신재생에너지를 생산하기 위해서는 신재생에너지의 자원 잠재량도 중요하지만, 신재생에너지 생산시설을 설치한 공간의 확보 여부도 중요하다. 이러한 점에서 도심에 존재하는 유휴공간은 신재생에너지 생산시설의 공간을 확보할 수 있는 기회가 되고 있으며, 태양광 발전시설을 중심으로 관련 사례들이 많이 나타나고 있다.

유휴공간의 신재생에너지 생산과 관련된 사례로 서울시는 햇빛도시 건설 정책을 통하여 도심의 유휴공간을 활용하여 태양광 발전시설을 설치하고 있다. 2013년 기준으로 서울시는 암사아리수 정수센터, 강서농산물시장 등 11개 공공시설의 유휴공간에 민간자본 368.7억 원을 투입하여 태양광발전시설(13.5 MW)을 설치하였다. 그 외에도 공공시설인 강북∙구의∙영등포 아리수정수센터, 공영차고지 및 주차장 등을 활용하여 햇빛발전소사업을 계획∙시행하고 있다(Seoul, 2015).

학교의 옥상은 대부분 남향이고, 옥상구조가 간단하다. 또한, 일조시간이 길고 공사가 용이하여 태양광발전 사업의 최적지로 떠오르고 있다. 2013년 말 기준으로 서울시에 태양광 설치 또는 설치 허가를 받은 학교는 총 155개교(5,186 kW)이다(Seoul, 2015).

경기도는 발전사와 함께 2010년 도내 3개 시∙군의 배수지 등 공공기관 유휴공간을 활용한 태양광발전사업을 계획하였다. 2011년 1월부터 12월까지 안산 8곳, 수원 3곳, 양평 2곳 등 8만 8,200 m²의 공공기관 유휴공간에 270억 원을 투입해 5 MW급 발전시설을 건립하였다. 또한, 2011년 농어촌공사, 발전회사, 민간 기업 등과 함께 ‘경기 서해안 신∙재생에너지 공동 개발사업’으로 한국농어촌공사의 시화∙화홍 방조제 및 방수제, 저수지 등의 유휴공간를 활용해 서해안에 총 풍력 200 MW, 태양광 20 MW의 대규모 풍력 및 태양광발전사업 공동개발을 실시하고 있다. 이와 같이 유휴공간은 태양광발전시설로 많이 활용되고 있다.

본 연구에서는 태양광 발전량 및 태양광 발전시설의 활용 가능성을 알아보기 위하여 RETScreen model을 사용하였다. RETScreen model은 캐나다 Natural Resource Canda(NRCan)의 VANMET Energy Diversification Research Laboratory (CEDRL)에서 개발한 프로그램으로 무료로 배포하고 있다. 이 프로그램은 신재생에너지원과 에너지 효율 등 온실가스를 감축할 수 있는 기술들에 대하여 설비의 설치비용, 에너지원별 시스템 구성 요소 등 같은 각종 정보를 사용자에게 제공한다. 또한, 특정 신재생에너지원 설비 설치, 에너지 효율 기술 적용 등 프로젝트를 설정하고, 설비의 투자비용, 특성, 설비가 설치될 장소의 기상자료 등의 요인을 사용하여 에너지 생산량을 추정할 수 있으며, 설비 설치에 따른 경제적 효과를 평가할 수 있다(MCIE, 2006).

RETScreen 모델은 신재생에너지 설비 설치 및 에너지 효율 기술의 설치 등 개별적인 프로젝트에 대해서만 에너지 생산량과 경제성을 분석할 수 있기 때문에, 다양한 신재생에너지원의 설비 설치에 따른 통합적인 분석이 힘든 한계점을 가지고 있다. 하지만 자료 입력 및 분석 방법이 간편하여 신재생에너지 프로젝트의 예비 타당성 조사 시 유용하게 사용할 수 있는 장점을 가지고 있다(Lee et al., 2013).

RETScreen 모델은 먼저 에너지모델을 설정하고, 재정모델을 설정하는 절차를 통해 경제성을 평가한다. 본 연구에서는 유휴공간 설치할 에너지모델을 태양광 발전으로 선정하였으며, 태양광 발전 중 계통연계형 발전방식을 적용하기로 하였다. 에너지 모델을 설정하기 위해 태양광 모듈은 100 W 급 단결정 셀을 사용하고, 경사각은 태양광 모듈의 최적효율을 위해 30°를 유지하도록 하였다. 집열판은 관리 및 유지가 용이한 고정형 방식을 선택하였다.

계통연계형 발전방식은 발전전력을 역송전하는 방식을 택하였다. 이때 사용되는 인버터는 400 W, 효율 95%의 제품을 설치하는 것으로 가정하였다.

재정모델의 설정은 경제성을 평가하기 위하여 필요한 가격정보를 입력하는 절차로 할인율, 해당 에너지모델의 설치비용, 유지관리 비용 등을 입력하여야 한다.

태양광 발전시설의 경제성을 평가하기 위한 할인율은 국가개발용역에서도 사용하고 있는 한국개발연구원의 “예비타당성조사 수행을 위한 일반지침(제5판)”에서 제시하고 있는 사회적 할인율 5.5%로 설정하였다. 제정모델의 평가기간은 태양광 모듈의 평균수명 20년을 적용하였다. 역송전 단가는 전력거래소에서 제시한 2015년 평균자료인 100.59원/kWh로 설정하였다. 그리고 RPS 도입에 따른 신재생에너지 인증서(Reneweable Energy Certificate) 가격은 한국태양광산업협회의 2016년 3월 자료를 적용하여, 98.11원/kWh로 설정하였다. 태양광 발전설비의 비용은 태양광 발전설비의 초기 투자비는 한국환경정책평가연구원에서 제시한 1,981,000원/kW를 적용하였다.

미국전력연구원에서는 1 MW 이하의 태양광 발전설비 운영유지비용을 전체 설비비용의 1∼5% 정도로 추정하고 있다(EPRI, 2010). 본 연구에서는 태양광 설치 시설과 관련된 선행연구(이성훈 등, 2011; 박윤민 등, 2011)에서 적용된 전체 설비의 1%의 비용을 유지관리비로 설정하였다.

유휴공간 활용을 통한 경제성 평가 시 영향을 줄 수 있는 요인을 고려하고자 태양광 설비의 유지관리비용, 전기 역송전 단가를 고려하여 민감도를 분석하였다.

태양광 발전의 경제성 평가 요소 중 유지관리 비용은 EPRI (2010)의 추정하고 있는 전체 설비비용의 1∼5% 범위에서 볼 때 추가적으로 비용이 소모될 수 있다. 유지관리 비용과 관련된 영향을 파악하기 위해 유지관리 비용을 전체 설비비용의 3%, 5%를 적용하여 비교하였다.

계통한계가격(System Marginal Price)은 계통연계형 발전 시 전력 판매와 연관이 되기 때문에, SMP의 변동은 경제성 평가에 영향을 줄 수 있다. 계통한계가격은 2012년 이후로 하락하고 있다.

본 연구에서 적용한 2015년 평균 계통한계 가격 100.59원/ kWh 이외에 추가적인 영향을 파악하고자 3년 평균계통한계가격 130.67원/kWh, 5년 평균계통한계가격 134.43원/kWh 을 적용하여 경제성을 분석하였다.

신재생에너지 발전은 보조금에 따라 경제성에 영향을 미칠 수 있다. 본 연구에서 설정한 재정모델은 현재 시행 중인 RPS 제도이다. 이외에도 추가적으로 보조금에 따른 경제성의 차이를 알아보고자 현재 서울에서 진행하고 있는 서울형햇빛발전지원제도와 일본에서 진행 중인 FIT제도의 보조금을 적용하여 경제성을 분석하였다.

2016년 서울시에서 공고한 서울형햇빛발전지원제도에서는 5년간 전력 kWh당 100원의 발전차액을 지원하고 있다. 일본에서 진행되고 있는 발전차액지원제도(Feed In Tariff; FIT)는 2015년 7월 기준으로 kWh당 27엔(2016년 5월 16일 기준, 292.59원)을 지원하고 있으며, 이 금액을 적용하여 일본 FIT 보조금에 따른 경제적 효과를 분석하였다.

Fig. 3. 
SMP cost trend.

(Source : Korea Power Exchange)

태양광발전시설 설치 용량은 ‘태양광 발전 보급 잠재량 조사를 통한 확대기반 조성에 관한 보고서’의 단위 면적당 태양광발전 설비 설치 가능 용량을 이용하였다. 연구대상지인 강서구 유휴공간의 유형 중 공공시설 이전부지와 미활용 폐교의 면적 당 태양광발전 설비 설치 용량은 0.05 kW/m²를 적용하였다. 저이용 체육시설은 문교사회 건축물로 구분되며, 단위면적당 설치 가능 용량은 0.0286 kW/m²를 적용하였다.

유휴공간의 유형별 면적에 따라 산정된 태양광발전 설비 설치 가능용량은 미활용 공공부지인 시설원예시험장 이전부지에는 8,250 kW의 태양광발전 설비를 설치할 수 있는 것으로 나타났다. 미활용 폐교인 천가초등학교 대항분교장에는 387 kW, 저이용 체육시설인 강서체육공원에는 776 kW의 태양광 발전설비를 설치할 수 있는 것으로 나타났다. 부산광역시 강서구 유휴공간에 설치 가능한 태양광 발전설비의 용량은 총 9,413 kW로 나타났다.

부산시 강서구의 유휴공간을 이용한 태양광 발전량은 RETS- creen 모델 중 에너지 모델을 이용하여 산정하였다. 산정결과, 강서구 유휴공간에 태양광 발전설비 9,413 kW 설치에 따른 발전량은 9,738 MWh으로 나타났다. 추가로 온실가스 감축효과를 산정하기 위하여 공공부문 온실가스∙에너지 목표관리제 운영 등에 관한 지침’ [별표 4]에서 제시된 조정전력배출계수 0.46625 tCO₂eq/MWh를 이용하여 태양광 발전으로 발생한 전력을 기존에 사용된 전력을 대체함으로 얻어지는 온실가스 감축량을 산정하였다. 부산광역시 강서구 유휴공간에서 태양광발전을 통해 감축되는 온실가스는 4,540 tCO₂eq로 산정되었다. 산림청의 주요 산림수종의 표준 탄소흡수량에 따르면 30년생 소나무 1그루당 연간 6.6 kgCO₂를 흡수한다. 유휴공간의 태양광 발전을 통한 온실가스 감축량은 30년생 소나무 약 68만 그루를 심는 것과 같은 효과를 보이는 것으로 나타났다.

사례대상지로 선정한 부산시 강서구 유휴공간의 태양광 발전설비 설치 시 순 현재가치(Net Present Value)는 2,247,389,020원으로 나타났으며, 자기자본 측면에서 세전 내부수익율은 6.9 %, 자산측면에서 세전 내부 수익율은 6.9%로 나타났다. 단순상환과 자기자본회수는 약 11년 후 가능한 결과를 보였다. 시스템 적용 마지막년도가 되는 20년 후에는 16,321,672,552원의 수익을 얻을 수 있는 것으로 나타났다.

유휴공간에서의 계통연계형 태양광 발전시설 설치에 따른 경제성 평가의 영향을 줄 수 있는 요인을 고려하고자 유지관리비용과 SMP 가격을 고려하여 민감도 분석을 수행하였다.

유지관리 비용의 차이에 따른 민감도 분석 결과, 자기자본회수기간은 유지관리비용을 설치비용의 3%로 설정할 때 14년, 5%로 설정할 때 19년으로 나타났다. 본 연구에서 적용한 설치비용의 1%의 자기자본회수 기간 11년과 비교하였을 때 3%, 5% 각각 3년과 8년의 차이를 보였다. 순 현재가치는 설치비용의 3% 설정 시 —2,209,423,192원, 5% 설정 시 —6,666,235,404원으로 음의 값으로 나타나, 경제적인 효과가 없는 것으로 분석되었다. 이는 본 연구에서 적용한 설치비용의 1% 유지관리비용 설정 시 순 현재가치 2,247,389,020원과 비교할 때 3%, 5% 각각 약 40억원, 약 80억원의 차이를 보였다. 유지관리비용의 변동에 따라 손익분기점은 최대 8년, 순 현재가치는 최대 약 80억원의 차이를 보여 유지관리비용 적용에 따른 금액 차이가 큰 것으로 나타났다.

SMP 가격에 따른 민감도 분석 결과, 손익분기점이 되는 자기자본회수기간은 3년 평균 SMP 가격 133.37원/kWh, 5년 평균 SMP 가격 125.09원/kWh으로 적용하였을 때, 모두 약 9년으로 나타났다. 본 연구에서 설정한 기준 162.11원/kWh의 자기자본회수 기간 11년과 비교할 때는 3년 평균 SMP 가격과 5년 평균 SMP 가격 모두 약 2년의 차이를 보였다.

Fig. 4. 
Cumulative cash flows of proposed model.

Fig. 5. 
Cumulative cash flows by changed O&M costs ratio.

순 현재가치는 3년 평균 SMP 가격 적용 시 약 5,747,855,141원, 5년 평균 SMP 가격 적용 시 6,185,880,350원으로 나타나 본 연구에서 적용한 SMP 가격 사용 결과인 2,247,389,020원과 비교할 때 3년 평균 SMP 가격, 5년 평균 SMP 가격 각각 35억원, 40억원의 차이를 보였다.

이러한 결과로 보았을 때, 유지관리비용 만큼의 큰 차이를 보이지 않지만, SMP 가격에 따라서도 경제성에 영향을 미치는 것으로 나타났다. SMP 가격은 2012년 이후로 점점 하락하고 있는 추세이기 때문에 SMP 가격의 변동은 추후 신재생에너지 시설의 설치 방식 중 계통연계형 발전 적용에 따른 경제성 평가 시 영향을 줄 수 있을 것으로 판단된다.

본 연구에서 분석한 현행 RPS 제도 이외에 추가적으로 보조금에 따른 경제성을 분석해 보고자 서울과 일본에서 시행하고 있는 FIT 제도의 보조금 적용에 따른 경제성을 분석해 보았다.

Fig. 6. 
Cumulative cash flows by changed SMP cost ratio.

분석결과, 서울에서 시행하고 있는 서울형 햇빛지원제도의 보조금 적용 시 자기자본회수 기간은 약 8년, 순 현재가치는 6,405,792,042원으로 나타나, 본 연구의 자가자본 회수기간 11년과는 3년의 차이를 보였으며, 순 현재가치 2,247,389,020원과는 약 41억원의 차이를 보였다.

일본 FIT 제도의 보조금 적용하였을 때는 자본회수 기간 4년, 순 현재가치는 14,414,460,423원으로 본 연구의 자기자본 회수기간과는 7년, 순 현재가치는 약 120억원의 차이를 보였다.

따라서 현행 제도상에서도 경제성을 보이는 것으로 나타나지만, 보조금이 추가적으로 적용 될 시 경제적인 효과가 더욱 클 것으로 판단된다.