충전인프라 확산 모델 제안 ②

2.이코노믹스 분석

이코노믹스 분석을 위해서는 몇 가지 가정이 필요하다. 한전의 1kWh 전기 생산 원가는 80원으로 한다. 각 업소는 4개의 주차 공간을 가지고 있다고 가정하고 완속은 각 자리마다 1개씩 총 4개를, 급속은 2자리마다 1개씩 총 2개를 설치한다. 설치비용은 완속 충전기의 경우 기기 비용을 포함해 약 700만원이며 급속 충전기는 4,000만원이다. 각 충전기는 하루 10명의 이용자가 있다고 가정한다.

(1) 완속충전기 모델

하나의 업소를 기준으로 4개의 완속충전기를 설치하기 때문에 전력회사의 초기 투자비용은 2,800만원이다. 각각의 충전기를 하루에 10명의 이용자들이 평균 1시간씩 이용한다고 가정하면 각 업소별 연간 전기 사용량은 7.7(kW, 완속충전기 출력) * 4(대, 충전기 대수) * 10(명, 이용자수) * 1(시간, 1회 이용시간) * 365(일)=112,420kWh이다. 이를 매출금액으로 환산하면 14,614,600원이고, 생산원가를 제외한 순이익은 5,621,000원이 된다.

 

그렇다면 업소에 제공해야 할 인센티브는 어느 정도가 적당할까? 인센티브를 순이익의 10%로 한다면 업소는 월간 46,842원의 아주 적은 이익을 얻게 된다. 순이익의 70% 정도를 인센티브로 제공해야 월간 327,892원 정도의 이익이 가능하다.

 

인센티브 (%)	업소당 이익 (원/month)	전력회사 순이익 (원/year)	회수기간 (year)
10	46,842	5,058,900	약 5.5
30	140,525	3,934,700	약 7.1
50	234,208	2,810,500	약 10
70	327,892	1,686,300	약 16.6

(완속충전기 인센티브에 따른 업소당 이익)

 

완속충전기는 전력회사나 업소의 입장에서 본다면 큰 이익이 되는 인프라 구축 수단은 아니다. 이는 휴대용 충전기와 마찬가지로 전기차를 직접 이용하는 소비자에게 저렴한 에너지 비용을 제공하기 위한 대중적인 인프라 모델의 수단이기 때문이다. 이는 휘발유나 디젤을 이용하는 내연기관 자동차와 에너지 비용을 비교해 보면 보다 명확하다.

 

현재 휘발유 가격은 리터당 약 1,350원 정도인데 휘발유 차량의 연비를 리터당 12km로 계산하면 1km 주행을 위한 에너지 비용은 약 113원 정도이다. 디젤의 경우는 리터당 1,150원 정도에 연비를 약 17km로 계산하면 에너지 비용은 68원 정도가 나온다. 전기차의 경우는 배터리 용량에 따른 무게의 차이에 따라 연비의 차이가 클 수 있는데 20kWh 배터리 차량의 경우 1kWh에 약 7km 정도 주행 가능하다. 이를 에너지 비용으로 환산하면 약 19원이 나온다. 상대적으로 저렴한 디젤 자동차에 비해서도 약 1/4의 가격이다.

 

	기준가격	연비	에너지 비용
휘발유 차량	1,350원	12km	약 113원
디젤 차량	1,150원	17km	약 68원
전기차	130원	7km	약 19원

이처럼 완속충전기는 전력회사나 충전 주유소보다는 전기차 사용자의 입장에서 큰 이익을 줄 수 있는 충전기이다.

(2) 급속충전기 모델

완속충전기와 동일한 가정으로 급속충전기 모델의 이코노믹스를 살펴보면 다음과 같다. 우선 급속충전기 가격은 설치비 포함 약 4,000만원이어서 초기 투자비용은 8,000만원 정도가 필요하다. 완속충전기와 동일하게 하루 10명이 이용한다고 가정하면 한 업소의 연간 전기 사용량은 50(kW, 급속충전기 출력) * 2(대, 충전기 대수) * 10(명, 이용자수) * 0.4(시간, 1회 이용시간) * 365(일) = 146,000kWh이다. 현재 급속충전기의 전기 요금은 1kWh당 313원이기 때문에 연간 45,698,000원 정도의 매출이 발생한다. 마찬가지로 생산원가를 제외하고 계산하면 34,018,000원의 순이익이 발생한다.

 

급속충전기 모델은 순이익이 상대적으로 높기 때문에 5%만 인센티브를 업소에 제공하여도 월간 141,742원이 가능하다. 전력회사가 충전소 설치에 들어간 초기 투자비 역시 약 2.5년이면 회수가 가능하다.

 

인센티브 (%)	업소당 이익 (원/month)	한전 순이익 (원/year)	회수기간(year)
5	141,742	32,317,100	약 2.5
10	283,483	30,616,200	약 2.6

(급속충전기 인센티브에 따른 업소당 이익)

 

인센티브 금액이나 회수 연수에서 알 수 있듯이 이 인프라 구축 수단은 전력회사나 업소에 큰 이익을 줄 수 있다. 전기차 이용자는 완속충전기에 비해 6~7배 이상 빠른 충전 시간의 이점을 얻는 대신 3배에 가까운 충전 비용을 지불해야 한다. 동일하게 에너지 비용을 비교해보면 1kWh당 약 45원으로 디젤 차량과 비교하면 절반 이상임을 알 수 있다.

 

	기준가격	연비	에너지 비용
휘발유 차량	1,350원	12km	약 113원
디젤 차량	1,150원	17km	약 68원
전기차	313원	7km	약 45원

3.하이브리드 모형

완속충전기는 초기 투자비용이 적고 농업용 전기차 이용자들이 저렴한 비용으로 충전이 가능한 반면, 순이익이 적어 초기 투자비용의 회수기간이 길고 업소에 충분한 인센티브를 제공하기가 어려우며 충전시간 길다.

반대로 급속충전기는 순이익이 많아 초기 투자비용의 회수기간이 짧고 업소에 충분한 인센티브를 제공 가능하며 충전시간이 상대적으로 짧은 대신, 농업용 전기차 이용자들이 상대적으로 비싼 비용으로 충전을 해야 한다.

두 충전 방식의 장단점이 서로 상대적이기 때문에 이를 절충하기 위해서 한 개의 업소에 완속충전기 2대와 급속충전기 1대를 설치하는 하이브리드 형태를 제안한다. 동일한 가정에서 연간 전력 사용량과 매출, 순이익을 살펴보면 다음과 같다.

 

	전력 사용량(kWh/year)	연간 매출 (원/year)	전력회사 순이익 (원/year)
완속	56,210	7,307,300	2,810,500
급속	73,000	22,849,000	17,000,000
합계	129,210	30,156,300	19,810,500

(하이브리드 모형 경제성 분석)

 

전력회사는 총 129,210kWh의 전력 사용량을 통해 업소당 30,156,300원의 매출이 가능하며, 생산 원가를 제외하면 순이익은 19,810,500원이 발생한다. 이를 바탕으로 완속충전기를 통한 순이익은 70%, 급속충전기를 통한 순이익은 10%를 업소에 인센티브로 제공하면 각 업소는 매달 305,688원의 인센티브 이익을 가질 수 있다. 젼력회사는 순이익에서 인센티브 제공 금액을 제외하고 총 16,151,250원의 연간 실 순이익을 얻을 수 있는데 이는 초기 투자비용 5,400만원을 약 3.3년이면 회수할 수 있는 금액이다.

 

	한전 순이익 (원/year)	인센티브 (%)	인센티브 (원/month)	한전 실 순이익 (원/year)
완속	2,810,500	70	163,946	843,150
급속	17,009,000	10	141,742	15,308,100
합계	19,819,500		305,688	16,151,250

(하이브리드 모형의 인센티브 분석)

 

농업용 전기차뿐만 아니라 앞으로 전기차 보급의 활성화를 위해서는 무엇보다도 충전소 인프라의 보급과 확대가 시급하다. 일반 업소들에 충전기 설치 지원 및 인센티브 지급을 통한 전기 충전소화 사업은 초기 충전인프라 확대에 있어 좋은 모델이 될 것이다.

충전인프라 확산 모델 제안 ①

2015년 8월 한전은 현대·기아차, KT, KDB자산운용, 비긴스 등과 함께 한국전기차충전서비스㈜라는 전기차 충전서비스를 위한 ‘한전 SPC’를 출범하였다. 200억원을 투자해 2017년까지 제주를 축으로 전국에 3,660기의 완속·급속 충전기를 보급하겠다는 계획이었다. 전기차 보급에 있어 필수조건인 충전인프라의 보급 및 확산을 위해서 당연한 결정이다. 하지만 약 5개월이 지난 2016년 1월까지 보급된 충전기 대수는 제주 지역에만 61기였으며, 2016년 올 1년 동안의 보급 계획도 제주 지역 80기, 전국 지역 190기 수준이다. 당초 계획에 비하면 미비한 수준이다.

게다가 충전 요금도 정부에서 공공 급속충전기의 충전 요금을 1kWh에 313원으로 책정하면서 경쟁력 있는 요금의 책정에 어려움을 겪고 있다. 소비자들에게는 이 비용도 지나치게 비싸다는 의견이 지배적이기 때문에 더 비싼 금액을 책정하기 어려운데, 인프라 구축이라는 특성상 투자비가 많이 들고 충전의 경우, 공공인프라의 성격이 강해 수익을 크게 책정하기 어렵기 때문이다. 이에 충전량에 따른 정액제 멤버십 서비스 등과 같은 다양한 방식을 모색 중이다.

하지만 이와 같이 기존 룰을 답습하는 공급자적 접근 방식으로는 인프라의 보급 및 확산에 어려움이 있다. 공공인프라는 그 특성상 접근이 쉬운 곳 구석구석에 초기에 많은 수가 빠르게 퍼져있어야 그 기능을 충분히 발휘할 수 있다. 하지만 한전이 직접 충전인프라를 보급하기 위해서 위와 같이 지속적으로 접근한다면 그 확산의 속도와 범위에는 분명히 제약이 있게 될 것이다. 그리고 막대한 투자비는 요금의 결정에도 큰 영향을 끼칠 것이다.

 

이에 요즘 많은 기업들이 적용하려고 노력하고 있는 플랫폼적 사고를 바탕으로 한 충전인프라의 보급 및 확산을 위한 업소형 인센티브 모델을 제안한다. 플랫폼적 접근이란 기존의 공급자적 사고처럼 내가 처음부터 끝까지 직접 사업에 개입하는 것이 아니라 스스로가 가지고 있는 핵심 자산을 바탕으로 최소한의 원칙만을 셋팅하고 다른 이들이 그 룰을 벗어나지 않는 범위에서 자유롭게 사업을 할 수 있도록 하는 방식을 의미한다. 업소형 인센티브 모델이란 전력회사는 핵심 자산인 전기를 바탕으로, 기존의 다양한 업소들은 자신들이 가지고 있는 주차 가능한 공간을 활용해 스스로가 손쉽게 충전소가 되는 것이다. 그리고 전력회사는 충전 이익의 일부를 인센티브 형태로 업소들에 제공한다. 전력회사는 적은 투자비를 이용해 충전 요금 이익을 얻을 수 있고, 업소들은 이미 가지고 있는 주차 공간에 단순히 충전기만 설치하여 손쉽게 인센티브를 얻을 수 있으며, 전기차 이용자들은 식당과 같이 자주 방문하는 장소에서 업무를 보는 사이 손쉽게 충전이 가능하기 때문에 모두에게 이익이 가능한 모델이 된다.

1.업소형 인센티브 모델

현재 상용화 가능한 전기차 충전기는 유형별로 스탠드형과 이동형이 있다. 이동형 충전기는 휴대 가능한 케이블 형태의 충전기로 일반 가정용 콘센트를 그대로 활용하여 충전이 가능하다. 가정용 전기의 최대 허용 용량은 별도의 승압 공사를 하지 않는 이상 약 3kW 정도여서 이를 이용해 앞서 가정한 20kWh 배터리의 농업용 전기차를 완충하기 위해서는 약 6~7시간 정도가 소요된다.

스탠드형 충전기는 충전 방식에 따라 완속 충전기와 급속 충전기로 나뉘는데 현재 완속 충전기는 최대 약 7.7kW의 출력을 가지고 있으며 급속 충전기는 최대 50kW의 출력을 가진다. 이를 이용하면 완속은 약 2~3시간, 급속은 25분 정도면 20kWh 배터리의 농업용 전기차를 완충할 수 있다.

 

제안하는 업소형 인센티브 모델은 충전인프라를 빠르게 확대하기 위한 방법으로 농업용 전기차의 이동 범위에 존재하는 일반 업소들의 주차 공간에 충전기를 설치하여 충전소화 시키는 방법이다. 업소들은 기존 주차장 부지에 적절한 전기차 충전 스탠드를 설치하여 업소 방문 고객들이 자유롭게 충전을 할 수 있도록 하는 것이다. 특히 농업용 전기차는 충전인프라를 집중시킬 수 있고 이동 범위의 예측이 용이하기 때문에 예측된 이동 범위 내의 업소들을 충전소화 한다면 충전인프라 문제를 빠르고 해결할 수 있을 것이다.

업소들은 일반 시민들이 자주 이용하는 음식점, 서비스업소, 도소매업소, 숙박업소 등을 포함한 생활업소들을 대상으로 한다. 서비스업소는 부동산 중개소, 미용실, 세탁소 등이 될 것이다. 도소매업소는 마트, 편의점, 옷가게 등을 포함한다.

 

그렇다면 업소들을 충전소화 할 때 업소에 인센티브는 어떤 식으로 제공이 가능할까? 기본적으로 충전기와 설치비는 전력회사에서 부담한다. 아직 전기차가 충분히 보급되지 않은 상황에서 업소들에게 충전기 설치비를 부담시킨다면 자발적인 참여는 힘들 것이다. 따라서 초기 충전인프라 확대를 위한 업소들의 충전소화 사업을 진행하기 위해서는 충전기를 비롯하여 설치비는 전력회사에서 부담해야 한다. 업소에서는 단지 스탠드를 설치할 부지만 제공하는 것이다. 현재 전기차 충전요금은 1kWh 충전에 완속은 평균 130원 정도이며 급속은 313원이다. 전력회사는 이 충전 요금을 통해 얻는 이익의 일부를 업소에 인센티브 형식으로 지급하는 것이다. 인센티브의 비율은 전기 시세 및 확산 정도에 따라 적절히 변동 가능하다.

 

기본요금 (원/kW)	전력량 요금(원/kWh)
	시간대	여름철 (6~8월)	봄·가을철 (3~5, 9~10월)	겨울철 (11~2월)
2,390	경부하	57.6	58.7	80.7
	중간부하	145.3	70.5	128.2
	최대부하	232.5	75.4	190.8

(완속충전기 전기차 충전요금표)

농업용 전기차 사업모델 제시 ⑦

5. 전력회사 Economics 분석

전력회사는 농업용 전기차 배터리의 주체로서 농민들에게 저렴한 금액으로 배터리를 임대할 수 있다. 현재 리튬이온 배터리는 1kWh에 약 50만원인데 그 중 일정 비율의 금액을 투자(예를 들어, 50%면 25만원 정도)하여 배터리의 소유 주체가 되고 5년 동안 농민들에게 임대를 한다. 농민들은 전력회사가 투자하고 남은 금액을 5년 할부의 금액으로 저렴하게 임대하여 사용하게 되는 것이다. 전력회사는 5년 뒤에는 배터리를 회수하여 배전형 ESS 등의 용도로 활용한다. 대부분의 경우 회수시의 배터리의 잔존 사이클은 절반 이상 남아 있기 때문에 충분히 활용 가능하다. 이 경우 전력회사가 경제적으로 얻을 수 있는 이익은 크게 두 가지로 볼 수 있다.

 

첫째는 5년 동안의 농업용 전기차 배터리의 충전 요금으로 인한 이익이다. 현재 전기차의 급속충전 요금은 1kWh당 313원이고 완속충전 요금은 약 8kW의 계약전력을 위한 기본요금에 1년 평균 약 108원의 요금을 적용하여 대략 130원으로 가정할 수 있다. 그리고 농업용 전기요금을 적용하는 경우에는 앞서 살펴본 계산 결과를 바탕으로 대략 완속충전 요금의 40% 비용(트랙터의 에너지비용이 완속충전 요금은 62,356원이고 농업용 전기요금 적용 시는 24,893원, UTV의 에너지비용이 완속충전 요금은 31,981원이고 농업용 전기요금 적용 시는 13,868원이다)으로 가정하여 약 50원으로 정의한다. 전력회사의 1kWh 당 생산원가를 약 80원이라고 가정하면 1kWh를 충전할 때마다 급속충전은 233원의 이익이, 완속충전은 50원의 이익이, 농업용 전기요금은 30원의 손해가 발생하여 20kWh 배터리를 장착한 농업용 전기차 1대당 1회 충전 시 급속충전은 4,660원의 이익이, 완속충전은 1,000원의 이익이, 농업용 전기요금은 600원의 손해가 발생한다.

20kW 배터리 전기차 1회 충전 시 이익
급속충전	완속충전	농업용 전기요금
4,660원	1,000원	-600원

 

차량 전체의 무게에 따라 1kWh당 주행거리는 다소 차이가 나겠지만 현재 유사한 용량의 배터리를 장착한 일반적인 전기차의 경우 대략 7km 정도 주행이 가능하여 20kWh의 배터리를 이용하면 최대 140km 정도 주행이 가능하게 되다. 앞에서 활용 가능성이 높은 농기구로 구분했던 트랙터와 다목적 UTV로 나누어 사용시간을 계산해 보면 트랙터는 1년 중 약 40일 정도 실 사용하며 시간으로는 약 230시간 사용이라고 한다. 다목적 UTV의 경우는 일상적인 운반이나 이동의 목적으로 사용한다고 하면 1년에 약 200회 정도 사용한다고 가정 할 수 있다.

1대당 연간 충전 이익을 따져보자. 충전 방식은 완속충전과 급속충전 그리고 농업용 전기요금으로 나누며 농기계 종류는 트랙터와 다목적 UTV로 나눈다. 배터리는 공통적으로 20kWh 용량이다. 급속충전은 1회 충전에 4,660원의 이익이 발생하고, 완속충전은 1,000원의 이익이 발생하고 농업용 전기요금은 600원의 손해가 발생한다. 트랙터는 1년에 230시간 사용하며 다목적 UTV는 200회 사용한다. 고정적으로 발생하는 관리비는 평균 5% 정도 발생한다고 가정하였다.

이 경우 완속충전 UTV는 19만원이, 트랙터는 약 22만원 정도의 이익이 발생한다. 급속충전의 경우 UTV는 약 90만원이, 트랙터는 약 100만원 정도의 이익이 발생한다. 그리고 농업용 전기요금은 UTV가 약 11만원, 트랙터가 13만원 정도의 손해가 발생한다. 이 금액은 대당 손익이기 때문에 만약 1,000대 가량의 농업용 전기차가 보급되어 있다고 가정하면 급속충전기를 사용하는 트랙터 모델에서는 연간 10억원 가량의 이익이 발생 가능하다. 물론 이를 위해서는 충전인프라의 보급 및 확산이 중요할 것이다. 이는 전력회사에서 보다 적극적으로 충전인프라 구축에 집중해야 할 이유이기도 하다.

그리고 농업용 전기요금의 경우는 실질적으로 손해가 발생하는 정책이기 때문에 이를 정당화할 수 있는 다른 명분이나, 예를 들어 전기차 혹은 농업용 전기차의 보급 활성화 등, 손해를 상쇄할 수 있는 다른 형태의 설계가, 예를 들어 전기차 충전 스테이션 관련 R&D 테스트베드 구축비용 처리 등, 동반될 필요가 있다.

 

1대당 연간 충전 이익 (20kWh)
완속충전기		급속충전기		농업용 전기요금
UTV	트랙터	UTV	트랙터	UTV	트랙터
190,000	218,500	885,400	1,018,210	-114,000	-131,100

둘째는 농업용 전기차의 배터리를 5년 동안 임대 한 후 회수한 리튬이온 배터리의 활용으로 인한 이익이다. 현재 전력회사는 배전형 ESS를 비롯하여 다양한 분야에서 대용량 배터리가 필요한 상황이다. 만약 1,000대의 농업용 전기차가 보급되었다고 가정하면 회수 가능한 배터리의 총 용량은 20MWh이다.

리튬이온 배터리의 일반적인 보장 사이클은 약 3,000회 정도인데 다목적 UTV처럼 1년에 약 200회를 사용하여도 5년 동안 1,000 사이클을 사용하기 때문에 5년 뒤에는 전체 사이클의 2/3에 달하는 2,000회의 사이클이 남아있게 된다. 약 80% 정도의 회수율과 고정 지출비 5%를 가정하여도 50% 정도의 잔존 가치가 계산된다. 마찬가지로 트랙터는 230시간 사용, 다목적 UTV는 200회 사용으로 가정하였다.

 

반환 배터리 이익 (20kWh)
	UTV	트랙터
전체 배터리 금액	10,000,000	10,000,000
배터리 잔존 가치	5,066,667	4,686,667

위에서 계산한 배터리 충전 이익과 반환 배터리 이익을 이용해 1kWh당 내부수익율(IRR)을 계산해 보면 전력회사의 적절한 투자 금액의 산정이 가능하다.

전력회사가 배터리 가격의 100%를 투자하면,

전력회사 100% 투자 시, 1kWh 당 내부수익율 (IRR)
종류		투자비	1년차	2년차	3년차	4년차	5년차
완속충전기	UTV	-500,000	9,500	9,500	9,500	9,500	262,833
		-10%
	트랙터	-500,000	10,925	10,925	10,925	10,925	245,258
		-11%
급속충전기	UTV	-500,000	44,270	44,270	44,270	44,270	297,603
		-1%
	트랙터	-500,000	50,911	50,911	50,911	50,911	285,244
		-1%

농업용 충전요금	UTV	-500,000	-5,700	-5,700	-5,700	-5,700	247,633
		-14%
	트랙터	-500,000	-6,555	-6,555	-6,555	-6,555	227,778
		-16%

전력회사가 배터리 가격의75%를 투자하면,

전력회사 75% 투자 시, 1kWh 당 내부수익율 (IRR)
종류		투자비	1년차	2년차	3년차	4년차	5년차
완속충전기	UTV	-375,000	9,500	9,500	9,500	9,500	262,833
		-5%
	트랙터	-375,000	10,925	10,925	10,925	10,925	245,258
		-5%
급속충전기	UTV	-375,000	44,270	44,270	44,270	44,270	297,603
		-6%
	트랙터	-375,000	50,911	50,911	50,911	50,911	285,244
		-7%

농업용 충전요금	UTV	-375,000	-5,700	-5,700	-5,700	-5,700	247,633
		-9%
	트랙터	-375,000	-6,555	-6,555	-6,555	-6,555	227,778
		-11%

전력회사가 배터리 가격의50%를 투자하면,

전력회사 50% 투자 시, 1kWh 당 내부수익율 (IRR)
종류		투자비	1년차	2년차	3년차	4년차	5년차
완속충전기	UTV	-250,000	9,500	9,500	9,500	9,500	262,833
		4%
	트랙터	-250,000	10,925	10,925	10,925	10,925	245,258
		3%
급속충전기	UTV	-250,000	44,270	44,270	44,270	44,270	297,603
		18%
	트랙터	-250,000	50,911	50,911	50,911	50,911	285,244
		20%

농업용 충전요금	UTV	-250,000	-5,700	-5,700	-5,700	-5,700	247,633
		-2%
	트랙터	-250,000	-6,555	-6,555	-6,555	-6,555	227,778
		-4%

전력회사가 배터리 가격의 25%를 투자하면,

전력회사 25% 투자 시, 1kWh 당 내부수익율 (IRR)
종류		투자비	1년차	2년차	3년차	4년차	5년차
완속충전기	UTV	-125,000	9,500	9,500	9,500	9,500	262,833
		21%
	트랙터	-125,000	10,925	10,925	10,925	10,925	245,258
		20%
급속충전기	UTV	-125,000	44,270	44,270	44,270	44,270	297,603
		44%
	트랙터	-125,000	50,911	50,911	50,911	50,911	285,244
		48%

농업용 충전요금	UTV	-125,000	-5,700	-5,700	-5,700	-5,700	247,633
		12%
	트랙터	-125,000	-6,555	-6,555	-6,555	-6,555	227,778
		9%

위의 경제성 분석을 통해 전력회사가 배터리 가격의 50%를 투자한다면 일반적으로 보급이 가장 수월할 완속충전기를 통해 약 3~4%의 수익율을 얻을 수 있게 됨을 알 수 있다.