전기차 충전 산업의 이해-3

국제에너지기구(IEA)의 2022년 글로벌 EV 전망 리포트를 바탕으로

안녕하세요, 전기차 충전 산업의 주요 뉴스를 전하는 '모네 데일리 톡' 홍영택입니다. 

오늘은 국제에너지기구(IEA)의 2022년 글로벌 EV 전망 리포트에 대해 살펴보고자 합니다.

국내 EV 산업이 해외로 진출하는데 도움이 됐으면 합니다.

이야기를 시작하기에 앞서 국제에너지기구(IEA)란 무엇인지 먼저 살펴보고 글로벌 전기자동차 및 전기자충전 현황에 대해 살펴보고자 합니다.

국제에너지기구(International Energy Agency: IEA) 란?

국제에너지기구(International Energy Agency: IEA)는 제1차 석유파동 직후인 1974년에 OECD 회원 국들이 세계 석유시장의 안정을 도모하고 석유공급 위기에 공동으로 대응하기 위하여 설립한 국제기구 이다. (김정관, 2004)

IEA 활동을 특성별로 분류하여 보면 크게 (1)석유위기에 대한 공동대응 기구로서의 성격과 (2)세계 에너지시장 안정화를 위한 에너지정책 포럼의 성격, (3)에너지효율 개선 및 대체에너지 개발을 위한 연구협력체 등의 세 가지 성격을 띠는 것으로 볼 수 있다.(에너지경제연구원)

* 현재 31개의 회원국이 있다(IEA)

IRA

FACT SHEET: Biden-⁠Harris Administration Announces New Standards and Major Progress for a Made-in-Am

미국은 IRA 발표를 통해 충전기 보조금을 지원받으려면 다음과 같은 조건들을 내걸었습니다.

- 미국산 철강 사용

- 미국 내에서 충전기 최종 조립

- 충전기 부품의 55% 이상 미국 제조

용어

LDV : Light-Duty Vehicle, 미국 기준 공차중량 8500lbs(3855kg) 이하 차량으로서 대형 트럭과 같은 화물수송 차량을 제외한 거의 모든 승용차가 포함됨(임병선, 2021)

LCV : LightCommercial Vehicle, 경상용차, 3.5톤 미만의 중소형 상용차(모토야, 2019)

HDV : Heavy Duty Vehicle

전세계 EV 및 Non-EV 시장 내 한국 시장 비율(LDV 기준)

IEA_Global electric car stock, 2010-2021

2021년 기준 글로벌 전기차 대수는 1,650만 대 이상입니다. 이 중 국내 전기차 대수는 7% 비율을 차지합니다. 7% 라는 숫자가 작아 보이지만, 전체 자동차 시장과 비교해보자면 결코 작은 숫자가 아닙니다. 

KOSIS_자동차 보유대수(통계청)

2020년 기준 전세계 차량 등록대수를 보면 한국은 약 2,300만 대로 글로벌 시장에서 2% 비율을 차지합니다. 기간이 1년 정도 차이나지만 글로벌 시장 내에서 7%의 전기차 보급률은 타 국가에 비해 전기차 보급이 활성화 되어있다고 볼 수 있겠습니다. 

하지만, 전기차 보급이 전세계적으로 활성화 되면 7% 비율은 2%로 줄어들 것으로 보입니다. 인구와 국토에 비해 큰 숫자겠지만, 이번 리포트를 읽으면서 유럽,미국,중국 대비 한국 시장이 정말 작다는걸 새삼 느끼게 되었습니다. 국내 기업 발전 및 국가경쟁력 제고 그리고 개인의 발전을 위해서는 해외 시장을 겨냥해야 되겠다는 생각을 하게 됐습니다. 

BEV 및 PHEV 비율(LDV 기준)

IEA_Electric car registrations and sales share in selected countries/regions, 2016-2021

해당 이미지는 주요 국가들의 전기차 판매량 및 판매비중 그리고 BEV와 PHEV의 비율을 보여줍니다. 눈에 띄는 부분들을 보자면 중국에서는 2020년 대비 전기 자동차 판매가 두 배 이상 증가했고 몇 몇 나라에서는 전기자동차 판매 비중이 두드러지게 높다는 것을 알 수 있습니다.

2021년 기준 전기차 판매량을 비교해보자면 아래와 같습니다. 2021년 기준으로 전 세계 전기차 판매량의 85% 이상은 중국과 유럽에서 이루어지고 있습니다.(미국 10%)

1. 전세계 : 660만대(BEV + PHEV)

2. 중국 : 330만대(BEV + PHEV)(BEV 80%)

3. 유럽 : 230만대(BEV + PHEV)(BEV 55%)

4. 미국 : 63만대(BEV + PHEV)(BEV 65%)

신흥 시장 내 EV 판매량 및 모델

IEA_Electric car models available in selected emerging markets by segment (left),sales and models..

IEA에서는 해당 국가가 글로벌 E-Mobility Program을 통해 GEF로부터 기금을 받고있을 것으로 예상합니다. 전기차의 경우 배터리의 가격으로 인해 가격이 비싸 보급이 더딘 측면이 있습니다. 신흥 시장에서의 전기 자동차 판매 급증은 전기 자동차 모델의 증가와도 연관되어 있어 보입니다.

2022년 전 세계 전기차(BEV) 판매량은 802만대를 기록했으며, 모델별로는 테슬라 모델와이(75만 4549대), 상해지엠(GM)우링의 홍광미니(56만3400대), 테슬라 모델3(49만 2597대) 순으로 판매량이 많았다고 합니다.(안태호, 2023)

홍광미니의 경우 중국 시장 내 500만원 대에 출시되었으며, 국내에선 한 업체가 해외 직구 구매대행으로 쿠팡에서 1600만원 대에 판매하였으나 현재는 보이지 않습니다.

전기차 보조금 및 차량 가격

IEA_Consumer and government spending on electric cars,Government spending on electric cars 2016-2021

전기자동차에 대한 정부의 전체 보조금 지출은 늘어났으나, 전기자동차 1대 당 보조금 지출은 점차 줄어들었습니다. 국가마다 전기차 가격 분포는 다르지만, 지출 감소의 이유는 기술 발전에 따른 차량 금액 감소, 전기차 문화 확산에 따른 판매량 증가에 기인한 영향이 아닌가 싶습니다.

IEA_Price distribution of electric cars compared to overall car market

위 이미지를 보면 유럽과 미국에 비해 중국의 전기차 가격 분포가 두드러집니다. 중국의 경우 전기차들이 평균적으로 작고 저렴하기 때문에 가격 분포가 아래 쪽에 위치합니다. 중국의 전기 차량 대수 증가요인 중 하나는 상대적으로 저렴한 가격이 아닌가 싶습니다.

LCV(LightCommercial Vehicle, 경상용차, 3.5톤 미만의 중소형 상용차)

LCV 판매는 전 세계적으로 70% 이상 증가했으며, 시장 점유율은 승용차보다 약 4배 낮은 낮은 2%라고 합니다. 리포트에서는 LCV 차량에 대한 특징 2가지에 집중합니다.

1. 대부분의 전기 LCV는 BEV이며 유럽에서는 소수의 PHEV만 판매됩니다.

- 고정 배송 지역 내에서 특정 용도로 사용되어 지기 때문에 광범위한 주행 범위가 필요없을 수도 있다

2. 평균 배터리 크기가 승용차보다 18% 작다

-> 예측 가능한 동선과 짧은 주행 거리, LCV 구매의 경우 차량에 대한 가격 및 운영 비용이 핵심 결정 요소이다.

HDV(Heavy Duty Vehicle)

IEA_Electric bus and truck registration and sales shares by region, 2015-2021

대형 전기 버스와 전기 트럭의 판매량 대부분이 중국에서 이뤄졌습니다. 대형 전기 차량의 경우 3가지로 나눠 볼 수 있습니다.

1. 규칙적인 경로 or 예측 가능한 경로의 차량 : 셔틀, 대중 교통 등

2. 도시 내 가변적인 경로 운행 : 도심 내 배달 및 여객 차량

3. 장거리 운행 :  물류 트럭

중국은 HDV 차량의 전력 공급을 위해 배터리 교체 스테이션 및 전기 도로 시스템을 만든다고 합니다. 중국 시장 내 출시되는(2022년 초) 159개의 트럭 모델에 배터리 교환 기능이 있으며, Siemens가 Scania 트럭과 함께 현장 시험도 거쳤다고 합니다.

Carsccops_Geely Now Has A Battery Swap Station For Cement Trucks

Nio에 이어 CATL은 배터리 스왑 스테이션 서비스 브랜드인 EVOGO를 출시했습니다. Geely도 배터리 스왑 스테이션을 구축했다고 하는데요. 지리자동차의 경우 280kWh 배터리를 장착한 시멘트 전기 트럭의 배터리 스왑 스테이션을 만들었다고 합니다. 배터리 자체의 무게는 3.2톤이며, QR코드를 통해 인증 후 5분 안에 교체가 이루어 진다고 합니다.(Brad Anderson, 2022)

Carsccops_Geely Now Has A Battery Swap Station For Cement Trucks

전기 시멘트 트럭의 배터리 교체 시설은 천장에 태양광 패널 설치를 통해 신재생 에너지를 배터리 충전에 활용하고 있다고 합니다.

전기차량 및 충전인프라 비율

IEA_Publicly accessible LDV charging points by power rating and region, 2015-2021

2021년 기준 전 세계 급속 충전기의 약 85%, 완속 충전기의 약 55%는 중국에 설치되어 있습니다. 다음으로 유럽은 300,000개 이상의 완속 충전기가 설치되어 있으며, 유럽 내 에서는 네덜란드, 프랑스, 독일, 영국, 이탈리아, 노르웨이, 스웨덴 순으로 충전기가 많습니다.

한 가지 특이한 점으로는 한국의 완속충전기가 2020년 대비 70% 가량 증가했습니다. 국가마다 완/급속 충전기를 정의하는 기준이 다를 수 있지만, 그걸 감안하더라도 70%는 굉장히 큰 성장폭으로 볼 수 있습니다.

해당 숫자는 각 나라의 환경 및 개인용 충전기를 반영하지 않은 공용 충전기이기 때문에 전체 충전기 숫자는 차이가 있을 수 있습니다. 개인용 충전기의 설치 환경은 제한적이기 때문에 나라 별 충전시장을 파악하기에는 유의미하다고 보여집니다.

IEA_Electric LDV per charging point in selected countries,Charging point per BEV relative to the BE

위 이미지는 국가 별 EV 대수와 EVC(전기차충전기) 대수를 비교한 그래프 입니다. EV당 적합한 충전기 수는 주택 보급, 이동 평균 거리 및 인구 밀도, PHEV 비율 등에 따라 달라집니다. 또한, EV 보급대수가 적은 국가에서는 해당 비율이 타 국가에 비해 상대적으로 두드러져 보일 수 있습니다.

IEA_Charging points per EV and kW per electric LDV, 2021

이미지에 표시된 해당 점선은 유럽 AFIR(대체 연료 인프라 규정), AFID(대체 연료 인프라 지침)의 목표를 나타냅니다. EV 당 kW는 완속충전기의 경우 11kW, 급속충전기의 경우 50kW를 가정하여 추정되었습니다.

대개 EV 대수와 EVC 전기차 충전대수를 비교하는데요. kW를 함께 비교하면 완속/급속 충전기 대수의 비율을 대략 파악할 수 있습니다.

장소 특성 및 차량 동선 분포에 따른 충전인프라 Spot

IEA_Charging by type and location in the United States (thousand)

* Highway : Toll비가 있고, 주변 도로와 연결이 많음(임귀열, 2016)

* Interstate :  과거 군사 목적으로 건설된, 장거리 고속도로 로서 도로 길이도 길고 각 주(state)를 넘나드는 역할을 함(임귀열, 2016)

미국 내 장소 별 충전기 유형에 대한 이미지 입니다. 전기차충전기 설치는 시설 특성과 인구분포 그리고 자동차 운전자의 주행 특성을 반영하는데요. 미국 인구의 약 8%는 공공 충전소에서 10km 이상 떨어진 곳에 살고 있다고 합니다. 이런 주거 특성에 따라 각 나라별/도시별 충전인프라 설치 비율은 상이할듯 합니다.

충전인프라 시장 규모

IEA_EV charging market size by scenario, 2021-2030

IEA_Government funding for publicly available charging infastructure normalised by LDV stock and..

시나리오별 EV간 충전 인프라 구축 보조금을 LDV 차량 대수로 나누어 국가 별 LDV 차량 대수 대비 구축 보조금을 구한 이미지 입니다. 해당 이미지를 통해 각 국가별, 충전 타입 별 시장 규모를 파악할 수 있습니다.

전력 그리드

IEA_Share of electricity consumption attributable to EVs relative to final electricity demand by reg

IEA_Electricity demand from the global EV fleet by scenario, 2021-2030

* STEPS : Stated Policies Scenario(IEA 정책 시나리오)

* APS : Announced Pledges Scenario(IEA 목표선언 시나리오)현행 

* NZE : Net Zero Emissions by 2050 Scenario( IEA Net Zero 탄소 중립 시나리오)

발표된 시나리오에서 2030년 EV의 전력 수요는 2020년 일본의 총 발전량보다 높습니다.  2021년 기준 EV 전력 수요는 전 세계 전력 소비량의 0.5% 미만을 차지합니다. IEA 시나리오에 의한 2030년 EV 전력 수요는 전 세계 전력 소비량의 최소 2%를 차지합니다. 해당 시나리오에 의하면 2030년 EV 전기 수요의 절반 이상은 완속 충전기를 통해 이루어질것으로 보입니다.

또한, STEPS 시나리오에 의하면 2030년 EV 차량에 의해 일 당 340만 배럴의 휘발유 및 디젤이 대체되며 APS 시나리오 기준으로는 460만 배럴의 휘발유 및 디제일 대체 될 것으로 예상하고 있습니다.

주거용 충전 시장

IEA_Electric LDV chargers and cumulative installed charging power capacity by scenario(2021-2030)

IEA_Electricity demand by charger type and scenario, 2021-2030

2021년 전 세계적으로 예쌍되는 개인 LDV충전기(주거용 및 직장)의 수는 1,500만 개 입니다. EV 보급률 증가에 따라 충전 인프라에서 개인 충전기의 비율은 더 늘어날 것으로 보입니다. 개인 충전기의 경우 2030년 STEPS,APS 두 시나리오 모두에서 90%의 비율을 차지하지만, 공공 충전기에 비해 전력 등급이 낮기 때문에 설치된 용량은 60%에 가까울 것으로 예상합니다.

2030년 까지 명시된 STEPS 시나리오에서 330Twh, APS  시나리오에서 500Twh 두 시나리오 모두에서 에너지 수요의 약 65%를 충족합니다.

에너지 수요 증가에 따른 주요 EV 시장의 전력 그리드는 2030년 까지 문제가 없을 것으로 예상하고 있습니다. 그 이유는 다음과 같습니다.

1. 모든 수요가 동시다발적으로 발생하지 않으며 부하 관리가 가능하다

-> 스마트충전(로드밸런싱, 순환충전)을 통해 전력을 낮추거나 예약 순서에 따라 순서대로 차량을 충전시킵니다.

2. 소규모 태양광 or H2E 활용

3. 산업화 국가의 경우 역사적으로 많은 전력 예비 용량을 보유하고 있음

하지만, 장거리 운행 및 물건 적재를 위한 대형 EV 차량의 경우 배터리 용량이 큽니다. 이런 차량의 경우 초고속 충전에 대한 수요가 높습니다. 기존 버스 정류장과 같은 공간이나 에너지 밀집도가 높은 주요 도시 그리고 개발도상국과 같은 나라의 경우 높은 전력을 공급하기 위해선 전력 시설에 대한 준비가 필요합니다.

IEA_Typical lead times for grid upgrades in Europe

해당 그림은 전력 시설 전환에 따른 소요 시간(M)을 표시한 이미지입니다. 유럽과 국내 환경의 차이는 있지만 전력 소비 증가에 따른 시설 전환 필요성, 비용, 시간은 뒤따르기 마련입니다. EV 차량이 증가함에 따라 전력 소비량이 증가하므로, 발전 및 송·배전 시설의 전환은 선행되어야 합니다. 

정부의 제10차 전력수급계획을 보면 전력 소비 증가 예상치에 따른 향후 10~15년의 예상 전력소비량을 확인 할 수 있습니다.  

제10차 전력수급계획(2022~2036)_목표수요 전망결과

위 이미지에 기재된 전력소비량은 예상 전체 전력소비량에 수요관리량을 차감한 소비량입니다. 수요관리는 최대전력 및 전력소비량 절감을 목표로 합니다.

1. 전력소비 절감(효율향상) : 효율관리제도 기준 개선, 고효율기기 보급 확대, 신규 수요관리형 요금제 도입
- 효율관리제도 : 주요 제품 효율등급제 적용 강화 및 효율 기준 미달 시 생산, 판매 금지

- 고효율기기 : 고효율기기 보급 지원 사업 신규품목 추가 및 EERS 법제화 추진

* EERS : 에너지공급자 에너지 절감 의무 부여

- 수요관리형 요금제 : 주택용 계시별 요금제 확대(제주->전국) 및 전기요금 원가주의 원칙 확립

- 스마트에너지관리 : AMI, EMS 보급 확대

- 행동변화 : 에너지캐쉬백 등 인센티브 프로그램 확대

2.피크감축(부하관리) : ESS, DR, 부하기기

- ESS : 계통불안전성 완화를 위한 공공 주도 RSS 구축 확대 및 안전기준 선진화

- DR : 국민 DR, FAST DR 도입 및 확대, 피크수요 DR 개선

- 부하기기 : 비전력에너지 사용 설비 활용 확대

- V2G : 전기차 저장전력을 전력망으로 역송 및 활용

배터리 제조 및 사용 측면

IEA_Share of total production of top-three companies at each stage of the EV battery supply chain..

EV 배터리 공급망 각 단계에 있어서 상위 3개 회사의 생산 점유율은 평균 25%를 초과하며, 배터리 생산의 경우 60%를 초과합니다.

1. 리튬 : Sociedad Química y Minera de Chile(칠 레), Pilbara Minerals(호주), Allkem(호주)

2. 니켈 : Jinchuan Group(중국), BHP 그룹(호주), Vale SA(브라질)

3. 음극 : Sumitomo(일본), Tianjin B&M Science and Technology(중국), Shenzhen Dynanonic(중국

4. 양극 : - Ningbo Shanshan(중국), BTR New Energy Materials(중국), Shanghai Putailai New Energy Technology(중국)

5. 배터리 생산 : CATL(중국), LG Energy Solution(한국), Panasonic(일본)

6. EV 생산 : Tesla(미국), VW Group(독일), BYD(중국)

Geographical distribution of the global EV battery supply chain

생산량을 기준으로 글로벌 EV 배터리 공급망의 지리적 분포를 살펴보면 대부분이 중국으로 집중되어 있다는 것을 알 수 있습니다.

IEA_Current mining production versus reserves for battery materials

앞선 이미지에서는 생산량을 기준으로 봤을 때 중국에 집중되어 있는 분포도를 확인할 수 있었는데요. 재료 매장량을 중심으로 봤을 때는 흑연(Graphite)을 제외하곤 여러 나라에 분포되어 있는 모습을 확인할 수 있습니다. 주요 나라들을 보면 콩고, 호주, 인도네시아, 칠레, 브라질, 동아프리카, 유럽 등이 있는데요. 관련 뉴스들을 보면 원자재 확보를 위해 각 나라에서 경쟁하는 모습을 확인할 수 있습니다. 

오늘은 여기까지 작성합니다. 읽어주셔서 감사드리고, 잊지 마시고 "좋아요" 혹은 "추천" 그리고

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출처 : 

1. 국토교통부_보도자료-21년말기준 자동차 등록대수 2,491만 대... 전기차 신규등록 10만대 돌파

2. ACEA_Report – Vehicles in use, Europe 2022

3. KOSIS_자동차 보유대수

4. ACEA-report-vehicles-in-use-europe-2023

5. 국제에너지기구(IEA)와 석유시장위기 대응능력 제고(김정관, 2004)

6. 산업통상자원부_제10차 전력수급기본계획(2022~2036)

7. 뉴스펭귄_미구고치대 자동차사 GM 내연기관 탈출 선언(임병선, 2021)

8. 한겨레_전기차 세계 판매량 802만대...테슬라 1위, 현대차는(안태호, 2023)

9. 모토야_우리에게는 아직 생소한 유럽식 상용차 LCV(모토야, 2019)

10. Carscoops_Geely Now Has A Battery Swap Station For Cement Trucks(Brad anderson, 2022)

11. 한국일보_[임귀열 영어] Freeway, Highway, Interstate highway(고속도로)(임귀열, 2016)

12. The White House_FACT SHEET: Biden-⁠Harris Administration Announces New Standards and Major Progress for a Made-in-America National Network of Electric Vehicle Chargers(2023)