유럽 전기차 충전 인프라와 에너지 시스템 통합 최적화: V1G·V2G 비용·효과 분석

초록

본 연구는 유럽 전체 에너지 시스템 모델에 충전 인프라와 비용을 내재화하여, 무제어 충전, V1G(스마트 충전), V2G(양방향 충전)의 경쟁적 배치를 평가한다. V1G는 연간 190‑420억 유로(2.2‑4.5%)의 시스템 비용 절감을 주도하고 인프라 규모를 크게 축소한다. V2G는 추가 절감 효과가 0‑25억 유로에 불과하지만, 연간 64억 유로 규모의 균형 시장 수익을 창출한다. 특히 태양광 비중이 높은 전력 믹스와 전송망 확장이 제한된 시나리오에서 V2G 투입이 경제적이다. 국가별 인프라 요구량은 에너지 구조에 따라 크게 달라지며, 일괄적인 EU 목표는 과도 혹은 부족한 설비 배치를 초래할 위험이 있다.

상세 분석

이 논문은 기존 연구가 V1G·V2G의 잠재성을 과대·과소 평가하거나, 충전 인프라 비용을 외생적으로 가정하는 한계를 극복하고자 한다. 이를 위해 저자들은 Sector‑Coupled Euro‑Calliope 모델에 RAMP‑mobility 기반의 차량·배터리 제약을 통합하여, 충전 설비와 전력망 확장을 동시에 최적화한다. 시나리오는 세 축(충전 유연성 수준: 무제어, V1G, V2G; 전송망 확장 수준: 제한, 중간, 무제한; 인프라 비용 수준: 고·중·저·무)으로 구성돼 27가지 경우를 분석한다.

모델은 1시간 해상도의 일일·계절 변동을 포착하고, 각 국가별 플러그‑인 확률과 배터리 SOC 분포를 반영한다. 결과적으로 V1G는 피크 충전 용량을 281‑284 GW에서 73‑94 GW로 대폭 감소시켜, 인프라 투자 대비 시스템 비용 절감 효과가 가장 크다. V2G는 일부 국가에서 충전 용량을 76‑116 GW로 약간 늘리지만, 전체 시스템 비용 절감은 0‑25억 유로에 머무른다. 대신 V2G는 연간 0.2‑6.4 bn € 규모의 시장 수익을 제공하며, 이는 전력 가격 차익을 활용한 배터리 저장·방출 전략에서 비롯된다.

전력 믹스가 태양광 중심이거나 전송망 확장이 제한된 경우, V2G의 주입량은 1‑89 TWh에 달하고, 이는 전체 EV 배터리 용량의 14 %까지 추가 충전이 필요함을 의미한다. 인프라 비용이 낮을수록 V2G 배치가 확대되며, 비용이 높고 전송망이 충분할 때는 V2G가 억제된다. 국가별 분석에서는 벨기에가 V1G 전환으로 큰 인프라 절감 효과를 보이는 반면, 영국·노르웨이 등 풍·수 비중이 높은 국가에서는 0.5 kW/차 이하의 낮은 인프라 요구량을 나타낸다.

정책적 시사점으로, EU 대체 연료 인프라 규제(AFIR)의 1.3 kW/차 일괄 목표는 국가별 에너지 구조와 V1G·V2G 활용 가능성을 반영하지 못한다는 점을 지적한다. 최적화 결과는 ‘비용 중립’ 인프라 상한선을 제시하며, 이를 초과하면 스마트 충전의 시스템 이점이 사라진다. 따라서 EU는 국가별 전력 믹스와 전송망 상황을 고려한 차등 목표를 설정하고, V2G를 촉진하기 위해 태양광 비중을 높이거나 전송망 확장을 제한하는 정책을 검토해야 한다.