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 불안정성을 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.

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.