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배터리 충전과 교환 병진 에너지저장 활용도 기대
[TECHNOLOGY] 중국 전기차 충전 기술- ② 전망
[142호] 2022년 02월 01일 (화) 안리민 economyinsight@hani.co.kr

안리민 安麗敏 <차이신주간> 기자

   
▲ 2020년 11월 중국 광저우국제자동차전시회에서 아오둥(奧動)신에너지자동차과학기술유한공사가 기자회견을 열고 세계 최초로 ‘20초 배터리 교환 시대’를 열겠다고 밝혔다. 신화통신 누리집

전기자동차가 전력을 보충하는 방법에는 충전과 배터리 교환의 두 가지가 있다. 중국 정부는 배터리 충전과 교환을 동시에 장려한다. 2020년 정부 업무보고에선 배터리 교환소와 충전 기반시설을 신형 인프라로 선정했다. 배터리 교환 방식은 분리 가능한 전기차 배터리가 방전되면 교환소에서 충전된 배터리로 바꾸는 것을 말한다. 몇 분 만에 교환 과정이 끝나므로 운전자에게 주유하는 시간과 비슷한 느낌을 준다.
그러나 절대적 수치에서 충전 방식이 여전히 주류다. 중국 전기차 충전시설촉진연맹 자료에 따르면 2021년 10월 말 기준으로 중국의 공공 충전기 보유량은 106만2천 대지만, 배터리 교환소는 1086개에 지나지 않는다. 그럼에도 시간이 촉박한 인터넷 호출 차량이나 택시 등 영업용 차량에는 배터리 교환 방식이 더 적합하다.
2020년 7월부터 감독 당국은 차와 배터리의 분리 판매를 허용했다. 배터리는 전기차 원가에서 절대적 비중을 차지하고, 중고로 사고팔 때 가격이 크게 떨어진다. 자동차와 배터리를 분리하면 소비자는 자동차 구매 부담을 덜 수 있고 중고 시세 걱정도 줄어든다. 배터리 교환 방식에선 운영업체가 배터리를 관리해 배터리의 안정성을 확보할 수도 있다. 정부 정책이 변경된 뒤 배터리 교환 방식이 개인소비 분야에서 눈에 띄게 성장했다. 2021년 1~10월 신규 배터리 교환소 531개가 생겨 지난 몇 년 동안 설립한 교환소 수와 비슷하다.

교환 방식의 확산
전기차 판매가 급증하면서 충전 문제가 부각됐다. 도심의 노후 주택단지는 전력망 용량이 부족해 충전기를 감당할 수 없다. 주민이 전기차를 사도 충전기를 설치할 수 없는 난처한 상황이 생길 수 있다. 펑싱야 광저우자동차그룹 총경리는 상당 기간 배터리 교환 방식이 일정 비중을 차지할 것으로 본다. 광저우자동차는 2023년 배터리 교환 전용 플랫폼을 개발해 모든 차종에서 배터리 충전과 교환을 동시에 지원할 계획이다.
공업정보화부가 제정한 ‘제품 목록’에 수록된 배터리 교환형 전기차는 200여 종에 이르고 누적 판매량이 15만 대를 넘었다. 2021년 10월28일 배터리 교환식 충전 시범사업을 시작한 공업정보화부는 차량 10만 대를 보급하고 신규 배터리 교환소 1천 개를 지을 계획이다.
배터리 교환 업체 관계자는 전기차 구조가 내연기관차와 크게 달라졌고 브랜드를 평가하는 하드웨어 지표가 변했다고 말했다. “배터리 셀이나 배터리 팩이 표준화되면서 배터리 교환 방식을 위한 충분한 시장이 만들어질 것”이라고 말했다. 기업과 투자업계도 배터리 교환 분야 투자를 늘리고 있다. 2021년 11월8일 영국 석유회사 비피(BP)는 아오둥(奧動)신에너지자동차과학기술유한공사와 합자회사를 설립하고 배터리 교환 서비스망을 구축하는 내용의 업무협력 계약을 체결했다. 배터리 교환소 건설·운영 기업인 아오둥은 5년 안에 배터리 교환소 1만 개를 세울 계획이다.

충전의 비교우위
초고속 충전에는 차량 배터리를 교환하는 것과 비슷한 시간이 든다. 편의성 면에서 경쟁할 수 있는 방식으로 저속 충전, 직류 고속 충전과 보완적인 관계여서 완벽한 충전체계를 만들 수 있다. 업계에선 초고속 충전이 전기차 충전 시장의 변수가 될 것으로 평가한다.
업계 관계자는 “배터리 교환형 차종은 배터리 팩이 일치하고 차량 종류도 같아야 한다”며 “일부 강점이 있어도 모든 수요를 충족할 수 없다”고 말했다. “배터리 교환 방식을 강조하는 웨이라이(蔚來)자동차(NIO)도 충전소를 짓고 있다. 자가용 분야에서는 여전히 충전 방식이 주류가 될 것이다.”
국외에서도 배터리 교환 방식이 성공하지 못했다. 테슬라는 배터리 교환 기술을 검토했지만 곧 포기했다. 자동차업체 관계자에 따르면 배터리 팩 규격은 차량 등급·크기와 밀접한 관련이 있다. 신생 자동차업체는 차종이 많지 않아 동일 표준의 배터리 팩을 호환할 수 있다. 하지만 전통 자동차업체는 규모가 크고 제품 체계가 다양하다. 기업 내부에서도 배터리 팩 규격을 완전히 통일하기 힘들다.
독일 폴크스바겐그룹은 표준 배터리 셀을 출시할 계획이었다. 미국 제너럴모터스(GM)는 유연하게 조합할 수 있는 표준 배터리 모듈을 시도했다. 하지만 아직 표준 배터리 팩을 내놓은 대형 자동차업체는 없다. 초고속 충전 기술이 등장하면서 배터리 교환 방식의 경쟁력이 약해져 앞으로 자동차업체의 기술 선택에 영향을 끼칠 것으로 보인다.
초고속 충전 기술이 시장의 틀을 바꿀 것으로 단정하기는 어렵다. 광저우차를 비롯한 자동차업체는 다양한 방법을 시도할 전망이다. 배터리 교환 업체 관계자는 “아직 시작 단계라서 기술을 개선할 여지가 많다”고 말했다. 자율주행 기술이 발달해 전기차가 운행하지 않을 때 스스로 충전소나 배터리 교환소를 오간다면 충전 시간이 중요하지 않게 될지 모른다. 두 기술에 결국 차이가 없을 것이란 얘기다.

   
▲ 2021년 3월 전기차 택시가 상하이 밤거리를 달리고 있다. 시간이 촉박한 인터넷 호출 차량이나 택시 등 영업용 전기차에는 충전보다 배터리 교환 방식이 더 적합하다. REUTERS

우회 노선
초고속 충전 방식의 대규모 보급이 직면한 현실적인 도전은 배터리 교환소가 아니라 전력망이다. 초고속 충전의 전제조건은 고출력이라서 전력망의 지원이 필요하다. 국가전망(State Grid) 관계자는 “전력망은 전력 수요의 과도한 변동을 싫어한다”고 말했다. 지역 배전망의 용량은 보통 2천㎾ 규모 전력개폐장치(Ring Main Unit)를 기본 단위로 한다. 수백㎾의 고출력 충전기가 작동해 전력을 충전하다가 갑자기 멈추면 지역 배전망에 큰 충격을 줄 수 있다. 전력공급 부하의 변화가 너무 크면 전력 투자의 경제성에도 영향을 끼친다.
초고속 충전은 고속도로 휴게소 등 긴급 상황에 대비해야 하는 곳에 적합하다. 하지만 휴게소에 초고속 충전기를 설치하려면 변압기가 필요하고 전용 용량을 할당해야 한다. 비용이 많이 든다. 그런데도 이용률은 도심 공공 충전기보다 낮아 기업이 감당하기 힘들다.
전력망 자원의 이런 모순을 조율하기 위해 자동차업체는 두 가지 우회 노선을 선택해 초고속 충전을 추진한다. 먼저 초고속 충전기를 다른 충전기와 함께 배치해 전력망 용량을 유연하게 조절하는 방법이다. 예를 들어 충전소에 120㎾ 출력의 충전기 4대를 설치해 전체 출력이 480㎾일 때 480㎾ 출력의 초고속 충전기를 한 대 추가하는 식이다. 다른 충전기들이 가동되지 않을 때 초고속 충전기가 전체 용량을 사용하면 용량을 추가할 필요가 없다. 쥐완과학연구유한공사의 원카이에 따르면 충전소에 있는 모든 충전기가 동시에 작동하는 상황은 드물다. 혼합 배치 방식이 가능한데 일부 기업은 실제로 운영하고 있다.
다음은 초고속 충전기를 위해 에너지저장 배터리를 추가하는 방식이다. 샤오펑차는 전기차업체의 충전 경쟁이 전력망 용량을 넘어 확대될 것으로 예상하고 에너지저장형 초고속 충전소를 설립할 계획이다. 전력망 부하가 급증할 때 에너지저장 배터리가 하루 30회 이상 초고속 충전을 지원할 수 있다. 이동 충전자동차로 초고속 충전소에 전력을 공급할 수도 있다.
남방전력망 과학연구원의 추린은 “외부에서는 전기차와 초고속 충전 등의 기술, 전력망의 모순에 주목한다”며 “일정 기간, 한정된 지역에서 전기차가 증가하면서 전력망에 부담이 된 것은 사실”이라고 말했다. “전기차와 전력망의 공생 가능성도 많다. 지금은 전기차가 너무 많은 게 아니라 너무 적다.” 국가전망 관계자도 이 관점에 동의했다. 그는 “정부 주관 부처에서 신형 전력체계를 구축하고 있다”고 소개했다. 국가에너지국은 상공업 전기 사용자에게 전력 단가를 차등 적용하는 규정을 없애고, 시장 진입과 거래가격 변동폭을 확대했다.

에너지저장 설비?
전기차는 대량의 배터리를 장착하고 있다. 전력 거래 가격의 매력이 충분하고 전력망에 전력공급 조절 기제가 마련되면 전기차가 이상적인 분산식 에너지저장 단말기가 될 수 있다. 광저우차는 2021년 11월19일 발표한 전기차 에너지계획에서 “앞으로 자동차를 통해 전기를 사고팔 수 있을 것”이라고 밝혔다. 펑싱야 총경리는 말했다. “전기차에는 80㎾h의 배터리가 실려 있다. 평소 출퇴근할 때는 10㎾h만 사용해도 충분하다. 나머지 전력은 거래할 수 있다. 그렇게 하지 않으면 낭비하는 것이다.”
중국의 자동차 보유 대수는 3억 대에 근접했다. 만약 절반이 전기차이고 한 대에 80㎾ 용량의 배터리가 있다고 가정하면 전체 배터리 용량이 120억㎾에 이른다. 여기에 건설 중인 배터리 교환소의 예비용 배터리도 있다. 국가전망 관계자는 “이런 전력을 유연하게 활용할 수 있다”며 “전기차 개발과 신형 전력계통 건설을 동시에 추진하면 전력망에 에너지저장 설비를 추가하지 않아도 된다”고 지적했다.
규정에 따라 집중식 풍력발전소와 태양광발전소에는 일정 비율의 에너지저장 시설을 만들어야 한다. 이로 인해 태양광발전 원가가 4분의 1이나 늘었고 가격경쟁력에 영향이 생겼다. 전기차가 대규모로 참여하면 이론적으로는 재생에너지 발전량 변동을 조절할 수 있다. 류빈 중국자동차기술연구센터 수석전문가는 “전기차가 단기적으로 제품 자체의 경쟁력, 중장기적으로 충전 시설에 의존할 것”이라며 “하지만 장기적으로 보면 자동차와 전력망의 협업도 가능하다”고 말했다. 추린은 “신에너지 저장과 전기차의 발전이 시공간적으로 어긋날 수 있어 전력 분야에 별도의 에너지저장 시설이 필요하다”면서도 “전체적으로 전기차와 전력망의 협업이 투자는 가장 적고 경제성은 가장 좋은 방법”이라고 강조했다.

ⓒ 財新週刊 2021년 제46호
車企角逐超快充
번역 유인영 위원

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