E-Mobility 성장에 따른 석유·전력·신재생에너지 산업 대응 전략 연구(신재생에너지)(3/4)|RISS 상세보기

국문 초록 (Abstract)

1. 연구의 필요성 및 목적
■ 연구의 필요성
○ 2050년까지 탈탄소사회로의 성공적인 전환을 위해서 정부는 ‘탄소중립 전략’(2020.12.)과 ‘탄소중립 시나리오’(2021.08.)를 발표함.
- 2050년 탈탄소화를 위한 중요한 정책 방향 중 하나는 재생에너지 발전량 증가와 최종 에너지 수요에서의 전력화 증대임.
- 수송 부문은 재생에너지 발전에 의한 전력화를 실현할 수 있는 중요한 에너지 수요 부문임.
○ 재생에너지 보급 확대 목표를 비용 효율적으로 달성하기 위해서는 재생에너지 발전을 전력계통에 통합하는 것이 필요함.
- 전력 운영시스템 측면에서 유연성 제공이 한 가지 대안으로 거론되며, 전력계통의 유연성은 가변적인 재생에너지 발전을 비용 효율적으로 수용하면서 전력 수급 균형 서비스를 제공하는 것임.
- 미래의 전력 시스템에서는 공급자뿐만 아니라, 수요자 측을 포함한 모든 전력 시스템 측면에서 유연성을 제공할 수 있어야 함.
- 높은 가변적 재생에너지 전력 보급에 기반한 미래 저탄소 전력 시스템에서 가치의 창출은 전력 공급뿐만 아니라 유연성 제공에서도 발생할 수 있음.
○ E-Mobility 배터리를 유연성 자원으로 사용할 수 있다면 전력계통에 새로운 유연성을 제공하고, 수송 부문 전력화에 기여할 수 있음.
- 또한, E-Mobility 배터리를 활용할 수 있는 비즈니스 모델과 시장 설계가 구축된다면 재생에너지를 활용하여 전력계통에 새로운 가치를 창출할 것으로 기대할 수 있음.

■ 연구의 목적
○ 본 연구는 총 4개년 연구로써 이번 3차년도 연구는 E-Mobility 배터리를 활용할 수 있는 비즈니스 모델과 시장 설계를 위해 필요한 정책을 도출하는 것을 목적으로 함.
- 1차년도 연구에서는 신재생에너지와 E-Mobility간의 통합에너지시스템 구축을 위한 기술의 필요성 및 대응 전략을 도출하였음.
- 신재생에너지 비중과 전기자동차 보급률 및 보급 목표가 높은 제주도를 실증 분석 대상으로 설정하고, E-Mobility 수요자원 가치 추정을 위한 시나리오 분석을 수행함.
- 2차년도 연구는 신재생에너지와 E-Mobility 상호 연계의 공급측면(전력계통)과 수요측면(소비자)의 경제적 가치를 도출하고, 이를 기반으로 비즈니스 모델의 실현가능성 및 활성화방안에 대한 연구를 수행함.
- MPSOPF 전력시스템 최적화 모형을 이용하여, 공급측면에서의 E-Mobility와 신재생에너지간의 상호연계성이 가지는 가치를 분석하였고, 조건부 가치측정법을 통해 수요측면에서의 스마트 충전에 대한 수용의사액을 측정하였음.
- 3차년도 연구는 스마트 기술이 제공 가능한 서비스를 분석하고 이를 활용해 가치를 창출할 수 있는 비즈니스 모델을 분석하며, 비즈니스 모델을 정착시키기 위한 시장제도 및 설계 등에 대하여 논의함
- 해외주요국 및 기업들의 스마트 충전 사업 및 비즈니스 모델 사례를 조사하였고, 경영학적 접근방법을 활용한 제도개선 방안을 도출하였음.
- 또한 전력계통, 제도, 비즈니스 분야 잠재적 스마트 충전 시장참여 전문가를 대상으로 AHP 전문가 설문조사를 진행함.
- 마지막 4차년도 연구에서는 앞선 3개년 동안 수행된 연구결과를 종합하여 E-Mobility와 신재생에너지 연계 시장 구축 및 사업 활성화를 위한 정책 개선방안과 신재생에너지 산업의 대응 전략을 도출하는 것을 계획하고 있음.

2. 연구내용 및 주요 분석 결과
■ 문헌 연구
○ 스마트 충전 기술은 실증 프로젝트를 통해서 전력계통의 안정화에 일조를 할 수 있는 것으로 증명됨.
○ 스마트 충전을 도입하기 위해서는 기본적으로 디지털화가 선행되어야 하 고, 전기자동차-충전기-전력망 간의 전력과 정보 교환 기술 및 제어가 표준화되어야 함.
○ 스마트 충전을 위한 비즈니스 모델에 대한 관심이 높지만, 스마트 충전이 가능한 전기자동차와 충전기 보급 미흡으로 실제 사업은 실증 사업 수준에 그치고 있음.

■ 스마트 충전 국내외 실증 사례
○ 스마트 충전은 디지털 기술, 정보 제어 기술, 에너지 예측 기술 등을 반영한 전기차-전력망 통합(Vehicle-Grid Integration, VGI) 시스템을 통해 전기자동차 충전을 최적화하여 부하 관리, 계통 영향 최소화, 배전망 제약 극복 및 재생에너지의 전력망 통합을 촉진할 수 있는 기술임.
○ 스마트 충전 타입은 충방전 기술 및 서비스 범위를 기준으로 V1G, V2G, V2H, V2B 등으로 나눌 수 있음.
○ 스마트 충전 서비스 종류는 부하 이동/변환(Load Shifting), 전력피크 저감(Peak Shaving)을 통한 혼잡 관리(Congestion Management), 전력 가격 차이를 이용한 차익 거래(Arbitrage), 주파수 제어(Frequency Regulation), 그리고 1차 예비력(Primary Reserves) 및 2차 예비력(Second Reserves)과 같은 전력 예비력 공급(Spinning Reserves) 등이 있음.
○ 스마트 충전이 제공 가능한 서비스를 통해서 충전 서비스에 참여하는 많은 경제 주체들이 다양한 편익을 취할 수 있음.
- 이론적인 측면에서의 스마트 충전의 제공 가능 서비스와 편익이 최근 주요 실증사업을 통해 현실화되고 있음.
- 이는 스마트 충전이 이론적 기술이 아닌 실질적 기술로 재생에너지의 전력계통 통합에 일조할 수 있다는 사실을 말해 줌.
○ 스마트 충전 실증사업의 목적은 V2G 잠재력 실증 및 기술개발, 에너지 저장장치로서 활용, 전력망 안정화, 비즈니스 모델 탐색 및 개발, 전기자동차의 스마트 그리드 서비스 참여 가능성 실증, 전기자동차 활용 촉진 등으로 다양함.
- 실증사업에서 제공한 주요 서비스 종류는 주파수 제어, 부하 이동, 차익 거래, 배전계통운영자(Distribution System Operator, DSO) 서비스, 예비력 공급, 전력 피크 저감 등임.
- 성공적인 실증사업을 통해 스마트 충전 사업은 재생에너지, 수송, 발전 부문을 연계하여 통합적 스마트 에너지 시스템 구축에 일조하고 새로운 에너지 사업으로 발전할 수 있는 잠재력이 높은 사업일 수 있음을 확인해 나가고 있음.
○ 국내외 다양한 실증사업 추진 과정에서 스마트 충전이 사업화되기 위해서는 많은 장애요인이 존재하는 것도 확인함.
- 가장 큰 장애요인은 스마트 충전을 할 수 있는 전기자동차와 충전기 보급이 미흡하다는 사실임.
- 유연성 자원으로서의 스마트 충전의 법률적 지위도 정의되어 있지 않음.
- 스마트 충전에 참여할 유인체계, 가령 충·방전 요금 체계도 갖추어 있지 않음.
- 현행법상 전기자동차의 배터리 내 전력 거래도 일정 부분 제약을 받고 있음.
- 스마트 충전의 사업화를 위해서는 전기공급계약, 배전계통연계기준, 전기사업법 등의 개정도 요구됨.
○ 스마트 충전은 많은 장애요인에도 불구하고 실증사업을 통해서 실현가능한 기술로 평가받고 있지만, 제도 수립 및 개선이 필요한 상황임.
- 스마트 충전 기술에 대한 수요는 재생에너지 및 전기차 보급 확대에 따라 빠르게 높아지고 있으며, 기술 수준도 크게 높아질 것으로 기대되고 있음.
- 하지만, 스마트 충전 시장 및 기술 도입과 활성화를 위한 제도적 측면에서의 준비는 미흡한 상황임.
- 스마트 충전 기술은 먼 미래의 기술이 아닌 현실 기술이라는 점을 인식하고 하루 빨리 시장과 제도를 개선할 준비를 해야 할 것임.

■ 스마트 충전 비즈니스 모델
○ 스마트 충전이 원활하게 사업화되기 위해서는 스마트 충전이 제공 가능한 서비스 가치를 창출하는 것이 중요함.
- 서비스 가치를 창출하기 위해서는 사업화 할 수 있는 비즈니스 모델이 필요함.
- 스마트 충전 서비스를 사업화할 수 있는 비즈니스 모델로는 중개사업자 모델, P2P 전력거래 모델, 서비스로서의 에너지(Energy-as-a-Service, Eaas) 모델, 지역공동체 소유 모델, 폐배터리 활용 모델 등이 있음.
○ 전기자동차-충전기-전력계통의 전력과 정보의 흐름을 제어하는 비즈니스 모델 중 가장 유력한 모델은 중개사업자 모델일 것으로 추정됨.
- 스마트 충전의 양방향 서비스의 실현을 위해 디지털과 전력 및 정보를 제어할 수 있는 기술을 가지고 있는 중개사업자의 역할이 중요할 것으로 보임.
- 이 모든 비즈니스 모델들의 사업화는 아직 초기 상태에 머물러 있으며, 이 중 가장 발달한 사업 모델은 중개사업자 모델임.
- 스마트 충전 실증사업에 중개사업자 기업들이 많이 참여하였으며 그 역할도 중요하였음.
○ 스마트 충전을 활용한 비즈니스 모델들이 참여 가능한 시장은 가상발전소(Virtual Power Plant, VPP)또는 수요반응(Demand Response, DR) 시장이 유력함.
- 더 나아가 건물 및 주택 에너지 관리 시장에도 진출 가능할 것으로 예상됨.
- 하지만 스마트 충전 가능 차량과 충전기의 보급 부족으로 실질적인 비즈니스 모델을 찾기는 쉽지 않음.
○ 선도 기업 이론 측면에서 스마트 충전 산업의 특성으로 인해 기존의 충전산업 내 선도기업으로서의 지위 유지가 힘들어 시장 진입이 원활하지 않을 수 있는데, 금융 및 제도 개선을 통해 시장을 활성화시키기 위한 노력이 필요함.
- 전문가 설문에 의하면 스마트 충전 산업은 기술진보가 빠르고 시장성장은 느린 산업이 될 것으로 예측됨.
- 기술 및 시장 변화에 대한 불확실성 하에서 경쟁우위 관점에서 기업들의 행동에 대한 내용을 다루는 선도 기업 이론을 활용하여 스마트 충전 산업 분석을 수행하였음.
- 만약 스마트 충전 사업이 기술 시장을 선도하는 시장으로 진행된다면, 스마트 충전 시장 선도 기업들은 적법적 진공상태 및 구조적 각인효과로 인해 선도 기업의 이득을 누리지 못할 수 있으므로, 우수한 재정자원이나 여유자산이 선도기업으로의 지위를 유지하기 위해 필수적인 요소가 될 수 있음.
- 그러나 현재 전기자동차 충전 시장의 기업들은 중소기업이 대부분이며, 일반적으로 중소기업은 재정과 자산이 풍부하지 못한 경우가 많음.
- 그렇기 때문에, 현재 전기자동차 충전시장을 선도하고 있는 중소기업이 스마트 충전 산업 내 선도 기업으로 성장할 기회가 많지 않을 수 있음.
- 이러한 산업의 특성으로 인해 정부는 스마트 충전 시장에 기존 전기차 시장의 선도 기업들이 많이 참여할 수 있도록 금융 및 인프라 지원이 필요할 것으로 보임.
- 스마트 충전 시장 규모 확대 및 비즈니스 모델 활성화를 위해 정부는 스마트 충전 선도 기업을 대상으로 저금리로 투자금을 지원해주고, 양방향 통신 및 충전 제어의 표준화를 통해 하나의 충전기에 여러 기업의 스마트 충전 플랫폼이 사용될 수 있도록 하여, 기업의 시장 진입에 대한 재정적 진입장벽을 저감시키는 정책을 추진하는 것이 중요할 것으로 보임.
- 특히, 표준화로 인해 스마트 충전기를 공유할 수 있으면, 선도 기업의 인프라 구축을 위한 투자를 줄일 수 있기 때문에, 선도기업의 초기 시장 진입을 촉진하여 스마트 충전 시장 활성화를 이끌 수 있을 것으로 보임.
○ 스마트 충전 산업이 진보하면서 기술과 시장이 모두 빠르게 변화하는 특성을 가지게 되는 형태로 변화하는데 대한 고려도 필요함.
- 기술과 시장이 동시에 빠르게 변화하는 경우에는 선도 기업들의 고립 매커니즘을 통한 이득은 약화되고 후발 기업들의 기회가 강화되는 장단점이 있을 수 있음.
- 빠른 시장 변화에 대응할 수 있는 기업의 기술 혁신 역량이 선도 기업의 이득을 누릴 수 있는 필수 요소라고 할 수 있음.
- 정부는 스마트 충전 사업에 많은 선도 기업들이 참여할 수 있도록 기술 R&D에 대한 세제 및 투자 혜택 부여가 필요할 것으로 보임.
○ 스마트 충전 산업에 선도 기업들이 진출하기 위해서는 지원과 함께 정부의 스마트 충전 사업 활성화를 위한 정책 의지가 중요함.
- 정부가 스마트 충전을 새로운 에너지 신사업으로 인정하고 꾸준히 성장시킬 것이라는 정책 의지가 선도 기업에게는 가장 효과적인 정책 지원 수단임.

■ 설문조사
○ 스마트 충전 사업의 도입 및 현황, 전망과 향후 스마트 충전 사업 국내 도입을 위한 주요 요인들에 대한 전문가 설문조사를 수행함.
- 대부분 전문가는 단기에 V1G 및 V2H/V2B 타입의 스마트 충전 기술 실현이 가능할 것으로 전망함.
- 스마트 충전 기술의 도입이 국내 재생에너지 보급 확대에 따른 전력계통 안정성 이슈에 대한 해결책 중 하나로 활용 가능하다고 판단하고 있는 것으로 나타남.
- V2G의 국내 도입 시기에 대한 질의에는 5년 이내 혹은 10년 이내의 응답률이 가장 높게 나타나, V1G 및 V2H/V2B 타입의 도입 이후 단계적으로 국내에 도입 될 수 있을 것으로 전망됨.
- V2G 기술에 대한 표준화, 그리고 스마트 충전 기술을 위한 최소 필요 공급용량에 대해서는 전문가 그룹별로 서로 다른 의견을 가지고 있는 것으로 나타남.
○ AHP 분석에서 전문가들은 스마트 충전 사업 도입을 위한 중요 요소에 대한 전문가 그룹별 인식 정도의 차이가 존재함.
- 3개 그룹 모두 공통적으로 경제적 요소를 가장 중요한 요소로 꼽음.
- 2계층까지 고려한 종합 가중치 순위는 ‘경제적 요소–보상체계’가 전체 전문가들을 대상으로 한 결과에서 1순위로 선정됨.
- 전력 계통전문가 그룹은 ‘경제적 요소–도매시장 개방’의 상대 가중치가 가장 높게 나타남.
○ 설문조사 결과를 바탕으로 도출한 국내 스마트 충전 서비스 사업의 원활한 도입과 활성화를 위한 전략으로 먼저 스마트 충전 서비스 타입의 단계적 도입이 필요함.
- V1G, V2H/V2B, V2G 타입별 필요 기술 및 인프라 수준의 차이가 존재하고, 현행 제도 내에서 가능한 서비스의 차이도 존재함.
- 그러므로 V2G 서비스의 원활한 도입을 위한 기술 및 인프라 측면에서는 전기자동차들의 V2G 기능 탑재와 V2G 충전 서비스가 가능한 충전소 인프라 확충이 우선되어야 함.
- 제도적 측면에서는 현재의 기술적 법적 수준이 허가하는 범위 내에서의 스마트 충전 중 서비스 V1G, V2H/V2B 타입부터 단계적으로 시행하고 점차 서비스 범위를 확대해 나가는 방향을 고려해 볼 수 있음
- 일반적으로 충전만을 제어하는 V1G에 비해 충·방전을 제어하는 V2H/V2B 및 V2G가 더 높은 기술 수준과 더 넓은 정책 개선 요구가 높지만, V2G 시장 형성을 위한 법적 근거 마련 및 제도 개선 노력은 아직 미흡한 수준임.
- 그리고 현행 국내 전력시스템을 보다 선진화, 분산화하는 것도 향후 원활한 스마트 충전 서비스 공급과 시장 확대를 위한 중요한 요소로써 고려해야 함.
○ 스마트 충전 서비스 확대를 위한 경제적 인센티브에 대한 고민이 필요함.
- 스마트 충전 서비스를 원활히 도입하고 운영하기 위해서는 충분한 유연성 자원을 제공하는 것이 중요함.
- E-Mobility의 배터리가 스마트 충전 서비스에서의 유연성 자원의 역할을 하는데, 충분한 유연성 자원을 확보하기 위해서는 전기자동차 소유주의 서비스 참여가 중요함.
- 충분한 수의 전기자동차를 스마트 충전 서비스에 참여하도록 소유주에 대한 경제적 인센티브가 필요함.
- 경제적 인센티브에는 계시별(Time of Use, TOU)요금제, 수요반응(DR) 및 보조서비스 시장 참여에 대한 금전적 보상, 충전된 전기 재판매 수익 보장 등을 들 수 있음.
- 직접적인 금전적 인센티브가 현지 상황과 필요에 따라 단계적으로 폐지됨에 따라서, 궁극적으로는 스마트 충전 인프라 확충과 같은 비금전적인 인센티브를 통한 보급 확대 노력이 증가할 것으로 전망됨.

3. 결론 및 정책제언
■ 정책제언
○ 실증 프로젝트 분석, 스마트 충전 비즈니스 모델 분석, 전문가 설문 조사 결과를 바탕으로 스마트 충전 사업 활성화를 위한 개선방안을 제안함.
○ 첫째, 스마트 충전 가능 전기자동차 및 인프라 보급이 확대되어야 함.
○ 둘째, 단계적으로 스마트 충전 사업이 활성화되어야 함.
○ 셋째, 국내에서 V2G 활성화를 위해서는 소규모 전력거래 시장의 활성화, 예비력 시장의 마련 등 다양한 제도개선이 우선되어야 할 것임.
- 첫 번째, 전력거래에 대한 네거티브 정책으로의 변화
- 두 번째, 수행자의 이득을 위한 요금제도 개편과 적절한 인센티브의 설정
- 세 번째, V2G 사업에 대한 소비자 우려와 불신 해소
- 네 번째, 국제표준에 부합하는 국내표준 제정
- 다섯 번째, V2G 이용을 위한 기술 및 설비기준 개발
- 여섯 번째, V2G 기술을 고려한 정책적 차원의 중장기적 로드맵 수립
- 일곱 번째, V2G 자원의 수요자원으로의 인정 및 기준 마련
- 여덟 번째, 보조서비스 확보 기준 및 운영 계획 확립
- 아홉 번째, 소규모 전력 중개 시장과 자유시장의 활성화
- 열 번째, V2G 사후 평가 및 환류 과정 구축
- 열한 번째, 계통 특성을 고려한 보급 및 충·방전 계획 수립
○ 스마트 충전 서비스 산업 선도 기업의 시장진입을 촉진시킬 수 있는 정책을 추진해야 함.
○ 신재생에너지 보급 제도를 재생에너지 발전사업자가 전력시장 가격에 반응할 수 있도록 개편해야 함.

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1. 연구의 필요성 및 목적 ■ 연구의 필요성 ○ 2050년까지 탈탄소사회로의 성공적인 전환을 위해서 정부는 ‘탄소중립 전략’(2020.12.)과 ‘탄소중립 시나리오’(2021.08.)를 발표함. - 2050년 탈...