자원 환경경제연구제15권제4호 Environmental and Resource Economics Review Volume 15, Number 4, September 2006 : pp. 693~712 도서지역신 재생복합전력시스템보급타당성분석 3 개도서지역분석결과 장하나 * 김수덕 ** < 차례 > Ⅰ. 서론 Ⅱ. 국내도서지역전화사업의현황및 보급대안 Ⅲ. 분석모형과자료 Ⅳ. 분석결과 Ⅴ. 결론 I. 서론 현재우리나라도서지역주전원인디젤발전시스템의경우환경문제를유발시키며육지로부터의디젤연료의수송비용이발전비용에포함되고있어발전단가를높이고있다. 따라서도서지역에는초기설치비는높지만운전유지비가거의들지않아서가변비용측면에서의발전단가가저렴한풍력, 태양광등의신ㆍ재생에너지전원간의결합방식인복합전력시스템의보급을고려해볼필요가있다. * 아주대학교대학원에너지학과, 박사과정. ** 아주대학교대학원에너지학과, 부교수. - 693 -
장하나 김수덕 선진국의도서지역신ㆍ재생에너지보급현황을살펴보면프랑스의도서지역은디젤발전을이용하고있어내륙지역에비해발전단가가 3배정도높아문제가되고있다. 이에공영전력회사는발전단가가저렴한신ㆍ재생에너지를이용하는발전시스템을장려하고있다. 영국의도서지역은디젤, 가스터빈, 풍력발전과이들설비들이조합된복합전력시스템이보급되어있으며, 온실가스경감계획의일환으로디젤발전에풍력단지를조성하는계획을세우고있다. 호주의원거리유인도서는개인소유의디젤발전기를본인비용부담으로설치하여사용하고있으며신ㆍ재생에너지로는풍력, PV(Photovoltaic), 수력, 바이오매스등이보급되어있고, 온실가스배출감소를위해풍력단지계획을추진중에있다. 일본의도서지역은디젤발전, 해저케이블에의해전원을공급하며미야코지마섬의경우 PV/ 디젤하이브리드형발전시스템이설치되어있고, 덴마크는재생에너지계획을수립하여환경에너지부의지원을받아풍력발전, PV 보급에힘쓰는등주요선진국에서의신ㆍ재생에너지를이용한도서지역전화사업이주목된다. 본논문에서는우리나라도서에서전원으로활용중인디젤발전시스템과신ㆍ재생에너지전원간의결합방식인복합전력시스템보급가능성을경제적인측면에서평가해보았다. 분석지역은에너지기술연구원의평균풍속분포와풍력에너지밀도를근거로 500호이상도서인추자도, 거문도와 500호미만소규모도서인영산도를선택하였다. 분석도구로이용한 Homer(Hybrid Optimization Model for Electric Renewables) 는신ㆍ재생복합전력시스템의최적설계및운영을위한시뮬레이션프로그램으로전국전력계통망이연계되지않은지역의복합전력시스템도입에대한최적시스템설계와경제성분석등에유용한분석도구로해외의여러곳에서이용하고있다. 계통이연계되지않은지역의신ㆍ재생에너지도입에대한 Homer를이용하여타당성조사를실시한해외사례를몇가지찾아볼수있다. 이집트사막의농경지개간을위한독립형전력공급에신ㆍ재생에너지를이용한 Kamel 외 (2005) 의연구와캐나다의 Newfoundland 지역에수소저장고를포함시킨하이브리드시스템의예비력타 - 694 -
도서지역신 재생복합전력시스템보급타당성분석 당성조사를행한 Khan 외 (2004) 의연구가있다. 그리고 Rehman 외 (2005) 는사우디아라비아의북부지역에있는기존의디젤발전기에풍력터빈을연계시킨하이브리드시스템의가능성에대해 Homer를이용, 분석하고있다. 본논문은현재우리나라도서지역에서사용하고있는시스템의현황과향후적용가능한시스템들을살펴보고, 분석에사용된모형과관련자료를살핀다. 그런후에대상지역으로선정한추자도, 거문도, 영산도에대한분석결과를기존의시스템과비교해본다. 이연구를통해화석연료를사용한도서지역의전화사업에대한대안으로친환경복합전력시스템의경제성평가를통한보급가능성을점검하고온실가스절감을위한대안으로제시되는신ㆍ재생에너지원을이용한도서지역전화사업이갖는의미도확인하고자한다. Ⅱ. 국내도서지역전화사업의현황및보급대안 현재도서지역에주로보급되어있는디젤발전시스템은수입연료인디젤을사용하고있고해상수송비용이도서지역의발전비용에암묵적으로포함되고있어발전단가를높이고있으며 1) 도서지역의전력사업을정책성지원의측면에서추진하였기때문에보조금지원을포함하여 300원 /kwh라는높은발전단가가책정되어있다. 디젤발전기는국내대부분의도서지역의전원공급용으로설치되어있으며, 국내기술로자체제작및보급이이루어지고있다. 500호이상도서의디젤발전기설치내역을보면주로 500kW 규모의디젤엔진발전설비인것으로나타났으며, 최근들어 1,500kW 규모도설치되고있다. 도서지역전력수급계획수립의배경으로는도서전력사업의안정적이고지속 1) 현재발전연료로도서지역에공급되는디젤단위비용은수송거리에무관하게책정되어있다. - 695 -
장하나 김수덕 < 표 1> 도서지역전력사업계획수립의법적근거 근거법구분주요내용 전기사업법 농어촌전화촉진법 법적근거주요내용기간심의법적근거주요내용기간 법 25조 전력수급방향및장기전망, 설비계획, 수요관리 10년이상 (2년마다수정, 보완 ) 전력정책심의회 법 4조및 13조 지자체장의전화사업계획서작성 자금조치, 시공상환금의징수등 차년도사업계획 적인수행체계를정립하여야하고, 전력수급도향후예상되는구조개편등환경변화에유연한수습계획수립이필요하다. 도서지역의전력수급계획은 농어촌전화촉진법 및 전기사업법 을근거로수립한다. 전기사업법에규정된전기의보편적공급의무 ( 제6조 ) 와전기공급의의무 ( 제14 조 ) 와전력산업기반기금의사용 ( 제49조 ) 에의거하여도서벽지주민에대한전력공급이지원되고있다. 또농어촌전화촉진법제20조 ( 전력산업기반기금에의한지원 ) 에의거하여 1 배전시설공사, 자가발전시설공사및개체공사, 2 자가발전시설의인수및운영, 3 지자체운영도서의자가발전시설결손운영비지원등의목적을위해전기사업자가사용한비용에대해서이를기금에서지원할수있게하고있다. 도서지역의수급계획은내륙의전력망에연계되어있지않다는점에서안정적전력공급이매우중요하다. 따라서지속적으로증가하고있는수요에대응할수있도록적정수준의전력설비공급이차질없이이루어져야한다. 우리나라의전력산업구조개편은독립적인전력거래소의관리하에서한정적으로시장원리가적용되고있다. 향후예상되는전력시장의변화가명확하지는않다. 하지만장기적으로는시장원리에따르는방향으로갈것이라고본다면, 이러한변화에따른도서지역의전력사업의추진방식및수급계획수립방식도경제적타 - 696 -
도서지역신 재생복합전력시스템보급타당성분석 당성에기반을둔탄력적인방법이되어야할것으로보인다. 한편, 도서지역의전력사업은상대적으로열악한환경하에있는도서민의복지를향상하고삶의질을개선하려는목적도갖고있으므로계통연계지역과는다른특수한환경적여건등을감안해야할것으로보인다. 이러한도서지역의특징을감안하여본연구에서제시하는신 재생에너지보급의대안을정리해보면다음과같다. 첫째, 태양광발전시스템은일사량조건이양호할경우어디에서나발전이가능하며우리나라의경우원격지또는벽지의통신용에서부터최근에는고속도로의가로등, 낙도의등대, 도서의전원용으로그용도가급격히늘어나고있다. 둘째, 풍력발전시스템은, 에너지시범사업의일환으로제주행원지역에약 10MW 규모의풍력발전설비가건설되어왔고, 일부시험용설비가제주지역과무안지역에설치되어왔다. 최근에는지역에너지사업, 민간사업의활성화로급속히팽창하고있으며대규모풍력발전단지조성이전국에서활발히이루어지고있다. 풍력, 태양광, 소수력등의신ㆍ재생에너지원은자연에너지의간헐적인특성으로인해주된전력공급원이되기에는여러가지문제가있다. 따라서보조형태로디젤발전기가포함된시스템을신ㆍ재생복합전력시스템이라정의한다. 신ㆍ재생복합전력시스템은풍력, 태양광에너지를이용할수있는시간동안디젤발전기에서신ㆍ재생에너지로교체함으로써디젤연료비를줄여운전유지비용을절약할수있으며, 신ㆍ재생에너지기술의사용으로인해신ㆍ재생에너지의보급을활성화시키는데기여할수있다. 이러한신ㆍ재생복합전력시스템은이미다양한형태의용도로사용되고있다. 전력망이연결되어있지않은농촌지역의펌프용전원, 소형전력망, 도서지역의전원공급, 국립공원등이그예이다. 도서지역에전력망을연결시키지않고도전력을공급할수있다는장점으로인해해외의여러지역에는신ㆍ재생복합전력시스템을보급하고있다 (Jensen, 1998). 최근도서벽지전력공급사업에대한지원실적을살펴보면 1998년부터 2000-697 -
장하나 김수덕 < 표 2> 도서벽지전력공급사업세부사업별지원실적 ( 단위 : 억원 ) 구분 2002 년 2003 년 2004 년계 농어촌전화사업지원지자체운영비결손지원도서자가발전시설기술지원활동비기타사업비전력회사운영비결손지원 64 133 11 25 455 49 43 7 8 615 44 0 6 3 715 157 176 24 36 1,785 소계 688 722 768 2,178 주 : 한국전력거래소, 전력시장운영실적보고서, 2004. 4. 년까지의기간중연평균약 274억원규모가지원되었으나, 매년큰폭으로지원규모가증가하여 2000년에는 1998년에비해약 2배수준인 396억원이지원되었다. 이는지속적으로증가하고있는도서지역의전력수요를충당하기위한신규발전소건설과한전이운영중인 8개도서의운영비결손액증가를가져왔다. 도서벽지전력공급지원사업은 5개의세부사업으로구분된다. 세부사업중전력회사운영비결손지원이전체의약 80% 이상을차지하고있으며, 이분야의지원규모는매년큰폭으로증가할것으로예상되며, 그대안에대한관심도높아질것임은자명하다. Ⅲ. 분석모형과자료 Homer는일반송배전계통과는원거리에존재하는도서지역에송전선로의손실을배제하기위해풍력, 태양광등을채택하여도서지역에서단독으로운영되는신ㆍ재생복합전력시스템의최적설계및운영을위한시뮬레이션프로그램 - 698 -
도서지역신 재생복합전력시스템보급타당성분석 이다. 미국의 NREL(National Renewable Energy Laboratory) 에서개발된최적화모델로, 현재전세계에배포되어사용되고있다. 최적화과정에서 Homer 는다양한방법으로화석연료와신ㆍ재생에너지원설비들을비교함으로써시스템구성들의경제성을비교, 분석한다. 경제성평가를위해초기투자비와프로젝트총기간동안의고정운영비와발생하는수입을계산하게되며, 이값은순현재비용 (net present cost : NPC) 으로나타내진다. Min (NPC t ) = Min n r K t + i i =1 RP t + i K t + i +RP t + i +OM t + i (1+r) i : 이자율 : t+ i 년도의초기투자비 OM t + i : t+ i 년도의운영유지비 : t+ i 년도의교체비용 순현재비용은프로젝트기간동안발생하는모든비용과수입을할인율을사용하여미래의현금흐름을현재가치화한것이다. 총비용에는초기설치비와설비교체비, 유지비, 연료비, 전력망으로부터전력을구입하는비용이포함되며수입에는계통에전력을판매함으로써얻어진수입을포함한다. 또한, 프로젝트기간동안모든가격이같은비율로상승하는것으로가정한다. 분석결과에서순현재비용외에도발전량당비용 (levelized cost of energy : LCOE) 과최적설계시스템의연간연료소비량, 이산화탄소를포함한오염물질배출량도함께계산할수있다. 발전량당비용은다음식으로표시할수있다. LCOE = = C ann, tot E prim + E def + E grid, sales C NPC CRF (i,n ) E prim + E de f + E grid, sales - 699 -
장하나 김수덕 이식에서 C ann, tot 는매년지불하는비용, i 는이자율, N 은프로젝트기간, CRF ( ) 는자본회수율을뜻하고, 다음식과같이표현된다. CRF ( i, N ) = i (1+i ) N (1+i ) N -1 C NPC 는프로젝트수행기간인 N 년동안매년 C ann, tot 을불입한후이렇게 불입한금액의현재가치를나타낸것이다. C NPC = C ann, tot CRF ( i, N ) = C ann, tot (1 + i ) N -1 i (1+i ) N 발전량당비용은위의방정식에따라계산되어지며, 여기서 E prim 과 E de f 는시스템이연간공급할수있는각각의초기부하와저장후나중에사용할수있는지연부하를나타내고, E grid, sales 는연간전력망에판매할수있는총량을뜻한다. 즉, 발전량당비용은신ㆍ재생복합전력시스템에서생산되어사용할수있는전력에너지의 kwh당평균비용을뜻하는값으로 $/kwh라고나타낼수있다. 도서지역신ㆍ재생복합전력시스템의가능성평가분석대상지역은에너지기술연구원의자료를근거로추자도, 거문도, 영산도를선정하였으며, 세도서모두각각 2,700kW, 2,300kW, 240kW 규모의디젤발전기로전원을공급받고있다. 다음은분석대상도서인추자도, 거문도, 영산도의상세지도를나타낸것이다. - 700 -
도서지역신 재생복합전력시스템보급타당성분석 < 그림 0> 추자도의하추자도 자료 : 국토지리정보원 (www.ngi.go.kr). < 그림 2> 거문도의고도 자료 : 국토지리정보원 (www.ngi.go.kr). - 701 -
장하나 김수덕 < 그림 2> 영산도 자료 : 국토지리정보원 (www.ngi.go.kr). Homer는 500가구정도규모의신 재생복합시스템보급의타당성을평가하는데사용할수있는사전평가 (pre-feasibility test) 용이다. 따라서 < 그림 1> 추자도의자세한지도에서나타나는전체의섬에대한복합전력시스템의평가가타당해보이지않으므로이시스템보급이가능한지역으로규모를축소시켜보았다. 즉, 추자도의총 1,470가구중하추자도의해안선에위치한 250여가구를선택하여부하를산출하였으며부하는대부분일반가정에서발생하는것으로가정하였다. < 그림 2> 의거문도도총 766가구중 170여가구가있는고도를선택하여부하를산출하였고부하는대부분일반가정에서발생하는것으로가정하였다. 영산도의경우 < 그림 3> 에서알수있듯이도서의규모가작기때문에영산도전체를그대로분석대상으로삼았다. 각도서별부하자료는시간대별실측자료이기는하지만, 1년중각계절별주중, 주말의 8일간데이터만을보유하고있어이를기반으로연중시간대별부하량을추정하여야한다. - 702 -
도서지역신 재생복합전력시스템보급타당성분석 < 그림 4> 각도서의실측부하패턴과재구성한시간별부하비교 ( 상 : 추자도, 중 : 거문도, 하 : 영산도 ) kwh 250 200 150 100 50 0 kwh 180 170 160 150 140 130 120 110 100 90 90 80 80 180 170 160 150 140 130 120 110 100 kwh 33 31 29 27 25 23 21 19 17 15 3월 7월 10월 12월 3 월 7월 7 10월 10월 12월 3월 7월 10월 12월 주 : 박스안의그래프는각도서의실측부하패턴이며, 박스밖의그래프는재구성한시간별부하임. - 703 -
장하나 김수덕 < 표 3> 각도서별월별평균풍속과일사량 추자도거문도영산도 월 풍속 (m/s) 일사량 (kwh/m 2 /day) 청명도풍속 (m/s) 일사량 (kwh/m 2 /day) 청명도풍속 (m/s) 일사량 (kwh/m 2 /day) 청명도 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 10.65 9.6 7.5 6.8 5.5 5.2 4.58 4.95 5.46 6.94 9.48 8.14 2.99 2.31 3.87 4.65 5.16 5.05 5.19 5.62 4.67 3.83 2.33 2.22 0.56 0.35 0.46 0.46 0.46 0.43 0.46 0.54 0.52 0.54 0.42 0.45 7.17 6.47 6.37 5.2 5.5 4.5 5.33 6.17 6.77 6.83 6.07 7.03 2.285 3.277 3.879 4.65 5.16 5.05 4.64 4.16 3.843 3.761 2.637 2.22 0.497 0.549 0.492 0.476 0.46 0.43 0.41 0.407 0.452 0.577 0.539 0.532 3.936 3.418 3.318 3.055 2.744 2.22 2.7 2.497 2.146 2.284 2.673 2.587 2.141 3.544 4.282 5.206 6.386 5.478 4.381 4.524 3.796 3.56 2.921 2.525 0.419 0.553 0.52 0.523 0.575 0.475 0.388 0.437 0.431 0.512 0.542 0.538 자료 : 에너지기술연구원, 풍력자원측정결과 풍력유체기기연구센터 DB. 부하는전국의수요량을정규화 (normalize) 시킨뒤, 각도서의주중, 주말 8 일의시간별실측자료를기반으로재평가하는방법으로각도서별 시간대별부하를추정하였다. 다음은추자도, 거문도, 영산도의계절별주중, 주말의 8일시간별부하와전국의수요량을정규화시켜추정한각도서들의시간별부하자료를비교한것이다. 분석을위한입력자료로필요한것은연간 8,760시간의시간대별부하뿐아니라월별평균풍속, 일사량, 디젤연료가격, 발전설비비용이다. 에너지원인풍속, 일사량은에너지기술연구원의 풍력자원측정결과 에서얻은각도서지역의실측데이터를기반으로하여추자도, 거문도, 영산도의월별평균풍속, 일사량을구하였다. < 표 3> 에서주목할것은추자도와거문도의경우연간평균풍속이 7.05m/s, 6.12m/s인것에반해영산도는연간평균풍속이 2.8m/s로상당히낮은값임을확인할수있다. - 704 -
도서지역신 재생복합전력시스템보급타당성분석 그외에너지원인디젤연료의 l당단가는주요도서지역의연간연료소요량과연료비소요액을기반으로 645원 /l($0.645/l) 2) 을이용하였으며, 복합전력시스템의발전설비비용자료는해외시장에서사용하고있는비용을이용하거나또는 Homer에있는 default값을사용하였다. Ⅳ. 분석결과 기존의디젤발전기를사용했을경우와신ㆍ재생복합전력시스템을보급했을경우의추자도, 거문도, 영산도의분석결과의차이점을평가하기위해서는순현재비용, 발전량당비용, 디젤소비량, 이산화탄소배출량등을비교해볼수있다. 각도서들의디젤발전시스템과복합전력시스템의분석결과를정리하여 < 표 4>, < 표 5> 그리고 < 표 6> 에각각제시하고있다. 추자도의분석결과 Ⅰ은최소비용의복합전력시스템으로풍력터빈이포함되어신 재생에너지의비율을 49% 까지증가시키고있다. 이것은디젤발전기만사용하였을경우보다풍력터빈을추가시켜초기설치비용은높지만디젤발전기의운전시간을풍력터빈으로교체함에따라디젤소비량절감을가능하게하였다. 그로인하여발전량당비용을 $0.335/kWh에서 $0.278/kWh까지감소시켰으며, 디젤소비량을크게줄임으로써 CO 2 배출량역시연간 1,047톤에서 673톤까지적게배출할수있다고분석되었다. 분석결과 Ⅱ는순현재비용이두번째로적게드는발전설비들의조합을나타낸것으로 PV 모듈을추가하여분석결과 Ⅰ보다설치비용이나발전량당비용은높지만디젤소비량을절감시켜, CO 2 를연간 593톤까지적게배출할수있다. 발전량당비용의감소보다 CO 2 배출량감소에더목적을두고있다면시스템설계시에 PV가포함되어있는시스템조합도고려해보는것이가능하다고생각된다. 2) Homer의모든비용은 $US를적용하므로 $1.00=1000원의환율로계산하였다. - 705 -
장하나 김수덕 < 표 4> 추자도디젤발전시스템과신ㆍ재생복합전력시스템의비교 시스템구성 순현재비용 (NPC, $) 발전량당비용 (LCOE, $/kwh) 신ㆍ재생 (%) 디젤소비량 l/ 년 CO 2 방출량 톤 / 년 디젤발전 250kW Gen 4,314,437 0.335 0.0 397,873 1,047 분석결과 Ⅰ 분석결과 Ⅱ 5AOC 15/50 + 250kW Gen + 200 Batt + 100kW Conv 10kW PV+5AOC 15/50+250kW Gen+600 Batt+ 150kW Conv 3,580,359 0.278 49.0 255,869 673 3,661,627 0.284 52.0 225,214 593 주 : 10kW PV : 10kW 용량의태양광모듈. 250kW Gen : 250kW 용량의디젤발전기. 5 AOC 15/50 : 50kW 용량의풍력터빈 5 기. 200 Batt : 200kW 용량의배터리. 100kW Conv : 100kW 용량의인버터. 거문도의경우역시추자도와마찬가지로디젤발전시스템에비하여복합전력시스템인분석결과 Ⅰ, Ⅱ가디젤소비량절감을가능하게하여발전량당비용을감소시켜주는것으로분석되었다. 영산도의최적시스템결과에는디젤발전기만이선택되었으며, 풍력, 태양광등의신 재생에너지는시스템구성에포함되어있지않다 ( 참고로표에는복합전력시스템대안의경제적타당성의결과를함께첨부함 ). 이러한결과가나온이유는추자도와거문도의경우연평균풍속이각각 7.06m/s, 6.12m/s로비교적높은풍속이나오는데반해영산도지역의경우연평균풍속이 2.8m/s에불과함에기인한다. 따라서, 영산도에서풍력에너지를사용할경우는초기설치비용은높고생산전력량의신 재생에너지비율은낮기때문에디젤발전기만사용할경우보다발전량당비용이높게나타난다. - 706 -
도서지역신 재생복합전력시스템보급타당성분석 < 표 5> 거문도디젤발전시스템과복합전력시스템의비교 시스템구성 순현재비용 (NPC, $) 발전량당비용 (LCOE, $/kwh) 신ㆍ재생 (%) 디젤소비량 l/ 년 CO 2 방출량 톤 / 년 디젤발전 200kW Gen 3,778,966 0.299 0.0 365,855 963 분석결과 Ⅰ 분석결과 Ⅱ 4 AOC 15/50 + 150kW Gen + 100 Batt + 100kW Conv 10kW PV + 4AOC 15/50 + 150kW Gen + 100 Batt + 100kW Conv 2,963,007 0.234 38.0 241,615 636 3,042,479 0.241 39.0 239497 630 주 : 10kW PV : 10kW 용량의태양광모듈. 200kW Gen : 200kW 용량의디젤발전기. 4 AOC 15/50 : 50kW 용량의풍력터빈 4 기. 100 Batt : 100kW 용량의배터리. 100kW Conv : 100kW 용량의인버터. < 표 6> 영산도디젤발전시스템과복합전력시스템의비교 시스템구성 순현재비용 (NPC, $) 발전량당비용 (LCOE, $/kwh) 신ㆍ재생 (%) 디젤소비량 l/ 년 CO 2 방출량 톤 / 년 50kW Gen 829,812 0.353 0.0 74,782 197 AOC 15/50 + 50kW Gen + 20 Batt + 20kW Conv 885,595 0.376 14.0 67,383 177 주 : 50kW Gen : 50kW 용량의디젤발전기. AOC 15/50 : 50kW 용량의풍력터빈. 20 Batt : 20kW 용량의배터리. 20kW Conv : 20kW 용량의인버터. - 707 -
장하나 김수덕 < 표 7> 적용대상전원별기준가격 대상전원 설비기준 자가용설비 기준가격 ( 원 /kwh) 사업용설비 태양광 3kW 이상 716.40 풍력 10kW 이상 계통한계가격 (SMP) + 일반발전기용량정산금 (CP) 107.66 소수력 3MW 이하 계통한계가격 (SMP) + 일반발전기용량정산금 (CP) 73.69 조력 - 62.81 매립지가스 50MW 이하 계통한계가격 (SMP) + 일반발전기용량정산금 (CP) 20MW 미만 65.20 20MW 이상~ 50MW 이하 61.80 폐기물소각 (RDF 포함 ) 20MW 이하 계통한계가격 (SMP) + 일반발전기용량정산금 (CP) 주 : 전기사업법제 31 조제 2 항, 동법시행령제 19 조제 2 항에따라자가용전기설비를설치한자가전력시장에서전력거래를할수있는경우는자기가생산한전력의연간총생산량의 50% 미만의범위안에서전력을거래함. 자료 : 산업자원부, 대체에너지이용발전전력의기준가격지침, 2002. 정부는신ㆍ재생에너지원을이용한전력생산을지원하기위해 < 표 7> 과이신ㆍ재생전원별기준가격을정해두고이에따른보급량을얻고자하는정책을펴고있다. 전력도매시장에서결정되는 SMP(system marginal price) 와의차이에대해서는소위발전차액지원제도에의해전력산업기반기금에서우선지원하는방식을채택하고있기도하다. 정부는 2011년 1차에너지원의 5% 를신ㆍ재생에너지원을통해보급하겠다는정책목표를세우고이를위해여러가지신ㆍ재생에너지의보급확대를추진중에있다. 이러한정부지원정책의측면에서살펴본다면신ㆍ재생에너지원을이용한전력생산은이미기준가격제도를근거로하는발전차액지원이라는보조금지원에 - 708 -
도서지역신 재생복합전력시스템보급타당성분석 힘입어진행된다고볼수있다. 하지만상기의분석결과는디젤발전을위해 kwh당이미 300원이라는가격을지불하고있고, 여기에신ㆍ재생복합전력시스템의보급은상기의보조금지원등과같은추가적인정부의부담이전혀없는상황에서도경제성을확보한다는점에그의의가있다고하겠다. Ⅴ. 결론 본연구는현재계통에연결되지않아디젤발전기를이용하여전원을공급하고있는도서지역중추자도, 거문도, 영산도를대상으로선정하였다. 그리고신ㆍ재생에너지를보급하는데있어서순현재비용을최소화하는최적설비선택을위한프로그램인 Homer를이용하여이들도서를분석해보았다. 기존의도서지역에보급되어있는디젤발전기의경우, 대체전원이없다는점때문에전원공급의안정성확보차원에서상당량의예비력을갖고있는데반해본연구는주어진부하를충족하기위한최적규모의설비투자를고려하였다. 그러나이러한관점이현실분석상의제약으로작용하지는않을것이다. 왜냐하면예비력을고려한분석이란, 현재의분석결과를가져다주는기존시스템과복합전력시스템에추가로필요한규모의예비력에해당하는디젤발전설비투자규모를더해주는것이기때문이다. 500호이상도서인추자도와거문도에대한 Homer의분석결과를요약하면다음과같다. 적정수준이상의풍력자원이존재하는경우에는순현재비용이최소인신ㆍ재생복합전력시스템에서기존의디젤발전시스템보다발전단가가낮게나타나므로, 현재의디젤발전으로운영하는것보다도서지역신ㆍ재생복합전력시스템보급이경제적으로타당성을갖는대안이될수있음을보여준다. 한편발전단위당투자비의측면에서저렴한풍력발전은외기조건에따라상대적으로경제성을확보하기쉬운조건을갖고있는도서에한하여발전량당비 - 709 -
장하나 김수덕 용이낮게나타난다는점이다. 소규모도서인영산도의경우신ㆍ재생복합전력시스템의발전단가가디젤발전기만이용할때의단가인 $0.353/kWh보다오히려높은값인 $0.376/kWh으로분석되었는데그이유는영산도의연간평균풍속이 2.8m/s로풍력자원이열악하다는데주로기인한다고하겠다. 결국, 해당지역에대한충분한모니터링을거친후에도서지역신ㆍ재생복합전력시스템보급에나서야한다는것을의미한다. 도서지역의신ㆍ재생복합전력시스템보급에있어서풍속, 일사량등의신ㆍ재생에너지원이조건에맞을경우에는경제적인사업이될수있지만영산도의경우와같이그렇지않을경우에는기존의시스템보다발전단가가높아질수있다. 기후변화협약과관련하여서는, 오히려경제성이확보되지못하는지역이라는점때문에이러한지역이여전히새로운사업가능성의대상이될수도있다. 즉, 당장상업성은없지만오히려이로인해화석연료의절감을통한긍정적인효과에대한추가적경제성을확보해줌으로써해당사업의가능성을높여주는 CDM(Clean Development Mechanism) 사업을고려해볼수있기때문이다. 본연구에서는각도서의 8,760시간의부하와풍속, 일사량을정확한실측데이터를확보할수없어대신이용가능한자료로기존에확보된도서별 8일간의자료를기반으로연간부하패턴을재구성하였다. 또, 발전설비비용자료에서도역시국내복합전력시스템보급의경험이일천하여국내자료가아닌해외시장의자료를이용하였다는점을지적하지않을수없다. 하지만부하에대한보다상세한정보와신ㆍ재생에너지원의실측데이터와발전설비비용자료등이확보되어입력자료가보완된다면도서지역신ㆍ재생복합전력시스템보급의경제적타당성을좀더정확하고현실성있게분석할수있을것으로예상된다. - 710 -
도서지역신 재생복합전력시스템보급타당성분석 참고문헌 1. 산업자원부, 대체에너지이용발전전력의기준가격지침, 2002. 2. 에너지기술연구원, 풍력자원측정결과데이터베이스시스템, 2003. 3. 한국전기연구원, 도서지역전력수요예측및수급계획수립방안연구, 2002. 4. 한국전력거래소, 전력시장운영실적보고서, 2004. 4. 5. 에너지기술연구원, 풍력자원측정결과, 풍력유체기기연구센터제작CD ( 연도미상 ). 6. Bagul, A. D., Z. M. Salameh and B. Borowy, Sizing of A Stand-Alone Hybrid Wind-Photovoltaic System Using a Three-event Probability Density Approximation, Solar Energy 56, 1996, pp. 323~335. 7. Fortunato, B., G. Mummolo and G. Cavallera, Economic Optimization of a Wind Power Plant for Isolated Locations, Solar Energy 60, 1997, pp. 347~358. 8. Hunter, R. and G. Elliot, Wind-Diesel System Options : A Guide to the Technology, Wind-diesel Systems, Cambridge University Press, 1998. 9. Jensen, Thomas Lynge, Renewable Energy on Small Islands, Forum for Energy Develoment, Copenhagen, Denmark, 1st Print April, 1998. 10. Kamel, Sami and Carol Dahl, The Economics of Hybrid Power Systems for Sustainable Desert Agriculture in Egypt, Energy 30, 2005, pp. 1271~1281. 11. Khan, M. J. and M. T. Iqbal, Pre-feasibility Study of Stand-Alone Hybrid Energy Systems for Applications in Newfoundland, Renewable Energy 30, 2004, pp. 835~854. 12. Markvart, T., Sizing of Hybrid Photovoltaic-Wind Energy Systems, Solar Energy 57, 1996, pp. 277~281. 13. National Renewable Energy Laboratory (NREL), HOMER V.2, 617 Cole Boulevard, Golden, CO 80401~3393 (http://www.nrel.gov/homer/). 14. Rehman, S., I. M. El-Aminb, F. Ahmada, S. M. Shaahida, A. M. Al-Shehrib, J. M. Bakhashwainb and A. Shash, Feasibility Study of Hybrid Retrofits to an Isolated Off-Grid Diesel Power Plant, Renewable & Sustainable Energy Reviews, 2005, pp. 1~19. - 711 -
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