1. 서 론

2. (신)재생에너지 경제성 분석 이론

경제성분석은 투자사업의 비용(Cost)과 편익(Benefit)을 측정하고, 경제적 수익률(Economic rate of return)을 계산하여 투자사업에 대한 타당성 여부를 분석하는 방법이다.

경제성분석의 방법으로는 비용편익비율(Benefit-cost ratio)과 순현재가치(Net present value:NPV), 내부수익률(Internal rate of return:IRR) 등 세 가지 방법을 사용하고 있다^{[7, 8]}. 공공투자사업의 관심이 비용 대비 편익보다 순편익의 극대화에 초점이 맞춰져 있다면, 비용편익비율 보다는 순현재가치(NPV)를 사용하는 것이 합리적이며, 본 논문에서는 신재생에너지의 대략적인 구축비용을 기반으로 20년간 운영 시 편익을 통해 사업타당성을 분석하였다.

우리나라 산업단지에서 시행하는 스마트그린산단 전환을 위한 사업모델 분석은 공공투자사업의 성격이 높아 순현재가치(NPV)를 사용하였으며^[9], 순현재가치(NPV)는 일정 할인율에 의해 사업에 수반된 모든 비용과 편익을 기준년도의 현재가치로 할인하여 편익에서 비용을 차감한 값, 즉 현재가치로 환산된 편익과 비용의 차이를 비교하여 0보다 크면 경제적 타당성이 있다는 의미로 해석할 수 있다.

순현재가치의 값이 정(+)의 값을 갖는 사업이 적용된 할인율 하에서 자본비용을 회수하고도 잉여가 발생한다는 것을 의미하며, 사업의 타당성이 있다는 것을 의미한다.(NB : 순편익의 흐름, r : 할인율, n: 사업기간)

신재생에너지 인프라에 투입되는 비용은 태양광발전 10MW 기준으로 산정하였으며, 투자개발비에 대한 부분은 실제 구축비용의 사례를 통해 산정하였다.

수익모델의 경우, 태양광발전의 수익과 탄소배출권 거래가격으로 추산하였으며, 각각 회귀분석을 통해 향후 20년간의 가격 및 수익을 예측하였다.

3. 산업단지의 분산에너지 구성 및 경제성 분석 결과

산업단지는 공장의 지붕과 주차장 등 태양광발전을 하기 위한 유휴부지 또는 활용가능 부지 확보가 가능하다. 비교적 넓게 조성된 국가산단의 경우, 10MW 정도의 태양광패널을 유휴부지에 설치 가능할 것으로 예상되며, 본 연구에서는 10MW 규모의 분산에너지를 대상으로 구성하고, 이에 대한 인프라 구축 비용 대비 편익을 살펴보려 한다.

산업단지에 적용가능한 분산에너지원은 태양광, 소형풍력, 소수력 등이 있으며, 분산에너지원의 간헐성을 보완하기 위해 ESS 및 수전해 연료전지의 사용이 필요하다. 지역에 따라 지열 및 바이오매스 등이 활용 가능하나, 이 연구에서는 반영하지 않았다.

각 분산에너지 설비는 발전용량, 운영기간, 설치비용, 유지보수비용, 할인율을 산정하였으며, 순현재가치(NPV)를 통해 수익을 예측하였다.

Table 2의 산정 사례를 기반으로 분산에너지원의 구축비용 대비 편익을 살펴보았다. 제품, 시세, 규모 등 다양한 가격산출이 가능하여 단위용량에 따른 평균가격에 대한 편차가 커서 정확한 비용산정이라 할 수 없지만, 산업단지에 적용한 실사례를 통해 산정하여 이 연구에서 요구되는 비용 대비 편익을 산정하여 분산에너지원 간의 차이를 보는데는 문제가 없다고 판단되어 활용하였다.

산업단지에서 분산에너지를 활용하기 위해서 가장 먼저 고려되어야 할 부분은 태양광발전의 설치용량이다. 태양광발전용량을 산출하기 위해서는 일조량 및 일조시간에 따라 발전용량을 예측하는 방법이 있는데, 이번 연구에서는 일조시간에 따라 발전용량을 예측하였으며, 약 13.6GWh의 발전용량을 가지며, 산업용 전기요금으로 환산했을 경우, 연간 18.2억원의 수익이 발생할 것으로 예상된다. 여기에 태양광발전소 구축 비용을 MW당 13억원을 가정하면, 약 130억원이 소요되며, 유지보수비용 연간 약 5,000만원, 할인율 4\%를 적용하여 20년간 운영 시 약 89억원의 수익이 발생될 것으로 예상된다.

하지만 태양광발전의 간헐성을 보완하기 위해 필요한 ESS 및 연료전지는 약 33억원(10년 운영 시) 및 5.6억원의 손실이 예상되며, 소형풍력, 소수력 등 재생에너지 분야도 각각 4.2억원, 2.1억원 등 손실이 발생할 것으로 예상되었다. 이는 태양광을 제외한 재생에너지 시장이 활성화 되지 않아 구축비용이 높기 때문이다^[10]. 기술적인 성능향상도 필요하지만, 시장활성화를 통한 구축비용의 절감이 우선적으로 필요할 것으로 보인다.

순현재가치(NPV)로 재생에너지의 20년간 편익분석을 통해 태양광발전을 제외하고는 발전사업에서 수익을 내기 어려운 구조라 여겨진다. 이는 우리의 신재생에너지의 수익모델이 주로 REC(Renewable Energy Certificates)+SMP(System Marginal Price)로 구성된 전력판매사업이 주류를 이룬 결과로 판단되며, PPA(Power Purchase Agreement)와 같이 발전사업자가 직접 소비자와 거래를 맺는 경우에는 분산에너지원을 태양광과 간헐성을 보완할 ESS, 연료전지 등을 최소필요 용량을 확보하는 것이 경제적일 것으로 판단된다.

Table 3의 수익분석에서는 운영비, 금융비 등 기업운영에 관한 비용은 산정하지 않았다. 이는 다양한 경우가 존재하고, 이 논문의 목적이 정확한 비용 대비 편익을 산정하는 것보다는 비교분석 차원에서 개략적인 산정을 통해 사회적 편익을 살펴보려는 목적을 갖고 있기 때문이다.

또한, 한국산업단지공단에서 3대 10개 과제 중 하나인 그린화 사업의 경우 비즈니스 모델의 주안점으로 보고 있는 26년부터 적용될 유럽연합국으로 수출되는 산업단지에서 생산된 제품에 세금을 부과할 예정인 탄소국경세에 대비하여 수익 모델에 대한 기간, 수익 예측을 통한 효율적인 탄소거래에 대한 지표를 통해 전력공급을 통한 판매수익과 함께 탄소중립을 위한 탄소배출권 확보 및 거래를 통한 수익모델도 반영해야 향후 산업단지 에너지공급에 대한 비즈니스 모델이 명확해질 것으로 판단된다.

태양광발전 10MW를 통한 탄소감축량은 한국에너지공단에서 제공하는 감축량 계산기에 의해 약 6,036.661 tCO2-eq/년으로 나타났으며, 이를 탄소배출권 가격으로 환산하면, 약 20년간 배출권 수익은 약 200억원이 예상된다.

이에 대한 NPV 분석을 통해 20년간 탄소배출권의 평균 가격 예측의 결과 Fig. 1.에 나타내었으며, 태양광발전에 대한 시장규제 및 기타 신재생에너지원의 높은 구축비용 및 운영비용을 상쇄할 수 있을 것으로 예상된다. 또 탄소배출권 거래를 유럽시장에서 거래하게 되면 약 2,600만 유로(한화 약 340억원)의 편익이 예상된다.

Fig. 1. Average price prediction result of carbon emission rights using linear regression analysis

Table 4는 한국과 유럽의 탄소배출권 평균 가격을 예상한 것이다. 한국거래소의 배출권시장 정보플랫폼에 공개되어있는 지난 10년간 탄소배출권 평균 가격 자료를 기반으로 선형회귀분석을 통해 향후 20년간의 탄소배출권 평균 가격을 예측해보았다. 배출권의 가격은 지속적인 상승을 보이는 것으로 예상되며, 향후 기상이변이 지속적으로 발생하고, 강도가 거세지면 더더욱 배출권의 가격은 상승할 것으로 예상된다.

따라서, 분산에너지 공급으로 인한 전력요금수익 약 56억원과 탄소배출권 거래수익 약 200억원을 합하면 분산에너지자원에 대한 투자 188.8억원 대비 약 256억원의 수익을 낼 수 있을 것으로 예상된다.

4. 결 론

산업단지는 우리나라 산업의 중추이자, 미래 먹거리를 책임지는 역할을 하고 있다. 하지만 산업성장기에 구축된 인프라들이 노후화되고, 에너지전환, 디지털전환, 4차산업혁명, 탄소중립 등 빠르게 변화하는 글로벌 트랜드로 인해 산업단지도 이에 발맞춰 변화해야 하며, 이를 위해서는 분산에너지의 적극적인 활용이 필요한 상황이다. 따라서, 본 논문에서는 분산에너지 설비에 대한 구축비용 대비 편익을 대략적으로 분석해 보았고, 이를 통해 188.8억원의 투자 대비 약 256억원의 편익이 발생할 수 있을 것으로 확인되었다.

또 현재 주된 전력거래 방법인 REC+SMP의 전력거래 방법도 점차 개선되거나 폐지되는 방향으로 가야할 것으로 보인다. 산업단지와 같이 대규모 신재생에너지 인프라 구축 시 전력거래 모델은 REC+SMP 방식 보다는 직접 PPA를 통한 지역 네트워크의 직접 거래 방식이 우선적으로 해소되어야 지역마다 늘어나는 신재생에너지의 활용방안 역시 효과가 있을 것으로 판단된다.

마지막으로, 우리나라의 산업단지 성장방향이 앞서 언급한 에너지전환, 디지털전환, 탄소중립 등 다양한 변화의 시기에 에너지 수요와 공급이 효율적이고, 최적화 되어 운영되어야 한다. 그리고 작업자 및 에너지 설비의 안전관리가 매우 중요한 부분이 될 것이다. 이를 위한 방안이 필요할 것이며, 탄소중립을 위한 각 국의 제재에 대한 대응방안도 준비되어야 할 것이다.