463-835 경기도 성남시 분당구 야탑로 338(야탑동 191) T.(031) 724-6100(代) 등록일자 1976년 3월 18일·등록번호 서울 라 11267

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2015 05VOL. 480

특집•테슬러가 촉발한 전기차 시장 경쟁

•파워프라자의 전기차 “예쁘자나R”, 1회 충전으로 500km 주행

Power Tech •아크 차단기 CT의 임피던스 및 주파수 응답 특성 분석

•SEP2.0 기반의 홈 에너지 관리 시스템 개발

•3존 하이브리드 에너지제어 냉난방시스템

주요정책•정부의 에너지 효율시장 시범사업과 사례

•일본의 태양광발전 개발전략

전기정보 | 2015년 1월호 13

2015 05

등록일자 | 1976년 3월 18일

인 쇄 일 | 2015. 5. 5

발 행 일 | 2015. 5. 10

발 행 인 | 곽 기 영

발 행 처 | 한국전기공업협동조합

주 소 | 경기도 성남시 분당구 야탑로 338(야탑동 191)

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Electric Information

Contents14 KEMC News(조합 소식)

특집

18 테슬러가 촉발한 전기차 시장 경쟁

24 파워프라자의 전기차 “예쁘자나R”, 1회 충전으로 500km 주행

26 스마트 충전, 성공적인 E-Mobility 위한 핵심 요소

30 CO2 규제 대응 솔루션 전기차

34 서울, 2018년 글로벌 EV 톱3

Power Tech

40 아크 차단기 CT의 임피던스 및 주파수 응답 특성 분석

44 SEP2.0 기반의 홈 에너지 관리 시스템 개발

48 3존 하이브리드 에너지제어 냉난방시스템

5월의 화제

52 한국전기연구원, HVDC용 고속 직류 차단기 개발

직류배전

56 직류배전의 국내외 현황과 국제표준화 동향

스마트시티

62 스마트시티 실현 EMS 보급에 달렸다

주요정책

64 정부의 에너지 효율시장 시범사업과 사례

67 일본의 태양광발전 개발전략

78 News Brief

KT, ICT기술로 냉난방 에너지 효율화 사업 본격추진

LG화학, 북미(北美) 가정용 ESS시장 공략 가속화

신용카드로 아파트단지 조명을 LED로 교체

코캄, 세계일주 태양열 비행기 솔라임펄스2에 배터리 공급

한국전력, 중소 수요관리사업자 대상 컨설팅 시스템 제공한다

전기조합 2015년도 제2차 이사회 개최

2015년도 제2차 이사회가 2015. 04. 28(화) 우리조합

3층 중회의실에서 개최되었습니다. 의결사항은 전기강판

지급보증서 추가 제출(안), 공동상표 운영규정 제정(안),

특별위원회 설치 기본(안)등이며, 주요 보고사항은 제24대

이사장직 업무인수 결과보고, 2015년도 경영혁신플랫폼

특화솔루션 지원 협약 체결이 있었으며, 기타 토의 사항

으로는 2015년도 최고경영자 세미나 일정에 대한 의견수

렴이 있었습니다.

2015년 『중전기기 제작설계 및 품질향상 교육』실시

2015. 04. 07(화) ~ 04. 09(목) 3일간 우리조합 3층 전산

실에서 (주)이스트파워 등 20개사(26명)을 대상으로 「중전

기기 제작설계 및 품질향상 교육」을 실시하였습니다. 조합

원사의 적극적인 참여에 감사드리며, 2차 교육은 2015. 07.

07(화) ~ 07. 09(목) 예정입니다. 많은 참여 부탁드립니다.

공공구매제도 운영관련 조합 간담회 참석

우리조합은 중소기업중앙회가 공공구매제도와 관련 애로

사항을 수렴하고 향후 추진방향을 모색하기 위한 간담회에

참석, 아래와 같이 의견을 제출하였으며 중앙회는 중소기

업계의 의견을 토대로 개선방안을 마련하기로 하였습니다.

■제도별 건의내용

·MAS제도 운용 및 적격조합 개선(15.04.20)

MAS제도와 관련하여 조달청 예가 산정 시 민수 실례가

가 적용되어 단가하락으로 인한 품질 저하 우려, 실적이 전

무한 영세업체의 MAS제도 이용불가, 가격경쟁으로 인한

업체 간 출혈경쟁을 초래하고 있으므로 이에 대한 방안 마

련을 요청, 적격조합과 관련하여 공공기관 구매제도에 적

격조합 가산점 배점 상향요청, 조합원의 관수실적이 조합

실적으로 포함되어 조합의 공동판매 활동에 지장을 초래하

고 있으므로 관수실적을 제외하여 불합리한 시장점유율에

대한 규제 개선요청

·우수조달공동상표 지방계약법 계약금액 상향(15.04.21)

계약금액 제한이 없는 타 수의계약제도와 형평성 문제

에 따라 한도금액 폐지를 1(안)으로 제시하고 1(안)이 어려

울 경우 5억원 상향을 2(안)으로 제시하였으며, 행정자치부

고시금액 3.5억원을 3(안)으로 하여 줄 것을 요청

·조합추천소액수의계약 및 소기업제품 우선구매제도(15.04.24)

조합추천 소액수의계약 제도는 계약 의무화, 계약금액한

도 상향조정, 조합에 업체추천 권한 부여를 요청하였으며,

소기업우선구매제도 개정(안) 시행에 따라 중앙회는 공정

성·보장방안 마련이 필요하므로 조합추천 소액수의계약

제도를 준용하는 방안을 고려하고 있어 이에 우리조합은

중앙회의 방안대로 운용 될 경우 유명무실한 제도로 전락

할 우려가 있으므로 제고를 요청하였습니다.

Kemc

News

14

2015년 경영혁신플랫폼 특화솔루션 지원 협약 체결

2015. 04. 15(수) 중소기업중앙회 2층 중회의실에서 우

리조합과 한국공예협동조합연합회, 한국화원협회, 엔케이

경제인연합회, 한국물류산업진흥협동조합, 한국목재공업

협동조합, 한국가설협회 등 7개 단체가 중소기업기술정보

진흥원이 주관하는 2015년도 경영혁신플랫폼 특화솔루션

지원 협약식을 가졌습니다. 협약 당사자 간의 권리와 의

무, 솔루션개발사업자에게 적극 협력, 솔루션에 대한 회

원사 교육 실시, 솔루션 회원사 이용률을 높이기 위해 적

극적 홍보 및 보급 확산에 대한 내용으로 진행되었습니다.

정부에서 클라우드 컴퓨팅 기반 저비용·고효율의 공동활

용시스템(플랫폼)을 지원하고 인프라와 솔루션을 직접 구

축하여 운영함으로서 중소기업은 전담인력, 유지비용 기

능개선 등의 부담 없이 자유롭게 이용할 수 있습니다. 특

화솔루션 개발사업자가 2015년 12월까지 완료하면 회원사

께서는 경영혁신플랫폼 웹사이트에 회원가입하여 기본솔

루션과 특화솔루션을 효율적으로 사용할 수 있습니다. 많

은 이용 바랍니다.

소기업범위 업종별 기준금액 확정

2016년 1월부터 시행예정인 소기업 범위 기준이 현행 상

시근로자에서 3년 평균 매출액 기준으로 변경됨에 따라 우

리조합은 중전기기제품의 기준금액을 상향하기 위하여 관

계기관에 수차례 건의와 협의를 통해 기준금액 중 가장 높

은 120억 원으로 책정되었습니다. 매출액 기준으로 변경

될 경우 소기업에서 중기업으로 전환되는 일부 조합원사

는 이에 대한 방안 마련이 필요할 것 같습니다. 우리조합

에서도 소기업 정책과 연계하여 향후 시행에 차질이 없도

록 조치하겠습니다.

중소기업자간 경쟁제품 적격조합 지정관련

중소기업자간 경쟁품목이 공공기관 구매에 참여하기 위

해서는 중소기업청으로부터 품목별로 매 3년마다 적격조

합 지정을 받아야합니다. 우리조합 지정품목 중 배전반이

금년 4월20일에 만료되어 재지정 신청 및 심사결과 2018년

4월 20일까지 적격조합으로 재지정 되었습니다. 금년도에

신규로 적격조합 지정 신청을 하여 심사 중에 있는 태양광

발전장치도 지정 받을 수 있도록 최선을 다하겠습니다.

2015년 상반기 회비 납부 안내

2015년 상반기 조합회비를 납부하여 주시기 바랍니다.

•중소기업 : 300,000원

•대 기 업 : 720,000원

•납부계좌 : 중소기업은행 076-002690-01-014

예금주 : 한국전기공업협동조합

• 2012년과 2013년, 2014년 회비를 미납하신 조합원은

함께 납부하여 주시기 바랍니다.

알아두면 유용한 생활 상식

* 차 유리 스티커 제거하는 방법

운전하는 사람이라면 신경써야할 주차금지 스티커!

평소에 양심적으로 주차를 하신다면 신경 쓸 일 없겠지

만, 어쩌다 잠시 주차한 곳에 붙여놓은 불법 주차 딱지는

물로 지워도 잘 지워지지 않고 칼로 긁기에도 유리가 상할

까봐 조심스럽기만 합니다. 이럴 때는 스프레이모기약으

로 간단히 해결할 수 있다고 합니다.

2015년 5월호 15

동호회 동향

* 골프회는 2015.05.14(목) 12시 07분에 개최하며 기존

용인프라자C.C에서 신원C.C로 장소를 변경하여 모임을

갖기로 하였으니, 착오 없으시기 바랍니다.

(신원C.C : 경기도 용인시 처인구 이동면 이원로 225

031-8020-9411~3)

* 산악회는 2015.05.16(토) 9시 30분에 북한산 방학능선

길 산행 예정으로, 자세한 사항은 조합홈페이지를 참조하

시기 바랍니다.

조합원사의 많은 참여 부탁드립니다.

삼가 고인의 명복을 빕니다.

* (주)썬테크 이선휴 대표이사 모친상(04/03(금))

* (주)대신피아이씨 이성원 대표이사 부친상(04/07(화))

결혼을 축하합니다.

* (주)코스탈파워 김의선 대표이사 자녀 결혼(04/18(토))

* 세종전기공업(주) 이영태 회장 자녀 결혼(04/26(일))

2015년 4월 공동판매 사업 계약(발주) 현황

16

Kemc

News

품목 건수 금액(VAT별도)

배전반 3 148,783

무정전전원장치 1 22,557

합계 4 171,340

품목 발주수량(대) 발주금액(VAT별도)

일반형주상(미부착형) 6,124 6,785,771

일반형주상(부착형) 3,437 3,906,740

컴팩트형주상 232 398,890

아몰퍼스주상 3,211 2,621,541

내염형주상(스테인레스) 1,270 1,608,568

내염형주상(아연피막) 120 145,563

일반형지상 92 745,184

슬림형지상 73 968,169

부하개폐형지상 49 498,902

합계 14,608 17,679,328

품목 건수 금액(VAT별도)

충전장치 2 203,880

합계 2 203,880

다수공급자계약(단위 : 천원)

품목 건수 금액(VAT별도)

전동기제어반 2 45,917

변압기 1 40,980

합계 4 86,897

조합추천 소액수의 계약(단위 : 천원)

중소기업자간 경쟁 입찰(한국전력공사 변압기)(단위 : 천원)

중소기업자간 경쟁 입찰(한국전력공사 충전장치)(단위 : 천원)

품목 건수 금액(VAT별도)

배전반 1 379,339

전동기제어반 1 135,454

분전반 4 414,746

합계 6 929,539

우수조달 공동상표 계약(단위 : 천원)

4월 이사장, 전무이사 참여 행사

주 최 행사일 내 용

전기조합04/02(목) 제24대 곽기영 이사장 취임식

04/28(화) 전기조합 제2차 이사회

한국전력공사 전력연구원 04/07(화) R&D 상생 간담회

대한전기협회 04/08(수) 전기의 날 기념식

한국전기신문사 04/11(토) 전기사랑마라톤

MAS제도운영위원회 04/14(화) MAS제도 관련 회의

중소기업 기술정보진흥원 04/15(수) 경영혁신 플랫폼 특화솔루션 지원 협약 체결

2015년 5월호 17

신규가입 조합원

업체명 대표자 주생산품 소재지 가입일

인텍전기전자(주) 고인석 수배전반 경기도 화성시 봉담읍 최루백로 225-38 2015. 04. 08

극동중전기(주) 이흥노 변압기 경기도 김포시 하성면 월하로 596 2015. 04. 10

서광공업(주) 이종봉 도금 경기도 안산시 단원구 산단로 35번길 76(목내동) 2015. 04. 14

(주)그린파워테크놀로지

김도환 UPS 경기도 광주시 오포읍 포은대로 329 2015. 04. 27

조합원 변동 사항

업체명 현대표자 변동 사항 변경 전 변경 후 변경일 주생산품

동미전기공업(주) 한상욱 대표자 한상철 한상욱 2015.04.21 변압기

성신전기공업(주) 이기현 소재지경기도 군포시 흥안대로

27번길 7경기도 수원시 권선구 산업로155번길 228-63

2015.04.21 UPS

대한전력전자(주) 이종근 소재지경기도 안양시 만안구

전파로44번길 19경기도 안양시 동안구

전파로104번길 702015.04.21 UPS

이화전기공업(주) 김영선 대표자 김영선, 주동억 김영선 2015.04.27 UPS

업체명 대표자 주생산품 가입일 탈퇴일

(주)지오닉스 우종기 UPS 1975.04.17 2015.04.15

국제산업전자(주) 박흥덕 UPS 1988.10.04 2015.04.15

탈퇴 조합원

전기차 시장과 글로벌 연비 규제

2011년 1세대 전기차(표 1)가 시장에 등장한지 만 1년이 지

난 시점에서의 전 세계 전기차 판매량은 목표 수준에 턱없이

부족한 4만여 대에 불과했다. 전기차의 높은 가격, 짧은 주

행거리, 그리고 불편한 충전 이슈 등 친환경성을 제외하고

전기차는 내연기관차와 비교해 많은 것이 부족했기 때문에

전기차 시장에 대한 부정적인 시각이 지배적이었다.

이로 인해 글로벌 OEM들이 소극적으로 움직이면서 전기

차 시장은 더욱 위축되었고, 전기차의 역할을 정부 환경규제

대응 수준에서 대응하는 분위기로 흘렀다. 따라서 전기차는

틈새시장에 머물렀다.

그러나 기후변화 대책으로서 온실가스 규제는 세계적인 어

젠다가 되면서 연비규제는 더욱 강화되고 있다.

올해부터 유럽의 이산화탄소 배출규제가 예외조항 없이

130g/km로 강화되고, 미국의 기업평균연비규제 CAFE도

강도를 더해가고 있다. 하면서 OEM의 전기차 개발, 보급 노

력이 높아지고 있다. 중국과 일본도 유럽의 규제 수준과 같이

가고 있다. 각국 정부가 전기차가 가지고 있는 여러 문제에도

불구하고 여전히 관심이 뜨거울 수 밖에 없는 이유이다.

테슬라의 등장과 불붙은 전기차 경쟁

테슬라의 등장으로 수면 밑에 있던 전기차시장이 수면위로

떠오르기 시작했다. 테슬라가 2012년에 가지고 나온 모델S

는 단기간 극복이 어려운 기존 전기차의 한계를 극복하면서,

캘리포니아의 일개 스타트업 기업에서 전기차 하나로 글로

벌 자동차 기업과 어깨를 나란히 하는 기업으로 부상하기 시

작한 것이다. 모델S는 10만 달러에 가까운 높은 가격과 안전

성이 검증되지 않은 기업이 만든 전기차라는 약점에도 불구

하고 출시 2년 만에 5만 대 판매를 기록했다. 2013년 4분기,

모델S는 GM, 닛산이 주도하는 전기차 시장에서 이들을 제

치고 단숨에 판매 순위 1위에 올랐다.

특 집

테슬러가 촉발한 전기차 시장 경쟁

18

[표 1] 1세대전기차 비교

모델(출시연도) 출시가격($) 전도주행거리(km) 전지팩 용량(kWh) 충전시간(완속)

미쓰비시 아이미브(2009년) 51,000 160 16 7

닛산리프(2010년) 35,500 120 24 8

GM 볼트(2010년) 40,000 60 16 4

르노 플루언스(2011년) 39,000 185 22 6~9

* 주: GM 볼트는 PHEV이지만, 출시연도와 전동주행거리를 고려하여 1세대 전기차에 포함.

테슬라 전기차 모델S

테슬라는 전기차의 높은 가격과 짧은 주행거리에 대한 고

민은 럭셔리 대형 세단 전기차에 소형 리튬이온전지를 채용

해 해결했고, 충전의 불편함도 새로운 방식의 사업모델로

극복했다.

뿐만 아니라 테슬라는 배터리와 충전사업에도 진출하는

등 전기차의 가치사슬을 내재화하고 판매 규모를 확대하며

자생적 생태계 조성에 나서고 있다. 또 전기차 모델 라인업

을 계속 추가하려 한다. 특허 공개로 테슬라 기술을 활용한

전기차 기업의 수를 확대하여 전기차 생산 규모를 키운다는

전략이다. 자율 주행과 스마트카 기술의 선점으로 테슬라는

자동차 산업의 변화까지 선도하려고 하고 있다.

확대되고 있는 기존 글로벌 OEM의

도전과 테슬라의 한계

글로벌 OEM 중 닛산은 테슬라와 같이 전기차부터 충전

사업에 이르는 가치사슬로 테슬라를 견제하고 있고, BMW

는 ‘Class by Class’로 테슬라에 대응하겠다는 전략이다. 폭

스바겐 그룹은 기존 모델을 활용하여 높은 가격 문제를 해

결했다. 친환경차 주도권 확보를 위해 르노, 다임러 등 기존

자동차 기업은 기존 자산을 최대한 활용할 수 있는 PHEV

모델을 쏟아내며 테슬라를 압박하고 있다.

또 대량 생산에 적합하지 않은 테슬라 방식의 자동차 생산

설비가 현재보다 10배 이상의 생산량을 감당할 수 있을지도

미지수다. 기가팩토리의 성공적 운영을 위한 파나소닉의 역

할 수행에 대한 의구심도 확대되고 있고, 테슬라 고유의 복

잡한 전지 팩 공정의 한계를 해결하기도 쉽지 않을 것으로

판단된다.

그러나 100여 년간 자동차 산업을 지배해 온 기업들과 기

존 자동차 산업에 얽매이지 않는 유연하고 도전적인 테슬라

의 결과를 장담하기 어려운 승부가 본격적으로 펼쳐질 것이

다. 지난 2년간 전기차 시장에 파란을 일으킨 테슬라가 앞으

로도 전기차 시장을 주도할 지 단정할 수 없지만, 전기차의

혁신을 촉발하고 전기차 시대를 앞당기는 트리거로서의 테

슬라의 역할은 당분간 계속될 것으로 보인다.

테슬라의 도전과 전략

2013년 12월, 테슬라는 보급형 전기차 모델3의 출시 계

획을 밝혔다. 가격은 미국 승용차 평균 가격대를 약간 웃

도는 3만 5천 달러 수준으로 보조금 없이도 승용차와 충

분히 경쟁이 가능하다. 2017년에 판매할 계획이며, 기가

팩토리에서 생산하는 저렴한 전지를 채용할 예정이다.

2014년 10월 엘론 머스크는 개인 SNS를 통해 모델D의

출시를 예고했다. 테슬라의 모델S를 잇는 모델X 출시가

한 차례 더 연기되는 시점에서 발표된 새로운 모델 D 발

표를 계기로 테슬라의 경쟁략을 바탕으로 한 전략을 살펴

보자.

자생적 생태계 조성 : 가치사슬 내재화 및 규모 확대

테슬라는 배터리에서 전기차, 그리고 충전으로 이어지는

전기차 전체의 가치사슬을 내재화한 기업이다. 전기차의 핵

심 부품인 배터리를 내재화하여 성능과 원가 측면에서 가장

전기차(Electric Vehicle, EV)는 연료로 가솔린 등 화석연료가 아닌 배터리와기 모터를 사용하는 자동차를 말한다. 배터

리에 축적된 전기로 모터를 회전시켜서 자동차를 구동시킨다. 최초의 전기차는 1873년에 가솔린 자동차보다 먼저 제작

되었으나, 배터리의 중량이 무겁고 충전 시간이 너무 길어 실용화되지 못했다. 그럼에도 구조가 간단하고 내구성(耐久

性)이 강하며 운전이 쉬운 점 등이 있어 주로 여성용으로 미국에서 1920년대 중반까지 소량 생산되었다. 최근들어 온실

가스로 인한 기후변화로 온실가스에 대한 규제가 강화되기 시작하면서 다시 개발되기 시작하였다. 사실, 자동차 파워

트레인의 전장화는 약 100년여의 자동차 역사에서 가장 중요한 글로벌 변화 중 하나이다. 세계 각국의 도시, 기업과 정

부는 스마트하고 지속가능한 미래에 전기자동차는 꼭 필요하다는데 인식을 함께 하고 있다. 전기차와 하이브리드 전기

차들이 제공하는 환경, 경제 및 에너지 시스템의 여러 이점들로 인해 전기이동성으로 전환하는 것이 왜 필요한지에 대

해 폭넓은 공감대를 형성하고 있는 것이다.

2015년 5월호 19

경쟁력 높은 전기차를 만들어 낼 수 있게 되었고, 슈퍼차저

를 통한 충전 인프라 사업도 영위하고 있다.

전기차 생산 규모도 더욱 늘릴 예정이다. 내부적으로는 모

델 라인업을 계속 추가하고, 외부에서는 특허 공유로 테슬라

기술을 활용한 전기차 기업의 수를 확대한다는 전략이다. 테

슬라의 2020년 연간 판매 목표는 50만 대이다. 친환경과 전

기차 산업에 대한 엘론 머스크의 원대한 꿈을 이루고, 자동

차 기업의 동참을 이끌어내기 위해서는 무엇보다 테슬라 전

기차의 규모 확대가 우선적이다.

테슬라는 라인업의 완성도를 높여 연 50만 대 판매에 도

전하겠다는 계획이다. 가장 큰 역할을 해야 하는 모델3은

300km 가까이 주행할 수 있고, 무료로 충전하면서 8년 또

는 무제한 마일리지로 보증이 가능할 것으로 예상되는 모델

이다. 가격도 경쟁력이 있다. 기존 모델의 세부 라인업 확장

도 추진할 계획이다. 몇 차례 출시 연기된 모델X는 모델S의

SUV 버전이다. 모델D는 모델S의 사륜구동 모델이다. 모델

3도 세단, 크로스오버, 컨버터블 버전 등 다양한 라인업을

계획하고 있다.

테슬라의 특허 공개로 테슬라 방식의 전기차 기술을 적용

하는 기업도 많아질 것으로 예상된다. 중국의 모바일 IT 기업

샤오미는 테슬라의 설계 방식을 적용하고 BYD의 생산설비

를 활용한 전기차 출시 계획을 밝혔다. 폭스콘도 테슬라와 손

잡고 수천억 원을 투자하여 전기차 생산설비를 갖출 계획이

다. 테슬라 방식의 전기차 기술 도입으로 개발비를 절감한 폭

스콘은 1만 5천 달러 이하의 저가 전기차를 생산할 예정이다.

스마트카 시장 주도

얼마 전 베일을 벗은 모델D는 모델S의 전륜부에 모터를 추

가한 것이 특징이다. 두 개의 모터로 사륜구동을 갖춘 모델

D가 시속 100km에 도달하는 시간은 3.2초에 불과하다. 람

보르기니, 부가티 같은 스포츠카 수준이지만, 고출력에 대한

테슬라의 열정을 떠올려 보면 크게 놀랄 일은 아니었다. 관

심을 끈 것은 테슬라의 모델D의 새로운 성능인 ‘그 어떤 다

른 것’이었다.

모델D는 오토 파일럿 기능이 있다. 비행기 조종사가 자동

운행에만 완전히 의존하지 않는 것처럼 소비자가 필요로 하

고 당장 상용화가 가능한 자율 주행 기능을 ‘오토 파일럿’이

라 칭한 것이다. 카메라와 음파 탐지기, 다수의 센서, 그리

고 실시간 교통 정보 시스템을 활용하여 모델D는 충돌 위기

가 감지되면 차량 속도를 자동으로 조절하고, 방향 지시등을

운전자가 켜면 스스로 차선을 변경한다. 이미 상용화가 이루

어진 자동 주차 기능은 당연히 보유하고 있다.

다수의 자동차부품 기업, 자동차 기업, 그리고 구글 등 IT

기업이 자율 주행을 준비하고 있다. 몇 차례 시험 주행이 화

제가 되기도 했지만, 단기간에 상용화되기 어렵다는 중론이

다. 최소 5년에서 10년 가까이 기다려야 한다. 기술적 이슈

외에도 관련 법규가 정비되어야 하고 운전자의 습관도 변화

가 필요하다. 하지만 테슬라의 오토 파일럿 기능은 약 4천

달러의 추가 부담만으로 당장 적용이 가능하다.

자동차가 스마트화되면서 이제는 자동차 하드웨어보다 소

프트웨어 경쟁력이 더 중요한 시대가 열리고 있다. 편의 장

치는 물론이고 엔진과 차체 제어 등 자동차 요소기술 대부분

이 ICT와 융합되고 있다.

자동차 산업에서 대두하고 있는 스마트카의 핵심은 ICT와

융합된 차량 컨트롤 및 텔레매틱스 기술, 그리고 자율 주행

이다. 스마트카 기술의 선점으로 테슬라는 자동차 산업의 변

화를 선도하려 한다. 기존 자동차 기업의 기득권이 상대적으

로 약한 영역을 공략하여 미래 자동차 산업의 주도권을 확보

하겠다는 것이다.

테슬라 모델S의 전장 시스템은 일반 자동차와 다르다. 운

전자는 버튼을 누르는 대신 중앙부에 위치한 대형 터치스크

린 디스플레이 화면을 통해 공조, 차체 높이, 충전 환경을 조

정하고, 내비게이션을 사용하며, 인터넷으로 음악을 듣는

다. 주목할 만한 점은 모든 것을 테슬라가 직접 설계하였고,

양산 기술을 보유하였으며 당장 사용이 가능하다는 점이다.

현시점에서 가능한 스마트카용 ICT 기술을 테슬라가 선도하

겠다는 의지이다.

도전받는 테슬라

테슬라의 공격적 행보를 기존 자동차 기업이 보고만 있을

수는 없게 되었다. 2008년 테슬라가 로드스터를 출시했을

때, 업계에서는 ‘외부의 다양한 기술을 조합한 컨셉트카’ 정

도로 인식했었다. 당시 테슬라는 기존 자동차 업계에 위협적

인 존재는 아니었다.

20

특 집

기존 자동차 기업과의 경쟁 가열

전기차 개발 및 출시에 적극적인 진영과 그렇지 않은 진영

간의 차이는 있지만, 대부분의 자동차 기업은 테슬라의 행

보를 주시하고 있다.

특히, 2010년 출시 이후 누적 14만 대를 판매하여 판매

량 1위를 기록하고 있는 닛산의 리프, 2013년 i3를 출시한

BMW, 그리고 지난해 970만 대의 승용차를 판매한 폭스바

겐 그룹은 테슬라를 강력한 경쟁자로 인식하고 있다.

닛산은 전기차부터 충전 사업에 이르기까지 테슬라를 견

제하고 있는 모습이다. 우선, 차기 출시 모델의 제품규격을

조정했다. 주행거리 연장과 프리미엄 세그먼트 공략을 위

해서다. 2017년에 출시 예정인 2세대 리프는 전지 용량을

42kWh로 올려 주행거리 230km를 목표로 하고 있다. 최대

용량도 테슬라 모델3과 동일한 60kWh로 맞출 계획이다.

프리미엄 세그먼트 진입을 위한 노력도 진행 중이다. 2014

년 출시를 목표로 닛산은 세단형 전기차 출시도 염두에 두

고 있었다. 하지만 테슬라 모델S의 성공으로 개발 컨셉트를

수정, 프리미엄 세그먼트인 인피니티 플랫폼을 기반으로 한

인피니티 EV를 2017년에 출시할 예정이다. 충전 인프라 측

면에서도 테슬라와 비슷한 사업모델을 구축 중이다.

미국 내 충전 인프라 확산을 위해 닛산의 리프를 타는 운

전자라면 무료로 충전할 수 있는 ‘No Charge To Charge’라

는 프로그램을 추진하고 있다. 이를 위해 닛산은 현재 미국

내 11개의 충전소를 운영하고 있으며, 향후 500개까지 늘린

다는 계획을 세우고 있다.

BMW는 ‘Class by Class’로 테슬라에 대응하겠다는 전

략이다. 이미 출시된 i3는 테슬라의 모델3과, 주행거리를

320km 이상으로 늘려 2017년 출시 예정인 i5는 테슬라의

SUV인 모델X와의 전면전을 예고하고 있다. 견제와 동시에

협력도 진행하는 움직임을 보이고 있다. 얼마 전, 엘론 머스

크는 독일의 유력 시사주간지 슈피겔과의 인터뷰에서 BMW

와 전지, 충전소, 전기차 생산 기술에 걸쳐 공동으로 개발을

진행하는 것에 대해 논의 중이라고 밝혔다. 향후 BMW가 테

슬라를 협력의 대상으로 삼을지는 지켜봐야 할 포인트이다.

폭스바겐 그룹은 앞서 언급한 닛산, BMW와 달리 표면적으

로는 테슬라 전기차 확산 가능성에 대해 부정적이다. 테슬라

가 추구하는 전기차 플랫폼과 소형리튬이온 전지는 원가 개

선 및 기술적 혁신에 한계가 있다는 주장이다. 그렇다고 폭

스바겐 그룹이 테슬라를 견제하지 않는 것은 아니다.11 닛산

이나 BMW처럼 전기차 전용 모델을 출시하지는 않지만, 기

존 내연기관차 모델을 활용하여 개발비를 낮춰 전기차 구매

의 걸림돌이었던 높은 가격 문제를 해결하겠다는 것이다.

자동차 기업의 PHEV 모델 출시 공세

친환경성 확보를 위해 대부분의 자동차 기업은 테슬라와

의 전기차 경쟁을 본격적으로 시작함과 동시에, PHEV 모델

2015년 5월호 21

구분 AC완속(J1772) DC급속(차데모) 3상AC Type 콤보 Type

충전기커넥터

AC완속(5핀) DC급속(10핀) 3상AC Type(7핀) 5핀 콤보

차량측소켓

비고 국제표준 등록(62196-1) 국제표준 등록(62196-2) 국제표준 개발중

해당국가 한국, 일본 유럽 미국

[그림 1] 충전 방식별 커넥터와 소켓

출시 공세도 속도를 내고 있다.

폭스바겐 그룹은 골프, 파사트 등 범용 차종부터 아우디의

TT, 포르쉐 카이엔 등 슈퍼카까지 다양한 모델의 PHEV 버

전을 전시했다. 이들은 리터당 30~60km의 고연비를 자랑

한다. 친환경차 전략에서 전기차에 가장 비중을 두고 있는

르노는 순수 전기차에 집중할 것이라는 예상과 달리 PHEV

인 ‘이오랩’을 공개했다. 1리터의 연료로 100km를 주행할

수 있어 ‘1리터카’라는 별칭도 붙었다. 이오랩은 르노의 소형

차인 ‘클리오’보다도 무게를 400kg가량 줄여 연비를 개선했

다. 전기차 i3를 판매 중인 BMW는 PHEV 스포츠카인 ‘i8’

과 ‘X5 e드라이브’ 컨셉트카를 전시했다. BMW는 전시한 모

델 이외에도 기존 5시리즈에 PHEV 옵션을 포함한다는 계획

도 가지고 있다. 다임러도 벤츠 S클래스의 PHEV 버전을 선

보였다. 다임러는 프리미엄 시장에서 테슬라와의 경쟁이 가

능한 PHEV를 출시하겠다는 목표로, 2015년 벤츠 C클래스

PHEV 버전을 먼저 출시하고, 앞으로 상위 클래스까지 확대

하겠다는 계획이다.

한때 PHEV는 전지로만 구동하는 전기차로 가기 위한 과

도기적인 모델로 치부되기도 했다. 하지만 유럽의 자동차 기

업들은 당면한 연비 규제를 해결할 수 있고, 테슬라와의 경

쟁도 가능하며, 기존 자산을 최대한 활용할 수 있는 현실적

방법을 PHEV에서 찾은 것으로 판단된다.

기존 협력자인 다임러, 도요타와의 결별

최근 다임러와 도요타의 테슬라 지분 매각 소식이 들리고

있다. 다임러는 지난 5년간 보유했던 테슬라의 주식을 전부

처분하여 8억 달러 수준의 수익을 챙겼다. 이후 성명을 통해

테슬라와의 미래 기술 관련 파트너십과 협력관계를 위해 지

분 소유가 꼭 필요한 것은 아니라는 의견을 냈다. 테슬라의

양산 역량 확보에 지대한 공헌을 했던 도요타도 같은 시기 테

슬라의 지분을 일부 매각했다. 도요타가 어느 정도의 주식을

처분했는지 아직 밝혀지지 않고 있지만, 도요타는 계속 주주

로서 자본 및 업무 제휴관계는 유지할 것이라고 밝혔다.

업계에서는 다임러와 도요타의 테슬라 지분 포기 이유에

대해 의견이 분분하다. 우선, 단순히 투자에 대한 차익 실현

이라는 의견이다. 실제로 다임러는 5천만 달러를 투자하여

15배 이상의 수익을 올렸다. 다른 의견으로는 테슬라의 성공

에 대한 기대감 하락이다. 순수 전기차로만 승부를 걸고 있

는 테슬라가 장기적으로는 생존 가능성이 높지 않아 보인다

는 이유에서다. 도요타는 테슬라와 공동 개발한 RAV4 EV

의 판매 실적이 저조하여 단종을 결정했다.

지배적인 의견은 테슬라를 강력한 경쟁자로 인식하고, 이를

견제하기 위한 포석이란 것이다. 투자 시점에서의 테슬라는

그다지 위협적이지 않은 플레이어였으나, 지금은 전기차를

포함한 친환경차 산업에서 강력한 경쟁자로 성장했기 때문에

협력보다는 견제에 무게를 두었다는 이유이다. 어떠한 이유

에서건 테슬라는 기존 자동차 산업 내의 협력 관계가 끊어짐

에 따라 고립무원의 상황에 부닥칠 가능성이 높아지고 있다.

생산설비 확대 및 공정기술 개선의 한계

전기차 생산설비 확대에 대한 의문

테슬라는 태생적으로 자동차 기업으로 성장하는 데에 한계

를 가졌는지도 모른다.

소규모 생산에 그친 로드스터의 단종은 양산이 어려웠기

때문이라는 의견이 지배적이다. 모델S의 성공적 생산에는

도요타의 생산 역량 흡수가 유효하게 작용한 것이라 보이지

만, 여전히 테슬라의 자동차 양산 역량에 대한 의문이 제기

되고 있다.

테슬라는 한동안 일주일에 600대를 생산하는 체제였지

만, 최근 모델X 생산을 위한 설비 증설로 주 1,000대까지 생

산설비를 확대했다. 테슬라의 목표대로 판매하기 위해서는

2017년에는 현재의 4배 정도가, 2020년에는 10배 이상의 설

비가 더 필요하다. 그러나 테슬라 방식의 자동차 생산설비를

확대할 수 있을지 의문이 제기되고 있다.

테슬라의 자동차 생산설비는 전통적 자동차 설비와 다르

다. 대부분의 자동차 기업은 컨베이어벨트 시스템을 조립공

22

특 집

테슬라 전기차 모델X

정에 적용하고 있다. 1913년 헨리 포드가 도입한 컨베이어

벨트 시스템을 통해 자동차의 대량 생산은 가능하게 되었

고, 이는 자동차 생산 방식의 표준이 됐다. 하지만 테슬라는

이런 자동차 산업의 상식을 뒤집었다. 테슬라의 전기차 생

산 공장에는 컨베이어벨트 대신 바닥에 설치된 자기 테이프

의 자기력을 이용한 차체 운송시스템이 있다. 물리적 접촉

없이 공중에 떠서 운영되는 방식으로 추가 투자없이 조립공

정을 쉽고 빠르게 변경할 수 있기 때문에 1명의 직원이 여러

공정을 책임지기에 용이하다.

지금까지는 주문량이 많지 않아 이러한 방식이 가능했지

만, 컨베이어벨트 시스템에 의한 분업 작업이 아닌, 테슬라

고유의 방식으로 현재보다 10배 이상의 생산량을 감당할 수

있을지는 미지수다.

기가팩토리 성공적 운영을 위한 파나소닉의

역할 수행에 의구심 확대

테슬라는 2020년까지 50억 달러를 투자하여 연간 50만 대

의 전기차에 공급이 가능한 수준인 전지 공장을 건설하겠다

는 계획이다. 기가팩토리 프로젝트의 성공에는 설비 투자,

전문가 파견, 생산 및 품질 관리를 담당하는 파나소닉의 역

할은 절대적이다.

우선 불확실한 것은 파나소닉이 10억 달러에 달하는 막대

한 투자를 적기에 시행하는가이다. 파나소닉이 투자를 결정

하기까지 우여곡절이 많았다. 지난 2월 테슬라가 기가팩토

리 계획을 발표했지만, 두 달 후인 4월에 파나소닉은 투자를

보류하겠다는 의견을 냈다. 모델S가 상대적으로 우수한 판

매 실적을 올리기는 했지만, 완성차 시장에서 전기차 판매

비중은 아직 미미한 상황이기도 하고, 앞으로 전기차 시장

에서의 판도 변화가 불확실하므로 테슬라에만 집중하는 것

이 올바른 선택인지에 대한 부담도 있었을 것이다. 고민 끝

에 지난 7월 기가팩토리 투자를 확정한 파나소닉은 수요 상

황에 따라 단계적으로 투자하겠다는 의사를 밝혔다. 파나소

닉의 잔여 투자금의 집행 여부는 테슬라 전기차의 판매 실

적에 달려있다고 해도 과언이 아니다.

관건은 파나소닉의 전지 생산 전문가들이 ‘기가팩토리의

성공적 운영을 위해 얼마 만큼 역할을 할 것인가’이다. 대부

분의 전지 전문 기업은 10여 년에 걸친 학습기간을 거쳐 현

재의 생산 안정성을 확보했다. 비록 파나소닉 최고의 전문

가들이라 해도 단기간 동안 생산을 안정화시키기는 쉽지 않

을 전망이다. 또한 낯선 환경과 의사소통 문제 등이 발생할

가능성도 높다.

전지 팩 공정 개선의 한계

테슬라가 소형 리튬이온전지만을 고수하는 것도 스스로

발목을 잡을 수 있다. 사실 테슬라가 파나소닉의 소형 리튬

이온전지인 원형전지를 선택했던 이유는 전기차 사업 초기

에 다른 전지 기업의 대응이 소극적이었고, 중대형 리튬이

온전지 대비 원가 측면에서 경쟁력이 있었기 때문이다. 이

후 테슬라는 원형전지를 바탕으로 고유의 전지 팩과 전기차

설계를 했고, 이에 맞추어 설비 투자도 했다.

앞으로도 테슬라는 계속해서 원형전지를 채용하겠다는 입

장이다. 테슬라의 이러한 방침에 대해 업계에서는 원가 절

감의 한계가 있을 것으로 보고 있다. 테슬라가 채용하는 원

형전지는 에너지 밀도가 높으면서도 가장 가격이 저렴하지

만, 추가 개선의 여지가 거의 없다는 것이 업계의 중론이다.

그래서 테슬라는 기가팩토리를 통해 규모의 경제 효과를 극

대화하는 동시에 생산 속도를 높여 원가를 낮춰보겠다는 계

획을 수립한 것으로 보인다.

복잡한 전지 팩 공정도 여전히 문제로 남아있다. 테슬라

전기차에는 원형전지가 약 7천 개 이상 들어간다. 전지 팩

을 제조할 때 각각의 전지를 연결하기 위해 여러 군데에 용

접이 필요하다. 전체적으로 전지 팩 하나당 만 번 이상의 용

접을 해야 한다. 반면, 중대형 리튬이온전지를 쓰는 다른 자

동차 기업의 전기차에는 수백 개 정도의 전지가 들어가기

때문에 전지 팩 제조 공정을 좀 더 단순하게 설계하고 생산

할 수 있다. 전지 팩 공정의 복잡성을 해결하지 못한다면 생

산성 개선 효과는 그리 많지 않을 것으로 판단되고, 궁극적

으로 수십만 대 이상 양산을 하는 규모 있는 자동차 기업이

되겠다는 테슬라의 계획에 중대한 차질이 빚어지게 될 수도

있다.

2015년 5월호 23

1. LG경제연구원, Business Insight 2014. 12.

2. 오토모티브 일렉트로닉스 매거진 2015. 1/2월호

3. 테슬러 웹사이트

참고문헌

1회 충전으로 최장 500km 주행할 수 있는 전기차가 국내

에서 개발되었다. ㈜파워프라자가선보인 전기차 ‘예쁘자나

R’은 국내 업계에서 시도하지 않았던 로드스터 장르로써 정

통 로드스터 디자인에 미래지향적인 기술을 접목하여 새롭

게 탄생되었다. 디자인은 지난 2013 서울모터쇼에서 발표한

예쁘자나S4에서 진화하여 프론트는 예쁘자나 시리즈의 패

밀리룩인 역동적인 돌고래를 형상화하였고, 리어는 여성미

나는 곡선의 볼륨감을 최대한 살려 다이나믹함과 우아함을

더했다.

또한 One-piece 모노코크라는 새로운 공법을 통해 유려한

곡선을 최대한 살려 바디의 아름다움과 단순미를 강조했다.

이번 예쁘자나R의 디자인은 파워프라자 강민성 수석디자이

너가 총괄했으며, 짧은 일정속에서도 모든 열정을 쏟아 부어

꿈에 작품을 탄생시켰다.

예쁘자나R은 1회 충전으로 최장 571km(60km/h 정속주

행)까지 주행이 가능하며, 최고속도 198km/h, 제로백은

4.6초에 놀라운 성능을 발휘한다.

파워프라자는 지난 2011년부터 서울모터쇼에서 독자적인

전기차 컨셉트카 예쁘자나시리즈를 발표하고 있다. 또한 이

번 예쁘자나R에 적용된 One-piece 언더플로어는 파워프라

자가 독자적으로 개발한 특별한 기술로써 지난해 국내특허

를 취득했다.

One-piece 언더플로어의 가장 큰 특징은 기존 프레임방식

이나 모노코크방식 대비 차량제작에 대한 시설투자나 설비

투자 비용을 혁신적으로 줄일 수 있으며, 소규모 생산시설에

서 전기차 생산이 가능하다는 것이다.

예쁘자나R의 성능을 자세히 살펴보면 1회 충전 시

571km(60km/h 정속주행 시) 주행이 가능하며, 이런 혁신

적인 1회 충전주행거리는 54kWh급 배터리와 (이번 컨셉트

카에는 적용되지 않았지만) 카본 화이트 소재를 적용하여 공

차중량 745kg이라는 경량화에 성공했기 때문에 가능한 일

이었다. 또한, 파워트레인은 초경량화된 고성능 80kW급 영

구 자석형 동기모터와 인버터를 적용하였으며, 5단 수동변

속기를 채용하여 최고속도 198km/h, 제로백 4.6초의 뛰어

파워프라자의 전기차 “예쁘자나R”, 1회 충전으로 500km 주행

24

특 집

난 퍼프먼스를 발휘하므로, 다이나믹한 주행을 즐길 수 있

다. 배터리는 원통형 셀을 직/병렬하여 배터리모듈을 구성

하여, 안정성과 고성능을 발휘 할 수 있도록 자체 개발했다.

하반기에는 독일 프랑크푸르트모터쇼에서 예쁘자나R(로드

스터) 업그레이드 버전을 출품 할 예정이다.

2015년 5월호 25

성능

1회 충전 주행거리[km] 571km[60km/h 정속주행]

최고속도[km/h] 198 km/h

가속력[0km/h → 100km/h] 4.6초

제원

전 장[mm] 3,100 mm

전 폭[mm] 1,619 mm

전 고[mm] 1,219 mm

축 거[mm] 1,985 mm

윤 거[mm] 전 1,415 mm/후 1,415 mm

공차중량[kg] 745kg

모터

형 식 PMSM(영구 자석형 동기모터/수냉식)

최고출력[ps/rpm] 80kW/109ps/4000

최대토크[kg·m/rpm] 19.4/4000

배터리형 식 리튬이온

용 량[kW] 54kW[352.3V/153Ah]

섀시

변속방식 수동변속

제동장치[전/후] 디스크/드럼

서스펜션[전/후] 맥퍼슨/맥퍼슨

타이어 175/50R15

[예쁘자나R 성능 및 제원]

savepearlharbor.com http://fass777.dothome.co.kr

내연기관 기반의 자동차를 주유하는 과정은 몇 분 이내에

간단히 끝나지만, 전기차의 충전은 이처럼 간단하지 않다.

배터리 충전 프로세스 관리 및 최적화는 자동차 및 충전소

제조업체들이 직면하고 있는 주요 과제다. 대체 에너지원과

미래 스마트그리드로 전환되는 추세에서 충전 작업은 생각

보다 훨씬 복잡하다. 충전소에서 사용 가능한 전력량, 배터

리 상태, 충전 수요 등과 같은 기본 정보뿐 아니라, 충전 시

점에서 사용 가능한 에너지 자원과 같이 복잡한 정보 역시

고려돼야 하기 때문이다. 또한, 비용 최적화, 지불/청구 방

식, 안전성과 더불어 다음과 같은 질문들도 함께 고려해야

한다:

어떻게 사용자를 인증할 것인가? 자동차는 짧은 시간에 가

능한 많은 전기 에너지가 필요한 것인가? 퇴근 이후나 쇼핑

이후에도 충전상태가 유지될 수 있을까?

차량 소유주, 에너지 공급업체, 충전소 제조업체, 그리고

환경적인 측면에서, ISO/IEC 15118에 따른 스마트 충전은

상기 언급된 문제들을 가장 효과적으로 해결할 수 있는 대

안으로 간주되고 있다. 사용자가 단순히 자동차를 사용 가

능한 전력 공급장치에 연결해 해당 자동차를 최대로 충전하

는 비제어식 충전 프로세스는 앞으로 찾아보기 힘들 것이

다. 전기차 충전에는 상대적으로 많은 전력이 소모되기 때

문에, 충전 수요가 많은 주차장과 같은 장소의 경우 상당한

전력 수요가 발생할 것이다. 지능형 충전 프로세스는 이러

한 이슈를 반영해 지속적으로 변하는 부하 상태에 적절히

대응할 수 있는 시간을 전력 공급업체 혹은 스마트그리드에

제공한다. 이를 통해 최대 부하 시의 정전현상을 예방할 수

있다.

HomePlug Green PHY:

에너지 및 데이터 겸용 단일 케이블

스마트 충전을 위한 기본 전제조건은 자동차와 충전소 간

의 안정적인 정보 교환이다. 이와 관련해, ISO/IEC 15118

에서는 물리 계층으로서 HomePlug Green PHY를 제시한

26

스마트 충전, 성공적인 E-Mobility 위한 핵심 요소

표준 규격 준수하는 충전식 전자장치 개발 및 테스트

특 집

다. 이는 HomePlug Green AV를 기

반으로 한 PLC(Power Line Comm-

unication) 방법이다. PLC는 기존의

가정용 전기 배선을 통해 컴퓨터 및 음

향/영상 기기들을 연결하는 가정용 통

신 네트워킹 기술로 이미 널리 활용되

고 있으며, TCP, UDP, IPv6, DNS,

DHCP, TLS 등과 같이 잘 알려진 인터

넷 프로토콜을 모두 지원한다. PLC의

초기 연결 설정에 대한 자세한 사항은

다음 단락에서 다룬다.

SLAC을 통한 안정적인 연결 설정

ISO/IEC 15118에 따라 상위 계층의 통

신 영역에서, 자동차와 충전소 간의 초

기 연결 설정은 매우 중요하다. 일단 자

동차와 충전소 간의 통신이 구축되고

나면, 가장 먼저 안전한 AV 논리 네트

워크(AVLN)에 연결해야 한다. 각각의

AVLN에는 개별 네트워크 ID(NID)가

할당된다. 또한, 암호화된 통신을 위해

AVLN의 각 노드에 해당 NID에 매칭되

는 네트워크 멤버십 키가 필요하다.

통신 설정 초기 단계에서, 자동차는

이더넷(Ethernet) 브로드캐스트 메시지를 가능한 모든 네

트워크 노드에 전송한다. 해당 메시지를 수신한 모든 충전

소는 이더넷 유니캐스트 응답 메시지를 전송한다. 하나의

전력 케이블이 여러 충전소에 전력을 공급할 수 있기 때문

2015년 5월호 27

상용화가 완료된 2014년 봄 이후, 교류(AC) 충전식 전기차에는 ISO/IEC 15118 국제 표준 규격을 적용하고 있다. 직류

(DC) 충전식 전기차의 경우, 예비 표준 규격인 DIN SPEC 70121의 일부를 적용하는 것에 대한 업계 차원의 합의가 도출

됐다. 이 기사에서는 해당 표준 규격들을 자세히 살펴보고, 전기차 및 충전소 제조사들이 새로운 규격에 부합하는 제품

을 빠르고 효과적으로 개발하고 테스트하는 방법을 제시한다.

글│더크 그로스만✽ (Dirk Grossmann), 하이네르 힐드✽✽ (Dr. Heiner Hild)

Vector Informatik GmbH

[그림 1] MICROSAR V2G는 V2G 통신에 필요한 소프트웨어 모듈들로 구성돼 있다.

에, 프로토콜을 통해 해당 자동차가 연결된 충전소를 식별

할 수 있어야 한다. 하지만 불행히도 원치 않은 간섭으로 인

해 해당 자동차에 물리적으로 연결되지 않은 충전소도 응답

할 수 있다. HomePlug Green PHY의 SLAC(Signal Level

Attenuation Characterization)을 통해 이를 방지하고, 물

리적으로 연결된 충전소만 정확하고 안정적으로 식별할 수

있다. SLAC은 항상 전기차에서 전송되는 요구사항을 반영

한 ‘요청/응답 방식‘에 따라 작동하며, 동시에 동일한 SLAC

세션 내의 모든 메시지에 공통으로 포함되어 있어야 하는 고

유 식별자인 RunID 로 자동차와 충전소가 접속하게 된다.

SLAC을 통한 연결 설정은 “Sounding Phase”, “Atten-

uation Characterization Phase”, “Validation Phase”,

“Matching Phase” 및 “Amplitude Map Exchange Phase”

와 같은 여러 단계를 차례대로 거쳐 실행된다. SLAC 메커니

즘을 이용해, 자동차는 다양한 수준의 시그널 감쇠율을 기반

으로 응답하는 충전소 중에서 물리적으로 연결된 해당 충전

소를 정확히 식별할 수 있다. 대상 충전소가 식별되면, 전기

차와 충전소가 상위 프로토콜 계층이 암호화된 정보가 교환

되는 공유 AVLN을 구성한다.

ISO/IEC 15118 충전 컨트롤러를 위한 임베디드 시스템

한편, 자동차 제조업체 및 충전 인프라 업체가 직면하고 있

는 주요 과제는 ISO/IEC 15118에 부합하는 제품을 설계하는

것이다. 자동차 제조업체가 충전 ECU 개발 시 유의미한 결

과를 도출할 수 있는 가장 빠른 방법은 벡터의 MICROSAR

V2G(Vehicle-to-Grid)와 같이 검증되고, 사용하기 쉬운

임베디드 솔루션을 사용하는 것이다.

MICROSAR V2G (그림 1)는 Basic Software (BSW) 모듈

로 구성돼 있으며, AUTOSAR와 호환 가능한 제품으로, 이

를 이용해 사용자는 요구사항에 맞게 ECU 소프트웨어 패

키지를 조합할 수 있다. MICROSAR V2G는 다양한 ISO

OSI 계층에서 모든 기술 및 프로토콜을 지원하는데, 이 때

ISO OSI 계층은 ISO/IEC 15118 및 DIN 70121에 따라, 교류

(AC)/직류(DC) 전압 전류를 이용해 충전하는데 필요하다.

또한, MICROSAR V2G는 HomePlug Green PHY에 대한

적절한 하드웨어의 지원 및 IPv6 및 IPv4 전용 미래형 TCP/

IP 듀얼 스택의 구현도 지원한다. 충전소 제조업체를 위한

스마트 충전 통신에 상응하는 것이 vEVSE이다. 임베디드

리눅스에 기반을 두며, vEVSE에는 ISO/IEC 15118 및 DIN

70121와 관련한 SLAC, EXI, 메시지 순서와 같은 모든 컴포

넌트를 포함한다.

개발된 스마트 충전 기술을 테스트하는 데는 각별한 주의

가 필요하다. 충전 ECU는 ISO/IEC 15118 및 DIN 70121

의 규격에 부합해야 할 뿐 아니라, 차량에 내장된 다른 전

장부품과 오류 없이 통합될 수 있어야 한다. 또한, 충전

ECU는 사실상 외부에 개방돼 있어, 다양한 전력 업체 및

제조업체가 관련된 충전 인프라의 변화에 직면하게 될 것

이다.

시스템 간의 호환성 부재로 인해 충전소에서 발생한

“Impasse situation”은 역효과를 낳을 수 있으며, E-

Mobility 활성화를 가로막는 심각한 장벽으로 작용할 수 있

다. 발생 가능한 오류 및 비호환성 요소를 모두 식별하려

면, 고차원적이고 심층적인 테스트가 요구된다. 이는 강력한

HIL(Hardware in the Loop)을 이용해 체계적이고 자동화

된 테스트를 통해서만 가능하다.

28

특 집

[그림 2] VT7870은 충전 통신 테스트에 부합하는 ISO/IEC 15118을 위한 스마트 충전 통신 모듈이다.

새로운 종류의 테스트 요구사항 마스터하기

스마트 충전에는 테스트 시스템에 필요한 다양한 신기술

들이 접목돼 있다. 스마트 충전은 ISO/IEC 15118에 사용된

방식에 대해 모든 하드웨어 및 소프트웨어를 지원해야 하

며, 이때 필요한 다양한 테스트 케이스를 지원해야 한다.

이는 전력선, HomePlug Green PHY 및 SLAC에 맞춰진

PWM 시그널의 물리적인 계층에서부터 Internet/Ethernet

기술에 이르기까지 모든 ISO OSI 계층들로 확대돼 적용

된다. 고성능 HIL 시스템은 테스트 대상 시스템(System

Under Test, SUT)을 위해 실제와 가장 가깝고 완벽한 시

뮬레이션 환경을 제공한다. PLC 및 SCC(Smart Charging

Communication) 기술과 더불어, 센서 및 액추에이터의 디

지털 및 아날로그 값은 반드시 시뮬레이션돼야 하는데, 이

는 충전소나 자동차가 지정된 사양에 따라 작동되는 지를

확인하기 위해서이다. 또한, 효과적인 잔여 버스 시뮬레이

션은 기초적인 ECU 로직과 함께 CAN과 같은 자동차 버스

상에서 추가로 이벤트도 생성한다.

ISO/IEC 15118 및 DIN 70121 개발을 위한 테스트를 목적

으로, 벡터는 VT System HIL 테스터 전용 특수 플러그인

SCC 보드를 제공하고 있다. VT7870 보드(그림 2)는 두 가

지 작동 모드를 제공하며, 전기차와 충전소 모두를 테스트

하는 데 적합하

다. 자동차가 테스

트 중일 때, HIL

시스템은 충전소

를 시뮬레이션하

고, 충전소가 테스

트 중일 때는 차량

전자 장치를 시뮬

레이션한다. 해당

보드는 QCA7000

칩 이 내 장 된

Devolo dLAN

Green PHY 모

듈로 구성돼 있

는데, 이 모듈은

Control Pilot과

변조된 PLC 통신의 시그널 수신뿐 아니라 생성에도 사용된

다. VT System은 모듈 기반으로 설계됐기 때문에, 유연한

확장성과 더불어 오류, 단선 및 합선에 대한 다양한 시뮬레

이션이 가능하다.

실제 전류 및 전압으로 충전 테스트를 할 경우, 제어 가

능한 전력 공급 장치와 전기 부하 장치를 연결할 수 있다.

CANoe 소프트웨어, 이더넷 그리고 SCC 애드온 패키지가

내장된 PC를 사용해 테스트 스크립트 설정, 테스트 시퀀

스 제어, 보고서 생성, 결과 분석 등을 실행할 수 있다. 또

한, 필요할 경우 CANoe를 통해 잔여 버스 시뮬레이션도

가능하다. 효과적인 테스트 설계 및 편집 지원 프로그램인

vTESTstudio를 활용해 자동화 테스트 케이스를 정의할 수

도 있다(그림 3).

전기 자동차와 충전소의 보급률 증가가 예상됨에 따라,

상위 계층 통신의 증가가 동반될 것이며, 이에 따라 관련 기

술들의 복잡성이 상당히 증가할 것이다. 이에 따라, 표준 규

격 준수 및 충전소와 자동차의 정보 처리 상호 운용에 관한

운용성 측면에서 새로운 과제들이 부상하게 될 것이다. 이

러한 과제들을 성공적으로 극복하려면, 신뢰성 있고 잘 짜

여진 제품 및 테스트 전략, 그리고 컴포넌트 및 툴이 필요

하다. 벡터에서 제공하는 제품과 서비스를 통해 성공적인

E-Mobility 환경을 구축할 수 있을 것이다.

2015년 5월호 29

[그림 3] 시뮬레이션된 충전소와 함께 차량 탑재형 충전기 ECU에 대한 자동화 테스트 설정 예시

Q. 세계전기자동차협회 회장으로서 이번 EVS 대회 준비를

진두지휘하고 있다. 처음이 아닌 것으로 아는데.

A. 세계전기자동차협회(World Electric Vehicle

Association, WEVA)의 회장직은 지역의 대표가 돌아가

면서 맡습니다. 북미, 유럽, 아시아태평양 각 지역별 협회

가 있는데, 협회의 비전과 ‘세계전기자동차전시회 및 학

술대회(International Electric Vehicle Symposium and

Exhibition, EVS)’와 연계해 WEVA 회장이 선출됩니다. 따

라서 올 5월 개최되는 EVS 28 한국대회와 함께 제가 회장직

을 맞고 있습니다.

우리는 2002년에 부산 벡스코에서 EVS 19 대회를 개최한

적 있습니다. 의욕적으로 상당한 규모의 플랜을 갖고 했었는

데, 당시가 IMF 관리체제에서 벗어난 지 얼마 안 된 시점이

어 기업 유치가 대단히 힘들었습니다. 에피소드를 말하자면,

한 가지 사건(?)으로 상황이 돌변했다는 것입니다. 조직위원

장으로서 기조강연자가 가장 중요하겠다고 생각해 GM에 근

무할 때 회장이었던 로버트 C. 스템플 씨를 초청키로 했습니

다. 그는 GM에서 전기차를 만들다가 쫓겨난 분입니다. 스

템플 회장은 흔쾌히 승낙하고 모든 비용을 본인이 굳이 부담

하면서 내한해 40분 강연을 마치고 미국으로 돌아갔습니다.

스템플의 강연이 결정된 직후 소위 ‘대박’이 나면서 대회를

성공적으로 치룰 수 있었습니다.

이번 대회는 그 때에 비해 대단히 분위기가 좋습니다. 잘

아시겠지만, 메이저 OEM 상당수가 들어옵니다. 논문은

500편 이상이 들어와 5%를 잘라내야 했습니다. 참가인원은

전문가 1,300여명, 일반인 5,000여명 이상을 기대하고 있습

니다. 가족의 달인 5월에 개최되는 만큼 가족 단위의 관람객

도 많을 것으로 기대됩니다.

Q. 학술대회이고 EVS 19의 경험으로 볼 때 키노트 스피커가

궁금하다.

A. EVS 28에는 키노트 스피커가 9명으로 대단히 많습니

다. 미국에서는 에너지성(DOE)의 데이빗 하월 전기차 담당

국장이 옵니다. 하월 국장은 연 1,500억 원의 펀드를 핸들링

하는 요인입니다. 또 GM의 파워트레인 및 전기차 총괄의 래

리 니츠 부사장이 옵니다. 우리 현대자동차에서는 권문식 사

장이 나섭니다. 이 외에 BMW, 닛산, 르노의 대표자가 강연

을 할 것입니다.

특이한 사항으로는 퀄컴의 앤서니 톰슨 씨가 키노트 스피

치의 한 자리를 맡는다는 것입니다. 통신기업 퀄컴은 무선충

전 부문에서 큰 기대를 걸고 있습니다. 예를 들어 퀄컴은 새

해부터 포뮬러1e의 충전 시스템을 맞고 있습니다. 업계의 핫

30

특 집

CO2 규제 대응 솔루션 전기차

개최 도시 비교 … 보급대수 아쉬워

이슈였던 테슬라의 경우엔 현재진행형입니다. 일단 앨런 머

스크 회장의 방한은 힘들 것 같아 아래 선에서 기대하고 있

습니다만 이들은 한국시장에 포커스하고 있지 않습니다. 자

율주행차의 이미지가 더 강하지만 구글도 고려하고 있습니

다. 구글은 현재 특수 용도의 차량에 높은 관심을 보이는 것

같습니다. 예를 들어 애리조나와 같은 곳에 가면 실버타운

이 있는데, 이곳의 주민들이 5분 거리의 골프 클럽하우스까

지 오고가는 것에 대해 젊은이들이 전기카트 플릿 사업을

펼치고 있습니다. 이런 특수 환경 시장에서 전기 자율주행

차 시장이 있다고 봅니다.

기업의 경우 국내에서 현대기아자동차, GM, 르노삼성 등

메이저 OEM, 파워프라자 등 중소기업 OEM이 출전합니다.

서플라이어로는 만도, 모비스, LG화학, LG전자 등이 나옵

니다. 만도의 경우 2세대 풋루스 전기자전거를 EVS를 통해

공개합니다. 이 밖에 충전기, 스마트그리드 관련 업체들이

참가합니다. 정부로는 산업부, 미래부, 국토부, 환경부 등 4

개 부처가 후원하며 기조 강연은 장관급 이상 인사가 나서

주실 것입니다.

지난 12월 조직위원회는 송년회 겸 마지막 회의를 가졌는

데, 본래 기대했던 목표의 120%를 초과달성했다고 판단했

습니다.

Q. 성공적 개최의 확신 배경은.

A. 아무래도 전기차 시장이 숙성되기 시작했다는 점이 가

장 클 것입니다. 새해부터 유럽의 CO2 배출규제가 예외조

항 없이 130 g/km로 강화되고, 미국의 기업평균연비규제

CAFE도 강도를 더하면서 OEM의 전기차 개발, 보급 노력

이 높아졌습니다. 예전에는 전기차하면 대개 전기차를 만드

는 소규모 회사들이 나왔지만, 이제는 메이저 카 메이커들

이 전기차를 만들면서 시장이 형성되고 있습니다.

Q. 말씀하신 기업과 모델에 대해 한 말씀.

A. 전기차에 대한 정의는 바뀌었습니다. 예를 들어 포드

포커스나 쏘울 EV, 레이 EV처럼 내연기관과 EV 모델이 모

두 있는 전기차는 EV로 안칩니다. 전기차는 무거운 배터리

를 탑재하기 때문에 웨이트 밸런스가 대단히 중요해 새로운

플랫폼으로 가고 있습니다.

2015년 5월호 31

12월, 세계전기자동차협회 선우명호 회장(한양대 부총장)이 본 오토모티브일렉트로닉스 지의 윤범진 편집장과 만나

오는 5월 3일부터 나흘간 일산 킨텍스서 개최되는 EVS 28의 모습을 그려보았다. 유럽의 CO2 배출 규제, 프랑스 파리의

디젤차 전면금지 움직임 등 세계 동향을 소개하며 전기차 시대의 교두보가 마련됐음을 말했다. 정부와 업계의 관심을

말하기보다 시장을 만들기 위한 실질적이고 지속적 노력이 중요한 때라고 강조했다.

인터뷰어│윤 범 진 편집장 , 글ㆍ정리│한 상 민 기자, 사진 │이 상 엽 실장

EVS 28

세계전기자동차협회 선우명호 회장

개인적으로 지금까지 나오고 제가 타본 전기차 중에는 테

슬라 모델 S를 별도로 할 때 닛산의 리프가 최고의 차가 아

닌가 싶습니다. 유럽에서 5명이 닛산 리프를 타고 폭우를 뚫

고 달렸던 기억이 아직도 생생합니다. 가감속력은 물론 거의

모든 차량 성능 면에서 탁월했습니다. 두 번째는 폭스바겐의

E-UP, 세 번째는 BMW i3를 꼽고 싶습니다.

반드시 필요한 EV

Q. 카 메이커마다 저마다의 입장이 있는데.

A. 솔직히 현대기아자동차 입장에서는 시장이 없는데 전

기차를 만든다는 것이 여간 힘든 일이 아닙니다. 규모를 만

든다는 것은 어셈블리 라인을 새로 깔고, 파워 서플라이어들

을 만들어야 하는 일입니다. 이것은 굉장히 방대하고 위험한

비즈니스입니다. 모터, 배터리, 인버터, 차저, 그 외 고전압

케이블 컴퍼니가 필요합니다. 시장이 없는데 누가 투자하겠

습니까. 오히려 비판은 정부에 하고 싶습니다.

예를 들어, 프랑스 파리 시는 대기오염을 억제하기 위해 오

는 2020년 디젤 차량의 운행을 전면금지하는 계획을 추진하

고 있습니다. 프랑스의 디젤 점유율은 70%에 육박하는데 차

량 교체 보상금으로 2,200만 원이 논의되고 있습니다. 사실

이것은 르노의 카를로스 곤 회장과 관계됩니다. 박근혜 대통

령이 프랑스를 방문했을 때도 곤 회장이 직접 전기차를 안내

했었는데, 프랑스의 카를로스 곤은 행정 관료들도 무시 못하

는 프랑스 경제의 근간입니다. 르노는 전 세계 톱 10 메이커

중 전기차에 가장 돈을 많이 쓴 회사이고, 2020년까지 전기

차가 시장의 3~5%가 되지 못한다면 큰 어려움에 처할 것입

니다. 따라서 계획에 차질을 빚고 있는 글로벌 전기차 시장

에 대응하기 위해 르노는 정부와 함께 자국시장부터 바꾸려

하고 있습니다.

이에 반해 우리나라는 정부 지원이 약합니다. 또 국민들의

정서도 다릅니다. 예를 들어, 기획재정부가 전기차 구입에 보

조금을 주면 국민들은 내가 내는 세금을 왜 차를 사는 사람에

게 주냐고 합니다. 그런데다가, 서울이 대표적 예인데, 복지

혜택을 늘리면서 전기차 분야 예산이 많이 깎였습니다. 물론

박원순 시장은 전기차에 대해 높은 관심을 갖고 있습니다.

Q. 대회를 앞둔 서울의 현황을 어떻게 보나.

A. EVS 대회는 2016년, 2017년에 몬트리올과 슈투트가르

트에서 열리고, EVS 28 서울 이전에는 바르셀로나, LA, 심

천, 오슬로 등지에서 열렸습니다. 그런데 이 도시들과 국가

들을 떠올려볼 때 우리나라의 전기차 보급대수는 너무나 창

피합니다. 또 우리의 메이저 플레이어인 현대기아자동차도

전기차에 대한 열정을 더 보여줘야 한다고 생각합니다.

한양대에도 SM3 Z.E., 레이, 쏘울 EV가 있는데, 4,000만

원이 넘는 이 차를 누가 사겠습니까. 제주도, 아니 그보다 못

하다고 해도 어느 정도 시점까지 꾸준히 국비에 지자체의 지

원이 따라 차값을 내리고 시장을 열어야 할 것입니다. 물론

예산에는 우선순위가 있겠지만 시 예산 없이 단지 전기차에

대해 관심만 높다고 해서는 안될 것입니다. 아들은 당장 학

원비가 필요한데, 아버지가 “다음 달부터 태권도, 피아노 학

원도 보내 줄께”라고 하는 것과 같습니다.

Q. 요즘 유가가 많이 떨어졌다.

A. 전기차가 탄력을 받으려면 유가가 높아야 유리한게 사

실입니다. 현재는 셰일가스 등 다양한 이유에서 유가가 많이

떨어져 있습니다. 그러나 정말 중요한 것은 앞서 말했듯이 유

럽의 배출규제입니다. 2020년까지 95 g/km를 맞추는 것은

대단히 힘든 일입니다. 아무리 엔진을 다운사이징하고 경량

화를 한다고 해도 이를 맞출 수가 없습니다. 예를 들어, 쏘나

타 2.4리터 세타의 경우 km 당 CO2 배출량이 190 g 정도입

니다. 이를 절반으로 줄인다는 것은 엔진 크기를 반으로 줄이

고 1.5톤의 무게를 800 kg으로 내려야 한다는 것입니다. 이

렇게 해도 충돌안전, 연비 등도 각각 클리어해야 합니다.

많은 사람들이 오해하는데, 배출규제는 곧 전기차 없이는

못 간다는 것입니다. 필수이고 그 대수가 중요한 것입니다.

카를로스 곤도 이에 따라 2020년 전기차의 점유율을 10%

로 예상하며 베팅한 것입니다. 폭스바겐은 3%로 보고 있습

니다. 제가 볼 때 10%는 어렵다고 봅니다. 그래서 프랑스가

특단의 조치를 취하려 하는 것입니다.

Q. 우리나라는 유럽과 여건이 다른데.

A. 우리나라의 CO2 규제 로드맵은 상대적으로 덜합니다.

현대자동차도 2020년 규제를 110 g 정도로 해줬으면 하고

있습니다. 이는 소형차가 많은 유럽과 다른 우리의 문화 때

32

특 집

문입니다. 강력한 규제를 그대로 밀고 간다면 산업이 죽을

수도 있을 것입니다.

중국은 또 다른 입장입니다. 중국은 정유시설이 너무 낙후

돼 디젤로 가고 싶어도 갈 수가 없습니다. 제약이 많은 전기

차로 근거리를 커버하겠지만, 남은 장거리에서도 디젤은 답

이 되기 힘듭니다.

월드클래스 배터리

Q. 중국의 배터리가 전기차 산업에 악영향을 미칠 수 있을까.

A. 전 세계 배터리 톱10 사 중 우리는 월드클래스의 3사를

보유하고 있습니다. 이들의 제조 프로세스를 보면 알겠지만

대단히 잘합니다.

전기차의 배터리란 것이 많은 셀을 병렬로 통합하는 것인

데, 중국의 경우 기술력때문에 배터리 셀 간 밸런스가 많이

다릅니다. 쉽게 말해 리모컨 배터리 두 개 중 하나만 갈아

끼워 사용하는 식입니다. 이럴 경우 성능에 대단히 좋지 않

습니다. 그런데 이런 것을 우리가 고민할 필요는 없습니다.

그들이 문을 닫으면 우리가 좋은 것입니다.

Q. 우리의 전기차 기술력은.

A. 그렇게 나쁘지 않습니다. 배터리는 월드클래스입니다.

인버터나 모터 디자인도 뒤지지 않습니다. 다만 희토류가

문제가 될 수 있을 뿐입니다. 인적자원도 자율주행차와 달

리 전기차 부문은 문제없다고 봅니다. 가장 큰 약점은 파워

반도체가 없는 것입니다.

Q. 배터리와 관련된 주행거리 약점은 어떻게 될까.

A. 배터리를 충전하는 것은 쉽게 말해 전하를 꾸겨 넣는

것입니다. 고압으로 누를 때 서로 싸우면서 들어가며 열이

많이 발생하는 것입니다. 기술은 양극재, 음극재에 전하가

왔다 갔다 할 때 열이 덜 나도록 윤활류를 넣어 쉽게 하도록

하는 극재에 대한 것입니다. 또 나노 그래핀 소재처럼 공간

을 위한 기술이 필요합니다.

배터리 전문가인 LG화학의 김명환 박사 등과 이야기 해보

면 곧 밀도는 현재 대비 2배 정도 올라갈 것으로 보입니다.

이렇게 되면 전기차의 주행거리 문제는 다소 해결될 것입니

다. 물론 새로운 기술, 소재에 따른 비용 문제의 해결은 남

습니다.

어쨌든 한국의 배터리 산업은 순항하고 있습니다. 예를 들

어 LG화학의 경우 2018년까지 오더를 다 받아 놨습니다. 전

기차는 물론 기존 내연기관차도 48 V 전환으로 상당수의 리

튬배터리가 들어가기 때문입니다.

2015년 5월호 33

환경 및 산업분야 종사자뿐만 아니라 일반 시민들에게 가

장 뜨거운 이슈(hot-issue) 중 하나를 꼽으라고 하면 십중

팔구 친환경 전기자동차(Electric Vehicle, EV)1)를 선택할

것이다2). 이는 환경부, 산업통상자원부, 국토교통부, 기획

재정부, 안전행정부, 미래창조과학부 등 주요 중앙부처뿐

만 아니라 우리 서울특별시와 제주특별자치도, 대전시, 창

원시 등 많은 지방자치단체에서 전기차 보급 확대 및 충전

인프라 구축에 핵심역량을 집중하고 있는 사실에서도 알

수 있다.

세계 주요 선진국은 현재 전기차 보급에 정책 역량을 집중

하고 있다. 미국은 2015년까지 전기차 100만 대 보급을 목

표로 대당 10,000달러의 보조금을 지급하고 있고, 세계 최

대 자동차시장의 중국도 2015년까지 500만 대 보급을 목

표로 대당 60,000위안의 보조금을 지급하고 있다3). 독일은

2020년까지 100만 대 보급을 목표로, 네덜란드는 2020년까

지 20만 대 보급을 목표로 하고 있으며, 일본 역시 2020년

까지 100만 대 보급을 목표로 대당 100만 엔의 보조금을 지

급하고 있다4).

이런 현상은 공공부문뿐만 아니라 기업 등 민간부문도 마

찬가지다. 즉, 현대자동차, 기아자동차, 르노삼성 등 전기차

제작사뿐만 아니라 전기차의 가장 중요한 부품인 배터리를

생산하는 LG화학, 삼성SDI, SK이노베이션5) 등 배터리 제

조사 역시 기업의 생존과 성장을 위해 전기차와 배터리 등에

아낌없는 투자를 집행하며 중요한 발전 전략 중 하나로 삼고

있다. 이는 미국의 테슬라 모터스6), BMW, GM, 닛산, 토요

타, 구글, BYD 등 외국기업도 마찬가지다.

전기차가 국내외, 공공과 민간분야를 가리지 않고 이렇

게 각광받는 이유는 전기차의 다양한 효과 내지 장점 때

문이다. 먼저 경제적 측면에서, 기존의 가솔린, 경유차

등 내연기관차와 비교 시 연료비가 10분의 1 수준으로 에

너지 절약효과가 탁월해 가정과 기업의 연료비 지출을 획

기적으로 줄일 수 있다7). 둘째 환경적 측면에서, 전기차

는 내연기관 대비 약 25% 온실가스를 감축할 수 있으며,

특히 시민의 건강과 직결된 미세먼지(PM 10) 및 초미세

먼지(PM 2.5)의 주요 원인인 질소산화물(NOx)을 전혀

배출하지 않는 무배출자동차(Zero-Emission Vehicle,

ZEV)다. 셋째 산업적 측면에서, 전기차 산업의 전후방

연관효과가 커 최근 경기침체로 문제가 심각한 일자리

창출 및 산업발전에도 크게 기여할 수 있다8). 마지막으

로 문화적 측면에서, 전기차의 배터리를 에너지저장장치

(Energy Storage System, ESS)로 사용해 버려지는 심

야전기를 배터리에 저장한 후 전력 소비가 많은 낮 피크

시간대에 전기를 가정이나 사무실에 보내 사용할 수 있기

때문에 서울시가 지향하는 에너지 자립률 20% 달성에 가

장 크게 기여할 수 있다.

34

특 집

서울, 2018년 글로벌 EV 톱3

서울시는 지난 2009년부터 2014년 9월말까지 전기승용차 736대, 전기버스 14대, 전기오토바이 461대 등 총 1,211대의

전기차를 보급해 왔다. 또 급속충전기 55기 등 총 806기의 충전인프라를 구축했다. 파일럿 사업의 면면도 세계의 전기

차 선도도시들을 따라 가고 있다. 2018년까지 전기차 세계 톱3 도시를 꿈꾸는 서울시의 계획에 대해 친환경교통과 강

희은 과장이 말한다.

글│강 희 은 과장, 서울시 친환경교통과

EV 보급, 충전인프라 구축과 한계

서울시는 지난 2009년부터 2014년 9월말까지 전기승용차

736대, 전기버스 14대, 전기오토바이 461대 등 총 1,211대

의 전기차를 보급해 왔다. 또 급속충전기 55기, 완속충전기

689기, 간이충전기 62기 등 총 806기의 충전인프라를 구축

해 왔다.

서울시는 이와 같은 전기차 보급 및 충전인프라 구축의 테

스트 베드(Test-Bed) 역할을 통해 전기차 기술개발의 견

인차 역할을 해 왔다. 전기차 주행거리는 지난 2009년에는

60 ㎞에 불과했지만 2014년 2009년보다 150% 증가한 150

㎞까지 늘어난 것으로 나타났다9). 세계 최초 전기버스 상용

화에 성공해 남산노선에 전기버스 9대를 운행하고 있다. 아

울러, 공유경제의 가장 바람직한 모델이라 할 수 있는 전기

차 셰어링 모델을 개발·운영하고 있으며, 승용차보다 대기

오염물질 배출이 심한 내연기관 오토바이를 전기오토바이

로 전환, 보급하는 사업도 지속 추진하고 있다.

충전기와 관련해서는, 2014년 5월부터 대형마트와 공영주

차장에 급속충전기 안내표지판 설치 및 매뉴얼 부착과 모바

일 웹페이지, 내비게이션 앱 등을 활용한 급속충전기 이용

정보 실시간 제공 시스템 구축 활용을 통해 시민의 충전기

이용편의를 증진해 왔다.

그러나 이러한 성과에도 불구하고 아직 전기차가 내연기관

차와 같은 수준의 편리성을 제공하기 위해서는 해결해야 할

과제들이 많다. 먼저 가격 측면에서 전기차는 동급 내연기관

차보다 2배 정도 비싸 시민들이 쉽게 구입하기 곤란하다. 둘

째 급속충전기 등 충전인프라가 부족하고10), 충전에 걸리는

시간이 주유시간(5분 내외)에 비해 긴 편이다. 셋째, 주행거

리 문제로 현재 시판되고 있는 배터리의 기술수준이 완전 충

전 시 150 ㎞에 불과해 내연기관차(500 ㎞ 내외)보다 현저히

짧아 부산 등 지방까지 이동하는데 어려움이 있다.

향후 보급정책과 인프라 구축 방향

서울시는 소비자인 시민의 전기차에 대한 니즈, 전기차 및

배터리 산업의 기술발전 전망, 전기차의 기후환경적 특성

및 장점 등을 고려해 다음과 같이 맞춤형 전기차 보급 및 충

전인프라 구축정책을 수립·추진해 나갈 계획이다.

전기차 보급 계획

서울시는 전기차를 신속하고 효과적으로 보급하기 위해

2015년 5월호 35

전기차 보급 협의체 운영, 전기택시·버스 확대 보급, 전기

차 셰어링 확대, 전기승용차 민간보급, 전기트럭 보급사업,

전기오토바이 확대 보급 등 차종별 맞춤형 보급정책을 수

립·추진해 나갈 계획이다.

먼저, 서울시는 민관(산관연)협력을 통해 전기차를 효과적

으로 보급하기 위해 2014년 5월 현대자동차, 기아자동차,

르노삼성, GM, BMW, 닛산, 전기

차리더스협회(회장 김필수 교수)

와 전기차 보급 활성화 MOU 체

결 후, 분기별 1회씩 태스크포스

회의를 개최해 전기차의 효과적인

보급방안 논의, 제도개선사항 발

굴 등 다양한 사업을 추진해 오고

있다.

다음으로, 9월부터 2015년 4월

까지 르노삼성의 SM3 전기택시

10대를 대상으로 전기택시 실증

사업을 추진, 전기택시의 경제성

과 환경성 등에 대한 성과분석을

통해 전기택시를 단계적으로 확대

보급해 나갈 계획이다.

또 CNG버스보다 경제성과 환

경성이 각각 35%, 30% 더 좋은

CNG하이브리드버스 보급을 확대

하고, 기존 전기버스의 한계인 배

터리 충전시간을 획기적으로 단축

하기 위해 배터리교환형 전기버스

도입 등을 면밀히 검토·추진해

나갈 계획이다.

그리고 에버온, 한카 등 카셰어

링 기업과 협력해 전기차 셰어링

차량대수를 2014년 364대에서

2017년 1,000대 이상으로 확대할

뿐만 아니라 전기차를 어디에서나

반납할 수 있는 편도 서비스11)를

제공하는 등 셰어링 사업을 확대

개선해 나갈 계획이다.

전기차 민간보급12)은 2015년 이

후에도 지속적으로 확대(2014년

182대 → 2015년 500대 이상)해 시민들이 비용 부담 없이 전

기차를 쉽게 구입·이용할 수 있도록 할 계획이다. 특히 전

기차 민간보급은 전기차 1대 당 차량가격의 50%에 해당하

는 2,000만 원의 보조금과 완속충전기 구입·설치비의 100%

에 해당하는 700만 원 등 총 2,700만 원의 보조금을 지급해

주고 있다13). 게다가 전기차 구입 시에는 개별소비세·교육

36

특 집

구분 합계 전기승용차 전기버스 전기이륜차

합계 1,211대 736대 14대 461대

2009년 5대 5대 - -

2010년 191대 31대 5대 155대

2011년 214대 36대 4대 174대

2012년 290대 262대 5대 23대

2013년 385대 328대 - 57대

2014년 126대 74대 - 52대

구분 급속충전기 완속충전기 간이충전기

보급대수 55기 689기 62기

충전시간 20~30분 3〜6시간 6~8시간

설치장소 교통량 집중지역(비상용) 관공서, 주차장, 업무시설 업무시설, 공동주택

가격(개당) 5-7천만원 7백만원 1백만원

서울시 전기차 보급 현황

서울시 충전인프라 구축 현황

서울시 급속충전소 현황

세·취득세 감면 및 도시철도공채 할인 등 최대 600여만 원

에 달하는 세제혜택도 부여된다.

2014년 11월부터 2015년 5월까지 전기트럭 제작사(파워테

크닉스 및 파워플라자), 강동구, 우정사업본부, 롯데쇼핑,

한전 등과 전기트럭 실증사업을 추진한다. 1톤 배달용 화물

트럭은 경유를 사용하고, 배달을 위해 아파트 등 주택가에

서 ‘가다서다(주정차)’를 반복해 대기오염물질을 많이 배출

하기 때문에 전기트럭은 전기차 보급사업 중 대기질 개선효

과가 가장 큰 사업이다. 전기트럭 실증사업에 대한 성과분

석을 통해 전기트럭 구입 시에도 국·시비 보조를 함으로써

서울시의 주요 오염원인 경유화물트럭을 전기트럭으로 대

체해 나갈 계획이다.

전기오토바이 보급물량도 지속 확대(2014년 509대 →

2017년 1,100대)하고, 전기오토바이의 종류도 다양화하며

(50 cc급 이외에 100 cc급 등도 추가 보급), 보급 대상 기관

도 공공기관이나 대학 등에서 배달사업을 하는 프랜차이즈,

종교계 등으로 지속적으로 확대해 나갈 계획이다.

마지막으로, 2014년 7월 정책금융공사와 업무협약(MOU)

을 체결해 조성한 전기차 펀드(1,000억 원)를 이용해 내연기

관차와 전기차의 가격차액을 전기차 구매자에게 장기저리

로 대여한 후, 절감된 연료비로 대여자금을 상환해 나가는

ESCO 방식을 도입할 것이다. 시민들이 원하는 다양한 차종

의 전기차를 대량 보급함으로써 전기차의 핵심요소인 배터

리 기술개발을 유도해 충전시간을 단축하고, 전기차의 주행

거리가 내연기관차 수준으로 개선될 수 있도록 유도할 계획

이다.

급속충전기 등 인프라 구축 및 개선

서울시는 전기차 이용에 가장 중요한 필수요소인 충전

인프라를 효과적으로 구축하기 위해 급속충전기 확대보급

및 이용 편리성 제고, 언제 어디서나 충전 가능한 모바일

(Mobile) 충전기 보급, 태양광 충전단지 조성 등 충전인프라

를 지속적으로 확대·개선해 나갈 계획이다14).

2015년 5월호 37

모바일 충전기와 테슬라 태양광 충전

시장 변화 반영한 서울시의 맞춤형 전기차 보급정책 로드맵

구분 보급 초기(’09~’14) 시장 형성기(’15~’16) 시장 발전기(’17~’18)

전기차 보급· 민간 보급기반 조성· 전기차 보급 협의체 구성운영· 전기택시 실증사업

· 민간 보급 본격 개시· 전기버스 추가 도입· 택배용 전기트럭 보급

· 민간 보급 확산· 전기버스 확대· 전기청소차 보급

인프라 구축· 충전기 확대(30분 이내)· 모바일 충전기 시범사업

· 충전기 확대(10분 이내) · 태양광 충전 시범단지 조성

· 충전기 확대(5분 이내)

제도 개선· 충전서비스업 민간 허용· 공공기관 의무구매율 30%

· 고속도로 통행료 감면· 공공기관 의무구매율 50%

· 제작사 친환경차 의무판매제 도입· 공공기관 의무구매율 100%

먼저, 서울시내에 있는 급속충전기를 지속적으로 확충해

시민의 급속충전기 접근시간을 현재 30분 수준에서 5분으

로 획기적으로 단축해 나갈 계획이다. 또한, 국내외 여행객

이 전기택시 등 전기차를 쉽게 이용할 수 있도록 김포공항15)

과 고속도로 휴게소16) 등 주요 거점에 급속충전기를 지속적

으로 확충해 나갈 계획이다.

현재 급속충전 방식이 차데모(기아 레이 및 쏘울, 닛산의 리프

이용 가능), AC 3상(르노삼성의 SM3 이용 가능), DC콤보 방식

(GM의 스파크 및 BMW의 i3 이용 가능) 등으로 서로 달라 전기차

가 모든 급속충전기를 이용할 수 없는 문제를 해결하기 위해 기존

에 설치돼 있는 급속충전기를 위 세 가지 방식 모두 적용 가능한

통합형(triple형)으로 개조하고, 향후 설치되는 급속충전기는 위 3

가지 방식을 모두 이용할 수 있는 통합형으로 설치할 계획이다.

그리고 서울은, 우리나라 다른 지역보다 특히, 아파트 등

공동주택이 많아 전기차 구입·이용 시 필요한 충전기 설치

를 위한 전용(또는 우선) 주차구역 확보가 곤란한 문제를 해

소하기 위해, 휴대용 케이블과 220 V 콘센트만 있으면 「언

제 어디서나」 충전이 가능한 모바일(Mobile) 충전기를 보급

해 공동주택의 충전 불편문제를 해결해 나갈 계획이다.

또, 전기차가 진정한 의미의 친환경자동차가 되고, 서울시

의 역점사업인 원전하나 줄이기(에너지살림도시 서울)에 더

부합하도록 하기 위해 기존의 화석연료나 원자력 대신 태양

광 등 신재생에너지로 전기를 생산하는 태양광 등 신재생에

너지 충전단지를 설치·운영할 계획이다.

제도개선

서울시는 전기차 이용 편의성 제고를 위해 전기차 이용자에

대한 인센티브 확대 등 다양한 제도개선을 추진해 왔으며17),

앞으로도 지속 추진해 나갈 계획이다. 이러한 제도개선은 전

기차 이용자에 대한 인센티브 제공과 규제완화 등 규제 합리

화로 대별해 볼 수 있다18).

먼저, 전기차 이용자에 대한 인센티브 제공으로는, 세금 감

면 등 재정적 인센티브와 운행 편리성 제고 등 운행 상 인센

티브로 대별해 볼 수 있다.

재정적 인센티브를 제공하기 위해 2014년 10월부터 실시

하고 있는 승용차 마일리지19) 시범사업에서 주행거리를 감

축했을 경우 전기차 이용자에게 내연기관차 이용자보다 마

일리지를 20% 더 지급하고, 고속도로 통행료 감면을 추진할

계획이다. 또 전기차 구입 시 개별소비세, 취득세 등 감면기

한을 최대한 연장해 나갈 것이다. 운행 상 인센티브로는 전

기차 전용(우선) 주차구역 확보, 전기차 전용 번호판 도입 등

의 제도개선을 지속 추진해 나갈 계획이다.

또 규제완화 등 규제합리화 관련해서는, 민간사업자들의

충전서비스업을 허용하고, 아파트 등 공동주택에 충전기 설

치의무를 부과해 충전인프라를 확충하고, 공공기관의 전기

차 의무구매비율을 2015년 25%, 2018년 50% 등으로 단계

적으로 확대 추진함으로써 전기차 보급을 활성화해 나갈 계

획이다.

38

특 집

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이 외에도 전기차 보급 활성화나 충전인프라 확대개선에

장애가 되는 요인들을 시민이나 민간기업들과 함께 발굴해

중앙정부와 협력해 개선함으로써 전기차 보급과 충전인프

라를 확대해 나갈 계획이다.

EV 글로벌 톱3

현재 우리사회는 석유 등 화석연료 고갈에 따른 에너지 위

기, 지구 온난화 및 (초)미세먼지 등 환경적 위기, 경기침체

에 따른 일자리 부족 등 다양한 위기(危機)에 직면해 있다.

그런데 위기(危機)라는 말은 위태롭다(dangerous)는 의미

와 기회(opportunity)라는 이중적 의미를 함축하고 있다.

즉, 위태로운 상황에서 지혜롭고 신속하게 대응하지 못하면

더 위험해지나, 현명하고 즉각적으로 대처하면 도약과 발전

의 좋은 기회가 될 수 있다는 의미이다. 그러나 이러한 위기

상황을 도약과 발전의 기회로 활용하기 위해서는 적절한 수

단(tool)이 필요하다. 본인이 보기에는 친환경 전기차와 태

양광을 활용한 충전인프라, 에너지저장장치(ESS)로 활용할

수 있는 전기배터리 등 전기차 산업이 적절한 수단이 될 수

있다고 생각한다.

‘혁신(Innovation)을 위한 최고의 선물(Present)은 현재

(Present)’라는 말이 있다. 우리 모든 서울시 공직자와 서울

시민, 기업이 한 마음, 하나가 되어 지금부터 전기차를 친

환경적으로 활용할 때 서울시가 지향하는 친환경교통이 꽃

피는 「2018 글로벌 전기차 Top 3」 도시가 되고, 나아가 시

민이 상쾌하게 ‘숨 쉬는 청정도시 서울’이 될 것이라 기대한

다. 이를 위해 다시 한 번 최선을 다해 보기를 굳게 다짐해

본다.

2015년 5월호 39

주｜

1. 전기차는, 가솔린, 경유, LPG 등을 연료로 사용하는 기존 내연기관차와 달리, 전기를 연료로 사용하는 차를 말한다. 기아 쏘울, 르노삼성 SM3, BMW

i3, GM의 스파크, 닛산의 리프, 테슬라 모터스의 Model-S 등을 예로 들 수 있다.

2. 내연기관차 시장은 연간 3%씩, 전기차 시장은 연간 96%씩 성장할 것이라는 전문기관의 예측도 있다.

3. 중국의 전기차 제조사 BYD(Build Your Dream)가 위치한 심천(深川)시는 국고보조금 60,000위안 외에 심천시 자체 보조금 60,000위안을 별도로

지급하고 있다.

4. 우리나라는 2020년까지 전기차 20만 대 보급을 목표로 대당 1,500만 원의 국고보조금을 지급하고 있다.(지방자치단체 보조금은 국고보조금과

별도이며, 서울시는 2014년에 500만 원, 제주도는 800만 원의 보조금을 지급했다)

5. LG화학, 삼성SDI, SK이노베이션은 전 세계 배터리 제조기업 중 가장 뛰어난 기업으로 평가받고 있으며, 시장점유율도 최상위 수준을 기록하고 있다.

6. 현재 자동차 기술을 비유적으로 표현한다면 가솔린차 등 내연기관차는 프로선수 수준, 전기차는 초등학생 수준이라고 할 수 있다. 이런 상황에서

전기차의 에너지 효율이 내연기관차보다 2~3배 좋다면 전기차 기술이 내연기관차 수준으로 발전할 경우 얼마나 에너지 효율이 좋을지 상상하기

힘들 정도라 할 수 있다.

7. 전기차 산업은 전후방 연관효과가 커 10억 원 당 7명의 고용창출효과가 있는 제조업과 달리 10억 원 당 8명의 고용창출효과가 있다.

8. 전기차에 에코드라이빙이라 불리는 급출발, 급가속, 급제동, 공회전 안하기 등 「친환경경제운전 10계명」을 적용할 경우 주행거리는 최대 200 ㎞까지

증가한다.

9. 전국에 있는 급속충전기는 서울 46, 경기 26, 인천 11, 세종 1, 기타 102 등 총 186기가 있다.

10. 현재는 전기차 셰어링 이용 시 반드시 전기차를 빌린 지점에 돌아가서 반납해야만 해 이용자들이 불편하고 전기차 셰어링 사업 확대에 한계가

있다.

11. 처음 실시한 전기차 민간보급은 총 182대(기아 레이 및 쏘울, 르노삼성의 SM3, BMW의 i3, GM의 스파크)를 대상으로 개인에게는 1대, 법인·회사 등

단체에게는 총 2대까지 보조금을 지급해 주고 있다.

12. 향후에는 전기차 가격 하락 등을 고려 국비와 시비 보조금을 단계적으로 줄여 나감으로써 동일한 정부 예산으로 더 많은 전기차를 보급할

계획이다.

13. 충전인프라는 기본적으로 정부와 전기차를 제작·판매하는 전기차 제작사가 공동으로 구축해야 하나, 전기차 보급 초기에 정부가 마중물 역할을

하기 위해 충전인프라를 구축해 왔다. 그러나 향후에는 정부와 전기차 제작사들이 공동으로 충전인프라를 구축하는 것이 타당하다고 판단된다.

14. 현재 급속충전기가 인천공항에는 있으나 김포공항에는 없어 김포공항을 이용하는 국내외 여행객이 전기차 이용에 불편을 느끼고 있어 환경부와

협력해 2014년 말이나 2015년 초에 김포공항에 급속충전기를 설치할 예정이다.

15. 현재 총 6기의 급속충전기가 고속도로 휴게소(경부고속도로에는 천안 양방향 휴게소에 2기, 서해안고속도로에는 화성 양방향 휴게소에 2기,

경춘고속도로에는 가평 양방향 휴게소에 2기)에 설치돼 있다. 2015년에는 경부선 고속도로 휴게소에 급속충전기가 설치되어 전기차로 부산까지

왕복이 가능하고, 2017년에는 전국 모든 고속도로 휴게소에 급속충전기가 설치되어 전기차로 전국을 여행하는데 전혀 지장이 없게 된다.

16. 이미 추진한 제도개선사항으로는 ①대형마트, 공영주차장 등에 위치한 급속충전기 안내표지판 설치 ②충전기 관리자 및 납품업체 연락처 표기

의무화 ③내비게이션, 주요 인터텟 포털 등의 급속충전기 위치정보 수정 ④단독주택, 아파트 등에서 전기차 충전시 누진요금 적용 배제 등 10여건이

있다.

17. 전기차 전문가들은 재원을 필요로 하는 재정적 인센티브보다 재원이 필요 없는 전용 주차공간 확보 등 운행상 인센티브가 전기차 이용자의

자긍심을 높여주고 전기차 보급에 훨씬 효과적이라고 한다.

18. 승용차 마일리지란 승용차 운행자가 운행거리를 전년보다 줄일 경우 감축률에 따라 마일리지 형식으로 인센티브를 주는 제도로서

친환경교통과에서 금년에 새로 도입, 시행하고 있는 제도이다.

1. 서론

현재 국내에서 일반적으로 사용하고 있는 누전차단기

(ELB), 배선용 차단기(MCCB)는 정격전류 이하의 전류로 발

생하는 아크를 감지할 수가 없기 때문에 전기화재를 예방할

수 있는 해법을 정확이 제시하기 어려운 상황이다. 미국국립

소방협회(NFPA)의 통계에 의하면 일반 가정의 경우 전기화

재의 약 80%가 아크 고장(Arc Fault) 사고로 인해 발생한 것

으로 밝혀졌다. 아크 차단기는 기존의 전기안전 차단기 제품

보다 안정성을 높인 전기안전장치이다. 이에 가정용 다중 주

택 또는 화재 위험 취약 지역에서 발생하는 전기화재를 예방

하고 전기화재 점유율을 감소시키기 위한 아크 차단기의 국

내 도입 필요성이 언급 되고 있다 [1].

본고에서는 전기화재예방을 위하여 사고 아크에 대

한 감지 및 차단이 가능한 아크차단기 CT(Current

Transformer)의 특성을 측정하였다. 국외에서 판매중인

Combination Type 3개사 제품과 국내 1개사에서 개발된

아크겸용누전차단기, 현재 개발 중인 아크 차단기 CT의 임

피던스 특성과 주파수 응답 특성을 분석하고, 국내에서 개

발 중인 아크차단기와 국내외에서 개발된 아크차단기의 정

밀도를 비교 분석하였다.

2. 본론

아크 차단기는 기술 개발 과정이 까다로워 현재 세계적으

로 미국, 독일, 프랑스 등의 소수 업체만이 개발하고 있는

실정이다. 국외에서 개발된 아크차단기는 미국의 UL 1699

인증을 받아 북미지역을 대상으로 유통되고 있다. 미국에

서는 전기화재의 주요원인인 아크로 인한 화재예방을 위해

주택과 산업부분에 적용할 수 있도록 UL1699 인증을 규격

화하고, NEC를 통해 법제화 하고 있다. 또한, 아크고장 검

출부의 배선 또는 접속부에서 아크 고장이 발생할 경우 검

출하기 위한 방식으로서 미국의 UL1699에 의해 시험 인증

하고 있다 [2].

아크차단기는 전기 배선상의 절연 파괴, 연결 결함, 노화

현상 등으로 발생하는 전기 화재의 주요 원인이 되는 아크

Power Tech Ⅰ

아크 차단기 CT의 임피던스 및 주파수 응답 특성 분석

이윤환*, 방선배*, 이기연*, 강도형** 전기안전연구원*, ㈜ 태강전기**

40

를 검출하여 차단하는 전기안전장치이다. 이러한 아크고

장 전류를 정확히 검출하기 위해서는 센서의 선택이 중요한

데, 여러 가지 방법 중에 CT(Current Transformer)를 이용

하는 방법이 있다. 아크를 검출하기 위해 전류 검출 센서인

CT를 사용하여 일차 측 도선에 흐르는 전류량과 변류기의

권선비에 의해 발생하는 2차측 전류를 부하저항을 통하여

전류를 전압으로 변환하는 방식이다 [3].

2.1 아크 차단기 CT의 임피던스 특성

임피던스는 특정 구조나 회로 위치에서의 전압과 전류의

비이며, 전자회로나 전자부품, 전자재료 등의 특성을 나타

내는 중요한 파라미터이다.

임피던스는 주파수와 무관한 저항 R, 주파수 개념이 포함

된 저항소자인 L과 C에 대한 개념이 포함된 보다 큰 AC 개

념의 저항이다. 개념적인 수식으로 정리하면 아래 수식 (1)

과 같다.

임피던스는 전압이나 전류를 분산하여 인가함으로써 특정

한 목적을 가진 회로로서 동작하게 만든다. 특정 지점에 일

정한 전압 또는 전류가 흐르도록 제어 되어야 하며, 대부분

전압이나 전류 중 한 가지는 고정되어 있기 때문에 임피던

스를 조절하면 나머지 한 가지 요소를 조절할 수 있게 된다.

그림 1은 각 회사별 CT와 개발 CT의 임피던스 특성을 나타

본고에서는 전기화재예방을 위하여 사고 아크에 대한 감지 및 차단이 가능한 아크차단기 CT (Current Transformer)의

특성을 고찰하고, 현재 국내에서 개발 중인 아크차단기와 기존에 국내외에서 개발된 아크차단기의 특성을 비교 분석하

였다. 또한, 아크 차단기 CT의 임피던스 및 주파수 응답 특성을 분석하고 평균 제곱 오차를 이용하여 CT의 정밀도를

분석하였다.

[그림 1] 회사별 CT의 임피던스 : (a) E 사, (b) S 사, (c) M 사, (d) H 사, (e) 개발 CT

2015년 5월호 41

낸다. 표 1은 각 회사별 공진 주파수, 임피던스 시작값, 임피

던스 최대값을 나타낸다.

E사의 공진 주파수가 제일 높게 나타났으며 S사와 개발

CT의 공진 주파수도 100k를 넘는 것을 볼 수 있다. 이는 E

사, S사와 개발 CT는 고주파 CT를 사용하고 있다는 것을 알

수 있다. 반면 M사와 H사의 공진주파수는 100k 이하를 나

타내고 있는데, 이는 두 회사가 저주파 CT를 사용하고 있다

고 볼 수 있다.

2.2 아크 차단기 CT의 주파수 응답 특성

주파수 응답(frequency response)은 진폭이 일정한 다

양한 주파수의 입력 신호가 어떤 시스템에 들어왔을 때,

어떤 응답을 내는지 측정하는 것이다. 응답의 크기는 dB

단위로 측정하며 일반적으로 증폭기 시스템을 분석하는

데 사용한다. 이는 어떤 시스템에 들어온 진폭이 일정한

광역 주파수 신호에 대한 내보내는 반응의 척도라고 할

수 있다. 시스템을 통과해서 나오는 반응의 크기(dB)를

주파수에 대한 이득으로 나타내며, 수식으로 나타내면 수

식(2)와 같다.

그림 2는 각 회사별 CT의 주파수 응답 특성을 나타낸다.

CT의 주파수 응답 특성을 살펴보면 E사, S사의 주파수 응

답 파형이 유사함을 볼 수 있고, M사와 H사의 파형이 유사

함을 볼 수 있다. 개발된 CT의 경우 E사의 주파수 응답 특성

과 거의 유사한 파형을 보이고 있다.

2.3 CT 별 평균 제곱 오차 (Mean Square Error)

평균 제곱 오차(Mean Square Error; MSE)는 추정 값 또

는 모델이 예측한 값과 실제 환경에서 관찰되는 값의 차이가

다룰 때 사용하는 측도이다. 회사별 CT의 측정 된 주파수와

Power Tech Ⅰ

42

표 1. 회사별 CT 특성

공진 주파수 임피던스 시작값 임피던스 최대값

E 사 868.250k 19.039 5.55580k

S 사 113.090k 30.993 27.3930k

M 사 22.1440k 1.27420k 19.3150k

H 사 14.7310k 3.44280k 23.8990k

[그림 2] 회사별 CT의 주파수 응답 : (a) E 사, (b) S 사, (c) M 사, (d) H 사, (e) 개발 CT

Gain을 이용하여 평균 제곱 오차를 아래 수식(3)과 같이 구

할 수 있다. 기준값은 0으로 설정하였고, 측정값은 주파수

step 별로 측정된 이득값으로 설정하였다.

각 회사별 평균 제곱 오차값의 결과는 그림 3과 같이 나타

난다. 평균 제곱 오차의 값이 작을수록 정밀도가 높다고 할

수 있다. 개발 CT의 평균 제곱 오차값이 다른 4개사 보다 낮

게 나타나는 것을 볼 수 있으므로 개발 CT의 정밀도가 높다

고 할 수 있다.

3. 결론

본고에서는 아크 차단기 CT의 임피던스 및 주파수 응답 특

성을 분석하고 평균 제곱 오차를 이용하여 CT의 정밀도를

분석하였다.

국내외에서 개발 된 아크 차단기 CT의 임피던스 특성을 분

석해 보면 고주파수 CT와 저주파수 CT를 사용하여 아크 신

호를 검출하는 것을 알 수 있다. 현재 개발 중인 CT의 특성

은 E사의 임피던스 특성과 유사하다는 것을 볼 수 있고, 주

파수 응답 특성 또한 유사하다는 것을 볼 수 있다. 현재 개

발되고 있는 CT와 개발 된 CT의 특성과 비교 해보았을 때

거의 유사한 특성을 보이고 있으나 평균 제곱 오차의 경우

제일 낮은 값을 나타내므로 정밀도가 제일 높다고 할 수 있

다. 추후에 아크 차단기가 국내에 도입되어 개발 중인 CT를

사용한다면 아크 고장에 의해 발생하는 전기 화재를 방지

할 수 있을 것이다.

2015년 5월호 43

[1] Underwrite Laboratories, “UL1699-Standard for Arc-Fault

Circuit Interrupter”, 2006

[2] Arc Fault Circuit Interrupters Using Advanced Technology to

Reduce Electrical Fires, NEMA

[3] 백원형, 방선배, 박종연, “아크차단기(AFCI)의 최소 차단 전류

분석”, 대한전기학회 전기설비전문위원회 춘계학술대회

논문집, pp. 131~133, 2009. 4

참고문헌

[그림 3] 각 회사별 CT의 평균 제곱 오차

1. 서론

전기 에너지의 수요는 해마다 증가하고 있으며, 이 수요

에 맞추어 계속적으로 에너지 공급을 증가하고 있지만 대

규모 정전 사태와 같은 전력 수급의 불안정 문제 및 추가

전력 생산을 위한 발전소 및 송전탑 건설 등의 사회 문제

도 여전히 지속되고 있다. 이러한 에너지 부족 문제의 해

결 방안은 단순히 공급을 증가하는 방법 대신에 소비자 측

에서 에너지 수요를 줄이는 방법으로 전환되고 있다. 수요

측에서 에너지 관리를 위한 기술로서 수요반응 기술이 새

로운 해결책으로 각광받고 있다[1].

수요반응 기술은 피크 시간 동안에 전력 소비자가 전기

요금과 전력 공급자의 요청에 반응하여 효율적인 전력 사

용을 유도하는 기술로 소비자의 자발적인 참여를 요구한

다. 또한, 전력에너지 사용에 있어서 가정용 에너지 사용

량은 산업 및 상업용에 비해 비중은 작지만 에너지 사용

의 자유도가 높기 때문에 이 기술을 댁내에 적용하면 효

율적인 에너지의 관리가 가능하다. 댁내 에너지를 관리

하기 위해서는 표준화된 통신 방식을 바탕으로 정해진 데

이터 형식에 따라 데이터 교환이 필수적이며, 이기종 시

스템과의 상호 운용성을 보장해야 한다. 현재 홈 에너지

관리 분야에서 가장 활발히 관련 표준화를 진행하고 있

는 단체는 Zigbee alliance[2], Homeplug alliance[3]가

있다. Zigbee alliance는 SEP(Smart Energy Profile)

Specification를 시초로 Homeplug alliance와 협력하여

SEP2[4] 표준을 통해 홈 에너지 관련 솔루션 기술을 채택

하고 있다. 본고에서는 SEP2에 제시된 홈 에너지 관련 공

통인터페이스 모델을 분석하고, 이 기술을 PC상에 구현해

보고 그 구현상의 이슈에 대해 기술한다. 또한, 외부에서

댁내로의 수요반응 제어 연계에 대하여 논의한다.

2. 본론

2.1 SEP2 개요

SEP2는 유틸리티 에너지 서비스와 댁내의 디바이스

사이의 개방형 표준 인터페이스를 정의하고 있는 문서로

Marketing Requirements Document[5]와 Technical

Requirements Document[6], Application Protocol

Power Tech Ⅱ

SEP2.0 기반의 홈 에너지 관리 시스템 개발

서종관*, 진 주**, 이재조*, 이원태* 한국전기연구원*, 과학기술연합대학원대학교**

44

Specification의 세 문서로 구분된다. 앞 두 문서는 실

제 프로토콜을 적용하기 위하여 시장 및 기술적 요구사

항을 시나리오에 맞춰 기술한 문서이며, 이 두 문서를

기반으로 프로토콜 설계 기술이 Application Protocol

Specification에 정의되어 있다. 이 프로토콜 문서는

소비자 측면에서의 에너지 관리에 대한 어플리케이션 문

서이며 CSEP(Consortium for SEP2 Interoperability)[7]

에서 지원하고 있다. 해당 문서에서 기술한 프로토콜

은 주로 IP 상단 계층에 위치하는 프로토콜로, 리소

스 중심의 URI(Uniform Resource Identifier) 기반

RESTful(Representational State Transfer) 웹 서

비스를 사용한다. 기본적인 동작은 HTTP(HyperText

Text Protocol) 메소드를 이용하여 웹상에서 동작하며

XML(eXtensible Mark-up Language) 형식의 정해

진 데이터를 전송한다. 또한, 모든 메시지에 대한 데이

터 모델은 XML 스키마에 정의되어 있으며, IEC 61968

CIM(Common Interface Model) 표준을 참조한다. 특

히, HAN(Home Area Network) 내의 구성 디바이스

에 대하여 세 가지 리소스로 분류하여 정의하고 있으며

그림 1은 이를 적용한 SEP2 구조를 나타낸다. 디바이스

가 지원하는 기능은 smart energy resource에 정의되

어 있으며, 여기에는 DRLC(Demand Response Load

Control), Metering, Pricing 등의 function set을 포

함하고 있다. 각각의 function set마다 시퀀스 다이어

그램 및 데이터 구조를 보여주고 있으며, 이를 기반으로

서버와 클라이언트 간의 메시지 교환이 이루어진다. 본

고에서는 클라이언트의 요청에 의하여 통신을 시작 하게

되고 서버는 요청에 응답하는 방식인 pull 방식을 사용

하였다.

2.2 SEP2 서버와 클라이언트 설계

SEP2 프로토콜의 function sets 중에서 수요반응 기술

은 DRLC function set에 기술되어 있다. 이 DRLC에서

서버 디바이스는 댁내 에너지를 관리하는 HEMS(Home

Energy Management System) 장치가 되고, 클라이언트

디바이스는 서모스탯과 같은 온도 조절이 가능한 장치이

다. 일반적으로 서버는 수요반응 이벤트를 생성하여 전달

하는 홈 에너지 관리 장치이며 클라이언트는 부하를 소비

하는 가전기기를 일컫는다. 또한, 가전기기의 소비 전력은

metering function set이나 metering mirror function

set을 이용하여 확인할 수 있다.

2.2.1 SEP2 서버 설계

SEP2 프로토콜은 웹 서비스 기반으로 서버와 클라

이언트 간 통신이 이루어지기 때문에 서버는 HTTP 서

홈 에너지의 효율적인 관리는 댁내 뿐 아니라 유틸리티 관점에서도 접근이 필요하다. 유틸리티는 전기 에너지의 공

급과 수요의 균형을 유지하면서 소비자에게 전기를 제공하고자 하며, 소비자는 일정 수준에서의 전기 에너지를 불

편 없이 사용하고자 한다. 본고에서는 댁내의 에너지 관리를 위한 표준 기술인 SEP2 프로토콜에 대해서 분석하고,

이의 직접적인 구현 결과에 대해서 기술한다. 특히, 수요반응 기술에 대해 해당 프로토콜을 적용함으로서 유틸리티

관점에서 효율적인 에너지 관리를 가능케 하고자 한다. 또한, 외부 망과의 연계를 위한 고려 사항 및 구현에 관한 이

슈에 대해서도 기술한다.

2015년 5월호 45

[그림 1] SEP2 구조

버로 동작하여야 한다. 서버는

EndDeviceControl이라는 리소스

를 이용하여 클라이언트에게 load

control 이벤트를 전달하며, 클라

이언트의 GET 요청에 따라 관련된

DERProgram 메시지를 전송한다.

이 메시지는 사전에 서비스 디스커버

리 및 등록 과정에서 확인한 메시지

로 클라이언트의 요청 이전에 서버

에 저장되어 있는 메시지이다. 서버

는 스키마 기반으로 메시지를 생성하

며, 클라이언트로부터 WADL(Web

A p p l i c a t i o n D e s c r i p t i o n

Language) 문서에서 제공하는 URI

에 의하여 해당하는 메시지를 전달한

다. DRLC에 해당하는 수요반응 서비

스 동작은 그림 2와 같은 시퀀스 다이

어그램으로 나타낼 수 있다.

서버와 클라이언트 간 HTTP 통

신은 .NET Framework에서 제공

하는 클래스를 이용하여 구현할 수

있으며, DOM(Document Object

Model) 라이브러리를 사용하여 트

리 형태로 원하는 개별 객체에 접근

할 수 있다. 또한, 서버는 이 라이

브러리를 이용하여 스키마와의 비

교를 통해 XML 문서의 유효성 검

사를 시행한다. 본고에서의 서버 개

발 환경은 윈도우즈에서 제공하는 상

용 웹 서버인 IIS를 사용하여 HTTP

서버를 구현하였으며, MSSQL 데

이터베이스를 이용하여 수요반

응 이벤트 생성 및 관리를 수행하였다. 그림 3은 DRLC

function set와 관련된 테이블을 나타낸다. 설계 데이

터베이스 테이블은 EndDeviceContolList, Response

DemandResponsePorgramList 등의 필드로 구성되어

있다. 이 필드 내의 엘리먼트 값을 기반으로 XML 데이터

가 생성되며, 서버는 수신한 URI를 참조하여 이 데이터를

해당 클라이언트에게 전달하며, 다음 클라이언트의 요청

을 대기한다.

2.2.2 SEP2 클라이언트 설계

클라이언트는 WADL에 기술되어 있는 정해진 URI를 기

반으로 서버에게 HTTP 요청을 통하여 수요반응 서비스

Power Tech Ⅱ

46

[그림 2] SEP2 DRLC 시퀀스 다이어그램

[그림 3] DRLC 데이터베이스 테이블

를 시행한다. 서버로부터 요청한 URI에 대한 응답 메시

지를 수신하면 해당 메시지에 대하여 유효성 검사를 수

행한다. 이 검사는 서버로부터 생성된 문서가 SEP2 프로

토콜에 부합하는지 확인하는 과정이다. 클라이언트는 사

전에 서버의 주소를 알고 있다는 가정하에 서비스를 설

계하였으며, 서버와 클라이언트 사이의 시간 동기화는

NTP(Network Time Protocol)을 사용하였다. 개발 환경

은 C# 기반의 윈도우 폼을 이용하여 수요반응 서비스를

구현하였으며, 그림 4는 윈도우 폼 기반의 DRLC 클라이

언트를 나타낸다. SEP2에서의 모든 서비스는 XML 문서

기반으로 이루어지기 때문에 해당 요청에 대하여 XML 문

서 형태로 데이터를 수신한다. 이 수신 메시지를 기반으로

정해진 시간동안 수요반응 서비스가 이루어진다.

SEP2는 홈을 중심으로 에너지 관리를 기술하고 있으므

로 유틸리티에서 수요반응 관련 메시지를 받기 위해서는

정해진 표준 기술이 필요하다. 현재 OpenADR alliance[8]

에서 유틸리티와 댁내 간의 수요반응 서비스를 위한 인터

페이스를 기술하고 있으며, SEP2 프로토콜과 연계를 하

기 위한 표준화 작업이 진행되고 있다. 이 프로토콜 역

시 SEP2와 마찬가지로 HTTP 통신을 사용하고 있으며,

XML 기반으로 동작하기 때문에 메시지 형식은 비슷하다.

하지만, 서로 지원하는 범위가 다르

기 때문에 메시지 간 전달 방법이나

동작에 대해서 상호 호환 가능한 기

술이 필요하다. 하지만, 현재 진행 중

인 표준 문서를 기반으로 한 댁내 에

너지 관리를 위한 가장 바람직한 방

법은 유틸리티에서 전송한 수요반응

메시지를 댁내의 HEMS가 수신하여

이를 댁내의 환경에 맞추어 SEP2 프

로토콜을 기반으로 각 전력 소비 기

기에게 전달하는 것이다.

3. 결론

본고에서는 홈 에너지 관리를 위한

기술로 국제 표준 프로토콜인 SEP2

프로토콜에 대해서 분석하고, 해당

프로토콜 기반의 서버와 클라이언트의 구현에 대해서 기

술하였다. SEP2 프로토콜에서 제시한 DRLC function

set을 기반으로 서버와 클라이언트의 설계 및 동작을 확인

하였으며, 이 설계 기술을 바탕으로 해당 프로토콜에서 제

시한 모든 function set에 대하여 구현 및 확장이 가능하

다. 또한, 국제 표준 프로토콜 기반의 서비스로 이기종 시

스템 간의 상호운용성이 가능하며 외부로부터 제어 신호

를 수신하기 위해서는 기본적인 프로토콜 구현 이외의 관

련 데이터 간의 프로토콜 통합 및 컨버젼 등의 추가적인

작업이 필요하다.

2015년 5월호 47

[그림 4] 윈도우 폼 기반의 DRLC 클라이언트

[1] H. Saele and O. S. Grande, “Demand response from

household customers: Experience from a pilot study in Norway,”

IEEE Tran. Smart Grid, vol. 2, no. 1, pp. 102-109, 2011.

[2] Zigbee alliance, www.zigbee.org

[3] Homeplug alliance, www.homeplug.org

[4] Smart Energy Profile 2 Application Protocol Specification,

Zigbee Alliance and Homeplug Alliance, 2013.

[5] Smart Energy Profile Marketing Requirements Document

(MRD), Zigbee Alliance and Homeplug Alliance, 2009.

[6] Smart Energy Profile Technical Requirements Document

(TRD), Zigbee Alliance and Homeplug Alliance, 2012.

[7] CSEP alliance, www.cesp.org

[8] OpenADR alliance, www.openadr.org

참고문헌

1. 서론

세계적으로 화석에너지의 고갈, 탄소배출 저감, 환경오염

문제 등이 제기되면서 지열을 포함한 다양한 신재생에너지원

에 대한 기술 개발 및 보급 확대에 중점을 두고 있으며 국내

시장뿐만 아니라 국외 시장에 이르기까지 그 관심도가 높아

지고 있다.　이러한 신재생에너지원 중 지열은 냉난방 시스

템으로의 이용에 적합하며, 지열을 열원으로 이용하는 냉난

방 시스템은 높은 냉난방 효율과 그로 인한 낮은 전력 소비,

그리고 친환경성으로 인해 현재 일반적으로 사용되고 있는

전력 소비가 높은 공기열 방식의 시스템 에어컨을 대체할 수

있는 수단으로 알려져 있으며, 전세계적으로 이용 현황이 높

아지고 있다. 하지만 여전히 보급률이 저조한 이유는 시공규

모가 크고, 초기투자비가 높을 뿐 아니라, 설치 후, 안정적인

지열에너지원 확보가 어려워, 여전히 풀어야 할 난제가 많이

남아있다. 향후 이러한 결점들을 보완한 에너지제어가 가능

한 지열시스템을 통해 기존 공기열 및 화석연료를 이용한 냉

난방 시스템에 비해 연간 운영비용을 지속적으로 절감할 수

있으며, 설치후 5년내에 초기 투자비용을 모두 회수할 수 있

어, 보급 및 확산에 큰 기여를 할 수 있을 것으로 전망한다.

2. 본론

2.1 3존 하이브리드 에너지제어 냉난방시스템 실증사이트 구성

본 실증사이트(케이디파워 카이로스단지내 1989공장)에

적용된 신재생에너지를 이용한 장치는 건물 내부 갤러리관

(60평규모)을 냉난방할 수 있도록 지열히트펌프, 지중열교

환기, 다중열원제어장치, 축열장치, FCU로 구성되어 있다.

Power Tech

Ⅲ

3존 하이브리드 에너지제어 냉난방시스템

이국원*, 이동준** (주)케이디파워*

48

◆

◆

[그림 1] 3존 하이브리드 실증사이트 구성도 [그림 2] 3존 하이브리드 실증사이트(1989공장) 적용 제품

지열히트펌프는 10RT용량으로서 약 100평규모의 공간을

냉난방 할 수 있고, 지중의 열과 열교환할 수 있는 지중열교

환기(PE PIPE)는 보통 지열히트펌프의 용량에 맞추어 설계

되지만, 이번 실증현장에선 한 단계 낮게 설계(5RT급)되었

고 가혹한 환경에서 실증을 할 수 있도록 설치하였다. 게다

가 갤러리관의 특성상 대부분의 벽이 유리로 이루어져 있어

서 단열에 취약하고 냉난방 시스템을 가동하기엔 에너지 효

율이 떨어질 수 밖에 없는 구조이다..

지중의 열교환기(PE PIPE)는 약 150M깊이의 2孔으로

2SET가 매설되었으며, 동절기엔 지중온도 10도이하, 하절

기엔 20도이상 조건하에서 지속적으로 열교환을 할 수 있어

야 한다. 지중열교환기에서 열교환된 순환유체(물)는 지열

히트펌프에 열을 전달하게 되며 지열히트펌프는 이 열을 매

체로 내부의 냉매를 압축, 응축, 증발의 과정을 통해 난방시

엔 고온(50~60도)의 열, 냉방시엔 저온의 열(5~10도)을 발

생시킬 수 있다.

일반 지열히트펌프가 적용되었을 경우 지중열교환기 설계

및 단열조건이 취약하여, 운전시간이 매우 짧아 냉난방시스

템으로서의 효용성이 떨어질 수밖에 없으나, 에너지 제어가

가능한 냉난방시스템은 이러한 가혹한 환경에서도 정상적인

운전이 가능하다. 즉, 다중열원제어장치를 통하여 부족한 열

원을 지속적으로 보완할 수 있도록 하였고, 지열히트펌프의

병렬운전을 통해 냉난방 부하량에 따른 능동적 에너지 절감

을 실현할 수 있게 되었으며, 유속제어를 통해 지열히트펌프

의 열원측 입수온도의 손실을 최소화할 수 있었다. 이를 통

해 추가의 에너지원없이도 기존 에너지원으로서도 충분한

냉난방을 가동할 수 있는 것을 알 수 있었다. 본 실증은 한국

기계연구원(KIMM)을 통해 시험하였으며, 우리나라에 적합

한 한국형 지열시스템임을 확인시켜 줄 수 있었다.

현재 냉난방 시스템의 문제점은 에너지 사용 비중이 크다는데 있다. 중·대규모 수용가에서 소비하는 에너지의 50%

이상은 냉난방을 위한 공조 시스템에 소비되고 있으며 계통에 전력 피크 발생으로 사회적 문제가 야기 되는 현 상황에

서 상대적으로 전력 소비량이 낮은 지열을 이용한 냉난방 시스템의 도입은 계통 피크 억제에 큰 도움을 줄 수 있다. 그

러나 지열 냉난방 시스템의 열원인 지열은 한정된 에너지원이기 때문에 장시간 연속운전이 어렵고 지중 열원이 고갈

될 경우 보충될 때 까지 운전이 불가능한 단점이 있으며 지역, 지질, 지중 토양 구조에 따라 지열열교환기를 충분히 설

치하였음에도 불구하고 충족할 만한 열원을 제공하지 못해 필요한 시간 동안 운전을 못하는 경우가 발생하는 문제점이

있다. 이를 해결하기 위해 국외의 경우 지열 시스템의 '지속가능한' 성능 구현과 이를 위한 통합 제어기술, 지열 시스템

제어·모니터링 및 체계적 유지·관리 기술 개발에 많은 투자를 하고 있으며 또한 열원 다변화 및 요소 기술 성능 향상

에 관심을 기울이고 있다. 따라서 기존 지열시스템에서 지속 운전이 가능한 열원선택운전이 가능한 시스템 제어를 접

목시킴으로써 기존 지열시스템의 제한적 효율성을 극대화 시킬 수 있다.

2015년 5월호 49

[그림 3] 다중열원제어장치(전자변제어장치-좌, 에너지 축열장치-우)

[그림 4] 3존 하이브리드 에너지제어 시 운전시간 증대

[그림 5] 3존 하이브리드 에너지제어 모드

2.2 다중열원제어장치 개발

다중열원제어장치는 크게 전자변제어장치와 에너지 축열

장치로 구성되어 있다. 전자변 제어장치는 다양한 열원을 각

각의 온도 상황에 맞추어 지속적으로 공급할 수 있게 해주

며, 에너지 축열장치는 부족한 열원을 필요온도 이상으로 보

상시켜주어 열원부족현상을 방지해 준다.

공급열량이 제한적인 지중 열원에 다양한 방식의 타 열원

(폐열, 태양광 축열 등)을 보조하고 연계 운영 제어를 통해

지열 시스템의 운영 효율을 향상시킨다. 또한 다중 열원의

지열수 순환 제어를 위해 다수의 배관과 전자변을 단일 장치

(전자변제어장치-스마트헤더뱅크)로 구성함으로써, 각각의

제어부(H/W)를 통합할 수 있는 허브 역할을 수행하고, 구조

의 단순화로 설치 및 시공이 간편해지고, 유지 보수 또한 용

이하다.

에너지 축열 제어는 크게 2가지로 나눌 수 있다. 첫 번째는

축열 에너지를 활용하여 지열 히트펌프 운전 효율에 큰 영향

을 미치는 지열수 열원측 입수온도를 보상하고, 이를 통해

지열 히트펌프의 고효율 운전이 가능하도록 한다. 축열은 지

열 히트펌프와 전자변제어장치(스마트 헤더뱅크)의 부하측

열교환수 배관 절체를 통해 이루어지며, 주말 미사용 태양

광 잉여 전력 또는 야간 경부하시 전력 등을 활용하여 축열

할 수 있다. 두 번째는 계통 과부하시 축열된 에너지를 활용

하여 실내기 측에 열원을 공급, 지열 냉난방 시스템의 단독

운전 기능을 제공하여 절전 운전이 가능하도록 한다. 에너지

축열 제어장치의 구성요소는 하이브리드 뱅크(축열장치), 태

양광 발전장치(옵션) 등으로서 구현된다.

본고에 적용된 다중열원제어장치의 전자변제어장치와 에

너지 축열장치는 일반 지열시스템 방식으로 가동시 비활성

화 모드로 운전하였고, 실증 시 난방시간이 2시간 30분가량

되었으며, 3존 하이브리드 에너지제어 시스템 방식으로 가

동시 난방시간이 7시간 이상 연장되었다. 즉, 다중 열원 제

어 및 입수 온도 보상을 통해 연속 운전 시간이 일반 지열시

스템보다 3.42배 증대 가능한 것을 한국기계연구원 시험을

통해 확인할 수 있었다. 전자변 제어장치의 상세 기능은 다

음과 같다.

- 최적 운전 모드 판단 알고리즘 기반 총 12개 운전 모드 제어

- 최적 운전 모드 분석 결과에 따른 각 열원 투입, 바이패스 제어

또한 에너지 축열 제어 상세 기능은 다음과 같다.

- 지열 히트펌프를 통한 축열

- 축열장치 내부 전자변 제어를 통한 축열 에너지와 지열수 교반

→열원측 입수온도 보상(열원보상제어)

- 각 전자변 제어와 축열 에너지 실내기 공급을 통한 독립운전

상기 시험과 같이 해당 기능들을 이용한 지열시스템의 운

전효율은 일반 시스템대비 운전시간은 342% 향상될 수 있

었고, 소비전력은 10%이상 절감할 수 있었다.

2.3 히트펌프 병렬운전제어 운전 알고리즘 개발

기존 히트펌프의 기존 단순 ON, OFF 제어방식이 아닌, 부

하 사용율에 따른 병렬 압축기 순차 제어 방식으로 경부하시

Power Tech

Ⅲ

50

[그림 6] 3존 하이브리드 에너지제어 시스템 운전효율

[그림 7] 히트펌프 병렬운전제어 알고리즘

[그림 8] 병렬운전제어 소비전력 변화 그래프

첫 번째 압축기만 가동, 중부하 이상일 시 두 번째 압축기를

병렬 가동함으로써 에너지 절감에 기여할 수 있었다. 히트

펌프 병렬운전 제어 기능의 구현은 2개로 분할된 압축기가

설치된 지열 히트펌프와 제어 컨트롤러로 구성된다. 상세

기능은 다음과 같다.

- 부하량 분석에 따른 압축기 필요 운전 용량 계산

- 부하량 변화 분석 및 운전 용량 계산 분석 결과에 따른 능동운전

- 부하 측 출수온도에 따라 압축기 동작모드 변경

즉, 냉난방 부하에 따라 2개의 압축기를 능동 병렬 운전하

는 모드와 부하측 출수 온도 및 열교환량 증감에 따른 운전

제어를 통해 소비전력을 절감할 수 있다.

상기 시험과 같이 해당 기능들을 이용한 지열시스템의 운

전효율을 비교하면 일반 시스템의 평균 소비전력은 12kW

였고, 병렬운전 제어시 평균 소비전력은 8.7kW로서 최대

30% 까지 절감이 가능한 것을 확인할 수 있었다.

2.4 유속제어장치 개발

지중 열교환을 위해 순환되는 지열수의 열교환 성능을 최

적화하기 위해 인버터 기반 PID 제어기법을 활용하여 지열

수의 유속을 정밀 제어한다. 열교환 효율은 지열수 유량과

비례관계에 있으므로, 유속제어를 통해 각 열원부에서 열교

환시 다중 열원의 흡열 및 발열을 용이하게 할 수 있다. 본

유속제어 기능 구현은 인버터와 순환 펌프로 구성된다. 유

속제어의 상세 기능은 다음과 같다.

- 필요 열량 대비 필요 유속 산정 기능

- 인버터와 순환펌프 연동 PID 기반 유속 제어

- 열원 및 부하측 유체(물)를 순환, 약 △t 3~4℃ 이상 유지

즉, 인버터 기반 순환펌프의 유속 제어를 통해 열원측 온

도의 변화율을 최소화 시켜 보다 완만한 곡선의 온도변화로

지중열교환의 효율을 보다 높일 수 있었다. 또한 부하 대비

필요 유속을 산정하여, 열원측 입출수온도를 △t 4℃ 로 유

지시켜주는 제어를 통해 전체 지열시스템의 운전효율 향상

에 기여할수 있다.

3. 결론

지열에너지와 관련한 사업들은 지속적으로 발전 중에 있

다. 하지만 지금까지는 주로 주요장치의 개발과 관련한 연

구들이 진행되어져 왔으며 전체 시스템 측면으로 접근한 효

율개선에 대한 시도는 미진한 실정이었다. 이러한 시스템

측면의 효율개선을 정립하기 위해선 지열시스템의 보급화

를 통해 발생될 수 있는 문제점들을 지속적으로 보완할 수

있어야 하며 이를 위해선 정부측의 지원정책들이 보다 더

다변화될 수 있어야 할 것이다. 3존 하이브리드 에너지제어

냉난방 시스템은 그런 변화에 보다 더 적극적인 대안이 될

수 있을 것이라 확신한다. 향후 기대할 수 있는 기술적 효과

들 중 첫 번째로 하이브리드 운전을 통해 연속운전 시간을 3

배 이상 증대할 수 있고, 두 번째로 소비전력을 최대 10% 절

감할 수 있으며, 세 번째로 축열 단독운전을 활용하여 피크

전력 부하 감소에도 큰 기여를 할 수 있다. 또한 지중 열교

환기 고장에도 충분한 열원 확보 가능하며, 마지막으로 늘

충분한 열원공급이 가능하기 때문에 지열 냉난방 설치비의

40%를 차지하는 지중열교환기 설치를 줄이게 됨으로 전체

시스템 설치비용을 대폭 절감할 수 있는 경제적효과도 기대

할 수 있다.

2015년 5월호 51

[1] Frank P, Introduction to Heat Transfer, Incropera, 2009

[2] 황광일, 복합용도 건물에 적용된 400RT급 수직형 지열시스템의

입주전 성능평가, 2008

참고문헌

[그림 9] 유속제어 알고리즘 [그림 10] 유속제어 온도변화 그래프

HVDC(고압직류송전·High Voltage Direct Current)는

현재 일반적으로 사용하는 교류가 아닌 고압의 직류를 이용

해 전기에너지를 전송하는 기술이다. 교류와 다르게 전력제

어가 가능하고, 장거리 송전의 경우 손실이 적다. 서로 다른

전력망을 연계할 수 있어 국가간 계통연계에 활용하거나, 반

대로 전력망을 분할해 고장이 파급되는 것을 막을 수 있는

차세대 전력전송 개념으로 각광받고 있다. 최근에는 기존 교

류송전망을 대체, 보완하는 기능 외에 대규모 신재생발전단

지를 조성해 계통에 연계하는데도 HVDC 기술을 적용한 프

로젝트가 늘어나고 있다.

현재 전력망은 교류(AC)가 주축을 이루고 일부에서 직류

(DC) 망이 이용되고 있다. 향후 차세대 전력망은 교류와 직

류가 혼합된 하이브리드 형태로 발전할 것으로 예측된다. 중

첩된 직류 전력망은 나라와 대륙을 연계하고 전력 부하 균형

을 조정하며, 기존 교류 송전망을 보강하게 된다. 직류 전력

망은 그리드 신뢰성 및 기존 교류 네트워트의 용량 또한 향

상시킨다.

HVDC용 직류차단기는 HVDC 네트워크의 확대적용에 따

른 그리드화에 필수적 기기다. HVDC 네트워크가 대용량 발

전원으로부터 전력 수요처까지 단일 링크로 연결되는 접점

연결(point-to-point) 방식에서 메쉬(mesh) 형태의 다중

터미널 네트워크(multi-terminal network) 방식으로 발전

됨으로써 계통운영에 있어 선로상의 사고지점을 계통으로부

터 신속히 분리할 수 있는 기능이 무엇보다 필요하게 되었고

네트워크 운용의 안전성, 신뢰성, 효율성을 향상시키기 위한

필수적 방안으로 직류차단기 적용이 요구되고 있다.

지난 2012년 ABB가 최초로 직류차단기 기술을 제시하여

100여년 간의 전기계의 숙원을 해결한 것으로 높이 평가된

바 있으나, 아직 상용화되지 못해 선진 중전기기 메이커들이

경쟁적으로 DC 차단기 개발에 나서고 있다.

KERI 연구팀이 개발에 성공한 직류차단기는 기존에 공개

된 직류차단기에 비해 한층 개선된 형태다. 우선 고장전류

발생 시 눈깜빡임보다 수십배 빠른 1,000분의 2초 이내에

발전소 전력조류을 차단할 수 있다. 또한 주 통전로(通電路)

를 기계식 스위치 만으로 구성해 정상 운전할 때 전력손실을

최소화하도록 했다. 우회선로를 커패시터(Capacitor)로 구

성하는 방식을 채택해 전력반도체 스위치를 사용한 ABB 방

식에 비해 구조가 간단하다. 이로 인한 차단기의 신뢰도 향

상과 더불어 비용절감이라는 큰 경쟁력을 갖는다.

KERI 연구진이 직류송전과 신재생에너지의 전력수송에

최대 걸림돌이었던 직류차단기의 문제를 해결하게 됨으로써

직류계통으로 연계가 용이한 신재생 에너지의 활용성을 한

층 제고할 수 있게 됐다. 개발된 직류차단기는 향후 추가 개

발을 통해 그리드화된 직류 송전계통의 실현에 필수적 전력

기기로 활용돼 차세대 전력망으로 기대되는 하이브리드 전

력망의 구현을 앞당길 수 있게 될 것으로 기대된다.

5월

의 화

제

한국전기연구원, HVDC용 고속 직류 차단기 개발1,000분의 2초 이내 발전소 전력조류 차단

KERI가 개발한 고속 직류차단기(DC Circuit Breakers)

52

한국전기연구원 전력기기연구센터 이우영 책임연구원팀은 최근 배전급 전압의 고속 직류차단기(정격전압 33kV, 정격

전류 1kA, 차단전류 8kA, 차단시간 < 2ms)로서, 고압직류송전(HVDC) 전력망 발전의 핵심기술이다. 고속 직류차단기

개발로 다가올 직류 시대를 맞아 신뢰성 높은 전력 공급을 조기에 실현하는데 기여할 것으로 기대된다.

글/편집 유승목 기자

교류(AC) vs 직류(DC)의 백년 전쟁

● 교류(AC)와 직류(DC)의 백년 전쟁

전기가 도입된 이래 우리가 쓰는 건 1초에 60번씩 전기의

(+)와 (-) 극성이 바뀌는 교류다. 100여 년 전 에디슨과 테슬

라의 전기 표준에 관한 논쟁에서 에디슨이 패배한 뒤 니콜라

의 교류 송전이 한 세기 넘게 세계적인 추세로 굳어져 왔다.

1880년대 후반, 미국에서는 니콜라 테슬라(Nikola Tesla)

와 토머스 에디슨(Thomas Alva Edison) 사이에 교류(AC;

Alternating Current)와 직류(DC; Direct Current) 중 어떤

것을 표준 전기 시스템으로 채용할지에 대한 치열한주도권

싸움, 이른바 전류전쟁(War of Currents)이 벌어졌다. 에디

슨은 120V의 직류 방식으로 전기를 생산해 전압을 높이기가

어려운 반면 테슬라의 교류 방식은 직류방식에 비해 전압을

높이기가 쉬웠다.

1893년 시카고 만국박람회장을 밝힐 25만개의 전구를 감

당할 기술로 결국 교류전기가 첫 승리를 거둔 이후, 1896년

나이아가라 발전소에서 생산된 전기를 42km 떨어진 도시

버팔로로 수송하는 경쟁에서도 다시 교류의 승리로 귀결되

면서 이후 100여년간 교류의 전성시대가 활짝 열리게 된다.

●직류의 새로운 부상과 직류 송전의 특장점

120여 년 후, 교류에 밀려 한동안 주목받지 못했던 직류가

다시 부상하게 된다. 신재생에너지원과 분산전원, 전기에너

지 저장장치 등의 DC 전원(電源)의 증가, 그리고 정보화 사

회의 급속한 발전에 따라 직류전원을 소비하는 정보통신 관

련 DC 부하의 증가가 또 다른 하나다.

교류는 변압기라는 설비를 이용해 손쉽게 전압을 바꾸어

먼 거리로 보낼 수 있지만 전력 전송 손실이 크고 지하 매설

에 따른 거리 제한이라는 단점이 있다. 반면 항상 일정한 전

압과 극성을 가지는 직류 송전은 전력손실이 적고, 지하 또

는 해저 매설에 따른 거리의 제한이 없다. 또 사고가 났을 경

우 손쉽게 전력망을 분리해 운영할 수 있어 피해를 최소화할

수 있다. 그러나 직류는 전압을 바꾸기 위한 특수한 반도체

로 구성되는 전력 변환 설비가 필요해 송전설비 비용이 고가

라는 단점이 있다. 하지만, 최근 눈부시게 발달하고 있는 반

도체와 정보통신 및 전력기술은 에디슨이 주장했던 직류 송

전을 100여 년 만에 기술적으로, 경제적으로 다시 가능하고

있다.

◀ 토마스 에디슨(DC)과 그의 제자 니콜라 테슬라(AC)

2015년 5월호 53

왜 HVDC 기술인가?

● HVDC 기술(High Votage Direct Current) 이란?

HVDC 기술은 기존의 고전압 교류전력(HVAC) 전송방식

에서 고전압 직류전력(HVDC) 전송방식으로 변경(발전소의

발전기에서 만들어진 교류전압을 직류전압으로 변환시켜 송

전)함으로써, 전력운용의 안전성 및 효율성을 확보해 국가적

대정전 사태 사전 방지와 전력시장의 수급 안정화를 위한 핵

심기술을 말한다.

● HVDC의 특장점

HVDC 송전방식은 고압교류 송전방식보다 초기 투자비는

크지만 40km 이상되는 해저 지중 케이블이 적용되는 경우와

400km 이상되는 장거리 송전의 경우 경제성이 있다. HVDC

방식은 교류송전에 따른 손실을 줄여 송전효율 향상, 계통분

할 효과에 의한 사고 파급 예방 및 단락전류 억제 효과로 계

통의 신뢰도를 향상시킬 수 있다. 특히 HVDC 송전은 전압

및 전류가 일정하므로 이론적으로 전자기파 유도가 발생되지

않아 전자기파 간섭(EMI, electro magnetic interference) 문

제가 있는 대도심 용량증설 용도로도 적합하다.

우리나라는 전력설비밀도(설비밀도=설비규모/면적)도 세

계최고 수준이다. 발전설비 증가와 전력설비 과밀은 변전설

비 차단용량 부족을 발생시킨다. HVDC는 최근 심각성이 대

두되고 있는 송전선 건설 문제의 대안으로도 주목받고 있다.

즉, 송전선 건설과 이로 인한 지역주민의 갈등 문제를 해결

하기 위한 대안으로는 HVAC가 아닌 전자파로부터 자유로

운 HVDC 도입을 통한 고압송전의 지중화만이 유일한 대안

으로 제시되고 있다.

HVDC기술을 활용하면 우리나라의 전력계통을 더욱 안정

적으로 운영할 수 있다. HVDC는 계통안정화 및 대용량 장

거리 송전 등의 요구로 도입이 검토되었으나, 최근 해상풍

력발전 등의 도입에 따라 신재생에너지 연계로 급속히 성장

하고 있다. 우리나라 전력계통의 특징은 발전단지는 대규모

로 해안가에 밀집돼 있는 반면 전력의 50% 정도는 수도권

에서 사용한다. 3면이 바다인 우리나라에서 대규모 풍력 단

지, 태양광 발전 단지를 바다 위에 건설하고 해저 송전선로

를 통해 전력을 보내면, 신재생 에너지 활용도를 높일 수 있

다. 남서해안의 발전단지에 전기를 만들어 수도권에 공급하

는 과정에서 북상조류가 늘어 전력계통을 불안정하게 하지

만 HVDC를 이용해 송전제약을 해결할 경우 경제적 측면에

서 큰 이익을 실현할 수 있다.

또한 중국, 일본, 러시아 등과의 국제 전력망 연계 역시 장거

리 송전 선로를 활용해야 하는데 이를 위해서도 직류 송전은

필수적이다. 또 북한에 전력을 공급하는 데 있어, 북한 측의

전기사고나 열악한 설비에 의한 전기적 악영향이 우리에게 파

급되는 것을 고려할 때도 직류 송전은 최적의 송전 기술이다.

직류 기술이 가져다 줄 새로운 변화들

우리가 사용하는 전기는 1초에 60번 극성(極性)이 바뀌는

교류다. 교류는 변압기로 승압과 강압 등 변환이 용이하기

때문에 오랫동안 사용돼 왔다. 그러나 교류는 전력을 안정화

시키기가 더 복잡하고, 전력 전송 손실이 크고 지하 매설에

따른 거리 제한의 단점이 있다. 일상생활에서 이용되는 컴퓨

터 및 일반 가전에서부터 산업용 인버터와 향후 대량 보급될

전기자동차에 이르기까지 모두 직류를 이용할 때, 더 효율적

이고 안정화시키기 쉽다. 요즈음 화두가 되고 있는 태양광,

풍력, 연료전지 등 다양한 신재생에너지원에도 직류가 더 적

직류송전 개념도

5월

의 화

제

54

합하고 효율적이다.

따라서 현재의 전력시스템을 교류 중심에서 직류 중심으로

바꾸고자 하는 노력이 송전, 배전, 그리고 각 건물과 가정 내

부 시스템에까지 확대되고 있다. 이러한 노력들은 현재와 미

래 사회에 많은 변화와 새로운 발전 모델을 제시할 것으로

예상된다.

지금까지 사용하던 교류가 직류로 바뀌면 다음과 같은 이

점들을 제공한다.

첫째, 전기 이용이 더욱 편리해진다. 전기차, LED 조명,

일상생활의 가전제품들을 불필요한 변환과정을 거치지 않고

전력망으로부터 직류를 직접 이용해 사용하는 날이 멀지 않

은 미래에 현실화될 것이다.

둘째, 전기를 전송하는 과정에서 발생하는 손실이 줄어들

고 현재의 전력망에서 유발될 수 있는 대규모 순환정전의 위

험성도 크게 낮아진다. 발전소에서 생산된 전력은 각 가정과

건물, 그리고 공장단위까지 직류로 전달될 것이며, ‘전기먹는

하마’로 알려진 인터넷 서비스용 데이터센터(IDC)의 전력체

계는 직류에 맞게 고쳐져 효율이 한층 높아질 것이다. 스마트

그리드의 확산과 함께 직류를 사용하는 건물단지와 도서지역

도 생겨날 것이다. 직류를 가정과 건물에 공급하기 위한 전기

부품과 전력기기 시장도 새롭게 창출될 것으로 예상된다.

셋째, 송전탑 갈등과 같은 사회적 문제가 줄어들 것으로 기

대된다. 직류는 교류에 비해 고조파와 전자파로 인한 문제가

적기 때문에 유해성없는 질 좋은 전기 공급을 위한 해답을

제시한다. 직류를 발전소부터 가정과 건물까지 가져오기 위

한 방법에서 새로운 기술 시장도 형성될 것으로 보인다.

물론, 교류시스템을 당장 직류로 변화시키는 것만이 만능

은 아니다. 이미 구축된 많은 전력 간접시설을 교체하기 위

한 비용과 시간이 필요하다. 그러나 여러 가지 특장점을 가

진 직류가 대세라는 점은 변함이 없으며, 많은 세계 유수의

연구자와 기업들이 직류 기술 개발에 몰두하고 있다. 직류

기술의 흐름에서 뒤처지지 않고 성공적인 기술개발의 성공

적인 결실을 위해서는 국제 표준화에 적극적인 참여와 정부

의 개발의지 그리고 산학연 연구협력이 보다 활성화 되어야

할 것이다. 현재 정부도 창조경제 산업엔진 프로젝트로 직류

송전기술을 적극 추진하고 있다.

직류송전은 초고압 케이블, 반도체 및 고도의 통신 기술 외

에 많은 부품들이 집약된 기술로서 원거리 송전, 국가간 전

력연계 및 대규모 신재생 에너지의 활용에 필수적이다. 교류

를 대신해서 전세계적으로 보급되기 시작하는 직류송전기술

은 전력산업의 새로운 시장을 열고 국가 성장 먹거리로 거듭

날 것으로 보인다.

제주와 해남을 연결하는 HVDC 송전 프로젝트

2015년 5월호 55

직류

배전

56

직류배전의 국내외 현황과 국제표준화 동향

직류배전의 표준화 배경

최근 클라우드컴퓨팅 등의 등장에

따라 통신이나 데이터센터의 수요는

점점 커지고 있고, 데이터센터에서

는 ICT장치가 점점 많아지면서 전기

소비는 늘어나고 있는 추세다. 지속

가능한 저탄소사회를 실현하기 위한

ICT장치와 설비의 녹색화와 에너지

절약에 대한 국제적인 관심도 크게

높아지고 있다.

이를 위한 핵심기술로서 직류전력을

직접 서버에 공급하는 직류급전이 주

목받고 있으며, 그 실용화가 빠르게 진

전되고 있다. 이러한 상황에서 ITU-

T(International Telecommunication

Union-Telecommunicat ion

Standardization Sector), IEC(Internaitonal

Electrotechnical Commission) 등 국제표

준화단체에서는 실용화에 필요한 장치

규격, 시스템 구성, 안전성, 부품이나

재료 등의 표준화를 추진하고 있다.

직류배전의 이점

그림 1은 데이터센터의 교류와 직류

급전시스템을 비교하여 나타낸 것이

다. 이러한 ICT 장치(서버 등)의 내부

(CPU나 메모리 등)는 5V, 3.3 V 등의

직류로 동작하며, 정전대책의 백업용

배터리도 직류로 동작한다. 교류전원

의 경우 이들 장치를 접속하기 위해서

는 교류와 직류 전력변환을 일반적으

로 4회 실시하기 때문에 변환손실이 발

최근 기후변화 대책으로 신재생에너지원과 분산전원시스템, 에너지저장장치 등의 직류전원과 데이터센터, 통신빌딩비의 고효율

급전방식으로 직류배전이 부상하면서 향후 실용화와 보급이 세계적으로 기대되고 있다. 직류는 리액턴스 성분이 없어 무효전력

으로 인한 손실이 없고, 주파수가 ‘0’이므로 표피효과가 없다. 더욱이 전압이 일정해서 교류와 동일 전압 대비 절연을 낮출 수 있

다는 경제적 이점도 있다. 여기서는 직류배전의 특징과 국내외 현황, 그리고 2012년 5월에 ITU-T 권고로서 승인된 L.1200(전기통

신 및 ICT장치의 입력단에서 400V까지의 직류급전 인터페이스)의 개요를 중심으로 관련된 국제표준화 동향에 대해 알아본다.

글·정리 | 박 한 돌 기자

2015년 5월호 57

생한다. 이에 비해 직류 급전의 경우에

는 교류전원을 직류로 변환하여 직접

배터리에 접속할 수 있다. 따라서 장치

내부의 DC/DC 변환을 포함하여 일반

적으로 2회 변환하므로 직류배전은 교

류배전과 비교하여 전력변환회수가 적

어서 원리적으로 효율이 개선된다

ITU-T 권고 L.1200에서는 직류전

압 380V로 급전하는 것을 상정하고

있다. 그 이유는 국제적으로 서버전

원(PSU : Power Supply Unit)의 내

부 버스전압으로 종전부터 380V를

사용하고 있어 기존 장치와의 연결성

이 좋기 때문이다. 또 고전압화하면

종전부터 통신용 전원에 사용되고 있

는 직류 -48V 급전계와 비교할 때

전류량을 약 1/8로 억제할 수 있기 때

문에 배선손실, 발열을 줄일 수 있다.

이러한 특징은 전원장치의 고효율화,

소형화와 함께 배선 케이블의 두께도

줄일 수 있다는 이점이 있어 배선, 시

공비용 저감은 물론 설치 자유도 도

좋아진다.

이 급전 방식이 국제적으로 주목받는

[그림 1] 데이터센터·통신빌딩의 교류급전과 직류급전의 비교

[표 1] 수용가 직류배전과 교류배전의 특성 비교 요약

항목 고전압직류배전 교류배전

전력변환 단수 2 4

보호기기 아크소호에 불리 아크소호에 유리

전기품질 전력변환 단수가 적어EMC에 유리 전력변환 단수가 많아 EMC에 불리

예비전원 배터리 직접연결설치 유리 UPS 통한 상시 비상전원 필요

LED, 형광등 조명 1단계 전력변환 또는 변환 불필요 2단계 전력변환 필요

전자기파 영향 유도장해 없음 유도장해 있음

전동기 비용 고가 저가

58

직류

배전

또 다른 이유는 직류급전 시스템의 높

은 신뢰성 때문이다. 교류의 경우는 전

원 전환 시 주파수 동기화 등 여러 메

커니즘을 필요로 하기 때문에 아무래

도 고장의 위험이 있지만, 직류급전은

배터리를 급전선에 직접 접속할 수 있

기 때문에 고장의 가능성이 낮고, 교류

급전에 비해 10 배 이상의 신뢰도를 얻

을 수 있는 것으로 알려져 있다.

또한, 직류급전을 나타내는 “HVDC”

라는 말은 통신 기기의 급전으로서 종

전부터 사용되고 있는 직류 -48 V 급전

에 비해 전압이 약 8 배가 높기 때문에

통신 설비 분야에서 사용되기 시작했다

. 그러나 전력 계통에서 100 kV 이상의

직류 송전 기술 분야도 HVDC라고 부르

기 때문에 ITU-T에서는 혼동을 회피하

기 위해 HVDC라고 기재하지 않고 「400

V까지의 직류 급전 시스템」(Up to 400

VDC power feeding system)이라는 명

칭을 사용하고 있다.

직류배전의 과제

태양광발전, 연료전지 등 신재생에

너지원의 직류전원과 에너지저장장치,

ICT 장치, 분산전원으로서의 마이크로

그리드 등 직류전원과 부하가 점점 많

아지면서 직류배전 및 급전시스템에

대한 관심도 크게 높아지고 있으며, 전

세계적으로 연구개발과 상용화가 활발

하게 추진되고 있으며, 주로 IDC 직류

급전을 위한 효율성 제고, HVDC 빌딩,

DC 배전계통연계에 따른 외란 및 보호

협조 등에 관한 연구 및 상용화 과정이

진행 중에 있다. 그러나 상용화를 촉진

하기 위해서는 다음과 같은 문제 해소

가 절실하다.

첫째, 직류배전전압표준 등 관련 규

격 제정이 시급하다. 직류표준이 없기

때문에 제품개발 후에도 타당성에 대

한 인증을 받기 어렵다. 뿐만 아니라

표준기준전압, 플러그, 콘센트 등의 표

준이 전혀 없어 상용화가 이루어지지

않고 있다. IEC에서도 직류시스템 표

준화를 추진 중에 있지만 아직 규격제

정까지는 시간이 걸릴 것으로 보인다.

둘째, 직류부하로 사용할 수 있는 제

품이 많지 않다. 현재 DC 배전효율 검

증을 위해 기존AC 부하의 컨버터 부

분만 교체하여 DC 배전시험용으로 활

용하고 있다. 다양한 DC 부하의 개발

이 필요하나 시장 수요가 없고 DC 배

전기반이 마련되어있지 않아 활성화에

어려움이 있다.

셋째, 직류기술에 문제가 되는 아크

소호 문제이다. 일반적으로 사용하는

스위치를 off 하면 발생하는 서지전

압으로 인해 아크가 발생할 수 있다.

직류배전에서는 아크가 한번 발생하

면 소호시간이 매우 길다. 이때 국부

적으로 높은 열이 발생하는데 이로

인해 전극의 파손은 물론 화재의 위

험이 있다.

도통 시에도 순간적인 돌입전류의 크

기가 교류에 비해 매우 크다. 돌입전류

방지대책은 부하기기에서 이루어져야

하는데 아직 직류제품 (LED, PC, TV

등)에 대한 돌입전류 제한 규정이 없

다. 직류아크를 소호하는 효율적인 방

안과 억제를 위한 추가적인 기술대안,

그리고 전류제한에 대한 제도적 대책

마련이 시급하다.

직류배전의 국내외 현황

1. 미국

전력변환 최소화를 통한 에너지효율

성 증가 연구를 목표로 미국의 로렌스

버클리연구소(LBNL)에서는 IDC 380V

DC 배전시스템을 통해 10~15% 수준

의 효율향상을 확인하였다. 직류빌딩

표준선점을 목표로 Emerge Alliance

에서 2009년 10월에 상업용 건물에 대

한 플랫폼으로 24V DC표준을 발표하였

다. 또, CPES에서는 300V와 48V DC

전원으로 구성된 Test-Bed를 구축하여

효율을 검증하고 있다. Nextekpower

는 ‘Hi-efficiency DC Lighting’,

‘Air Handidng’, ‘Server Farms &

datacenters’, ‘Emergency prepared

Community centers’ 등 4가지 솔루션

으로 DC 급전서비스에 대한 상용화를

진행하고 있다.

2. EU

신재생에너지의 적극 도입과 국가 간

전력거래 활성화를 위하여 EU정부 차원

에서 기술개발 및 적용을 추진 중이다.

직류배전망과 관련된 연구는 EU국

가 중 핀란드에서 가장 활발하게 진

행되고 있다. 핀란드 Lappeenranta

대학에서 교류 방식과 다양한 직류

배전방식의 특성과 효과를 비교 평가

한 결과, 전압품질 향상과 송전용량

증대, 선로손실 저감이 가능하고, 특

고압 분기선로를 대체함으로써 건설

비용 저감도 가능한 것으로 평가하였

다. 핀란드 국립연구소인 VTT에서는

‘Distribution Network 2030’에서

향후 배전망 구축에서 고전압직류 도

입의 필요성을 제시하였다.

이탈리아 CESI에서는 2006년에 DC

배전계통의 연구를 시작하여, 고장으로

인한 외란이 발생할 때와 정상상태에서

의 특성을 분석하였으며, 이후 400V의

HVDC 마이크로그리드를 제안하고 DC

2015년 5월호 59

망의 제어전략과 최적화

방법을 연구하고 있다.

3. 일본

일본에서는 전력주

파수가 상이한 관동

(50Hz)-관서(60Hz) 간

의 계통연계 및 홋카이

도, 시코쿠 등 주요지역

간 전력 전송을 위하여

HVDC 기술개발을 추진

하고 있다. NEDO의 지

원으로 NTT에서는 센다

이프로젝트를 통한 마이

크로그리드 실증사업에

서 신재생원의 직류연계를 실증하였

으며, 직류 IDC 사업 이후 현재는 스

마트 커뮤니티를 위한 직류배전 실증

사업을 추진 중에 있다.

4. 한국

한국에서는 제2차 국가에너지 기본

계획에서 2035년까지 에너지 수요의

13%, 전력수요의 15%를 절감하겠다

는 정책목표를 수립하였다. 지속가능

한 발전 등의 정책목표를 달성하기 위

해 발전소 건설을 최소화하고 적극적

인 수요관리목표를 설정하고 있다.

발전소 건설의 최소화와 전력수요 절

감이라는 목표를 이루기 위해서는 신재

생에너지원의 발전설비의 활용과 직류

배전이 유력하다. 또한 직류부하인 디

지털부하가 향후 크게 확산되어 2020

년도에는 전체 부하의 50%에 이를 것

이라는 전망도 있어 수용가 옥내배전시

스템을 디지털 부하와 직접 연계할 수

있는 직류배전시스템 도입으로 고품질,

고신뢰성의 전력공급과 전력손실의 절

감을 달성할 수 있을 것이다.

표준화 단체의 표준화 작업 동향

400V를 상한으로 한 직류배전의 국

제표준에 대해서는 주로 ITU-T,

IEC 외에도 ETSI (European Teleco-

mmunications Standards Institute)에

서 논의되고 있다. 이들 3개 단체는 서

로 협력관계(표준화 단체 간에 상호 정

보교환을 하여 협조를 유지)를 유지하면

서 작업을 진행하고 있다.

ITU-T에서는 이미 2009년부터 데

이터센터 및 통신빌딩을 대상으로

한 고전압 직류배전의 규격제정 작

업을 진행하고 있고, 2012년 5월에

SG(Study Group) 5에서 「전기통신 및

ICT장치 입력단에서 400V까지의 직류급

전 인터페이스」 (L.1200: Direct Current

powr feeding interface up to 400V at

the input to telecommunication and

ICT equipment) 권고가 승인되었

다. ETSI에서도 같은 해에 같은 규

격이 유럽 표준규격 [EN300-132-

3-1 Power supply interface at the

input to telecommunications and

datacom (ICT) equipment]으로 발

행되었다.

또 IEC에서도 적극적으로 규격작

업이 진행되고 있다. SMB(Stand-

ardization Management Board)/SG4

(저전압직류배전 시스템)에서는 1500V

이하의 직류배전에 필요한 과제 및 표

준화 항목에 대해 통신빌딩이나 데이

터센터 이외에도 일반건물이나 주택,

태양광발전, 전기자동차용 배터리를

포함한 배터리 등 폭넓은 응용도 고려

하여 직류배전에 관한 기술적 과제의

검토나 체계적인 표준화의 방식에 대

해 논의하고 있으며 현재 해당분야 로

드맵을 만들고 있다. TC(Technical

Committee) 23/WG (Working

Group) 8에서는 직류 400V용의 급전

용 커텍터 (2.6kW 및 5.2kW 정격)에

관한 초안의 심의, TC64는 건물내 전

기시설에 관한 시공보수 및 안전보호,

SC23E (Sub-Committee)에서는 직류

차단기에 관한 새로운 표준화 토의 등

이 진행되고 있다.

[그림 2] ITU-T SG5 WP3의 구성

60

직류

배전

그 위의 표준화단체로는 같은 빌딛내

배전 직류화(조명 등)를 추진하는 북미

의 업계단체인 Emerge Alliance에서

도 규격제정 작업이 꾸준히 진행되고

있다. 또 데이터센터의 사용자원효율

화를 목적으로 하는 북비의 업계단체

인 The Green Grid에서는 고전압 직

류급전에 관한 백서를 2010년에 발행

하였다.

ITU-T SG5에서의 표준화 작업 동향

ITU-T SG5 중 환경과 기후변화를

테마로 하는 「ICT와 기후변화」 워킹파

티(WP3/5: Working Party3 / Study

Group 5)에서는 ICT를 활용하여 환경

영향 및 그에 관한 권고에 대해 검토

하고 있다(그림 2). 2012년 12월 현재

WP3/5는 6개 과제로 구성되어 있으며,

그 중 Q19/5에서는 직류급전에 관해 다

음 3가지, ①직류급전 대응의 ICT장치

전원규격, ②급전 시스템 구성, ③급전

성능평가 방법 등에 관한 토의가 진행

되고 있다.

L.1200의 개요

ITU-T 권고 L.1200은 고전압 직류

급전 대응 ICT장치전원에 관한 기본

적인 규격 권고이다. 이 권고의 적응

분야는 주로 통신빌딩, 데이터센터를

대상으로 하고 있으며 통신 서비스

신뢰성을 실현화기 위해 필요한 최소

항목 및 규격값이 기재되어 있다. 그

림 3은 L.1200이 대상으로 하는 급전

시스템의 개요이다. 기본 구성은 통

신빌딩에서 세계적으로 사용되고 있

는 직류 -48V 급전시스템이 기본으

로 되어 있다. ICT장치용 전원의 입

력단에서 인터페이스 조건(전원규격

을 나타내기 위해 급전시스템과 ICT

장치의 접속점을 「인터페이스 P」로 정

의하여 각종 전기적인 규격을 기재하

고 있다.

(1) ICT 장치의 동작전압 범위

전원규격을 결정한 다음으로 중

요한 항목은 장치의 동작전압 범

위이다. 여기서는 직류급전의 가

장 큰 장점인 배터리에서 직접 급전

하는 구성을 염두에 둔 전압범위가

설정되어 있으며, 표준전압범위는

260~400V로 하고 있다. 새로 설치

하는 고전압 직류급전에 대응하는

ICT장치는 이 전압범위 내에서 안정

된 동작을 유지하고, 정지, 고장, 오

동작이 없을 것을 요구하고 있다. 이

와 같은 정전 시 배터리 연계 운용을

[그림 3] L.1200에서 대상으로 하는 시스템 개요

[그림 4] 전압변동의 전반

2015년 5월호 61

염두에 둔 전압범위 설정에 대해서

는 유럽에서도 많은 통신사업자들이

찬성하고 있다.

전압 범위의 표준화에 관한 토의는

처음에는 유럽과 일본, 한국, 중국 등

3개 그룹에서 주장이 서로 달랐기 때문

에 결론이 나지 않았다. 그러나 ETSI

표준규격 (EN300-132-3-1)에서는

2011년에 전압범위가 합의되었으며,

2012년에 규격화되었다. 또한 유럽, 북

미를 중심으로 실증검증이나 제품개발

이 활발하게 진행됨으로써 유럽과 일

본이 제안한 전압범위가 ITU-T권고

L.1200에 채택되었다.

(2) 과도전압변동에 대한 대응

통신기기용 전원장치에서 반드시 검

토되어야 하는 항목으로 과도전압변

동이 있다. 이것은 그림 4에 나타낸

바와 같이 급전시스템 내에서의 퓨즈

용단, 차단기의 차단 시 등의 경우에

발생하는 과도한 전압변동이 발생할

때에도 ICT장치가 정상동작을 계속

하여야 한다. 시험방법은 IEC61000-

4 시리즈를 참조하면 되며, 시험장치

는 기존의 시판제품으로 대응할 수

있다. 시스템 조건에 따른 시험전압

(UT=380V 또는 300V)을 기준으로,

규정된 전압변동, 전압강하 등의 시험

을 진행한다.

(3) 접지·절연에 대해

본 규정은 ICT 장치를 이용하는 엔

지니어뿐만 아니라, 시설 관리자의 안

전성도 고려하여 고저항을 이용한 접

지 방식을 채택하고 있다. 이 접지 방

식의 개요를 그림 5에 나타낸다. 지락

이나 누전 시에는 고저항을 통해 전류

가 억제되기 때문에 만약 인체가 접촉

되더라도 안전에 지장이 없을 만큼 미

약한 전류만이 흐르는 구조로 되어있

다. 또 ICT장치 전원은 그림 6과 같이

반드시 절연 컨버터를 이용하여야 하

며, 1차측과 2차측을 분리하여 감전의

위험에서 확실하게 보호될 수 있게 구

성하도록 되어 있다.

향후 전망

고전압 직류배전기술은 원리적으로

전력변환에 의한 손실이 적기 때문에

ICT장치와 설비의 소비전력을 저감하

는 매우 유망한 기술이다. 또 태양광발

전이나 전기자동차, 연료전지 등 직류

출력의 전원과의 연결성이 좋기 때문

에 향후 응용범위가 매우 높을 것으로

기대된다.

[그림 5] 직류급전의 접지구성과 지락 시의 전류

[그림 6] ICT장치 내 전원 유닛의 절연조건

62

스마

트시

티

스마트시티 실현 EMS 보급에 달렸다

스마트시티는 도시인구가 급격하게

증가함에 따른 교통 혼잡이나 에너지

부족, 환경오염 등의 문제를 예방하고

도시 기능을 최적화하기 위한 대안으

로 제시됐다. 주요 적용분야로는 운송,

에너지, 건강, 물, 폐기물 등이 포함된

다. 이미 전 세계에서 상당수의 스마트

시티가 건설되고 있거나 계획되고 있

다. 국내에서는 송도가 대표적인 스마

트시티로 개발되고 있다.

스마트시티의 특징은 환경친화적이라

는 것이다. 주요 운송 수단은 배기가스

를 배출하지 않는 전기차(EV)다. 당연

히 스마트그리드(지능형 전력망)가 기본

적으로 구축된다. 스마트그리드는 기존

의 전력망에 정보통신기술(ICT)을 접목

해 전력 공급자와 소비자가 서로 실시간

으로 정보를 교환, 에너지 효율을 최적

화하는 차세대 지능형 전력망을 말한다.

지금의 전력 시스템은 수요에 따라

전력회사 등의 공급자가 전기를 발전,

송전하는 구조다. 수요가 공급을 상회

하면, 곧바로 정전이 되어 사회에 큰

파장을 피할 수 없다. 2011년에서 2012

년 원전 가동 중단과 폭염으로 전력 대

란을 경험한 바 있다. 이처럼 전력 수

요와 공급의 불균형이 발생하면 전력

공급의 불안정과 전력의 질에 악영향

을 주게 된다.

현재 전력 공급자는 상세한 절전량을

예측하지 못하고, 수요측은 절전의 경

제적 이점이 작다는 문제가 있다. 수

요반응(Demand Response, DR)은 공

급·수요 모두에서 정보를 교환하면서

행동하는 구조다. 이를 통해, 공급자의

절전 요청에 따라 수요자가 절전 여부

와 함께 얼마나 절약할 수 있는지를 판

단해 그 정보를 공급자에게 피드백함

으로써 수요량을 사전에 파악할 수 있

고 무리 없는 계획적인 대책이 가능해

진다.

DR 실현의 열쇠

DR 실현에 있어선 스마트미터(차세

대 전력계)와 에너지관리시스템(EMS)

이 중요한 역할을 한다. 스마트미터는

통신 기능이 있는 전력계로 전력회사와

실시간으로 정보를 주고받는다. EMS

는 가전제품과 조명 설비, 전기자, 태양

광발전시스템 등 ICT로 연결돼 자동 제

어하는것으로, 이른바 에너지 관리에

중추적인 역할을 한다. 가정용 EMS는

HEMS(가정용 에너지관리시스템), 사

무실은 BEMS(빌딩에너지관리시스템),

공동주택용은 MEMS(아파트에너지관

스마트시티 프로젝트의 전력적 목표

미래의 도시는 어떤 모습일까? 미래 도시 중 하나로 평가되는 ‘스마트시티’. 일반적으로 도시 인프라의 계획, 설계, 구축, 운영에

ICT를 적용한 도시를 의미한다. 스마트시티(친환경 도시)의 실현을 위한 EMS 보급의 과제에 대해 정리한다.

정 리 | 편집부

2015년 5월호 63

리시스템)로 각각 불린다.

예를 들어, 집에서 EV를 충전하는 동

안 가전제품을 사용해 계약 전력을 초

과할 때, EV의 충전을 일단 중단하

고 야간에 충전하는 것을 HEMS가 담

당한다. 또한 태양광 패널에서 EV 축

전지에 충전한 전기는 HEMS를 통해

가정 내 가전에 사용할 수 있다. 향후

HEMS 및 BEMS, MEMS가 연결돼 확

산된다면, 결국 스마트시티가 완성되

는 것이다.

DR을 이용한 에너지절약의 촉진에는

두 가지가 있다. 하나는 시간대별 요금

제다. 전력 요금을 시간별로 차이를 두

어 전력 사용이 집중되는 낮에는 높고,

소비가 적은 야간에는 저렴하게 책정

하는 것이다. 다른 하나는 여러 건물을

관리하는 사업자를 활용한 방법이다.

수집기는 오피스빌딩이나 아파트 공동

구역의 조명의 소등 등 절전할 수 있는

전력량을 미리 확보해 둔다. 다음날 전

력 부족이 예상될 때, 전력회사는 수집

기에 절전 요청을 발신한다. 신호를 받

은 수집기는 구체적인 절전량을 전력

회사에 회신해 당일 절전을 실시한다.

약속대로 절전할 수 있다면, 전력회사

로부터 대가를 지불받는 구조다.

이와 같이 절전을 통해 확보한 전

력을 발전했다고 간주하고 전력회사

가 사는 사업을 외국에서는 ‘네가와트

(Negawatt) 비즈니스’라고 부른다. 이

용어는 전력 단위인 ‘메가와트’와 ‘네거

티브’를 합친 신조어로 새로 전기를 생

산하지 않고 절약한다는 이유에서 붙

여진 이름이다.

국내에서도 지난 11월 25일부터 공

장·빌딩·목욕탕 등의 시설에서 전기

를 절약한 만큼 한국전력이 정산금을

지급해주는 제도가 도입됐다. 미국·

영국·독일 등 선진국에서는 발전소

없는 전기 생산이 보편화되고 있다. 전

기 수용자 입장에서는 전기요금도 아

끼고 별도 수익도 챙기는, 꿩 먹고 알

먹는 셈이다.

산업통상자원부가 내놓은 사업 모델

을 재구성해 보면 이렇다. 먼저 개별

전기 사용자는 1년에 얼마만큼의 전기

를 아끼겠다고 민간 수요 사업자와 계

약을 한다. 민간 사업자는 사업 참여자

에게 실시간 스마트미터·EMS 등 기

기를 설치해주고 에너지 컨설팅 서비

스를 제공한다.

민간 사업자는 이렇게 모은 절전 목표

치를 바탕으로 전력거래소와 절감계약

을 맺는다. 한전은 절감한 전기료에 대

해 kWh당 150~200원 정도를 정산해

주고, 민간 사업자는 한전으로부터 정

산 받은 돈을 사용자들과 나눠 갖는다.

정부는 ‘네가와트 비즈니스’가 계획대

로 진행될 경우 2017년이면 액화천연

가스(LNG) 발전기 4기의 발전 용량인

약 190만KW의 전력을 절약할 수 있을

것으로 예상했다.

보다 관리 가능하고 혁신적인 도시는 도시화의 문제를 고려할 필요가 있다.

스마트시티 - 기술의 결합. 스마트시티 개념은 현재의 독립 기술을 조합한 솔루션의 집합으로 구성된다.

UCC

클라우드 컴퓨팅

사물인터넷(IoT)

보고

전자정부

전자카드

IT 보안

무선 센서 네트워킹

광대역 모바일 빌딩 자동화 차세대 기기

비즈니스 인텔리전스 데이터 분석 M2M빅데이터

스마트시티솔루션

주요

정책

Ⅰ

64

정부의 에너지 효율시장 시범사업과 사례

산업통상자원부는 조명, 인버터, 전

동기 등 3개 품목에 대해 올해부터 우

선적으로 에너지 효율 시장 시범사업

을 시행하고, 에너지효율 투자 지원 시

에는 종전과는 달리 실제 성과측정과

경매방식을 도입하는 등 에너지효율설

비 투자지원 방식 변경을 주요 내용으

로 하는 방안을 지난해 12월 17일에 발

표하였다.

지금까지는 에너지효율설비 투자지원

사업 선정 시 품목별로 사전에 정해진

금액을 지원하였으나, 앞으로는 경매방

식을 도입하여 사업자간 경쟁을 유도하

고, 또한 에너지 절감 효과 측정도 기존

에는 이론값 등으로 추정하였으나, 앞

으로는 ICT를 활용한 계량검증을 실시

해 지원에 반영한다는 것이다.

추진배경

에너지효율(Energy Efficiency, EE)

시장의 필요성

우리나라는 현재 수요반응 시장만 개

설되어 있지만, 선진국형 종합 수요자

원 거래시장은 크게 수요반응 시장과

에너지효율 시장의 양 축으로 구성되

어 있다. 수요반응은 피크 부하를 저감

하는 반면, 에너지효율은 모든 시간에

저감 가능한 잠재수요를 제거한다. 따

라서 에너지효율 시장은 장기적인 수

요저감과 신기술 확산을 위해 도입이

필요하며, 수요반응 시장의 한계를 보

완하는 역할도 한다.

현재 에너지효율정책은 전력산업기

반기금과 한전의 보조금에 전적으로

의존하고 있어 장기적으로 시장 확대

에 한계가 있다. 따라서 DR 시장 개설

과 수요관리 분야 신산업 창출을 활용

하여 장기적으로 민간이 자발적으로

투자하고 시장에서 보상토록 한다는

것이다.

미국은 수요관리 잠재량 중 효율자원

의 비중이 10% 정도이지만 한국은 산

업용 수요가 높고, 부하지속곡선이 완

만하여 전체 수요관리 잠재량 중 효율

자원의 비중이 30% 이상으로 그 비중

이 높다.

[표 1] 에너지효율 투자 지원 시 기존과 바뀌는 점

기존 개선(시범사업)

사업선정 평가위원회경매로 결정

지원금액 사전에 결정된 금액

성과측정 이론값으로 추정 계량검증 도입

지원방법 설치시 일괄 지급기본금은 설치시 지급하고,

성과금은 계량검증 이후 지급

[표 2] 수요반응과 에너지효율의 비교

[표 3] 에너지효율시장의 투자 가능성

구분 발전 측면(supply) 수요 측면(demand)

kW 설비용량 수요반응(DR)

kWh 발전량 에너지효율(EE)

고비용으로 자발적 투자 불가

효율시장 존재시 투자 가능

자발적 투자

↑비용

↑

기술적 한계

효율시장 존재시 투자 가능

現 요금 수준에서 EE 투자의 한계

2015년 5월호 65

효율시장운영 사례:

미국 최대 전력시장 PJM 모델

PJM 사는 美 동부 13개주 포함, 6.1

천만명에 전력을 공급하고 183GW의

발전용량을 보유하고 있는 세계 최대

규모 전력시장으로 시장지향의 시장을

운영하고 있다(KPX와 유사 기능).

PJM 시장의 특성은 부하지속곡선

이 급격(sharp)하고 산업용 수요가

30% 이하로 EE보다 DR 여건이 우

수한 것이 특징으로 수요관리 잠재량

은 총 수요의 20% 수준으로 평가하

고 있다.

이에 비해 한국 시장은 부하지속곡선

이 완만하고 산업용 수요가 50% 이상

으로 PJM보다 EE 여건이 우수한 것

으로 평가되고 있다. 한국과 유사하게

산업용 수요가 40% 이상인 독일도 EE

시장 도입을 검토 중이다.

(보조금 역할) PJM은 ‘에너지공급자

효율향상 의무화 제도(EERS)’ 시행으

로 전력회사가 EE 투자에 대해 보조금

을 지급하는 보조금(리베이트) 프로그

램을 운영하고 있다. 즉, EE자원은 보

조금으로 최소한의 경제성을 확보하

고 추가적으로 전력시장에도 참여하

여 수익을 창출하는 구조이다. 한국 역

시 EE 투자는 전력기금 보조사업과 한

국전력 투자사업에 의존하여 전개되는

구조로서 EE 투자에 대한 보조금 지급

이 전제조건이며, 시장 참여로 수익이

발생된다.

(시장 설계) PJM은 ’11년 EE 자원을

‘용량시장(capacity market)’에 편입하

여 발전자원과 수요자원이 같은 시장

에서 경쟁토록 조치함으로써 발전자원

과 수요자원이 같은 시장에서 입찰 경

쟁함에 따라서 가격산정이 어려운 DR,

EE와 같은 수요자원의 객관적 가격산

정이 가능해졌다.

PJM 용량시장은 수요전망에 따라 3

년 뒤에 가동될 설비를 미리 입찰하는

3년 선도시장으로 발전자원과 수요자

원이 경매방식으로 참여한다. 확보량

은 수요전망의 115%이며, 낙찰 이후

미 건설시 패널티를 부여하며, 용량제

공연도(거래연도)에 용량정산금을 지

급한다.

- 수요예측과 건설 불확실성에 대

응하여 3번의 추가 경매를 실시한

다.(20, 10, 3개월전)

EE 자원에 대해 시장지향의

시범사업 단계 필요

(EE 용량시장) PJM 용량시장

에 참여하는 EE 자원은 계량검증

(Measurement & Verification, M&V)

을 거쳐야 하며, 이의 신뢰성과 비용저

감이 매우 중요하다. 계량검증 비용은

용량시장에 참여하여 발생한 수익의

7% 수준을 목표로 하고 있다.

3년 선도시장인 만큼 참여할 수 있는

EE 자원은 100kW 이상의 현존하는 표

준을 능가하는 장치, 공정, 시스템 구

현을 대상으로 한다. 낙찰된 EE 자원

은 최대 4년간 용량시장에 참여하여 수

익을 발생하며 동시에 DR 시장에도 참

여가 가능하다.

ICT에 의해 에너지절감 효과

계량검증

지금까지는 에너지절감 효과를 이론

값 등으로 추정하였는데 반해, 앞으로

는 정보통신기술(ICT)을 활용해 설치

한 에너지효율 설비가 목표한 에너지

절감 효과를 내는지를 실제로 측정하

고 확인하는 계량검증(M&V)을 실시해

지원에 반영한다.

이러한 ‘에너지효율 시장 시범사업’

은 2015년에 조명, 인버터, 전동기의 3

개 품목에 대해 우선 도입하고, 사업

을 통한 에너지 감축량은 약 28메가와

트(MW) 이상으로 예상된다. 시범사업

규모는 조명이 35.8억원, 인버터 30억

원, 프리미엄 전동기 35억 원 등이다.

<한국과 미국 PJM 전력시장 비교>

에너지시장(변동비) 용량시장(고정비)

한국 SMP CP

PJM 입찰(1일전, 실시간)경매(3년 선도 용량시장)

→ 발전, 수요 자원 모두 참여

주요

정책

Ⅰ

사업선정 및 지원방식은

경매방식으로 결정

경매방식은, 사전에 에너지관리공단

과 한전이 품목별 기본금과 계량검증

이후 지급하는 성과금에 대한 입찰상

한가를 공고하면서 경매를 시작하며,

참여를 원하는 서비스 사업자는 최소

참여물량 이상의 에너지감축이 가능

한 사업장을 모집해 경매에 참여하면

된다. 사업대상은 기존 설비를 고효율

로 교체 또는 신규 설치하여 여름철(7

〜9월) 피크시간(오후 2〜6시) 동안에

전력피크(kW)를 감축할 수 있는 사업

이여, 최소 참여물량은 조명 30kW 이

상, 인버터/프리미엄 전동기 50kW 이

상이다.

사업자는 모집한 입찰물량과 입찰상

한가 이하의 입찰가를 제시하여 경매

에 참여하며, 낮은 가격을 제시한 사

업자로부터 품목별로 예산이 소진되는

가격까지 사업자를 선정한다.

선정된 사업자는 설치시 기본금을

지급받고, 계량검증을 거쳐 성과금

을 받게 되며, 지급받은 기본금, 성

과금은 사업장과 배분해 수익을 내

게 된다.

에너지효율(EE) 시장 시범사업 참여

예시

1. 조명 분야

A 아파트(2천 세대)는 8,000만원을

투자하여 지하 주차장 조명 2천개를

32W 형광등에서 18W LED 조명으로

교체함으로써 연간 3,000만원의 전기

료 절약과, 계량검증을 전후하여 시범

사업 참여 수익 450만원의 수익 창출

등 합계 3,450만원의 수익을 거두었다.

2. 인버터 분야

B 마트는 7,200만원의 투자로 10

대의 인버터를 설치하여 고객이 체

감하지 못할 정도로 무빙워크 속도

를 조절하는 것으로 연간 2,500만원

의 전기요금 절약과, 계량검증을 전

후하여 시범사업 참여수익 1,200만

원 등 합계 3,700만원의 수익을 창

출하였다.

3. 프리미엄 전동기 분야

C 기업은 3,300만원을 투자하여 기

존의 노후 전동기 4대를 프리미엄 전동

기로 교체함으로써 연간 430만원의 전

기료를 줄이고, 계량검증을 전후하여

시범사업 참여 수익 450만원 등 합계

880만원의 수익을 내었다.

<품목별 에너지효율 시장 시범사업 참여 예시>

(단위 : 만원)

<시범사업 절차>

품목별 예산과 입찰상한가 공고

설비 설치시 기본금 지급

에너지감축 사업장 모집

계량검증(M&V) 실시

경매 실시로 사업자 선정

감축성과에 따라 성과금 지급

→ → →

→→

품목 투자대상 투자액 전기료 절감 (A)시범사업

참여 수익(B)총 수익 (A+B)

조명 2천개(18W) 8,000 3,000 450 3,450

인버터 10대(30kW) 7,200 2,500 1,200 3,700

전동기 4대(75kW) 3,300 430 450 880

* ‘전기료 절감’은 매년 발생, ‘시범사업 참여 수익’은 참여연도 한 해만 발생

* ‘시범사업 참여 수익’은 서비스사업자의 서비스비용 등을 포함

66

2015년 5월호 67

일본의 태양광발전 개발전략 주요

정책

Ⅱ

일본의 NEDO(신에너지 산업기술종합개발기구)는 2014년 말 향후 일본 태양광발전의 새로운 기술개발방침인 ‘태양광발전 개발

전략(NEDO PV Challenges)'을 발표하였다. NEDO는 1980년 설립된 일본의 경제산업성 산하 독립행정법인으로서 태양광 발전

을 조기에 보급하기 위한 기술개발전략으로 태양광발전 로드맵 PV2030, PV2030+를 수립한 바 있다. 그러나 2009년 PV2030+

수립이후 태양전지모듈 가격이 급락하면서 가격 경쟁력이 제고되었고 또한 중국 등 신흥국 기업의 시장 점유율이 확대되는 등 태양

광발전을 둘러싼 환경이 급변하면서 이러한 환경변화를 세계, 일본 내, 생산, 가격, 산업구조 등의 측면에서 새롭게 분석하고, 향후

자국의 태양광 발전 도입을 위한 개발전략을 수립하였다.

편 집 | 박 한 돌 기자

일본 NEDO는 향후 태양광 발전의

개발전략으로서 발전비용 저감, 신뢰

성 향상, 입지제약 해소, 리사이클시스

템 확립, 산업의 고부가가치화 등 5개

과제를 선정하고 각 과제별로 개발의

방향성을 제시하고 있다. 특히 발전비

용 저감에 대해서는 비주택용 시스템

(설비용량 10kW 이상)과 주택용 시스

템(설비용량 10kW 미만)의 발전비용

을 낮추기 위한 시나리오와 로드맵을

제시하고 있다.

발전 비용 저감

발전비용의 구성요소 분석을 통해 비

용 저감에 효과적인 요소를 발굴하여

발전비용 저감 시나리오를 제시한다.

(1) 발전비용 저감 방법

태양광발전의 발전 비용 저감에 필요

한 대책을 검토하기 위해 2012년도의

조달가격 등 산정위원회에서 제시한

시산조건을 참고하여 입력 파라미터

마다 발전 비용에 대한 감도분석을 행

한 결과를 그림 1에 나타낸다.

더욱이 본 감도분석에서는 각 항목을

각각 ±1%로 했을 때의 발전비용을 산

출하고, 기저발전 비용에 대한 증감률

을 산출하였다. (년 단위로 계산하고

있는 운전년수는 1년 미만의 미소한 변

화에 대해서는 고찰이 곤란하기 때문

에 ±5% (±1年) 증감했을 때의 발전비

용을 산출하여 기저발전비용과의 차를

1/5로 하여 증감률을 산출하였다)

그림에서 보듯이 증감분석의 결과로

부터 설비이용률의 개선, 변환효율 향

상, 시스템 단가 삭감, 운전년수 장기

화, 수선비 삭감의 순으로 태양광 발전

의 발전 비용 삭감에 유효한 것이 판명

되었다. 더욱이 비용 구조는 매년 변

화하기 때문에 감도분석은 상황변화가

생기면 다시 분석해야 한다.

아래에 감도가 높은(발전비용 저감

기여도가 크다고 생각되는) 각 파라미

터로 발전비용 저감의 가능성을 검토

한다.

① 설비이용률

설비이용률은 설비이용 기간 중 대

상설비가 정격출력(여기서 대상설비를

계통접속하는 일반적인 태양광 발전

설비라면 여기서의 정격출력이란 파워

컨디셔너의 정격출력이다.)에서 운전

하였다고 가정하여 얻어지는 발전 전

력량에 대한 실제 발전 전력량의 비율

이며, 대상설비의 발전성능을 평가하

는 지표의 하나이다. 발전비용을 논하

기 위해서는 운전년수 기간을 통한 설

비이용률을 논하지 않으면 안 된다. 여

기서는 이것을 명확히 하기 위해 평균

설비이용률이라는 용어를 사용한다.

주요

정책

Ⅱ

68

태양광발전시스템이 상정하는 설비

이용기간(운전년수)을 20년으로 하면,

그 기간의 평균설비이용률은 아래의

식 1로 산출한다.

평균설비이용률[%] =

전체 발전 전력량[kWh]/정격출력[kW]

×8760[h/y] ×20[y]）d×100 …（식 1）

태양광발전의 정격출력은 규정

된 기준상태(STC: Standard Test

Conditions)에서의 측정값을 사용하여

결정되므로, 만약 일사조건이 기준상

태보다 좋은 장소에 시스템을 설치하

면 출력이 증가하고 설비이용률이 향

상된다. (해외 등 일사조건이 다른 장

소의 발전 비용과 비교할 때는 이 점

을 주의하여야 한다.). 또 일사조건 만

이 아니라 태양전지 모듈이나 주변기

기 등까지 모두 포함한 태양광 발전 시

스템 전체의 설계최적화, 태양전지 모

듈의 발전성능 열화율을 낮추는 것 등

기술적 대책에 의해 평균설비이용률을

높일 수도 있다. (예를 들면 설치하는

모듈출력에 대해 시스템 출력을 작게

함으로써 시스템의 설비이용률을 향상

시킨 예도 있다)

더욱이 실제 발전사업에서는 발전설

비 전체의 신뢰성을 향상시켜 발전출

력의 장기적인 저하(열화)나 고장·상

태불량에 의한 시스템 정지시간의 단

축 (원인의 조기발견과 복구) 등도 평

균 설비 이용률 향상의 중요한 요소이

다. 또 앞으로는 저장시스템과의 연계

도 고려해야 할 것으로 사료된다. 그림

2의 오른쪽 표에 설비이용률 향상에 효

과적인 기술 예를 나타내었다.

이와 같이 나누면 일사조건 등의 설

치환경과, 기기성능이나 시스템 설계

등의 기술력이 발전전력량에 영향을

주며, 설비이용률의 값으로 표현되지

만, 그림 2에 나타낸 바와 같이 복잡하

게 관계되는 요소를 파악해야 하고, 일

사환경이 좋은 장소를 선정하는 것은

물론 태양전지를 비롯한 각각의 기술향

상과 시스템 전체의 최적화를 도모하는

것이 발전량 증대 (설비이용률 개선),

즉 발전비용 저감에 기여하게 된다.

그림 2에 나타낸 대책 외에도 아래와

같이 평균설비이용률 향상에 기여하는

기술이 있다.

- 태양전지 모듈이나 파워컨디셔너

를 비롯한 태양광 발전시스템 구

성기기의 성능저하 메커니즘 규명

과 이에 기초한 성능저하율 저감

기술

- 태양광발전 시스템의 최적서례에

구체적인 지침을 부여하기 위한 태

양전지 모듈의 발전량 정격평가기

술, 및 태야왕 발전시스템의 발전량

평가기술

- 태양전지모듈의 정격출력이나 발전

량 정격을 정량적이고 고정밀도로

평가하기 위한 기초인 기준태양전

기 교정기술의 고정도화 기술

- 다양한 구성기기나 설치형태에 대

응한 태양광발전 시스템의 최적설

계기술

- 태양광발전 시스템의 성능저하나

고장을 조기에 검출하는 감시기술

(b) 주택용 시스템

(a) 비주택용 시스템

[그림 1] 감도분석의 결과

2015년 5월호 69

이나 그 부위를 특정하기 위한 현지

검사기술

- 낮은 일조량 조건에서 변환효율

향상기술

②변환효율 향상

변환효율 향상은 발전비용 저감에 크

게 기여한다. 이를 위해 세계적인 기

업, 연구기관들이 변환효율향상기술을

다투고 있다.

더욱이 변환효율향상에 의한 발전비

용 저감은 얻어지는 발전전력이 증가

하는 직접적인 것 이외에도 단위 발

전량 당 필요면적이 작아지므로 모

듈·BOS 등의 초기비용, 토지임차료

와 같은 운전유지비 등의 비용을 저감

할 수 있다. 일반적으로 변환효율향상

에 기여할 수 있다고 사료되는 기술을

표 1에 나타낸다.

그러나 변환효율이 높은 태양전지셀

과 모듈은 일반적으로 그 가격도 비싸

기 때문에 시스템 단가가 상승한다. 당

연히 발전비용 저감을 위해서는 변환

효율 향상과 시스템 단가 저감을 균형

있게 실현하여야 한다.

③ 시스템 단가 저감

이 외에도 시스템 단가를 낮추어야

한다. 다른 성능을 향상시키면서 셀,

모듈 등의 디바이스 비용, BOS 비용,

제조비용 및 공사 비용 등을 낮추어야

한다.

일반적으로 비용 저감에 효과적인 기

술을 표 2에 나타낸다.

주로 시스템 단가 저감에 기여하는

기술의 예

-캐스트 결정성장 해석과 결정제어

- 박형 웨이퍼슬라이스 기술, carp

저감, 핸들링 기술

-Ag 대체금속 페이스트와 규격기술

- 저비용 양산 프로세스 (세정, pn형

성, 패터닝, 박형기판) 기술

-고 throughput 양산설비기술

- 대체기판형성기술 (epi기술 베이스

전극기판)

- n형 실리콘 결정 균일 도핑 기술 (잉

곳 위치에 의한 비저항분포의 축소)

- 결함이나 불순물 최저화에 의한 벌

크라이프타임 향상기술 등

-대체기판, 대체재료와 프로세스 기술

-고품질, 고속, 저온프로세스 기술

[그림 2] 태양광발전 시스템에서 에너지 손실의 구조와 발전전력량 증대의 방책 예

주요

정책

Ⅱ

70

[표 1] 태양전지모듈의 개발과제 (주로 변환효율향상에 기여하는 기술)

대상분야 주된 변환효율 향상에 기여하는 기술의 예

결정 실리콘

- 초고효율셀 구조 (Back contact 기술, Heterojunction 기술, 나노구조 등)- 표면구조 (반사방지, 광포획, 반발을 낮춘 ,Texture, 광 매너지먼트, 재료개발)- 전극구조 (선택전극구조, 새로운 구조, 낮은 재결합)- 고효율 이면접합형 셀 구조- 고효율 heterojunction 셀 구조와 passivation- 재결합 콘택트 구조, n형기판 pn접합형성- 이면저재결합 플랫 (textureless) 구조- 고품질 결정 실리콘재료 (결정실리콘 성장기술) 등

박막 실리콘

- 아몰퍼스 실리콘 태양전지의 안정화효율 개선- 미결정실리콘 태양전지의 고성능화- 고도광 포획기술- 다접합 디바이스 기술- 투명도전막의 개선 등

ＣＩＳ - 고효율 셀구조를 위한 신재료 개발 (와이드 갭 재료 등) 등

Ⅲ－Ⅴ족계- 신규재료탐색- 다접합화

유기계- 고성능화, 고내구성을 위한 신소재 개발 (Perovskite 재료 등)- 다접합화- 저일조조건하에서의 변환효율 평가 등

공통기반

- (모듈화 기술) 이면배선 모듈 구조- 선진적 광 매너지먼트- 파장교환기술- 집광기술 등

[표 2] 태양광발전 시스템의 개발과제(주로 시스템 단가 저감에 기여하는 기술)

대상분야 주로 시스템 단가 저감에 기여하는 기술의 예

태양전지모듈

결정 실리콘

- 캐스트 결정성장 해석과 결정제어- 박형 웨이퍼슬라이스 기술, carp 저감, 핸들링 기술- Ag 대체금속 페이스트와 규격기술- 저비용 양산 프로세스 (세정, pn형성, 패터닝, 박형기판) 기술- 고 throughput 양산설비기술- 대체기판형성기술 (epi기술 베이스 전극기판)- n형 실리콘 결정 균일 도핑 기술 (잉곳 위치에 의한 비저항분포의 축소)- 결함이나 불순물 최저화에 의한 벌크라이프타임 향상기술 등

박막계

- 대체기판, 대체재료와 프로세스 기술- 고품질, 고속, 저온프로세스 기술- 저비용, 플렉시블 대체기판재료- 저비용 고품질 TCO- 고가 원재료 저감 또는 치환, 박형화, 순도최적화 등

Ⅲ－Ⅴ족계 - 저비용 박막기술 (MOCVD, 기판 리사이클 등) 등

유기계

- 저재료 비용 태양전지 (저비용 고품질 TCO)- 저비용 프로레스 기술 (인쇄, 도포 등)- 고내구성 태양전지 (고 배리어성 재료의 개발)- 경량이면서 간이시공 가능한 태양전지 (플렉시블 기판)- 열악한 일조조건에서 발전효율이 높은 고가동률 태양전지 등

모듈- 경량화 기술- 저비용 모듈부재의 개발- 모듈 장수명화 기술 등

시스템 구축- 가대 및 기초구조의 개선- 부재의 량 저감이나 경량화- 시공공수의 저감 등

2015년 5월호 71

-저비용, 플렉시블 대체기판재료

-저비용 고품질 TCO

- 고가 원재료 저감 또는 치환, 박형

화, 순도최적화 등

- 저비용 박막기술 (MOCVD, 기판

리사이클 등) 등

- 저재료 비용 태양전지 (저비용 고품

질 TCO)

-저비용 프로레스 기술 (인쇄, 도포 등)

- 고내구성 태양전지 (고 배리어성 재

료의 개발)

- 경량이면서 간이시공 가능한 태양

전지 (플렉시블 기판)

- 열악한 일조조건에서 발전효율이

높은 고가동률 태양전지 등

-경량화 기술

-저비용 모듈부재의 개발

-모듈 장수명화 기술 등

-가대 및 기초구조의 개선

-부재의 량 저감이나 경량화

-시공공수의 저감 등

④ 운전년수

운전년수도 발전비용 저감에 큰 기여

를 하는 요소 중 하나이다. 태양광발전

은 연료가 필요 없는 시스템이며, 얻어

진 발전량의 수익이 유지비용을 넘는

한 운전년수 증가는 발전 비용 저감으

로 연결된다.

그러나 태양광발전 시스템도 영구적

으로 운전할 수는 없으므로 설치환경

측의 제약에 의해 또 발전 가능한 상태

에 있어도 운전정지나 태양광 발전 시

스템 그 자체의 철거가 필요한 경우 등

도 고려해야 한다. 예를 들면 기설 주

택의 지붕에 설치한 경우, 주택의 재건

축 시기가 운전년수를 제한할 가능성

이 있다. 또 땅을 임차하여 지상설치형

태양광 발전을 설치하는 경우는 임차

한 땅의 계약기간이 종료되면 부득이

테양광발전 시스템을 철거해야 할 가

능성도 있다, 따라서 발전 비용을 검토

할 경우에는 사용환경에 따른 가동연

수를 고려해야 한다.

또 태양광 발전시스템의 사용기간 중

에는 당연히 태양광발전시스템이 순로

롭게 가동되어야 한다. 이를 위해 구성

기기, 설비 수명, 태양전지 모듈 자체

의 열화 등에 의한 제약이 발생하지 않

도록 하며, 태양전지 모듈이나 기기류

의 사용년한을 늘리는 기술을 개발하

는 것도 중요하다. 이와 같은 신뢰성

향상기술의 개발에 의해 본항 ①에서

기술한 설비이용률 향상이나 다음 항

⑤에서 기술하는 운전·유지경비 저감

도 가능하다.

일반적으로 운전년수 신장에 기여할

수 있는 기술의 예를 표 3에 나타낸다.

⑤ 운전유지비

초기 비용에 대해 유지, 운전에 관계

되는 비용을 운전유지비라 한다. 감도

[표 3] 태양광발전 시스템의 개발과제 (주로 운전년수 신장에 기여하는 기술)

대상분야 주로 운전년수 신장에 기여하는 기술의 예

태양전지- 신뢰성을 향상시키는 부재·구조의 개발- 신뢰성을 정당하게 평가 가능한 시험법의 개발

파워컨디셔너

- 운전상황의 상시감시에 의한 고장 조기 발견- SiC 파워디바이스의 개발- 부품 모둘화- 전해콘덴서 장수명화

[표 4] 태양광발전시스템의 개발과제 (주로 운전유지비 저감에 기여하는 기술)

대상분야 주로 운전유지비 저감에 기여하는 기술의 예

설비유지- 원격감시에 의한 태양광발전 시스템의 성능저하·고장 검출기술- 각종 부문의 데이터를 분석함으로써 부품교환 등의 최적시기를 산출

이상 시 대책

- 부품교환이 가능한 PCS 개발- 성능저하(발전량저하)의 조기검출 •파워컨디셔너에 기능추가 •모듈에 기능추가- 저렴하면서도 고정도의 성능저하 검출기법 확립 (필요 최저한의 분해능 판단)

72

주요

정책

Ⅱ

분석의 비용항목에서는 수선비·

제비용, 인건비, 일반관리비, 토

지임차료가 이에 해당한다.

일본에서는 태양광 발전 시스

템은 지금까지 메인티넌스프리

가 이점으로 거론되어왔기 때문

에 운전유지비는 크게 고려되지

않았다. 그러나 보급이 선행되고

있는 주택용 시스템의 장기내구

성의 문제, 부품점수가 많은 대

규모 태양광발전소의 장기적인

유지관리의 경제성 문제 등 운전

유지비를 무시할 수 없는 상황이

나타나고 있다.

지금의 시장에서는 주로 파워컨

디셔너 교환비용이 운전유지비 중에서

수선비·제비용으로서 계상되고 있지

만, 상대적으로 수명이 짧은 부품의 부

분교환이 가능한 설계나 구조이면 그

교환비용 저감에 기여할 것이다.

또 ①에서 기술한 태양광발전 시스템

이 성능저하나 고장 검출을 저비용으

로 실현할 수 있으면 이것도 운전유지

비 저감에 기여할 것이다.

운전유지비 저감을 위한 구체적 기

술과제로 다음 항목을 들 수 있다.

(2) 발전 비용 저감 시나리오와 개발목표

지금까지 발전 비용 저감을 위한 대

책에 대해 기술하였는데, 설치환경, 사

용방법에 따라 지향하는 목표나 고려

해야 할 사항도 다양하다. 또 발전 비

용 산출에 있어서 고려해온 비용항목

도 다르다. 표 5에 상정된 시스템 형태

의 예를 고려해야 할 비용을 정리한다.

본 항에서는 비주택용 시스템과 주택

용 시스템의 발전비용 저감 시나리오

를 나타낸다.

① 비주택용 시스템의 발전비용

저감 시나리오

현재 비주택용시스템은 주로 계통에

전원을 공급(전기판매)하는 것을 목

[표 5] 다양한 시스템 형태 예와 고려하는 비용항목

PV2030+ 예① (기본형태) 예② 예③ 예④ 예⑤

상정된 주요 사용형태비주택(메가솔라)대규모 지상설치

자기소유지•공장지붕•유휴지 이용

자기소유지 소규모

•농지•미 이용지

자기소유지중소규모

관리자공유•ZEB•공장지붕

자기소유지소규모

•ZEH

주목적 전기 판매 전기 판매 주로 전기 판매 자가 소비 자가소비

고려할 비용

시스템 단가 시스템 단가 시스템 단가 시스템 단가 시스템 단가 시스템 단가

토지조성비 토지조성비 토지조성비 토지조성비 토지조성비

폐기비용 폐기비용 폐기비용 폐기비용 폐기비용

고정자산세 고정자산세 고정자산세 고정자산세 고정자산세

계통접속비용 계통접속비용 계통접속비용

토지임차료

운전유지비 운전유지비 운전유지비 운전유지비

[그림 3] 비주택용 시스템의 발전비용 목표와 저감 시나리오

2015년 5월호 73

적으로 하여 설치되어 있다. 태양광

발전이 계통에 접속되는 전원으로서

정착하기 위해서는 타 전원과 비교하

여 가격 면에서 경쟁력이 있어야 한

다. 비주택용 시스템의 이용방법으로

전력을 자가소비하는 경우, 판매되는

전기요금보다 요금이 저렴해지면 도

입의 이점이 생긴다.

따라서 그리드 패리티를 고려하여

야 한다. 일본의 2012년도 전력요금

은 전국평균으로 15.7엔/kWh. 동경전

력, 중부전력, 오키나와전력을 제외하

면 14엔/kWh대이다. 따라서 2020년

의 발전 비용 목표를 14엔/kWh로 하

고 있다.

더 나아가 2030년에는 발전사업자

도 선택할 수 있는 전원이 될 수 있도

록 화력발전수준 또는 그 이하인 7엔/

kWh를 목표로 하고 있다.이러한 수치

는 PV2030+에서 NEDO가 내세운 목

표를 고려할 때 2020년 목표, 2030년

목표 각각 7엔/kWh, 3엔/kWh대에 상

당한다.

현재 NEDO에서 추진하고 있는

기술개발 프로젝트 「태양광발전 시

스템 차세대 고성능기술의 개발」에

서 추진하고 있는 변환효율 등과 같

은 기술개발 목표의 대부분은 달성

가능하지만, 이들을 발전비용 저감

으로 확실히 연결하기 위해서는 더

욱 기술개발에 힘써야 한다. 구체적

으로는 종래 진행하고 있던 「셀·모

듈의 저비용화, 고효율화」에 추가하

여 「주변기기·부재의 저비용화, 긴

라이프사이클」, 「시스템 효율 향상」,

「O&M 기술의 고효율화, 저비용화」

등 앞에서 나타낸 바와 같은 기술개

발이 필요하다.

그림 3, 그림 4에 앞에서 기술한 목표

를 달성하기 위한 시나리오와, 이것을

실현하는 시스템의 한 예를 나타낸다.

또 표 5에 나타낸 바와 같이 상정된 시

스템의 설치조건에 따라 고려해야 할

비용도 달라진다는 점에 유의할 필요

가 있다.

② 「주택용시스템」의 발전비용

절약 시나리오

「주택용시스템」은 BOS 비용이 높다

는 것이 문제지만 가정용 전력가격의

「grid parity」실현을 목전에 두고 있다.

그러나 지금까지 일본 내 주택용 시

스템의 도입건수는 5% 미만이다. (일

[그림 4] 발전비용 저감 목표를 실현하는 비주택용 시스템 예

2013년 2020년 2030년

시스템 가격[만엔/kW] 27.5 20 10

운전년수[년] 20 25 30

모듈변환효율[%] 16 22 25

설비이용률[%] 13 15 15

발전비용[엔/kWh]

유지보수 수선비·제경비, 인건비 5.05 3.18 1.59

폐기 폐기처리비 0.48 0.23 0.09

운전토지임차료 1.98 1.25 1.10

고정자산세 1.49 0.83 0.40

초기비(도입+계통접속)

계통연계비 0.65 0.48 0.43

토지조성비 0.19 0.10 0.08

시스템 가격 13.26 7.14 3.17

합계 23.10 13.21 6.87

여기서 유지보수비를 제외한 비용 18.15 10.03 5.27

74

주요

정책

Ⅱ

본 戶建住宅의 세대수 약 2,700만호

중에서 도입건수는 약 120만호임). 향

후 「주택용시스템」도입을 늘리기 위해

서는 발전비용을 더욱 낮추어 매입가

격이 저렴해야 함은 물론, 계통연계 시

의 영향을 최소화하고, 가정에서 사용

시 부가가치 창출이 필요하다. 그 한

예로서 태양광발전 단독운전 시 발전

비용을 가정용 전력가격 수준으로 낮

추기 이전에 출력 안정화나 계통 연계

를 고려한 저장기능과 조합한 「고기능

시스템」개발 등을 추진한다. 이것을 주

택용 시스템의 발전비용 절약 시나리

오로 하여 그림 5에 나타낸다.

신뢰성 향상

(1) 시스템 발전량 유지·평가

태양광발전사업은 장기간에 걸쳐 일

정 발전량을 유지할 수 있어야 한다.

목표한 발전량이 얻어지지 않으면 사

업 그 자체가 성립되지 않는다. 대상

발전시스템의 발전량을 미리 정확히

평가하는 기술, 출력저하를 회피하는

기술, 향후 발전량을 추정할 수 있는

기술 확립과, 그 표준화가 요구되고 있

다. 이에 대한 추진은 모듈이나 시스템

의 발전에 맞추어 개발할 필요가 있다.

NEDO에서는 태양광발전 시스템의

차세대 고성능기술 개발 시 그 평가기

술 개발을 추진해왔는데, 이를 더욱 가

속화하고 표준화를 위한 노력을 강화

할 필요가 있다.

구체적으로는 향후 아래와 같은 기술

과제에 관한 연구개발이 필요하다.

- 「태양광발전시스템의 차세대 고성

능기술의 개발」에서 개발된 고정

도 성능평가기술, 발전량 정격기술

에 기반을 둔 태양전지모듈, 시스

템이 각 지역의 실제 기상조건에 있

어 일간, 연간 등 발전성능(Energy

Production)을 고정도로 추정하는

기술 개발과 검증. 현재의 일사정보

데이터베이스, 스펙트럼 데이터베

이스 등을 유효하고 유연하게 이용

할 수 있는 기술

- 태양광발전 시스템 고장을 보다 조

기에 검출하기 위한 평가기술, 또한

시스템 점검을 보다 조기(단기간)에

실현하기 위한 측정기술, 현재의 옥

상측정, 온사이트 측정의 오차요인

이 되고 있는 일사변동, 스펙트럼

변동, 온도변동에 의한 측정오차를

대폭 개선하고, 또한 측정시간을 단

축할 수 있는 기술

- 고성능화나 신규개발이 진행되는

신형 태양전지에 필요한 새로운 측

정기술 개발, 고정도화와 실증.

- 위의 성능평가기술의 기초가 되는

기준 태양전지교정기술의 고정도화

(불확실성 저감) 기술개발.

-모듈 장수명화, 출력열화율의 저감

- 모듈 열화요인 규명과 내구성 평가

방법 확립

- 새로운 저비용 장수명 밀봉구조와

재료에 의한 모듈 내구성 향상

- 태양광발전 시스템 운전상황 모니

터링

- 태양광발전 시스템에 관한 결함/고

장검출기술 (온라인 또는 오프라인),

불량개소 탐지 등 유지보수기술

- 최적 시스템 설계 (구성, 발전량, 보

수성, 경제성)

- 태양광발전 원인의 화재발생방지

구조확립과 화재 시의 안전대책

- 특수(가혹) 환경 (연안부(염해에 의

한 부식), 화산재 지역(황에 의한 부

식) )에서의 신뢰성평가

(2) 기타

태양광발전 시스템의 부대 구조물에

서 화재가 발생한 경우에 소화활동 중

에 소방수의 감전사고를 방지하기 위

한 대책기술의 검토 등 대량도입사회

에서의 안전대책에 대해서도 검토할

필요가 있다.

[그림 5] 주택용 시스템의 발전비용 절약 시나리오

2015년 5월호 75

입지제약의 해소

입지제약을 해소하여 도입을 꾸준

히 확대하기 위해서는 종전의 규제

나 설치 비용 등의 이유로 도입이

원활하지 못했던 분야에도 설치를

추진할 필요가 있다. 설치가능 장소

가 확대되면 설치장소를 둘러싼 경

쟁이 완화되고, 임차료 등 도입 비

용도 낮아질 수 있다. 또 새로운 설

치방법이 개발되어 수요지에 인접

한 환경에서의 태양광발전이 가능

해지면 독립전원으로 사용할 수 있

어 계통연계로 인한 계통 측 부담을

경감할 수 있게 된다.

이러한 효과를 겨냥하여 NEDO에

서는 그림 6에 나타낸 바와 같이 태

양광발전 도입이 진행되지 않았던

미이용영역 분야에 태양광발전 도

입을 확대하기 위한 「태양광발전 다

용도화 실증프로젝트(2013년~)」를

실시하는 등 기술개발을 강화해 왔

다. 또 이러한 방법을 통해 저비용

설치기술이나 고부가가치 기능 개

발에 의한 태양광발전의 차별화 기

술을 창출한다.

리사이클 시스템 확립

폐기물은 크게 ①제조공정 내에서

발생하는 것, ②제조·출하 후 사용

전에 시장에서 회수되는 것, 사용 후

에 회수되는 것 등 3가지로 나눌 수

있다. ①과 ②에 대해서는 통상 제조

사가 회수하여 처리하는 것으로 되어

있지만, 도입이 크게 확대되고 있는

현 상황에서 의 사용이 끝난 페기물

이 향후 대량으로 발생할 것으로 예

상된다.

한편 시장에 나온 제품을 적절히 회

수·처리하기 위해서는 회수제도 확

립, 저비용 처리기술 확립, 범용처리

설비 개발 등이 요구된다. 제도에 관해

서는 향후 폐기물 발생 상황에 따라 대

응해 갈 것이지만, 대응 가능한 기술을

미리 준비해 두는 것이 중요하다.

NEDO에서는 지금까지 태양전지의

종류를 불문하고 범용처리가 가능한

리사이클 기술 개발을 추진해왔다. 개

발 중인 일관처리 플로를 그림 7에 나

타낸다. 향후 새로운 처리비용 저감을

목표로 처리 대상이 되는 태양전지의

종류를 한정한 저비용 처리기술 개발

등도 추진한다.

산업의 고부가가치화

(1) 설치장소 확대

지금까지 일본의 태양광발전시장은

주택의 지붕설치형 태양광발전 시스

[그림 7] 태양광발전시스템 차세대 고성능 기술 개발에서 개발 중인 일관처리의 흐름

[그림 6] 태양광발전 다용도화 실증 프로젝트의 실시 사진

76

주요

정책

Ⅱ

템을 중심으로 발전하여 왔다. 2012년

에 시작된 고정가격 매입제도에 의해

처음부터 대규모 발전설비 설치가 이

루어질 것은 예견되었지만 지금은 예

상을 초월하여 그림 8에 나타낸 바와

같이 주택 지붕설치형 이상, 메가와

트 단위 미만의 중규모 태양광발전소

(10~1,000kW 미만)의 설치 신청이 급

증하였다.

이러한 신규 물량으로 인해 공장, 맨

션, 아파트, 유휴지 등의 소유주를 대

상으로 한 판매·시공사업, O&M사업,

보험상품 등의 새로운 사업이 생겨났

다. 또 일부 지역에서는 주민이 자금을

출자하여 공등으로 태양광발전소를 건

설하여 판매수입을 올리는 사례도 늘

어나고 있다.

고정가격 매입제도 시행 전에는 셀·

모듈 메이커나 주택 건설업체가 시장

을 주도하였지만, 고정가격 매입제도

도입 후에는 업종을 넘어서 시장 참여

가 늘어나고, 지역기업의 참여도 잇따

르면서 산업 전체의 저변도 크게 확대

되고 있다.

해외에서도 같은 상황이 진행되는 가

운데, 태양광발전의 확대에 의해 고용

창출도 중가할 것으로 기대되고 있다.

표 6에 고용창출 효과 시산 예를 나타

낸다.

(2) 기술개발의 방향성

이러한 산업·시장 동향을 토대로 태

양광발전 분야에서 새로운 사업·산업

창출을 촉진하기 위해서는 지금까지와

는 다른 접근이 필요하다. 즉 태양광발

전만의 기술개발이 아닌 태양광발전을

다른 발전과 연계하거나 새로운 수요

를 창출함으로써 가격경쟁에서 벗어나

는 것이다.

또 발전비용과는 다른 새로운 고부가

가치 모듈 개발이나, 고부가가치 건설

자재 (BIPV 등)의 새로운 「사용방법」을

[표 6] 태양광발전사업에서 고용창출효과 (세계)

[그림 8] 2012년도 일본 내 설비인정 및 운전을 개시한 태양광발전 (규모별)

밸류체인 위치 2008 MW2008년

고용/MW2008

고용합계2025 MW

2025고용/MW

2025고용합계

운전 14,700 0.6 8,820 340,323 0.6 204,194

태양광 프로젝트 건설 3,480 5 17,400 19,500 2.9 70,570

옥상 설치 2,320 20 46,400 19,500 8.8 171,649

실리콘 & 웨이퍼 5,800 3.5 20,300 39,000 1.3 50,720

셀 제조 5,800 5 29,000 39,000 1.9 72,457

모듈 제조 5,800 6 34,800 39,000 2.2 86,948

인버터 5,800 1.3 7,540 39,000 0.8 31,142

연구 5,800 0.4 2,320 39,000 0.15 9,582

개발 및 서비스 5,800 0.2 2,320 39,000 0.4 15,600

합계 168,900 672,139

2015년 5월호 77

창출함으로써 새로운 부가가치

기술을 개발해 나갈 예정이다.

그 첫 번째 시도로, NEDO

에서는 그림 9에 나타낸 「유기

계 태양전지 실용화 선도기술

개발」을 2012년도부터 시작하

였다. 이 프로젝트는 다양한

부가가치창출이 기대되고 있

는 유기계 태양전지의 실용화

촉진을 주요 목표로 한 사업이

며, 다양한 응용 예가 제안되

어 있다.

지금의 태양전지는 태양광 에

너지 밀도가 낮고 발전효율도

낮다. 따라서 에너지 수요에 맞춰 설비

를 설치하는데 큰 면적이 필요하다. 이

것이 발전비용을 높이는 주된 요인의

하나이다. 따라서 높은 발전에너지밀

도, 즉 초고효율 태양전지를 개발하는

것은 향후 태양광발전이 기간전원이

되기 위해 필수적이다. 그 의미에서

화합물 등을 사용한 변환효율 40% 이

상을 목표로 하는 연구개발을 더욱 가

속화하여야 한다.

앞으로는 태양전지의 특징 (연료공

급이 불필요(독립전원), 긴 수명, 저

렴한 유지보수비용 등)을 살린 새로운

응용분야를 발굴해 나갈 계힉이다. 예

를 들면 에너지저장장치(배터리, 양

수발전, 연료전지 등)는 다른 발전 시

스템(디젤발전, 풍력발전 등)과의 하

이브리드 발전 시스템에 의해 안정

된 전력공급과 설비가동률 향상을 위

한 새로운 사용법의 창조, 또는 마이

크로그리드나 제로에너지빌딩, 제로

에너지주택의 에너지관리시스템에 의

해, 또는 업무연속성계획(Business

Continuity Planning, BCP)에 대응

하기 위한 기간전원화에 의해 태양전

지의 새로운 응용분야를 개발해 나갈

예정이다.

(3) 해외시장으로 확대

지금까지 설명한 기술은 일본 내의

에너지 대책으로서 검토한 것이지만,

일본 내 시장은 물론 해외시장에서도

충분히 평가를 받을 수 있는 기술이다.

도입 잠재력의 한계나 산업규모 확대

의 둔화를 회피하기 위해서는 적극적

으로 해외시장으로 영역을 확대하여야

한다.

일본 내에서 기간전원 수준의 발전

비용을 실현할 수 있는 시스템은 태

양광발전에 적합한 적도부근의 국가

에서 높은 일사량에 의해 설비 이용

율이 높아지고, 장기간 사용에 견디

는 고신뢰성에 의해 한 단계 더 발전

단가가 낮아지고, 해외에서의 가격

경쟁력도 충분히 유지할 것으로 사료

되며, 고신뢰성 기술에 대해서도 기

대가 높을 것이다. 또 주택시스템에

서 제안된 바와 같은 태양광발전의

고도이용 시스템은 해외에서도 수요

가 많다. 따라서 고부가가치 시스템

기술은 해외시장까지 염두에 두고 개

발을 진행하여야 한다.

지금까지 태양광발전은 투자회수를

앞당기기 위해 설치환경이 좋은 장

소에 설치되었다. 지역으로는 유럽

이나 미국, 일본이 중심이었지만, 앞

으로는 아시아나 아프리카 등과 같

이 열악한 설치환경(사막, 열대기후,

염해지역 등)으로 확대될 것으로 예

상된다. 가혹한 환경에 견디는 견고

한 태양광발전기술 개발로 기술적

우위성을 가지면, 해외에서의 비즈

니스는 크게 확대될 것이다. 가혹한

환경에서는 유지보수도 쉽지 않다.

고장진단기술이나 메인티넌스프리화

기술 등으로 이점을 확립하는 것이

중요하다.

이를 위해서는 글로벌 인재의 육성

도 중요하다, 그러한 인재 육성에는

NEDO 해외실증사업 활용이나 기술개

발 프로젝트 참여 등을 통해 기업의 젊

은 기술자들이 해외에서 활약하기 위

한 능력향상의 기회를 갖는 것도 한 방

법이 될 수 있을 것으로 생각한다.

[그림 9] 유기계 태양전지 실용화 선도기술 개발에서 집중하고 있는 새로운 태양전지의 예

News Brief

KT, ICT기술로 냉난방 에너지 효율화 사업 본격추진

KT는 병원, 호텔, 산업시설 등 냉난방 사용량이 많은 사

업장에 ICT와 빅데이터 기술을 활용해 에너지 비용을 기

존 대비 절반 이하로 줄일 수 있는 ‘냉난방 에너지 효율화

사업’을 본격화한다고 밝힘

이 사업은 에너지 다소비 사업장에 ICT 제어가 가능한

최적의 시스템을 컨설팅하고, 빅데이터 기반 에너지 소비

패턴 분석 및 운영 솔루션 도출, KT의 에너지통합운영센

터에서 냉난방, 급탕을 위한 열·전기 복합설비 원격제어

등을 통해 기존 대비 50% 이상의 에너지 비용 절감이 가

능하다는 것이다.

KT의 에너지 빅데이터 분석기술은 10단계의 생산·소비

최적화 후 고객사의 에너지 소비패턴을 분석해 일일 시간

대별 수요량을 예측하고, 이를 토대로 생산연료 단가, 운

전비용, 설비효율 등을 적용해 최적의 에너지 생산, 저장,

소비를 위한 설비 운전 스케줄링이 가능하다.

또한 KT 에너지통합운영센터는 에너지 소비현황 24시간

모니터링 및 비상상황 대비 실시간 제어 시스템을 구축하

고 있어 고객들이 별도의 에너지 제어 시스템을 구축할 필

요가 없다.

KT는 먼저 에너지 효율화 효과가 큰 200여 병동 이상의

국내 병원 400여 곳을 대상으로 사업을 진행할 계획이며,

향후 호텔, 리조트, 기숙사, 요양병원, 공장 등 에너지 다

소비 사업장을 대상으로 고객사를 확대할 계획이다.

연면적 21,050㎡, 400여 병상 규모의 목포중앙병원에 에

너지 효율화 솔루션을 적용하였으며, 이에 따라 기존 전

기/난방 등의 비용이 연평균 약 3.2억원 규모에서 약 1.3

억원으로 50% 이상 절감될 것으로 기대된다.

LG화학, 북미(北美) 가정용 ESS시장 공략 가속화

LG화학이 북미 가정용 ESS 시장 공략을 가속화한다. 이

와 관련, LG화학은 최근 북미 PCS(전력변환시스템) 업체

인 이구아나(Eguana Technologies) 사와 ‘ESS사업 협력

에 관한 MOU’를 체결했다고 밝혔다.

이에 따라 양 사는 LG화학의 배터리와 이구아나 사의

PCS를 결합한 가정용 ESS 제품을 공동 개발, 올해 3분

기 북미 시장에 출시할 예정이며, 향후 북미 시장 공동 대

응을 위해 영업 및 마케팅 부문의 협력을 강화해 나가기로

했다. 이 ESS는 PCS와 배터리를 일체형으로 만들어 기존

태양광 패널 설치 가정에 즉시 적용이 가능하게 만든 제품

으로, 기존 제품 대비 구매 및 설치 비용 등을 크게 개선한

것이 특징이다.

이구아나 사는 캐나다 캘거리주 앨버타시에 본사를 두고

있는 PCS 전문 제조 업체로, 현재 유럽 가정용 인버터 시

장에서 4,000대 이상 판매로 30% 이상의 시장 점유율을

기록하는 등 이 분야에서 세계 최고 기술력을 가진 업체로

평가 받고 있다.

이번 전략적 제휴로 LG화학은 가정용 ESS 제품을 신규

개발하는 동시에 이구아나 사의 폭넓은 영업 네트워크를

활용, 북미, 유럽 등 해외 시장 신규 고객 확보에 박차를

가할 수 있게 됐다. 또, 이구아나 사는 세계 최고 기술력을

보유한 LG화학의 배터리를 안정적으로 공급 받아 북미와

유럽 등 해외 시장에서 점유율을 높일 수 있는 기회를 갖

게 됐다.

LG화학은 올해 49MWh에서 2020년 950MWh 규모로

연평균 80% 이상 성장할 것으로 전망되는 북미 가정용

ESS 시장에서 확실한 주도권을 잡을 수 있게 됐다. 최근

북미 ESS 시장은 연방 정부 및 주 정부의 적극적인 지원 정

책에 따라 전력망용을 중심으로 한 전력 공급 시장에서 가

정용, 상업용 등 전력 수요 시장으로 점차 시장이 확대되고

있다. 특히, 가정용 ESS 시장은 주 정부의 보조금 혜택이

강화되며 시장 규모가 급속히 성장할 것으로 예상된다.

캘리포니아주는 현재 지역 내 각 가정이 지붕형 태양광

발전과 연결해 ESS를 설치할 경우 전력망 연계에 부과되

는 800달러의 요금을 면제하고, 1kW당 1,620달러의 보

조금을 지급하고 있다. 또, 뉴욕주는 1kW당 2,100달러의

ESS 설치 보조금을 지급하는 등 북미 지역 대도시를 중심

으로 관련 시장이 점차 확대되고 있다.

LG화학은 향후 북미 지역 민간 신재생 에너지 발전사

78

업자 및 주요 부품 업체 등과의 협업을 통해 북미 가정용

ESS시장 공략을 가속화할 예정이다.

한편, LG화학은 2013년 캘리포니아 최대 전력회사인

SCE와 캘리포니아 테하차피 풍력 발전소에 건설한 북미

최대 규모 32MWh급 신재생에너지 전력 안정화용 ESS 배

터리 공급업체로 선정되는 등 북미 시장에서 영향력을 확

대해왔다. LG화학은 향후 미국 최대 전력회사 및 부품업

체 등과 구축해온 강력한 비즈니스 생태계를 기반으로 북

미 타 지역 대규모 추가 수주를 추진하는 등 ESS 전 영역

에서 북미 시장 주도권을 강화해나갈 예정이다.

신용카드로 아파트단지 조명을 LED로 교체

아파트 단지 조명을 형광등에서 LED로 교체하고 그 대

금을 카드로 결제한 후 전력 사용 절감분으로 대금을 카드

사에 분할 상환하는 LED 금융 모델이 개발되었다.

이 방식으로 지금까지 총 21개 아파트 단지에서 이 모델

을 활용해 지하주차장 조명을 LED로 교체했거나 계약을

체결했으며, 올 상반기까지 70여개 아파트단지로 확대될

전망이다.

이 LED 금융 모델을 활용하면 500세대 규모의 아파트단

지에서 지하주차장 조명을 LED로 교체할 경우 연간 736

만원의 전기요금을 절약할 수 있어, LED 교체 비용 2000

만원을 2년 7개월 만에 상환할 수 있게 된다는 것이다.

카드 결제 방식이어서 자금조달 절차가 간단하고 담보

또한 필요하지 않아 편리하고, 또한 아파트 관리회사가 계

약을 진행하고 관리를 담당해 체계적인 사후관리(AS)가

가능하다.

서울 서초동에 있는 서초더샵 아파트는 지난 1월 이 모델

로 지하주차장 조명을 형광등에서 LED로 바꿨고, 이에 대

한 주민 만족도가 높아 추가로 복도등도 LED로 교체할 계

획이다.

산업통상자원부와 에너지관리공단은 아파트뿐 아니라

주유소, 편의점, 공장 등 조명을 장시간 사용하는 분야로

이 모델을 확산할 방침이다.

코캄, 세계일주 태양열 비행기 솔라임펄스2에

배터리 공급

전력용 에너지저장장치를 국내외에 공급하고 있는 코캄

이 태양에너지로 구동되는 비행기 ‘솔라임펄스2’ 사업에

160kW급 리튬폴리머 배터리를 공급했다고 밝혔다.

‘솔라임펄스2’는 프랑스 다쏘시스템의 카티아(CATIA)와

에노비아(ENOVIA) 애플리케이션으로 구동되는 태양열

비행기로, 별도 연료 없이 태양 에너지에만 의존해 세계일

주에 도전하고 있다.

코캄이 공급한 배터리는 단위셀 에너지 밀도가 260Wh/

g으로, 국내에서 양산되는 일반적인 대용량 리튬이온 전

지 대비 약 2배에 달하는 고용량·고에너지 밀도를 구현해

낸 제품이다.

코캄은 앞서 솔라임펄스1 사업에도 배터리를 공급한 바

있는데, 이 비행기는 총 6,000km의 대륙간 횡단에 성공

하였음

이번에 공급한 배터리는 비행기에 탑재되기 때문에 장시

2015년 5월호 79

News Brief

80

간 충전과 방전을 반복할 때 배터리 성능에 문제가 없으며,

고도비행 시 압력과 고온에 견딜 수 있는 내구성 및 안전성

도 높였다.

솔라임펄스사 역시 솔라임펄스1에 비해 훨씬 더 먼 거리를

최대한 작은 부피의 배터리로 비행하기 위해 코캄의 고에너

지밀도 폴리머 배터리를 다시 채택했다고 한다.

한국전력, 중소 수요관리사업자 대상

컨설팅 시스템 제공한다

한국전력이 수요자원 거래시장(Negawatt 시장) 활성화를

위하여, 운영시스템 개발 역량이 부족한 중소 수요관리 사업

자를 대상으로 컨설팅 시스템을 구축, 5월말부터 시범 운영을

추진하고 있다. 수요자원 거래시장(Negawatt 시장)은 기후변

화 대응 등 에너지 분야의 주요 현안을 효과적으로 해결하기

위한 에너지 신산업 중 하나로 공장, 빌딩, 상가 등에서 아낀

전기를 전력시장에 판매하여 수익을 창출하는 사업이다.

한전 영업본부(본부장 김시호)는 지난 해 11월 시장개설 초

기부터 중소·예비 수요관리 사업자와의 동반성장을 도모하

기 위해 체계적 컨설팅 및 지원을 위한 시스템의 개발을 한

전 전력연구원에 의뢰하고, 약 5개월 만에 1차 개발을 완료

하여 시범운영을 추진하게 되었다. 이번 시범운영에는 초기

투자비용과 DR운영시스템 개발역량을 고려하여 중소사업자

를 선정하였고, 6월부터는 본격적인 시스템 운영으로 한전

의 DR운영 노하우를 제공하여 대상 중소사업자가 시장내에

서 조기에 입지를 다질 수 있도록 지원할 계획이다. 특히 이

번 컨설팅시스템은 수요관리 자원 발굴, 실적관리, 및 정산

에 이르는 모든 사업운영 프로세스를 시스템으로 자동 운영

할 수 있도록 설계하여, 기존의 수작업으로 사업을 진행해왔

던 일부 중소기업에 대해 공정한 시장경쟁을 통한 동반성장

의 기회를 제공해 줄 것으로 기대하고 있다.

이미 한전은 시장개설 초기부터, 현장 중심의 밀착지원으

로 시장 참여를 하고자 하는 중소사업자에게 실질적인 지원

사업을 펼쳐왔다. 2014년 11월에 전국을 5대 광역권으로 나

누어 사업설명회를 개최하고, 시장참여 가이드북을 제작·

배포하여 시장 참여를 희망하는 약 1,500명의 고객 및 사업

자에게 시장 진입을 위한 가이드를 제시하였으며, 시장 개

설 이후에는 전국 14개 지역본부 및 177개 지사 네트워크의

인력지원을 통한 동반 현장방문을 시행하여 정보 제공은 물

론, 전력수요관리 통합시스템(i-Smart)을 통해 고객 전력사

용 패턴정보 등을 제공해 왔다.

한국전력은 앞으로도 한전은 수요자원 거래시장

(Negawatt시장)을 통하여 전력수급 안정 및 전력 공급비용

절감은 물론, 에너지 신산업 분야의 중소 수요관리 사업자의

자생력 확보를 위한 추가 지원을 지속적으로 펼쳐 나갈 계획

이라 한다.

<참고자료> 수요자원 거래시장 (Negawatt 발전) 개요

■ (개 념) 기업, 건물, 공장의 절전설비를 활용, 절약한

소량의 전기를모아 전력시장에 입찰하여 수익 창출

(2014.11.25 최초개설)

■ (운영방법) 전력시장에서 수요감축량(Negawatt)과 발전

기가 입찰경쟁

① 의무감축(신뢰성 DR) : DR사업자와 거래소가 의무감축

용량을 사전에 계약, 거래소가 감축지시를 발령하면 의

무적으로 부하감축

② 입 찰(경제성 DR) : 거래소의 감축지시 이행의무는 없

고,하루전시장에서 발전자원과 경쟁, 발전가격보다 저

렴한 경우 낙찰

■ (수익구조) 고객이 절약한 전기를 모아 전력시장에 판매

하고,판매수익(기본정산금 혹은 실적정산금) 중 일부를

수수료로 받음

☞ 의무감축(기본정산금+실적정산금), 입찰(실적정산금)

■(시장규모) 11개 사업자(861호 고객) 152만㎾ 자원 운영