태양광 설치용량은 전년대비 75GW(32.8%) 증가하여 ‘16년 세계누적용량은 303GW를 넘겼으며 태양광 산업은 세계 수요가 늘어나면서 점점 가속화되고 있는 추세이다.
<그림 2-6> 세계 태양광 설비용량 추이(2006~2016) 자료: REN21(2017)
초기투자비용이 크고 소음에 대한 주민반대로 인해 풍력보급률은 다소 저조 하였지만 기술력 향상 및 신재생에너지 활성화정책에 의해 점차 확대되고 있 는 추세이며 에너지양은 풍속이 세고 블레이드(날개) 크기가 클수록 많고 대 규모 단지의 경우 발전단가가 낮아져 상용화가 가능하다. 그리고 일부지역은 풍력발전단지를 관광 상품화하여 활용하는 경우도 있다.
‘16년 세계 풍력 누적용량은 전년대비 55GW(12.4%)증가한 487GW에 이르렀 고 점점 수요가 증가함에 따라 경쟁력이 높아지고 있다.
특히 ‘15년 기록적인 신규 설치용량 덕분에 대부분의 일류터빈 제조사들은 설치 기수 측면에서 사상 최대의 실적을 기록했다. 설비 이용률의 향상, 규모 의 경제, 금융 개선 등을 통해 가격이 낮아져서 많은 지역에서 육상풍력은 화 석연료와 직접 가격 경쟁을 할 수 있게 되었으며 해상풍력은 3.4GW가 전력망 에 연결되는 등 강한 성장세를 보였다(산업통상자원부, 2016).
<그림 2-7> 세계 풍력 설비용량 추이(2006~2016) 자료: REN21(2017)
그리고 국내 풍력발전도 태양광과 함께 높은 증가추세를 보이고 있으며 한 국풍력산업협회에 따르면 2016년 12월 현재, 계통 연계 운영이 이뤄지고 있는 100kW 이상의 상업용 발전단지는 중대형풍력 80개소 531기 총 1031.22MW와
소형풍력 3개소 20기 0.2MW 등 총 83개소 551기 1031.42MW로 집계됐다(김 진환, 2017).
구분 2010년 2011년 2012년 2013년 2014년 2015년 2016년 신규 19,750 31,100 84,050 80,150 47,860 224,350 200,750 누적 372,595 400,860 484,910 563,650 611,510 835,110 1,031,220 자료: 한국풍력산업협회
<표 2-28> 국내 풍력발전 설치 실적
(단위: KW)
제3절 신재생에너지 해상풍력에 관한 선행연구
해상풍력발전단지는 시스템자체를 구성하는 하위요소들이 다양하며 각 부문 간 연관관계가 복잡하게 이루어져 있어 부문별 연구는 많이 이루어져있으나 발전단지 전반에 관한 연구는 미흡한 것으로 나타났다.
따라서 해상풍력에 대한 선행연구 검토로 먼저 해상풍력발전단지의 이격거 리, 풍황, 배치 등 하위 기술부문에 대해 알아보았다. 그리고 발전단지의 기술 성에 대한 검토도 중요하지만 이에 대한 경제성 분석 또한 강조될 수밖에 없 기 때문에 해상풍력에 대한 경제성 분석에 대한 선행연구를 살펴보았다. 또한 풍력분야에 시스템다이내믹스를 적용한 선행연구는 없는 것으로 조사되었으므 로 상위개념인 신재생에너지에 본 연구방법을 활용한 연구에 대해서도 검토해 보았다.
먼저 해상풍력발전단지 하위 부문에 관한 선행연구는 다음과 같다.
김경보(2010)는 풍력발전에 이용되는 바람에 대한 모니터링을 위해 제주도 풍력발전단지(행원, 한경, 성산)의 풍황정보를 실시간으로 확인 및 분석한 통 합 모니터링 시스템 개발 및 구축을 수행하였고, 신뢰성있는 단기간 바람자료 의 확보를 위해 기존 연구에서는 시도되지 않은 차세대 중규모 모델인 WRF 를 이용하여 단기간의 바람을 실시간으로 예측하는 시스템을 구축하였다.
그리고 김영종(2013)은 해상풍력발전단지의 건설에 있어 풍향과 풍력터빈의 설치간격의 결정은 에너지 생산 효율의 극대화를 위해 필수적인 요소임을 전 제로 해상풍력발전단지를 건설할 경우 이격거리에 따른 발전량 변화와 최적의 이격거리를 산출하였다.
해상풍력발전은 설치까지 평균 5년이 소요되며 육상풍력발전보다 설치비가 더 소요되므로 대용량·대규모로 설치되어야 경제적이다. 터빈의 설치비용이 총비용의 40%에 육박하는 것을 바탕으로 고동휘(2014)는 국내 환경에 적합한
설계를 하기 위해서는 국내 해상 및 기상환경을 고려한 설계 기준서 마련이 필요하다고 언급하였으며 서해안 지역에 위치한 해상풍력발전 실증단지 지점 의 터빈 설계 기초자료를 제공하기 위해 서해의 기상 자료와 파랑 자료를 분 석하였다.
또한 대형 풍력발전단지를 설치하려면 엄청난 투자가 필요한데 이미 설치된 풍력발전기 배치를 변경하는 것은 상당한 비용이 소모되므로 풍력발전단지를 운용하기 전에 최적의 배치형상을 미리 설계하는 것은 중요하다(황병호, 2017).
구분 제목 분석방법 주요내용
김경보 (2010)
기상수치모델(WRF)을 이 용한 풍력발전단지 발전 량 단기예측에 관한 연구
기상수치모델 (WRF)
한경 풍력발전단지에 대한 예상발전 량 산출 및 발전량 불확도 예측에 기 여할 수 있는 풍력예측시스템을 구축 김영종
(2013)
이격거리에 따른 해상풍 력발전단지 최적설계에 대한 연구
Windpro 2.6 설계프로그램
해상풍력발전단지를 건설할 경우 이 격거리에 따른 발전량 변화와 최적의 이격거리를 산출
김영곤 (2014)
풍력발전단지의 다목적 운영을 위한 통합시스템 구축에 관한 연구
SCADA 시스템
풍황분석과 발전량 산정을 통해 SCADA통합시스템 설계 및 적용
고동휘 (2014)
서해 해상풍력단지 개발 을 위한 바람과 파랑 설 계조건에 관한 연구
확률 가중모멘트법
(PWM)
해상풍력발전단지 건설을 위해 필요 한 바람과 해상조건에 대하여 국내외 설계 지침을 검토하고 국내환경을 고 려한 설계조건을 제시
김정호 (2015)
해상풍력발전단지 연계
용 전압형 HVDC의 DC 전압 협조제어 전략
PSCAD/
EMTDC 과도해석프로그
램
풍력발전기의 전압형 HVDC를 모델 링하고 제어전략을 사례별로 시뮬레 이션하여 계통의 안정화 대안 제시 문원식
(2015)
해상풍력발전단지의 확
률론적 전력망 계획을 위한 최적화 방안
omTSP 알고르즘
다양한 전력망 구성에 따른 확률론적 전력망에 대한 최적화 방안 제시
황병호 (2017)
로터-후류 상호 간섭 효 과를 고려한 풍력 발전 단지의 다학제간 최적 설계 연구
단지 유동해석, 후류 해석,
비용함수
풍력발전단지의 경제적 배치형상을 도출하기 위한 발전단지 최적설계에 관한 연구
<표 2-29> 해상풍력발전단지 하위 부문별 연구
그리고 해상풍력발전에 대해 경제성 분석을 수행한 연구를 살펴보면 다음과 같다.
한국해양수산개발원(2011)은 실질적인 경제성을 확보하고 있는 지와 향후 기 술발전 정도에 따른 경제적 타당성의 변화 여부를 검토하는 것이 국가에너지 정책의 마련을 위해 필요하다고 판단하였고 이를 위해 국내에서 수행된 사례 지역의 경제성 분석 자료를 토대로 설명하였다.
그러나 해상풍력의 경제성에 영향을 주는 요소들은 사업경험 부족으로 대부 분 외국자료에 근거하고 있어 경제성분석에 한계가 있다고 보았다. 강금석 외 (2011)는 국내의 실정을 반영하여 건설비를 추정하였고, 국내 해상풍력이 활성 화되기 위해 필요한 경제성 요소가 무엇이고 이의 향상을 위해 어떠한 방향으 로 사업 및 연구를 추진해야하는지 살펴보았다.
그리고 2011년에 발표된 ‘서남해 해상풍력 추진계획’에 제시된 1단계 실증단 지 건설사업의 경제성을 실물옵션기법으로 평가한 분석결과로 해상풍력발전은 약 8천3백억원의 성장옵션 가치를 포함하여 약 1조원의 사업 가치를 갖는 것 으로 나타났다(이동수 외, 2012).
허돈(2012)은 해상 풍력발전의 경제성 평가에 필요한 개념을 먼저 정의하고 시나리오를 구성하여 경제성 평가를 수행하였고 민창기 외(2014)는 해상 인프 라 비용을 효과적으로 고려한 해상풍력발전단지의 경제성 분석 방법을 제안하 였다. 이를 통해 해상풍력발전단지의 비용 모델링과정에 해상 인프라의 비용 을 효과적으로 고려하였고 해저케이블 및 해상변전소 비용, 그리고 기초지지 대의 비용을 해안과의 이격거리 및 수심과의 관계로 나타내었다.
또한 제주도 서귀포시 강정마을 해안 일대에 해상풍력발전단지 개발 및 국 내산 풍력터빈 실증단지의 활용을 위한 발전량해석 및 경제성 분석을 목적으 로 제주특별자치도(2016)는 풍력발전단지설계 및 발전량(AEP) 추정, 비용과 편 익 항목 설정, 경제성 분석의 순서로 사업경제성 평가를 실시하였다.
구분 제목 주요내용 한국해양수산개발원
(2011)
해상풍력발전의 환 경적·경제적 영향 분석
해상풍력 단지 환경영향(건설, 운영 및 해체)뿐 만 아니라 정책 대응을 바탕으로 해상풍력의 사업성 및 수익 등 경제성을 평가
강금석 외 (2011)
국내 개발 조건을 반영한 해상풍력단 지의 경제성 분석
전력계통연계비, 해양구조물 설치비 등에 대해 서 국내실정을 반영하여 건설비를 추정하고, 국 내 해상풍력이 활성화되기 위해 필요한 인자 제시
이동수 외 (2012)
실물옵션을 이용한 해 상 풍 력 실 증 단 지 사업의 경제성 평가
실물옵션 블랙-숄즈모형을 이용하여 해상풍력실 증단지의 경제성을 평가하고 사업가치평가법인 순현재가치(NPV)기법과 평가결과를 비교 허돈
(2012)
해상 풍력발전의 경 제성 평가
수입과 비용 등 시나리오를 가정하여 해상풍력 발전의 경제성 평가를 수행
민창기 외 (2014)
국내 해상풍력발전 단지의 경제성 분석
해상풍력발전단지 비용 요소들(해상변전소, 해 저케이블, 그리고 기초지지대의 비용)을 비용 모델링에 종합적으로 반영한 해상풍력발전단지 의 경제성 분석 방법을 제안
제주특별자치도 (2016)
강정마을 해상풍력 발전 보급사업 경제 성 분석
편익/비용비 분석 및 비용(CAPEX, OPEX)을 통해서 제주도 서귀포시 강정마을 해안 일대에 해상풍력발전단지 개발 및 국내산 풍력터빈 실 증단지의 활용을 위한 발전량해석
<표 2-30> 해상풍력발전 경제성분석 연구
다음은 본 연구에서 사용된 분석방법인 시스템다이내믹스를 적용한 선행연 구들 중 신재생에너지와 관련된 연구를 살펴보았다.
유재국 외(2005)는 신재생에너지가 시장에서의 보급에 어려움을 겪는 이유를 기술 및 경제성과 결합된 시장왜곡의 문제라고 시스템다이내믹스를 활용하여 보다 나은 정책적 도구를 개발하는 데 목적을 두고 연구하였다.
그리고 정책적으로 아무리 많은 정부 지원이 이루어진다고 해도 투자가들이 전력시장가격과 에너지 가격의 큰 변동성 때문에 투자를 꺼린다면 정부의 목 표량을 실질적으로 달성하기 어렵다고 보고 김현실 외(2006)는 전력시장에서