글: Daniel Boustani
소비자용 전기차(EV)는 지난 10년 동안 상당한 시장 침투율을 보였습니다. Reuters에 따르면 2023년 3분기에 미국 내 EV 판매량은 역대 최고치에 달해, 시장 점유율 7.9%로 전년 동기 대비 50% 가까이 오른 수치를 기록했습니다. 그러나 다른 운송 산업에서는 전기화 채택이 더디게 진행되었습니다. 이 문서에서는 곧 전기차 기술에서 성장할 것으로 보이는 여러 비소비자용 부문과 상용 차량 전기화를 지연시킨 EV 차량 충전 인프라 과제에 대해 알아봅니다.
현재와 미래의 운송 동향
버스와 트럭은 운송 전기화에서 극복해야 할 후속 장애물입니다. 다행히 배터리 관리 시스템, 자동차 릴레이, 자동차 커넥터 등의 EV 기술이 급격하게 발달하면서 다음과 같은 운송 분야에서 EV 채택을 가속화하고 있습니다.
배터리 전기 버스(BEB)
트롤리선으로 구동되는 전기 버스와 구별되는 배터리 전기 버스(BEB)는 도심 환경에서 나날이 인기가 높아지고 있습니다. BEB는 내연 기반 버스나 트롤리 버스에 비해 운영 비용이 낮고, 배출량이 적으며, 유지 관리가 쉬워 공공 운송 네트워크에서 사용되었습니다.
그러나 BEB를 사용하려면 충전 인프라가 필요하기 때문에 인프라 정책 인센티브화가 적은 지역에서는 채택이 더딜 수 있습니다. 선전 등 세계 곳곳의 도시에서 이미 막대한 정부 인센티브 및 중국의 EV 제조업체 BYD에 힘입어 시 버스 전체를 교체한 바 있습니다.
실리콘 카바이드 MOSFET과 같은 전력 반도체 발전 사항 덕분에 더 저렴하고 효율적인 배터리 어셈블리가 가능합니다. 배터리 기술이 계속해서 개선됨에 따라 BEB 버스의 주행 가능 거리는 늘어나고 이러한 차량의 비용은 줄어들면서 채택이 더욱 확산될 수 있을 것입니다.
이동 중 충전(IMC) 버스
BEB와 트롤리 버스의 하이브리드 해법이 바로 이동 중 충전(IMC) 버스입니다. 이 떠오르는 전기 버스 기술은 주로 중부 유럽에서 찾아볼 수 있습니다. 이전에 설치된 트롤리선이 있는 도시에서는 IMC 버스가 필요에 따라 이동 중에 충전하고 트롤리선에서 벗어날 수 있습니다.
IMC 버스는 전체적인 차량 주행 가능 거리가 길고, 커브 중량이 적으며, 정교한 배터리 관리 시스템을 활용하여 직접 전력과 함께 작동합니다. IMC는 또한 소비자용 차량 인프라 강화와 함께 유도 도로 충전 기술이 성장함에 따라 시장 확장이 실현될 가능성이 있습니다. 배터리 관리 시스템과 이러한 시스템으로 효율적인 에너지 사용을 달성하는 방법에 대한 자세한 내용은 Arrow의 배터리 관리 시스템 가이드를 참조하십시오.
중단거리 대형 트럭
대형 트럭, 특히 단거리 노선을 주행하는 대형 트럭은 점차 전력으로 전환되고 있습니다. 이러한 차량은 중량 및 전력 요건이 소비자용 차량과 크게 다르지만 차량 유지 관리 비용이 낮고 차량 성능이 증대된다는 점에서 전기화 채택에 유리합니다.
배송 차량과 쓰레기 트럭 등 주행 거리가 짧고 정차가 잦은 응용 분야에서는 전기차가 동급의 내연기관 차량보다 더 효율적이고 경제적일 수 있습니다. 특히 전기 대형 차량은 높고 즉각적인 토크 성능 덕분에 곧 채택이 확산될 가능성이 높습니다.
예를 들어 Amazon은 최근 EV 제조업체 Rivian과 협력해 2030년까지 배송 차량 100,000대를 제작하여 기존 내연 기반 차량을 점진적으로 교체하기로 했으며, 이는 2040년까지 탄소 배출량 넷제로를 달성하기 위한 노력의 일환입니다. 이러한 새 차량들은 첨단 EV 기술, 자동차 센서 및 지능형 배터리 관리 시스템을 탑재하여 Amazon이 더 효율적으로 고객에게 서비스를 제공하면서 비용을 절감하도록 하는 데 일조할 예정입니다.
EV 차량 충전 과제
항공기, 대형 선박, 장거리 트럭과 같은 운송 수단이 단기간 내 EV 기술을 채택할 가능성이 낮은 이유는 다음과 같습니다.
전력 밀도
현재 배터리는 전력 대 중량 비율이 너무 높아 비행에 채택하기에는 비효율적이거나 불가능합니다. 항공기는 최대의 효율성을 달성하기 위해 가능한 한 낮은 무게로 막대한 동력을 확보해야 합니다. 내연 기반 항공에서도 항공기가 무거울수록 비행 비용이 증가합니다.
연료 중량은 항공편당 기준으로 철저하게 고려되는 부분으로서, 항공사는 각 항공편의 예비 연료를 최소화하여 효율을 극대화하곤 합니다. 마찬가지로 대형 선박도 운송에 막대한 에너지가 필요합니다. 이 에너지를 저장하는 것이 얼핏 가능해 보일 수 있지만, 오늘날의 배터리는 연료를 대체하기에는 여전히 너무 무겁습니다. 예를 들어 표준 컨테이너 선박은 디젤 연료 약 300만 갤런을 수송할 수 있습니다. 디젤 연료 1갤런에는 138,700BTU 또는 40.6kWh가 포함되어 있으며, 환산하면 Tesla Powerwall 3 3개에 해당하는 에너지 저장량입니다. Tesla Powerwall 3 3개는 23,666.4입방인치에 중량은 861파운드이며, 디젤 1갤런은 231입방인치에 중량은 7.1파운드입니다.
따라서 동력 성능이 동일하도록 컨테이너 선박을 완전히 전기화하려면 현재보다 저장 공간은 102배, 연료 저장 중량은 121배 늘어나야 합니다. 비교하자면 Tesla Powerwall 3 900만 개(디젤 300만 갤런에 해당)는 선적 컨테이너 30,211개와 부피가 동일합니다. 세계에서 가장 큰 컨테이너 선박은 컨테이너 24,000개를 수송할 수 있으며 작동을 위해 연료 500만 갤런 이상을 저장합니다.
EV 차량 충전 인프라 과제
전기차에는 충전소 또는 충전 도크와 같은 기반 인프라가 필요합니다. 이러한 충전 인프라를 개발하는 일은 도심 환경에서는 비용이 많이 들 수 있고, 시골 지역에서는 비용이 감당하지 못할 수준일 수 있으며, 해상 환경에서는 기술적으로 구현하기조차 불가능할 수 있습니다.
항공기, 선박 및 장거리 트럭 중에서 단기간 내에 기반 인프라가 마련될 가능성이 가장 높은 것은 장거리 트럭인데, 도심 환경 대부분에서 이미 소비자용 차량을 지원하기 위해 인프라 전기화에 착수했기 때문입니다. 장거리 트럭의 경우 더 큰 과제는 시골 지역의 전기화로, 장거리 EV의 주행 가능 거리를 벗어나는 특정 거래 노선만 제한되는 정도의 수준일 수 있습니다.
시골 지역에는 장거리 차량을 지속적으로 충전할 수 있는 강력한 전기 인프라는커녕 인프라가 한정적이거나 아예 없을 수 있습니다. 장거리 트럭을 채택하려면, 시골 지역에 내연 차량이 이용할 수 있는 휴게소와 주유소가 간간히 배치되어 있듯이 전략적인 충전 허브에 전용 에너지 생산 및 운송책을 개발해야 합니다.
상업용 EV 비용 고려 사항
일부 산업의 경우 기술적으로는 곧 전기화를 실현할 수 있다 하더라도 비용이 감당하지 못할 수준일 수 있습니다. 다수의 차량을 내연기관 차량에서 전기차로 변경하는 일은 어느 비즈니스에서나 비용이 감당하지 못할 수준으로 들 수 있습니다.
수익률이 한정적인 산업에서는 장기적으로 운영 비용이 절감된다 한들 차량 및 인프라의 선행 비용 때문에 채택 확산이 지체될 수 있습니다. 소비자용 차량 채택을 독려하고자 하는 국가에서 정부 세금 크레딧이 이러한 채택을 가속화하는 것처럼, 규제 및 정책 인센티브가 투자 비용을 상쇄하여 채택 확산을 가속화할 수 있습니다.
상업용 전기차 급증
대형 해상 선박, 항공 및 장거리 트럭 등 일부 부문에서는 전기화 채택 속도가 느릴 수 있지만 최근 발전된 EV 기술 덕분에 상업용 운송의 혁신이 가능합니다. BEB 및 IMC 버스는 낮은 운영 비용, 감소된 배출량, 우수한 성능으로 인해 국제적인 관심을 받고 있습니다. 대형 트럭은 전기화의 르네상스를 맞이할 가능성이 높으며, 한 예가 향후 10년 내에 내연 기반 배송 차량 100,000대를 EV로 교체한다는 Amazon의 계획입니다.
전력 밀도, 인프라 제약, 높은 초기 비용과 같은 과제 때문에 일부 부문에서는 전기화가 늦춰질 것입니다. 그러나 배터리 모니터링 시스템, 전력 관리 및 EV 기술이 계속 발전하면서 앞으로 거의 모든 산업 및 부문에서 EV가 지속적으로 채택될 전망입니다.
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