이 글을 쓰게 된 배경은 요런 기사 때문이구요.
https://qz.com/2154558/big-electric-trucks-and-suvs-are-the-new-gas-guzzlers/
<서론>
많은 분들이 이제는 MPGe 가 뭔지는 아시리라 봅니다. --> 인줄 알았는데 간단한 정의는 알지만, 실제 의미에서 혼동이 쉽게 일어나는 듯 합니다. 아래 제가 1세대 쉐비 볼트의 예까지 들어서 잘 설명하려고 하오니, 본문을 잘 보시면 MPGe 의 의미를 더 잘 아시리라 봅니다.
순수 에너지 관점에서 전기차의 효율인데요. 간단히 1 갤런 휘발유 = 33.7 kWh 로 계산해서 전기차의 효율을 보여주는거죠. 왜냐하면 사람들이 MPG 에는 익숙해도, mile / kWh 는 아직 감이 안 오잖아요? 프리우스 50 mpg 면 효율 좋죠. 그럼 전기차 3.5 mile / kWh 는 효율이 좋은 차일까요? 별로일까요? 전기차 없으신 분들은 아직 감이 없으시리라 봅니다. 그래서, mpge 를 만든거죠.
그리고, 이전에 마모글에도 나왔지만, 현실 세상에서는 mpg vs mpge 비교가 실제 돈으로 따지면 비교가 잘 안되는 것도 아실겁니다. gas 값하고, 전기 값하고 제각각 이니까요.
여기까지는 다들 잘 아시는 이야기인데요..
제가 쓰고 싶은 내용은 돈 문제를 떠나서, 실제로 mpg vs mpge 비교가 공정할까 입니다. 결론은 전혀 아닙니다. 천천히 설명드릴께요.
<본론>
순수 에너지 관점에서 1 갤런 개솔린 태우면 121.3 MJ (mega joule) 의 에너지가 나온다 합니다. 이걸 순수하게 전기로 환산하면 33.7 kWh 가 맞아요.
테슬라 모델 Y의 경우, 배터리 75kWh / 326 mile 갑니다. 그러면 75 kWh / 33.7 = 2.22 갤런 !!!! (테슬라 모델 Y는 겨우 2갤런 정도의 배터리?)
그럼 연비로 따지면 326 miles / 2.22 gallons = 146 MPGe 가 되는거죠. 대충 EPA rating 도 도시는 140 MPGe / 하이웨이는 119 MPGe 로 나오니 계산이 얼추 맞습니다.
그럼 50 mpg 가는 프리우스 같은 차 대비 에너지 효율이 3배 좋은거네요?
맞을까요?
사실 계산이 틀렸습니다. 눈치채신 분들도 계시겠지만, 여기서 우리가 간과한건 1갤런 --> 33.7 kWh 로 100% 효율로 전환한걸 간과한거죠.
즉, 휘발유 차는
탄소 에너지 --> 연소 --> 구동
전기차는
탄소 에너지 --> 발전소 연소 --> 송배전 --> 충전 --> 구동
여기서, 발전소의 100% 효율을 기대할 순 없겠죠?
그래서, 전기차의 MPGe 와 개스차의 MPG 비교는 아무런 의미가 없게 되는거죠...
그럼, 무언가 그런 에너지 발전/변환 효율까지 고려한 비교는 없을까요?
그런, 적당한 차가 있습니다. 지금은 단종되서 없어진 쉐비 볼트이죠.
1세대 쉐비 볼트는 작은 배터리가 있는데.. 너무 작아서 실 배터리 주행거리는 너무 짧구요. (겨우 35마일)
실제 장거리 주행은 휘발유를 태워서 내부에서 발전해서 그걸로 전기 모터를 돌리는 겁니다.
즉, 우리가 원하는 발전소와 전기 자동차 모터의 효율등을 한 차에 다 담고 있는거죠.
1세대 2011년 쉐비 볼트 스펙을 보면
개스 탱크 크기는 9.3 g 입니다. EPA MPGe 는 93 mpge 이구요. 그렇다면 주행거리는 9.3 g x 93 mpg = 865 마일이어야 겠죠?
그런데, 실제 주행거리는 380 마일 입니다. 즉, 개솔린을 100% 다 전기로 바꾸었다면 865마일 달렸겠지만, 실제로는 효율이 44% 정도 밖에 안되네요. ( 40% 수치는 보통 화력 발전소의 효율과 얼추 비슷합니다. 그래서, 맞는 계산.)
그래서, 저는 실제 개스차와 전기차의 효율을 비교한다면 MPGe를 60% 정도는 깍아야 한다고 봅니다.
테슬라 모델 3가 130 MPGe --> 57 mpg 개솔린 차 얼추 비슷하리라 봅니다. 발전소가 비싼 휘발유로 발전을 했다면요.
물론 여기서도 우리가 간과한게 더 있긴하죠. 하나는 전력망 송배전 과정에서의 손실이고..
또 하나는 자동차 내부의 열 발생입니다. 휘발유 연소과정에서 손실은 저절로 열로 변환되고, 다른 말로 하면, 겨울철 난방이 공짜라는거지요.
하지만, 전기차는 난방하면 에너지가 또 들구요..
그럼 전기차 만들지말고 그냥 모두 50 mpg 하이브리드 (프리우스)만 타고 다녀야 할까요?
그건 또 아닌게.. 결국 이건 전기를 어떻게 생산하느냐 인데.. 어떤 지리적으로 유리한 곳들에서는 태양광/수력/풍력등으로 재생 에너지를 공짜? 로 만들 수 있잖아요? 그러니, 그런 재생 에너지가 생산 가능하다면 전기차를 타는게 유리하겠죠.
결국, 미래에는 재생 에너지를 어떻게 잘 생산해 내느냐가 관건이겠죠? 전기차 만드는거야 너무 쉬우니까요..
< 결론>
* 정부의 MPGe 수치는 소비자를 현혹한다. 실제 물리/화학적인 관점에서만 본다면, MPGe 계산시 발전효율을 반드시 고려해야 한다. 현재 MPGe 계산의 100% 개솔린의 전기변환 효율은 어불성설이다. 현재 MPGe 의 40% 정도가 MPG와 비교 타당하다.
* 에너지 관점에서만 본다면, 동일연료 사용시, 비슷한 크기의 차량 비교시 전기차와 하이브리드의 효율은 비슷하다. (모델3 57 mpg, 프리우스 54 mpg). 즉, 모터를 쓰면 뭔가 효율이 엄청 좋아질 것 같다고 착각을 하지만, 대부분의 EV와 Hybrid의 효율 증대는 회생제동 (하이브리드차의 핵심) 때문이다.
* 따라서, 재생에너지를 사용해야만 전기차 전환이 탄소절감/ 에너지 절감에 효과가 있다.
* 그러므로, 낮에만 발전하는 솔라패널은 심야에 충전하는 전기차와 아무런 상관이 없다. 심야 전기 충전을 위해서는 수력/풍력/지열 등등의 밤에도 발전이 되는 전력방식을 써야한다. 또는, 솔라패널을 강제 설치하게 하고, 낮에 전기차를 솔라로 충전하게 한다. 그럼 출근은?
- 끝 -
* 참고 자료
발전소 효율. 송배전 효율
http://insideenergy.org/2015/11/06/lost-in-transmission-how-much-electricity-disappears-between-a-power-plant-and-your-plug/
US EV EPA rating
https://www.fueleconomy.gov/feg/topten.jsp
US 에너지부 차량별 탄소 배출량
https://afdc.energy.gov/vehicles/electric_emissions.html