농업용 전기차 사업모델 제시 ⑤

4.농업용 전기차의 공급가격 설계

농민 인구의 지속적인 감소와 고령화의 추세 속에서 농업의 기계화는 중요한 역할을 수행해 왔지만 1980년대부터 빠르게 성장해 오던 기계화는 2010년대에 들어서면서 성장세가 둔화되며 정체되는 모습을 보이고 있다. 하지만 그 중 트랙터의 보급은 여전히 증가세를 보이고 있으며 지금은 농가의 주력 농기계로 자리를 잡았다. 그러나 트랙터는 여전히 가격에 비해 실제 사용하는 기간이 적다는 점과 최대 속력이 20km 수준이어서 도로교통법 상의 ‘자동차 등’으로 분류되지 않기 때문에 도로에서의 주행은 금지되고 있다는 문제점을 가지고 있다. 트랙터와 더불어 주행 및 운송 목적으로 활용 가능성이 높은 다목적 농기계인 UTV(Utility Terrain Vehicle) 등이 필요한 이유이다.

해당 다목적 UTV의 경우 고출력 트랙터 대비 밭을 갈거나, 모를 심는 등 본격적인 농사 일에 활용되기에는 힘이 부족하다. 하지만 기존의 일반 트랙터 대비 좀 더 빠른 속력으로 주행이 가능하며, 차체의 크기가 작아 민첩하게 움직일 수 있다는 점은 장점으로 들 수 있다. 이에 다목적 UTV가 대체하기에 적절한 트랙터의 유형은 과수원 농가나 하우스, 밭 등에서 주로 활용되는 20마력 대의 저출력 트랙터일 것으로 예상된다. 해당 유형의 트랙터는 밭이나 하우스 농가에서 주로 간단한 운송 및 경작 등에 활용되고 있다. 이 같은 사용 사례를 바탕으로 추론해볼 때, 다양한 유형의 농가 중 20마력 대의 트랙터를 활용하는 농가는 대개 채소, 과수, 식량 작물(콩, 밀 등) 등을 재배하는 밭이나 화초, 관상작물, 약용작물 등을 재배하는 하우스 농가일 것으로 보인다. 2014년 통계청 농림어업조사에 의해 확인된 전국의 112만 농가 중 해당 유형의 작물을 재배하는 농가는 50%에 달해 그 비중이 상당하다.

	계	논벼	채소 ·산나물	과수	식량 작물	축산	특용작물· 버섯	화초· 관상작물	약용 작물	기타 작물
전국	1,120,776	472,097	254,892	176,646	98,579	57,885	31,352	15,749	8,628	4,948
%	100%	42%	23%	16%	9%	5%	3%	1%	1%	0%

따라서 적절한 가격으로 공급될 때에 장기간에 걸쳐 다목적 UTV를 채택할 수 있는 잠재적 농가의 수는 55만 여 가구에 이른다 볼 수 있다. 또한 특수한 목적을 가지고 사용되는 여타 규격의 트랙터에 비하여 보다 다양한 유형의 농가에서 수요로 한다는 점에서 다목적 UTV 모델은 실용성과 대중성을 겸비한 모델이라 할 수 있다.

이에 현재 일반 과수원 농가에서 주로 사용되는 28마력의 트랙터와 다목적 UTV의 공급가격 및 에너지 비용 등을 비교 분석해 농업용 전기차의 농가 수용가능성을 높이기에 적절한 공급가격 및 에너지 비용을 설계 후 제안한다.

1) 농기계 분석

실 사용 시간이 짧은 트랙터는 효율적인 비용 설계를 위해 임대를 기준으로 가정하고 상시 다목적으로 활용이 가능한 UTV는 구매를 가정한다.

 

트랙터의 경우 1년 중 농민들이 실제 작업에 사용하는 날짜는 연간 약 40일 정도라고 한다. 시간으로는 대략 230시간 정도에 불과하다. 그렇기 때문에 구입이 부담스러운 농민들은 필요한 날에만 임대하여 이용한다. 일반적으로 농기계 임대료는 1일에 최대 30만원을 넘지 않는 범위에서 구입가격의 3/1,000으로 산정한다. 28마력 트랙터의 가격이 대략 1,600만원 정도이기 때문에 1일 임대료는 약 48,000원 정도로 산정 가능하다. 40일 이용으로 월 납입액을 계산해 보면 16만원이 소요된다.

28마력 트랙터 가격	임대 시 월 납입액 (48,000*40/12)
16,000,000	160,000

에너지 비용의 경우, 28마력 트랙터의 시간 당 연료 소모량은 약 5.6리터이다. 230시간 사용으로 계산하면 연간 필요한 총 연료량은 1,288리터이며 이 중 절반에 대해서는 면세유 혜택을 받을 수 있기 때문에 연간 필요한 에너지 비용은 총 1,268,860원으로 매월 97,405원이 소요된다. 2016년 5월의 유가를 기준으로 면세 경유는 리터 당 665원, 일반 경유는 리터 당 1,150원을 적용하여 에너지 비용을 계산하였다.

 

트랙터 정보			경유 사용
마력	연료소모량(L/H)	연사용시간(H)	연연료소모량(L)	면세유비용(원)	경유비용(원)	연에너지비용(원)	월에너지비용(원)
28	5.6	230	1,288	428,260	740,600	1,168,860	97,405

트랙터 임대비용과 에너지 비용을 모두 합하여 28마력 트랙터를 사용하기 위해 농가에서 지출해야 하는 월 비용을 계산해보면 257,405원 정도가 필요하다.

 

	28마력 트랙터 임대 시 월 납입액
트랙터 비용	160,000
에너지 비용	97,405
합계	257,405

다목적 UTV의 경우는 유사한 마력(21PS)의 휘발유 모델이 대략 900만원 정도이다. 이후 농업용 전기차와의 비교를 위해 할부금리 5%에 5년 할부의 조건으로 계산하면 월 169,841원이 소요된다.

 

21마력 UTV 가격	구입 시 월 납입액 (5년 할부, 5% 금리)
9,000,000	169,841

에너지 비용의 경우, 21마력 휘발유 UTV의 연비는 1리터당 약 15km 주행이 가능하다. 1년 중 200일 사용에 하루 50km를 주행한다고 가정하면 연간 필요한 총 연료량은 667리터이며 이 중 절반에 대해서는 면세유 혜택을 받을 수 있기 때문에 연간 필요한 에너지 비용은 총 685,164원으로 매월 57,097원이 소요된다. 2016년 5월의 유가를 기준으로 면세 휘발유는 리터 당 688원, 일반 휘발유는 리터 당 1,366원을 적용하여 에너지 비용을 계산하였다.

 

UTV 정보			휘발유 사용
마력	연료 소모량 (km/L)	연 주행거리 (km)	연 연료소모량 (L)	면세유 비용 (원)	휘발유 비용 (원)	연 에너지비용 (원)	월 에너지비용 (원)
21	15	10,000	667	229,603	455,561	685,164	57,097

UTV 구입비용과 에너지 비용을 모두 합하여 21마력 휘발유 UTV를 사용하기 위해 농가에서 지출해야 하는 비용을 계산해보면 5년 동안은 매월 226,938원이 필요하다.

 

	21마력 UTV 구입 시 월 납입액	5년 후 월 납입액
트랙터 비용	169,841	-
에너지 비용	57,097	57,097
합계	226,938	57,097

농업용 전기차 사업모델 제시 ④

3.배터리 리스 모델 제안

4) 배터리 IoT 플랫폼

배터리를 고체연료의 형태로 본다면 다양한 활용 및 부가적인 서비스의 개발을 위해 배터리 Unit 각각을 독립적으로 관리하고 실시간으로 상태를 체크해야 할 필요가 있다. 이를 위해 농업용 전기차를 위한 배터리 Unit에는 각각을 독립적으로 구분할 수 있는 배터리 USIM과 전기차의 특징에 맞는 과금을 위한 스마트 미터기로 구성된 배터리 IoT 플랫폼이 필요하다. IoT 플랫폼을 통해 원격지에서 각 배터리 Unit의 상태를 실시간 확인이 가능하다.

 

 

배터리 USIM은 BMS와 연동하여 실시간으로 배터리 팩의 충전 상태(SoC)와 건전도 상태(SoH)를 비롯해 다양한 정보들을 확인할 수 있다. 이를 바탕으로 교체 프로세스 등도 실현이 가능하게 된다. 농업용 전기차는 농업용이라는 특징으로 인해 배터리 소모가 상당히 클 것이다. 하루 종일 작업을 진행해야 할 농부들이 3~4시간마다 방전된 배터리로 인해 충전소를 찾거나 충전을 위해 긴 시간을 낭비해야 한다면 농부들은 농업용 전기차를 멀리하게 될 것이다. 하지만 배터리 방전 전에 미리 완충된 배터리가 작업장에 도착해 손쉽게 교체하여 시간 낭비 없이 원하는 시간만큼 작업을 지속적으로 유지할 수 있다면 농민들의 농업용 전기차에 대한 만족도는 충분히 올라갈 것이다.

배터리 USIM은 각각 사용자 ID라고 할 수 있는 고유번호를 가지고 있다. 또한 공공, 개인, 가게 등을 포함한 모든 전기차 충전기 역시 고유 충전기 ID를 가지고 있을 것이다. 만약 농민이 농업용 전기차를 임의의 충전기에서 충전을 한다면, 스마트 미터 기능을 통해 어느 충전기에서 누가 얼만큼 충전했는지 실시간 확인이 가능하기 때문에 배터리 충전 요금에 관한 문제들이 손쉽게 해결될 것이다.

배터리 USIM과 BMS는 기능적으로 유사하다고 생각할 수도 있지만 근본적으로 다른 역할을 수행한다. BMS는 단순히 연결되어 있는 물리적 배터리 셀에 대하여 전압, 전류, 온도 등을 측정하여 충전 용량, 수명 등 배터리 상태와 관련된 정보들을 모니터링해서 과충전이나 방전 혹은 전압 변동으로 위험한 상황이 발생하기 전에 제어 신호를 보내는 역할을 수행하는 시스템이다. 그에 반해 배터리 USIM은 BMS의 상위 개념으로 다양한 제조사에서 생산한 배터리 셀들을 손쉽게 연동하여 하나의 배터리처럼 사용할 수 있도록 개방형 시스템을 제공해주며 각각의 셀들의 정보를 IoT시스템을 통해 원격지에서 모니터링하여 보다 적극적인 관리가 가능하도록 해주기 위해 필요한 시스템이다. 더불어 고유번호의 인식 기능을 통해 과금 및 보안 등의 처리도 스마트하게 가능하다.

5) 지자체

농업용 전기차가 실제 농민들에게 보급되고 추후 확산이 되려면 지자체의 다양한 정책 지원이 필요하다. 특히나 농민들의 수용가능성을 높이기 위해서는 농업용 전기차의 낮은 공급가격의 설계가 필수적이다. 농업용 전기차에 적용이 가능할 것으로 판단되는 보조금에는 정부의 전기차 보조금을 비롯해 기존에 농가에 제공되던 농기계 보조금과 면세유 지원금 그리고 지자체의 전기차 보조금 등이 있다.

현재 정부 및 지자체의 전기차 지원금은 일반 전기차에만 활용이 가능하기 때문에 농업용 전기차에는 활용이 불가능한 상태이다. 이를 위해 규제 Free Zone 등을 통한 규제 특례 부여 등에 대한 검토가 필요한 상황이다. 농업용 지원금의 경우는 가구당 정부 농기계 보조금이 약 200~300만원 활용 가능하며 정부 면세유 지원금 역시 300~500만원 정도 대체가 가능한 것으로 파악되고 있다.

농업용 전기차는 기존의 농기계와 달리 석유 연료를 사용하지 않기 때문에 정부에서 지원하는 면세유 지원금을 받을 수 없다. 하지만 만약 농업용 전기차에 농업용 전기요금을 적용 가능하도록 조정하면, 면세유 지원금과의 상계도 가능할 것으로 예상된다.

이들 다양한 지원금을 통해 농업용 전기차의 공급가격을 낮춰 농민들의 수용가능성을 높인다면 보다 수월하게 보급이 가능할 것이며 이를 바탕으로 지역 경제의 특징에 적합한 확산 계획이 수립 가능하다면 농업용 전기차 산업은 보다 안정적으로 지역 내에 정착이 가능할 것이다.

6) 전력회사

전기차 보급을 위해 가장 우선적으로 이루어져야 하는 것이 배터리 충전 인프라를 구축하는 것이다. 전력회사는 이를 위해 적극적으로 충전 및 다양한 부가서비스 인프라 구축에 힘써야 한다. 농업용 전기차의 경우는 전기차 충전소를 한정된 지역에 집중시킬 수 있다는 장점이 있다. 따라서 전력회사는 제한적인 환경에서 전기차 충전 인프라를 비롯한 부가서비스 인프라를 사전에 시험 운행해볼 수 있다는 장점도 가질 수 있다.

 

전력회사는 농업용 전기차 충전소를 전기의 이동과 유입이 용이한 특정 배전 피더나 변전소 등에 설치할 수 있다. 배전 피더를 활용한다면 농지 및 농협 등에 가까운 위치에 건설이 가능하며 농업용 전기차의 비활용 시기에는 배터리를 배전품질 관리용 ESS로 활용할 수 있다. 실제 농민들이 농기계를 주로 활용하는 농번기는 1년 중 2달 내외로 춘계와 추계의 Off-peak 시즌이기 때문에 하계 및 동계가 Peak 시즌인 전력회사는 나머지 기간 동안 배터리를 배전용 ESS로 활용이 가능하다. 그리고 변전소를 활용한다면 초고속 대용량 충전관리에 대응이 가능하기 때문에 배터리 교체 프로그램과 같은 부가서비스 등으로도 활용이 가능하다.

7) 배터리 리스(Lease) 모델

배터리 리스 모델에서 농업용 전기차의 배터리는 전력회사가 소유의 주체가 된다. 전력회사는 이 배터리를 농민들에게 저렴한 비용으로 장기 리스를 하는 것이다. 전기차에서는 일반적으로 배터리 비용이 전기차 가격의 절반 가까이를 차지하기 때문에 일단 배터리가 전력회사의 소유라면, 농업용 전기차의 가격은 절반 가까이로 떨어지게 된다. 거기에 다양한 보조금을 적용하면 농민들은 저렴한 가격으로 농업용 전기차를 구매할 수 있게 된다. 이는 농업용 전기차의 보급에 있어서 가장 중요한 요소이기도 하다.

만약 배터리 가격이 1,000만원이라고 가정하면, 전력회사는 500만원의 가격으로 농민들에게 10년 장기 리스를 할 수 있다. 농민 입장에서는 1,000만원짜리 배터리를 10년에 500만원 즉 1년이 50만원으로 실제 사용하는 2개월동안 달에 25만원씩만 지불하면 되기 때문에 가격 부담을 상당히 줄일 수 있게 된다.

반대로 전력회사는 1년 중 Off-peak 시즌인 2개월 정도만 농민들에게 배터리를 임대하면서 배터리 가격의 절반의 금액을 임대료로 받게 되고, 추가적으로 배터리 충전을 통해 전력 사용량 증가라는 이익까지 얻을 수 있게 된다.

 

다음은 배터리 리스 모델과 각종 지원금의 적용을 통한 농업용 전기차 구입 비용을 가상으로 모델링 해본 결과이다. 일반 농가에서 사용하는 28마력 트랙터를 기준으로 농업용 전기차의 기본 공급가격을 1,800만원 정도로 가정하고 위에서 언급한 각종 지원금과 전력회사의 배터리 리스 비용을 적용하면 아래와 같다.

 

 

정부 농기계 지원금 200만원, 지자체의 전기차 지원금 500만원, 전력회사 배터리 리스 지원금 500만원을 모두 포함하면 농민이 1,800만원짜리 농업용 전기차를 구매하기 위해 지불해야 할 자기 부담금은 600만원이다.

일반 농가에서 일 년 중 실제 트랙터를 사용하는 시간은 약 230시간 정도이다. 이 때 소비되는 경유의 양은 1,288리터로, 이 중 절반에 대해서는 면세유 혜택을 받고, 나머지 절반은 일반 경유를 구입하여 사용한다. 이 때 월 연료 비용으로는 117,959원이 소요된다. 연간으로 계산하면 약 140만원 정도이다. 반면 농업용 전기차를 연 230시간 사용한다고 가정하면, 소비 전력의 양은 4,804kWh이다. 만약 이를 농업용 전기로 공급받을 수 있게 된다면, 월 기준 전기 요금은 11,860원이며 마찬가지로 연간으로 계산하면 전기 요금은 약 14만원이다. 즉, 농민들은 600만원의 구입 비용으로 연간 120만원 이상의 에너지 비용 이익이 가능한 것으로 계산된다.

 

이미 도쿄의 거리에는 ‘테슬라 택시’가 운행 중이다. 이는 홍보용이 아닌 “경제성을 고려한 택시 회사들의 자발적인 선택”이라는 것이 테슬라 관계자의 설명이다. 현재 일본은 시장의 수요뿐 아니라 정부의 지원, 탄탄한 인프라가 뒷받침되어 있다. 국내에도 테슬라와 전기차에 대한 관심이 높아지고 있지만 아직은 전기차 인프라가 열악하고 정부의 지원이 부족하다. 이러한 상황에서 농업용 전기차는 좋은 시발점이 될 수 있을 것이다.

농업용 전기차 사업모델 제시 ③

3.배터리 리스 모델 제안

배터리는 두 가지의 관점에서 바라볼 수 있을 것이다. 하나는 연료탱크(Fuel Tank)의 관점이고 다른 하나는 연료 그 자체(Fuel Itself)로 바라보는 관점이다. 배터리를 연료탱크라고 본다면 그 관련 사업 분야는 배터리 제조사의 영역일 것이다. 이는 기존의 오일 비즈니스와 동일한 것이다. 하지만 배터리를 연료 그 자체로 바라본다면 배터리는 일종의 고체연료로 취급이 가능하다. 그렇다면 기존의 전기판매까지의 사업 영역에서 배터리 자체를 활용한 다양한 부가서비스 제공의 영역까지 확대가 가능할 것이다. 배터리 리스 모델은 이처럼 배터리를 고체연료로 바라보는 관점의 전환에서 시작한다. 물론 이를 위해선 이러한 배터리를 탑재 가능한 전기차의 개발이 선행되어야 할 것이다.

1) 농업용 전기차 개발 모델 제시

다양한 측면에서 보았을 때 깨끗하고 친환경적인 전기차가 미래의 핵심 국가 사업임을 부인할 수 없다. 또한 전 세계적으로 전기차 기술 개발 속도는 더욱 빨라지고 있다. 초기 전기차의 단점으로 꼽혔던 충전 및 주행 거리 등의 상당 부분이 과거에 비해 상당히 개선된 상태이며 앞으로 더 빠르게 개선될 것이다. 이에 따라 우리나라 정부도 전기차 시장에 대한 많은 정책들을 내놓았다. 하지만 전기차의 높은 가격 및 충전 인프라 부족 등의 기본적인 문제로 인해 목표 수준을 달성하지 못하고 있는 실정이다.

농업용 혹은 산업용 전기차는 전기차의 초기 활성화를 위해 다양한 시도를 해볼 수 있다는 장점을 가지고 있다. 특히 전국적인 충전 인프라를 구축하기 이전에 한정된 지역에 충전 인프라의 집중이 가능하다. 연간 150만대 시장인 국내 자동차 시장과 비교했을 때 기존의 농기계 시장은 연간 수 만대 정도의 작은 시장이기 때문이다. 특히 농업이 핵심 산업인 지역의 경우, 수 천대 수준으로 집중이 가능하기 때문에 계획적인 인프라 구축을 비롯하여 손쉬운 정책 적용 등의 이점을 가지고 있다.

농업용 전기차의 개발은 어느 한 기업의 일방적인 사업이 아니라 충전 인프라를 책임질 전력회사와 농기계 제조사, 배터리 제조사 그리고 배터리 IoT 플랫폼 기업 및 지자체의 유기적인 협업을 통해 구현이 가능하다. 이를 통해 특정 기업에 대한 의존도를 낮추며 다양한 지역 산업 육성이 가능하게 될 것이다.

 

농기계 제조사는 농업용 전기차 전용 플랫폼의 개발을 통해 효율성과 확장성이 높은 농업용 전기차를 개발한다. 기존의 배터리와 일체화된 전형적인 형태가 아닌 탈부착 가능한 배터리 Rack을 이용하는 방식으로 농업 활동 시 단점일 수 있는 배터리 충전에 대한 불안감을 해소시킬 수 있다. 또한 플랫폼에 탑재 가능한 다양한 농업용 어플리케이션의 점진적인 개발을 통해 농업용 전기차의 유용성을 지속적으로 높일 수 있다.

배터리 제조사는 고체연료의 관점에서의 배터리를 개발 및 제조한다. 이 배터리는 배터리를 담는 Shelter 규격을 표준화하여 X-type 배터리 형태의 구조를 갖도록 하며, 크기 규격은 Rack Unit 방식을 적용한다. 또한 특정 제조사의 의존도를 낮추고 효율을 높이기 위해 다양한 제조사의 배터리 셀들을 함께 이용이 가능하도록 개선한 개방형 BMS의 적용이 필요하다. 이를 통해 전기차 가격의 50% 가까이를 차지하는 배터리의 비용을 줄일 수 있을 것이다. 규격화된 크기 내에서의 에너지 밀도 혹은 가능한 충전 용량이 각 배터리 제조사의 경쟁력이 될 것이다.

배터리 IoT 플랫폼은 농업용 전기차의 사용 형태 정보를 관할하는 일종의 Gateway로서의 역할을 수행할 것이다. 이 플랫폼이 적용된 배터리는 내부에 스마트폰에서 사용하는 USIM(Universal Subscriber Identification Module)과 유사한 배터리 USIM을 두어 현재 상태와 사용 내역 등의 정보의 확인과 과금을 위한 스마트 미터기의 역할을 수행한다. 이 정보들은 IoT 플랫폼을 통해 실시간으로 중앙 서버로 전송이 되어 배터리의 실시간 상태 체크를 통해 배터리 교환 프로그램 등과 같은 다양한 부가서비스에 사용이 가능하다.

지자체는 농업용 전기차가 농민들에게 실질적으로 보급 및 확산이 가능하도록 다양한 정책적인 지원을 시행한다. 정부 및 지자체의 전기차 보조금을 비롯해 농기계 보조금, 면세유 지원금 등 다양한 보조금 등이 활용 가능할 것이다. 또한 지역 경제의 특징에 적합한 보급 및 확산 계획을 수립한다.

마지막으로 전력회사는 농업용 전기차 충전인프라의 주체이자 배터리의 소유 주체로서 농민들에게 합리적인 가격으로 배터리의 대여가 가능한 리스 모델을 마련하고 충전인프라 구축을 위한 계획을 수립한다. 배터리 교환 프로그램과 같은 부가서비스의 기획을 비롯해 배터리의 배전용 ESS 활용과 같은 다양한 분야의 검토가 요구된다.

2) 농기계 제조사

지금까지 제작된 대부분의 전기농기계는 일반적인 전기차와 마찬가지로 배터리와 농기계가 일체형으로 제작되었다. 하지만 이는 다양한 어플리케이션이 중심인 농기계라는 측면에서 보면 활용성 및 확장성에 제약을 준다. 이런 단점을 해소하고 효율성을 극대화하기 위해 농업용 전기차 전용 플랫폼이 필요하다.

농기계 제조사에서는 배터리 Rack을 손쉽게 교체 할 수 있는 형태의 새로운 농기계 플랫폼을 제작한다. 이 때 중요한 점은 규격화이다. 제조사에 관계 없이 서로 호환이 가능한 공통적인 기반을 제공하는 것이다. 특히 농업용 전기차의 경우에는 규격화의 범위가 제약적이므로 수월하게 범위를 적용할 수 있을 것이다.

 

 

기존의 농기계의 경우 도로교통법 상의 ‘자동차 등’으로 분류되지 않기 때문에 일반 도로에서의 주행은 금지되어 있다. 하지만 농기계의 실제 사용 일수가 적기 때문에 종종 주행 등의 다른 용도로 사용되기도 한다. 하지만 이는 사고 등의 위험을 야기한다. 농업용 전기차의 경우 농기계로서의 기능과 더불어 일반 차량과 유사한 기동력을 지니고 있기 때문에 주행 및 운송 목적으로서의 사용이 용이해 일부 문제들을 해결할 수 있을 것이다.

또한 농기계 제조사는 농업용 전기차 플랫폼과 규격화를 바탕으로 다양한 농업용 어플리케이션들을 개발할 수 있다. 어플리케이션들은 농업용 전기차의 활용도와 유용성을 높이며 농기계 기술의 점진적인 발전에도 유연하게 대처 가능하도록 할 것이다. 차체는 그대로 유지하며 필요한 경운, 정지, 이앙, 수확 등의 어플리케이션만 추가로 구입 혹은 임대하면 농민들은 추가 비용 부담도 줄일 수 있다.

3) 배터리 제조사

배터리는 전기차의 가장 중요한 핵심 요소이다. 제안된 농업용 전기차에서는 특정 배터리 제조사에서 제작한 하나의 대형 배터리를 사용하는 것이 아니라 규격화된 사이즈의 배터리 Unit 여러 개를 연결한 일종의 배터리 플랫폼을 사용한다. 하나의 배터리 Unit은 배터리를 담는 Shelter 규격을 표준화하여 Rack-Unit 규격으로 제작하며 표준전압을 채택한 실제 배터리 팩과 배터리 IoT 플랫폼의 조합으로 구성한다. 배터리 IoT 플랫폼은 기능적으로 크게 배터리 USIM과 스마트 미터기로 구성이 가능하다. 각각의 배터리 Unit은 규격화되어 있기 때문에 농업용 전기차 배터리 Rack에 손쉽게 교환 가능한 형태이다. 하나의 배터리 Unit이 방전되면 충전되어 있는 새로운 배터리 Unit으로 교환하면 된다.

 

 

기존 배터리들은 동일한 제조사의 배터리 셀들로만 구성이 가능하였다. 이는 각 제조사의 배터리 셀들이 서로 물성이 달라 충방전을 위한 알고리즘 등이 별도로 필요했기 때문이다. 하지만 이는 특정 배터리 제조사에 종속된다는 단점이 존재한다. 이를 위해 배터리 제조사와 관계 없이 배터리 Rack을 또는 Unit을 구성 가능하도록 기존의 BMS를 개선할 필요가 있다. 개방형 BMS는 이처럼 제조사 구분 없이 배터리를 구성 가능하도록 해주는 개선된 BMS를 의미한다. 특정 제조사의 의존도를 낮추며 합리적인 가격으로 농업용 전기차를 제공하기 위해서는 이와 같은 개방형 BMS의 적용이 필수적이다.

현재 리튬이온 배터리는 1kWh 당 가격은 약 40만원에 무게는 10kg 근처지만 5년 이내에 절반의 가격과 절반 수준의 경량화가 가능할 것으로 예상되고 있다. 따라서 하나의 배터리 Unit에 충전할 수 있는 충전용량과 에너지 밀도가 해당 배터리 제조사의 경쟁력이 될 것이다.

농업용 전기차 사업모델 제시 ②

2.전기차 플랫폼 규격화를 통한 어플리케이션 활용성 모델

다양한 분야에서 플랫폼이라는 단어가 사용되고 있다. 아마도 플랫폼이라는 개념의 정의가 꽤나 느슨한 편이기 때문이겠지만, 흔히 이야기하는 기차 승강장으로서의 플랫폼보다 더 이전의 의미로 돌아가보면 1540년대 어원 사전에 플랫폼이라는 단어가 처음 등장하였는데, 그 당시에는 ‘행동, 책략, 의도에 대한 일련의 계획’이라는 의미로 사용이 되었다. 이 단어는 평평한(Plat) 형태(Forme)라는 의미의 고대 프랑스어의 조합으로부터 유래되었다. 즉, 플랫폼은 평평한 형태의 공정한 장 위에서 펼쳐지는 다양한 ‘행동, 책략, 의도에 대한 계획들’을 의미했으며, 후에는 더 나아가 이 계획들이 실행될 수 있는 기반 혹은 장소를 의미하게 되어 다양한 분야에서 사용되었다.

플랫폼 위에서 일어날 수 있는 다양한 행동과 책략, 그리고 의도란 무엇을 의미할까? 기차 승강장을 생각해보면 사람들은 플랫폼에서 기차를 타고, 또 내리고, 기차에 타기 전에는 식당에서 밥을 먹기도 하며, 표를 구매하기도 하고, 지인을 배웅하기도 하고, 매점에서 신문을 사 읽기도 한다. 이처럼 플랫폼은 다양한 참여자들이 공통적으로 활용할 수 있는 기반을 제공하는 공간으로, 이에 더해 이 기반을 보완할 수 있는 파생 제품 및 서비스를 생산 및 첨가할 수 있는 곳이다. 이 같은 의미를 바탕으로 플랫폼은 그 의미를 확장하여 컴퓨터나 자동차 등에서 기반을 구성하는 프레임을 의미하게 되었다.

그렇다면 전기차 플랫폼이란 무엇일까? 1차적으로는 전기차에서 공통으로 혹은 전용으로 활용 가능할 자동차 프레임의 구성을 의미한다. 기존에 전기차는 내연기관 자동차의 플랫폼을 활용하여 개발이 진행되었다. 새로운 자동차 플랫폼의 제작에는 많은 시간과 자본이 필요하기 때문에 아직 시장이 불투명한 전기차에 큰 투자를 하기에 리스크가 크다고 판단했기 때문이다. 하지만 내연기관의 특성에 맞춰 제작된 자동차 플랫폼을 전기차에서 함께 사용하기에는 두 자동차의 특성이 너무도 다르다. 그 결과 내연기관 자동차 플랫폼을 재사용한 전기차들은 그 장점을 제대로 보여주지 못했다. 하지만 테슬라가 자체 제작한 전기차 전용 플랫폼을 바탕으로 개발한 놀라운 모델들을 발표한 이후, 대중들의 전기차에 대한 인식은 달라졌으며 지금은 대부분의 전기차 개발 기업들은 전기차 전용 플랫폼을 바탕으로 개발을 진행하고 있다.

테슬라는 파나소닉 18650 원통형 리튬이온 배터리 약 7000여개를 직병렬로 연결하여 배터리 팩을 만들어 전기차 전용 플랫폼 바닥을 구성하여 대용량의 배터리 탑재를 가능하도록 하면서 내부 공간은 최대한 확보하였고 최대 주행거리 등을 개선하였다. 이 플랫폼을 바탕으로 모델S와 모델X가 개발되었다.

 

BMW 역시 순수 전기차인 i3 모델에 전기차 전용 플랫폼을 적용하였는데, 마찬가지로 무거운 배터리 팩이 바닥에 깔려 있기 때문에 안정성과 조향성이 좋았졌고 플랫폼의 활용성이 높아졌다. 게다가 트렁크뿐만 아니라 앞 공간인 프렁크도 활용이 가능하여 작은 자체에도 불구하고 넓은 실내공간과 화물공간을 확보할 수 있다.

 

2016 CES에서는 작년 한해 디젤게이트로 클린 디젤의 이미지를 잃어버린 폭스바겐이 버디(Budd-e)라는 이름의 컨셉트카를 발표하였는데, 이 차는 폭스바겐의 미래 전기차 플랫폼을 바탕으로 개발되었다. MEB(Modular Electric Drive Kit)라는 명칭의 이 전기차 전용 플랫폼은 바닥에 거대한 배터리를 위치시키고 전륜이나 후륜에 전기모터를 장착해 컨셉에 맞는 차량을 다양하게 개발할 수 있다.

 

전기차 플랫폼의 2차적인 의미는 파워트레인을 포함한 시스템 전체를 의미하기도 한다. 일반적인 내연기관 차량에서는 좀처럼 찾아보기 어려운 이 시스템은, 전기차의 구조가 배터리와 모터를 기본으로 하는 단순한 구조를 갖기에 가능한 시스템이다. 앞에서 언급한 프레임으로서의 전기차 전용 플랫폼에 파워트레인 부분을 포함시키면 실제적으로 외형을 갖지 않은 상태의 차량의 완성이 가능하다. 이 시스템 전체를 하나의 전기차 플랫폼으로 보면 그 플랫폼 위에 다양한 어플리케이션들의 활용이 가능할 것이다.

한국의 레오모터스는 자체적으로 개발한 파워트레인 부분만을 플랫폼 형태로 구성하여 기존의 다양한 내연기관 완성차들을 전기차로 변환을 시킨다.

 

미국의 Trexa는 전기 파워트레인 플랫폼 시스템을 이용하여 다양한 어플리케이션을 장착한 차량을 주문 생산하고 있다. 기본이 되는 파워트레인 시스템을 바탕으로 다양한 지형지물에 적합한 바퀴의 장착도 가능하며 무선 조종을 기본으로 하고 있기 때문에 특히나 제한 없는 어플리케이션의 적용이 가능하다.

 

플랫폼화를 할 때 중요한 점은 규격화의 필요성이다. 플랫폼의 목적이 다양한 사용자들이 공통적으로 활용할 수 있는 기반을 제공하는 것인데, 각 제조사별로 서로 호환이 어려운 독립적인 플랫폼을 제작한다면 제조사 각각의 자체적인 활용성은 높겠지만, 근본적인 의미의 플랫폼으로 보기에는 부족함이 있을 것이다. 이때 필요한 것이 규격화이다. 최소한의 호환 가능한 규격을 사전에 정의가 가능하다면 높은 활용성과 범용성으로 조금 더 유연한 생태계의 구성이 가능할 것이다. 이 규격화의 범위는 통신 프로토콜부터 외장 모듈의 크기, 배터리의 소재 및 출력 등 다양한 분야에서 검토가 가능할 것이며 특히 농업용 또는 산업용 전기차처럼 특수 목적 차량에서는 그 제약성으로 더욱 수월하게 적용 범위를 정의할 수 있을 것이다.

지난 해 전기차로 테슬라를 3년 안에 잡겠다고 공언했던 신생 전기차 제조 업체인 패러데이 퓨처는 최근 CES에서 전기 슈퍼카 ‘FFZERO1’을 발표했다. 이 차량의 재미있는 점은 모터와 배터리팩 등 파워트레인을 구성하는 주요 부품과 휠베이스와 외부 섀시까지 모듈형으로 만든 것이다. VPA(Variable Platform Architecture)라고 불리우는 모듈형 아키텍쳐를 바탕으로 원하는 대로 다양한 옵션으로 구성이 가능한 것이다.

농업용 전기차 사업모델 제시 ①

1.농업용 자동차 보급을 위한 전환 모델

전기차의 개발은 오랜 시간 동안 시도되어 왔지만, 현 시점에서 단연 눈에 띄는 선두 주자는 테슬라이다. 로드스터에서 Model S, Model X로 이어져 온 테슬라의 제품 라인은 점차로 차량의 가격을 낮추고, 보다 넓은 범위의 소비자에게로 접근하는 방식으로 확장되고 있다. 이처럼 테슬라가 획기적으로 전기차의 가격을 낮춰갈 수 있게 된 것은 ‘배터리’기술의 발전과 가격의 하락 덕분이었다. 전기차가 가진 수많은 장점은 이전부터 인정을 받아왔지만, 비용이 막대하고 용량 대비 무게가 많이 나가는 배터리는 전기차 발전의 발목을 잡는 치명적인 단점이었다. 하지만 빠른 기술의 진보와 그에 따른 배터리 가격의 하락 덕에 오늘날에는 전기차의 상용화가 점차 눈 앞으로 다가오고 있다. 본 연구에서는 이동 목적의 전기차가 아닌 산업용 전기차의 활용 가능성을 검토하는 것을 목표로 삼고 있기에 테슬라의 모델과 직접적으로 사례를 비교하는 것은 적절치 않을 수도 있다. 하지만 전기차 업계의 선도자로서 테슬라는 산업용 전기차의 영역에 있어서도 많은 문제를 해결했다고 할 수 있다.

먼저 산업용 차량과 이동용 차량의 차이를 살펴보자. 산업용 차량의 경우 농업용과 공업용으로 다시 세분되기도 하지만, 이 글에서는 모든 용도의 산업용 차량을 포괄적으로 검토해보기로 한다.

전기차를 이동 목적으로 사용하고자 할 경우 1회 급유, 충전 시 이동 가능한 거리가 중요한 문제가 된다. 테슬라의Model S의 경우 충전 없이 최대 400킬로미터 이상의 거리를 이동할 수 있게 되었기에, 일차적으로 이동 가능 거리의 문제는 어느 정도 해결되었다고 볼 수 있다. 하지만 여전히 부족한 충전 인프라와 정속 주행의 문제가 남아있어 소비자 측면의 전기차에 대한 수용성을 제한하고 있다. 하지만 산업용 전기차의 경우 이동이나 수송이 주 목적이 아니기 때문에 주행과 관련한 문제로부터 상대적으로 자유로울 수 있다. 산업용 차량은 주로 산업단지나 농지에서 제한적으로 사용되기 때문에 주행 거리가 짧아 이동용 차량에 비해 배터리의 충전 빈도가 낮아지며, 따라서 충전 과정에 수반되던 방전에 대한 공포나 충전 인프라 구축에 대한 스트레스 역시 감소하게 된다. 이는 산업용 차량 시장에 있어 전기차에 대한 소비자의 수용성이 이동용 전기차 대비 높을 수 있음을 시사하는 대목이다.

산업용 전기차가 이동용 전기차와 비교해 지니고 있는 또 다른 특징으로는 다양한 활용 가능성을 들 수 있다. 산업용 차량은 주로 주행 목적으로만 이용되는 이동용 차량과 달리 산업용 목적을 별도로 가지고 있다. 예컨대 트랙터는 이동 목적으로도 사용할 수 있지만, 그보다는 논이나 밭을 가는 쟁기의 역할이나, 농약의 살포, 농산물의 수확과 같은 특수한 목적으로 사용되곤 한다. 이동이 가능하면서도 연료를 태운 에너지를 다양한 목적으로 활용하여 사용할 수 있다는 점이 동시에 활용되는 것이다. 때문에 많은 산업용 차량들은 무거운 물체를 들어 옮기는 역할을 수행하곤 한다. 이런 시각에서 살펴보면, 산업용 전기차는 일종의 ‘이동형 전력원’으로 활용될 수 있으며, 그 활용 가능성은 무궁무진하다. 또한 전기차의 경우, 인버터를 활용하여 화석 연료로부터 얻어낸 에너지를 전력으로 전환해야 하는 일반 내연기관차와는 달리 전환 과정이 필요하지 않아 보다 효율적인 전기 사용이 가능하다.

마지막으로 산업용 전기차는 대기 시간의 측면에서도 차별적인 특성을 가진다. 이동용 차량은 주로 개인 목적으로 사용된다. 마치 스마트폰 등의 이동전화 기기와 같이 개인의 일상 속에서 밀접하게 사용되는 것이다. 때문에 개인 기기의 경우 사용 니드가 상시적으로 존재하며, 그에 따라 기기의 대기 시간은 거의 존재하지 않는다. 개인의 생활 패턴에 따라 다양하게 존재하는 니드와 응급 상황에 사용되는 경우를 모두 감안한다면 유용하게 활용할 수 있는 개인 기기일수록 대기 시간을 늘리는 일이 쉽지 않다. 하지만 산업용의 경우, 보다 규칙적인 패턴으로 차량이 이용된다. 예컨대 날짜나 요일에 따라 휴일의 대기시간을, 이용 시간대에 따라 야간의 대기 시간을, 또 농작물의 재배 과정에 따라서도 기기가 필요하지 않은 기간을 대기 시간으로 확보할 수 있다. 이를 전기차에 적용한다면, 개개인의 니드에 맞춰 사용되는 이동용 전기차와 달리 산업용 전기차는 용량(Capacity) 설계를 통해 대기 시간 동안 다른 목적으로 에너지를 활용하는 것이 가능하다. 전기차에 있어서는 차체 자체보다는 배터리를 분리하여 활용하는 방안을 생각해 볼 수 있다. 전기차의 배터리는 송배전망의 완충제로 사용될 수 있다. 과잉 생산된 전력 에너지를 배터리를 이용해 저장함으로써 향후의 초과 수요 상황에 보다 탄력적으로 대응할 수 있는 것이다. 만약 전국에 존재하는 27만 대의 트랙터 중 10만 대 가량을 전기차로 대체하고, 각 트랙터가 100KWh의 배터리를 장착한다면 10GWh만큼의 배터리 전력 보관소가 성립하게 된다. 이 경우 전기차는 농가에서 직접 소유하고, 배터리는 송배전 업체가 소유하는 전기차와 배터리의 분리 소유 모델을 개발해 농가의 비용 부담은 낮추고, 기기는 더욱 효율적으로 활용할 수 있는 방안을 생각해 볼 수 있게 된다.