[논문]EV용 충전 인프라 구축을 위한 BESS 용량 산정

이은주; 최규영; 김동희; 이병국

가설 설정

대형마트의 주차시설에 설치되는 완속 충전기의 용량은 아직 표준화 기준이 없다. 수요전력이 최대가 되는 경우를 고려하기 위해 용량을 6.6[kW], 효율을 90%인 경우로 가정하였다^[4]. 그 결과 EV 보급으로 인한 추가수요전력량은 1,297.

제안 방법

BESS의 설치는 비용 및 시간적 측면에서 배전설비의 증설에 비해 충전 인프라 구축시의 전력수급을 안정화하는 탄력적인 대응방안이 될 수 있으며, 부족한 전력을 보상하면서도 공간과 비용의 낭비가 없는 효율적인 BESS의 설치를 위해서 용량산정은 필수적이다. 이에 본 논문에서는 수원시의 매장면적 4000여평인 한 대형마트의 실제 주차시설의 차량입고 현황을 분석하여 충전 인프라 구축시 추가로 발생할 수요전력량을 예측하고, 현재 전력수급 데이터를 분석하여 얻은 최대수요전력량과 계약전력의 비교분석으로 필요전력량을 산출하였다. 이를 토대로 충전 인프라의 구축을 위한 BESS의 용량을 산정하였다.
이에 본 논문에서는 수원시의 매장면적 4000여평인 한 대형마트의 실제 주차시설의 차량입고 현황을 분석하여 충전 인프라 구축시 추가로 발생할 수요전력량을 예측하고, 현재 전력수급 데이터를 분석하여 얻은 최대수요전력량과 계약전력의 비교분석으로 필요전력량을 산출하였다. 이를 토대로 충전 인프라의 구축을 위한 BESS의 용량을 산정하였다.
충전 인프라의 구축시 발생할 추가적인 수요전력량의 예측을 위해 먼저, 대상 대형마트의 주차시설의 차량입고 현황 데이터와 EV의 시장보급률을 분석하여 주차시설에 입고되는 EV의 수량을 예상하였다. 예상된 EV의 수량과 충전 인프라의 용량의 곱으로 충전 인프라 구축시의 추가수요전력량을 산정하였다.
충전 인프라의 구축시 발생할 추가적인 수요전력량의 예측을 위해 먼저, 대상 대형마트의 주차시설의 차량입고 현황 데이터와 EV의 시장보급률을 분석하여 주차시설에 입고되는 EV의 수량을 예상하였다. 예상된 EV의 수량과 충전 인프라의 용량의 곱으로 충전 인프라 구축시의 추가수요전력량을 산정하였다.
EV 충전 인프라를 위한 BESS의 용량산정을 위해 계약전력과 수요전력을 비교하여 더 필요할 것으로 예상되는 전력량을 산출하였다. 이때 계약전력은 현재의 것으로 고려하였다.
본 논문에서는 실제 대형마트를 대상으로 하여 주차시설의 차량입고 데이터를 기반으로 EV의 보급을 위한 충전 인프라 구축시 추가적으로 발생할 것으로 예상되는 전력량을 산출하고 계약전력과 최대수요전력량을 예상하여 양 간의 비교를 통해 필요전력량을 구하여 충전 인프라에 이용되는 BESS의 용량을 산정하였다. 나아가 앞으로 스마트 그리드를 통한 차별적인 전력가격체계의 도입과 풍력이나 태양광 발전을 이용한 신재생에너지의 활용 여부, BESS의 설치비용과 BESS 설치로 얻을 수 있는 이득의 비교, ESS로 채택될 Battery의 효율을 고려한다면 좀 더 정확한 용량 산정이 가능할 것이다.

대상 데이터

그림 2에 대상 대형마트의 현재 최대수요전력과 EV 보급시의 최대수요전력량을 함께 나타내었다. 대상 대형마트는 부하를 일반용과 산업용으로 나누어 수요전력량을 산정하고 있다. 일반용과 산업용 수요전력을 합친 것이 총 수요전력량이다.
대상 대형마트의 계약상 사용할 수 있는 총 전력인 계약전력을 나타내는 변압기의 총 용량은 4,250[kW]이다. EV 보급시의 2024년의 최대수요전력량이 4,538[kW]로 예상되었고, 여유율을 20%로 하였을 때, 필요전력량은 1,195.

성능/효과

이에 따라 앞으로 EV의 보급률이 19∼20%가 될 것으로 예상 할 수 있으며 본 논문에서는 19.5%로 고려하여 추가수요전력량을 예측하였다.
6[kW], 효율을 90%인 경우로 가정하였다^[4]. 그 결과 EV 보급으로 인한 추가수요전력량은 1,297.58[kW]로 산출되었다.
1[kW]이다. 이를 2.1.3절의 결과와 비교하면 EV 충전 인프라 구축으로 주차시설에서는 1,010.48[kW]가 더 필요해진다는 것을 알 수 있다.
앞서 분석한 결과 필요전력량은 대상 대형마트의 전체 전력수급을 예측하여 고려한 경우는 1,195.6[kW], 주차시설만을 고려한 경우에는 1,010.48[kW]로 산출되었다. 여유율을 20%로 하여 BESS의 용량을 산정한다면, 전체 수요전력의 보상을 고려하는 경우에는 1,195.
7[kW]이 BESS의 용량으로 산정된다. 다만, 충전 인프라에만 이용될 BESS 시설이라면 주차시설에 할당된 계약전력만을 고려하여 산출된 필요전력량인 1,010.48[kW]을 바탕으로 BESS의 용량을 1,212.57[kW]로 산정하는 것이 신뢰성과 전력수급의 안전성을 보장할 수 있을 것이다.

후속연구

그 중 EV는 연료효율과 환경성이 우수하여 미래 보급 잠재력이 매우 크지만, 배터리만을 동력원으로 하므로 1회 충전 후 주행거리의 한계가 있다^[1]. 이에 정부는 원활한 EV의 보급을 위한 충전 인프라 구축을 위해 전국 단위 충전 인프라 구축 로드맵을 수립하여 2020년까지 공공시설과 대형마트 등의 충전기 설치를 적극 지원 할 예정이다^[2]. 충전 인프라의 수요전력량은 다수의 EV가 동시에 충전을 할 경우 전력망 불안정의 요인이 될 수 있으며 특히, 우선적으로 충전 인프라가 구축될 것으로 보이는 대형마트의 경우 기존설비만으로는 추가적인 수요전력을 감당할 수 없을 것으로 예상된다.
본 논문에서는 실제 대형마트를 대상으로 하여 주차시설의 차량입고 데이터를 기반으로 EV의 보급을 위한 충전 인프라 구축시 추가적으로 발생할 것으로 예상되는 전력량을 산출하고 계약전력과 최대수요전력량을 예상하여 양 간의 비교를 통해 필요전력량을 구하여 충전 인프라에 이용되는 BESS의 용량을 산정하였다. 나아가 앞으로 스마트 그리드를 통한 차별적인 전력가격체계의 도입과 풍력이나 태양광 발전을 이용한 신재생에너지의 활용 여부, BESS의 설치비용과 BESS 설치로 얻을 수 있는 이득의 비교, ESS로 채택될 Battery의 효율을 고려한다면 좀 더 정확한 용량 산정이 가능할 것이다.

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