한국전기공사협회, ‘독도 태양광발전소 건설 5주년 기념행사’ 개최
독도를 밝히는 친환경 전기에너지 태양광발전소에서 생산

‘독도 태양광발전소 건설 5주년 기념행사’ 독도박물관에서 개최
한국전기공사협회가 ‘독도 태양광발전소 건설 5주년 기념행사’를 독도박물관에서 개최했다.
광복 70주년이 되는 올해를 한반도 통일 원년이 되기를 희망하고 독도 태양광발전소 준공 5주년을 기념하기 위해 전국의 전기공사협회 관계자들이 한 자리에 모였다. 이번 행사는 독도에 대한 지속적인 관심과 사랑을 다짐하고 전기인들의 독도 사랑에 대한 숭고한 뜻을 기리기 위해 마련되었다. 또한 전기공사협회는 독도경비대 근무자들의 근무환경을 개선하기 위해 경비대 막사 노후 조명설비와 경비대 외각 투광기를, 최신 LED 조명설비로 교체하는 한편, 근무자들이 야간에 사용할 개인용 LED 손전등을 전달했다.

학생, 기술자, 기업인 등 3000여 명의 전기인들이 건설한 ‘독도 태양광발전소’
독도 태양광발전소는 일본의 독도 침탈 야욕이 격화되던 지난 2008년 8월 전기공사협회와 전기공사 기업 대표자인 회원들이 독도 사랑과 수호의지를 천명하고 자발적인 성금 모금을 통해 시작되었다. 전기공사업계의 주축으로 시작된 독도 태양광발전소 건설 성금은 전기계 전체로 확산되어 학생, 기술자, 기업인 등 3000여 명에 이르는 전기인들이 성금 모금에 참여하여 30억 원에 이르는 성금을 모금했다. 협회는 독도 사랑의 숭고한 뜻을 기리기 위해 독도 박물관 내에 기념조형물을 만들고 성금을 기탁한 분들의 이름을 새겨 보존하고 있다.
독도는 섬 전체가 천연기념물(제336호)로 지정되어 있어 자연을 훼손하지 않는 범위 내에서 공사가 이루어져야 하기에 태양광발전소 구조물을 포함한 모듈은 기존 건축물 상부와 유류저장창고 상부를 이용해야만 했기에 태양광발전용량은 55㎾로 결정되었다. 이는 약 18가구에 전기를 공급할 수 있는 규모다. 또한 독도는 한전으로부터 상시전력을 공급받을 수 없기 때문에 낮에 태양광발전소에서 생산한 전력을 야간에도 사용하기 위해서는 전기를 저장할 수 있는 축전지가 반드시 필요하다. 축전지는 자연환경에 해가될 수 있는 납(Pb)축전지를 대신해 니켈-수소(Ni-MH)전지를 사용했다. 발전용량 55㎾ 중 독도경비대에 40㎾ 등대에, 15 규모로 건설된 태양광발전소는 경비대 전력부하의 약 25%, 등대 전력부하의 100%를 책임질 수 있는 용량이다.

독도의 천연환경 보호 등 신재생에너지 육성정책에 부합
독도 태양광발전소 건설은 기존의 디젤발전기 사용을 최소화하고 무한청정에너지인 태양에너지를 통해 생산된 전기를 사용함으로써 독도의 천연환경을 보호함은 물론 독도의 실효적 지배를 강화하는데도 크게 기여했으며, 정부의 CO2 감축노력과 석탄, 석유 등 화석연료를 대체하는 신재생에너지 육성정책에도 부합하는 민간차원의 국가공헌 모범사례로 꼽힌다.

한국전기공사협회  www.keca.or.kr

세계 친환경 자동차 산업 동향

미래 자동차 산업 변화의 키워드는 연비와 친환경이다. 각국 정부가 관련 규제를 강화함에 따라 자동차 산업의 지형은 연비와 친환경 기준에 따라 변화하고 있다. 주요 국가들은 자동차 연비 규정 및 이산화탄소 배출량 허용기준을 강화하면서 친환경 자동차 생산을 장려하고 있으며, 2014년 기준 세계 친환경 자동차(HEV, PHEV, EV, 수소연료전지차) 판매 대수는 285만 대에 이르렀다. 2015년에는 9,690AKS 대로 예상되며, 이 중 친환경 자동차 생산 대수는 389만 대에 달할 전망이다.
친환경 자동차의 기술경쟁력은 배터리, 모터 등 핵심부품에 집약되어 있으며, 산업경쟁력 확보를 위해서는 부품·소재 기업의 육성이 절실히 요구되고 있다.

자료. 한국수출입은행 해외경제연구소 강정화 선임연구원

1. 친환경 자동차 개요

(1) 친환경 자동차의 성장 Driver

미래 자동차산업 변화의 키워드는 연비와 친환경으로, 각국 정부가 관련 규제를 강화함에 따라 자동차 산업의 지형은 연비와 친환경 기준에 따라 변화하고 있다. 주요 국가들은 자동차 연비 규정 및 이산화탄소 배출량 허용기준을 강화하면서 친환경 자동차 생산을 장려중인데, 미국은 평균연비 목표를 2025년까지 54.5mpg(23.2㎞/ℓ)로 정하고, 2016년까지 평균연비를 35.5mpg(15.1㎞/ℓ)로 강화한다고 밝혔다. EU는 주행거리당 CO2 배출량을 2015년까지 125g/㎞, 2020년까지 95g/㎞, 2025년까지 70g/㎞로 감축할 예정이다.
각국 정부는 전기차를 신성장 산업으로 육성하기 위해 R&D 투자, 보조금, 세제혜택 등 정책적 지원을 통해 전기차 보급을 확대 추진중이다.
또한, 미국은 오바마 정부의 그린 뉴딜 정책하에 전기차 개발 관련 프로젝트에 24억 달러를 지원하고 2015년까지 전기차 백만 대 보급을 추진중이며, 중국은 2020년 전기차 5백만 대 보급을 목표로 전기차 개발과 보급에 1,000억RMB(약 17조 원)를 지원할 예정이다.

(2) 친환경 자동차 시스템 개요

전기자동차는 일반 내연기관 자동차와 달리 배터리, 전기모터, 인버터/컨버터, BMS(Battery Management System) 등으로 구성되어 있다.
① 배터리: 재충전이 가능한 2차전지가 이용되며 전기자동차의 성능·가격에 가장 큰 영향을 미침.
② 전기모터: 배터리를 통해 구동력을 발생시킴.
③ 인버터/컨버터: 직류와 교류를 변화시키는 역할.
④ BMS(Battery Management System): 배터리 관리시스템으로 배터리의 충전·방전 조절, 전압·전류·온도 감시, 냉각 제어 등을 수행.

전기자동차는 전기에너지의 사용비중에 따라 하이브리드 자동차, 플러그인 하이브리드 자동차, (순수)전기자동차로 분류된다. 하이브리드 자동차(HEV: Hybrid Electric Vehicle)는 기존 차량에 전기모터와 배터리가 추가 장착되며 주행상태에 따라 내연기관과 전기모터를 적절히 작동시켜 연비를 향상시킨다. 플러그인 하이브리드 자동차(PHEV: Plug-in Hybrid Electric Vehicle)는 하이브리드 자동차보다 대용량의 배터리를 사용해 전기를 주 동력원으로 사용하며, (순수)전기자동차((B)EV: (Battery)Electric Vehicle)는 내연기관 없이 모터와 배터리로 구성되고 주행시 오염물질 및 CO2의 배출이 없다.
수소연료전지차는 전기를 이용해서 자동차를 구동하는 원리는 전기차와 같으나 전기를 만드는 방식이 전기차와 다르다. 수소연료전지차는 연료전지로부터 생산된 전기로 구동되는 차량으로, 내부 구조는 전기를 생성하는 연료전지, 수소를 저장하는 수소탱크, 차량 구동에 필요한 주변장치들로 구성된다. 원가와 성능 결정 측면에서 가장 큰 비중을 차지하는 3대 핵심 부품은 연료전지, 운전장치, 수소탱크로, 연료전지는 내부 스택의 에너지 효율에 의해 차량 연비를 결정하며, 자체 충/방전 가능 횟수에 따라 차량 내구성 관련 성능을 좌우한다.  운전장치는 연료전지에 필요한 수소 및 공기 공급 역할을 담당하며 연료전지의 효율적 구동에 영향을 주며, 수소탱크는 고압화를 통한 수소 저장 부피 확대를 통해 차량 주행 거리가 결정된다. 이 3대 핵심 부품들은 수소연료전지차 가격의 40% 이상을 차지하며 현재 수소연료전지차의 높은 가격을 형성하는 주요 요인으로 작용하고 있다. 향후 해당 부품들에 대한 큰 폭의 원가절감 달성 여부에 따라 수소연료전지차 보급이 활성화될 것으로 전망된다.

(3) 주요 국가 지원정책

미국은 경기부양법안 계획의 일환으로 친환경차 보급 촉진 프로그램을 운영 중이며, 2015년까지 전기차 100만 대 보급을 추진 중에 있다. 2009년 차세대 전기차 및 배터리 제조·개발에 24억 달러 투입, 2011년 초 80억 달러 규모의 전기차 지원 강화 방안을 발표했다.
EU는 전기차 인프라 구축과 재생에너지 개발에 50억 유로를 지원할 계획이며, 독일이 가장 적극적인 전기차 지원 정책을 보유중이다. 독일은 2009년 ‘Electro-mobility’ 개발 계획을 수립하고 2020년까지 전기차 백만 대 보급을 추진하고 있다. 현재 유럽은 2015년까지 자동차 이산화탄소 배출량을 130g/㎞ 수준을 목표로 하고 있으며, 2020년 95g/㎞까지 강화할 계획이다.

중국은 전기차를 2015년까지 백만 대, 2020년까지 5백만 대를 보급할 계획이며, 전기차 개발을 적극적으로 추진 중이다. 2010년부터 전기차 구입시 최대 6만 RMB, 플러그인 하이브리드 자동차 구입시 5만RMB를 지원해주는 정책을 중국내 5개 도시에서 시행 중이다. 2011년 ‘자동차와 전기차 산업발전계획(2011~2020)’을 발표하고 향후 10년 동안 1,000억 위안(약 17조 원)을 전기차 개발과 보급지원에 투입할 예정이다.

일본은 2020년까지 전기차 50만 대 보급을 목표로 전기차 보급 및 충전 인프라 구축을 위해 90억 엔/년을 투입 예정으로, 11개 도시에서 실증사업을 진행하고 있으며, 전기차 구입시 대당 최고 139만 엔의 보조금을 지원한다.
국가별로는 미국, 중국이 전기차 관련 R&D 투자에 가장 적극적이며, 전기차 구매 지원금은 덴마크가 가장 높은 수준이다. R&D 투자가 가장 높은 국가는 미국으로 22,260백만 유로를 투자해 중국 투자비(3,373백만 유로) 대비 6.6배 높고, 신차 가격대비 전기차 구매 보조금 비중은 덴마크가 최대 36%, 일본 15%, 아일랜드 13%, 중국·포르투갈 11% 순으로 지원하고 있다.

2. 세계 친환경 자동차 시장 동향

2014년 기준 세계 친환경자동차(HEV, PHEV, EV, 수소연료전지차) 판매 대수는 285만 대로 집계됐다. 2014년 세계 자동차 생산대수는 9,050만 대로 추정됐으며, 이 중 친환경 자동차는 약 3%를 차지했다. 이산화탄소 배출이 없는 전기차 및 수소연료전지차는 수요가 서서히 생겨나고 있으며, 전기차는 전년대비 65% 증가한 23만 대가 판매되었다.
2015년 세계 자동차 생산 대수는 9,690만 대로 예상되며, 이 중 친환경 자동차 점유율이 4%를 차지할 전망이다. 하이브리드 자동차 생산 대수는 전년대비 34% 증가한 314만 대, 플러그인 하이브리드 자동차는 전년대비 49% 증가한 42만 대, 전기차는 39% 증가한 33만 대가 생산될 전망이다. 반면, 수소연료전지차의 경우는 여전히 시험 생산단계에 머무를 것으로 보인다.
또한, 2015년 저유가 상황으로 인해 올해 친환경자동차 판매 대수가 예상치를 하회할 가능성이 있으나, 그 폭은 크지 않을 것으로 예상되며, 2020년까지 친환경자동차 성장률은 연평균 20% 이상의 고성장세를 지속할 것으로 판단된다. 2020년 친환경자동차의 시장점유율은 13%로 높아질 것이며, 이중 10%는 하이브리드 자동차가 차지할 전망이다. 다만, 친환경자동차 중 전기차 및 수소연료전지차의 경우 배터리 성능 및 가격과 충전 인프라 문제 해결이 시장 확대의 선결과제로 꼽히고 있으며, 2020년 친환경 자동차 판매 대수는 약 1,600만 대에 달할 것으로 예상된다.

3. 친환경 자동차 밸류체인별 동향

(1) 전기차 밸류체인

전기차 밸류체인은 배터리, 파워트레인(모터, 전력관리/제어 시스템), 전기차 생산, 충전 인프라로 구성된다. 투자비는 전기차 생산, 배터리, 모터 부분, 영업이익률은 전력관리/제어 시스템(13.8%) 부분이 높다.

(2) 배터리

배터리는 배터리 셀, 모듈, 배터리관리시스템(BMS), 냉각장치로 구성된다. 배터리 셀이 모여 모듈이 되고, 모듈이 모여 최종 배터리 팩으로 제작되는 것이다.

전기차 시장의 확대 관건은 배터리 가격과 용량 증가이며, 전기차 시장 성장 가속화를 위해선 200~300달러/㎾h까지 하락해야 한다. 배터리는 전기차 생산원가의 가장 큰 비중(40~50%)을 차지하며, 전기차의 가격, 주행거리 등을 좌우하는 핵심 부품으로, 2009년 $1,100/㎾h에 달했던 배터리 가격이 2013년 $700/㎾h까지 하락했으며, 2~3년 내에 $500/㎾h까지 하락할 것으로 전망된다. 배터리 성능이 향상될 경우 ㎾h당 가격이 하락할 뿐만 아니라 주행거리까지 증가하게 된다.

현재 전기차용 배터리로 리튬이차전지가 가장 널리 사용되고 있으며, 향후에도 배터리 분야 핵심부품으로 위치를 공고히 할 전망이다. 과거 니켈수소 전지가 Toyota 프리우스에 사용되었으나, 성능 한계로 인해 현재는 리튬이차전지로 대체되는 추세이다. 여러 전기차용 배터리가 테스트되고 있으나, 주도 기술은 리튬 배터리가 최적의 솔루션으로 자리매김중이다. 2013년 기준 리튬 배터리 시장규모는 152억 달러이며, 이 중 전기차용 리튬 배터리 시장 규모는 약 30억 달러를 차지하고 있다.

배터리 사업자는 완성차 회사들과 전략적 협력관계를 구축해 단기적으로는 수요처 확보, 장기적으로는 규모의 경제 달성을 추구중이다. 일본 완성차 업체는 순수 전기차 중심으로 배터리 회사와 합작법인을 설립하는 추세며, 미국 및 유럽 완성차 업체는 플러그인 하이브리드 중심으로 배터리 회사들과 공급계약을 체결하고 있다.

(3) Power Train

Power Train은 동력전달장치로 모터와 인버터/컨버터 등으로 구성된다. 모터는 엔진을 대체해 자동차 구동을 가능하게 하며 하이브리드 차량에 엔진과 같이 장착되어 엔진 보조 역할 수행한다. 인버터는 직류를 교류로, 컨버터는 교류를 직류로 변환하는 역할을 한다. 파워트레인 업체들은 장기간 완성차 업체들과 장기 계약을 통해 부품을 공급해왔으며, 이는 전기차에도 동일하게 적용될 것으로 예상된다.

(4) 전기차 생산

전 세계적으로 30여 개 신규업체와 기존 완성차 업체가 시장에서 경쟁하고 있으며, 완성차 업체와 신규 전기차 회사와의 제휴를 확대하는 추세이다. 전기차 전문회사는 기술수준, 사업모델 등에 따라 고가 자동차 시장을 공략하는 Tesla, Fisker, 저가 시장을 공략하는 Think, REVA 등이 있으며, 기존 자동차 회사들은 시장 점유율, 기술수준 등에 따라 중점 차종이 다르나, 전기차 시장의 성장성에 주목하고 생산계획을 발표하고 있다. 다임러, 도요타 등은 전기차 전문회사와 전략적 협력관계를 구축 및 인수를 통해 조기 시장진입을 추진중이다.
현재 시장은 일본(닛산), 미국(GM), 중국(BYD) 업체가 시장을 선도하고 있으며, 닛산 Leaf, GM Volt는 판매지역 확대 및 생산설비 증설을 진행하고 있다.

전기차 시장은 제조기술 난이도가 낮아 진입장벽이 높지 않으나 많은 투자비가 요구되며, 중소업체는 브랜드 인지도, 가격 경쟁력, 전기차 상용화 시기까지 생존가능성이 낮은 실정이다. 화석연료 차량에는 약 3만 개 이상의 부품이 필요하나, 전기차는 필요 부품의 수가 18,900개에 불과해 시장 진출이 특히 용이한 편이다. Tesla사의 성공에도 불구하고 세계 전기차 시장은 기존의 완성차 기업들을 중심으로 재편될 전망이며, 전기차 회사의 지분 투자를 통해 수요처 확보 및 제조경험을 축적하려던 중소 배터리 기업의 전략은 수정이 필요할 것으로 보인다.

(5) 전기차 충전인프라

전기차 충전 방식은 가정용 충전, 급속충전, 배터리 교체 등 다양한 충전 방식이 있으며, 가정용 충전은 가정, 빌딩의 주차장에서 취침시간, 근무시간 등에 충전이 이뤄지고 충전시간은 6~8시간이 소요된다. 급속충전은 도로에 설치된 충전소가 높은 전압과 전류를 공급할 수 있는 충전설비를 갖춰 충전시간을 30분 이내로 단축시키며, 배터리 교체는 충전소에 방전된 배터리를 반납하고 충전된 배터리로 교체하는 방식으로 약 5분이 소요된다.
전기차 충전사업은 소규모·전문화된 기업 중심이었으나, 최근 대기업들이 시장에 관심을 표출하면서 전문사업자들과 협력관계를 구축 중이다. 2010년부터 대기업들은 전문사업자들과 협력관계를 통해 스마트 그리드 사업기회와 연계된 전기차 충전 솔루션 확보를 추진하고 있으며, 전력사업자들은 자체 브랜드 충전기를 개발하는 등 충전기 설치 및 충전 Infra 관리를 사업기회로 보고 있다.
충전기 사업자들은 자동차 회사들과 협력관계 구축을 통해 가정용 시장 점유율 확대를 추진하고 있다. GM, 닛산은 충전기 제조·설치 사업자(SPX, AeroVironment)와 협력하며, 포드, 미쓰비시는 전자제품 유통기업인 Best Buy를 판매 사업자로 선정했다.
각국 역시 정부 주도로 전기차 보급 확대를 위해 전기차 충전인프라 확대사업을 진행하고 있다. 미국은 스마트 그리드와 전기차 충전 인프라 사업을 연계하고, 일본은 2009년부터 전기차 충전 실증사업을 추진 중이며, 전기차 충전시스템 협회인 차데모(CHAdeMO)를 설립해 급속 충전 표준을 개발했다. 또한, 중국은 국가전력망공사(중국 북부)와 중국남방전력망(중국 남부) 주도로 전기차 충전 사업을 확대중이다.

4. 국내 친환경 자동차 산업 현황

(1) 전기차 산업 육성 정책

2015년 글로벌 그린카 4대 강국으로 도약하기 위해 그린카 양산 로드맵 수립, 초기 시장창출 및 보급기반 확충을 추진하고 있다. 플러그인 하이브리드와 중형 전기차는 각각 2012년, 2014년부터 양산중이며, 보급목표는 2013년 13.2천 대, 2015년 85.7천 대, 2020년 1,046천 대로, 시장 창출을 위해 세제지원, 충전 인프라 구축, 전기차 거점도시를 중점으로 하고 있다.

(2) 기술수준

배터리를 제외한 모터, 인버터, 컨버터 등의 국내 친환경 자동차 기술 수준은 아직 낮은 상황이다. 국내 전지 제조기술은 경쟁력을 확보하고 있으나 소재기술은 선진국을 대비해 30~40% 수준으로, 리튬 이차전지 산업의 경쟁력 강화를 위해선 핵심소재의 국산화가 절실한 상황이다.

전기동력 시스템, 모터는 선진국 대비 80% 수준의 기술력을 보유하고 있다.

(3) 주요 기업

전기차 배터리는 LG화학, 삼성SDI, SK이노베이션이 시장을 선도하고 있다. LG화학은 세계 1위 전기차 배터리 생산업체로 미국 전기차 배터리개발 컨소시엄으로부터 고성능 전기차 배터리 개발 프로젝트를 수주했으며, 삼성SDI는 BMW, 크라이슬러와 공급계약 체결, SK이노베이션은 현대·기아차, 메르세데스AMG, 미쓰비시후소의 배터리 공급업체로 선정됐다.
모터는 현대모비스, 효성중공업, 인버터는 LS산전, 현대모비스 등이 제품을 개발·생산중이며, BMS 분야에는 중소기업의 참여가 활발하다. 현대모비스는 모터, 인버터, 컨버터를 쏘나타, K5 하이브리드에 공급하고, 효성은 50㎾급 모터를 기아차의 전기차 ‘TAM’에 공급할 예정이다. BMS 분야에서는 파워로직스, 넥스콘테크놀러지, 이랜텍 등이 참여중으로 알려져 있다. 또한, 전기차 생산에는 현대·기아차, 르노삼성 등이 참여중으로, 기아차는 2014년, 현대차는 2015년부터 전기차 양산을 시작할 예정이며, LG, SK그룹은 전기차 사업을 차세대 성장엔진사업으로 선정하고 전기차 수직계열화를 추진 중이다.

5. 시사점 및 결론

(1) 자동차산업의 고효율 및 친환경화는 거스를 수 없는 대세

기존의 내연기관을 가지고는 새로운 자동차 수요를 이끌어 내는데 한계가 있으며, 새로운 수요를 위한 새로운 기술 등장이 필요한 시점으로 판단된다. 현재 내연기관 자동차 시장 성장률은 2020년까지 연평균 3% 미만의 성장에 불과하며, 소비자의 새로운 수요를 이끌어 내려면 고연비 자동차 기술이 필요하다. 또한 고연비 기술을 위해서는 현재 내연기관으로는 한계가 있으며 이를 위해 배터리와 접목된 자동차 기술이 각광을 받고 있는 실정이다.
최근 출시된 BMW i8의 경우 최고시속 250㎞, 리터당 47.6㎞의 연비를 기록하고 있다.
전 세계 이산화탄소 배출량의 약 20% 이상을 운송부분이 차지하고 있기 때문에 자동차는 환경 대응에서 빼놓을 수 없는 영역으로, 따라서 각국 정부는 구체적인 규제안들을 통해 완성차 기업들의 친환경 자동차 개발과 출시에 압박을 가하고 있으며, 기업들도 따를 수밖에 없는 환경이 조성되고 있다.

(2) 친환경 자동차로의 전환은 거스를 수 없는 대세이나, 속도가 문제

전기차, 수소연료전지차 등 친환경 자동차 기술개발은 빠르게 진행되고 있으나, 문제는 가격이다. 최근 출시되고 있는 전기차의 경우 일반소비자가 구매하기에는 여전히 높은 가격으로, 내연기관 자동차 대비 부품 수가 적음에도 불구하고 높은 배터리 가격으로 인해 가격이 높게 책정되어 있는 실정이다.
다만, 2015년을 기점으로 친환경 자동차 생산량 증가와 더불어 배터리 가격도 하락할 것으로 전망된다. 중대형 배터리 기업들의 대량생산 체제가 구축됨에 따라 가격하락 속도도 빨라질 것으로 예상되며, 2020년 $200~300/kWh 달성시 내연기관 자동차와의 본격적인 가격 경쟁이 시작될 것으로 판단된다.

(3) 세계 친환경 자동차시장은 연평균 20% 이상의 고성장을 지속할 전망

세계 친환경자동차시장은 2020년까지 하이브리드 자동차를 중심으로 성장할 전망이다. 하이브리드 자동차 기술의 완성도가 가장 높은 상황이며, 낮은 용량의 배터리를 사용하는 관계로 차량 가격에서 배터리가 차지하는 비중이 낮다.
배터리 가격 하락과 고연비 자동차에 대한 수요가 맞물리면서 플러그인 하이브리드 및 전기차로 넘어갈 것으로 보이며, 2015년 이후 연비 50㎞/ℓ이상의 플러그인 하이브리드 자동차 출시가 본격화될 전망이어서 본격적인 전기자동차 시대의 서막이 열릴 것으로 예상된다.
수소연료자동차의 경우에는 2025년 이후 본격적인 수요가 발생할 것으로 추정되며, 기술의 완성도 및 안정성 검증에는 많이 시간이 소요되고, 충전 인프라에 대한 문제를 해결하는 데에도 많은 시간이 걸릴 것으로 예상된다. 2020년까지 연구개발 차원의 차량 출시가 이어지겠지만, 본격적인 시장 형성은 2020년 이후 가능할 전망이다.

(4) 친환경 자동차의 기술경쟁력은 배터리, 모터 등 핵심부품에 집약되어 있으며, 산업경쟁력 확보를 위해선 부품·소재 기업 육성이 필요

내연기관 자동차 대비 친환경 자동차 제조 기술 난이도는 낮아 제조기술 경쟁력은 관련 핵심 부품 조달을 얼마나 잘하느냐에 달려 있다. 특히 배터리와 모터와 같은 핵심 부품의 성능이 친환경자동차의 성능을 좌우한다.
친환경 자동차 시장에서 국내 자동차 기업들이 경쟁력을 확보하기 위해서 부품 기업들의 경쟁력 확보가 무엇보다 중요한데, 국내 친환경 자동차 부품기업들은 가장 큰 애로사항으로 시장정보 및 기술개발 지원 부족으로 공공부문의 도움을 꼽고 있다. 특히 중소 부품업체들은 자동차 산업 변화 전망, 해외 시장 정보, 기업별 동향 등에 대한 조사여력이 부족하므로 산업계와 공공기관의 연구가 필요하다.
또한, Test-bed 시장 지원과 관련 법 제정을 통해 산업생태계 활성화를 위한 정부 정책지원 확대가 요구되고 있는 실정이다.

스마트 분산전원 기술

기존 분산전원에 적용되는 계통연계 인버터는 입력 DC 전력을 AC 계통에 전달해주는 전력변환 장치로서, 일반적으로 효율적인 전력 전달을 위한 최대 출력점 제어기능, AC계통 연계를 위한 그리드 동기화 기능, 계통 고장 시 역전력 공급 방지를 위한 독립운전 방지 기능 등을 포함한다. 스마트 분산전원은 개별적으로 동작해왔던 기존의 분산전원과는 달리 목적에 따라서 상위의 관리 시스템과 유기적인 연동을 필요로 하므로 양방향 통신이 필수적이다.
신재생 에너지 분산전원의 계통 투입 비율이 높아짐에 따라서 스마트 분산전원의 스마트 인버터 기능이 전력계통 안정도와 신뢰도 그리고 운용 효율을 상당 부분 개선시킬 수 있을 것으로 기대된다.

자료. 한국전기연구원 차세대전력망연구본부 책임연구원 조창희

Ⅰ. 신재생 분산전원 현황

2015년 5월, 하와이 의회는 2045년까지 하와이 군도 전력의 100%를 신재생 에너지에 의해서 공급하도록 규정하는 법안을 통과했다. 이 법안에 따르면 하와이는 전력분야에서 카본프리 목표 날짜를 설정한 미국의 첫 번째 주가 된다. 이는 풍력 발전과 태양광 발전에 대한 주정부와 전력회사의 꾸준한 인센티브에 의한 신재생 에너지 설치가 급증했기 때문으로, 신규 법안은 이러한 붐을 더욱 확대하여 현재의 신재생 에너지 비율 21%에서 2020년에 30%, 2030년에 70%, 마지막으로 2045년에 100%를 달성하는 것을 목표로 한다.
2011년 지진해일에 의해서 큰 피해를 입은 일본의 후쿠시마 현도 화석연료에 의한 발전을 배제하고 신재생 전원에 의해서만 전력을 공급받는 데드라인을 2040년으로 설정했다. 일본은 동경전력의 후쿠시마 핵발전소 사고로부터 회복하기 위해 반드시 달성해야할 수단으로 태양광 발전이나 풍력 발전 등의 신재생 에너지를 주목하고 있다.
유럽의 경우 풍부한 수자원을 기반으로 하는 수력 발전을 통해서 수요량 대비 신재생 에너지 비율이 100%를 넘긴 노르웨이를 선두로, 세계 수위권인 풍력 발전(약 40%)을 포함 전체 소비 전력의 60% 이상을 신재생 에너지로 공급받는 덴마크, 그리고 수력을 제외한 신재생 에너지 비율이 작년 기준 각각 30%와 27%인 포르투갈과 스페인 등이 온실가스 감축과 청정에너지 혁신을 위한 신재생 에너지 보급에 앞장서고 있다.

그러나 신재생 에너지는 원천적으로 기후조건에 따라서 출력을 생산하는 특성을 가지고 있어 소비 전력량에 비해 신재생 에너지 투입 비율이 큰 경우에는 필연적으로 전압 변동이나 주파수 변동 등의 전력 품질 문제가 생길 수 있다. 특히, 우리나라와 같이 대규모 전력계통과 연결되지 못한 고립형 전력계통이나 다른 나라와 송전선 연결이 제한적인 경우에는 그 문제가 더 심각할 수 있다. 그러므로 간헐적인 신재생 에너지 전원을 전력계통에 투입하기 위한 전력계통의 높은 수준의 신뢰도를 유지하기 위한 기술적인 해결방안을 필요로 한다.
이러한 문제의 해결 방법의 하나로서, 스페인의 전력계통 운영자(REE, Red Electrica de Espana)는 2006년 세계 최초로 풍력 단지의 중앙급전 제어 시스템을 개발하여 전국의 풍력발전 단지 원격제어를 수행하고 있다. 이 시스템이 개발되기 이전에 REE는 전력계통에 최대로 투입될 수 있는 풍력발전의 비율을 12% 이하로 고집했으나, 현재는 풍력발전이 순시 출력이 전력 수요의 60%를 넘는 경우도 발생한다.

이러한 신재생 에너지원의 특징은 계통 운영자에게 큰 부담이 되고 있으며 그 결과로 신재생 에너지 전원이 전력계통에 연계될 때 필수적으로 지켜야할 규정(그리드코드, 계통연계 기술기준)을 강화하는 방향으로 법규가 만들어지고 있다.
독일의 에너지와 수자원 협회(BEDW, Germany’s Bundesverband der Energie und Wasserwirtschaft)와 VDE-AR-N 4105 표준은 풍력 발전 또는 태양광 발전 시스템을 대상으로 원격에 의한 설정된 전력 제한(Power Curtailment) 준수와 역률 제어, FRT(Fault Ride-Through), 그리고 Dynamic Grid Support 기능을 규정하고 있다.
미국의 경우 기존의 분산형 전원 계통연계 기준인 IEEE 1547-2003에서는 분산 전원이 계통 연계점(PCC, Point of Common Coupling)에서의 전압 조정을 금지했지만 개정된 IEEE 1547a-2014에서는 지역 EPS 사업자나 수요 반응(DR) 관리자의 필요에 따라서 능동적인 전압 조정이 가능하도록 규정이 변경되었으며 전압 및 주파수 고장 상황에 대한 FRT 규정이 추가되었다.
미국 캘리포니아는 주의 전력계통 연계 규정인 Rule 21의 업그레이드를 진행 중인데, 여기에는 대부분의 분산전원이 계통연계 인버터에 의해서 전력을 생산하는 것에 착안하여 강화되고 있는 그리드코드를 만족시키기 위한 스마트 인버터 기능을 포함하는 스마트 분산전원의 개념을 도입했고, 필요로 하는 분산전원 필수 기능을 단계별로 개발하는 접근법을 제시했다.

II. 스마트 분산전원 기술

기존 분산전원에 적용되는 계통연계 인버터는 입력 DC 전력을 AC 계통에 전달해주는 전력변환 장치로서, 일반적으로 효율적인 전력 전달을 위한 최대 출력점 제어기능, AC계통 연계를 위한 그리드 동기화 기능, 계통 고장 시 역전력 공급 방지를 위한 독립운전 방지 기능 등을 포함한다.
스마트 분산전원 구현을 위한 스마트 인버터 기능은 기본적으로 분산전원의 무효전력과 주파수/전압을 제어하는 기능으로서, 양방향 통신을 기반으로 필요에 따라 원격에서 인버터의 운전, 동작 모드, 운전 파라미터 등을 제어하여 전력 계통의 운영에 기여할 수 있는 발전된 분산전원 기능을 의미한다.
스마트 분산전원의 기능은 기능 구현의 난이도에 따라서 3가지로 구분될 수 있다. 기본 기능은 통신에 의한 분산전원의 상태정보 모니터링이나 계통 연계/차단 제어 그리고 이벤트 로그 및 리포트 기능이 포함된다.
중급 기능은 운전 모드나 장치 설정 등의 원격 파라미터 설정, 전압-무효전력 제어, 전압-유효전력 제어 등 미리 설정된 특성 곡선에 따른 자율적인 제어, 그리고 전압 및 주파수의 고장 복구를 위한 FRT 기능 등이 포함된다. 마지막으로 고급 기능은 동적 무료전력 보상이나 가격 또는 온도에 따른 제어 기능, 스케줄 기반 제어 등으로 구성된다.
이러한 스마트 분산전원의 진보된 기능들은 기존의 기후조건에 따라서 전력을 생산하는 단순한 분산전원에서 설치된 지역의 상황에 따라 분산전원 자신의 자율적인 판단과 관리자의 목적에 따라 가변적 기능을 수행하는 스마트 분산전원으로 발전했으며 그 결과 계통의 신뢰도 및 안정도 향상과 운영 효율을 높이는 수단이 될 수 있다.

스마트 분산전원은 개별적으로 동작해왔던 기존의 분산전원과는 달리 목적에 따라서 상위의 관리 시스템과 유기적인 연동을 필요로 하므로 양방향 통신이 필수적이다.
디지털 변전소 내부의 정보 교환 및 통신을 위한 국제 표준인 IEC 61850은 최근 일부 개정된 2판(Ed.2)에서 제목을 ‘Communication Networks and Systems for Power Utility Automation’으로 변경하여 전력산업 전반을 위한 표준임을 명시했고, 상위 시스템과의 연계, 수력 발전, 풍력 발전, 분산전원 등 그 적용 영역이 점점 확대되고 있다.
2013년 2월에 발간된 기술 보고서(IEC 61850-90-7)를 통해서 전력 변환장치 기반 분산전원을 관리하기 위해서 분산전원의 스마트 인버터의 기능을 정의하고, 이를 구현하기 위한 정보 표현 방법을 오브젝트 모델로 제시했다.
이 보고서는 분산전원의 자율 제어와 브로드캐스트/멀티캐스트에 의해서 상위 제어기와 느슨하게 결합된 다중 계층 구조 제어에 대해서 제안하고 있으며, 스마트 분산전원의 인버터 기능에 대한 기초자료를 제공한다.
미국 캘리포니아에서는 캘리포니아 공공시설 위원회(CPUC, California Public Utilities Commission)가 주도적으로 스마트 인버터(분산전원) 관련 기술을 검토 중이며, 스마트 인버터 워크숍(Jun 2013)을 개최하여 전력회사(SCE, SDGE, PG&E)와 기관(NREL, EPRI, TUV Rheinland, SunSpec Alliance) 및 관련 회사(SMA, Fronius)들의 관심을 모았다.
현재 CPUC 관리 아래의 스마트 인버터 워크 그룹(SIWG)에 의해서 단계별로 기술적 권장사항과 시험 계획 및 절차가 준비되고 있다.
1단계로 스마트 인버터의 자율 기능에 대한 규정이 2014년 12월에 완료되었고, 2단계인 스마트 인버터의 통신 인터페이스에 대한 기술적 권고 사항에 대한 논의가 진행 중이다. 3단계의 스마트 인버터 상호 작동 기능에 대한 내용은 유동적이며 그 필요성과 요구사항에 대하여 조사하고 있다.
국제 스마트그리드 협의체(ISGAN)의 워크 프로그램 중 하나인 스마트그리드 국제 연구기관 네트워크(SIRFN, Smart Grid Research Facility Network)에서는 국제 공동 연구를 통해서 스마트그리드 관련 기기들의 시험과 평가에 대한 역량을 강화하고 있다.
현재의 Sandia National Lab, DERLab, EPRI, NREL, UL, EPRI, IEC, IEEE 그리고 NIST 등이 분산자원의 통합을 위한 태양광 발전 인버터의 시험에 대한 연구를 수행하고 있으며 새로운 표준에 적합한 하드웨어/소프트웨어 시험 절차를 정의할 예정이다.
특히 스마트 인버터의 시험과 관련하여 Sandia National Lab과 SunSpec Alliance를 중심으로 스마트 인버터의 상호 운용성 검증 플랫폼을 개발 중이다. 또한 스마트 인버터 시험을 위한 기본 플랫폼을 완성하여 기본 기능인 원격 투입/차단 기능, 전압-무효전력 제어 기능 등 초기 단계의 시험을 진행 중이며, 확장된 기능에 대한 시험 절차와 기준을 가까운 시일 내에 완료할 예정이다.
미국 표준 기술 연구소(NIST)의 최근 확정된 스마트그리드 프레임워크 및 로드맵 3.0에서 스마트 그리드의 상호 운용성을 지원하는 새로운 표준들을 추가했다. 이 목록은 2.0 프레임워크에 없는 7개의 표준을 더하여 74개 표준과 프로토콜을 포함한다.
시험 및 인증이 산업계가 스마트그리드를 위한 중요한 기본 사항임에 인식을 같이하고, 합의에 도달함에 따라서 3.0 프레임워크에서는 이 항목에 대한 더 깊은 논의를 포함하고 있다.

Ⅲ. 결론

신재생 에너지 분산전원의 계통 투입 비율이 높아짐에 따라서 스마트 분산전원의 스마트 인버터 기능이 전력계통 안정도와 신뢰도 그리고 운용 효율을 상당 부분 개선시킬 수 있을 것으로 기대된다.
미래의 신재생 에너지 분산전원의 보급 확대를 위해서는 스마트 인버터 기능과 정보 통신 기술이 필수적이며, 차세대 전력망을 구성하는 신재생 분산전원들의 기반 기술이 될 것이다. 현재 국제적으로 스마트 인버터의 상호 운용성과 성능을 시험할 수 있는 시험 플랫폼이 각국의 연구 기관과 인버터 공급사에서 개발되고 있는 상황으로, 각 기관 사이의 국제 공동연구를 통해서 개발 내용과 시험 결과를 공유함으로써 국제적인 공감대를 형성하고 있다.
국내의 경우 기존 분산전원의 기능 구현과 성능 향상에 대한 내용을 위주로 연구가 진행되고 있으며 차세대 스마트 분산전원에 대한 연구는 검토 단계에 있다.
국제 연구 추세에 우리나라도 적극적으로 동참하여 신재생 분산전원 관련 산업을 국제적으로 선도할 수 있기를 기대한다.

국내 무정전 전원공급장치의 새 지평을 열다

(주)경신기전, 차별화된 제품으로 UPS 분야 선도할 준비완료!

대구 북구에 위치한 (주)경신기전은 20여 년간 무정전 전원공급장치(UPS)를 생산·공급하며 UPS 분야에서 독보적인 기업으로 성장하고 있다. 본지는 전문적인 기술력을 바탕으로 UPS 분야를 선도하며 강소기업으로 성장해 나가고 있는 (주)경신기전을 만나 그들의 사업방향과 제품의 특징에 대해 들어보았다.

취재 이예지 기자(press5@engnews.co.kr)

경신기전 조중현 대표이사

UPS 분야의 터줏대감 (주)경신기전

1995년 설립된 (주)경신기전(이하 경신기전)은 대구에서 UPS 분야의 터줏대감으로 통한다. 이는 오랜 시간동안 한 자리에서 굳건히 자신의 분야를 확장시키며 고객이 원하는 정보와 서비스를 제공하고 있기 때문이다.
오랜 시간동안 전력업계에서 경력을 쌓아온 경신기전 조중현 대표이사는 “처음 전력업체에서 종사하면서 우연찮게 UPS 분야를 접했다”며 “이후 이 분야에 관심을 갖게 되면서 경신기전을 설립하게 됐다”고 회사의 설립배경에 대해 전했다.
설립 이래 동사는 UPS 1-3㎸A 제품 개발 및 생산을 시작으로 품질보증 업체 지정 Q마크를 획득하며 안전한 전력제품을 공급함으로써 고객만족에 앞장서고 있다. 또한 경신기전에서 주식회사 경신기전으로 법인전환을 통해 고객에게 신뢰받는 기업으로 성장하고 있다.
한편 해를 거듭할수록 빠르게 성장하고 있는 동사는 국제통신공업(주)의 영남지사 대구본부로서 묵묵히 그 임무와 역할을 다하고 있을 뿐만 아니라 특허청으로부터 3상 ALL IGBT UPS 특허는 물론 ▲신제품인증(NEP)획득 ▲조달청 우수신제품 등록 ▲기술혁신형 중소기업선정 등을 통해 그 기술력을 인정받고 있다.

품질 좋기로 명성이 자자한 ‘KS Series’

“정전 또는 컴퓨터의 이상으로 작업내용을 잃어버리거나, 서비스 혹은 사업운영이 중단되어 불편을 겪었을 때 가장 중요한 것이 UPS”라며 제품에 대해 소개한 조 대표이사는 “이러한 UPS는 상용 전원이 공급되는 상태에서 안정된 전원을 공급해 정전 발생 시 배터리로부터 전원을 공급받아 중단이 없는 부하운영을 제공한다”고 설명했다.
그의 말처럼 전기 회로의 전압이 끊어지는 경우를 제한해 전기를 안정적으로 사용할 수 있도록 해주는 UPS는 의료장비, 반도체 장비 정밀측정, 분석 장비 등 다양한 분야에서 사용되고 있다.
특히 품질 좋기로 명성이 자자한 동사의 KS Series는 On-Line 이중변환 UPS로 제작된 제품으로, 2단계 속도제어 팬 구동방식에 의한 저소음화를 실현했다. 또한 차세대 반도체 소자인 IGBT를 채택해 고신뢰성을 확보했고, 각상 제어방식으로 부하 언밸런스에 대한 균형적인 전압공급을 유지시켰다. 이와 더불어 “뛰어난 응답특성으로 과부하 절체, 과도응답, 동기절체 등에 우수한 안전성 및 신뢰성을 확보했다”는 조 대표이사는 “컴퓨터, 방송기기, LAN 시스템, CAD 시스템, OA/FA기기뿐만 아니라 전압안정 및 무정전, 정전압, 정주파수를 필요로 하는 모든 설비에 적용이 가능하다”며 제품에 대해 전했다.

Legrand사 UPS 알리며 시장 선점에 주력!

최근 동사는 Legrand사의 제품을 국내에 공급하며 시장 선점에 주력 중이다.
“전기설비 제조의 세계적인 리더인 Legrand사는 통합배선 시스템부터 배전 시스템을 포함한 설치, 제어, 운용에 이르기까지 광범위한 솔루션을 제공한다”라고 Legrand사에 대해 설명한 조 대표이사는 “Legrand사가 제공하는 UPS를 고객들이 사용하면서 설비분야의 안정성과 영구성을 고객들이 보장받을 수 있었으면 좋겠다는 생각에 제품을 공급하게 됐다”며 Legrand사의 UPS를 공급하게 된 배경도 함께 전했다.
경신기전이 공급하고 있는 Legrand사의 UPS는 먼저 파워 모듈로 제작되어 소형화된 사이즈로 조작이 가능하며, Plug In Hot Swap 시스템으로 빠른 설치 및 유지보수가 가능하고, 각 모듈에는 안전한 DC저전압을 직렬로 연결한 배터리가 내장되어 있다는 것이 특징이다. 또한 단상 부하로 구성된 3상 전원 공급 시스템은 하나의 모듈에 이상이 생길 경우 다른 모듈들이 부하를 분담함으로써 전원이 계속적으로 공급되어 손실을 막아준다.
특히 “추후 용량 증설 시 제약 없이 고객의 요구에 맞는 동일한 크기의 UPS로 전원 공급이 가능하고, 기존 구성에 추가해 정격 용량과 백업시간을 늘릴 수 있으며, TRIMOD HE의 구성 기술로 최적화된 안정성 보장하는 것이 Legrand사 UPS의 장점”이라는 조 대표이사는 “이러한 기능이 적용되어 안전을 중요시하는 소비자에게 큰 호응을 얻고 있다”고 제품의 장점을 강조했다.

고객의 든든한 파트너, (주)경신기전

▲유망 중소기업 선정 ▲품질 보증체제 인증 획득(ISO-9002) ▲전기용품 안전인증 획득 ▲품질보증 업체지정 Q마크 획득 등 지속적인 경쟁력 강화를 도모하고 있는 경신기전은 고객을 감동 시킬 수 있는 기술과 품질, 서비스를 바탕으로 ‘고객의 든든한 파트너’로 자리매김하고 있다.
이에 조 대표이사는 “고객의 파트너로 자리매김할 수 있었던 비결은 고객의 요구사항을 충족시키는 제품을 공급하기 위한 연구·개발과 저렴한 가격과 빠른 납기가 큰 몫을 해왔기 때문”이라고 전했다.
그의 말처럼 경신기전은 합리적인 가격과 서비스로 고객의 이익을 만족시키기 위해 부단히 노력하고 있을 뿐만 아니라, 제품이 제 역할을 충실히 수행할 수 있도록 다방면의 노력을 이어가고 제품의 우수성을 보다 적극적으로 알리며 고객에게 꼭 필요한 기업으로 성장하고 있다.

신제품 통해 새로운 국면에 접어들다

“당사는 끊임없는 연구를 통해 새로운 제품을 개발 중”이라며 신제품 소식을 전한 조 대표이사는 “이를 통해 본격적인 시장 넓히기에 돌입할 계획”이라고 귀띔했다. 또한 그는 “신제품 개발 및 사업화에 박차를 가할 뿐만 아니라 이를 통해 고객의 요청에 만족을 드릴 수 있도록 최선을 다할 것이다”라며 향후 계획에 대해서도 전했다.
지난 20여 년 동안 기본에 충실하자는 각오와 고객에게 최고 품질의 제품을 제공하겠다는 목표를 안고 기업을 성장시켜 온 경신기전. 현재에 안주하지 않고 꾸준히 발전해 나가 고객에게 신뢰받는 기업이 될 수 있기를 기대해본다.

(주)경신기전  www.kstups.co.kr