Economic feasibility and grid benefits of vehicle-to-grid in rental electric vehicle industry in tourism spots

Wonjong Lee, Euncheol Kim, Jonghyeok Han, Wooje Seong, 구윤모 (2025) · energy 335:138054 · DOI ↗

관광지 (제주도) 렌터카 EV 사업 의 V2G 도입 경제성 + 그리드 기여 효과 를 일별 운영 + 연간 투자 통합 모형 으로 분석. 솔라 PV (15 MW) + uni/bi-directional 충전기 최적 mix 식별 — 1,111 시나리오 ( $11 \times 101$ MW 조합) 분석. 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 의 지역 응용 — 제주도 관광 산업의 V2G 사업 모형 정량 청사진.

RQ: 제주도 렌터카 EV 사업의 V2G 도입 이 수익성 + 그리드 효과 에 미치는 영향은? 솔라 PV + 충전기 최적 mix 는?
방법론: 일별 운영 모형 (objective: 일 profit 최대화) + 연간 투자 결정 (CRF capital recovery factor) + 1,111 충전기 mix 시나리오 ( $11 \times 101$ MW)
데이터: 제주도 2023 관광객 도착 분포 + 인구 분포 + 렌터카 사업 위치 + 솔라 PV 발전량 + 한국 전력 시장 SMP
주요 발견: (1) 15 MW 솔라 PV + 최적 충전기 mix 시 렌터카 사업의 V2G 수익성 확보. (2) Bi-directional 충전기의 추가 비용 vs V2G 수익 trade-off — 적정 mix 존재. (3) 관광객 도착 시간 분포 + V2G 가용 시간의 시너지 — 낮 시간 (관광객 운전) ≠ 밤 (V2G 가능).
시사점: 제주도 같은 재생 풍부 + 관광 중심 지역에서 렌터카 EV + V2G 가 지역 에너지 자립 + 사업 수익 동시 달성. 다른 도서·관광지 (마라도, 흑산도) 응용 가능성.

제주도 렌터카 EV + V2G 의 솔라 PV 결합 운영·투자 통합 모형 도식.

요약

이 paper 는 구윤모 · Wonjong Lee 의 3 기 V2G 시리즈 의 지역 응용 — 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 (국가 단위 V2G) 의 제주도 렌터카 사업 응용. 한국 2030 탄소중립 시범 지역 인 제주도의 재생 전력 + EV + V2G 시너지 모형화.

방법론적 핵심은 일별 운영 + 연간 투자 결정의 분리 + 결합. 일별 운영 — 주어진 인프라 (PV + 충전기) 조건에서 일 profit 최대화 (MILP). 연간 수익 — 365 일 profit 합 - 연간 투자 비용 ( $i_{inv} \times \text{Cost}_{inv} \times \text{CRF}_{inv}$ ) (Eq. 68):

\text{Annual Profit} = \sum_d \text{Profit}(d) - \sum_{inv} i_{inv} \times \text{Cost}_{inv} \times \text{CRF}_{inv}

CRF = $\frac{r(1+r)^L}{(1+r)^L - 1}$ — 5% 이자율 + 각 투자 옵션의 lifetime 고려. 1,111 충전기 mix 시나리오 (uni 0-100 MW × bi 0-100 MW, 1 MW 증분) 으로 최적 근사 탐색.

핵심 발견: 15 MW 솔라 PV + 최적 충전기 mix 시 수익성 확보. Bi-directional 충전기는 추가 비용 (uni 대비) 이 있어 너무 많이 설치하면 수익성 저하, 너무 적으면 V2G 잠재 활용 못함. 적정 mix 존재.

관광객 도착 시간 분포 (Fig. 5) + 인구·렌터카 위치 (Fig. 6) 를 통합해 공간-시간 차원의 V2G 운영 — 관광객이 낮에 운전 (V2G 불가), 밤에 호텔 주차 (V2G 가능) — 자연스러운 운영 패턴.

구윤모 의 연구 궤적 안에서 이 paper 는 3 기 V2G 시리즈의 지역 응용, 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 (국가 단위) + Ex-ante Evaluation of Profitability and Government's Subsidy Policy on Vehicle-to-Grid System (V2G 시작 2012) 의 V2G 12 년 아크 의 적용 사례.

핵심 결과

항목	값
솔라 PV (가정)	15 MW
충전기 mix 시나리오	1,111 ( $11 \times 101$ MW)
Bi-directional 충전기 trade-off	추가 비용 vs V2G 수익
최적 충전기 mix	존재 (sweet spot)
관광객 도착 시간 + V2G 시간	시너지 (낮 운전, 밤 V2G)

방법론 노트

일별 운영 모형 (mixed-integer-linear-programming):

\max_{\text{충전·V2G 결정}} \text{Profit}(d) \quad \text{s.t.} \quad \text{전력 균형, SoC 제약, 관광객 운전 수요}

연간 결정 (Eq. 68):

\text{Annual Profit} = \sum_d \text{Profit}(d) - \sum_{inv} i_{inv} \times \text{Cost}_{inv} \times \text{CRF}_{inv}

capacity-recovery-factor CRF = $\frac{r(1+r)^L}{(1+r)^L - 1}$ (5% 이자율, lifetime L). Brute-force 탐색 — 1,111 시나리오 시뮬레이션으로 near-optimum 충전기 mix.

식별 가정: (i) 관광객 도착 분포 + 인구 분포 외생, (ii) PV 발전량 외생 (날씨), (iii) 한국 전력 시장 SMP 의 일관성.

연구 계보

이 paper 는 (i) 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 의 V2G ESS 대체 직접 선행, (ii) Brouwer et al. (2016) 의 V2G 통합 시스템 라인, (iii) 제주도 2030 탄소중립 시범 지역 정책 — 의 결합. 구윤모 의 연구 궤적 3 기 V2G 시리즈 의 지역 응용.

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