전기차의 연비 효율성, 내연기관차와 비교해보니

1. 전기차와 내연기관차의 에너지 구조 차이

1) 전기차의 동력 전달 구조

전기차는 배터리에 저장된 전기에너지를 차량 하부에 위치한 모터를 통해 회전 에너지로 변환하고, 이를 바퀴에 전달함으로써 움직입니다. 이 과정은 매우 직관적이며, 에너지 손실이 극히 적습니다. 전기차는 내연기관차와 달리 복잡한 엔진 구조나 다단 변속기를 필요로 하지 않으며, 모터 하나로 구동이 가능한 단순한 메커니즘을 갖추고 있습니다. 이러한 구조는 정비가 용이하고 부품 마모가 적다는 장점도 함께 제공합니다. 무엇보다 전기 모터는 즉각적인 토크(회전력)를 제공하기 때문에 초기 가속 성능이 뛰어나며, 에너지 효율성이 탁월합니다. 이러한 구조적 특성 덕분에 전기차는 도시 주행뿐 아니라 언덕길 등 다양한 환경에서도 안정적이고 경제적인 주행을 가능하게 합니다.

2) 내연기관차의 에너지 손실 구조

내연기관차는 석유 기반 연료(휘발유, 경유 등)를 연소시켜 발생하는 열에너지를 피스톤 운동을 통해 기계적 에너지로 바꾸고, 이를 다시 회전 운동으로 변환해 바퀴를 움직이는 방식입니다. 이 과정은 여러 단계를 거치기 때문에 에너지 전달 과정에서 많은 손실이 발생합니다. 일반적으로 내연기관차는 연료 에너지의 약 70%가 열 형태로 손실되며, 실제 차량 구동에 사용되는 에너지는 전체의 약 20~30%에 불과하다는 연구 결과가 다수 존재합니다. 또한 엔진 마찰, 배기 손실, 냉각 시스템에서의 열 손실 등 여러 요소가 연비를 낮추는 주요 원인이 됩니다. 이처럼 구조적인 비효율성은 내연기관차가 전기차에 비해 연비 경쟁력에서 밀리는 핵심 요인이 됩니다.

전기차와 내연기관차의 에너지 효율 비교

항목	전기차	내연기관차
에너지 전달 방식	전기에너지 → 전기모터 → 바퀴	연료 연소 → 열에너지 → 기계에너지 → 바퀴
에너지 손실률	약 10~20%	약 70%
실제 바퀴 동력 전달률	약 80~90%	약 20~30%
구동계 구조	단순 (모터 중심)	복잡 (엔진 + 변속기)

2. 연비 단위와 계산 방식의 차이

1) 전기차의 연비 계산: kWh/100km 또는 km/kWh

전기차의 연비는 연료 대신 전기를 사용하기 때문에, 연비의 개념도 약간 다릅니다. 가장 일반적으로 사용되는 단위는 ‘1킬로와트시(kWh)의 전기로 몇 km를 주행할 수 있는가’를 의미하는 km/kWh입니다. 예를 들어 어떤 전기차가 1kWh로 6km를 주행한다면, 해당 차량의 연비는 6km/kWh입니다. 반대로 100km 주행 시 몇 kWh의 전기를 사용하는지를 나타내는 kWh/100km 단위도 있으며, 이 수치가 낮을수록 효율이 높습니다. 이처럼 전기차의 연비는 전기 사용량을 기준으로 하며, 지역별 전기요금에 따라 실제 운용 비용이 크게 달라질 수 있습니다. 또한 전기차는 주행 조건, 외기 온도, 탑승 인원 등의 환경 요인에 따라 연비 편차가 발생하기도 하므로 사용자의 주행 습관도 중요한 요소입니다.

2) 내연기관차의 연비 계산: km/L 또는 L/100km

내연기관차는 ‘리터당 몇 km를 달리는가(km/L)’를 연비 지표로 사용합니다. 이 방식은 우리나라에서 가장 널리 쓰이며, 차량 구매 시 주요 참고 요소로 작용합니다. 유럽이나 일부 국가에서는 ‘100km 주행 시 소비되는 연료량(L/100km)’을 기준으로 하기도 합니다. 예를 들어, 100km 주행에 7.5L의 연료를 소모한다면 연비는 7.5L/100km입니다. 내연기관차의 연비는 엔진의 배기량, 차량 중량, 변속기의 종류, 타이어 마찰력 등에 영향을 받으며, 외부 온도나 연료 품질 등도 변수로 작용할 수 있습니다. 또한 연비는 실제 운전 환경에서 제조사 제공 수치와 차이를 보이기도 하므로 실측값이 중요합니다.

전기차와 내연기관차의 연비 단위 비교

차종	연비 단위	표기 방식	예시
전기차	km/kWh 또는 kWh/100km	전기 에너지 사용량 기준	6.0 km/kWh / 15 kWh/100km
내연기관차	km/L 또는 L/100km	연료 소비량 기준	13.0 km/L / 7.7 L/100km

3. 실제 운행 환경에서의 연비 효율 비교

1) 도심 주행에서 전기차의 우위

도심에서의 주행은 정차와 출발이 빈번하고, 속도 변화가 잦기 때문에 전기차의 회생 제동 시스템이 큰 장점을 발휘합니다. 회생 제동이란 감속 시 바퀴의 회전력을 전기 모터를 통해 역방향으로 작동시켜 에너지를 배터리에 다시 저장하는 기술로, 전기차만의 독보적인 에너지 회수 방식입니다. 덕분에 도심 주행에서는 에너지 손실을 최소화하고 연비를 크게 개선할 수 있습니다. 또한 전기차는 공회전 시 전기를 거의 사용하지 않기 때문에 교통 체증 상황에서도 연료 낭비가 발생하지 않습니다. 이처럼 도심과 같이 저속, 간헐적 주행 환경에서는 전기차의 에너지 효율이 내연기관차보다 훨씬 높게 나타납니다.

2) 고속 주행에서는 효율 차이 감소

고속도로에서 일정한 속도로 주행할 경우, 내연기관차는 연료 효율이 개선됩니다. 엔진이 가장 효율적으로 작동하는 회전수(RPM)에서 일정하게 유지되면 불필요한 연료 소비가 줄어들기 때문입니다. 반면 전기차는 고속 주행 시 바람 저항과 모터의 부하가 증가하면서 배터리 소모량이 늘어납니다. 특히 고속에서의 회생 제동 기회는 거의 없어 에너지 회수 이점도 사라지게 됩니다. 그럼에도 불구하고 전기차는 여전히 기본적인 에너지 전달 효율이 높기 때문에 전체적인 연비 효율에서는 내연기관차와 비슷하거나 더 나은 성과를 내는 경우가 많습니다. 다만, 고속 주행 위주인 사용자는 전기차 주행 거리 감소를 고려할 필요가 있습니다.

주행 환경에 따른 연비 효율성 비교

주행 환경	전기차 효율	내연기관차 효율
도심 주행	매우 효율적 (회생제동 + 정속 주행에 적합)	비효율적 (잦은 정차와 재가속으로 연비 하락)
고속 주행	효율 소폭 감소 (배터리 소모 증가)	효율 향상 (엔진 효율 극대화)
혼합 주행	높은 평균 효율 유지	환경에 따라 큰 편차 발생

4. 유지비 측면에서 본 연비 경제성

1) 연료 비용 비교

전기차의 가장 큰 장점 중 하나는 주행 시 소요되는 연료비, 즉 충전 비용이 매우 낮다는 점입니다. 한국 기준으로 보면, 전기차는 kWh당 평균 180~250원의 전기요금을 적용받으며, 일부 심야 시간에는 이보다 훨씬 저렴한 요금으로 충전이 가능합니다. 예를 들어, 1kWh로 5km를 주행할 수 있는 전기차의 경우, 1km 주행에 약 36~50원의 전기료가 발생합니다. 반면, 휘발유 차량은 평균적으로 리터당 1,700원 수준이며, 연비가 13km/L인 경우 1km당 약 130원이 필요합니다. 이는 동일한 거리 기준으로 전기차가 내연기관차보다 연료비에서 2.5~3.5배가량 저렴하다는 것을 의미합니다. 더 나아가, 급속 충전과 완속 충전에 따라 비용 차이가 존재합니다. 급속 충전기는 kWh당 300원 이상이 부과될 수 있지만, 완속 충전기를 자택이나 직장에 설치해 활용하는 경우 충전 비용을 대폭 줄일 수 있습니다. 반면, 내연기관차는 국제 유가 변동, 정유사 마진, 세금 등으로 인해 연료비 예측이 어렵고 유가 상승 시 주행 비용 부담이 커지는 구조입니다. 또한 정부나 지자체에서 운영하는 공공 충전소는 무료 또는 저렴한 비용으로 제공되는 경우가 있어, 이를 적극적으로 활용하면 전기차 운용비 절감 효과는 더욱 극대화됩니다.

2) 정비 및 관리 비용 절감

전기차는 구조적으로 단순하여 유지보수가 적게 들고, 정비 항목이 매우 제한적입니다. 내연기관차는 엔진오일, 미션오일, 냉각수, 타이밍벨트, 스파크 플러그 등 다양한 부품의 정기적인 교환이 필수입니다. 엔진 자체가 열과 마찰에 의한 마모가 심하며, 복잡한 구성으로 인해 고장이 발생할 확률도 높습니다. 반면 전기차는 엔진이 아닌 전기모터를 사용하며, 내부에 움직이는 부품의 수가 훨씬 적습니다. 이에 따라 고장 가능성도 낮고, 유지보수 주기도 길어집니다. 예를 들어, 엔진오일 교환 주기가 5,000~10,000km인 내연기관차에 비해 전기차는 해당 정비 항목이 아예 존재하지 않습니다. 변속기 오일이나 머플러 점검, 배기가스 관련 부품 점검도 필요 없습니다. 또한 회생 제동 기능 덕분에 브레이크 패드의 마모 속도도 대폭 줄어들며, 5~6만 km마다 교체가 필요한 일반 차량과 달리 전기차는 10만 km 이상까지도 교체 없이 운행이 가능한 사례가 늘고 있습니다.

전기차와 내연기관차의 주행 비용 비교 (1,000km 기준)

항목	전기차	내연기관차
연료비	약 7,200~10,000원	약 130,000원
정기 정비비	저렴함 (단순 구조)	높음 (다양한 소모품 존재)
부품 교체 주기	느림 (브레이크 패드 예외)	빠름 (엔진오일, 벨트 등)
예상 유지비 (연간 2만km 기준)	약 30~50만 원	약 200~300만 원

5. 향후 기술 발전과 연비 개선 가능성

1) 배터리 효율과 주행거리의 동반 성장

전기차의 초기 단점으로 자주 지적되던 요소는 바로 ‘1회 충전 시 주행거리 부족’과 ‘충전 인프라의 부족’이었습니다. 하지만 최근 몇 년 사이, 리튬이온 배터리 기술의 발전과 함께 고밀도 배터리 소재(예: 전고체 배터리, NCM 811 등)의 도입으로 에너지 밀도가 빠르게 증가하고 있습니다. 이에 따라 1회 충전 시 주행 가능 거리도 꾸준히 향상되고 있으며, 2025년 이후에는 800~1,000km를 주행할 수 있는 모델들이 대중화될 것으로 전망됩니다. 또한 초급속 충전 기술도 발전하고 있습니다. 과거에는 완충에 6~8시간이 소요됐던 충전 시간이, 현재는 30분 이내 80%까지 충전 가능한 차량이 등장하였고, 10분 만에 300km 이상 충전 가능한 시스템도 상용화를 앞두고 있습니다. 이러한 기술은 장거리 운전자의 불안을 해소하고, 전기차의 범용성을 크게 높이고 있습니다. 이외에도 에너지 회수 시스템의 개선, 차량 경량화 기술, 고효율 인버터 기술 등 전기차의 에너지 효율을 끌어올릴 수 있는 다양한 연구가 활발히 진행되고 있어, 향후 전기차의 연비는 지금보다 훨씬 더 좋아질 가능성이 큽니다.

2) 내연기관차의 마일리지 개선 한계

내연기관차는 이미 수십 년간 기술의 정점을 향해 달려온 결과, 연비 개선 여력이 점점 줄어들고 있는 상태입니다. 특히 유로6, CAFÉ 기준 등 전 세계적인 환경 규제가 강화되면서, 엔진 출력과 연비를 동시에 개선하기는 어려워졌습니다. 때문에 자동차 제조사들은 플러그인 하이브리드(PHEV), 마일드 하이브리드(HEV), 또는 완전 전동화로 전환하는 방향을 선택하고 있습니다. 하이브리드 차량은 연비 개선 효과가 뛰어나지만, 여전히 엔진을 기반으로 하기 때문에 구조적 복잡성과 유지비 부담이 존재합니다. 게다가 배출가스를 완전히 제거하지는 못하므로 친환경성에서도 전기차에 밀릴 수밖에 없습니다. 결국 내연기관의 발전 여지는 한계가 있으며, 탄소중립 및 지속가능한 모빌리티 전환을 위해서는 전기차가 주류가 될 수밖에 없습니다. 전기차는 초기 구매비용과 충전 인프라의 불편함이 여전히 존재하지만, 장기적으로 볼 때 연료비와 유지비 절감 효과가 크고, 시간이 지날수록 기술 발전을 통해 더욱 경제적이고 실용적인 선택지로 자리잡고 있습니다. 특히 도심 위주 운전자, 정기 통근이 필요한 사용자라면 연비 효율 측면에서 전기차를 고려해볼 만한 충분한 가치가 있습니다.