◎전기차 보급의 열쇠, 충전 인프라

LG경제연구원 '전기차 보급의 열쇠, 충전 인프라'

충전 인프라 구축이 전제되지 않고서는 전기차의 보급과 전기차 산업의 발전을 기대할 수 없다. 전기차 시장의 성장이 빨라지고 있는 상황에서 우리나라에 맞는 최적의 충전 인프라 구축에 대한 구체적 논의가 필요한 시점이다. 
  
유가, 환경 등의 이슈와 맞물리면서 전기차에 대한 관심이 그 어느 때보다 뜨겁다. 지난 4월에 있었던 서울 모터쇼와 상하이 모터쇼에서 사람들의 최대 관심사는 단연 전기차였다. 닛산은 양산형 전기차의 대표격인 ‘리프(LEAF)’를 전면에 내세웠고, 전기차에 큰 관심을 보이지 않았던 폭스바겐, BMW 등 독일 업체들도 시제품을 선보였다. 각국 정부의 친환경 정책과 온실가스 규제와 맞물려 전기차에 대한 관심은 갈수록 커지는 분위기다. 기존 자동차 제조업체는 물론 IT 회사, 전력 회사 등 다수의 유관 산업 업체들이 전기차 및 관련 시장에 적극적으로 참여하려는 모습이다. 

하지만 전기차에 대한 높은 관심과는 달리 전기차 시장은 10년 혹은 20년 이상 걸쳐 점진적인 성장세를 보일 것이라는 예측이 지배적이다. 전기차의 성능과 배터리 문제는 지속적인 기술 발전으로 경제성과 안정성을 확보해 가고 있지만 충전 인프라 구축은 쉽지 않을 것이라는 판단에서다. 

실제로 자동차 업체들의 주도권 경쟁으로 일본 등 일부 국가에서 양산 단계까지 접어든 전기차 시장이지만, 우리 주변에서 전기차는 쉽게 눈에 띄지 않는다. 자동차 산업이 발전하려면 주유 네트워크가 완비되어야 하는 것처럼 전기차 산업의 발전에도 충전 인프라 구축이 필수적인데 현실은 기대에 미치지 못하는 실정이다. 안쿠시 오로라 한국GM 부사장은 지난 4월 쉐보레 볼트 시승회에서 “충전 인프라만 갖춰진다면 내일부터라도 당장 볼트를 판매할 수 있다”라고 말했다. 현재 전기차 시장의 문제점을 단적으로 보여주는 것으로 풀이된다. 충전 인프라 미비로 많은 전문가가 ‘고연비 하이브리드’의 득세를 예상하고 있을 정도로 충전 인프라 구축은 전기차 보급을 앞당기는 열쇠가 될 것이다. 
  
소비자 니즈를 반영한 다양한 충전 모델 등장 

전기차를 이용하는 소비자는 기존 내연기관 자동차처럼 언제, 어디서나 손쉽게 충전을 하고 싶어한다. 이러한 소비자들의 니즈를 반영하여 현재 시장에는 On-site 충전, 배터리 교체, 비접촉식 충전 등 다양한 형태의 충전 모델이 제시되고 있다. 

On-site 충전은 충전 장소에 따라 가정용과 공용으로 나뉘며, 충전 시간에 따라 완속 충전과 짧은 시간에 많은 전력을 차량에 공급하는 급속 충전 방식으로 구분된다. 가정용 충전은 개인 주택의 차고에서 가정용 전원을 사용하여 충전하며, 아파트 주거 형태가 많은 국내보다 미국 등지에서 많이 찾아볼 수 있다. 그리고 공용 충전은 도로 상이나 빌딩, 대형 할인점 등 사람들의 활동이 많은 지역에 스탠드 형태로 설치된 시설을 이용하여 충전하는 모델이다. 아직 충전 표준화 문제가 존재하지만, 콘센트에 플러그를 꽂는 형태로 가장 일반적인 방법이다. 소비자가 언제 어디서나 편리하게 사용할 수 있다는 측면에서 On-site 충전 방식 내 여러 모델은 상호 보완하는 형태로 자리 잡을 공산이 크다. 

한편, 배터리 교체는 휴대폰 배터리를 바꿔 끼우듯이 자동차의 배터리를 임대 또는 공유하는 방식이다. 미국의 Better Place 사가 제안하여 적용하는 프로젝트가 2008년 이스라엘에서 첫선을 보였고 올해 5월 본격적인 상용화 계획을 발표하였다. 하지만 자동차 제조업체, 서비스 운영회사의 이해관계와 배터리 규격 문제 등 현실적인 어려움은 향후 해결되어야 할 과제이다. 

비접촉식 충전은 콘센트에 플러그를 꽂는 대신 전자기 유도 현상을 이용한 방법이다. 충전기 쪽의 코일에 전류가 흐르면 자동차 쪽의 코일에서 전류가 생성되는 원리를 응용한 것이다. 최근 닛산, 도요타, GM 등 자동차 제조업체 주도로 실용화에 성공했다. 하지만 설비가 복잡해서 가격이 높고 코일 간 거리가 멀어질수록 효율이 낮아지는 단점이 있어 상용화와는 아직 거리가 있는 상태이다. 
  
편의성 확보 위한 과제 산적 

경쟁력 있는 충전 시간, 전기차 충전소의 커버리지 등 편의성이 보장되지 않는 전기차 충전 인프라는 설사 구축된다 해도 소비자들의 선택을 받지 못할 것이다. 때문에 충전 인프라 구축과 관련하여 해결해야 할 과제는 아직도 많다. 이하에서는 충전 인프라와 관련된 많은 과제 중 중요도가 높은 과제를 중심으로 살펴본다. 
  
1. 짧은 충전 시간 

충전 시간은 적어도 기존 자동차의 주유 서비스에서 느낄 수 있는 편리함을 훼손해서는 안될 것이다. 전기차를 소유한 소비자 입장에서는 기존 자동차처럼 언제든지 필요할 때 짧은 시간 내 충전하기를 원한다. 주행 중에 배터리가 소진되어 길가에서 대여섯 시간을 그냥 기다려야 한다면, 전기차는 오히려 불편한 존재로 전락할 것이다. 현재 기술 수준으로 배터리 용량을 20kWh로 봤을 때, On-site 충전이나 배터리 교환은 일반 교류 전원으로 충전 시 5~6시간(220V, 15A 규격 기준), 또는 2~3시간(220V, 30A 규격 기준)이 걸린다. 반면 직류 전원을 이용하는 급속 충전은 15~30분 정도에 충전할 수 있다고 한다. 충전소 위치, 목적에 따라 충전 형태가 다르겠지만, 충전 시간의 단축은 기존 운전 패턴의 변화를 싫어하는 다수 소비자들을 고려한다면 절대적으로 필요한 기술적 해결 과제이다(<표> 참조). 
  
2. 적정 숫자의 충전소와 커버리지 

충전 인프라의 구체적인 규모는 지역 특성, 사용자 특성, 인구 및 면적 대비 전기차 보급률 등 여러 가지 요인에 따라 결정되어야 할 것이다. 전기차 사용자들의 불편을 최소화하면서도 과도하지 않은 충전소 숫자가 어느 정도가 될지 현재 다양한 연구가 이루어지고 있다. 일본 도쿄전력은 전기차 실증사업을 전개하면서 전기차의 이용 행태에 대한 자료를 축적해 왔다. 흥미로운 실험 중 하나가 2007년에서 2008년 사이에 이루어진 거리에 대한 전기차 이용자의 불안 심리와 충전시설 간의 관계에 대한 실험이었다. 충전 인프라가 적을 때에는 사용자의 주행 거리가 실제 가능 주행 거리보다 짧았고, 배터리 재충전 이전의 저장 잔량도 50~80% 수준이었다고 한다. 하지만 충전 인프라를 확충하고 나서의 양상을 살펴보았더니 전기차의 활동 범위가 훨씬 넓어졌음에도, 재충전 시 배터리 잔량은 10~50% 수준으로 오히려 떨어졌다. 필요할 때 언제라도 충전할 수 있다는 안도감이 전기차의 이용 행태에 큰 영향을 준 실험으로, 충전망이 잘 갖춰져 있다면 전기차 사용자의 심리적 불안감은 줄어드는 것을 알 수 있다. 도쿄전력의 사례는 전기차 보급 초기에 충전 인프라가 전기차 소비를 견인해 나가는 중요한 요소라는 것을 보여 준다. 
  
3. 글로벌 표준화 

기술 표준화 문제도 중요하다. 전기차 충전 인프라에 대해 각국별로 콘센트와 플러그 문제 등 다양한 규격이 시도되는 상황으로, 표준화 논의가 이루어져야 할 것이다. 현재 미국 중심의 SAE(북미자동차협회), IEEE(미국전기전자학회), UL(미국비영리안전·시험인증기관)와 유럽의 IEC(국제전기표준회의), 일본의 JEVS(일본전기차협회 규격) 등에서 서로 다른 형태의 규격이 제시된 상황이다. 표준화는 다수 업체의 관계나 경쟁, 자국 산업 육성 등 지역별, 기업별 이해관계가 복잡하므로 해결이 쉽지 않은 문제이다. 하지만 충전 인프라가 부족한 상황에서 호환성 마저 충족되지 않는다면 전기차 사용자들에게 더 큰 불편을 초래할 것이다. 

그 밖에 과금 문제도 걸림돌이다. 가정용 충전의 경우 현재 누진제의 요금 체계 부담을 줄여주고, 자기 집이 아닌 곳에서 충전할 경우에는 새로운 과금 체계가 필요하다. 사용자 입장에서 합리적인 사용료와 편리하고 안전한 결제 시스템 구축 등의 문제 해결이 필요한 상황이다. 
  
일본과 중국의 충전 인프라 구축 동향 

우리나라를 비롯한 세계 각국은 녹색 혁명의 일환으로서 전기차 보급에 관심을 보이고 있다. 각국은 저마다의 여건에 맞는 충전 인프라 지원 프로그램을 통해서 전기차 보급 속도 제고에 힘을 쏟는 중이다. 상기의 여러 이슈 및 과제에 대해서 주요 국가의 현황과 전략 방향을 살펴보는 것은 우리나라 충전 인프라 구축과 산업 육성에 도움이 될 것이다. 특히, 전통적인 자동차 강국인 일본과 새로 급부상하고 있는 최대 자동차 시장인 중국의 모습을 살펴보는 것은 향후 전기차 로드맵을 그리는 데 도움이 될 것이다. 
  
1. 일본 : 민, 관 협력에 바탕을 둔 전기차 에코 시스템 

일본은 앞선 전기차 기술을 바탕으로 정부와 기업이 함께 충전 인프라 투자를 실시하고 있다. 2009년부터 정부 지원 아래 지방자치단체별로 인프라 정비를 동반한 실증사업을 실시하고 있으며, 본격 보급 시기를 대비하여 민간 사업자가 자율적으로 충전 인프라를 운영할 수 있도록 지원하고 있다. 도시바는 전력 네트워크 제어 기술과 스마트 미터기의 높은 기술력을 바탕으로 전력망과 전기차를 연결하고 관리하는 실증 사업을 진행하고 있다. 가정용 충전의 어려움이 있는 수도권의 경우, 급속 충전소 완비에 중점을 두고 완속 충전을 부가적으로 구축하면서 충전 방식의 상호 보완을 이루어갈 전망이다. 이러한 일본의 행보는 사회 전반의 인프라 구축을 통해 국가 전체 전기차 산업 활성화의 계기로 활용하려는 의도가 커 보인다. 

또한, 전기차의 본격적인 보급 단계를 맞아 민간 주도의 산업 주도권 확보 노력이 나타나고 있다. 도요타, 닛산, 미쓰비시, 후지중공업 등 자동차 제조업체와 도쿄전력 등을 중심으로 한 ‘급속 충전기 인프라 추진협의회’(CHAdeMO)는 전 세계적으로 효율적인 충전기 보급과 급속 충전기와 관련된 시스템의 국제 표준화 논의를 적극적으로 추진하고  있다. 특히 하나의 급속 충전기로 여러 제조사의 전기차를 모두 충전할 수 있다는 것은 표준화에서 큰 장점으로 평가되고 있다. 미쓰비시 상사는 정부, 지방자치단체, 고속도로회사, 도쿄전력, 편의점과 연계하여 전국적인 충전시설 확충을 계획 중이다. 주요 도시와 간선도로변에 2012년까지 1,000개의 유료 충전소를 설치할 예정이다. 
  
2. 중국 : 정부 주도의 적극적인 지원 

세계 최대의 자동차 시장인 중국의 경우, 일본과 비교하면 출발은 다소 늦었지만 전기차 시장 주도권 확보를 위해 충전 인프라 투자에 적극적이다. 아직 충전 인프라 구축이 미미한 수준이지만, 중앙 정부와 지방 정부, 전기 관련 국유기업을 중심으로 전기차 충전소 건설 관련 실행 안이 발표되는 등 분위기가 고조되고 있다. 국가전력망공사는 140억 위안을 들여 향후 5년간 충전소를 4,000개 건설할 예정이다. 그리고 2016년부터 2020년까지 180억 위안을 추가 투자하여 충전소를 1만 개로 확충할 계획이다. 또한, 3대 정유회사 중 하나인 중국해양석유총공사는 션전, 항저우, 상하이, 창춘, 허페이 등 지방정부와 함께 배터리 충전소망을 건립할 계획으로 전기차 대중화에 일조할 기세다. 이러한 정부 차원의 강력한 인프라 확대 노력을 기반으로 중국의 전기차 시장은 더욱 역동적으로 성장할 수 있으리라 보고 있다. 

또한, 중국은 적극적인 정부의 투자 지원 활동에 바탕을 둔 새로운 글로벌 전기차의 테스트베드로서 성장을 모색 중이다. 세계 최대의 자동차 시장이지만, 자동차 산업 경쟁력이 취약한 중국은 일본처럼 자국 중심의 전기차 기술 개발이 불가능한 상황이다. 이에 자국의 거대 시장 기반을 이용하여 해외 자동차 제조기업들과의 제휴 및 참여 확대를 유도할 예정이다. 이러한 과정을 통해 기술 개발 및 인프라 확충이 가속될 것이라는 판단이다. 닛산은 중국 우한시에 2011년부터 3년간 전기차 300대를 시범 운행하기로 하였으며, 전기차 보급 촉진 및 충전 네트워크 구축에 다각도로 협력할 계획이라고 밝혔다. 하지만 전기차 보급, 확대를 위한 보조금 및 지원 혜택을 위해서는 암묵적으로 해외 기업들의 기술이전이 의무화되어 있는 것으로 알려지고 있다. 그만큼 중국의 전기차 시장에 대한 산업 주도권 확보 의지가 크다고 할 수 있다. 
  
우리나라도 충전 인프라 구축에 대한 구체적 논의 필요 

지금까지 전기차 시장의 성장 전망에 대해서는 다양한 견해가 존재해 왔다. 하지만 전기차의 기술 발전과 함께 다양한 전기차가 출시되고, 에너지 및 환경 문제가 지속적으로 제기되면서 전기차 시장에 대한 전망은 긍정적으로 빠르게 전환되는 추세이다. 최근까지 클린 디젤 위주로 보급을 추진하던 유럽 자동차 업체들도 전기차 시장에 관심을 보이기 시작했다. 이에 따라 각국은 전기차 보급 속도 제고와 관련 산업의 주도권 확보에 적극적으로 나서고 있는 상황이다. 

우리나라 정부도 작년 12월 ‘그린카 발전 로드맵’ 발표를 통하여, 전기차 산업 육성에 대한 의지를 표명하였다. 2015년까지 소형차에서 버스에 이르는 다양한 전기차를 양산함과 동시에 충전 인프라 구축을 통해 전기차 보급을 앞당긴다는 계획이다. 그러나 우리나라의 경우, 충전 인프라 구축은 초기 단계로서 출발이 다소 늦은 편이다. 공공부문에 대한 투자와 인센티브가 먼저 이루어지고 있지만, 아직 통합적인 실증 및 보급 체계가 구축된 것은 아니다. 

앞서 살펴보았듯이 충전 인프라 구축이 전제되지 않고서는 전기차의 보급과 전기차 산업의 발전을 기대할 수 없다. 전기차 산업의 발전이 빨라지고 있는 상황에서 우리나라에 맞는 최적의 충전 인프라 구축에 대한 구체적 논의가 더 활발하게 이루어져야 할 것이다. 보다 세부적인 문제로는 첫째, 충전 인프라 구축의 속도를 결정하는 문제이다. 전기차의 수요와 소비자의 라이프 스타일 등을 파악하여 적정한 충전 인프라의 규모를 산정하는 것이 무엇보다 중요하다. 둘째, 충전 인프라 구축의 bottleneck 해결도 필요하다. 각국의 충전 표준에 대한 모니터링을 통해 표준화에 대비해야 하며, 다양한 실증 사업을 통해 충전 시스템의 안정성, 과금 문제 등을 해결해야 할 것이다. 

한편, 기업의 입장에서는 충전 인프라와 관련된 다양한 사업기회에 관심을 가져 볼 필요가 있다. 일본은 급속 충전 설비에 20개 이상의 기업이 참여할 정도로 기업들의 반응이 폭발적이다. 글로벌 전기차 시장의 규모와 성장 잠재력을 판단할 때, 지금부터 사업 기회를 모색하고 점진적으로 역량을 확보해가는 노력이 필요할 것이다.  <끝>