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type: paper
slug: wonjong-lee-2024-v2g-ess-alternative
title: >-
  Vehicle-to-grid as a competitive alternative to energy storage in a
  renewable-dominant power system: An integrated approach considering both
  electric vehicle drivers' willingness and effectiveness
authors:
  - '[[wonjong-lee]]'
  - '[[jongroul-woo]]'
  - '[[yong-gun-kim]]'
  - '[[yunmokoo]]'
year: 2024
venue: '[[energy]]'
volume: '310'
pages: '133194'
doi: 10.1016/j.energy.2024.133194
categories:
  - '[[consumer-choice-research]]'
  - '[[energy-economics]]'
methods:
  - '[[discrete-choice-experiment]]'
  - '[[k-medoids-clustering]]'
  - '[[mixed-integer-linear-programming]]'
  - '[[mixed-logit]]'
themes:
  - '[[vehicle-to-grid]]'
  - '[[energy-storage]]'
  - '[[renewable-power-system]]'
  - '[[battery-degradation]]'
aliases: []
last_updated: '2026-05-20T02:07:35+09:00'
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# Vehicle-to-grid as a competitive alternative to energy storage in a renewable-dominant power system: An integrated approach considering both electric vehicle drivers' willingness and effectiveness

*[[wonjong-lee]], [[jongroul-woo]], [[yong-gun-kim]], [[yunmokoo]] (2024)* · [[energy]] 310:133194 · [DOI ↗](https://doi.org/10.1016/j.energy.2024.133194)

> [[junhee-hong-2012-v2g-subsidy-ex-ante]] (2012 V2G) 의 *12 년 아크 완성*. **소비자 V2G 참여 의향 + 전력시스템 ES-CEP 통합** — *시간 가변 참여 의향* 을 *capacity expansion problem* 에 *동시* 입력. **결과: EV 의 *4.5-15.3% 만 V2G 참여* 해도 *최적 ESS 용량 36.5-60.6% 절감*, *총비용 3.35% 절감*, *peak netload 18.5% 감소***. V2G 가 *ESS 의 경제적 대체* 임을 정량 입증.

- **RQ**: V2G 가 *ESS (energy storage)* 의 *경제적 대체* 가 될 수 있는가? *EV 운전자의 시간 가변 참여 의향* 이 *전력시스템 최적 설계* 에 어떤 영향?
- **방법론**: [[discrete-choice-experiment]] (V2G 참여 의향, 시간대별) + [[k-medoids-clustering]] (참여자 분류) + [[mixed-integer-linear-programming]] ES-CEP (Energy Storage Capacity Expansion Problem) 통합
- **데이터**: 한국 EV 운전자 DCE + 한국 전력시스템 (PV, 풍력, fossil, nuclear) + 보상 수준 시나리오 (EC 1.0-3.0, DC)
- **주요 발견**: (1) **EV 의 4.5-15.3% V2G 참여 (EC 1.0) → 최적 ESS 용량 36.5-45.6% 절감 (전력), 39.6-60.6% (에너지)**. (2) **Peak netload 18.5% 감소** (266 MW). (3) **총비용 3.35% 절감** (V2G enrollment 보상 + 6 USD/MWh 배터리 노화 고려). (4) **DC scheme (시간 가변 보상)** > **EC scheme (균등 보상)** — DC 20,000 KRW/월 (저녁+밤) > EC 3.0 30,000 KRW/월. (5) 야간 V2G 참여자의 *capacity fade 0.92%/년*, 연 *636,749 KRW arbitrage + 보상 수익*.
- **시사점**: V2G 가 *ESS 의 경제적 대체* — 신규 *대용량 ESS 투자 부담 완화* 가능. *DC (시간 가변) 보상 설계* 가 *효율적 V2G 공급 확보* 의 핵심. *전기차 + 재생 전력* 의 *통합 정책 패키지* 필요.

![V2G 가 재생 우위 전력시스템에서 ESS 의 경제적 대체가 됨을 보이는 통합 분석 프레임 도식.](/papers/202411_LeeW_Vehicle_to_grid_as_a_competitive_alternative_to_energy_storage_in_a_renewable_dominant_power_system_An_integrated_approach_considering_both_electric_vehicle_drivers_willingness_and_effectiveness/fig1.jpeg)

## 요약

이 paper 는 [[yunmokoo]] 의 *3 기 (2022-2026) V2G 정점 작업* — [[junhee-hong-2012-v2g-subsidy-ex-ante]] (2012) 의 *12 년 아크 완성*. 2012 paper 가 *V2G 의 경제성 ex-ante 평가* 였다면, 본 paper 는 *V2G 의 ESS 대체 효과* 를 *소비자 참여 의향 + 전력시스템 최적화 결합* 으로 정량.

방법론적 핵심은 *3 도구 결합*:

(i) **[[discrete-choice-experiment]] (DCE)** — EV 운전자의 *시간대별 V2G 참여 의향* 추정. 저녁 (18:00-22:00) + 밤 (22:00-06:00) 가 *상대적으로 높은 참여 의향*, 출근/외출 시간대 (오전·오후) 는 *낮음*.

(ii) **[[k-medoids-clustering]]** — 참여 패턴별 EV 운전자 분류. 일별 charging + driving 패턴이 다양해서 *대표 운전자 (medoid)* 추출.

(iii) **[[mixed-integer-linear-programming]] ES-CEP** — Energy Storage Capacity Expansion Problem. V2G 참여를 *시간 가변 supply* 로 입력하고, *최적 ESS 용량 + 발전 mix* 동시 결정.

핵심 발견:

(i) **EV 4.5-15.3% V2G 참여로 ESS 용량 36.5-60.6% 절감**: 즉 *V2G 4.5% 만으로도 ESS 의 1/3 이상 대체*. ESS 의 *capital 비용 절약* 이 *V2G 보상 비용* 보다 큼.

(ii) **DC (시간 가변) > EC (균등) 보상 설계**: DC 20,000 KRW/월 (저녁 + 밤 한정) 이 EC 3.0 30,000 KRW/월 (균등) 보다 *더 많은 참여자* 확보 — *시간 가변 시그널이 효율적*. 저비용으로 같은 효과.

(iii) **장기 ESS (CAES) vs 단기 ESS (LiB)**: V2G supply 증가 시 *장기 ESS 일관 감소*, 단기 ESS *상대적 유지* — V2G 가 *장기 storage 의 대체*.

(iv) **총비용 3.35% 절감, peak netload 18.5% 감소 (266 MW)**: 시스템 효율 + 환경 효과의 정량 입증.

(v) **배터리 노화**: 야간 V2G 참여 시 *capacity fade 0.92%/년* — 합리적 수준. 연 *636,749 KRW* arbitrage + 참여 보상 수익. *경제성 확보*.

[[yunmokoo]] 의 *연구 궤적* 안에서 이 paper 는 *3 기 V2G 정점*, [[junhee-hong-2012-v2g-subsidy-ex-ante]] 의 *12 년 후 완성형*. 후속 [[wonjong-lee-2025-v2g-rental-tourism]] (2025 관광지 V2G) 와 *V2G 정책 응용 시리즈*.

## 핵심 결과

| 항목 | 값 |
|---|---:|
| V2G 참여 EV 비율 (EC 1.0) | **4.5-15.3%** |
| 최적 ESS 용량 절감 (전력) | **36.5-45.6%** |
| 최적 ESS 용량 절감 (에너지) | **39.6-60.6%** |
| Peak netload 감소 | **18.5%** (266 MW) |
| 총비용 절감 | **3.35%** |
| 야간 V2G 참여자 capacity fade | 0.92%/년 |
| 연 arbitrage + 보상 수익 | 636,749 KRW |

| 보상 scheme 비교 | 비용 | 효과 |
|---|---|---|
| EC 3.0 (균등 30,000 KRW/월) | 높음 | 중 |
| **DC (저녁+밤 20,000 KRW/월)** | **낮음** | **높음** |

## 방법론 노트

[[discrete-choice-experiment]]: 시간대 (오전/오후/저녁/밤) × V2G 참여 여부 + 보상 + SoC after V2G + V2G 시설 접근성 의 trade-off.

[[k-medoids-clustering]]: EV 운전자의 *주별 driving + charging 패턴* 을 PAM 알고리즘으로 *typical medoids* 추출.

[[mixed-integer-linear-programming]] ES-CEP:

$$
\min \sum_t (\text{InvCost}_t + \text{OpCost}_t + \text{V2G\_Compensation}_t)
$$

s.t. 시간 $t$ 의 *공급 - 수요 = 0* 균형, ESS 용량 제약, V2G 시간 가변 공급 $\leq$ 참여 EV × max discharge rate, 발전 mix capacity.

식별 가정: (i) DCE 응답이 실제 V2G 참여 근사, (ii) k-medoids 가 *대표 운전자* 정확 추출, (iii) MILP 의 *수렴*.

## 연구 계보

이 paper 는 (i) Kempton & Tomic (2005) 의 *V2G 원본 이론*, (ii) Brouwer et al. (2016) 의 *V2G 시스템 효과 시뮬레이션*, (iii) [[junhee-hong-2012-v2g-subsidy-ex-ante]] (V2G 한국 ex-ante) 직접 선행 — 의 결합. [[yunmokoo]] 의 *연구 궤적* *3 기 V2G 정점*, [[junhee-hong-2012-v2g-subsidy-ex-ante]] 의 *12 년 아크 완성형*.

## See also

- [[yunmokoo]]
- [[wonjong-lee]]
- [[jongroul-woo]]
- [[discrete-choice-experiment]]
- [[mixed-integer-linear-programming]]
- [[k-medoids-clustering]]
- [[vehicle-to-grid]]
- [[energy-storage]]
- [[energy]]
- [[junhee-hong-2012-v2g-subsidy-ex-ante]]
- [[wonjong-lee-2024-environmental-tou]]