- 에너지저장장치와 신재생에너지의 하이브리드 결합을 통해 친환경성 더해

- 안정적인 운영과 더불어 에너지자립률도 향상시켜

□ 국내 연구진이 에너지저장장치와 신재생에너지를 충전시스템에 결합한 ‘하이브리드형 분산전원 전기차 충전시스템을 개발했다. 화석연료에 의존하는 전기차에 친환경성을 더해 전기차와 충전시스템의 보급을 촉진할 전망이다.

■ 한국에너지기술연구원(원장 김종남) 전력시스템연구팀은 ESS와 신재생에너지를 최대한 활용해 전기차의 친환경성을 더하고 동시에 에너지자립과 안정적인 전력을 유지할 수 있는 ‘분산전원-ESS 융합형 전기차 충전시스템 운영기술’을 개발하고 실증을 통해 검증했다고 밝혔다.

□ 전 세계적으로 주요국들은 자동차가 배출하는 이산화탄소 저감을 위해 내연기관 자동차의 규제를 강화하고 있다. 정부도 이에 발맞춰 전기자동차를 포함한 친환경 자동차의 보급을 확대하는 계획을 추진 중이며, 전기자동차를 충전할 수 있는 충전시스템의 보급도 활발하게 추진 중에 있다. 그러나 화석연료에 의해 생산된 전기로 전기자동차를 충전하게 된다면 전기자동차의 친환경적인 장점은 줄어들 수밖에 없다.

□ 기존 전기차 충전기와 신재생에너지가 결합된 충전시스템은 충전부하 및 발전량 등 전력데이터의 모니터링과 시간에 따라 ESS의 충전과 방전을 수행하는 구조이다. 하지만, 부하 및 발전량에 따른 전압의 불안정성에 대한 능동적인 대응이 불가능한 한계를 지닌다. 또한, 전기차 충전부하가 기존 전력계통에 더해져서 전력계통의 증설을 통해 용량의 확보가 필요해 전기차 충전시스템의 확대에 커다란 걸림돌로 작용하고 있다.

■ 이에 연구팀은 에너지저장장치와 신재생에너지를 충전시스템에 결합한 ‘하이브리드형 분산전원 전기차 충전시스템’을 개발해 화석연료에 의한 전기자동차의 충전전력을 신재생에너지로 충당하여 전기자동차의 친환경성을 더했다. 동시에 전력계통의 안정성 확보와 부담을 최소화 할 수 있는 운영기술을 개발하고 에너지자립률을 높이는데 성공했다.

□ 우선 연구팀은 전기차의 충전과 신재생에너지의 발전으로 전기차 충전시스템의 전압이 허용범위를 벗어날 수 있는데, 수학적 모델기반의 모델예측제어를 개발 및 적용하여 불규칙한 전기차 이용과 신재생에너지의 발전에도 배전계통 허용기준인 정격전압의 ±6% 이내로 안정적인 전압을 유지를 가능하도록 했다.

□ 또한 신재생에너지를 전기차 충전에 활용하기 위해서는 단점인 간헐성을 극복해야하는데, 연구팀은 인공지능을 이용한 발전량 예측과 에너지저장장치의 운영을 통해 보완했다. 신재생에너지의 활용을 극대화하기 위한 에너지자립률 알고리즘을 개발했으며, 현재 실증을 통해 신재생에너지의 발전량 및 전기자동차 충전패턴을 분석해 알고리즘 최적화를 수행하고 있다.

□ 그동안 대부분의 전기차 충전시스템은 현재 상태를 확인하는 모니터링 기능에 국한됐지만, 이번 연구를 통해 전기차 충전과 같은 비정형성 부하와 태양광 등 분산전원의 발전패턴에 따라 전기차충전량과 실시간 양방향 ESS 통합 제어기술을 100% 국산화하는데 성공했다.

■ 연구책임자인 전력시스템연구팀의 김대진 선임연구원는 “이 기술은 최근 급격히 보급 확대되고 있는 전기차의 충전수요를 담당하는 인프라 기술로서 전기차 충전부하 증대에 따른 안정적인 전력계통 운영에 매우 중요한 역할을 하게 될 것으로 전망한다.”며, “분산전원 기반의 다양한 스마트에너지 커뮤니티에도 적용이 가능할 것“이라고 밝혔다.

□ 이번 연구는 산업통상자원부가 지원하는 한국산업기술진흥원 광역협력권산업육성사업의 일환으로 진행됐으며, 중앙제어 주관으로 한국에너지기술연구원, 충북테크노파크, 티팩토리가 참여해 산·연 공동으로 분산전원 하이브리드형 태양광 ESS 기반 전기차 충전시스템 개발 및 실증을 목표로 하고 있다. 본 기술은 한국산업기술진흥원에서 선정한 2019년 네트워크사업 R&D 우수성과 중 하나로 선정된 바 있다.