 증가하고, 최근에는 인덕션, 건조기 등의 전기사용 기기의 증가로 인해서 아파트 설계용량을 초과하는 일들이 계속 증가하고 있고, 노후아파트의 경우는 변압기 용량 초과가 계속 증가하고 있습니다.
현재 아파트는 1일 기준 가구당 5Kw의 전력소비기준으로 변압기 용량이 적용되고 있습니다. 하지만, 위에서도 말했듯이 전기차 한대의 차량 충전량이 이럴 경우 초과하게 되어 결국 노후아파트가 아니더라도 신축의 경우도 충전기 설치 등의 제약이 발생할 수 밖에 없게 됩니다.
http://it.chosun.com/site/data/html_dir/2021/06/04/2021060402288.html
전기차 시대의 딜레마 '아파트 변압기'
전기차 시대 충전 인프라를 위한 노후 아파트 변압기 교체가 지지부진하다. 아파트에 전기차 충전기가 다량 설치되면 1개 단지에서 사용하는 전력량도..
it.chosun.com
기사에서도 언급했듯이 전기차의 충전은 아파트 변압기 용량에 직접적인 영향을 주게 됩니다. 최근에 지어진 아파트에도 이런 전기차의 증가속도를 감안해서 변압기 용량을 올릴 수 있겠지만, 그 용량을 어디까지 올리는 것이 전기차 증가에 따른 문제를 해소 할 수 있을지는 명확한 답이 없습니다.
전기차의 증가가 완만하다면 대응이 가능할 수 있겠지만, 갑작스럽게 전기차가 증가할 경우 아파트에서 소화가 불가능 할 수도 있습니다. 결국 변압기 교체가 불가한 아파트의 경우 충전시설 부족에 따른 전기차 사용의 제약이 발생하게 됩니다. 이렇듯 전기차의 확대를 강조하면서도 기반설비에 대한 고려가 되지 않는 상황에서 전기차 소비자는 생각지도 못한 충전한계상황에 봉착하게 되고, 최악의 상황은 전기차 충전과 가정의 전력사용 증가로 인한 변압기 화재로 이어질 수 있게 됩니다.
그렇다면 변압기 용량만의 문제로 끝날 수 있을까!!!
3. 전력망의 부하 증가
사실 소비단의 문제는 어쩌면 크지 않을 수 있습니다. 근본적으로 기간전력망이 소화 가능하게 될 것인지가 관건이라 할 수 있습니다. 송배전망의 부하량 계산에 따른 지역별 변전소의 부하로 인해서 지역별 블랙아웃을 초래할 수 있게 됩니다.
특히나 인구밀집지역의 경우는 이런 초과 전력수요를 감당하기 위해서 변전소를 증설하거나 신설하는 것들을 할 수 있지만, 그것도 한계에 직면할 수 있습니다.
송배전 설비를 만든다는 것은 기본적으로 전력망 전체의 구조를 계속 만들어 나가는 것으로 전기차 증가에 따라서 확장을 한다고 해도, 실제 밀집지역의 경우는 그 한계를 초과하는 일이 계속 발생하게 될 것입니다. 현재의 심야전력이 싸지만 전기차 시대가 본격적으로 개화 될 때는 오히려 가격이 더 비싸지고 낮시간 대 예를 들어 출근이후 퇴근이전의 시간이 오히려 충전요금이 저렴해 지는 분산처리를 할 수도 있습니다.
이런 것들을 아무리 해도 전기차의 증가, 용량의 확대 등으로 인해서 전기사용량의 급증을 피할 수 없게 됩니다. 그래서 그 일환으로 송배전망의 부하를 경감시키는 방법들을 연구하고 있는 상황입니다. 사실 이런 상황은 이미 심각한 위협으로 판단하고 그에 따라서 분산자원을 활용하는 방안도 각각 연구 중에 있습니다.
https://www.dcshare.org.uk/
Home | DC-Share
The UK's Clean Growth Strategy requires that EVs must become the norm by 2030. To achieve this, users must be encouraged to migrate to EV's safe in the knowledge that they are able to fully charge their EV in a matter of minutes and the costs for network r
www.dcshare.org.uk
위에서 보듯 영국의 DC-Share 프로젝트도 이런 송배전망의 부하나 변전소의 증설 등에 대응할 수 있도록 하는 연구를 진행하는 이유도 이런 특정 변전소의 부하 경감을 통해서 별도의 신규 변전소를 만들지 않아도 대응 가능한 수준의 전력망을 유지할 수 있도록 하는 것입니다.
이런 방법으로 ESS 또는 Reuse ESS 등을 활용하는 방법이나, 충전소에 Reuse Battery를 활용하거나 하는 방법들이 이런 분산자원을 활용한 전력망 안정화에 기여할 수 있습니다. 이렇듯 전기차의 확대는 우리가 생각하지 못한 영역이면서도 우리삶에 엄청난 영향을 줄 수 있는 전력계통의 많은 고민을 내포하게 됩니다.
단순하게 전기차의 확대만을 생각하고 있는 상황에서 전기차의 증가로 인해 파생되는 문제들을 제때 대처하지 못할 경우 생각지도 못한 시기에 블랙아웃을 경험할 수 있게 됩니다.
일예로 전기차의 배터리의 경우 겨울철의 용량감소로 잦은 충전이 증가하게 될 경우 여름보다 오히려 겨울에 블랙아웃을 경험하게 되는 심각한 상황에 처할 수 있습니다. 요즘처럼 난방설비 자체가 전기를 기반으로 되어 있는 사회에서는 겨울철의 블랙아웃은 엄청난 위협이 될 수 있습니다.
전기차의 확대는 우리의 삶속에서 전기차를 사용하지 않는 사람에게도 영향을 줄 수 있다는 것에서 이런 문제들을 사전에 공유하고 대처할 수 있는 노력이 필요하지 않을까 합니다.