전기차 운전자로서 반드시 명심해야 할 것들
[테크월드=선연수 기자]
전기 자동차(EV)를 사용하는 고객이든, 전기 차량을 판매하는 직원이든, 아니면 충전 인프라를 설계하는 비즈니스 전문가든, 전기차와 관련된 핵심 질문은 보통 하나로 귀결된다. 바로 전기 공급이다. 단순히 전기차를 구매하는 것과 운용하는 것은 전혀 다른 문제이기 때문에, 전기차 충전 시스템을 갖추기 위해서는 가정과 빌딩의 기존 전력 공급 체계에 대한 대대적인 정비가 필요하다.
아우디(Audi) EV 충전·인프라 매니저 크리스토퍼 마이클배커(Christoper Michelbacker)는 "일반 가정의 전기 부하 평균은 약 5kW다. 여기에 전기차 충전 설비를 추가하면 부하는 이의 약 두 배인 9.6kW로 상승한다. 바로 이 지점이 전기차 충전 설비에 대해 진지하게 고민해야 할 이유”라고 설명한다.
전원공급 장치의 요구 사항 확인
일반 가정이나 상업용 빌딩에 이런 전기차 충전 설비를 추가하기 위해 가장 먼저 해야 할 일은, 전기 기술자를 통해 해당 충전 부하를 감당할 수 있는지 확인하는 작업이다. 이때 가장 핵심적으로 고민해야 하는 요소는 다음의 3가지다.
ⓛ 건물 전체의 기존 부하
② 현재 활용할 수 있는 전력 용량
③ EVSE(전기차 서비스 설비와 기기)의 예상 부하
위의 3가지 변수가 추정됐다면, 계산은 아주 간단하다. ② ’현재의 활용할 수 있는 전력 용량’에서 ⓛ ‘건물 전체의 기존 부하’를 제하고, 여기서 ③ ‘EVSE의 예상 부하’도 제해 보는 것이다.
② - ⓛ - ③ = ?
계산 결과, 수치가 넉넉하게 도출된다면 문제가 없겠으나, 0에 가까운 수치나 음의 값이 나오는 경우 고민의 깊이는 깊어질 수밖에 없다. 그리고 실제로 후자인 경우가 대다수다.
주거용 건물에 충전 설비 설치하기
우선 일반 주택에 충전 설비를 추가하는 경우를 생각해 보자. 주거용 설비의 경우, 오늘날 배치된 대부분의 충전소는 240VAC 전원이 필요한 레벨2 범주에 속한다. 7.2kW를 공급하는 일반적인 레벨2 수준의 충전소는 30A를 소모한다. 전기차 충전 설비 구축 시 일반적으로 예상 부하보다 20%의 회로 용량을 추가로 요구해, 이 경우 충전 설비 확충을 위해서 전용 240V, 40A의 서비스가 필요하다. 용량이 좀 더 큰 9.6kW 수준의 레벨2 충전기는 40A를 소모하며, 약 50A 수준의 서비스를 필요로 한다.
레벨2 충전 설비 중, 최대 출력 19.2kW 규모를 가정할 경우, 80A가 소모되며 100A 서비스가 필요하다. 이 외에도 EVSE를 확보하기 위해 별도의 요구 사항들이 추가될 경우엔, 또다시 별도의 미터와 패널을 확보해야 한다. 주거용 전기차 충전 시설을 구축하기 위해서는 이 외에도 다음 3가지의 질문을 고민해 봐야 한다.
▲ 충전 방식은 하드와이어드(Hardwired)인가, 아니면 플러그드인(Plugged-In) 방식인가?
▲ 충전 시설을 어디에 위치시킬 것인가?
▲ 전기 패널에서 충전장비까지 전원을 어떻게 끌어올 것인가?
상업용 건물 충전 설비 설치
상업용 건물에 설치되는 충전 설비는 기본적으로 보다 견고하고 안정적인 시스템 구축을 요구한다. 따라서 주거용과 마찬가지로 건물 전체의 부하와 예상 여력 등을 계산하는 일들은 기본적으로 수행돼야 하며, 이 외에도 몇 가지 요소들을 추가적으로 고민해야 한다.
예를 들면, 건물 내 레벨2 충전 설비가 다수 구축된 솔루션에서, 단일 충전 스팟에 대한 계산과 설치를 위한 접근법은 기본적으로 가정용과 유사하지만, 정확한 계산을 위해서는 총 구축될 충전 스팟의 수와 그 출력 용량(A와 kW)을 곱해서 산출해야 한다. 이런 복합/다중 솔루션을 설치하기 위해서는 다수의 240V 충전 스팟들이 필요해, 건물의 총 전기 부하량은 가정용에 비해 현저히 증가할 수 있다. 또한, 스팟 별로 가동되는 시간대가 다를 수도 있어 변수는 더욱 늘어난다.
건물 내에 급속충전을 위한 DC 480V 충전 설비 구축을 위해서는 전력 출력에 따라 다소 상이할 수 있으나, 일반적으로 훨씬 더 많은 전류를 소비하게 된다. 대부분의 상업용 건물들은 480VAC를 기본으로 240V 서브패널이 연결되는 구조를 가지는데, DC 급속 충전 스테이션을 구축하기 위해서는 별도의 전용 480V 회로가 필요하다.
상업용 건물의 경우 전력 요금 체계 또한 중요한 고려 요소다. 일반적으로 상업, 기업용 전력 요금은 전력 수요에 따라 책정되는데, 보다 경제적 요금 체계를 구축하기 위해서는 건물의 예상 전력 부하를 정확히 계산해야 한다. 마이클 배커 매니저는 상업용 건물의 EVSE의 설치의 어려움에 대해 "일반적으로 상업용 전기 요금은 전력 수요에 따라 가격이 책정되는데, 그 기준의 핵심은 바로 건물의 피크 부하, 즉 절정 부하다. 이 피크는 평상 시의 소비량에 비해 훨씬 더 높은 수준에서 형성되기 때문에, 책정된 피크 부하를 초과하게 되면 해당 전력에 대해서 보다 높은 가격이 책정된다”고 설명했다.
마이클 배커 매니저는 “기본 부하가 40kW인 건물을 가정해 보자. 당연히 대부분의 사람들이 실제 소비량에 가까운 전력량에 기준한 요금을 책정을 원할 것이다. 건물의 평균 전력 사용량이 40kW인데 굳이 90kW를 기준으로 전기 요금을 협상할 이유가 없다. 하지만 전기차 충전기나 관련 시설이 들어오게 되면 상황이 달라진다”고 예를 들어 설명했다.
이어 “40kW를 기준으로 빌딩의 전력 요금을 상정했는데, 50kW의 급속충전기가 새로이 설치됐다고 가정해 보자. 해당 건물이 전력 소요량이 피크 수준인 40kW에 도달한 시간대에, 갑자기 누군가가 차에 플러그를 꽂으면 아주 짧은 시간 동안이라도 그 순간 전력 사용량은 무려 90kW로 치솟는다. 40kW를 초과하는 그 순간부터 엄청나게 가파른 속도로 전기 요금이 부과되는 상황이 발생한다. 따라서 상업용 건물에 EVSE를 설치할 때는 반드시 전력회사와 사전에 충분히 논의하고 고민을 거쳐, 요금 체계를 합리화하는 것이 매우 중요하다”고 분석했다.
상업용 건물에서는 충전 설비까지 전력을 공급하기 위한 비용도 고려해야 한다. 대용량 480VAC의 전기 충전 서비스를 도입하면, 전력원에서 전기 충전 위치의 거리에 상관없이 엄청난 비용이 수반된다. 만약 전력원에서 충전 위치까지의 거리가 먼 경우는 더 설명할 필요도 없다. 더불어 필요한 서비스의 수준과 수량에 따라서 전력회사에 요청해 추가로 고전압 변압기를 설치해야 할 수도 있다.
결론
전기차의 주인이 되는 것은 분명 멋진 일이다. 그러나 이를 위해서는 생각해야 할 부분들이 많다. 새로운 EV 충전 시스템을 구현하기 위해서는 주택이든 아니면 상업용 빌딩이든, 기존의 전원 공급 장치와는 다른 환경이 요구되고 이를 위한 면밀한 준비가 필요할 것이다.
자료제공: 마우저 일렉트로닉스
글: 데이빗 탈보트(David Talbott)
- 이 글은 테크월드가 발행하는 월간 <EPNC 電子部品> 2019년 9월 호에 게재된 기사입니다.
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