2.1. 비용구조 분석
해상풍력발전단지의 수익성 분석 시스템의 경계가 설정되었으면 다음으로는 설정된 시스템경계 내에서의 시스템 구조에 대한 분석이 이어져야 한다.
우선 해상풍력발전단지의 비용에 대한 선행연구를 살펴보면 NREL(National Renewable Energy Laboratory 2014)는 해상풍력발전단지의 구성요소를 Level 1과 Level 2로 구분하였다.
<그림 4-3> 풍력발전단지의 System Cost Breakdown Structure 자료: National Renewable Energy Laboratory (2014)
Level 1의 항목으로 CAPEX(capital expenditure), OPEX(operational expenditure)를 정의하고 CAPEX의 Level 2 항목으로 풍력발전기, BOS(balance of system), 금융비용(financial cost)으로 구분하였으며, OPEX의 Level 2 항목 으로 운영(Operation), 유지(Maintenance)비용으로 구분하였다.
여기서 BOS는 풍력발전기의 운송, 설치, 해상변전소 설치, 해저케이블 설치 등 발전단지의 설치 전반에 대한 비용을 포괄하는 의미로 사용하였다.
RENA(international renewable energy agency,2012)는 <그림 4-4>에서 보는 바와 같이 풍력을 포함한 신재생발전 비용에 대하여 공장 가동부터 사이트 설 치, 운영 등의 단계별로 비용구조를 구분하였다.
<그림 4-4> 신재생에너지 발전비용의 구성요소 및 경계 자료: International Renewable Energy Agency(2017)
The Crown Estate(2014)는 COE(Cost of Energy) 분석을 위한 구성요소 분 석에서 풍력발전단지의 구성요소를 크게 CAPEX와 OPEX로 구분하였다.
CAPEX의 하위 요소로는 인허가 및 개발비용, 프로젝트 관리비용, 발전기 비 용, 하부구조물 비용, 케이블 비용, 설치비용, 해체비용, 보험비용으로 구분하 였으며, OPEX의 하위 요소로는 유지보수 비용, 보험비용, 전력망 이용비용,
해상부지 임대비용, 기타로 구분하였다.
<그림 4-5> COE (Cost of Energy) 구성요소 자료: The Crown Estate (2012)
Network for Offshore Wind etc (2016)는 LCOE(Levelised Cost of Energy) 분석을 위한 구성요소 분석에서 풍력발전단지의 구성요소를 크게 CAPEX와 OPEX&Decommissioning으로 구분하였다. CAPEX의 하위 요소로는 발전기, 하부구조, 전기계통, 개발비용, 보험, 예비비로 구분하였다.
<그림 4-6> 해상 풍력발전단지의 CAPEX 구성(1) 자료: Network for Offshore Wind etc.(2016)
이상의 선행연구에서 살펴봤듯이 해상풍력발전단지의 비용구조는 크게 투자 측면의 CAPEX와 운영·유지측면의 OPEX로 구분되어지는 것을 확인 할 수 있 다. CAPEX와 OPEX의 하위 구성요소의 경우는 각 연구마다 구분방법과 범위 의 차이는 있으나 구성 항목 자체는 큰 차이가 없음을 알 수 있다.
이는 해상풍력발전단지 산업이 성숙된 단계에 접어든 산업영역은 아니나 이 미 유럽을 중심으로 상업용으로 가동 중인 해상풍력발전단지가 다수 존재하고 그런 단지들의 운영실적으로부터 나온 실측 데이터에 기반 한 연구들이 많이 진행됨에 따라 해상풍력발전단지를 구성하는 각 요소들에 대한 정의가 명확해 졌기 때문일 것이다.
따라서 본 연구에서는 해상풍력발전단지의 비용구조에 대하여 선행연구 결 과를 바탕으로 CAPEX와 OPEX를 주요 요소로 사용하였다.
비용구조의 주요 항목인 CAPEX의 구성 요소로는 하부구조물, 해저케이블, 해상변전소 등 발전기외 단지 구성품, 발전기, 설치 및 시운전 비용, 개발 및 인허가 순으로 비용이 발생한다. 비용 측면에서 보자면 발전기가 단일품목으 로는 가장 큰 비중을 차지한다. 초기 단지 규모 및 위치를 선정하고 발전기 배치 레이아웃 등을 선정하는 개발 및 인허가 비용은 비용측면에서는 4%정도 로 비중이 크지 않으나 기간 면에서는 짧게는 1~2년, 길게는 수년이 걸려 단 지개발비를 급증시킬 수 있다는 점에서 비용대비 영향은 크다고 볼 수 있다.
<그림 4-7> 해상 풍력발전단지의 CAPEX 구성(2) 자료: Wind Europe (2016)
CAPEX가 초기투자비 측면에서의 비용이라면 OPEX는 단지운영기간 중 발 생하는 운영측면에서의 비용이라고 할 수 있다.
해상풍력발전단지의 운영비는 발전비용에 중요한 영향을 주고 발전단지를 계획하고 운영하는 동안 여러 단계에서 추정되어야 한다. 그러나 이러한 추정 값 넓은 오차범위를 갖으며 불확실성이 높다(ECN, 2007).
전체 발전단가의 76%(구매비 63%, 설치비 13%)를 차지하는 CAPEX에 비해 23%를 차지하는 OPEX는 비용측면에서는 상대적으로 CAPEX에 비해 적지만 20년 이상의 단지운영기간에 걸쳐 발생된다는 점에서 불확실성은 훨씬 크다고 할 수 있다.
<그림 4-8> Breakdown of Cost of Energy 자료: Ecofys (2012)
OEPX 비용의 발생은 여러 방법으로 정의할 수 있다. ECN(2007)은 OPEX 를 고장방지를 위해 수행하는 예방활동(Preventive Maintenance)과 발생한 고 장에 대한 수리활동(Corrective Maintenance)으로 크게 구분하였다. 예방활동 의 경우는 발전기에 특별한 이상이 없더라도 발전기 고장을 사전에 방지하기 위해 실행하는 정기 점검활동으로 일정 시간간격이나 일정 운전시간마다 실행 하는 정기 유지보수 활동(Calendar Based Maintenance)과 고장이 있지는 않지 만 시스템 전반적으로 보수가 필요한 발전기의 상태에 따라 실행하는 활동
(Conditional Based Maintenance)으로 구분하였다. 수리활동의 경우는 고장이 발생하지는 않았지만 곧 고장이 예상될 때 실행하는 계획된 수리활동 (Planned)과 전혀 예상치 못한 상태에서 발전기에 고장이 발생하고 나서 실행 하는 계획되지 않은(Unplanned)수리활동으로 구분하였다.
<그림 4-9> OPEX 비용 구분 자료: ECN (2007)
OPEX비용을 단지운영 시기별로 봤을 때는 발전단지가 아직 안정권에 들지 않은 초반부에는 계획되지 않은 Unplanned corrective maintenance 비중이 크 고 단지운영기간 중반에는 Overall을 위한 Condition based maintenance 가 발생하며, 단지수명 후분부에는 발전기 노후에 따라 다시 Unplanned corrective maintenance가 발생하는 것을 볼 수 있다.
<그림 4-10> 단지운영시기에 따른 OPEX 비용 자료: ECN (2007)
단지 운영비는 단지가 위치한 입지조건, 설치된 발전기의 신뢰도, O&M (Operation & Maintenance) 업체의 역량, 발전기 부품 수급현황, 사용선박, 해 양사고 등 다양한 변수에 의해 발생되며 어느 정도의 단지운영 기간을 거쳐야 신뢰도 있는 데이터를 얻을 수 있는 경험적 측면이 많이 반영되는 비용이다.
비용구조의 주요 요인으로 설정한 CAPEX와 OPEX이외에도 통상 20년 정도 의 운영기간을 갖고, 발전기의 사양에 따라서는 25년 동안 장기간 운영되는 발전단지의 특성을 감안하여 인플레이션 항목을 비용구조에 추가하였다.
<그림 4-11> 10년간 OECD국가의 평균 소비자 물가지수 (2010=100) 자료: 통계청, 연구자 재구성
또한, 해상풍력발전단지와 같이 개발 초기에 대규모 자금이 필요한 사업의 경우는 특정 기업이나 기관 단독으로 비용을 부담하는 경우가 드물고 대부분 여러 개의 전력회사가 컨소시엄을 이루는 형태나 프로젝트 파이낸싱을 통해 개발된다. 따라서 프로젝트에서 발생한 캐시 플로(cash flow)를 유지·확보하는 것이 프로젝트 성공에 아주 중요한 요소가 되고, 이러한 투자금에 대한 자본 비용이 수익성에 미치는 영향 역시 크다고 볼 수 있다. 따라서 투자자금 조달 로 인해 발생하는 자본비용 역시 비용항목에 추가하였다.
<그림 4-12> 유럽 해상풍력발전단지 투자주체 현황 자료: Wind Europe (2016)
이와 같이 CAPEX와 OPEX를 발전단지 비용구조의 주요 요소로 설정하고 인플레이션과 자본비용을 보조적인 요소로 반영하여 최종적으로 <그림 4-13>
와 같이 비용구조를 구성하였다.
<그림 4-13> 해상풍력발전단지의 비용구조
2.2. 수입구조 분석
해상풍력발전단지의 수입구조는 비교적 단순하여 전력 판매비용이 유일한 수익원이다. 다만, 세계적인 신재생에너지 촉진정책으로 인해 다양한 지원정책 들이 생겨나고 있으며 이런 정부 지원금은 발전단지의 수익성에 큰 영향을 주 는 중요한 요소이기에 전력 판매비용에 정부 지원금 항목을 추가하였다.
<그림 4-14> 해상풍력발전단지의 수입구조