기술 및 혁신

전기 도로: 좁은 지역을 위한 틈새 솔루션인가?

2020-07-09 | 11분

Lars Mårtensson

탁 트인 도로를 달리는 동안 트럭에 연료를 보급할 필요가 없다는 생각은 확실히 매력적입니다. 그리고 이것이 바로 전기 도로가 제시하는 가능성입니다. 전기 고속도로 지지자들은 이 기술이 고속도로를 주행할 때 차량을 충전함으로써 충전 속도를 높이고 주행 거리를 늘릴 수 있다고 말합니다. 그러나 전기 도로가 정말로 그들이 원하는 모든 것을 이뤄줄까요? 아니면 좁은 지역을 위한 틈새 솔루션에 그칠까요?

전기 도로란 무엇일까요?

전기 도로, e-로드, e-고속도로 또는 전기 도로 시스템(ERS)은 차량과 차량이 주행 중인 도로 간 동력 전달을 허용하는 시스템입니다. 전기 도로는 충전 방식에 따라 세 가지 범주로 분류됩니다.

오버헤드 전도: 이 유형의 충전 전력은 차량 위쪽에 설치된 팬터그래프 라인 장치를 통해 차량으로 전력이 끊김 없이 전달됩니다. 오버헤드 전도 충전은 전선에 닿을 만큼 높이가 충분한 트럭과 버스에 가장 적합합니다. 또한 전력선과 연결 상태를 계속 유지할 수 있으므로 미리 설정된 경로로 이동하는 차량에서 더욱 효과가 좋습니다.
도로에서 전도 전력 전송: 이는 오버헤드 유도 기술과 유사하지만 전력이 팬터그래프 대신 도로 내 또는 도로 위에 내장된 레일을 통해 차량에 전달된다는 점이 다릅니다. 이 기술에는 전원 공급 장치와 연결되는 온보드 기계식 암이 포함됩니다.
도로에서 유도 전력 전송: 여기에서 전력 전달은 전선 없이 도로에 내장된 코일과 차량 내 코일 사이에서 이뤄집니다. 그리드의 전력은 고주파 AC 전력으로 변환되어 자기장을 생성하고 차량 아래의 코일이 이를 포착해 전압을 생성합니다.

자동차나 트럭이 위와 같은 기술이 장착된 도로를 주행한다면 에너지는 추진 시스템으로 직접 전달되거나 온보드 배터리를 충전하는 데 사용됩니다. 그러나 차량이 일반 도로를 달리는 경우에는 전기 또는 하이브리드 모터 또는 내연 엔진으로 전환됩니다.

자동차 제조업체, 연구 기관, 정부 및 에너지 회사와 협력하여 일부 파일럿 프로젝트가 진행되고 있지만 오늘날 전기 도로의 사용은 다소 제한적입니다. 프로젝트 중 하나는 스웨덴 룬드에서 진행 중이며 이탈리아 정부는 북부 이탈리아에 6km의 e-고속도로 설치를 계획하고 있습니다. 캘리포니아의 시범 프로젝트는 로스앤젤레스 항과 롱비치 근처에서 진행되고 있습니다.

전기 도로: 장점과 단점 비교

전기 도로는 내연 기관에 더 환경 친화적인 대안을 제공하는 한 유익합니다. 전도성 충전의 경우 전기 도로의 효율성도 상당히 좋습니다. Elways AB라는 회사의 경우 eRoadArlanda 프로젝트의 일환으로 현재 테스트 중인 차량 및 트럭 세그먼트의 전도성 솔루션의 효율이 85~95%라고 보고했습니다.

그러나 전기 도로 시스템의 장점은 이게 전부입니다. 그러나 디젤에 대한 대안 대부분은 아직 주류라고 할 수는 없지만 ERS보다는 더욱 발전되어 있습니다. 현재 (100년 이상 된) 팬터그래프를 제외하면 다른 충전 유형은 새롭고 미성숙한 기술이며 신뢰성을 뒷받침할 실사용 데이터도 부족합니다.

eHighways도 비용이 많이 필요합니다. 충전 인프라를 설치한다는 것은 도로 배치, 전선 설치 및 유지 관리에 상당한 투자를 한다는 것을 의미합니다. 또한 인프라를 업데이트하는 동안 기존 교통 흐름이 오랫동안 중단될 수 있습니다. 한 연구에서는 동적 유도 시스템 설치 100m당 3주가 소요되며 전도성 오버헤드 시스템은 10km를 설치하는 데 1개월이 걸릴 수 있다고 추정합니다. ERS 건설이 계획된 유지 보수 작업과 동시에 이루어지면 중단을 최소화할 수 있지만, 이는 기술의 배포 속도를 상당히 제한할 것입니다.

또한 ERS의 복잡성은 정부, 지방 자치 단체, 전력 공급업체 및 화물 회사를 포함한 많은 관계자가 협력해야 함을 의미합니다. 지역을 넘나드는 트럭이 도로를 활용할 수 있도록 동일한 기술이 적용되어야 하는 EU와 같은 곳에서는 국경을 초월한 협력이 필요할 것입니다. 모든 유형의 차량이 전기 도로를 이용할 수 있도록 하는 충전 기준은 아직 개발 중입니다.

전기차가 해답이 될 수 있을 것인가?

전기 도로의 주요 주장 중 하나는 전기 트럭을 운행 시의 주행 거리 불안을 줄이는 데 전기 도로가 주요한 역할을 할 수 있다는 것입니다. 전기 도로가 전력을 차량의 추진 장치로 직접 전달하거나 온보드 배터리를 충전하는 데 사용되는 경우 EV의 주행 거리는 더욱 길어지고 더 작은 배터리를 사용할 수 있다고 생각합니다. 그래서 이는 실용적인 솔루션처럼 들리지만 사실 면밀히 조사해 보면 이러한 생각은 빠르게 무너집니다.

첫 번째 과제는 전기 도로 시스템이 모든 종류의 차량에 전력을 공급할 수 있어야 함을 의미하는 상호 운용성입니다. 현재는 그리드에서 ERS로, ERS에서 여러 차량으로 전기를 전달하기 위한 표준 및 시스템 아키텍처가 없습니다. 두 번째 과제는 ERS 충전 효과를 빠르게 상실하는 전기 트럭 배터리 주행 거리 개선으로 인한 것입니다. 현재 완충된 전기 트럭은 EU 전체 운송 작업의 약 40%를 차지하는 300km를 이동할 수 있다는 사실을 고려해야 합니다. 이 주행 거리는 리튬 이온 배터리의 개선, 새로운 셀 재료의 발견, 더 나은 배터리 관리 시스템 및 냉각 기술을 통해 근시일 내에 더 좋아질 것으로 예상됩니다. 또한 한 번 충전으로 주행 거리가 1,600km까지 증가하는 전고체 배터리에 대한 기대도 높습니다.

세 번째 과제는 확립된 글로벌 표준과 검증된 기술을 갖춘 유일한 시스템인 정적 또는 플러그인 충전 시스템입니다. 플러그인 충전소의 수는 빠르게 증가하고 있습니다. 2019년 기준으로 유럽에는 17만 개 이상의 충전소가 있으며 미국에는 68,000개 이상이 있었습니다. 이 인프라의 대부분은 자동차용이지만 파워 디스펜서의 기술은 복합 충전 시스템(CSS)이므로 자동차와 트럭 모두에 사용할 수 있다는 점을 이해하는 것이 중요합니다. 이미 트럭 제조업체 컨소시엄은 CSS 충전 용량 증가를 위해 협력하고 있으며 기존 인프라를 통해 상용 차량을 지원할 수 있도록 1~3메가와트까지 증가시키려고 노력하고 있습니다. 전 세계 정부도 네트워크 확장 및 CSS 충전 기술 표준화 계획을 세우고 있습니다. ERS의 경우 정부의 명확한 지침이 존재하지 않습니다.

마지막으로 도로를 통해 EV를 충전하는 것은 수소 연료 전지 같은 대안이 부상하고 있음을 고려할 때 가능성이 낮아 보입니다. 수소는 특히 까다롭고 장거리 운송이 필요한 분야에서 전기 트럭의 주행 거리를 늘릴 수 있는 방안으로서 많은 화제가 되었습니다. 수소는 짧고 쉬운 재급유 과정 및 높은 에너지 밀도와 같은 여러 장점을 보유합니다. 80kg의 수소만으로 트럭은 최대 800km를 이동할 수 있습니다! 이는 대부분의 장거리 운송에 충분한 주행 거리이며 충분한 수소 연료 보급 인프라가 갖춰져 있다면 주행 중에 트럭을 충전할 필요가 없을 것입니다.

일부 예상 사용 사례

이 모든 설명은 미래의 운송 수단에서 전기 도로의 설 자리가 없다는 의미일까요? 꼭 그런 것만은 아닙니다. 전기가 공급되는 도로와 트럭을 활용하는 것이 좋은 대안이 될 수 있는 제한된 지역의 특정 경로 또는 폐쇄 시스템에서는 ERS의 모범 사례가 존재할 수 있습니다. 허브 간 운송 운영에 이용되는 자율 주행 트럭에 적합한 솔루션이 될 수도 있습니다.