도심항공교통(UAM) 기체 충전 인프라: 초고속 충전 기술 실증

1. 도심항공교통(UAM) 기체 충전의 특성과 인프라 

도심항공교통(UAM, Urban Air Mobility)의 핵심은 전기 기반의 수직이착륙기, 즉 eVTOL 기체다. 이 기체들은 기존의 내연기관 항공기와 달리 배터리 전력만으로 작동하기 때문에, 충전 인프라는 UAM 상용화에 있어 비행 안전성과 운용 효율성을 좌우하는 핵심 요소이다. 특히, 도심 상공을 수시로 오가는 항공기가 하루 수십 회 이상 왕복 운항을 하려면, 기체의 충전 속도와 충전 인프라의 접근성, 안정성이 확보되야 한다. UAM 기체는 일반 전기차에 비해 훨씬 더 높은 전력 용량을 필요로 한다. 
예를 들어, eVTOL 1대가 한 번 비행에 사용하는 에너지는 약 200~500 kWh 수준으로, 이는 전기 승용차의 5배 이상에 해당한다. 또한, 비행 중에는 이착륙 시 강한 추력이 요구되기 때문에 전력 소비 패턴이 매우 급격하고 단기적이다. 이로 인해, 기존의 전기차 충전소 개념을 그대로 적용할 수 없고, 고출력, 단시간 충전이 가능한 초고속 충전 기술이 필수적으로 요구된다. 게다가 UAM은 지상 공간이 아닌 상공과 버티포트(Vertiport) 중심으로 운용되므로 전통적인 충전 인프라와는 완전히 다른 방식이 필요하다.

버티포트는 한정된 공간에 다수의 기체가 수시로 착륙하고 이륙하는 구조이며, 충전 과정이 지연되면 전체 운항 일정에 큰 영향을 미칠 수 있다. 따라서 UAM 충전 인프라는 빠른 회전율, 에너지 효율, 자동화 기술을 모두 갖춰야만 실제 운용 환경에 적합하다고 볼 수 있다.

 

2. 초고속 충전 기술 개발 동향과 기술적 특징

UAM 충전 기술은 현재 고속 충전에서 한 단계 더 진화한 초고속 충전(Ultra-Fast Charging) 기술 중심으로 개발되고 있다. 이는 단순히 충전 속도를 높이는 것이 아니라, 배터리 수명, 열 안정성, 에너지 공급 인프라와의 연동까지 포함하는 복합 기술이다. 현재 주요 기업들이 개발 중인 초고속 충전 시스템은 800V~1,000V급 고전압, 수백 암페어(A)의 전류를 동시에 공급할 수 있는 설계를 채택하고 있으며, 5~10분 이내에 80% 이상 충전이 가능한 기술을 목표로 하고 있다. 특히, 액체 냉각 방식의 충전 커넥터와 고전압 절연 보호 시스템이 도입되어, 배터리가 과열되지 않도록 하면서도 빠르게 충전할 수 있도록 설계되고 있다. 대표적인 기술로는 미국의 Joby Aviation이 NASA와 협력하여 개발 중인 초고속 접촉식 충전 시스템이 있다.

이 시스템은 기체가 착륙한 직후 자동으로 충전 패드와 연결되어 5분 이내에 비행에 필요한 전력을 공급할 수 있으며, 충전 중에도 기체 상태 모니터링이 동시에 이루어진다. 또한, 무선 충전(Wireless Charging) 기술도 실험 단계에 있다. 기체 바닥과 착륙 패드 사이에 전자기 유도 방식으로 전력을 공급하는 구조로, 충전용 커넥터의 손상 위험을 줄이고 자동화를 극대화할 수 있는 장점이 있다. 이 기술은 아직 상용화까지 시간이 필요하지만, 자율 이착륙과 연계한 완전 무인 충전 시스템의 기반이 될 수 있다. 이 외에도, 일부 도시는 에너지 저장장치(ESS)와 연계한 UAM 충전소 개념을 도입하고 있다. 버티포트 내에 태양광, ESS를 결합한 소형 마이크로그리드를 구성함으로써 전력망의 부하를 줄이고 재생에너지와의 연계를 통해 탄소중립에도 기여하는 모델이다.

 

3. 실증 사례와 충전 인프라 구축의 전략적 과제

실증 단계에서도 다양한 충전 인프라 모델이 시험 중이며, 이는 앞으로의 UAM 상용화를 위한 중요한 전초 작업으로 평가받고 있다. 예를 들어, 독일 볼로콥터(Volocopter)는 2022년 싱가포르 마리나베이에서 실제 비행과 동시에 충전 인프라 실증을 실시했다. 이 프로젝트에서는 모듈형 이동식 충전 시스템(Mobile Charger)이 도입되어, 기체가 착륙한 후 전용 차량이 충전 케이블을 자동 연결하는 방식으로 운용되었으며, 도심 환경에서 충전 인프라의 유연성 확보 가능성을 확인한 사례다. 

한국에서도 국토교통부 주도 하에 K-UAM 그랜드 챌린지 사업이 진행 중이며, SK E&S, 한국전력, 현대차 등 에너지 및 모빌리티 기업이 협력하여 버티포트 전용 충전소 실증 플랫폼을 구축 중이다. 이 사업은 전력 공급망, 충전기기, 에너지 저장 장치, IoT 기반 모니터링 시스템까지 통합된 충전 인프라 체계를 개발하고 있다. 하지만 충전 인프라 확산에는 몇 가지 구조적 과제도 존재한다. 우선, 고출력 전력망 구축이 도시 내에서 쉽지 않다. 수백kW급 전력을 한 번에 공급하기 위해서는 전력 케이블, 변전설비, 안정된 전압 공급이 필수인데, 도심 공간은 이미 포화 상태이기 때문에 설비 확장이 어려운 경우가 많다. 또한, 충전 인프라 설치 비용도 만만치 않다.
기체 1대당 전용 초고속 충전기를 배치해야 하는 경우, 단일 버티포트당 수십억 원 규모의 초기 투자가 필요하며, 운영 효율을 높이기 위한 공유형 충전 시스템, 예약 기반 충전 스케줄링 등 스마트 운영 기술이 병행되어야 한다. 결국 UAM 충전 인프라는 단순히 '전기를 공급하는 설비'가 아닌, 스마트 에너지 시스템, 기체 상태 진단, 자율 운항 연계 플랫폼으로 진화해야 하며, 이를 통해 UAM의 상업성과 지속 가능성이 결정될 것이다.