친환경 에너지를 말할 때 우리는 흔히 태양광/풍력이나 전기 등의 발전과 소비에 맞추어져 있다. 하지만 진정한 친환경을 위해서는 근본적으로 ESS가 확보되지 않는다면 RE100은 달성할 수 없다. 친환경 발전은 간헐성을 어떻게 극복하느냐가 관건이다. 간헐성을 극복하는 나라는 친환경 전환이 빠른 반면 그렇지 않은 나라는 여전히 탄소발전에서 벗어나지 못한다. 일부에서는 SMR을 언급하기도 하지만, 이 또한 핵폐기물 문제에서 자유롭지 않다. 결국 간헐성은 ESS를 통해서 극복할 수 있다. 현재는 BESS에 기반한 ESS 시장이 성장하고 있고, 수소기반 ESS에 대한 투자도 지속되고 있다. 사실 진정한 친환경 ESS는 BESS보다 수소기반 ESS를 언급하기도 하지만 여전히 촉매 등의 구조적 문제가 해결될 때 까지는 BESS가 시장의 대세를 이룰 전망이다. 전기차의 가속화는 각국에 또 다른 문제를 만들고 있다. 당장의 전력소비는 그렇다 치더라도 송배전 문제가 발목을 잡고 있다. 당장 국내도 새로운 발전소가 완성되어도 그에 따른 송배전문제가 해결되지 않아서 2~3년간은 유휴상태로 둬야 하는 문제가 지금 발생하고 있다. 이런 문제를 해결하는 방법중에 지역별 ESS를 운영하여 그 부분을 대체하는 방법도 있지만, 현재의 송배전 구조 자체를 근본적으로 재수립하지 않으면 전기차와 친환경 발전의 확대는 불가능하다. 송배전 문제는 뒤로 하고 일단 친환경 발전의 간헐성을 어느정도 대체하고 그에 따른 탄소발전 자체를 최소화 하는 방법으로 ESS를 적극적으로 활용하는 방법만이 RE100을 조기 달성하고 탄소국경세를 최소화 할 수 있지만, 국내는 이 부분에서 뒤쳐져 있다. 이미 ESS에 대해서 각국에서 빠르게 확대하고 있고, 전력공급의 안정성 측면에서도 중요한 요소로 자리잡고 있다. 전기차에 치중된 베터리 산업도 ESS를 바라보면 그 규모가 2030년에는 약 2620억 달러에 도달할 정도로 시장규모는 더욱 확대될 수 밖에 없다. 친환경 발전의 성장과 전기차 시장의 성장은 ESS의 성장을 더 끌어 들일 수 밖에 없다. 그래서 더 ESS에 관심이 갖는 이유일 수 밖에 없다. 친환경 Eco-system에서 우리가 주목할 점은 Upstream과 Downstream이 아닌 Midstream의 성장이 아닐까!!
전기차의 수요가 주춤하는 상황과 맞물린 보조금 축소에 대한 부분이 단순히 전기차 지원축소를 떠나서 전력수요관리의 조절이 들어간 것이 아닐까 하는 생각이 든다. 현재 한국을 제외한 대부분의 나라에서 친환경 발전이 탄소발전을 비용보다 저렴해지고 있는 상황이지만, 간헐성의 문제로 인해서 이부분이 극적으로 전환되는데는 한계가 있다. 전기차의 확산 이전에 이미 각 가정에 전기사용량은 급증한 상황이다. 대부분의 가전이 전기로 운영되고 특히 건조기, 스타일러, 인덕션 등으로 전기를 사용하는 기기의 증가는 지속되는 상황에서 전기차까지 가세한 상황이다. 사실 우리가 간과하는 부분 중 가장 큰 전기소비의 최강자는 단연 데이터 센터이다. AI 등의 확대로 인해서 이런 데이터 센터의 확충에 따른 전기사용은 숙제로 작용하고 있다. 이런 전기 소비하는 곳은 증가하는 반면 전기관련 인프라는 따라가지 못하는 상황이다. 송배전망의 전면적인 대규모 투자가 필요한 상황이지만 단기간에 해결되지 않고, 전기소비를 따라가지 못하는 문제가 존재한다. 친환경을 표방하지만 친환경 에너지의 구조적 한계로 인해서 ESS 확충등으로 에너지를 저장하지 못할 경우 결국 탄소기반 발전을 줄이고 기후위기를 극복하려는 것에는 한계가 있다. 오히려 전기사용량을 따라가지 못한 문제로 탄소발전 구조가 더 가속화되거나 비친환경적인 원전이 증가하고 있는 상황이다. 송배전구조의 혁신없이 기존의 송배전망으로 버티는 것은 단 몇년이 마지노선이지 않을까 한다. 최근 출장을 다녀온 베트남에서도 느끼지만 전력의 관리와 안정성은 국가의 성장에 중요한 요소로 자리잡고 있다. 전력관리에 성공하는 나라가 미래의 성장동력을 확보하고 지속적인 성장을 추구할 수 있다는 점에서 지금의 전력구조하에서 새로운 돌파구 예를 들어 그린수소 및 연료전지 활용을 통한 ESS 구조를 만드는 것처럼 친환경의 간헐성을 극복하고 지속적인 친환경 에너지 설비 확보를 통해서 탄소발전을 최소화 하고 확대되는 전기수요에 대응가능한 구조를 만드는 것이 필요하지 않을까 한다.
요즘은 뜸하지만 1년전까지만해도 전기차의 화재가 뉴스에 단골손님으로 나오고 결국 L기업은 화재에 대한 보상으로 엄청난 비용을 들여서 교체하기까지 하였다. 더 이전에는 한국의 ESS 시장의 침체기를 가져왔던 ESS 화재로 엄청난 재산피해와 친환경 전환의 걸림돌로 작용하게 되었다.
사실 전기차의 보급에 열을 올리며 너도나도 전기차를 만들고 있지만 정작 중요한 안전은 뒷전이라 생각된다. 배터리 자체를 아는 사람들은 얼마나 위험한 물건인지 안다. 예전에 모 휴대폰 회사의 발화사건의 경우 대부분 작은 배터리임에도 경각심이 컷지만 지금은 전기차에 대한 기대가 우려보다는 커진 듯 하다.
하지만 이런 기대가 오히려 더 우려스러운 것은 왜일까!!!
왜 우리가 전기차의 화재에 대해서 고민을 해야 하는지 오늘은 그 이야기를 주로 해보고자 한다.
1. 왜 전기차는 화재에 취약한가. 우선 관련 영상을 먼저 보자.
우리가 일반적인 화재가 발생하면 흔히 물보다는 ABC소화기에 익숙하다. 하지만 배터리의 경우는 다르다. 영상에서도 봤지만, 실제 배터리는 에너지를 가지고 있기 때문에 단순히 불만 끄는 것이 아니라 베터리 자체의 온도를 낮추는 것이 중요하다. 특히나 파우치형의 베터리 경우 전해액이 있어서 화재가 발생할 경우 이 부분의 열이 내려가지 않는 한 지속적으로 연소되는 특성을 가지고 있다.
그래서 배터리 자체가 온도가 온전히 내려가지 않는 기존의 ABC소화기로는 화재진압이 안되는 것이다. 물로 진압을 하게 되는 것이 가능하지만 사실 영상의 배터리는 오픈형이지만 차량내 배터리는 팩-모듈-셀 형태로 거의 진공상태로 밀폐구조이다. 그래서 화재가 발생하게 되면 일반적인 진화로는 절대로 불가능하다.
그래서 외국처럼 아에 전기차를 물속에 넣어 버리는 극단적인 것처럼 보이는 행동을 할 수 밖에 없는 것이다. 배터리 온도 자체를 낮추는 것이 화재의 시작이므로 그것을 하기 위해서는 결국 담그기(?)가 최선일 수도 있는 것이다.
밀폐된 환경의 배터리의 취약 점과 대부분의 화재 중 파우치형으로 전기를 전달하는 전해액이 화재에 취약한 부분도 한 몫을 한다. 일각에서는 오히려 내연기관보다 화재가 적다고 말하긴 하지만, 아직 전기차가 온전히 보급되지 않은 상황에서 현재의 화재는 앞으로 어떤 유형으로 화재가 나타날지에 대한 더 많은 고민을 하게 만든다.
2. 전기차 화재에 취약한 주거문화 한국의 경우 대부분 아파트 문화가 대중적인 거주문화로 자리잡고 있다. 최근 근 10년 내 지어진 아파트의 대부분은 지상은 공원으로 지하는 주차장으로 사용한다. 그러다보니 주차장의 화재는 대형화재로 이어지는 경우가 종종 발생한다.
그런데 전기차는 위에 언급한데로 한번 불이 나면 꺼지지 않는다. 지금이야 몇대 되지 않는 상황이므로 화재 시 해당 차량에 집중적으로 진압을 하면 되지만, 만약 보급률이 30%이상이 되고 주차장의 30% 이상을 전기차로 점유하게 될 경우 연쇄화재가 발생하게 되면 진화도 못하는 상황에서 어쩌면 주차장에서 그치지 않고 아파트 전체로 화재가 확대될 수 있는 위험이 있다.
이미 전기차의 증가로 아파트의 전기사용량이 급증하고, 변압기의 용량 초과로 인한 화재도 심심치 않게 발생하고 있는 상황이다. 그런데 전기차에 대한 이런 화재의 위험성을 간과하고 있는 상황에서 구조역학적으로 아파트의 설계에서 이런 전기차의 화재에 대비하는 이른바 침수소화설비 등을 구축하는 것도 필요할 것이다.
그래서 앞으로의 주거환경의 경우 이런 화재에 대비하는 것도 필요하다. 사실 수소차의 경우도 안전성은 있다고 하지만 친환경 자동차에 대해서 우리의 주거와 환경이 고민이 필요하다. 그래서 그런 것들을 고려한 주거문화 설계 반영이 필요한 시점이다.
3. 전기차 정확히 배터리를 위한 소방 인프라/전략 확보 앞서도 잠깐 언급했지만, 이제는 친환경 자동차에 걸맞는 소방 인프라에 대해서 고민해야 한다. 단순히 기존의 소방환경으로 대응하기에는 그 피해가 너무 크고 몇시간씩 하나의 화재에 얽매여 있기에 사람들의 안전에도 위험을 가중시키게 된다.
그래서 먼저 전기차 소방인프라에 대한 고민을 해야 한다. 외국처럼 침수소화설비를 갖추거나, 그에 상응하는 전기차 전문 소방설비를 운영하거나 아니면 전기차 화재대비 훈련도 미리미리 해야 한다. 하지만 아직도 우리는 지켜보기식 화재진압이 현 주소다. 어제(2022.1.11) S모 기업의 ESS 화재의 경우도 진화자체를 바로 할 수 없어서 해당 화재장소 이외로 확전되는 것을 막고 그저 다 탈때까지 버티는게 현실이다.
단순하게 소방에서 이것을 할 수는 없다. 전기차 Eco-System의 참여자 모두가 해야 한다.
자동차 회사는 화재에 대비해서 배터리를 별도로 분리할 수 있도록 하는 방법도 있을 것이다. 또한 화재 시 가장 빠르게 소화시킬 수 있는 방법을 연구해서 그것을 소방관련 기관과 협력하여 만들 수 있다.
아파트의 경우 설계단계부터 친환경 자동차의 화재에 대비하여 화재진압을 할 수 있는 구조를 만드는 것이다. 단순히 스프링쿨러만으로 해결이 안될 수 있다. 구조적으로 친환경 자동차를 고려한 아파트 구조 설계를 하거나 주차장 내 특정 영역의 화재 대피 또는 소화공간을 만들거나 설계부터 적용을 해서 미래형 아파트를 고민해야 한다.
소방은 이런 것을 고려하여 친환경 자동차의 소방안전을 위해서 지속적인 변화를 해야 하고 그에 맞는 시설과 인프라를 확충해야 한다. 그것을 통해서 전기차 보급에 따른 위협요소를 해소는 하지 못하더라도 위험을 낮출 수 있지 않을까!!!
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.
가구 평균 월 전력 사용량
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.
차량별 연비 - 모터그래프 자료 참조
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.
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/
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.
