한국은 전력과 교통 부문의 온실가스 배출 비중이 높은 국가 중 하나로, 2050년 탄소중립 목표를 달성하기 위해 신재생에너지 확대 및 전기차 보급을 주요 전략으로 추진하고 있다. 하지만 전기차 보급 확대에 따라 충전 수요가 특정 시간대에 집중되면서 전력망 운영의 불안정성을 초래할 가능성이 존재하고 신재생에너지는 발전량의 변동성이 크고 예측이 어려운 한계가 존재한다. 이에 대한 해결책으로 Vehicle-to-Grid(V2G) 기술이 주목받고 있다. V2G는 전기차를 양방향 에너지 저장 장치로 활용하여 재생에너지의 변동성을 완화하고, 전력망의 효율성과 안정성을 향상시킬 수 있는 기술이다. V2G의 도입은 전력망 운영 비용 절감, 피크 부하 완화, 신재생에너지 활용 증대 등의 긍정적 영향이 예상된다.
V2G의 실질적인 실현 가능성을 검토하기 위해서는 전기차 운전자의 참여 의향에 대한 고려가 필요하다. 일부 연구에서는 Electric vehicle(EV) 운전자가 V2G에 대해 긍정적인 반응을 보였으나, 다른 연구에서는 배터리 수명 단축, 주행거리 불안, 경제적 보상 부족 등의 이유로 참여를 꺼리는 경향이 나타났다. 따라서 V2G의 성공적인 도입을 위해 기술적, 경제적, 정책적 측면에서 EV 운전자들의 참여를 유도할 방안이 필요하다. 본 연구는 V2G 기술이 신재생에너지 기반 전력망에서 가지는 역할과 경제적 효과를 분석하고, EV 운전자들의 참여 의향을 결정하는 요인을 평가하여 V2G 활성화를 위한 정책적 시사점을 도출하는 것을 목표로 한다.

본 연구는 V2G 참여에 대한 EV 운전자의 동기와 경제적 효과를 정량적으로 분석 하고자 하며, 이를 위해 다음 두 가지 주요 측면을 분석한다. 첫째, 시간대별 V2G 참여 의향의 변화 분석이다. EV 운전자의 운행 패턴은 구조적으로 고정되어 있어, 시간대에 따라 V2G 참여 의향이 달라질 가능성이 크다. 전력 시스템이 시간에 따라 동적으로 운영되는 만큼, EV 운전자가 어느 시간대에, 어느 정도의 규모로 V2G에 참여할 것인지 를 파악하는 것이 중요하다. 둘째, V2G를 활용한 에너지 저장장치(ES) 대체 가능성 평가 이다. 기존 연구들은 V2G의 ES 대체 효과를 분석했지만, EV 운전자의 참여 의향을 충분히 반영하지 않았다. 본 연구는 시간별 V2G 참여 의향을 고려하여 실질적으로 대체 가능한 ES 규모를 평가 하고, 이를 에너지 저장 용량 확대 계획(ES-CEP) 모델 에 적용하여 V2G 통합이 전력망에 미치는 영향을 정량적으로 분석한다.
V2G 플러그인 시간대, V2G 후 보장된 최소 SoC, 최소 참여 기간, V2G 접근성 및 보상을 고려하여 소비자의 효용을 분석한 후, 운전 패턴을 기반으로 EV 운전자를 17개 그룹으로 분류한다. 이후, 설계된 V2G 참여 보상 시스템을 적용하여 각 시점별 V2G 참여 확률을 시뮬레이션한다.

[그림 1] EV 운전자 패턴 클러스터링 결과


[그림 2] 시간대별 V2G 참여 확률

V2G 적용에 따라 ESS CAPEX 절감, 연료비 감소, HVDC 전력 구매비 절감 등을 통해 총 비용이 감소한다. 보상 비용이 증가할수록 한계 편익이 감소하여 경제성이 낮아지는 현상이 확인되어 적절한 보상 설계가 V2G의 경제적 실현 가능성 확보에 필수적이다. 화석연료 발전 의존도를 줄이고 HVDC를 통해 전력 거래 효율이 향상되었다. 하지만 V2G 도입으로 장기 저장용 에너지 저장장치 용량이 감소하여 재생에너지 출력 제한을 완화하지 못하였다. V2G 적용을 통해 EV 충전 시간을 분산하여 최대 순부하를 감소시킬 수 있으며 경제적으로 전력 균형을 유지하는 역할을 수행할 수 있다.

[그림 3] 주간 전력 시스템 운영 결과


3. 기대효과

본 연구는 EV 운전자의 V2G 참여 의향과 최적 에너지 저장장치(ES) 구성에 미치는 영향을 정량적으로 분석 함으로써 다음과 같은 기대효과를 제공한다. V2G 참여를 유도하는 속성들에 대해 식별하는 것이 가능하며, 이를 통해 V2G 공급 확보에 용이할 수 있는 전략적 보상 설계에 기여할 수 있다. V2G가 제한된 수준에서도 ES 용량, 총 시스템 비용 및 화석연료 발전 의존도를 낮출 수 있음을 보임에 따라 V2G 활성화를 위한 정책적 시사점을 제시할 수 있다.


4. 논문 정보

이 연구는 한국환경산업기술원(KEITI)이 기후변화대응사업을 통해 지원하였으며, 이 사업은 환경부(MOE)의 재원으로 이루어졌음.
(Lee, W., Woo, J., Kim, Y. Koo, Y. (2024). Vehicle-to-grid as a competitive alternative to energy storage in a renewable-dominant power system: An integrated approach considering both electric vehicle drivers' willingness and effectiveness. Energy, 310, 133194.)


[R&D 과제 세미나]

앞으로의 탄소중립 관련 R&D 정책은 단순한 기술 개발을 넘어 국제 협력, 공급망 관리, 무역 및 외교적 전략과 연계된 접근이 요구된다. 이를 통해 원자력 기술을 포함한 다양한 에너지원이 탄소중립 목표 달성에 어떻게 기여할 수 있을지 논의가 필요하다.

독일은 재생에너지 확대, 수소 경제 구축, 에너지 전환 기술 혁신을 통해 2050년 탄소중립 목표를 달성하고자 한다. 이번 제8차 에너지 연구 프로그램은 기존 원자력 연구를 배제하고, 핵융합, 수소, 재생에너지, 에너지 시스템 최적화를 주요 축으로 설정했다. 국내외 협력을 통해 유럽 및 글로벌 에너지 전환을 선도하는 국가로 자리매김하는 것이 목표이다.