[논문]전기자동차 운행을 위한 태양광발전소 수요 예측

최회균

doi:10.7836/kses.2020.40.4.035

전기자동차 운행을 위한 태양광발전소 수요 예측
Prediction of Demand for Photovoltaic Power Plants for Electric Vehicle Operation 원문보기

한국태양에너지학회 논문집 = Journal of the Korean Solar Energy Society, v.40 no.4, 2020년, pp.35 - 44

최회균 (협성대학교 도시공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

Currently, various policies regarding ecofriendly vehicles are being proposed to reduce carbon emissions. In this study, the required areas for charging electric vehicle (EV) batteries using electricity produced by photovoltaic (PV) power plants were estimated. First, approximately 2.4 million battery EVs, which represented 10% of the total number of vehicles, consume approximately 404 GWh. Second, the power required for charging batteries is approximately 0.3 GW, and the site area of the PV power plant is 4.62 ㎢, which accounts for 0.005% of the national territory. Third, from the available sites of buildings based on the region, Jeju alone consumes approximately 0.2%, while the rest of the region requires approximately 0.1%. Fourth, Seoul, which has the smallest available area of mountains and farmlands, utilizes 0.34% of the site for PV power plants, while the other parts of the region use less than 0.1%. The results of this study confirmed that the area of the PV power plant site for producing battery-charging power generated through the supply of EVs is very small. Therefore, it is desirable to analyze and implement more specific plans, such as efficient land use, forest damage minimization, and safe maintenance, to expand renewable energy, including PV power.

주제어

표/그림 (6)

그림 Fig. 1 Structure of battery electric vehicle
표 Table 1 Vehicle registration status by region (as of the end of June 2020) (unit: each)
표 Table 2 Amount of power that can charge 10% of the total vehicle
표 Table 3 Area of land, building floor area, mountain and farmland area by region (unit: m²)
표 Table 4 Area required of photovoltaic power plant and percentage of existing available area by region
그림 Fig. 2 Methods for calculating the site area of photovoltaic power plant for charging electric vehicle batteries

AI 본문요약
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문제 정의

또한 건축물위에 설치하는 경우에도 평슬라브 지붕은 일반 토지에 설치하는 것과 유사한 면적이 소요된다. 경사지붕인 경우에는 남 ‧ 북 방향이 동‧ 서 방향 보다 설치면적이 작아질 수 있으나, 지붕각도에 관계없이 동일한 면적으로 분석하고자 한다.
이러한 문제를 해결하기 위해 본 연구에서는 무한한 청정에너지인 태양광발전으로 생산된 전기로 전기자동차 배터리를 충전할 수 있는 태양광발전에 부지 면적을 예측하는 연구를 진행하였다. 국내의 등록된 지역별 자동차대수 현황을 파악하고, 전기자동차 배터리를 충전하기 위한 전력 생산을 목적으로 하는 태양광발전에 필요한 부지 면적을 지역별로 추정하고자 한다.
그러나 국토의 70%가 산림인 우리나라의 경우 태양광발전소 부지 확보를 위한 대안이 필요하다. 따라서 본 연구에서는 전기자동차 배터리를 충전할 수 있는 태양광발전 수요 예측을 하여 전국 17개 지역별 태양광발전소 면적을 추정하고자 한다.
2% 순으로 개발되었다. 산지와 농지의 비율이 개발된 전체 지목의 약 80%를 나타내고 있으므로, 본 연구에서는 지역별 산지 및 농지 면적을 조사하였다⁴⁾. 국내의 산지와 농지는 약 85,393 km²로 전 국토의 85.
현재 화력발전소 및 원전에서 생산되는 전기로 전기자동차 배터리를 충전하고 있는 상황에서는 향후 전기 자동차 수요가 계속 증가할수록 전체 전력용량에 영향을 줄 수 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해 본 연구에서는 무한한 청정에너지인 태양광발전으로 생산된 전기로 전기자동차 배터리를 충전할 수 있는 태양광발전에 부지 면적을 예측하는 연구를 진행하였다. 국내의 등록된 지역별 자동차대수 현황을 파악하고, 전기자동차 배터리를 충전하기 위한 전력 생산을 목적으로 하는 태양광발전에 필요한 부지 면적을 지역별로 추정하고자 한다.
1)⁶⁾. 전기자동차는 전기모터나 내연기관을 동시에 사용하는 하이브리드 전기자동차(Hybrid EV), 기본적으로 전기모터를 사용하고 필요에 따라 엔진을 이용해서 배터리를 충전시킬 수 있는 플러그인 하이브리드 전기자동차(Plug-in hybrid EV) 등이 있으며, 본 연구에서는 순수 전기로만 움직이는 전기자동차(Battery electric vehicle) 배터리에 관한 전력량을 분석하고자 한다.

제안 방법

가솔린 자동차 보다 정숙성, 낮은 유지비 등을 장점으로 부각시켰지만, 1930년대 초에 자동차 시장에서 사라지고 말았다. 그러나 자동차의 배기가스가 대기를 오염시키고 지구온난화를 심화시킨다는 근거로 미국 캘리포니아 대기지원국이 1998년까지 주내에서 판매하는 자동차의 2%를 배기가스를 유발하지 않는 친환경차로 제조하라는 규제를 수립하였다. 이 규제가 사라져버린 전기자동차를 소환하였고, 전 세계적으로 기후변화와 더불어 전기자동차의 수요는 빠르게 증가하고 있다⁵⁾.
태양전지 모듈의 효율은 양면모듈이 단면모듈보다 발전시간이 길고 상대적으로 발전량도 많다. 모든 모듈의 효율과 발전량은 지속적으로 증가하는 추세이므로, 본 연구에서는 단면모듈에 평균 발전시간을 적용하여 발전량을 산출하였다. 태양광발전시간은 일일 일조시간에 종합효율계수를 곱하여 계산한다.
첫째, 본 연구에서는 전기자동차 유형 중 엔진 동력을 함께 사용하는 하이브리드와 플러그인하이브리드 전기 자동차를 제외한 100% 충전된 전기 배터리만으로 운행하는 무공해 순수 전기자동차(BEV)에 중점을 두었다. 배터리 성능 개선과 가격 하락이 지속적으로 진행되고 있지만, 현재 기준으로 등록된 차량 유형에 따라 장착할 배터리 용량을 승용차 100 kWh, 밴 또는 버스 300 kWh, 트럭 500 kWh 그리고 특수차는 500 kWh를 적용하여 분석하였다. 전체 차량대수의 10%인 약 240만대의 소요 전력량은 약 404 GWh로 추정되었다.
7시간보다 높게 산정하였다¹²⁾. 본 연구에서는 일조시간을 3.6시간⁵⁾으로 적용하고, 1 kW 발전하는데 필요한 태양광발전소 부지 면적을 15 m²(약 4.5坪)를 기준으로 산정하였다. 배터리 충전을 위해 소요되는 전력량 404,299,900 kWh를 일조시간 3.
발전한 전기를 판매하는 수익성에 관련된 가중치는 포함하지 않았다. 소요되는 태양광발전소 면적을 소수점 두 자리까지 지역별로 산출하고, 기존 가용 면적에서 사용되는 면적 비율을 비교하였다(식(2)).
모듈의 용량과 면적, 어레이 면적과 간격, 사업부지 경계에서의 이격 거리, 부지 특성, 설치각 및 입사각 등이 육상태양광발전소 면적을 결정하는 변수로 작용한다. 일반적으로 수평면으로부터 경사각 30도 내외가 가장 효율적이며, 태양광 1 kW당 평면 기준으로 약 13 ~ 16 m² (4 ~ 5坪)면적이 소요되므로 본 연구에서는 경사진 토지도 포함하여 15 m² (약 4.5坪)를 1 kW 발전하는데 필요한 소요면적으로 정하였다. 한국환경정책평가연구원에서는 태양광 1kW 발전설비 설치에 필요한 부지 면적을 약 15.
전기자동차 배터리 충전을 위한 태양광발전소 부지 면적 산정 방법은 먼저 차량 유형별 배터리 용량을 계산하여 소요 전력을 계산한다. 발전소 건설 위치에 따른 관련 법규, 행정 사항 등을 면밀히 검토하여 토지 또는 건축물에 시공할 것인지를 결정한다.
첫째, 본 연구에서는 전기자동차 유형 중 엔진 동력을 함께 사용하는 하이브리드와 플러그인하이브리드 전기 자동차를 제외한 100% 충전된 전기 배터리만으로 운행하는 무공해 순수 전기자동차(BEV)에 중점을 두었다. 배터리 성능 개선과 가격 하락이 지속적으로 진행되고 있지만, 현재 기준으로 등록된 차량 유형에 따라 장착할 배터리 용량을 승용차 100 kWh, 밴 또는 버스 300 kWh, 트럭 500 kWh 그리고 특수차는 500 kWh를 적용하여 분석하였다.

대상 데이터

발전소 건설 위치에 따른 관련 법규, 행정 사항 등을 면밀히 검토하여 토지 또는 건축물에 시공할 것인지를 결정한다. 최종적으로 소요되는 발전 용량에 적합한 부지를 선정하여 건설한다(Fig. 2).

성능/효과

넷째, 토지의 28개 지목 중 태양광발전소가 주로 건설되는 임야인 산지와 전, 답, 과수원, 목장용지로 분류되는 농지의 면적이 약 85,393 km²로 국토의 85.1%를 차지하고 있다. 지역별 면적을 보면 강원이 15,997 km²로 가장 넓고, 건축물이 많은 서울은 161 km²로 가장 작은 규모이다.
둘째, 배터리 충전에 필요한 전력은 일조시간과 연평균 발전일수를 적용하면 약 0.3 GW이며, 태양광발전소 부지 면적은 4.62 km²로 국토의 0.005%를 점유하는 것으로 나타났다.
2% 정도이고 나머지 지역은 이보다 낮은 비율을 나타내고 있다. 산지와 농지에서 보면 가용 면적이 가장 작은 서울만 0.34%가 필요한 태양광발전소 부지로 예상되고, 나머지 지역은 0.1% 보다 작게 나타났다(Table 4).
셋째, 국토에서 건축물 연면적은 약 3,861 km²로 3.8%이며, 서울이 약 563 km²로 서울 토지의 93.1%로 비율은 가장 높지만, 면적은 경기가 약 982 km²로 가장 넓게 나타났다. 지역별 건축물 가용 부지에서 보면 제주만 약 0.
이상 본 연구를 통해 전기자동차 보급으로 발생하는 배터리 충전용 전력을 생산하기 위한 태양광발전소 부지면적은 매우 작다는 것을 확인하였다. 향후 자동차 등록대수 감소, 태양광발전효율과 배터리 성능 향상 등의 변수를 고려하면 현재 예측하는 면적보다 축소되겠지만, 현재 국내 등록된 전체 자동차에 전기배터리를 장착하여도 발전소 부지 비율은 국토의 1%도 차지하지 않을 것으로 추정된다.
전체 국토면적에서 건축물 연면적 비율은 3.8%로 약 3,861 km²²⁾를 차지하고, 지역별 건축물 비율을 보면 서울은 약 563 km² (93.1%)로 가장 높고, 부산 약 239 km²(31%), 광주와 대전은 20.4%로 각각 약 102 km²와 110 km², 대구 약167 km²(19%), 인천 약 194 km²(8.3%) 순으로 분포되어 있다. 그러나 경기도는 면적에 비해 건축물 비율은 9.
1%로 비율은 가장 높지만, 면적은 경기가 약 982 km²로 가장 넓게 나타났다. 지역별 건축물 가용 부지에서 보면 제주만 약 0.2%가 소요되고, 나머지 지역은 약 0.1%가 필요한 것으로 나타났다.

후속연구

또한 태양광발전소내에 ESS를 연계하여 충전된 전기자동차 배터리를 공급한다면, 송배전의 비용을 제로화하고 충전소에서 충전하는 시간을 최소화할 수 있다. 태양광발전소와 ESS를 연계한 전기자동차 배터리 공급시스템¹³⁾은 태양광발전 전력을 이용한 전기자동차 활성화에 기여할 수 있을 것으로 기대된다.
또한 정부는 2025년까지 전기자동차를 버스와 화물을 포함한 누적대수 113만대¹⁾를 보급한다는 목표를 수립하였다⁴⁾. 향후 승용차뿐 만아니라 화물과 대중교통을 포함한 중장비 차량도 전기자동차로 전환을 추진한다면, 증가하는 배터리 수요에 대비하여야 한다. 배터리를 충전하기 위한 전력 수급 방안으로 재생가능에너지인 태양광발전 인프라를 구축하여 생산된 전기로 배터리를 충전하여 공급할 수 있다.
이상 본 연구를 통해 전기자동차 보급으로 발생하는 배터리 충전용 전력을 생산하기 위한 태양광발전소 부지면적은 매우 작다는 것을 확인하였다. 향후 자동차 등록대수 감소, 태양광발전효율과 배터리 성능 향상 등의 변수를 고려하면 현재 예측하는 면적보다 축소되겠지만, 현재 국내 등록된 전체 자동차에 전기배터리를 장착하여도 발전소 부지 비율은 국토의 1%도 차지하지 않을 것으로 추정된다. 나아가 태양광발전을 포함한 재생에너지를 확대하기 위해서는 효율적인 토지이용, 산림훼손 최소화, 안전한 유지관리 등 보다 구체적인 계획을 사전에 면밀히 분석하는 것이 중요하다고 판단된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	전기자동차의 모터는 어떤 방법으로 구동되는가?	소음과 진동이 적은 전기자동차는 주행 시 화석연료를 사용하지 않아 대기오염 물질인 CO(일산화탄소)나 NOx(질소산화물) 등을 배출하지 않는다. 전기자동차는 충전된 배터리에서 직류(DC)전류를 인버터(inverter)로 보내고, 인버터의 AC/DC 컨버터(converter)는 배터리에서 받은 직류전류를 교류(AC)전류로 변환하여 모터를 구동한다. 이 모터에서 생성되는 회전력을 감속기가 적절한 속도 및 토크(torque)로 구동축을 통해 바퀴에 전달하여 움직이는 구조이다(Fig.
	육상태양광발전소 면적을 결정하는 변수에는 무엇이 있는가?	태양광발전량은 일사량이 좋은 지역 및 방향에 따라 편차가 있으며, 태양광 모듈의 전류는 일사량이 좋으면 높아지고 전압은 고온으로 갈수록 낮아지므로 통풍이 잘 되는 서늘한 기온에서 발전량이 증가한다. 모듈의 용량과 면적, 어레이 면적과 간격, 사업부지 경계에서의 이격 거리, 부지 특성, 설치각 및 입사각 등이 육상태양광발전소 면적을 결정하는 변수로 작용한다. 일반적으로 수평면으로부터 경사각 30도 내외가 가장 효율적이며, 태양광 1 kW당 평면 기준으로 약 13 ~ 16 m2 (4 ~ 5坪)면적이 소요되므로 본 연구에서는 경사진 토지도 포함하여 15 m2 (약 4.
	전기자동차는 미국 캘리포니아 대기지원국의 어떤 규제로 인해 다시 수요가 증가하게 되었는가?	가솔린 자동차 보다 정숙성, 낮은 유지비 등을 장점으로 부각시켰지만, 1930년대 초에 자동차 시장에서 사라지고 말았다. 그러나 자동차의 배기가스가 대기를 오염시키고 지구온난화를 심화시킨다는 근거로 미국 캘리포니아 대기지원국이 1998년까지 주내에서 판매하는 자동차의 2%를 배기가스를 유발하지 않는 친환경차로 제조하라는 규제를 수립하였다. 이 규제가 사라져버린 전기자동차를 소환하였고, 전 세계적으로 기후변화와 더불어 전기자동차의 수요는 빠르게 증가하고 있다5).

참고문헌 (13)

IEA, Global EV outlook 2020, International Energy Agency, 2020.
BNEF, Electric Vehicle Outlook 2020, Bloomberg New Energy Finance, 2020.
E-Country Index. Vehicle Registration status. Ministry of Land Infrastructure and Transport, 2020.
ME Press Releases, Moving Forward Toward Eco-friendly Future Mobility, Ministry of Environment, 2020.7.22.
Seth Fletcher, Super Battery and Electric Vehicle Story, Sung An Dang, pp. 139-145, 2015.
Jung, Y. W. and Jung, K. S., Electric vehicle, GS Intervision, 2011.
National Legal Information Center, Automobile Management Act, Ministry of Government Legislation, 2020.
KEI Focus, The Present Condition of Environmental Evaluation and Environmental Acceptability of Land-State Photovoltaic Power Generation Project, Korea Environment Institute, 2019.
E-Country Index. Current status of buildings by Area. Ministry of Land Infrastructure and Transport, 2020.
National Legal Information Center, Act on the Establishment and Management of Spatial Data, Ministry of Government Legislation, 2020.
KOSIS, National Land Use Status by Geographical Names by Administrative Region, Korean Statistical Information Service, 2020.
Korea Electric Power Corporation, KEPCO PPA (Power Purchase Agreement) Guide, 2018.
Choi, H. K., A Study on Battery Charging and Supply System of Electric Vehicle Using Photovoltaic Generation, Journal of Climate Change Research, Vol. 8, No.3, pp. 265-273, 2017.

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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