총소유비용 비교를 통한 내연기관 대비 전기차 경쟁력 분석 1)
3. 분석방법론
자료: BNEF(2021), p. 176.
80%
60%
40%
20%
0%
2020 2025 2030 2035 2040
North America China Europe Rest of World
그림 3 전기차 한 대당 가정용 충전기 소유 비중
다음 절에서부터 이러한 충전인프라의 가용성이 전기차 보급에 어떻게 영향을 미치는지 분석해보도록 한다.
있다. 여기서
EV
는 전기차 구매비용을 뜻하며 순서대로 부품 및 유지비용, 충전비용을 나타낸다. 이러한 항목은 전기차를 구매하고 유지하는 과정에서 소비자가 명시적으로 부담해야 하는 비용을 나타낸다. 한편 연료 주입 시간이 짧은 내연기관차와 달리 전기차는 한 번 충전을 위해 적게는 15분에서 길게는 9시간이 소요되기도 한다.5) 이렇게 전기차의 연료 충전 시간이 길다는 특징은 분명히 전기차를 구매하는 입장에서 비용 요소로 작용할 수 있을 것이다. 따라서 본 연구에서는 전기차 충전 시간에 대한 비용을 추정 후 이를 총소유비용의 구성요소로 포함하였다. 앞서 설명한 요소들이 전기차를 구매 후 유지하는 과정에서 소비자 가 부담하는 직간접적인 비용을 나타낸 것이라면 전기차 구매보조금은 일종의 편익으로 작용하는 요인이 다. 따라서 총소유비용의 크기는 구매보조금의 규모만큼 낮아지는 것으로 생각해 볼 수 있다. 이상의 내용 을 종합해 계산한 것이 [그림 4]의TCO
로 표시된 총소유비용이다.자료: 김도원�정연제(2021), p. 26.
EV Supply equipment or
Maintenance costs Electricity
Greene(2001), Levinson and West(2017)
Refuel time cost Charger availability Subsidies
TCO
비용
그림 4 총소유비용 개념도
본 연구는 단순히 전기차의 총소유비용을 계산하는 데서 그치는 것이 아니라 충전요금과 휘발유 가격 변 화에 따라 전기차의 경쟁력이 어떻게 달라지는지를 비용일치선 분석을 통해 살펴보고자 한다. 전기차 충전 요금과 휘발유 가격을 중요한 변수로 포함한 이유에 대해서는 크게 두 가지로 설명할 수 있다. 첫째, 가까운 시일 내에 전기차 충전요금이 올라갈 것이라는 사실을 알 수 있다는 점이다. 전기차 보급 초기에 전기차 구 매 활성화를 유도할 목적으로 전기차 충전요금의 특례할인 제도가 도입된 바 있으나, 동 특례할인은 2022 년 6월 말에 폐지될 예정이다.6) 전기차 소유자 혹은 잠재적으로 전기차를 구매할 계획을 세운 소비자 입 장에서 가까운 시일 내에 연료비(즉, 전기차 충전비용)가 올라갈 것이라는 사실은 전기차 구매 의사결정을 내릴 때 중요한 변수로 작용할 수 있다. 따라서 내연기관차와 비교해 전기차가 경쟁력을 갖기 위해서는 전 기차 충전요금이 어느 정도 수준에서 정해져야 하는지를 파악하는 것이 중요하다고 할 수 있다. 이를 통해
5) 배터리 용량 65kWh 기준, 250kW 초급속충전기와 7kW 완속충전기를 사용했을 때의 충전시간을 기준으로 산정하였다.
6) 2016년 전기차 충전요금 할인 특례 도입 당시에는 2019년까지만 제도를 운영 후 폐지할 예정이었으나, 소비자 부담과 전기차 시장충격 완화를 위해 2022년 6월까지 특례할인을 연장하여 운영하기로 하였다. 다만 2020년 하반기부터는 할인폭을 단계적으로 축소하여 충전요금 할인특례 폐지에 따른 소비자 충격을 점진적으로 완화하는 방식을 취하기로 하였다. 참고로 2021년 7월부터 2022년 6월까지 적용되는 할인율은 기본요금 25%, 전력량요금 10%이다(산업통상 자원부 보도자료, 2019. 12. 30).
도출된 분석결과는 추후 상용화될 신기술인 수퍼차저(super charger)나 슈퍼스테이션(super station) 의 요금제를 설계하는 과정에서도 유용하게 활용될 수 있을 것이다. 둘째, 내연기관 차량의 연료비 변화에 따라서도 전기차의 경쟁력이 달라지기 때문이다. 우리나라는 일본과 함께 에너지 대부분을 수입에 의존하 는 대표적인 국가 중 하나이다. 그러므로 내연기관차의 주요 연료원인 휘발유나 경유의 가격이 매우 비싼 편이며 가격 변동성도 큰 편이다. 이처럼 우리나라는 전기차 충전요금과 내연기관차 주유비용이 자동차 구 매 의사결정에 큰 영향을 미칠 수밖에 없는 상황임을 고려한다면 충전요금과 휘발유 가격 변화에 따른 전 기차의 경쟁력을 검토하는 것이 반드시 필요하다고 할 수 있다.
[그림 5]는 본 연구에서 사용한 총소유비용 분석 틀을 도식화한 것으로서, 이 중 음영으로 표시된 부분은 기존 문헌들에서 다루지 않아, 본 연구진이 새로 추가한 요소를 뜻한다. 이러한 개념을 수식으로 표현하 면 다음과 같다.
여기서 (
one time costs
)란 일회성 비용을 뜻하며 차량 가격, 충전기 설치비용, 세금, 잔존가, 보조금 등을 포함한다. 는 페널티를 뜻하는 것으로서 전술했던 연료가용성 페널티와 충전시간 페널티를 포괄한 다. (recuring costs
)는 매년 발생하는 연간운영비용을 뜻하며 연료비( ), 유지비( ), 보험료( ), 세 금( )으로 구성된다. 여기서 (present value factor
)는 현가환산 계수이다.자료: 김도원�정연제(2021), p. 29.
Total cost of ownership (TCO)
One time costs (OTC)
Purchase price Taxes Resale value
Subsidy Fuel availability
Refueling time Fuel (F) Maintenance (M)
Insurance (I) Taxes (T) Penalty (P)
Recurring costs (RC) 그림 5 총소유비용 연구 프레임워크
이러한 총소유비용 요인들을 모두 고려하여 휘발유와 충전요금의 변동에 따른 구동계 간의 경쟁력 분석 을 해보아야 한다. 연평균 주행거리를 , 연비를 , 연료 가격을 라고 한다면 연료비는 다음과 같은 수식 으로 표현된다.
총소유비용 비교를 통한 내연기관 대비 전기차 경쟁력 분석 동향과 분석 ②
수식(1)을 활용하여 전기차와 내연기관차의 총소유비용 함수를 구성하고, 각각의 총소유비용 함수가 일 치하는 조건으로부터 충전요금과 휘발유 가격에 따른 비용일치 함수를 도출한다. 참고로 차량의 생애주기 동안은 휘발유 가격과 충전요금이 고정된다고 가정한다. 먼저 전기차와 내연기관차의 총소유비용이 같다 는 조건과 , 즉 전기차와 내연기관차의 연평균 주행거리가 같다는 조건 하에서 휘발유 가격 을 , 충전요금을 라고 하고 는 내연기관차 비용과 전기차 비용의 차이를 뜻한다고 했을 때, 위의 수식 은 아래와 같이 다시 정리할 수 있다.
이러한 함수를 비용일치선이라 하며, 비용일치선은 전기차와 내연기관차의 총소유비용이 같아지도록 하는 전기차 충전요금과 휘발유 가격 사이의 일차함수를 뜻한다.
나. 총소유비용요인
1) 참조모델 (Reference Model)
일반적으로 총소유비용 연구에서는 자동차 구매에 큰 영향을 주는 차량의 성능과 같은 비화폐적 속성을 고려하지 못한다는 단점이 있다. 특히 내연기관 차량과 전기차의 비교와 같이 서로 다른 구동계끼리의 비 교 시에는 이러한 속성들의 비교가 더욱 어렵다. 전기차는 기존 내연기관에서 평가하는 성능지표인 배기량 의 개념이 없기 때문이다. 예를 들어 전기차 중에서는 닛산 리프, 기아 소울, 폭스바겐 골프 등 기존 내연기 관 차량의 외관을 그대로 차용하되 구동계만 바꾼 모델들이 있다. 이 경우 차량의 스타일 선호의 차이는 통 제할 수 있지만, 가속, 주행가능 거리 등 다른 성능 면에서 큰 차이를 보이는 것이 사실이다. 예를 들어 <표 2>를 보면 폭스바겐 골프와
e
골프는 성능 측면에서 크게 차이가 나기 때문에 경쟁 모델이라고 볼 수 없다.본 연구에서는 자동차의 스타일과 크기에 따른 선호를 최소화하기 위해서 내연기관차와 전기차의 참조모 델을 고를 때 중형 해치백(
hatchback
) 스타일의 차종으로 한정했다. 이는 차량 구매 선택 시 매우 중요한 성능 요소인 주행가능거리 측면에서의 선호를 고려하여 전기차 중 주행가능거리가 긴 모델을 선정했다. 또 한 부품 가격이나 전망치와 관련하여 충분한 정보가 있는 모델을 선정하고자 했다. 이러한 조건들을 고려 하여 내연기관 차량 중에서는 중형 해치백 중 고성능 모델인 폭스바겐 골프GTI
, 전기차는 쉐보레 볼트를 선정했다.7) 주행가능거리 측면에서 크게 차이 난다고 볼 수도 있으나 볼트는 해치백 스타일의 전기차 중에 서 주행가능거리가 가장 긴 모델이다.8)7) 폭스바겐과 볼트는 해치백으로 간주되며 자동차관리법 시행규칙 �별표 1�에 따라 두 차량 모두 전폭이 1.7m를 넘어 중형으로 분류된다.
8) 특히 2021년 구매가능하고 40,000 달러 이하인 전기차로 한정하면 모든 스타일 통틀어 쉐보레 볼트가 주행가능거리가 가장 길다.
표 2 참조 모델 제원 비교
모델명 폭스바겐 골프 GTI
(7세대, 가솔린 터보) 폭스바겐 e골프 (2017) 쉐보레 볼트 EV
종류 해치백 해치백 해치백
크기 중형 (전장 4,255mm) 중형 (전장 4,270mm) 중형 (전장 4,165mm)
주행가능거리
575 km
9) 200 km 383 km마력 230 136 204
제로백 6.8 초 9.6 초 7 초
연비 11.5 km/L 5.68 km/kWh 5.5 km/kWh
최대 토크 35.7 kg·m 29.6 kg·m 36.7 kg·m
자료: 김도원�정연제(2021), p. 25.
2) 할인율
총소유비용을 계산하려면 차량의 생애주기(
life cycle
) 동안의 유지비나 연료비와 같이 여러 기간에 걸 쳐 나타나는 비용을 할인하여 현재의 가치로 환산해야 한다. 이때 할인율을 사용해야 하는데, 본고에서 는 사회 전체의 측면이 아닌 개별 의사결정자의 측면에서 분석하는 것이 목적이므로 기회비용 관점에서 바라본 재무적 할인율을 적용하여 분석하기로 한다. 본 연구에서는 우리나라 평균 차령(연식)을 계산하고 적당한 기간의 국고채를 선택하여 해당 국고채의 평균금리를 활용하기로 했다. 2020년 12월 기준 자가용 의 모델연도를 기준으로 산출한 차령별 대수를 계산해보면 우리나라 자가용 차량의 평균 차령은 8.198년 으로 나타난다.10) 이와 가장 비슷한 기간인 10년 만기 국고채의 2020년 평균 금리를 할인율로 사용하기 로 하였다. 2020년 10년 만기 국고채 평균금리는 1.5%11)이므로 본 연구에서는 할인율을 1.5%로 두고 총 소유비용을 계산하였다.3) 연료 가용성 및 충전시간 비용
전기차 보급 활성화 목표를 달성하고 광범위한 충전소 네트워크가 구축되기 전까지는 연료 가용성의 부족 이 전기차 보급 활성화의 가장 큰 장애물일 것이다. 이러한 가용성을 고려하기 위해서 가용성 모델을 도입 하였다. Greene(2001)에서 제안한 가용성 페널티는 다음과 같다.
9) 연비 (11.5km/L) � 연료탱크용량 (50L).
10) 국토교통부 국토교통 통계누리, https://stat.molit.go.kr/portal/main/portalMain.do(검색일: 2021. 10. 15).
11) 한국은행, �경제통계시스템�(검색일: 2021. 10. 15).
총소유비용 비교를 통한 내연기관 대비 전기차 경쟁력 분석 동향과 분석 ②