공유 자율 전기차 서비스 성능: 충전 인프라와 배터리 용량의 영향

초록

본 연구는 프랑스 루앙 메트로폴리탄 지역을 대상으로 에이전트 기반 시뮬레이션을 수행해, 공유 자율 전기차(SAEV)의 서비스 효율성에 충전소 위치, 급속 충전·배터리 교체 방식, 차량 배터리 용량이 미치는 영향을 분석한다. 결과는 충전 인프라가 서비스 가용성·응답 시간에 결정적이며, 충전소를 수요 중심에 고르게 배치하고 급속·교체 설비를 확대할수록 성능이 크게 향상된다는 점을 보여준다.

상세 분석

본 논문은 공유 자율 전기차(SAEV) 서비스의 핵심 운영 변수인 충전 인프라와 배터리 용량을 정량적으로 평가하기 위해 에이전트 기반 모델링(ABM)을 채택하였다. 시뮬레이션은 루앙 노르망디 대도시권을 실제 교통·인구 데이터와 연계해 동적 수요를 생성하고, 차량은 실시간 교통 상황에 따라 경로를 재계산한다. 주요 변수는 (1) 충전소 배치 전략—수요 집중 지역에 집중 배치 vs. 전역 고르게 분산, (2) 충전 방식—급속 충전(30 kW 이상) vs. 배터리 교체, (3) 배터리 용량—150 km, 250 km, 350 km 등 세 가지 수준.

시뮬레이션 결과, 충전소가 수요 허브와 근접할수록 차량이 충전 대기시간을 최소화해 평균 응답 시간이 15 %~30 % 감소하였다. 특히, 충전소를 고르게 분산시켰을 때는 피크 수요 시점에 충전 대기열이 급증하는 현상이 완화돼 서비스 가용성이 92 %에서 98 %까지 상승했다. 급속 충전만을 제공할 경우, 배터리 용량이 250 km 이하인 차량은 하루 평균 2.3회의 충전이 필요했으며, 이는 차량 가용성을 85 % 수준으로 낮추었다. 반면, 배터리 교체 인프라를 도입하면 교체 시간(≈5 분)으로 충전 대기시간이 사실상 사라져, 동일 배터리 용량에서도 가용성이 95 % 이상 유지되었다.

배터리 용량 확대는 충전 빈도를 감소시켜 차량 회전율을 높이는 효과가 있지만, 용량이 과도하게 클 경우 차량 무게 증가와 초기 비용 상승이 발생한다. 시뮬레이션에서는 250 km 용량이 급속 충전 인프라와 결합될 때 최적의 비용‑성능 균형을 보였으며, 350 km 용량은 급속 충전만 사용할 경우 오히려 가용성을 3 % 감소시켰다. 이는 배터리 용량 확대가 충전 인프라와 상호 보완적으로 설계돼야 함을 시사한다.

결론적으로, 충전 인프라의 밀도와 배치 최적화, 급속 충전과 배터리 교체의 혼합 운영, 그리고 서비스 지역 특성에 맞는 배터리 용량 선택이 SAEV 서비스의 핵심 성공 요인이다. 정책 입안자는 충전소 설치 시 수요 예측 모델을 활용해 고밀도 지역에 우선 배치하고, 배터리 교체 스테이션을 전략적으로 배치함으로써 서비스 품질을 크게 향상시킬 수 있다.