충전인프라 모델 제안 - 에너지 자립호 모델 ⑥

4.태양의 섬(Island in the Sun) 케이스 리뷰

테슬라와 솔라시티는 섬 전체 전기를 태양광 패널과 에너지저장장치(ESS)인 파워팩으로 공급하는 에너지자립섬인 ‘태양의 섬(Island in the Sun)’을 태평양 한 가운데 만들었다. 태평양 한 가운데 5개의 섬과 2개의 산호섬으로 이루어진 미국령인 아메리칸 사모아의 타우(Ta’u) 섬으로, 전체 소비 전력의 거의 100%를 태양광 에너지를 통해 공급할 수 있게 되었다고 한다. 현재 이곳에는 600여 명의 주민들이 살고 있는데, 그 동안은 배로 들여 오는 디젤 연료를 통한 발전기로 전력을 만들어 왔다. 연료 운송을 위한 시간과 비용 부담이 클 수 밖에 없다는 것은 쉽게 알 수 있으며, 그 조차도 기상이 좋지 않다면 연료 운송도 쉽지 않았을 것이다.

이 프로젝트를 위해 솔라시티는 한 장당 약 260W가 발전되는 5,328장의 태양광 패널을 설치해 약 1.4MW 용량의 발전 시스템을 구축했고, 테슬라는 전기 저장을 위해 100kWh 용량의 산업용 ESS인 파워팩 60개를 이용해 6MWh 용량의 에너지저장장치를 설치했다. 이 모든 시스템이 단 1년 만에 구축되었다고 한다.

타우섬은 일조량이 풍부해 섬 주민이 사용할 수 있는 충분한 전기를 생산할 수 있으며, 파워팩에 저장된 전기로 유사시 약 3일 정도는 버틸 수 있다고 한다. 태양만 충분하다면 파워팩을 완충하는데 7시간 정도 걸린다고 한다. 이 시스템으로 연간 414,500리터의 디젤 연료를 절약하게 되어, 600명의 섬 주민이 부담해 왔던 엄청난 금전적 부담도 사라지게 됐다. 이 프로젝트는 아메리칸 사모아 경제 개발 기관, 환경보호국, 내무부가 자금을 지원해 진행되었다.

테슬라와 솔라시티의 이번 에너지자립섬 구축 시도는 상당히 의미가 크다. 타우섬은 풍부한 일조량이 보장되고, 따뜻한 기후로 냉난방이 크게 필요하지 않아 전력 소비량이 크지 않은 최적의 조건이라고 할 수 있기 때문이다. 타우섬의 케이스를 바탕으로 어느 정도 조건만 허락된다면 이보다 더 많은 사람이 살고 있는 더 큰 섬에도 유사한 시스템의 적용이 가능할 것이다. 화석 연료 사용을 줄여 환경 오염 물질 배출도 줄이고, 연료 비용 및 공급 불안 등의 다양한 문제도 해결할 수 있는 멋진 시스템이라고 할 수 있다.

충전인프라 모델 제안 - 에너지 자립호 모델 ②

에너지 자립호형 충전소는 초기 단독주택을 중심으로 기획되어야 할 것이다. 우리나라 대부분의 주거형태인 공동주택은 단기간에 신재생의 활용이나 전기차 충전소의 설치가 쉽지는 않은 상황이다. 이는 공동의사결정에서 나타나는 이기심이 가장 넘기 힘든 산이 될 것이기 때문이다. 내가 갖고 있지 않은 전기차에 대한 배려나 내가 쓰지 않는 수준의 전력량을 위한 신재생에너지 설치비용을 지불하면서까지 공공적 차원에서 찬성하는 것은 쉬운 일이 아니기 때문이다. 그런 이유로 초기의 에너지 자립호형 충전소는 스스로의 차량을 위한 단독주택 혹은 최소규모 공동주택을 대상으로 해야 할 것이다.

단독주택의 에너지 자립호 모델은 전기차의 구입과 연계하여 구상할 수 있다. 전기차를 구매하고 단독주택에 거주하는 구매자에게 자체충전 시스템으로 자립호 모델을 추천하는 방안이 될 것이다. 미국의 테슬라가 제공하는 모델에 기준하여 투자비용을 산출해 보면 한국의 태양광 임대 사업자의 투자비는 3kW 용량 기준으로 600만원이다. 이 태양광 에너지를 저장하는 테슬라의 14kWh 파워월2 가정용 ESS는 가격이 약 600만원(5,500불)에 설치비가 200만원(1,500불) 수준으로 태양광 패널 가격을 포함하면 1,400만원의 투자비가 필요하다. 투자비의 중복성을 감안하면 약 1,200만원 정도를 생각할 수 있다. 전기차를 구매하는 고객이 이 제안을 수락할 경우, 전기차 사용자는 자체 충전시스템을 갖게 된다. 문제는 충분한 전기에너지의 확보가 가능할 것 인가이다.

한국의 일조량을 보면 2015년 기준 경북 영덕지역이 연평균 2,550시간으로 가장 많았으며, 제주지역이 연평균 1,854시간으로 가장 적은 일조시간을 갖는다. 대략 평균 2,200시간으로 하루 약 6시간 정도의 일조량인데, 이에 태양광 패널에서 고려되는 종합효율계수(그늘, 먼지, 적운, 적설, 환경오염도, 태양광 모듈 표면온도를 통한 온도계수, 인버터 평균효율, 태양광 모듈 연결 배선 상태 등의 요인) 0.7을 적용하면 실제 일조량은 4.2시간 정도가 나온다. 이를 3kW 태양광 패널을 이용해 충전하면 ESS에 매일 밤 12kWh 수준의 전력이 충전된다. 12kWh의 전력은 일반적인 전기차의 연비(6km/kWh)를 고려하면 70km 이상 주행 가능한 전력으로 일반적인 직장인의 출퇴근이나 생활에는 충분할 수 있는 수준이다. 하지만 단독주택 소유자를 위한 자가 충전 솔루션인 완속충전기는 정부보조금 300만원을 감안하면 400만원의 투자비로 kWh 당 약 100원으로 충전이 가능하다. 비교해보면 아래와 같다.

	투자비	월 기본료	월 충전요금 (12kWh)
에너지 자립호	1,200만원	0원	3만원 (3% 이자비용)
완속충전기	400만원	1만원 (3년간 면제)	1만원 (3% 이자비용) 3.6만원 (3년간 50% 할인)

완속충전기에 대한 정부의 새로운 정책은 3년간 기본료 면제와 충전요금 50% 할인이어서 충전비용과 이자비용을 감안하면 완속충전기는 2019년까지 3년 동안은 월에 2만 8천원으로 에너지 자립호의 3만원에 비해 조금 저렴하게 이용이 가능하나, 이후에는 5만 6천원으로 거의 2배의 비용이 발생한다.

특히 태양자원이 증가하는 여름의 경우에는 에너지 자립호를 이용하면 더욱 효율적으로 전력을 사용할 수 있다. 평균에 비해 높은 일조량을 보이기 때문에 하루에 발생되는 전력의 양이 크게 증가하며, 이는 에어컨 사용시기와 맞물려서 기존 전력소비의 최상위 구간 전력 요금을 절감하는 효과를 주게 되어 예상되는 절감효과는 더욱 커질 것이다. 발전된 태양전력을 1차로 에어컨에 사용하고 남는 전기는 가정용 ESS에 충전하여 야간에 전기차에 충전하는 방식으로 최적화된 신재생에너지 활용방식이 성립되게 된다.

이 방식은 현재 태양광 대여사업에 전기차라는 효율적인 수요처가 늘어나고, 발전량이 많을 때를 위한 보조 배터리가 추가되는 모델이어서 기존 태양광 대여사업보다 매력적이다. 아울러 향후 전력재판매 모델이 성립하게 되면 전기차의 배터리는 V2G를 구현하는 핵심 수단이 될 것이다.

충전인프라 모델 제안 - 에너지 자립호 모델 ①

에너지 자립섬 프로젝트는 2016년 에너지신산업의 주인공이었다. 50여개의 기업이 참여했고 이 중 3개 섬이 선정되어 기 선정된 울릉도와 더불어 에너지 자립섬의 꿈을 키우게 되었다. 하지만 아직도 이 섬들의 에너지 자립을 위한 건설은 시작되지 않고 있다. 한전과의 PPA(Power Purchase Agreement) 계약이 아직 이루어지지 않고 있어 선정된 사업자들이 선뜻 투자를 하지 못하고 있는 것이다. 에너지 자립섬의 기본 계획은 신재생에너지와 ESS 그리고 기존의 디젤발전기를 결합하여 한 발짝 진보된 클린에너지 섬을 만들어보자는 의미였다. 육지에서 수입된 디젤유가 여전히 공급되어야 하므로 정확한 의미에서의 자립섬은 아니었다. 하지만 이를 자립섬이라 불렀다. 그 이유는 무엇일까? 북유럽에서 이미 이뤄지고 있는 자립섬의 맹아를 찾고 작은 성공경험을 만들어주기 위함이었을 것이다.

이런 에너지 자립섬의 개념이 충전소에서도 만들어지고 있다. 테슬라는 정확하게 에너지 자립호라는 개념을 쓰고 있지 않지만 새로운 태양광 패널(솔라 루프, Solar Roof)과 가정용 ESS인 파워월2(Powerwall 2)를 소개하면서 4인 가족 기준의 에너지 소비를 해결할 수 있다고 발표했다. 물론 태양의 자원이 충분한 미국 특정지역의 예이겠지만 에너지 자립호의 개념이다. 물론 이 집(호)은 전력시스템에 연결되어 있다. 진정한 자립호라면 이 연결을 끊을 것이고 그 결과 전력시스템에 연결되었기에 지불하는 기본요금도 내지 않을 수 있을 것이다. 하지만 여전히 연결되어 있다. 특정 계절에는 태양자원이 적을 수도 있고, 또 에너지를 축적하는 ESS인 파워월2가 고장 날 수도 있기 때문이다.

그렇다면 이 테슬라의 태양광 패널과 파워월2를 설치한 가구가 테슬라의 보급형 전기차인 모델3를 가지고 있다면 어떤 일이 벌어질까? 이론적으로 태양광 패널을 통해 파워월2에 축적된 전기에너지를 가장 쉽게 사용할 수 있는 수요대상은 전기차인 모델3이다. 심지어 (아직 알려지지는 않았지만) 모델3가 파워월2에 접속되어 있다면 태양자원의 직접 충전도 가능할 것이다. 즉, 이 가구의 자동차를 활용한 생활반경이 충분히 크지 않다면 태양자원을 활용한 신재생에너지 충전소가 집안에 존재하게 되는 것이다. 만약 여름에 불볕더위가 계속되다 가정하면 14kWh 용량의 파워월2는 몇 시간이면 완충상태(국내에 가장 보편적인 3kW 태양광 패널을 이용해도 5시간이면 가능)에 이르게 될 것이다. 물론 이를 대비하여 ESS 용량을 증설할 수도 있지만 대신에 모델3가 파워월2에 접속되어 제 2의 ESS 역할을 할 수 있다면 우리는 추가적인 44kWh의 저장용량(테슬라 모델3의 배터리 용량은 44kWh와 66kWh 두 가지이다)을 갖게 되는 것이다. 즉, 에너지 자립호 충전소는 태양자원 에너지를 하나도 남김없이 축적할 수 있는 새로운 개념의 V2G를 구현할 수도 있다는 것이다.

에너지 자립호형 충전소는 이런 맥락에서 한국과 같이 태양자원이 부족한 지역에서 이 자원을 극대화할 수 있는 솔루션이 될 수 있을 것이다. 에너지 자립섬의 디젤발전기처럼 기존의 전력시스템에 이미 연결되어있으므로 태양자원이 부족할 때의 문제는 거의 발생하지 않을 것이고, 태양자원이 충분할 때는 생산된 모든 자원을 활용할 수 있는 기회가 될 것이다. 지난 한국의 불볕 여름을 생각해보면 이러한 가능성을 충분히 예측할 수 있을 것이다.