전기자동차 충전사업자 수익률 최적화 위한 설비용량 결정 연구

Abstract

국문초록 2015년 유엔 기후 변화 회의에서 채택된 파리 협정에 따라 2030년에 전 세계적으로 1억대의 전기자동차 도입이 목표되어 있다. 참여국들의 목표 달성을 위한 투자, 전기자동차 관련 기술의 발전 등에 힘입어, 전 세계적으로 2012년 기준 총 20만대도 되지 않던 전기자동차는, 2015년 120만대를 넘어서는 가파른 성장세를 기록했다. 미국, 중국 및 유럽 국가들을 중심으로 앞으로도 시장규모가 크게 성장할 것으로 예상되며, 국내에서도 파리 협정 참여국으로서 온실가스 감축 목표 달성을 위한 방법의 일환으로 전기자동차 구입 시 보조금 지원, 고속도로 휴게소 등에 공공급속충전시설 구축을 통한 충전인프라 확충 등 정책적 노력을 기울이고 있다. 전기자동차가 내연기관 자동차를 대체하게 되는 것은 환경오염을 막기 위한 필연적인 시대적 흐름으로 받아들여지지만, 여러 정책적 지원에도 불구하고 국내 전기자동차 보급은 여전히 미미한 수준이다. 아직 전기자동차가 대중에게 생소한 개념이기도 하지만, 이러한 현상의 주된 이유 중 하나는 충전인프라 구축의 미비함이다. 내연기관 자동차의 경우 주유시설의 밀집도가 높고 적재적소에 배치되어 있기 때문에 사용에 불편함이 없으나, 전기자동차 충전설비는 국내에 그 수가 매우 적은 편이어서 전기자동차 사용자는 불편을 감수하게 된다. 향후 전기자동차 보급이 확대되기 위해서는, 전기자동차 충전설비 부족 문제가 우선 해결되어야 한다. 전기자동차 충전설비 확충을 위한 방법으로는 대형 전력회사 혹은 국가 재원의 투자, 또는 전기자동차 충전사업의 수익성 보장에 따른 개인 혹은 기업의 사업 참여 확대가 있다. 본 연구에서는 개인 혹은 기업의전기자동차 충전사업에 대한 참여 유인을 증가시키는 것에 초점을 둔다. 전기자동차 충전사업자는 소비자에게 전기자동차 충전설비를 통해 전기자동차 충전서비스를 제공하는 대가로 요금을 부과하거나, 전기자동차에 충전된 전력을 방전하여 계통에 재판매할 수 있도록 인프라를 제공하는 사업자이다. 소비자에게 제공하는 전력은 기본적으로 계통으로부터 구매하며, 중장기적 관점에서 전기공급 원가를 줄이기 위해 에너지저장장치, 태양광 발전설비를 구비할 수 있다. 전기자동차 충전사업자가 구비하는 전기자동차 충전설비, 에너지저장장치, 태양광 발전설비의 용량에 따라 전기자동차 충전사업자의 초기 투자비용과 계통으로부터의 전력 구입량이 변화할 수 있으며 이는 전기자동차 충전사업자의 수익률에 영향을 주게 된다. 전기자동차 충전사업자의 설비용량 변화에 따른 수익률 최적화 모델링은 주어진 여건에서 최대 기대수익을 얻기 위한 솔루션을 제안함으로서 전기자동차 충전사업 참여 유인을 제공하며, 나아가 인프라 확충에 따른 전기자동차 보급 확대에 기여할 수 있다. 이에 본 연구에서는 제한된 예산, 보유한 부지면적 제약 하에 전기자동차 충전사업자의 설비 용량을 결정하여 사업기간동안 수익률을 최대화할 수 있는 최적화 모델링을 제안하였다. 수익률 최대화 문제를 풀기 위해 혼합정수선형계획법(MILP, Mixed Integer Linear Programming) 알고리즘을 이용하였으며, 제안한 내용을 사례 연구를 통해 검증하였다.

주요어 : 전기자동차 충전사업자, 수익률 최대화, 설비용량 결정 학 번 : 2016-22241