신재생에너지 발전소 위치 선정을 위한 기본 조사 – 기상자원 지도

일반적인 화력 발전소는 증기를 냉각하여 응축하기 위한 냉각수를 얻기 용이한 곳에 설치된다. 원자력 발전소와 석탄화력 발전소가 바닷가에 위치하는 이유가 바로 냉각수를 얻기 용이하기 때문이다. 1929년 한국최초의 발전소인 당인리 화력 발전소(마포구) 역시 한강의 물을 냉각수로 사용하기 위해 한강변에 지어졌다.

이와 같이 신재생에너지 발전의 경우에도 위치 선정이 중요하다. 태양광과 풍력의 경우 증기터빈을 사용하지 않기 때문에 냉각수는 필요 없지만, 일사량이 충분한 곳에는 태양광 발전을, 풍속이 충분한 곳에는 풍력 발전소를 세우는 것이 중요하다.

우리나라에서 태양의 일사량과 풍력에 대한 정보를 얻을 수 있는 곳은 국립기상과학원이며(http://www.greenmap.go.kr/) 자료사용계획서와 보안서약서를 제출하면 정밀도 1kmX1km 해상도의 정보를 얻을 수 있다.

1) 태양광 지도

태양광 발전소 위치 선정을 위해서 가장 중요한 것은 일사량이 얼마나 되는지를 확인 하는 것이 중요하기 때문에 정확한 일사량을 확인하는 것은 태양광 발전소를 건설하는데 중요한 역할을 한다.

국립기상과학원에서는 태양-기상자원지도는 현재 2009년 자료가 제공되고 있다. 이전 자료는 2000년~2009년간의 기상자료가 4kmX4km의 해상도로 작성되었던 것에 비해서 2009년 자료는 1kmX1km 자료로 만들어 졌다. 다만, 2009년 1년간의 자료를 바탕으로 작성되어서 평균적인 일사량을 예측하기에는 어려움이 있다.

해상도가 1kmX1km로 되어 있다고 해서 해당지역에서 일사량을 모두 측정한 것은 아니며, 기본적으로는 수치적으로 계산하여 도출 된 모델이다. 태양에서 지구로 들어오는 과정에 존재하는 기층 및 태양복사 감쇠 성분 등은 경험적인 수치로 결정하여 도출된 자료로 정확도는 떨어질 수 있다. 또한 2009년 1년간의 자료를 바탕으로 계산한 것으로 평균적인 기후 특성은 반영하기 어렵다는 특징을 가진다.

태양광 지도 제작 흐름도
태양광 지도 제작 흐름도(source: 국립기상과학원 http://www.nimr.go.kr/)

수치계산으로 만들어진 자료라고 하지만 국내에 존재하는 지표면 관측자료를 대입하여 보정을 하였기 때문에 일정한 수준의 정확도는 확보하였다고 볼 수 있어서 풍력발전소 건설을 위해서는 필수적으로 확인해야 하는 자료이다.

국내 태양광 지도
국내 태양광 지도(source: 국립기상과학원 http://www.nimr.go.kr)

실제 태양광 지도를 살펴보면 강원영동 지방에는 태양광이 충분하지 않은 것으로 나오는데 이는 산악지형이 많은 지역 특징 때문이라고 볼 수 있다. 서해안 지역에서는 전라북도의 군산, 익산, 전주 지역의 일사량이 높게 나오며, 경상남도 지역에서는 통영에서 대구를 잊는 지역의 일조량이 높은 것을 알 수 있다. 바다의 일조량은 전체적으로 높게 나타나는데 특히 통영 앞바다는 매우 높은 일조량을 보여주고 있다.

소규모 태양광 발전 투자의 경우 일정한 정도의 일사량만 확보해도 괜찮지만 대형 태양광 발전소를 건설하고자 할 때에는 이와 같은 일사량을 반드시 확인하는 것이 필요하다.

2) 풍력

풍력발전은 바람이 일정한 속도로 꾸준히 불어 주는 지역에서 적용이 가능한 발전 방식이다. 최근 문제가 생긴 수자원공사가 아라뱃길에 설치한 2대의 풍력발전기는 풍속이 부족한 지역에 설치하여 발전량이 매우 적은 것으로 나타났다. http://news.kbs.co.kr/news/view.do?ref=A&ncd=3078720

최근 설치 비용과는 차이가 있지만, 300kwh 풍력발전기 2대를 설치하는데 74억원을 들였는데 2014년 2억5천원만의 수익을 내어서 문제가 되었던 사례이다. 기사 내용중에 비용대비 수익이 1.02가 나왔는데 높은 수치가 아니라고 나와 있는데 공공사업의 경우에는 1.0만 넘어도 사업이 진행되는 경우는 많기 때문에 큰문제는 없다. 현재 수자원공사가 풍력발전기를 설치한 곳은 인천 터미널 부근으로 인천공항 고속도로에서 보이며 영종대교 휴게소에서 보이는 곳으로 풍력발전기가 가지는 장식적인 효과를 고려하면 크게 문제 될 상황은 아니라고 본다. 사실 [녹색성장 대한민국]이라고 광고판을 세우려고 해도 수 억원의 비용이 드는데 풍력발전기는 전기도 생산하고 광고판보다 효과적이니 오히려 좋은 사례라고 볼 수 있다.

아라뱃길 풍력발전소
아라뱃길 풍력발전소(source: 다음 지도)

다만, 이 사례에서 우리가 확인해야 하는 것은 풍력자원이 충분하지 못한 곳에 발전소를 세우면 수익성이 매우 낮거나 최악의 경우에는 발전소가 손실을 발생 할 수 있다는 사실이다.

풍력자원에 대한 지도는 역시 국립기상과학원에서 구할 수 있으며 1kmX1km 해상도를 가진다. 풍력자원 지도도 역시 수치적으로 계산해서 만들어진 지도이며 실제 측정된 풍력자원을 바탕으로 정확도를 높였다. 풍력발전소는 보통 지상으로부터 높은 위치에 설치하기 때문에 풍력자원 지도도 지표면에서 50m와 80m 높이의 풍력자원 지도를 제공해 준다.

풍력자원 지도
풍력자원 지도 (source: 국립기상과학원 http://www.nimr.go.kr)

풍력발전은 보통 평균 풍속이 5.0m/sec 즉 초속 5미터의 바람이 있을 때 경제성이 있다고 말한다. (풍력 발전기의 블레이드 등 기술의 발전에 따라 경제 풍속은 낮아지고 있다) 이를 바탕으로 우리나라 지도를 보면 내륙지방은 풍력발전을 적용할 수 없는 지역이다. 예를 들면 서울 강남역에 삼성전자 사옥의 옥상에는 수직형 풍력발전기가 설치되어 있는데 그 높은 빌딩 옥상에서도 평균 5미터의 속도가 안나와서 큰 효용은 없다고 알려져 있다. (*신규 건축물은 따라 일정비율의 신재생에너지 시설 설치가 의무사항임.)

가능한 지역은 주로 해안가를 따라서 분포하며 특히 태백산 지역 일부에서 7m/sec 이상의 풍력자원이 존재하는 것으로 나타난다. 이에 따라 태백산에는 풍력발전 단지가 있으며 대부분의 풍력발전소는 해안가에 위치한다.

풍력 발전소 역시 풍력자원의 영향을 많이 받는 방식으로 발전소 건설 계획전에 해당 지역의 풍력자원 현황을 확인하는 것은 필수라고 하겠다.

비야디 전기차로 본 전기차 산업

이번 중국 주하이(珠海)출장에서 인상적인 것을 보자면 비야디의 전기차 E6가 택시로 많이 운행되고 있다는 것이었다. 국내에서도 택시로 전기차를 사용하는 경우가 있지만, 주하이에 운행되는 전기 택시에 비해서는 훨씬 적은 상황이기 때문에 비야기의 전기차를 택시로 이용하면서 느낀 점을 적어보고자 한다.

비야디 E6 택시(소스: 위키피디아)
비야디 E6 택시(소스: 위키피디아)
  1. 비야디 자동차(BYD:比亚迪汽车)

비야디 자동차는 충전지 제조업체인 비야디 주식회사의 자회사로 자동차 생산회사이다. 비야디 주식회사는 1995년 전지제조업체로 출발하였고 2005년 중국 서부인 시안(西安)의 자동차 제조업체를 인수하면서 자동차 산업에 진출하였다. 2009년까지 매년 100%이상 성장하였고, 3년만에 소형차 부분에서는 중국내 1위업체로 성장하였다.

소형차로는 F3를 가지고 있고, 2008년에는 F3 듀얼모드와 친(秦) 이라는 하이브리드 자동차를 가지고 있고, E6라는 순수 전기차를 2011년 10월에 출시하였다.

워렌버핏의 투자회사로 유명세를 탔지만, 그후 양산체제 구축, 신모델 출시 지연 등의 문제를 가지고 있었다. 하지만 최근 분위기는 비야디 자동차에게 새로운 기회가 나타나고 있다.

최근 시진핑 주석의 중국 과학기술부가 재생에너지 자동차를 대폭 확대하겠다고 발표하며, 2020년까지 신에너지 자동차를 500만대 이상으로 늘리겠다는 계획을 발표하였고, 으에 따라 전기차 충전소도 적극 늘려나가기로 하였다.

또한 최근 LA시에 전기버스 60대를 수주하면서 미국시장에 수출 기회까지 확보하였다. 미국 시장 진출이 상징하는 것은 특허권 등의 문제를 해결하였다는 의미이며, 대부분이 가지고 있는 지적재산권 문제를 가지고 있지 않다는 것으로 볼 수 있어서 앞으로 계속적인 성장을 예상할 수 있다.

  1. 전기차 승차감 등

중국 주하이에 다니는 택시 10대중 2~3대는 비야디의 전기차 E6로 보일 정도로 많은 수의 전기차 택시가 운행하고 있다. 비야디의 E6는 우리나라의 카렌스 정도 크기의 차이며 일반 승용차보다는 크다.

주하이 시의 전기차 택시. 카렌스 정도의 크기이고, 차량 옆에는 '신에너지, 순수전기, 배기가스 제로'의 뜻을 가진 글이 쓰여 있다.
주하이 시의 전기차 E6 택시.
카렌스 정도의 크기이고, 차량 옆에는 ‘신에너지, 순수 전기, 배기가스 제로’의 뜻을 가진 글이 쓰여 있다.
주하이 시에서 전기차 택시를 보는 것은 어렵지 않다.택시는 주로 소형차위주이고, 중형인 EF소나타 택시는 낡았고, E6택시가 크기도 크고 신형이다.
주하이 시에서 전기차 택시를 보는 것은 어렵지 않다.택시는 주로 소형차위주이고, 중형인 EF소나타 택시는 낡았고, E6택시가 크기도 크고 신형이다.

기본적으로 전기차는 소음과 진동이 적다는 특징이 있다. 내연기관의 경우 실리더에서 일어나는 폭발을 이용하기 때문에 소음과 진동이 발생 할 수 밖에 없지만, 전기차의 경우에는 모터를 회전시키는 방식으로 진동이 거의 없으며, 정지 상태에서는 전원이 꺼지기 때문에 역시 진동과 소음이 발생하지 않는다.

전기차에 대한 가장 큰 의문은 가속력이 얼마나 되는가가 가장 궁금했었다. 테슬라와 같은 고급형차야 가속력이 충분하겠지만 일반 승용차는 과연 어떨까 하는 것이 가장 궁금한 점이었다.

비야디의 E6에 운전자를 포함하여 5명(남자 4명 여자1명)이 탄 상태에서 신호대기 후 출발하는 경험을 하였는데, 가속력은 2000cc 휘발유차인 로체보다 강했다. 택시 기사가 얼마나 밟았는지는 모르겠으나, 로체로 5명을 태울 경우 4000~5000RPM으로 밟아도 얻기 힘든 가속력을 보여주었다.

자동차의 정숙성과 적은 진동을 중시하는 한국, 일본, 미국에서는 충전의 용이성과 운행거리 등 몇가지 문제만 해결될 경우에 전기 자동차가 큰 인기를 얻을 수 있을 것으로 예상된다.

  1. 전기차 활성화를 위해 필요한 것

전기차 활성화를 위해 필요한 요소는 크게 보면, 구매가격, 유지비용, 충전의 용이성이 될 것이다.

  • 먼저 구매가격은 우리나라의 전기차를 보더라도 기아의 쏘울 전기차를 살 금액이면 그 윗급의 휘발유차를 살 수 있다. 다른 매리트가 없는 이상에는 전기차를 산다는 것이 자발적으로 경제적 손실을 감수하거나 강제성이 있어야만 가능하다는 것이다. 즉, 전기차를 확대하기 위해서는 정부의 지원금이 파격적으로 제공되어야만 가능하다는 것이다.
  • 유지비용을 생각해보면 전기차에는 배터리교체 비용을 비롯해서 유지보수 비용이 휘발유차에 비해 높은 비용이 필요하다. 이를 보상하려면 휘발유가격에 비해 전기료가 매우 낮아야 하고 이를 위해서는 전기료가 아주 낮거나, 휘발유가 아주 비싸야 하는데 두가지 상황 모두 현실화 하기 어렵다는 단점이 있다.
  • 충전의 용이성도 중요한 이슈이다. 국내에는 전기차 충전소가 부족하며 특히 고속 충전소가 매우 부족한 상황이다. 전기차 고속충전소는 완전방전에서 완전 충전까지 약 30분, 일반 충전소는 약 3시간이 걸린다. 서울시내에서는 그래도 이곳 저곳 고속충전소가 있지만, 서울을 벗어나기만 해도 이마트 등 마트와 군청 등 관공서를 제외하고는 전기차 충전소를 찾기 어려울 뿐 아니라 저속 충전소가 많아서 3시간씩 충전을 해야 하는 상황이다. 휘발유 주유가 5분이내에 끝나는 것에 비하면 말도 안되게 느린 충전속도인 것이다.

필자가 거주하는 강동구 암사동에는 택시회사가 몇 개 있어서 그래도 전기차 택시를 좀 볼 수 있는 편인데 가끔 이마트에서 충전하고 있는 택시 기사를 볼 때는 애처로운 생각이 들 때가 있다.

  1. 테슬라의 무서운 점

테슬라는 충전지 사업과 태양광 사업을 전기차 사업과 동시에 진행을 하고 있다. 이것이 무서운 것이 테슬라는 사업 초기에 전기차 산업의 흐름을 예측하고 그 흐름에 맞는 전략을 세워 높았다는 것이다.

  • 충전 안정성: 미국은 전기시장이 민영화 된 대표적인 나라로 전기사정이 그리 좋은 나라가 아니다. 정전도 잦고 전력의 품질도 낮은데 가격까지 비싼 전력상황에서 생활 필수품인 전기차를 운행하려면 안정적으로 전기를 충전할 수 있는 인프라가 필요하다.

태양광 패널을 설치해서 자체 발전을 해서 정전과 전기료 부담을 덜고, 주택내 전력 저장장치(파워 월)를 구비해서 역시 정전시 자동차가를 쓸 수 없는 상황을 방지하려는 것이다. 고속 충전 기술은 야간에 충전을 한다고 하더라도 스마트폰 충전도 깜빡하는 것이 인간임을 고려 고속 충전기술까지 구비한 것은 전기차 산업의 미래를 깊게 연구한 결과라고 볼 수 있다.

  • 유지 비용 절감: 테슬라의 자동차는 자체 진단 기술을 내장해서 문제가 예상되는 부분을 미리 진단하고 그에 대한 대비를 할 수 있도록 하며, 중앙집중식 관리를 통해 문제 발생을 사전에 방지하는 방식을 취하고 있다. 이러한 방식을 취하는 대표적인 사례를 영화관 디지털 영사기에서 볼 수 있다. 디지털 영사기를 만드는 회사는 세계적으로 몇군데 없는데 24시간 중앙관리를 통해 영사기를 관리한다. 즉, 디지털 영사기는 네트워크를 통해 자신의 상태를 중앙관리소에 전송하고, 중앙관리소에서는 그 정보를 바탕으로 사전점검을 하고 간단한 응급처치까지 가능하도록 하고 있다. 이를 통해 극장은 영사기가 고장나서 상영을 못하는 상황을 방지할 수 있었고 극장 상영시간을 비약적으로 늘릴 수 있고 유지보수 비용을 절감할 수 있게 된 것이다.
  • 배터리 투자:배터리는 전기차 발전에 가장 중요한 요소이다. 부피대비 에너지 용량이 적은 것도 문제이고, 충전을 하는데 오래 걸리는 것도 문제이다. 이 때문에 전기차 업체들은 고밀도 에너지를 가질 수 있는 배터리를 개발하려고 노력중이다. 반면에 테슬라는 전통적인 형태인 리튬이온 배터리를 채택했다. 비록 에너지 밀도가 낮아서 부피도 크고, 무게도 많이 나가지만 자동차 하부에 배치해서 주행안정성을 높였고, 생산방식이 안정되고 대량생산이 가능할 정도로 기술이 발전되어서 상대적으로 저가로 이용이 가능하다. 마지막으로 오랜 시간 사용해온 기술이기 때문에 안전성도 확보가 가능하게 된 것이다. 기가 팩토리라는 세계최대 리튬이온 배터리 공장을 짓고 있어서 향후 배터리 부분에서의 경쟁력도 강화 될 것이다.

한국의 자동차 산업의 위기라는 이야기가 자주 나온다. 특히 현기차가 중국에서 EF소나타를 택시로 판매하면서 엄청난 실적을 거두었던 때와 비교하면 이제는 경쟁자도 많아지고 중국 업체들도 강력해 졌기 때문에 중국시장은 점점 더 어려워 질 것이다. 정부가 자동차 산업의 발전을 원한다면 전기차 인프라 투자에 적극적으로 나서야 한다. 개별기업에 직접적인 도움을 주는 것보다는 전기차 충전소 확충, 전기차 세금 감면 등의 방법을 통해 일반 소비자가 전기차를 선택 할 수 있도록 해주는 것이 중요하다.

또한, 대기오염과 관련해서도 전기차의 비율을 높이는 것이 필요한 때이다. 중국의 샹하이나 베이징의 대기 상태를 보면 중국이 적극적으로 신에너지 차를 장려하는 이유가 바로 느껴진다.

태양광 발전 사업과 은행이자

태양광사업을 비교할 때 은행이자와 비교하는 경우가 많이 있다. 과연 태양광 발전소는 은행이자보다 유리한가에 대해서 확인해 볼 필요가 있다.

먼저 태양광발전 사업을 할 때 중요한 부분은 레버리지를 쓰는 것이다. 레버리지는 전체 금액을 자본금으로 직접 투자하는 것이 아니라, 전체 투자금액의 30%에서 70%까지 은행에서 대출을 받아 투자하는 것이다. 수익이 은행이자와 원금을 상환할 수 있으면 직접 투자할 때보다 많은 수익을 낼 수 있다는 특징이 있다. 또한 원금상환이 끝난 이후에는 더 많은 수익을 낼 수 있어서 인플레이션 등에 의한 실질 수익 하락을 헤지 할 수 있는 장점도 있다.

또한, 전력판매 단가는 일정부분 인플레이션에 따른 물가 상승을 포함할 수 있기 때문에 장기간 투자를 하기에 적합한 특징을 가지고 있다.

반면, 은행이자의 장점은 안정성이다. 은행에 예탁하는 즉시 이자가 발생하기 때문에 인허가 및 시설공사에 따른 지연위험 및 실패위험이 없다는 장점이 있다. 또한 사업 운영과정에서 발생할 수 있는 각종 위험, 수익변화 등의 위험에서 자유롭다는 장점을 가지고 있다. 단점은 은행예금은 인플레이션 등의 물가 상승을 포함하고 있지 않기 때문에 장기간 은행에 예치할 경우 실질적으로는 보유금액의 가치가 하락하는 결과가 발생할 수 있다.

태양광발전소 운영과 은행예금 비교

  1. 태양광발전소: 태양광발전소 투자의 경우에는 50%를 은행에서 받아서 사업을 추진하는 것으로 예상하였다. 과거 태양광 재무예측 내용과 동일하다.(링크)
  2. 은행예금: 은행금리는 2%로 하여 수익성을 계산하였다.
1년차 5년차 10년차 15년차 20년차 25년차 총계
태양광발전

순현금흐름

108,778 111,252 115,146 268,975 272,028 274,581 5,176,930천원
8.7% 8.9% 9.2% 21.5% 21.8% 22.0% 414.2%
은행예금

세전이익

25,000 27,060 29,877 32,986 36,420 40,210 800,757

(20,050,757)

2% 164.1%

표에서 보는 바와 같이 50%를 3.5%금리로 대출해서 10년 상환조건으로 계산하여도 태양광 발전의 순현금 흐름은 자본금의 414.2%에 달하게 된다. 반면 은행예금은 2%금리로 계산하고 이자를 복리로 계산하여도 164.1%정도로 태양광 사업을 하는 것에 비해서 수익성이 매우 낮은 편이다. 만약 이자인 25,000,000원을 사용하는 단리로 계산할 경우에는 더욱 낮은 수치로 나타난다.

시설비용의 50%를 대출 받기 어려워서 30%만 대출을 받거나, 전체 시설비를 자체 조달할 경우에는 어떠한 결과인지를 확인하면 다음 표와 같다.

1년차 5년차 10년차 15년차 20년차 25년차 총계
태양광발전

30%대출

168,898 171,372 175,267 268,975 272,028 274,476 5,778,137천원
9.7% 9.8% 10.0% 15.4% 15.5% 15.7% 330.2%
태양광발전

100%자기

259,080 261.553 265,448 268,975 272,570 274,476 6,679,947천원
10.4% 10.5% 10.6% 10.8% 10.9% 11.0% 267.2%

위 표에서 보이는 바와 같이 100% 자기자본으로 투자를 하더라도 전체 25년간 투자금액 대비 267.2%의 수익을 얻을 수 있다는 결과를 얻을 수 있다. 어떠한 경우에도 사업을 하는 것이 은행에 예금을 넣는 것보다는 좋은 결과를 얻게 된다.

특히, 태양광 발전과 같이 변동비 및 고정비가 거의 없으며 관리가 용이한 사업에는 투자를 하는 것이 좋다는 결과를 얻게 된다.

다만, 발전사업의 경우 SMP와 REC의 변동이 매출액에 큰 영향을 주며 노후 될수록 유지보수비가 많이 들어가는 것이 단점인 만큼 이 부분에 대해서는 투자자의 의사 결정이 필요하다. 여러가지 리스크를 고려하더라도 최근과 같은 저금리 시절에는 태양광사업은 도전해 볼만한 사업이다

태양광 발전소의 운영

태양광 발전소 운영

태양광발전소를 설치하기 위해 고려해야 하는 부분은 그나마 좀 알려져 있지만, 설치 후에 운영하는 부분에 대한 정보는 얻기가 매우 어려운 것이 현실이다. 몇몇 서적에서 알려주고 있기는 하지만 과거에 작성된 것이 많아 현실과 차이가 있는 경우가 있고, 태양광 설비 업체의 경우에는 영업을 위해 사후 관리가 필요 없다고 주장하는 경우가 있가.

이런 상황이다 보니 전문적 지식이 없는 경우 도시전설이나 다름없는 그렇다더라는 이야기를 퍼뜨리는 경우가 많다.

필자의 경우에 태양광발전소를 보유하고 있고 계속 증설하고자 하는 중소기업의 대표이사와 이야기를 하는 동안 실제 태양광발전소 보유자가 시스템에 대한 이해가 전혀 없이 마치 완전 자동화 되어서 아무것도 안해도 되는 것으로 이해하고 있는 등 현실과 괴리를 보이는 경우가 있어서 정리하고자 한다.

태양광발전소 폐허
태양광발전소 실패사례(한국태양광발전 사업자협회)

관리를 하지 않고 버려진 태양광 발전소의 사진이라고 한다.

1. 인버터

태양광발전소에서 가장 큰 문제는 인버터라는 설비이다. 또한  동작정지와 같은 문제가 자주 발생할 수 있기 때문에 신중한 선택이 필요하며 특히 대용량 태양광 발전소에서 더 중요하다.

1) 인버터(Inverter):

인버터는 직류(DC)로 발전 되는 태양광 발전소의 전력을 일반 전신주를 통해 송전하고 사용하기 위해서 고압의 교류(AC)로 변환해주는 장치이다. 교류전압은 220V(단상), 380V(3상), 혹은 그 이상의 전압(100kw~20MW까지는 9kV, 20MW이상 시 154kV)가 정해져 있다.

  • 인버터 효율: 인버터는 전력을 변환하는 과정에서 손실이 발생하는데, 전력손실은 직접적으로 수익성에 연관된다. 일반적인 인버터 효율 98%와 저가형 인버터 95%~97%의 발전 수익은 상당한 차이로 나타날 수 있다. 태양광발전이 생산비용이 거의 없다는 점을 고려하면 인버터의 효율 1%는 수익률 1% 차이로 직접 나타날 수 있다.
  • 인버터 비용: 일반적으로 인버터는 총 공사비용의 10%미만으로 소요된다. 20% 비싼 고효율 인버터를 사용하여도 총 공사비는 2% 차이가 나기 때문에 효율과 안정성을 위해서는 고품질의 인버터를 사용하는 것이 좋다.
  • 인버터 고장 : 인버터는 초기 고장률이 높은 제품으로 태양광발전소가 1년내 문제가 발생하는 확률이 50%인데, 그 중 인버터 문제는 84%에 달한다.
  • AS기간: 태양광 인버터의 AS기간은 보통 3년을 기준으로 추가비용 지불할 경우 연장할 수 있다.
  • 고장: 전력소자의 경우 사용수명이 매우 높게 설정되어 있고 고장 발생확률이 높지만 인버터의 경우 직류를 교류로 바꾸어 주는데 필요한 반도체 소자 및 캐패시터 등의 초기 불량이 문제가 된다.
  • AS수준: 실제적으로 3년 AS기간이면 초기 불량의 문제를 해결 할 수 있다. 하지만, 인버터가 고장 날 경우 수익을 창출 할 수 없기 때문에 고장을 빠르게 확인하고 대응하여 교체 해 줄 수 있는 신뢰성 높은 업체를 선택하는 것이 중요하다.

2) 운영기간 중 인버터 문제

  • 트립: 인버터에 입력되는 전압이 너무 낮거나 너무 높을 경우 인버터는 트립(자동차단)이 발생하게 된다. 이는 인버터가 일정시간 동안 동작을 안하는 경우도 있고 심각할 경우에는 리셋을 해야 하는 경우가 발생한다. 특히 하절기 기온이 높을 경우 태양광패널의 전압이 낮아져 발생하는 경우가 있는데 이럴 경우에는 전력 판매가 불가하여 경제적 손실이 발생 할 수 있다.
  • 운전불량: 최근 인버터는 마이크로 프로세서를 장착하고 최적 운전을 하도록 조정되는 경우가 많지만 이는 운전 오류가 발생할 수 있는 요소가 있다. 경우에 따라서 오동작을 하게 될 경우에는 직접적인 리셋 작업을 수행해야 하는 경우가 있다.
  • 청소: 옥외에 설치되는 인버터의 경우 먼지 또는 습기가 누전의 원인 및 인버터 부품의 온도상승으로 인한 효율 저하를 일으킬 수 있으므로 관리가 필요하다.

2. 태양광 패널 관리

1) 태양광 패널의 물리적 관리:

파손사례
파손사례
  • 파손: 태양광 패널의 제조상의 문제로 인한 파손도 발생하지만 무인으로 운영되는 특징상 장난으로 돌을 던지거나, 주변 공사 등에 따른 낙하물로 파손 되는 경우가 발생한다. 이럴 경우 빠른 교체가 필요하다.
핫스팟
핫스팟
  • 핫 스팟: 태양광 패널은 온도에 따라 효율이 변화 되는데 특이하게 일정 부분이 고온으로 나타나는 경우가 있다. 이런 경우에는 패널의 불량이므로 교체가 필요하다.

2) 환경 및 기후에 따른 관리:

Soiling
Soiling
  • Soiling: 흙먼지, 황사, 송화가루, 낙엽 등이 패널에 붙어 효율을 떨어트리는 경우가 발생한다. Soiling 라고 통칭하여 부르는데 우리나라에서는 계절적 요인이 강하다. 계절별로 적절한 청소를 하는 것이 필요하다. 해외에서는 패널의 재료기술을 발전시켜 이런 soiling을 줄이는 방법을 개발 중인 업체들이 많다.
눈
  • 눈: 역시 soiling 으로 분류 되는 눈이다. 눈의 경우 패널을 가리 상태로 장시간 존재할 수 있으며 겨울철에는 태양광 발전 효율이 높아 적극 활용해야 함에도 눈 때문에 경제적 손실을 입을 수 있다.
그늘
그늘
  • 그늘: 주변의 상황이 변함에 따라 발생하는 문제이다. 주변의 나무가 자라서 그늘을 만들기도 하고, 건축물이 들어서면서 그림자를 만들기도 한다. 우리나라의 경우 산림법에 의해 태양광 발전을 위한 가지치기 등이 어려운 경우가 있으므로 초기에 충분한 대비를 해야 한다. 건축물로 인한 그림자의 경우 직접적인 재산권 침해이지만 보상액 산정 등이 어려운 태양광 발전의 특징상 손해를 입을 수 있다.

3) 온도 관리

온도에 따른 전력 특성
온도에 따른 전력 특성
  •  온도: 태양광 패널은 온도가 높을수록 효율이 올라가는 특성을 가지고 있다. 25도를 기준으로 온도가 1도 상승 할 때마다 MPP(Maximum Power Point)의 전력이 -0.45%씩 낮아지게 된다. 해외에서는 일사량은 많지만 기온이 높은 장소에 태양광발전소를 건설할 경우 태양광 패널에 냉각수를 흘려서 온도를 낮추어 효율을 확보하는 방식을 사용하기도 한다.

3. 관리용역

건물 지붕이나 주차장에 태양광 발전 설비를 설치하는 경우를 제외하고는 일반적으로 태양광 발전소와 그 소유자는 지리적으로 멀리 떨어져 있는 경우가 많다. 반면 최근 각종 통신시설의 발달로 원격지에서도 태양광 발전소의 상태는 쉽게 확인이 가능하게 되었다.

최근 많이 사용되는 방식은 태양광 발전소가 밀집한 지역(1시간~3시간 거리)에서는 태양광 발전소들이 공동으로 관리자를 선정하여 다수의 발전소 관리를 시키기도 한다. 또는 방범업체(S1, KT텔레캅, ADT캡스 등)를 통해 보안 장치와 CCTV를 설치하고 간단한 청소, 인버터 리셋 등을 맞겨서 처리하기도 한다.

4. 결론

태양광 발전소는 상주인원이 필요 없고 전력 생산에 필요한 부가 비용이 없는 특징을 가지고 있다. 하지만 가끔씩 발생하는 트립 복구나 청소 등을 통해 더 효율적으로 발전소를 운영할 수 있는 여지가 있다. 소규모 태양광발전에서는 이러한 비용이 발전량 증가에 따른 수익에 비해 높기 때문에 적용할 수 없지만 일정 규모가 넘어가면 적극적으로 관리를 하는 것이 수익성을 높이는 방법이다.

태양광 발전소 재무모델

재무예측 – 태양광 발전

지난 포스트까지 작성한 바이오매스 발전소 재무모델을 바탕으로 태양광 발전소의 재무모델을 만들어 보자. 목표로 하는 태양광 발전소의 용량은 1MWh 급 발전소이다.

아래와 같은 가정을 가지고 재무모델을 작성한다.

  • 수익에 적용되는 SMP단가는 150원, REC단가는 100원으로 하여 바이오매스 발전에 적용한 수익과 동일하게 적용한다.
  • 태양과 발전소의 시설비용은 태양광 패널 1kWh당 250만원으로 하여 계산하고 발전소의 규모는 1MWh급으로 한다.
  • 태양광 발전소는 소내 소비 전력이 거의 없으나, 기타 장치의 동작 및 기타 손실을 고려하여 매시간 990kWh를 매전하는 것으로 한다.
  • 일간 발전시간은 2시간으로 가정한다. 국내 중부지방에서 일간 발전할 수 있는 시간으로 365일동안 매일 3.2시간 발전을 한다는 의미이다. 남부지방에서는 이보다 많은 시간을 발전한다.
  • 생산인건비는 최저임금 수준으로 1명을 고용하는 것을 가정하였다. 태양광 발전소의 경우 눈, 황사 등을 청소해야 효율이 높게 나므로 정기적인 청소가 필요하다. 상주인원이 없으므로 고장이나 시스템 에러 발생시 관리할 인력 역시 필요하다. 실제로 태양광 발전소 관리 용역업체가 있고, 보안 업체에서 서비스를 지원하는 경우도 있어서 이렇게 큰 비용은 필요 없으나 보수적으로 산정하였다.
  • 보수유지비는 500만원으로 고려하였다. 악천후, 번개, 파손 등의 이유로 패널을 교체할 수도 있고 기타 설비의 고장에 대응하기 위한 비용을 고려하였다. 이 비용을 매년 쓴다기 보다는 적립하여 큰 고장이나 수리 할 때 지출하는 것으로 고려할 수 있다.
  • 측정검사료는 500만원으로 책정하였다. 이 비용 역시 보수적으로 높게 책정하였다. 예상치 못한 비용이 발생하는 것을 고려하여 책정하였다.
태양광발전
태양광발전

변화된 내용은 다음과 같다.

  • 일발전 시간: 3.2시간을 통해 연간 운전시간을 구하였다. 1,168시간이다.
  • 판매 전력량: 시간당 990kW를 발전하여 판매 한다.
  • 삭제: 비용이 발생하지 않는 요소는 0으로 처리하였다. 연료단가, 연료사용량, 약품단가 등이다.
  • 생산인건비: 법정 최저시급을 바탕으로 예측하였다. 연간 2천만원으로 하였다.
  • 측정검사료: 5백만원으로 책정하였다.
  • 감가상각비: 25억원의 시설 비용을 20년에 상각하는 것으로 하였다.
  • SMP, REC상승률: SMP 1%, REC는 0%로 하였다.
  • 물가상승률: 3%로 하였다. 생산인건비에 적용된다.
  • 대출금, 대출금리: 3.5%로 하였다. 대출금은 시설투자비의 50%이다.
  • 시설투자 비용: 1kWh에 250만원으로 계산하였다.

예측 결과

태양광발전의 효과적인 면을 잘 볼 수 있다. 태양광 발전은 고정비용과 변동비용이 없기 때문에 이익이 많이 발생하는 구조이다. 평균적으로 영업이익률이 40%이상으로 나타나고 있다.

  • 프리캐쉬 플로우 시트에서 보면 할인률 8%로 NPV를 예측하면 세전 616,971,535원으로 나오며, 세전 IRR은 9.5%에 달한다.
  • 현금흐름표에서 간략하게 원금을 회수하는 기간을 확인하면 약16차년도에는 세전수익으로 발생하는 현금이 시설투자비용과 비슷하게 발생한다.

추가 고려 사항

  • 토지에 대해 발생하는 재산세 및 태양광발전소 시설에 대해서도 재산세(일부 지자체)를 고려하여야 한다.
  • 약 3MW이하 발전소의 경우 전용선로를 설치하지 않고 전신주를 통해 매전이 가능하다.하지만 전신주에 연결할 수 있는 단자가 없는 경우 자비로 설치를 해야 하는데 이 비용이 높은 편이다.

태양광 발전 분석

  • 현재 은행 금리가 매우 낮은 상황으로 태양광 발전소 투자는 매우 경쟁력 있는 투자 방안이다.
  • 태양광 발전을 다른 사업형태와 비교할 때는 큰 매력이 없을 수 있다. 25억원 투자하여 매출액은 12%이며, 영업이익은 10% 수준으로 다른 투자와 비교하면 매력이 없을 수 있다.
  • 태양광 발전은 다른 투자방안에 비해 적은 매출액과 낮은 수익률을 가지고 있지만, 은행금리보다는 높은 수익성을 가지고 있으며, 특별히 신경을 쓰지 않아도 운영이 가능한 특징을 가진 투자방안이다.
  • 충분한 토지를 가지고 있고, 자금의 여유가 있다면 투자할 가지가 있는 사업이다.
  • 실제 태양광 발전소를 운영하는 사례를 보고 싶을 경우 김지석 영국대사관 기후담당관의 페이스북을 참고하는 것이 좋다.( https://www.facebook.com/jiseok.kim.3954?fref=ts) 약 45평의 지붕에 20kw의 태양광패널을 설치하여 운영 중이다.

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이번 내용의 엑셀파일은 재무예측-태양광.xlsx () 에서 다운받을 수 있다.

계산치가 바뀌지 않을 경우에는 ‘F9′ 키를 눌러서 계산을 수행한다.

위 링크를 클릭하면 아래 그림과 같은 화면이 나온다.

엑셀파일 공유 화면
엑셀파일 공유 화면

빨간색 사각형으로 표시한 파일 이름을 클릭하면, 아래와 같은 화면이 나온다.

엑셀파일 공유-2
엑셀파일 공유-2

현재 파일 공유는 ‘보기’만 가능하기 때문에 웹에서 바로 수정이 불가능하다, 엑셀 프로그램이 깔려 있는 경우에는 빨간 사각형을 눌러 파일을 다운받아 수정 및 작업이 가능하다.

사용하는 컴퓨터에 엑셀 프로그램이 없을 경우에는 원드라이브에 가입(무료)하고 파일을 자신의 계정에 업로드하면 웹에서 수정 및 작업이 가능하다.

2. 국내 전력 수급 현황-(2)

2) SMP결정

SMP는 우리말로 계통한계가격 이라고 하며 System Marginal Price의 약자이다. 발전소에서 전력을 판매하는 가격을 말한다. SMP의 결정은 매시간 발전하고 있는 국내 발전소 중 발전비용이 가장 비싼 발전소의 발전단가를 바탕으로 모든 전력 매입금액을 결정하는 방식이다. 전력 수요가 적을 경우에는 원자력 발전 또는 유연탄 화력발전소만 발전하여 SMP가 낮게 책정되며, 전력수요가 많은 경우 LNG->유류 발전으로 발전소를 가동하게 되어 SMP는 높게 책정된다.

SMP방식은 국가의 안정적인 전력공급을 위해 여러가지 연료를 사용하는 발전소가 필요한데 전력요금을 고정할 경우 연료비용이 비싼 발전소의 건설 및 운영을 기피할 수 있기 때문에 SMP방식으로 발전비용을 충분히 보상하여 여러 종류의 발전소 건설을 유도하고 있다.

2001년 이후 SMP결정 회수를 보면 2003년까지는 수요에 비해 공급이 충분했기 때문에 유연탄 발전소가 SMP가격으로 결정된 경우가 40%에 달하였으나, 2004년 이후 줄어들기 시작하여 2014년에는 유연탄발전은 거의 결정 되지 않았다. 오히려 단가가 가장 높은 유류 발전의 SMP결정회수가 20%에 달할 정도로 나타나 안정적인 전력 공급을 위해 국내의 모든 발전소를 가동하고 있음을 알 수 있다.

LNG발전의 경우 2001년에는 50%이하였으나, 급격히 증가하여 2011년 이후 80~100%로 결정되고 있어, SMP를 결정하는 주요 발전연료가 LNG로 고착되었음을 알 수 있다. 현재 신규 석탄화력발전과 원자력 발전소가 건설 중으로 모두 준공될 경우 유연탄 발전의 SMP결정 비율이 높아질 것으로 예상하고 있다.

SMP결정비율
SMP결정비율

소스: 전력통계 정보 시스템(https://epsis.kpx.or.kr/)

3) REC 거래가격

REC는 Renewable Energy Certificate의 약자이며 신재생에너지 공급인증서로 RPS(Renewable Portfolio Standard:신재생에너지 공급 의무화 제도)에서 사용되는 인증서이다. RPS제도는 국내 신재생에너지 공급을 확대하기 위한 제도로 대형발전사는 특정한 비율로 신재생에너지 발전을 해야 하고 이를 충족하지 못할 시에는 과징금을 부여 받는 제도이다. 대형 발전사가 신재생에너지 발전을 모두 지을 수 없으므로 다른 신재생에너지 발전소가 부여받은 신재생에너지 공급 인증서(REC)를 거래소 또는 장기공급계약을 통해 매입하여 규정을 지키도록 하고 있다. RPS제도에서는 태양광 의무비율을 정하여 REC거래를 태양광REC와 비태양광REC로 나누어 거래하고 있으나 시장의 요구로 태양광REC시장과 비태양광REC시장이 통합될 예정이다.

태양광REC 거래동향
태양광REC 거래동향

소스: 신재생에너지 공급인증서 거래시스템 (https://rec.kpx.info)

REC거래 제도는 2012년 시험적으로 시작하여 2013년 본격적으로 거래를 하였는데, 태양광REC의 경우 1REC당 20만원 이상으로 거래되다 최근 10만원대로 가격이 많이 낮아졌다. 이유는 태양광 발전소가 많이 건설되어 태양광REC의 공급이 많으며, 의무비율을 채울 경우 비싼 태양광REC보다는 저렴한 비태양광REC를 주로 매입하기 때문에 제한된 시장에서 공급과다로 인한 가격하락이 발생하고 있다.

비태양광REC 거래동향
비태양광REC 거래동향

소스: 신재생에너지 공급인증서 거래시스템 (https://rec.kpx.info)

비태양광REC의 경우 2012년에는 4만원대에 거래되었으나, 2013년 말에는 24만원대로 최고치를 경신하였고, 최근 8만원대를 유지하고 있다. 비태양광REC의 경우에는 연말에 가격이 상승하는 시즈널리티를 보여주는데 이는 RPS제도의 마감이 12월 31일이기 때문에 연말에 RPS의무량을 채우려는 대형발전사의 수요가 급등하기 때문으로 분석된다. 아직 거래 기간이 충분하지 않아 시장의 움직임은 계속 확인할 필요가 있다

REC거래동향
REC거래동향

소스: 신재생에너지 공급인증서 거래시스템 (https://rec.kpx.info)

위 그림은 REC거래가 시작된 이후 REC거래 가격의 변화를 보여주고 있다. 태양광REC의 거래가격은 비태양광REC에 비해 일반적으로 높게 생성되며, 단 연말에는 비태양광REC가 높아지는 특징을 보여주고 있다.

REC거래의 특징을 보면 시즈널리티 뿐 아니라 비태양광REC공급이 부족하다는 것을 보여주고 있다. 이를 해소하기 위해 정부는 태양광REC와 비태양광REC 시장을 통합하여 공급을 증가시킬 계획을 가지고 있는데 가격은 전체적으로 하향안정 될 것으로 예상된다.

현재 국내 신재생에너지 발전시장은 주로 태양광 시장을 중심으로 움직이는데, 그 이유는 태양광 발전소 건설이 가장용이하며 자금지원 제도도 풍부하기 때문이다. 풍력, 바이오매스, 폐기물 등은 민원 등의 문제로 신규 건설이 어려운 상황이고 연료전지, 바이오 퓨얼 등은 아직 경제성이 충분하지 못한 것이 신규 발전소 건설을 막고 있다.

태양광 발전의 특징상 발전시간이 한정되어 있어 전력 공급의 안정성을 담보하지 못하는 단점이 있다. 정부는 이를 보상하기 위하여 ESS(Energy Storage System)을 결합할 경우 REC를 더 많이 주는 정책을 취하고 있으나 ESS기술이 아직 안정화되지 않았고 높은 투자비용을 요구하므로 풍력, 바이오매스, 폐기물 등 기술이 안정화 단계인 신재생에너지 발전소 건설을 촉진할 수 있는 지원제도 확보가 필요할 것으로 보인다.

1. 발전소의 역사와 종류

1. 발전소의 역사와 종류

발전은 자연에 존재하는 여러가지 형태의 에너지를 전기 에너지로 바꾸는 과정을 말하며, 발전소는 발전을 시행하는 시설을 말한다. 발전에서 가장 중요한 것은 발전기이며, 코일과 자석으로 구성되어 회전에너지는 전기에너지로 변환하는 것이 일반적이다. 다만 태양광발전의 경우에는 빛에너지를 직접 전기에너지로 바꾸는 경우도 있다.

 1)     발전소의 역사

세계 최초의 발전소는 Lord Armstrong에 의해서 1868년 영국에 건설되었다. 호수에서 끌어온 물을 이용하여 Siemens dynamos를 동작시켜 직류를 생산했다. 이후 공공에서 건설한 발전소는 Edison Electric Light Station으로 런던에 건설되어서 1882년부터 가동하였으며 스팀을 이용한 발전소이다. 미국에서는 1882년 뉴욕에 건설 된 Pearl Street Station이 최초의 발전소이며 1890년 화재로 소실될 때까지 운영되었다.

한국에서는 1887년 대한제국의 경복궁내 건청궁에 전기불을 켜기 위해서 향원정 연못가에 세워졌으며 석탄화력을 이용하였으며, 냉각수를 향원정의 물을 사용하였기 때문에 물고기가 익어서 떠오르는 경우가 있었다고 한다. 1898년에는 한성전기회사가 최초로 설립되어 국내 첫번째 전기회사로 설립되었으며, 배전시설을 설치하여 가정과 사무실 등에 전력을 공급하는 역할을 하였다.

2)     발전소의 분류

(1) 화력발전소: 화력발전은 연료를 연소하여 발생한 열을(스팀, 가스 등) 터빈에서 회전 운동에너지로 전환하고 회전운동에너지를 전기에너지로 바꾸는 방식을 말한다. 화력발전소는 다시 아래와 같이 분류가 가능하다.

  • 기력발전소: 열을 고온고압의 스팀으로 만들어 증기 터빈(Steam Turbine)을 이용하는 방식
  • 내연력발전소: 디젤엔진 등 엔진을 발전기에 직접연결하여 발전하는 방식으로 주로 벙커C유, LNG등을 사용하며, 대형빌딩의 비상발전소, 도서지역의 발전소 등이 해당한다.
  • 가스터빈발전소: 연소가 가능한 가스를 터빈 내에서 연소시켜 발전기를 구동하는 방식의 발전소이다. LNG를 주로 사용한다.

사진: 위키피디아

(2) 원자력발전소

원자력 발전소는 우라늄과 같은 방사선 동위원소가 분열할 때 발생하는 열에너지를 이용하여 고온고압의 스팀을 생산하고 이 스팀으로 터빈을 구동하여 발전하는 방식이다.

사진: 위키피디아

 (3) 수력발전소

댐을 통하여 물을 가두었다가, 방류하면서 수차를 구동하고 이를 통해 전기에너지를 생산하는 방식을 말한다. 전력사용이 적은 시간에 양수기를 이용하여 하류의 물을 댐에 채워놓았다가 전력사용이 많은 시간에 발전하는 양수발전 방식도 있다. 24시간 발전을 계속하는 원자력발전, 석탄화력발전 등에서 생산하는 여유 전력을 활용하는 방식으로 많이 사용된다.

사진: 위키피디아

 (4) 태양광발전소

빛을 받으면 광전효과에의해 전기를 발생하는 태양전지를 이용하여 발전하는 방식이다. 태양광의 경우에는 계속적으로 공급되는 에너지이기 때문에 재생에너지라 불리며 환경오염 등에 대한 우려가 적은 방식이다. 단, 구름이 짙게 끼거나 야간 등 햇빛이 충분하지 않은 경우에는 발전을 하지 못하는 단점이 가장 크다.

 사진: 위키피디아 (아래쪽 검은 부분)

 (5) 태양열발전소

태양광이 가지고 있는 열에너지를 집중하여 스팀을 만들고 이를 이용하여 터빈을 구동하여 전력을 생산하는 발전 방식이다.

사진: 위키피디아 (위쪽 은색 부분)

(6) 풍력발전소

바람의 운동에너지가 풍차를 돌려 발전기를 구동시키는 방식이다. 효율성을 높이기 위해서는 풍자의 블레이드가 대형화해야 하나, 높은 기계기술이 필요한 방식이다. 다만, 발전이 가능한 규모의 바람이 있어야 발전이 가능하다

사진: 위키피디아

 (7) 지열발전소

지하에 존재하는 열을 활용하는 방식으로 낮게는 1km에서 5km까지 깊이 지하에 물을 주입하고, 지하에서 가열된 물을 이용하여 발전하는 방식으로 성공할 경우 연료비가 필요 없으며, 24시간 언제나 발전이 가능한 방식이다. 현재는 화산지역을 보유한 국가에서 상용화 되어 있다.

사진: 위키피디아

 (8) 조력/파력발전소

조력은 조석간만의 차를 이용하여 발전하는 방식으로 밀물/설물 때 발생하는 바다의 운동에너지를 전기에너지로 전환한다. 우리나라의 경우 서해와 같이 조석간만의 차가 큰 지역에서 활용이 가능한 방식으로 매일 발전이 가능한 것이 특징이다. 파력발전은 파도의 운동에너지를 이용하는 발전으로 파도의 운동에너지를 전기에너지로 바꾸는 방식이다.