글: Jeremy Cook
매일같이 수백만 명의 미국인이 거의 모든 EV로 문제없이 주행 가능한 짧은 거리를 왕복 이동합니다. 밤에 차의 플러그를 콘센트에 꽂아 두면 다음날 아침에 출발할 준비가 됩니다. 하지만 플러그를 꽂는 것을 잊었다면 어떨까요? 혹은 600마일이나 되는 거리를 운전해야 한다면 어떨까요? 여행을 포기하거나, 다른 차량을 대여하거나, 어쩌면 도로 위에서 멈춰 설 각오를 하고 나서야 할까요?
이러한 상황을 방지하고 EV 채택을 장려하기 위해서는 강력한 충전 인프라가 필요하며, 여기에는 EV 배터리를 "완충"하는 데 몇 시간이 아니라 몇 분이면 되는 고전류 DC 고속 충전소가 포함됩니다. 이러한 충전소를 적절한 간격과 장소로 배치해야 합니다. 그래야 운전자가 이용 가능한 충전 인프라를 기준으로 여행을 계획하는 것이 아니라 편리할 때 자유롭게 정차할 수 있습니다.
EV 충전 인프라의 미래에 대한 추산
미국 재생 가능 에너지 연구소(NREL)의 2023년 2분기 보고서에 따르면 2023년 6월 기준으로 미국에서 사용 중인 EV는 380만 대였습니다. 사용 가능한 공용 DC 고속 충전 포트는 14,244개(고속 충전 포트는 전력 전달 기능이 150kW 이상인 포트로 정의), 공용 L2 AC EV 충전 포트는 114,470개입니다. 환산하면 EV 100대당 DC 고속 충전기 0.4개, 레벨 2 충전기 3.0개꼴입니다.
이 보고서에서는 또한 2030년까지 미국에서 사용되는 EV가 3,300만 대에 도달할 것이며 EV 100대당 공용 DC 고속 충전 포트 0.6개, 공용 레벨 2 포트 3.2개가 필요할 것으로 추산했습니다. 정제되지 않은 수치로만 따지자면 보고서에서 말하는 총 필요 포트 수는 DC 포트 182,000개, L2 포트 1,067,000개로, 현재보다 총 100만 개 이상 늘어나야 합니다.
EV 충전소 인프라 구축
공용 EV 충전 인프라는 두 가지 기본 유형으로 나눌 수 있습니다. 바로 장기(흔히 야간)와 단기(배터리를 재충전하여 즉시 여행을 계속할 수 있도록 하는 데 사용)입니다.
저속 AC 충전 인프라는 튼튼한 플러그와 적절한 설치물 정도만 있으면 되기 때문에 상당히 간단한 편이며 야간 호텔 투숙 또는 직장 주차장 등의 시나리오에서 유용합니다. 민간 기업에는 이러한 인프라를 구축해야 하는 동기가 자연스럽게 존재합니다. 현장에서 충전할 수 있다면 해당 시설에서 시간을 보내도록 하는 데 큰 동기가 됩니다. 그러나 AC 충전의 경우 하루 동안 이동할 수 있는 거리가 주로 EV 배터리의 주행 가능 거리(일반적으로 300마일 미만)에 따라 제한됩니다.
DC 고속 충전 인프라는 단 몇 분이면 차량을 완전 충전할 수 있지만 비슷한 AC 충전 인프라에 비해 더 복잡합니다. 이 시나리오에서 전력을 공급하려면 AC 그리드 전력을 변환하여 고전력 DC 출력으로 만든 후 차량으로 전달해야 합니다.
강력한 전력 관리 및 변환을 촉진할 수 있는 방법으로는 실리콘 카바이드 기반 트랜지스터와 같은 기술이 있습니다. 충전 중 차량으로 전송된 에너지가 얼마나 되는지 확인하기 위해 전류 센서도 필요하며, 전체 그리드 및 충전 네트워크가 최적의 용량으로 운영되도록 로컬과 클라우드 기반 컴퓨팅 리소스가 모두 확보되어야 합니다.
기본 전력 및 EVSE 인프라 요구 사항
충분한 전기차 전력 공급 장비(EVSE, 즉 충전소)를 설치하는 것은 대규모 작업입니다. 아마도 더 중요한 부분은 이러한 충전소에 전력을 공급하는 기반 그리드 인프라, 그리고 현재 대부분 당연한 요소로 취급되는 수많은 전기 기기입니다.
보고서에서 제시한 DC EVSE 포트 182,000개 모두가 350kW(DC 충전기 기준 높은 값으로 인용되는 수치, 향후 증가할 전망)로 동시에 충전한다고 가정하면 생산되는 전기 부하는 63.7기가와트(GW)입니다. 각각 최대 19kW로 충전되는 L2 충전기 1,067,000개까지 더하면 20.3GW가 추가됩니다. 이론적으로 총계 84GW라는 전력이 발생하는 것입니다.
모든 충전기가 한 번에 에너지를 공급하는 것은 불가능에 가깝지만, 84GW라는 수치는 현재 미국의 총 에너지 생산 용량에 해당하는 약 1,200GW에서 유의미한 비율을 차지합니다. 이러한 더 큰 부하를 처리하려면 기존 인프라를 업그레이드해야 합니다. 동시에, 연결된 EV를 사용하여 양방향 배터리 백업 역할을 맡길 수도 있으며, 이 경우 주의 깊게 계획한다면 EV의 급속한 채택 또한 인프라 측면에서 어느 정도 이점이 될 수 있습니다.
물론 전력과 이러한 전력을 관리하는 전자 기기 외에도 운전자에게 올바른 플러그, 그리고 차량과 EVSE 간 인터페이스를 담당하는 올바른 충전 프로토콜이 확보되어야 합니다. 여기에 대해서는 훌륭한 발전 사례가 존재합니다.
희소식: Tesla NACS 호환성
위에서 인용한 NREL의 수치에는 Tesla 장비도 포함되어 있는데, 이 장비는 공용 고속 DC 충전 포트의 61.6%, 공용 L2 포트의 8.7%를 차지합니다. 본 문서의 작성 시점을 기준으로 이러한 충전기는 다른 EV 제조업체에서는 바로 사용할 수 없습니다.
그러나 2023년 5월 Ford가 2025년부터 자사 EV에 Tesla 스타일 NACS(북미 충전 표준) 포트가 내장될 것이라고 발표했습니다. 즉, Ford EV에서 Tesla의 슈퍼차저 네트워크를 어댑터 없이 사용할 수 있게 됩니다. (아마도 명백한) 이 움직임은 다른 제조업체들이 향후 NACS 호환성을 발표하는 데 사실상 대대적인 폭발을 불러일으켰습니다. 여기에는 GM 및 Volvo와 같은 잘 알려진 자동차 브랜드와 Rivian 및 Fisker와 같은 최신 EV 제조업체가 포함됩니다. Volkswagen 및 Honda 등의 기업은 2023년 하반기 기준으로 아직 옵션을 가늠하는 중입니다.
동전의 반대편을 생각해 보면, Blink 및 Electrify America와 같은 비 Tesla EV 충전 네트워크에서 NACS 플러그 표준을 채택하고 있습니다. Tesla는 2022년 11월에 충전 프로토콜을 공개했으며, 이 표준은 이제 SAE International의 관할권에 속합니다. 차량과 EVSE 모두에 NACS를 채택하는 광범위한 추세를 감안했을 때 곧 표준화가 이루어질 것으로 보입니다.
EV 충전의 미래
2023년 하반기의 추세는 EV 구현과 충전 인프라 표준화로 향해 가고 있습니다. 모든 것의 전기화가 궁극적으로 어떤 형태를 띠든, 미래에는 전력 전송 및 사용을 처리하는 데 효율적이고, 용량이 충분하고, 견고한 내부 부품으로 뒷받침되는 훨씬 더 강력한 전기 인프라가 필요할 것입니다.
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