노무라 연구소에서 발행한 공개 리포트에서 발취하여 번역해놓았습니다.
목차
I. 자동차회사,에너지회사 사업환경의 변화
II. 자동차회사,에너지회사의 대응책
III. 전기자동차 대량도입시의 소비전력문제
IV. 전기자동차와 전력인터넷
들어가기 앞서 요약
1. 전기자동차(EV)의 등장 과보급을 통해 자동차 회사와 전력회사의 사업의 상호 관계에서 이전에는 생각하지 못했던 사태를 낳고 있다.
2. 일부의 자동차 회사는, 전기 자동차의 소유자에 대해서 정액 충전 서비스 사업을 제공하고 있다.
현재는 자사 전기자동차의 인지도 향상을 위한 시책으로서의 의미가 강하지만 전력회사의 전력 소매 사업의 일부분을
침범하고 있다는 의견도 있습니다. 더욱이 앞으로는 전기차 소비자뿐만 아니라, 가정용 기기의 전력을 제공하는 자동차 회사도 나올 가능성도 높게 보고 있습니다.
3. 한편, 전력회사 측에도 전기자동차 충전용 전기공급뿐만 아니라 모빌리티(mobility) 서비스로 진출하는 현상을 볼 수 있는데. 전력회사의 자산인 전신주나 변전시설을 활용한 모빌리티 서비스로서의 변환을 충분히 생각할 수 있다.
( 모빌리티란? 전통적인 교통수단에 IT를 결합해 효율과 편의성을 높였는 사업영역을 의미한다. 미국 우버, 중국 디디 추싱, 싱가포르 그랩 등)
4. 전기자동차는 이동함으로써 충전에 따른 전기 수요처와 수요량 변화라는 특수성을 가진다. 사회에 전기자동차가 보급되어감에 따라 전력의 설비용량(kW)과 국지적 수요변동 (xkW)에 큰 영향을 미치는 등 전력 네트워크에 무시할 수 없는
영향을 미치고 있다.
5. 전기자동차를 전력 네트워크의 중계&제어 자원으로서 활용하는 것은, 자동차 회사, 전기회사 모두에게 많은 이점을 줄 수도 있다. 전기자동차 충전을 통한 전력 네트워크에 그 영향을 정확하게 제어할 수 있다면, 이는 새로운 사업 기회가 될 수도 있다
I. 자동차 회사, 에너지회사들의 사업환경 변화
급격한 제도적 변화, 기술적 변화, 사회적 변화를 통해 자동차 회사와 에너지 서비스 회사들의 일반적 상황에서도 많은 변화가 일어나고 있다.
그것은 각자의 사업영역에 상호진입이라고 하는 이전에는 생각하지 못했던 현상이 대두되고 있다.(그림 1)
1. 자동차 회사들이 처한 상황
현재의 자동차 업계에는 전기 자동차(EV) 도입과 보급이라는 큰 물결이 오고 있다. 그것과 병행하여 자동차 통한 인터넷 접속, 자율주행 기술의 발달 자동차 소유에서 이용으로의 이동이라고 하는 트렌드가 발생하고 있으며 이것들을 총칭해서 CASE(Connected-Autonomous, Shared, Electric)이라고 부른다.
요즈음의 자동차 회사는 CASE의 발전에 대응하기 위한 다양한 환경에 딱딱 뜨리고 있으며 또한 투자를 강요 당고 있다.
그러나 CASE 대응하면 할수록 신차 판매량이 감소하고 제조에 있어서도 부가가치 또한 감소한다는 딜레마를 안게 되는데 그 때문에 자동차 업계에서는 기존 사업 영역에서의 새로운 사업 강화에 더하여 신규영역에서의 새로운 수익원의 확보가 중요한 화두로 대두되고 있다.
2 에너지 회사의 상황
에너지업계 전력, 가스, 석유회사의 관점에서 바라보면 석유 업계는 오래전부터 자유경쟁을 하고 있는 반면, 전력과 가스의 업계는 비교적 최근까지 지역 독점과 규제완화 등이 진행되지 않았다. 하지만 요몇년사이에 갑자기 격렬하게 상황이 변하고 있어 각지에서 고객 쟁탈전이 시작되고 있다.
특히 전력 업계에서는 도쿄전력과 같은 일반화 전기사업자에서 도쿄가스, JXTG에너지와 같은 신전력회사로 계약을 바꾸는 현상이 시장 전체의 10%를 넘어섰다. 전체 판매전력 양에서 차지하는 신규 전력 회사의 점유율은 2016년 4월의 전면 자유화 직후는 약 5%였으나 17년 5월에 10%를 넘어 18년 1월은 약 12% 까지 올라가고 있다.
이 때문에 자동차 회사들과 마찬가지로 이전의 일반 전기사업자는 고객 확보와 매출의 회복과 동시에 신규 전력회사와의 고객 쟁탈전도 매출 못지않은 중요 테마가 되고 있다.
II 자동차 회사, 에너지회사 대응책
자동차 회사는 에너지업체와 다양한 서비스나 사업을 새롭게 손을 잡고 전개할 필요가 요구되고 있다. 그런 중에 있어
자동차의 전동화와 함께 최근에는 자동차와 에너지 관련 영역에서 쌍방의 고객을 둘러싸고 매출의 직접적 연관이 되는
서비스가 증가하기 시작하고 있다.
1. 자동차 회사의 대처
앞서 말했듯이 현재 자동차 회사들은 CASE의 진전에 의해 종래의 차량 제조와 판매사업의 수익 감소라는 난제에 직면하고 있으며 게다가 기존 사업 영역의 강화에다가 신규영역에서 새로운 수익원의 획득이 필요한 국면을 맞이하고 있다.
현재 자동차 회사들은 서브스크립션형 서비스나 카 쉐어링 서비스 등의 신규사업 영역으로 진출을 시작하고 있다.
그 신규사업영역의 하나로서 주목을 끌고 있는 것이 전동화, 커넥티드화와의 친화성이 높은 전력사업이다.
이미 일부 자동차 회사에서는 전기자동차 소유자에 대상으로 전력 정액충전 서비스를 개시하고 있다. 차량 이용분은 가정에서 쓰는 가정용 전기를 이용하는 것과는 성격이 조금 다르다. 전기자동차·PHEV의 추진제가 되는 전력의 이용형태를 가리킨다.
예를 들어 닛산자동차가 전개하고 있는 일산 제로 에미션 지원 프로그램 2(ZESP2)"등을 꼽을 수 있다. 현재 본 서비스 가입 시 닛산자동차가 판매하는 전기자동차 소유자는 월액 2000엔(세금 별도)을 지불하는 것으로 바로 닛산자동차 판매점, 고속도로, 편의점등에 설치되어있는 전국 5700기 이상의 급속 충전기를 무제한으로 사용한다.
이 서비스는 일반전력요금과 비교하기가 조금 그렇기 때문에 집에서 전력회사로부터 송출된 전기 차동차에 충전하는 것이 아니라, 자동차 회사로부터 전력을 구입한 다음 급속충전기 전기로 전기자동차에 충전하는 것이다.
이 서비스는 자사 전기자동차의 부가서비스 형태로 제공하여 자사 전기차량의 매력을 증가시키기 위한 일종의 인센티브 시책으로서의 의미가 강하겠지만 이 또한 전기차량 이용시 사용되는 전력소매사업을 자동자동차회사가 전력 회사로부터 뺏고 있다는 견해도 있을수 있다.
향후는, 차량이용 전력서비스뿐만 아니라, 가정 전력 이용 영역까지 전력서비스를 제공하는 자동차 회사가 나올 수도 있다. 다시 말해 자동차 회사가 전력회사도 의 영역까지 확장되는 것이다. 여기에서는 전기 자동차 시장을 이끌어가고 있는 미국 전기 차회 사인 테슬라의 동향을 소개한다.
테슬라는 모델 3나 모델 X 등의 전기자동차에다가 파워 월이라는 가정용 축전지를 따로 판매하고 있다. 또 2016년에 은, 태양광 패널의 설치 사업을 하는 솔라시티사를 인수했다. 그래서 테슬라는 전기 자동차 메이커이자 가정용 충전지 태양광 패널 세트 판매도 가능한 기업이 되었다.
이를 바탕으로 하여 테슬라자동차 소유자의 생활방식은 아마도 아래와 같은 형태가 예상되어진다.
아침과 낮에는 솔라시티사의 태양광 패널로 발전한 전력을 파워 월에 충전한 뒤 일부를 모델 3에 충전한다. 밤이 되면 파워월과모델3에 충전된 전력을 이용해 가정 전력을 조달한다.
또한 테슬라가 태양광 패널, 충전지, 전기자동차를 최적으로 제어한다. 그 결과, 테슬라 유저의 가정에서는 전기회
사는 별도로 필요하지 않게 된다. 자동차 회사가 전기자동차 제어를 활용해 가정용 전기 요금을 최적화하다 서비스를 개시했을 경우, 스스로가 최종 소비자를 대상으로 하는 전력 소매회사가 되는 것이다.
실은 일본에서도 향후 이와 같은 현상이 발생할 것으로 예상된다. 현재, 전력 자유화의 영향을 받아 약 500개의 새 전력 회사가 존재하지만 대형 자동차 메이커들인 도요타, 혼다, 닛산 모두 그룹 사내에 전력회사를 보유하고 있다.
현재, 이러한 신전력회사의 고객은 그룹과 관련된 회사에 대해서만 전력판매를 수행하고 있지만, 장래적으로 자사의 전기 자동차를 판매한 고객의 가정용으로 전력을 판매할 수도 있을 것이고 충분히 가능성을 점쳐볼 수 있는 부분이다.
2. 전력 회사의 대응
전력회사의 고민은, 판매 전기라는 상품이 전형적인 코모디티(원자재) 상품인 만큼 가격경쟁 분쟁에 빠지기 쉬운 구조이다. 가격경쟁을 벗어나기 위한 한방 법이 다른 상품이 나 서비스를 결합하는 서비스를 이용하여 고객을 확보하는 것이다.
이때 전기차도 상품 서비스의 하나로서 생각할 수 있다. 예를 들면 지금까지도 많은 전력회사에서 에코 큐트, 태양광발전, IH히터 등을 리스해 온 것처럼 전기 자동차나 충전기도 리스한다는 말이 나오게 될 것이다.
전기자동차 이용자의 집과 사무실에 충전기를 설치하고, 충전된 전기를 공급 함한 것은 말할 필요도 없지만, 그 충전기를 셰어 해서 다른 사람도 사용할 수 있도록 하겠다는 생각도 충분히 가능한 부분이다.
예를 들면 독일의 에너지 사업자인 Innogy사는 블록체인을 활용해 각 전기자동차 차량의 충전을 트랜스 가능하도록 연구 중에 있고, 그 연구과 결과를 통하여 자택 충전 쉐어링을 서비스를 계획하고 있다. 또한
전력회사들이 전기자동차 충전용 전기공급뿐만 아니라, 모빌리티 서비스에까지 진출할 것으로 예상된다.(그림 2)
예를 들어 해외에서는 영국 브리티시 가스가 전기차 카-셰어링이나 라이드-쉐어링의 서비스를 파트너와 함께 서비스 제공을 시작하고 있다.
일본에서도 몇몇 전력회사가 모빌리티 서비스로 진출하고자 하는 징조를 볼 수 있다. 도쿄전력은 현재 폐로작업이 진행되는 후쿠시마 제일 원자력 발전소에서 일본에서 처음으로 실용화된 자동운전 전기 자동차 버스 운행 서비스를 2018년 4월부터 시작했다. 자동운전 전기자동차 버스의 용도는 시찰을 위해 방문한 사람이나 발전소 구내 작업원의 이동수단으로 상정하여 이용되고 있다. 하지만 어디까지나 후쿠시마 제일 원자력 발전소 내 도로에서의 주행이다. 하지만 이 자동운전 전기 자동차 버스의 주행 데이터와 노하우를 축적해 나가면서 장래적으로는 지역의 교통수단으로써 활용해나갈 방향도 생각하고 있다. 현재 도쿄전력이 서비스하고 있는 자동운전 전기자동차 버스 "하마 카제 e"는 프랑스의 네비 야사가 설계/개발한 자동운전 전용차량이다.
현재 운영 중이 대부분의 차량들이 전기차량 화가 이루어지면 유지보수 관점으로 전기의 취급 중요도가 당연히 올라가게 될 것이며 이는 각 지역에 이미 유지보수 망을 구축하고 있는 기존 전력회사가 모빌리티 서비스의 오퍼레이터가 될 확률에
아주 유리한 것이 사실이다. 현시점에서 전체 전기자동차 시스템에는 아직 까지 여러 가지 문제점을 가지고 있으며 그중 하나가 전력공급과 유지보수에 관련된 문제점으로 이러한 문제점은 현재의 전력회사의 기존 자산을 활용한 모빌리티 서비스로서의 기능전환도 충분히 생각할 수 있다.(그림 3)
또한 칸사이전력은 자동 운전형 도심형 모빌리티 서비스 "iino"의 서비스 검토를 실시하고 있다. iino는 자동운전 시대의
새로운 보빌리 티 사업으로 차세대 사업의 기둥라 할 수 있다. 이는 칸사이전력의 젊은 네트워크(k-hack)에서 구상되어
17년 12월에 사내에서 프로젝트화된 것이다. "iino"는 시가지를 시속 5 km의 저속도로 순회하며 자유롭게 승하차할 수 있는 근거리 이동용의 새로운 모빌리티(mobility) 서비스를 지향하고 있다(그림 4).
III 전기자동차 대량 도입 시대의 전력공급 과제
보급형 전기자동차 본격적인 도입과 함께 카-쉐어링, 라이드-쉐어링, 앞쪽에서 기술한 새로운 모빌리티 서비스의 출현을
바탕으로 사회 전반적으로 전기자동차의 도입이 착실히 진행되고 있다. 매크로 트렌드로서의 운송분야 전체의 에너지 변혁이다.
이와 같이 전기자동차에 의한 운수분야의 에너지 변혁이 다른 분야의 에너지 변혁과 다른 점은 전기자동차 그 자체가 이동함으로써 충전에 필요한 충전 전기수요 장소와 수요량 변화를 발생시키는 것이다.
아래에서는 그러한 현상에 따른 임팩트가 얼마나 발생되는가를 정량·정성적으로 분석해 보았다.
그 결과 전기자동차에 의한 충전 전기용량의 구체적 영향은, 전체적으로 보면 발전량(kWh) 보다 설비용량(kW)에 좀 더 강한 임팩트를 발생시킨다. 게다가 국지적인 수요변동(kW)에도 임팩트가 큰 것을 알 수 있다.
특히 전기자동차의 자동운전 화가 진행되고 이어 MaaS(Mobility as a Service) 서비스로서의 모빌리티(mobility) 화가 진행되면 가동률이 높은 (주행거리가 긴) 차량이 늘어나는 이유로 설비용량(kW)과 국소적인 수요변동(xkW)에 임팩트 드라이브가 걸린다. 왜냐하면 높은 가동 상태를 확보하기 위해 급속 충전이 자주 필요하기 때문이다.
좀 더 쉽게 예를 든다면 일반 소비자의 자동차의 사용법과 택시 차량의 사용법 비교 가들 수 있다.
일반차량 전기자동차는 연간 주행거리가 1만 km로 1일 평균 30km 정도밖에 주행하지 않기 때문에 매일 집의 보통 충전기(3 kW충전)로 2시간(전기 연비 6km/kWh로 가정)으로 하면 충분하다는 계산이 된다. 이에 반해 택시는 1일의 이동 시간 20시간 정도에 평균 300km 주행, 연간 10만 km이기 때문에 1일간의 충전 전기량이 50 kWh(전기 여니 6 km/kWh로 상정)가
필요하다. 이 때문에 보통 충전기(3 kW)로는 부족하고 급속 충전이 가능한 충전기가 필요하게 된다. 자동 운전화와 MaaS화는 이러한 택시와 같은 공유차량이 증가하는 것을 의미하고 있다.
아래에서 일본에서의 전력수요에 대한 영향을 다른 시점으로 한번 바라보자.
1. 전력 수요량(kWh)의 영향
경제 산업성(METI)은 2030년까지 보유 가능한 전기자동차를 1000만 대까지 보급을 목표로 한고 있다. 승용차 6대에 1대가 전기 자동차(METI 정의상 전기자동차+PHEV)라고 볼 수 있는 상태이다.
이때의 전력 수요 양은 1,000만 대*1200 kWh이기 때문에 12 TWh이다. 이는 일본 국내 연간 전력 수급비 필요 약 1%에 해당하며, 원자력 발전소 2기가 연간 풀가동하면 충분히 조달할 수 있는 양이다. 현실적으로는 2030년까지 보유기준으로 1000만 대는 상당히 도달하기느 어렵다고 보이지만 전력 수요에 대한 임팩트라는 관점에서는 자동운전과 MaaS화가 추진됨으로써 1,000만 대분의 전력수요에 도달할 수 있는 가능성은 충분히 고려할 수 있다.(표 1)
2. 전력 설비 용량(kW)의 영향
전력설비용량(kW)에 미치는 영향은 전기자동차 충전 타이밍 문제와 충천 방법 등에 의해 영향을 받을 수 있다고 생각해볼 수 있다. 현재 업계 관계자의 이야기로는 심야요금 시간대에 에 충전 피크가 일어난고 있다고 전한다. 이것은 전기요금이 싸지는 타이밍에 충전 시작하도록 사용자가 임으로 시간대를 설정했다고 볼 수 있다. 한편, 미국에서는 직장에서 전기자동차를 타고 집에 돌아와 충전을 시작하는 저녁시간 때에 충전 피크가 발생한다고 알려져 있다.
가령 어느 시간대에 1,000만 대의 전기 차동 차량 가운데 100만 대가 3 kW로 충전, 50만 대가 7 kW로 충전, 1만 대가 50kW에서 급속 충전을 하면 7GW이다. 전력 업계의 전문 용어에서는 "부하율"이란 표현을 하지만 약 20%의 부하율이 7 GW에 해당한다. 이러한 충전 타이밍에 생기는 부하율이 미래에 얼마나 될지 모르지만 만일 7GW로 하면 일본 국내 최대 전력이 150GW이 되므로 약 5% 정도에 상당한다. 극단적인 계산이지만 1,000만 대가 동시에 충전(3 kW)을 하게 되며 30GW가 되는 최대 전력의 20%에 상당하다.
이로 인해서 상대적인 전력수요량 역시 리스크가 높다고 생각되며, 중장기적으로는 전력설비 용량의 관점에서 충전시스템을 방치하는 것은 극히 위험한 것이다. 이것을 바꿔 말하면 급속 충전의 동시 가동에 의한 요인도 영향을 미친다고 할 수 있다.
3. 수요⊿ kW)의 영향
현재 충전소는1 지역 단위에 1기가 설치된 것이 일반적이다. 게다가게다가 최대 수요가 50kW로 제한되기 때문에, 최대 변화 폭은50kW이다. 한편,
장래적으로는, 단일 거점에서의 충전기기 수가 증가되므로 결과적으로 전력 수요의 변화폭도 커진다. 실제로, 고속도로의 서비스 에리어에 설치된 충전기가 증설되어지고 있다.
게다가 향후에는 급속 시 충전 용량이 대형화하는350kW 충전 시대가 올 가능성이 높다. 전기 자동차 사용자에게는 충전 대기시간이 줄어들 것이 바람직한 일이 이지며 350kW 충전이 가능하다면 현재의 휘발유 가스 쥬 유소와 같은 감각으로 이용 가능하다. 한편으로는 350kW의 출력의 충전기는 아무 데나 설치할 수 있는 물건이 아니게 된다.또한 앞의 급속 충전 스테이션에서 한 곳(동일 장소)에350kW 기회가기 설치하면 최대 3500kW가 된다. 3500kW가 되면 전력 수요 계약에서는 특별 고압 계약으로 이는 상당한 규모 전력 수요이다. 이렇게 되면 더욱더ㅏ 치장 소의 제약이 커진다. 송배전사업자와의치밀한 협의를 통한 계획적 정비가 필요한 부분이다.
사실은 이미 미국의 테슬라의 슈퍼차지(테슬러의 급속 충전시스템)에서 비슷하다 상황이 연출되고 있다. 슈퍼 차저의 출력은이며 이것이 수십 기도 연이어 설계되어 있다. 거기에 테슬라 사용자가 동호회 이벤트 형식으로 몇십대 가와서 동시에 충전을 시작한다. 캘리포니아 주의 송배전 사업자(ISO)는 테슬라의 집중 충전으로 송배전망에 대한 영향을 우려하고 있는 것이다(그림 5,6)
게다가 kW이나 ⊿ kW는 재생가능 에너지의 보급과 합쳐 짐으로 해서 보다 문제가 복잡해지는 경향을 보이고 있다. 재생 가능 에너지에는 제어 가능한 것과 불가능한 것종류가 있다. 재생가능 에너지 중에서도 태양광발전, 풍력 발전은 제어 불가능한 분산 전원(VRE)이며 kW이나 ⊿ kW변동이 큰 게 발생한다.
Ⅳ 전기 자동차와 전력 인터넷
제Ⅲ장에서 서술한 것처럼, 전기 자동차가 보급될 경우 전력 네트워크에는 아주 큰 영향을 줄 것으로 보인다. 한편으로는 전기 차량의 충전에 의한 전력 네트워크에 대한 영향을 정확하게 제어할 수 있을 경우, 그것은 새로운 비즈니스 기회이기도 하다.
또 전기 자동차를 전력 네트워크의 제어 자원으로 활용하는 것은 자동 차회 회사·전력 회사 모두에게 아주 큰 장점으로 존재하는 요소이다. 전기회사의 장점으로는 앞에서 노술한것으로 참고하고 자동차 회사에 있어서도, 재생 가능 에너지의 발전 속도에 따라 전기차 보급이 증가할 것이고 또한 해당 비즈니스는 커질 가성이 높다고 할 수 있다.
하지만 해당 비즈니스는 전기자동차가 보급이 보편화되지 않은 이유와 전기자동차를 전력제어 리소스로 활용하는 것으로 인한 전기자동차 배터리의 수명 단축 현상에 대한 명확한 검증되지 않은 이유로 인해 아직까지 사업화가 빠르게 진행되어지지는 않고 있다.
여기서 이번 장에서는 앞으로 해당 비즈니스상에서 실현 가능성 있는 모델을 하나 소개하고자 한다.
전기자동차 충전 시의 전력 네트워크에의 영향을 정확히 제어하려면 전력이 여유 있는 시간대나 부족한 시간대에 전기 자동차를 정지시켜 둘 필요가 있다.
그러기 위해 전기자동차의 이용 상황이나 정지 시기를 어느 정도 관리할 수 있어야 한다. 이를 위하여 법인용 리스 car서비스나 쉐에링그 car 서비스 등의 형태와 참고하는 것이 아주 유용하다.
그래서 이번에는 그 사례로 리스카를 이용한 경우를 다루고자 한다.
본 모델의 고객으로는 리스카의 주 고객인 물류 사업자나 택시, 버스등과 같이 플리트 유저를 상정하고 있다.
서비스로서는 이들 고객에게 전기자동차 카리스를 실시하는 동시에 고객들이 가지고 있는 설비의 전력제어 수행함으로써 BigCart나자가소비 극대화 등의 에너지-설루션을 제공한다. 이로써,고객은 전력 요금 절감과 에너지 절약이 가능하게 된다(그림 7).
여기서 해당 모델에는 누가 주체가 되어 비즈니스를 전개하는가 하는 논점이 존재한다. 해당 모델의
전개에는 송수신 망에 국지적인 제약, 전기 자동차 주행·정차 정보, 충전 과방전 타이밍·충전 과방전타이밍·충전과방전 속도에 관한 제어 지식 등이 필요하다. 즉, 자동차 업종 세계 전력 업계의 두 영역에 걸친 케이퍼 빌리티가 필요하다. 이를 고려하여 경우, 전력회사와 자동차 회사가 손을 잡고 비즈니스를 설계되어야 한다. 현재는 국가 안으로서 종합 상사나 각종 벤처 기업 등도 해당 영역에서의 비즈니스 전개를 기대하고 있다. 과연 누구 이사업을 주도할 것인가, 앞으로도 주목할 필요가 있다.