A Study on the Economic and Social Benefits of the Microgrid Business Model in Island Areas : Consumer’s Community Solar Participation in Development

DOI:https://doi.org/10.21218/CPR.2021.9.2.059 eISSN 2508-125X

  

!"#$%&'()*+,-

이상희ㆍ이해석*ㆍ김경남*

에너지환경정책기술학과, 에너지환경대학원, 고려대학교, 서울, 02841

A Study on the Economic and Social Benefits of the Microgrid Business Model in Island Areas : Consumer’s Community Solar

Participation in Development

SangHee Lee ․ Hae-Seok Lee* ․ Kyung Nam Kim*

Energy Environment Policy and Technology, The Graduate School of Energy and Environment (Green School), Korea University (KU), Seoul 02841, Korea

Received February 28, 2021; Revised April 6, 2021; Accepted April 7, 2021

ABSTRACT: The purpose of this study is to develop a business model that efficiently converts diesel power generation systems to renewable energy microgrids (MG) in large-scale islands. Most of the previous studies on the conversion of renewable energy MG in islands had limitations dealing with efficiency from the perspective of suppliers. However, the microgrid has the characteristic of getting benefits through the interaction between the consumer and the supplier. In addition, the efficient MG business model from the perspective of new institutional economics is a structure in which consumers and suppliers jointly participate. Therefore, this study assumed that the MG business model in which the supplier’s MG and the consumer’s community solar participated would benefit all participants, and verified the assumptions using domestic island data. In terms of supplier investment, the cost of power supply (LCOE) of assumed model was calculated to be 14.0% lower than that of the diesel model and 3.7% lower than that of the supplier-only MG model. From the perspective of consumer investment, electricity bills are expected to be reduced by more than 200,000 won per household per year through self-generation of solar power. Social benefits are expected to reduce external environmental costs. The CO2

emissions of the assumed model were calculated to be 39.5% lower than the diesel model and 1.5% lower than the supplier-only MG model. Therefore, the MG business model with consumer participation proposed in this study is expected to be an efficient alternative to renewable energy MG conversion in domestic islands, and is meaningful as an energy plan that improves the benefits of local residents.

Key words: Microgrid business model, Community solar, Interaction, Participatory development, CBA

*Corresponding author: [email protected]; [email protected]

ⓒ2021 by Korea Photovoltaic Society

This is an Open Access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution Non-Commercial License (http://creativecommons.org/licenses/by-nc/3.0)

which permits unrestricted non-commercial use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited.

Nomenclature

i : discount rate

Subscript

MG : microgrid BM : business model PV : photovoltaic

CBA : cost benefit analysis NPV : net present value

IRR : internal rate of return NPC : net present cost

LCOE : levelized cost of energy SP : simple payback periods

1. 서 론

국내 내륙지방과 멀리 떨어져 있는 도서지역은 전력계통 연 계가 어려워 거주 주민들은 대부분 각 섬에 설치된 디젤발전소 로부터 전력을 공급받고 있다. 디젤발전만으로 전기를 생산하 면 높은 연료비로 인해 발전원가가 높아진다. 그러나 국내는 정 책적으로 주민의 경제적 부담 경감을 위해 도서지역의 높은 디

59

Table 1. Prior studies of microgrid business model

Topic Subject Author Method Findings Limitation This research

Energy policy and management- decision support

methods for investment

Remote

area Strantzali (2016) Systematic

review The proportion of CBA

method is high - CBA method

Island Blechinger (2016), Eras-Almeida (2020),

Athila (2018)

Techno-economic evaluation

Economic potential of a RE-based

MG system

Supplier-centric model

Consumer, Supplier joint participatory model Optimum participation

structure of MG Biz-model, review of

case studies

Remote

area Gui (2017) Economic theoretical

framework Hybrid ownership and

network governance Qualitative

analysis Quantitative analysis Island Eras-Almeida (2019) Systematic

review

Public-led models are dominant in large

islands - Public-led model

Consumer participatory energy

planning paradigm

Remote

area Herington (2017) Systematic review

Need to engage local stakeholders for a

appropriate solution - Participation of consumer Island Ghiani (2019) Technical

evaluation Improvement of energy

efficiency - Benefits of

participants

젤발전원가를 전기요금에 반영하지 않고 육지와 동일한 전기요 금체계를 적용한다. 이에 따라 도서지역은 전력공급 시 지속적 으로 발전원가 결손분이 발생하며 정부가 보조금으로 결손분을 지원하고 있어, 정부 보조금 절감을 위해서는 전력공급 효율성 제고가 필요하다. 또한 디젤발전은 화석연료 사용 시 발생하는 온실가스와 환경오염 문제가 있어 이에 대한 대책도 필요하다.

최근에는 태양광, 풍력 발전 등 재생에너지의 효율 향상과 친 환경성을 고려하여 전 세계적으로 재생에너지 마이크로그리드 (MG) 시스템이 도서지역 디젤발전 시스템의 대안으로 검토되 고 있다. 국내 도서지역도 재생에너지 MG 시스템 확대를 모색 하고 있으며 가사도 등 소규모 도서를 중심으로 정부 및 지자체 지원 융복합 사업, 유틸리티 R&D 실증사업이 추진되고 있다.

그러나 대규모 도서는 재생에너지 발전 시스템 전환에 많은 초 기 투자비 소요로 추진에 어려움이 있어 보다 효율적인 MG 전 환 방안 마련이 필요한 상황이다.

이에 본 연구는 국내 대규모 도서의 재생에너지 MG 전환을 경제적으로 추진할 수 있는 개발방식과 사업모델을 모색하고 자 한다. 그리고 새로운 개발방식과 사업모델에 대해 국내 에너 지 정책 및 제도를 반영하여 현실성을 높이고 이 모델의 경제적, 사회적 편익을 분석하여 기존 방식 대비 효율성을 검증하고자 한다.

2. 선행연구

도서지역 재생에너지 MG 개발에 대한 효율적 대안 모색을 위해 Table 1과 같이 선행연구를 조사하였다. 연구 주제는 크게 세가지로 첫번째는 재생에너지 투자 의사결정방법과¹⁾ 도서지 역 재생에너지 MG 개발 타당성 분석이다^2-4). 두번째는 MG 사 업모델 분야로 MG 사업모델의 효율적 참여구조 정립과⁵⁾ 도서 지역 재생에너지 MG 사업모델 사례 분석이며⁶⁾,세번째는 지역 에너지개발 패러다임 분야로 수요자 중심의 지역 에너지개발과

지역 주민 참여 분산 에너지원 활용의 이점 연구이다^{7, 8)}. Strantzali (2016)는 재생에너지 투자에 관한 의사결정방법 사례 연구에서 1995년~2014년까지 179개의 재생에너지 투자 를 주제로 게재된 논문 분석 결과 에너지정책 및 운영 분야에서 의사결정방법은 경제적 편익을 분석하는 비용편익분석(Cost benefit analysis)이 전체의 36% 비중을 차지하며 가장 높음을 보여주었고, 비재화에 대한 가치 측정의 어려움으로 대부분 시 스템 투자비, 운영 및 유지보수비 등에 대한 재무적 CBA 였다¹⁾. 이와 관련하여 Blechinger (2016)는 전 세계의 도서지역은 기후 자원에 따라 재생에너지와 에너지저장장치 하이브리드 전력 시 스템의 경제성이 디젤 시스템 대비 높을 수 있음을 보여주었으 나 공급자 에너지원 중심 개발 방식이며 수요자 분산 에너지원 을 효율적으로 활용하는 사업모델을 제시하지 못하는 한계가 있었다²⁾. Eras-Almeida (2020)의 Galapagos 섬³⁾, Athila (2018) 의 Rottnests 섬 재생에너지 확대방안 연구에서도⁴⁾ 디젤 시스템 대비 재생에너지 시스템의 기술, 경제적 타당성을 분석하였으 나 동일한 한계점이 있었다.

Gui (2017)는 전력 인프라 건설이 어려운 지역은 지역 주민과 민간이 분산 에너지원 투자에 참여하는 마이크로그리드(MG) 모델이 솔루션이 될 수 있지만 참여자별 편익을 고려하지 않을 시 실폐하는 사례도 있어 상황에 적합한 사업 참여구조 정립의 필요성을 제기하였다. 또한 분산 에너지원을 활용한 많은 마이 크로그리드 추진 사례가 있음에도 수요자, 공급자, 사회적 전반 의 편익을 최대화하는 사업모델의 부재를 지적하고 해결책 마 련을 위해 신제도경제학 관점에서 MG의 수요자 분산 에너지원 과 공급자 전력망의 재산권, 거래의 특수성을 고찰하였다⁵⁾. 이 를 통해 지역 분산 에너지원 참여 MG 사업모델에 대해 최적의 참여방식(Ownership)과 거버넌스(Governance) 구조를 분석 결과 주민, 유틸리티, 민간 공동 소유와 상호 연계 거버넌스 모델 이 효율적임을 주장하였다. Eras-Almeida (2019)는 재생에너지 MG 사업모델 추진 사례 연구에서 El Hierro, Graciosa, Ikaria,

Table 2. Characteristics of the institutional forms⁵⁾

BM Community

benefits Owner’s

risk Circumstances suited Community

ownership High Community bears

most of risks Community benefits↑

Utility

ownership Mid Utility bears most

of risks Utility benefits↑

Private

ownership Low Private bears

most of risks Private benefits↑

Hybrid owner -ship/ network

governance High Risk and reward sharing

Municipalities and residents participation↑

Kodiak 등의 대규모 섬은 공공사업 모델 또는 공공, 민간, 지역 주민 공동 참여 모델이 추진되었고 모두 공공 주도로 많은 인센 티브가 있었음을 보여주었다⁶⁾.

Herington (2017)은 과거 에너지 계획 패러다임이 공급자 중 심으로 경제적 편익을 우선 추구했지만 최근 패러다임은 지속 가능성과 사회적 편익에 초점을 맞춘다고 하였다. 따라서 에너 지 계획에 주민 등 다양한 이해관계자의 참여가 가치를 가지므 로 지역 주민의 참여를 더욱 고려해야 최선의 에너지 포트폴리 오가 될 수 있다고 주장하였다⁷⁾. Ghiani (2019)는 이탈리아 Berchidda 섬에서 지역 주민의 Rooftop 태양광과 에너지저장장 치 시스템이 참여하여 추진하고 있는 “Local energy community”

프로젝트에 대해 기술적 분석 결과 주민의 전기요금과 유틸리 티 전력공급 비용 모두 절감할 수 있을 것으로 예상하였다⁸⁾.

위와 같이 선행연구에서는 도서지역 재생에너지 MG 투자 의 사결정을 위한 경제적 타당성 분석 사례가 있었지만 공급자 중 심의 개발 방식이며, 수요자 분산 에너지원 공동 참여방식의 효 율성을 고려하지 못하는 한계가 있다.

본 연구는 이와 차별화하여 수요자 분산 에너지원이 참여하 는 MG 개발방식과 국내 정책및 제도를 고려한 사업모델을 모색 하고, 국내 도서지역 적용 가능성과 효율성을 검증하고자 한다.

MG 사업모델은 해외 대규모 섬의 추진사례에서 공공 주도 및 지원 모델이 많아 이를 반영하고, 경제학적 이론을 배경으로 효 율적 사업모델로 제시된 공급자(유틸리티)와 수요자(주민) 공 동 참여 방식을 모색할 것이다. 또한 최근 지역 에너지개발 패러 다임의 초점인 사회적 편익과 지속가능성을 고려 지역 주민 참 여 확대로 사회적 가치를 높이고 환경적 영향을 최소화하는 방 안을 고려할 것이다.

본 논문의 구성은 Section 3 마이크로그리드의 이론적 배경 과 편익을 이해하고 경제학 관점에서 본 효율적 MG 사업모델과 이에 필요한 국내 제도에 대해 고찰한다. Section 4 이론적 배경 을 바탕으로 국내 도서지역 재생에너지 MG 확대를 위한 효율적 대안으로 수요자 참여 MG 사업모델을 가정한다. Section 5 수 요자 참여 MG 사업모델 개발을 위한 프레임워크와 이 모델의 경제적, 사회적 편익을 측정할 연구방법을 설정한다. Section 6 가정 연구 모델 검증을 위해 국내 적용 대상을 설정하고 데이터 를 수집하며, Section 7 이 모델의 실현 가능성, 경제적 편익과 사 회적 편익을 분석한다. 마지막으로 본 연구 결과가 갖는 의미와 다음 연구를 위한 제안으로 결론을 맺는다.

3. MG 이론적 배경과 국내 에너지 정책

3.1 MG의 기술적 정의 및 편익

U.S. DOE (United states of department of energy)는 마이크 로그리드를 “명확히 경계한 지역 내에서 단독의 관리자에 의해 전력망 제어가 가능하고 상호작용하는 부하와 분산 에너지원

이 연계된 그룹”이라고 정의하고 있다⁹⁾. 주된 기능은 다음과 같다¹⁰⁾.

- 충분하고 안정적인 에너지 공급 - 스토리지 사용, 에너지 제어와 최적화

- 다양한 분산 에너지원의 그리드 활용 또는 에너지 시장에 이 용, 그리드와 연계 및 분리

이에 따라 수요자는 마이크로그리드 또는 중앙 전력망으로 부터 경제적으로 전기를 얻을 수 있다. 전력망 운영자는 분산 에 너지원을 활용한 최대부하 대응으로 에너지 공급과 사용을 효 율화할 수 있고 온실가스 배출 저감이 가능하다 ¹¹⁾ .

3.2 주민참여 MG 사업모델 효율성

Gui (2017)는 신제도경제학^1]의 관점에서 MG 내 수요자와 공급자 자산의 특수성, 거래비용¹²⁾을 고찰하고 지역 주민의 분 산 에너지원이 참여하는 MG 사업 추진사례를 바탕으로 사업모 델의 최적 참여방식과 거버넌스 구조를 Table 2와 같이 4가지 타 입으로 정립하였다⁵⁾.

각 사업모델에 대해 분석 결과 주민, 유틸리티, 민간 재무적 공동 소유(Ownership)와 상호협력 거버넌스(Governance) 모 델이 지역 주민의 사회적 편익 향상과 높은 가치 선호 반영, 참여 자간 경제적 편익 공유 및 리스크 분담이 가능함을 주장하였다.

또한 이 모델은 수요자와 공급자 상호협력 거버넌스를 위해 제 도(Institution)적 뒷받침이 중요한 역할을 함을 강조하였다.

반면 리스크 측면에서 지역 주민, 유틸리티, 민간 단독 소유 사업모델은 많은 불확실성과 투자위험을 혼자 부담하며 이런 위험 때문에 유틸리티 또는 민간 단독 소유 사업모델은 주민 편 익이 충분히 고려되지 못했다.

1] 신제도경제학(New institutional economics) : 거래비용(transaction cost)과 재산권(property rights)을 주요 분석도구로 활용하며 신고전 학파 경제학을 수정･보완하는 경제학으로 규칙, 제도(institution), 사회적 자본 등을 경제적 성과 개선의 중요 요소로 고려한다. 코즈 (Coase, 1937)와 노스(North, 1990a) 및 윌리엄슨(Williamson, 1985) 이 대표적 학자이다¹²⁾.

[Energy model]

Community solar + Renewable Microgrid [Business model]

Hybrid ownership and network governance [Participants]

[Consumer] Community solar

(Residential) [Utility] MG(Diesel+Wind+

Storage+ Controls)

Fig. 1. Alternative business model (Hypothesis)

Table 4. Comparing benefits of business model

BM Diesel

(①) MG

(②) <

Community solar+

Renewable MG (③) Owner

ship Utility Utility Community Residential PV Utility Renewable MG

Fig. 2. Hypothesis test

3.3 국내 에너지 지원정책 및 제도

마이크로그리드 적용 대상인 국내 도서지역 전력공급과 수 요자 분산 에너지원에 대한 지원정책 및 제도는 Table 3과 같다.

① 도서지역 전력공급 지원 정책은 도서주민 생활 향상을 위해 농어촌전기공급사업촉진법으로 도서전력 공급자 의 자가발전시설 운영결손비에 대해 보조금을 지원하고 있다¹³⁾.

② 수요자가 설치하는 신재생에너지 발전원에 대한 지원 정 책은 신재생에너지보급(주택지원)사업으로 단독 또는 공 동 주택에 설치하는 자가용 태양광 발전설비 설치비용의 50%까지 정부 보조금을 지원한다¹⁴⁾. 또한 지자체에 따라 추가 보조금을 지원하는 경우도 있다¹⁵⁾.

③ 상기 수요자가 생산한 신재생에너지 거래는 요금상계거 래제에 의해 전기사용장소에서 신재생 발전 전력 자가소 비 후 잉여 전력을 유틸리티에 공급하고 그 잉여 전력량을 유틸리티로부터 공급받은 전력량에서 상계한다¹⁶⁾.

Table 3. Government subsidies for energy

Participants Government subsidies

Reference Investment Cost

Supplier Costs used to supply electricity (excluding income

from electricity bills)

Rural electricity supply promotion Act, Article 20-2¹³⁾ Power supply

Biz in islands

Consumer 50% of initial investment

cost* - Support

announcement for RE (house)¹⁴⁾ Residential PV

*Some municipalities provide additional 20% support for cost¹⁵⁾

4. 연구 모델 및 가설

선행연구를 통해 마이크로그리드는 에너지 저장과 제어가 가능하여 수요자 분산 에너지원과 공급자 전력망이 상호작용 (Interaction)하며 참여자가 기술적, 경제적, 환경적 편익을 얻을 수 있음을 이해하였다.

신제도경제학 관점에서 MG를 구성하는 분산 에너지원과 공 급자 전력망 자산의 특수성 및 상호간 거래비용을 고려할 때, MG 사업모델의 최적 참여 방식과 거버넌스 구조는 수요자와 공 급자가 공동 소유하며 거버넌스를 상호 연계하는 모델이 효율 적이고 사회적 편익이 높음을 고찰하였다. 또한 이 모델에 필요 한 제도적 여건에 대해 국내 에너지 정책 및 제도 조사 결과 정부 보조금 지원 정책과 공급자와 수요자간 재생에너지 거래제도가 있음을 확인하였다.

상기 결과를 종합하면 수요자(주민)와 공급자가 공동 참여하 는 MG 개발방식과 사업모델이 본 연구의 목적인 국내 도서지역 재생에너지 MG 전환의 효율적 대안이 될 수 있을 것으로 예상 된다. 상기 대안의 가능성과 효율성을 검증하기 위해 다음과 같

이 가설을 설정하였다.

가설) 도서지역 재생에너지 MG 방안으로 수요자 소유의 주택용 PV를 대규모화한 태양광 에너지 공동체(Community solar)^2]2,17) 참여 MG 사업모델(③, Fig. 1)이 디젤발전 모델(①), 유틸리티 단독 MG (②) 모델보다 참여자 모두에게 편익이 있을 것이다(Table 4).

이 가설을 검증하기 위한 세부 연구질문과 검증 과정은 Fig. 2

2] 태양광 에너지 공동체(Community solar, U.S. DOE) : 전력소비자 소 유 건물 및 부지에 태양광을 설치하여 공동체 형태로 전력을 생산, 소 비, 그리드와 상계 거래하는 유틸리티 연계 모델부터 집단 투자 형태 로 발전용 태양광을 소유하고 참여자가 전력 판매 수익을 공유하는 모델 등이 있다¹⁷⁾.

①

Description of the flowchart

① Project requirement

- Fixed constraints, variable constraints

② Demand profile estimation

- Current power demand, energy efficiency plan, future demand

③ (Hypothesis) Energy technologies selection

- The MG business model in which the supplier’s MG and the consumer’s community solar (residential PV) participated - Technical evaluation : availiable resources (fuel consumption,

renewable energy resources, grid connection), geographic condition, MG technologies (system cost, grid control), potential scale of residential PV(total number of households, residential energy consumption)

- Criteria analysis¹⁸⁾ : economic, social, technical, legal& regulatory

④ MG system optimization (least cost system)

- MG system responding to power demand : using HOMER Tool - System of residential PV : using SAM Tool

⑤ (RQ1) Technical feasibility analysis

- Possibility that the scale of residential PV potential in the island will meet the PV capacity of MG system

- Whether the MG system meets the power demand in the island

⑥ (RQ2) Economic and social benefits analysis

- Economic benefits : supplier’s investment capital perspective, consumer’s (community) investment capital perspective - Social benefits : total CO2-emssions reduction

⑦ Documenting the design proposition and project issues Fig. 3. MG energy model design framework

와 같다.

질문1) 국내 도서지역 재생에너지 MG를 공급자(유틸리티) 가 통합 운영하고, 수요자의 대규모 주택용 PV가 MG를 구성하 는 발전원 역할을 하며 전력거래에 참여하는 수요자 태양광 에 너지 공동체 참여 MG(이하 ‘수요자 참여 MG’라 한다) 에너지 모델이 실현 가능한지?

- MG 구성 PV 용량을 주택용 PV 잠재 규모가 충족 가능한지, MG의 전력수요 대응 안정성

질문2) 가능하다면 상기 수요자 참여 MG 사업모델(③)이 기 존 디젤발전 사업모델(①), 유틸리티 단독 MG 사업모델(②)보 다 개선점이 있는지?

- 공급자(유틸리티, 정부 보조금) 관점 MG 경제적 편익 - 수요자 관점 주택용 PV 경제적 편익

- 상기 MG 모델의 사회환경적 편익

5. 연구 방법

5.1 수요자 참여 MG 개발 프레임워크

MG 개발 프레임워크는 본 논문에서 새롭게 가설로 설정한 수요자 참여 MG 에너지 모델 실현 가능성을 검증하고 이 모델 에 투자하는 참여자의 경제적, 환경적 편익을 분석하기 위해 Fig. 3과 같이 설계하였다. 그리고 개발 관련 국내 전반의 여건 (Criteria)을 고려하였다¹⁸⁾.

MG 에너지 모델 실현 가능성 검증은 수요자 주택용 PV 잠재

규모가 최적화 된 MG 시스템을 구성하는 태양광 설비용량 충족 이 가능한지 분석한다. 이때 수요자의 적정 PV 설비용량 산정은 해당 도서지역 내 주택용 전력사용량과 가구수를 고려한다. 기 술적 안정성은 MG 시스템이 도서지역 전력수요에 부족 없이 대 응하는지 분석한다.

참여자의 경제적 편익은 최적화 된 MG 설비에 투자하는 공 급자 자본과 주택용 PV에 투자하는 수요자 자본 각자의 관점에 서 분석하고, 사회환경적 편익은 MG 프로젝트의 CO2 배출량 산정으로 분석한다.

5.2 경제적 편익 분석

공공 프로젝트의 경제적 가치 평가방법으로 비용편익분석 (Cost benefit analysis)이 많이 쓰인다. 본 논문은 에너지 정책 및 운영 분야에서 재생에너지 투자 의사결정을 위해 주로 사용되 는 시스템 투자비, 운영 및 유지보수비 등에 대한 재무적 CBA로 프로젝트의 경제적 편익을 분석하고자 한다¹⁾. CBA는 분석 주 체에 따라 비용과 편익이 다르므로¹⁹⁾ 유틸리티 투자(정부 보조 금), 주민 투자 관점에서 각각 분석한다.

유틸리티 관점에서 도서지역 전력공급 사업은 지역 경제에 필요한 전력공급이 목표(Benefit)이며 전력공급원가 손실을 정 부 보조금으로 지원 받는 비수익 공공사업으로써 에너지 모델 대안들의 편익은 동일하다. 따라서 도서지역 MG 프로젝트 기 간동안 시스템 투자 및 운영에 소요되는 총 비용(Total cost)과 발전원가를 산출하고 비교하여 비용절감 편익을 분석한다.

주민 관점에서는 주민이 투자비를 분담한 주택용 PV 시스템 에 대해 경제적 편익을 분석한다. 주민 부담 PV 시스템 투자 및 운영비가 비용(Cost)이 되고 해당 태양광 발전을 통해 얻는 전력 거래 수익이 편익(Benefit)이 된다.

본 논문에서는 CBA에서 의사결정에 도움을 주는 경제적 편 익 지표 중 화폐의 시간의 가치(Time value of money)를 고려하 여 다음의 지표를 산출한다^20-22).

순현재가치(NPV, Net present value)는 프로젝트의 기간동 안 모든 편익과 비용에 할인율(Discount rate)을 적용하여 현재 가치화한 값이다. NPV 값이 0보다 크면 경제성이 있는 것으로 보고, 해당 값이 더 높은 대안에 우선순위를 둔다.

  ∑  

 ^

_ _

 _ (1)

Rt = t기간의 수익 ; Ct = t기간의 비용 ; I0 = 초기투자비, N = 프로젝트 기간, i = 할인율

내부수익률(IRR, Internal rate of return)은 NPV 값이 0이 되 는 할인율로 공공사업에서 사회적 할인율보다 높을 경우, 민간 사업은 자본비용(Cost of capital)의 최소요구수익률(MARR, Minimum attractive rate of return) 또는 가중평균자본비용 (WACC, Weighted average cost of capital)보다 높으면 경제성 이 있는 것으로 본다.

∑  

 ^

_ _

 _ (2)

순현재비용(NPC, Net present cost)은 프로젝트 기간 동안 총 비용을 현재 가치화한 값으로, 각 투자 대안의 편익이 유사할 때 편익을 제외하고 순현재비용만 산출하여 낮은 값을 갖는 대안 을 우선순위에 둔다.

  ∑  

 ^

_

 _ (3)

균등화발전원가(LCOE, Levelized cost of energy)는 시스템 에서 에너지 1 kWh 생산에 소요되는 평균비용으로 서로 다른 발 전원에 대해 에너지생산단가 산정 및 비교에 주로 사용된다.

  



 

･ (4-1)

   ^ 

 ^ (4-2)

Cann.tot = 균등화한 연간 프로젝트 소요비용(원/yr) ; CNPC,tot =

프로젝트 총 순현재비용(원) ; CRF(i, N) = 균등화자본회수율 ;

Eserved = 연간 평균발전량(kWh/yr)

회수기간(SP, Simple payback periods) 산정은 프로젝트의 경제적 가치 판단을 위해 화폐의 시간 가치를 반영하지 않는 간 편한 경제성 측정 방법으로는 프로젝트 기간동안 순편익으로 투자비 회수기간을 산정하는 것이다.

∑ ≤ ∑ (5)

ΔI = 프로젝트 기간동안 누적 투자비용 ; ΔS = 프로젝트 기간동안 누적 순편익

5.3 사회적 편익 분석(환경편익)

사회적 편익 측정 지표로 화석연료 발전에서 발생하는 대기 오염물질 중 외부환경비용 분석에 주로 고려되는 온실가스인 CO2 배출량을 산출하였다. 각 사업모델의 시스템을 구성하는 디젤발전설비 제원과 연료소비량을 반영 다음과 같이 CO2 배출 량을 산출한다.

CO2 emission,tot= efactor× fconsumed (6)

CO2 emission,tot = 총 CO2 배출량(g)

efactor = 디젤연료 CO2 배출계수(g/L)

fconsumed = 디젤발전기별 연료소비량(L)

6. 연구 대상과 데이터 수집

6.1 연구 대상

수요자 참여 MG 에너지 모델 실현 가능성을 연구방법을 통 해 검증하고 참여자의 경제적, 사회적(환경) 편익을 분석하기 위해 전라남도 진도군 남서쪽 1 km 지점에 위치한 조도면을 연 구대상으로 선정하였다. 그리고 연구방법에서 제시한 프레임워 크의 단계별 분석에 필요한 데이터를 수집하였다.

조도면은 우리나라의 면 가운데 섬을 가장 많이 거느린 행정 구역이다. 총 면적 56.96 km²에 유인도 35개, 무인도 119개 등 총 154개 섬이 조도면 소속이며 인구 3,024명, 1,830가구가 살고 있 다(2020년 기준)²³⁾.

조도면 내의 많은 섬들은 Fig. 4와 같이 분산되어 있고 섬간 전 력망 연계가 어려워 유틸리티 디젤발전소 전력 공급 가능 도서 와 지자체 및 주민 자체 발전소 운영 도서가 있다.

연구대상인 유틸리티가 운영하는 디젤발전 설비 용량은 3.4 MW로 국내 도서지역 중 상위 일곱 번째 규모이며 1,531가구에

Fig. 4. Islands in JODO districts (NAVER map)

Fig. 5. Monthly load profile of JODO in 2018

Fig. 6. Daily load profile of JODO in 2018

Table 5. Renewable energy resources

Resource Daily irradiation

(kWh/m²/day) Wind speed (m/s)

Average 3.86 6.2

PV Site specific input : Derating factor 86% (Panel slope 34°, azimuth 0°), Wind overall loss factor 9.75% (availability, wake), Anemometer height 40 m

Table 6. Power generator set

Category Components Capacity

[kW]* Quantity

Diesel Generator 500 kW 1,000 2 (500*2)

CAT-1000 kVA-PP 1,600 2 (800*2)

Total - 2,600 4

* Additionally, It has a standby diesel generator for emergency (+0.8 -MW)

전기를 공급하고 있다²⁴⁾. 또한 재생에너지 기후 자원이 우수하 여 MG 시스템 전환 시 경제적, 환경적 가치가 크다. 주민은 자가 용 태양광 시스템 구축 시 자가발전으로 전기요금 절감과 전력 사용 안정성 확보가 가능하여 섬 거주 여건 개선에 많은 도움이 될 것으로 예상된다.

6.2 프로젝트 요건

재생에너지 MG 시스템의 제한 요건(Fixed constraints)은 전 력공급의 안정성을 위해 전력공급 용량 부족 0%, 최대부하 예비 력 30%로 하고²⁵⁾, 변화 가능한 요건(Variable constraints)은 MG 시스템의 재생에너지 비중을 최소 30% 이상으로 하였다.

6.3 전력수요 정보

전력수요 정보는 가장 최근 1년간 유틸리티의 조도 디젤발 전소 실제 시간대별 발전량 자료를 활용하였다. 2018년 1년동 안 조도 디젤발전소 총 발전량은 10,706,139 kWh, 일일 평균 발전량은 29,331 kWh/day이며 최대전력은 2,070 kW 이다²⁶⁾. Fig. 5는 계절별 전력수요 패턴으로 여름인 7, 8월에 전력수요 가 많음을 보여주고, Fig. 6은 시간대별 전력수요 패턴으로 오 전과 낮시간대보다 18시 이후 저녁 시간 대에 전력수요가 많음 을 보여준다.

6.4 에너지 기술 선택 6.4.1 재생에너지 기후자원 정보

재생에너지 기후자원은 에너지기술평가원 신재생에너지 자 원지도²⁷⁾의 조도지역(34°18’21”N, 126°02’36”E) 태양광 일사 량, 풍속 평균값을 적용하였다. 태양광은 천리안위성영상 수평 면 전 일사량 평균값과(2012년~2016년), 풍력은 수치모델 예 측치 평균값(2010년~2015년)을 Table 5와 같이 적용하였다.

시스템 출력은 보수적으로 PV 출력 86%(평균발전시간 3.31 hr/day), 풍력발전 출력 손실 9.75%, 풍속 측정계 높이를 40 m 로 하였다.

6.4.2 디젤 시스템 및 연료정보

현재 조도 디젤발전소는 총 설비용량 3.4 MW로 500 kW 2대, 800 kW 3대로 구성된다²⁶⁾.이 중 비상 예비설비(800 kW)는 별 도로 보유하고 상시 운전하는 2.6 MW 디젤발전기를 Table 6과 같이 MG 에너지 모델 최적화 대상으로 반영하였다. 디젤발전 기 사용 연료는 ’13년~’18년 5개년 조도발전소 연료소비실적 자료 연료가격의 평균값인 772원/L을 반영하였다²⁸⁾.

Table 7. Economic values for simulation and optimizations

Component Parameter Unit Cost Lifetime Source

Diesel

Capital K￦/kW 1,805 20 KEPCO’s report (2012, 2018)^{25, 26)}

Replacement K￦/kW 1,805 Same as initial capital

O&M K￦/kW/year 69 Initial capital ×3.9%²⁶⁾

Fuel Diesel K￦/Liter 772 Status in islands (2014~2018)²⁸⁾

PV

Capital K￦/kWp 1,953 25 IRENA-Korea (2019)²⁹⁾, Island surcharge 30%

Replacement K￦/kWp 1,367 Initial capital ×70%

O&M K￦/kWp/year 17 Initial capital ×1.25%

Wind

Capital K￦/kW 3,694 20 IRENA-Asia (2019)²⁹⁾, Island surcharge 30%

Replacement K￦/kW 2,955 Initial capital ×80%

O&M K￦/kW/year 37 Initial capital ×1.25%

Battery

Capital K￦/kWh 2,600 15 KEPCO’s report (2018)²⁶⁾

Replacement K￦/kWh 1,289 ²⁶⁾

O&M K￦/kWh/year 3 ²⁶⁾

Converter

Capital K￦/kW 600 15 ²⁶⁾

Replacement K￦/kW 600 ²⁶⁾

O&M K￦/kW/year 7 ²⁶⁾

Distributed Generation (in islands)

Capital K￦/kWp 2,010 25 Support announcement for RE (2020)¹⁴⁾

Replacement K￦/kWp 1,407 Initial capital ×70%

O&M K￦/kWp/year 25 Initial capital ×1.25%

Table 8. Sharing the burden for investment of business model

Business Model ① Diesel ② MG ③ Community solar + RE-MG

Residential PV RE-MG

Ownership Utility Utility Community Utility

Investment

(burden rate) Utility (100%) Utility (100%) Community (30%)

Government (50%)¹⁴⁾

Municipality (20%)¹⁵⁾ Utility (100%) Source : Government subsidies (KEA, 2020)¹⁴⁾, Municipal subsidies (Jeonnamdo Office, 2020)¹⁵⁾

6.4.3 발전원별 소요비용(Cost)

Table 7은 발전원별 설비 초기투자비, 유지보수비(O&M), 설 비의 수명이후 교체 비용이며 해당 기관 용역자료와 IRENA가 조사한 지역별 Cost를 참고하였다14, 25, 26, 28, 29). 초기투자비는 시 장가격으로 자재, 운송, 설치비를 포함하며 부지임대 및 매입비 는 제외한다. 각 설비의 수명은 디젤발전기 20년, 태양광 시스템 25년, 풍력발전기 20년, 배터리 및 컨버터는 15년을 적용하였다.

6.4.4 수요자 참여 MG 최적화

[공급자 투자 관점(유틸리티･정부 보조금)]

MG 에너지모델 시뮬레이션과 비용 최적화는 HOMER (Hybrid Optimization of Multiple Electric Renewables) Tool을 활용하 였다. HOMER는 기술적으로 수 많은 발전원 조합의 MG 시스 템 발전량을 시간대별로 계산하여 전력수요에 대응시키도록 시 뮬레이션 한다. 경제적으로는 MG 시스템에 대해 설비 수명, 초 기 투자비용, 연료비용, O&M비용, 교체비용 등을 반영한 수명 기간비용 분석(Life cycle cost analysis)으로 에너지모델별 전력

공급비용(NPC)과 균등화발전원가(LCOE)를 산출하여 최소비 용의 시스템으로 최적화한다.

HOMER를 통해 기존 디젤발전 시스템의 비용을 시뮬레이션 하고, 새롭게 도입하는 재생에너지 MG 시스템을 가장 낮은 비 용으로 최적화하여 각 시스템에서 생산되는 에너지의 비용효율 성을 비교하였다.

유틸리티(정부 보조금) 투자 비용은 Table 8과 같이 적용하여 다른 모델과 경제성을 비교한다. 공급자 도서지역 전력공급비용 (전기요금 충당금액 제외)과¹³⁾ 주택용 PV 설치비의 일부를 정부 보조금으로 지원받으므로¹⁴⁾, 유틸리티(정부 보조금) 투자 관점 에서 수요자 참여 MG 에너지 모델은 정부 보조금 지원분의 주택 용 PV(정부 보조금 50%)와 유틸리티 MG 설비(정부 보조금 100%)를 공급자 통합 MG 시스템으로 간주하고 최적화하였다.

6.4.5 태양광 에너지 공동체 분석 [수요자 투자 관점(주민)]

수요자 태양광 에너지 공동체 대상은 정부와 지자체의 지원

Table 9. Residential PV simulation parameters

PV Generation

time/day Initial capital Transaction revenue

2 kW 3.31 hr ￦1,206,000

(O&M ￦25,000/kW-yr) ￦93.3~

￦187.9/kWh Remarks HOMER’s data Community (30%) Electricity rates

Table 10. Financial parameters

Parameters RE-MG

(Utility)

Residential PV (Community) Discount rate*

(nominal) 4.7% 8.53%

Inflation rate 2% 2%

Project lifetime 25 yr 25 yr

* Reference : 2014~2018 The average of WACC 4.02% (KEPCO), The discount rate for public project 4.5% (Guidelines for conducting a preliminary feasibility study- Article 55), 2016~2020 Average household loan interest rate 4.13% (Bank Of Korea)

Table 11. Most optimal energy system design of MG Diesel*

[MW] PV

[kW] WT

[MW] Battery

[MWh] Converter

[kW] LCOE

[￦/kWh] NPC

[B￦] Initial Capital [B￦] O&M

[B￦/yr] Ren Frac.

[%]

1.8 (3ea) 1,864 1.2 1.1 1,210 209.32 40.6 12.4 1.56 38.7

2.1 (3ea) 1,996 1.2 1.2 2,229 212.07 41.1 13.4 1.53 39.3

2.6 (4ea) 2,737 - 9 1,712 218.65 42.4 9.79 1.8 23.4

2.1 (3ea) 2,770 - 9 2,432 219.3 42.5 8.92 1.86 23

1.8 (3ea) - 1.9 1.1 1,188 221.68 43 13.1 1.65 34

* Additionally, It has a standby diesel generator for emergency (+0.8 MW)

이 있는 주택용 태양광으로 한정한다. 주택용 태양광의 잠재규 모가 MG를 구성하는 PV 용량 충족이 가능한지 검증하기 위해 1가구당 적정 PV 용량을 산출하고, PV 설비에 투자한 주민 관점 에서 경제성을 분석하였다.

주택용 PV 적정 용량 산출을 위해 유틸리티로부터 전력을 공 급 받는 조도면 수요자의 주택용 전력사용량을 조사 결과 2018 년 기준 조도면 주택용 전력 총 판매량은 3,087,756 kWh이다²⁴⁾. 이것을 1,531가구수로 나누면 1가구당 주택용 전력사용량은 연 평균 2,016 kWh, 월 평균 168 kWh로 추정된다. 월 평균 사용량 추정치가 200 kWh 이하이므로 적정 주택용 PV 용량을 2 kW로 설정하였다¹⁴⁾.

주택용 PV 시스템 시뮬레이션은 미국 NREL의 SAM (System Advisory Model) Tool을 활용하였고 태양광 발전시간은 앞서 HOMER와 동일한 일 평균 3.31시간으로 설정하였다.

주민 투자 관점에서 경제성분석(CBA)은 Table 9와 같이 비 용과 편익을 적용하였다.

시스템 투자 비용(Cost)은 신재생에너지 보급사업 상한가격 인 2,010천원/kW 중 주민이 30%를 부담하고(지자체 보조금 20% 제외) 유지보수비용은 연 25천원/kW으로 가정하였다. 주 민 편익(Benefit)은 발전전력에 대한 거래수익으로 상계거래제 도와 한전의 주택용 전력요금제를 반영하였다¹⁶⁾.

6.4.6 경제성 분석 요소

유틸리티(정부 보조금)와 주민 투자자본을 기준으로 명목할 인율을 Table 10과 같이 적용하였다. 유틸리티 MG 구축은 한전 투자보수율(WACC)과 공공사업 할인율을 고려 4.7%, 주민참 여 수요자 태양광 에너지 공동체(주택용 PV) 시스템 구축은 최 근 가계 신용대출 평균금리와 기대수익률 고려 8.5%로 설정하 였다. 인플레이션율 2%와 프로젝트 수명 25년은 동일하다.

7. 연구 결과

7.1 수요자 참여 MG 구성과 안정성

RQ1 본 논문에서 가정한 수요자 참여 MG 에너지 모델 실현 가능성을 조도지역 데이터를 반영하여 HOMER Tool로 분석하 였다. 분석 결과 최적화 된 MG를 구성하는 PV 용량(kW)은 해 당 도서 내 주택용 PV로 충족 가능한 규모로 수요자 PV 참여 MG 개발방식 추진이 가능하며, MG 시스템은 전력수요에 안정 적으로 대응하는 것으로 나타났다.

Table 11은 유틸리티(정부 보조금) 투자 관점에서 조도지역 전력을 공급하는 주택용 PV (정부 보조금 50%)와 유틸리티 MG (정부 보조금 100%) 통합 시스템을 최적화한 결과다. 나머지 주 택용 PV 투자비 20%는 지자체 보조금, 30%는 참여 주민이 별도 부담한다.

유틸리티(정부보조금) 투자 관점에서 25년의 프로젝트 기간 동안 전력공급비용(NPC)과 균등화발전원가(LCOE)가 가장 낮 고 전력수요를 만족시키는 MG 시스템 구성은 디젤발전기 1.8 MW (기존 디젤발전기 500 kW 2대, 800 kW 1대), PV 1.8 MW, 풍력발전기 1.2 MW, 배터리 1.1 MWh, 컨버터 1.21 MW이다.

최적화된 MG 구성 설비 중 재생에너지 설비 고장 시는 상시 운전 설비용량과 별도로 보유한 예비 디젤발전기(0.8 MW)를 가동하여 총 2.6 MW 디젤발전기로 최대전력수요(2,070 kW)에 부족 없는 대응이 예상된다. 그러나 재생에너지 확대로 감소된 상시운전 디젤발전기의 설비 고장에 대비하여 예비 디젤발전기 추가 확보에 대한 기준 보완으로 전력공급 안정성을 높이는 것

Fig. 7. Electricity demand and power generation

Table 12. Comparison list with the different business model

BM Diesel*

[MW] PV

[kW] WT

[MW] Battery

[MWh] LCOE

[￦/kWh] NPC

[B￦] Initial Capital

[B￦] O&M

[B￦/yr] Ren Frac.

[%]

① Existing System 2.6 - - - 243.04 47.1 4.69 2.34 0

② Utility MG 1.8 1,392 1.3 1.1 217.06 42.1 13.6 1.57 37.7

③ DER + MG 1.8 1,864 1.2 1.1 209.32 40.6 12.4 1.56 38.7

* Additionally, It has a standby diesel generator for emergency (+0.8 MW)

이 필요하다.

RQ1-1 앞서 조도의 1가구당 적정 주택용 PV 용량은 실제 주 택용 전력 총 가구수와 판매량을 고려하여 2 kW로 산정하였다.

최적화된 MG 시스템을 구성하는 PV 용량 1,864 kW를 1가구당 주택용 PV 예상용량 2 kW로 나누면 약 932가구의 PV 설치가 필요하다. 이 가구수는 유틸리티 디젤발전소로부터 주택용 전 력공급을 받고 있는 조도면 1,531가구의 약 61%에 해당하여 주 택용 PV 용량만으로 MG를 구성하는 PV 용량 충족이 가능하다.

RQ1-2 Fig. 7은 수요자 참여 MG 에너지 모델이 총 전력수요 (Total electrical load served)가 가장 높은 하계 기간(8월)에도 미충족 전력수요(Unmet electrical load) 없이 안정적으로 전력 을 공급하는 것을 보여준다.

일사량이 풍부한 낮 시간대(10시~16시)는 주민 소유의 태 양광 에너지 공동체 발전원(LR6-72BK)이 총 전력수요에 비중 있게 대응하고, 풍황에 따라 풍력발전(M-21)이 전력을 공급한 다. 반면 태양광 일사량, 풍황이 적은 시간대는 유틸리티 디젤 발전기(Genset-1000 kVA, 500 kW)가 주로 전력을 공급한다.

에너지저장장치(Li-Ion State of Charge)는 재생에너지가 발전 될 때 전력을 일부 저장하고, 재생에너지 발전이 적을 때 저장 전력을 방전하여 재생에너지의 단점인 전력생산의 간헐성을 보완한다.

단, 본 MG 모델은 전원 구성 시 도서지역 총 전력수요에 부족 없이 대응하고 유틸리티(정부보조금) 투자 관점에서 경제적 편

익을 위해 에너지 공급단가(LCOE) 최소값을 우선으로 각 설비 용량을 최적화하였다. 따라서 만약 총 전력수요와 에너지저장 장치 용량을 초과하는 재생에너지가 발전되어 전력망 운영에 영향을 준다면 에너지 공급단가의 경제성을 우선으로 하는 경 쟁적 선택(Trade-off)에 의해 유틸리티 발전원인 풍력발전 출력 에 대한 제한이 필요할 수 있을 것으로 예상된다. 또는 잉여 재생 에너지를 도서주민과 관련된 선박, 전기차 등에 사용하는 공익 적 활용도 고려될 수 있을 것이다.

7.2 수요자 참여 MG 경제적 편익 [공급자 투자 관점(유틸리티･정부 보조금)]

RQ2-1 유틸리티(정부 보조금) 투자 관점에서 프로젝트 기 간 25년간 도서지역 전력공급비용에 대하여 현재 시스템인 디 젤발전 모델, 기존 접근 방식인 유틸리티 단독 MG 모델, 새로운 접근 방식인 수요자 참여 MG 모델의 경제성을 분석한 결과는 Table 12와 같다. 수요자 참여 MG 모델이 상대적으로 NPC와 LCOE가 가장 낮아 비용효율성 있는 도서지역 MG 전환 방안이 될 수 있을 것으로 예상된다.

현재 디젤시스템 시뮬레이션 결과 NPC 471억원, LCOE 243 원/kWh, 초기투자비는 47억원이다. 기존 접근 방식인 유틸리티 단독 MG 모델 최적화 결과 NPC 421억원, LCOE 217원/ kWh, 초기투자비는 136억원, 생산 전력 중 재생에너지 비중은 37.7%

로 산출되었다.

새로운 접근 방식인 수요자 참여 MG 모델 최적화 결과 NPC 는 406억원 LCOE는 209원/ kWh이며, MG 시스템 생산 전력 중 재생에너지 비중은 38.7%로 산출되었으며 초기투자비는 124 억원으로 주택용 PV 정부보조금 50%(18억원)를 포함한다. 나 머지 주택용 PV 투자비는 지자체(20%, 7억원), 참여 주민(30%, 11억원)이 별도 부담한다.

각 모델의 발전원가를 비교하면 수요자 참여 MG 사업모델 의 LCOE가 디젤 모델보다 14.0% 낮고, 공급자 단독 MG 모델 보다 3.7% 낮아 상대적으로 경제적 편익이 있는 것으로 분석되 었다. 또한 기존 접근 방식인 유틸리티 단독 MG 보다 초기투자 비 12억원 절감과 재생에너지 비중 1% 상향이 가능할 것으로 예상된다.

증분분석 디젤발전 모델(Table 12. ①)보다 수요자 참여 MG 모델(Table 12. ③)의 초기투자비가 높아 MG 모델의 증가한 투 자비용을 고려 경제적 타당성을 판단하기 위해 상호 배타적인

Fig. 8. Incremental cash flows (B-A, discounted)

Table 13. Incremental analysis of NPC (B-A)

Indicators Cumulative incremental cash flow (B-A)

NPV ￦6.54B

IRR 9.1%

SP 9.2 yr

Table 14. MG optimization of -10% conditions (diesel, wind, irradiation)

Diesel

[MW] PV

[kW] WT

[MW] Bat.

[MWh] Ren Frac.

[%]

2.1 1,864 1.2 1.1 33.9

Table 15. MG economic analysis of -10% conditions (diesel, wind, irradiation)

BM Diesel DER + MG

NPC ￦43.1B ￦40.4B

LCOE ￦222/kWh ￦208/kWh

Initial capital ￦4.69B ￦13B

Table 16. Analysis of the benefits of PV investment per household (0% ~ +40% of consumption increase)

Residential PV 2 kW 2 kW 2 kW 2 kW

Electricity consumption

(kWh/month) 168 202

(+20%) 218

(+30%) 235

(+40%)

NPV (K￦) 620 950 1,160 1,390

Electric bill savings

(K￦/yr) 200 229 246 265

Total Electric bill

savings (K￦/25 yr) 5,000 5,730 6,150 6,630

SP (yr) 7.5 6.4 5.9 5.4

투자 대안에 대한 일반적 의사결정방법인 증분분석을 적용하였 다²²⁾. 프로젝트 A와 B (B가 더 큰 투자비용 요구)의 증분투자에 대한 내부수익률(IRR(B-A))과 최소요구수익률(MARR) 또는 가 중평균자본비용(WACC)을 비교하여 다음과 같이 판단하는 것 이다.

･ IRR(B-A) > MARR 이면 프로젝트 B를 선택

･ IRR(B-A) < MARR 이면 프로젝트 A를 선택

25년간 디젤발전 모델 A (Table 12. ①)와 수요자 참여 MG 모 델 B (Table 12. ③)의 연도별 NPC의 차이 값인 증분현금흐름 (Incremental cash flows)은 Fig. 8과 같다. 증분현금흐름(B-A) 이 모델 B의 초기투자 시기와 특정설비 교체 시기를 제외하면 지속적으로 양(+)의 값을 갖는다. 디젤발전 모델 A가 연료비로 인한 운영비용이 많기 때문이다.

또한 Table 13과 같이 상기 두 모델간 NPC의 누적 증분현금 흐름(B-A)의 순현재가치(NPV)는 65.4억원이며 이 값을 0으로 만드는 할인율인 IRR이 9.1%로 산출되었다. IRR이 유틸리티 의 투자보수율(WACC) 4.7% 보다 높으므로 수요자 참여 MG 모델 B가 초기투자비는 높지만 투자할 가치가 있는 것으로 판단 된다.

민감도분석(유가, 기후) 새롭게 가정한 수요자 참여 MG 모델 이 디젤발전 모델보다 경제적으로 투자할 가치가 있다는 것은 입증되었지만 재생에너지의 특성상 기후자원의 변동성 고려가 필요하다. 또한 유가의 변동성이 디젤 시스템의 발전원가에 영 향을 미치므로 풍속, 태양광 일사량과 함께 조건을 변경하여 가 정 MG 모델의 경제성을 분석하였다.

위 변수조합 중 가장 나쁜 조건인 모든 변수의 기존 대비 -10%

조건에(유가 694원/L, 풍속 5.58 m/s, 태양광 일사량 3.47 kWh/m²) 대해 가정 MG 모델 최적화 결과 Table 14와 같이 디젤발전설비 용량이 소폭 증가하였다. NPC와 LCOE는 Table 15와 같이 기존 디젤 모델 보다 값이 낮아 상대적으로 경제적 편익이 있을 것으 로 예상된다.

7.3 수요자 PV 시스템 경제적 편익 [수요자 투자 관점(주민)]

RQ2-2 수요자 참여 MG 사업모델에 태양광에너지 공동체 로 참여한 주민의 투자비 관점에서 SAM Tool로 주택용 PV 시 스템을 시뮬레이션하고 경제성을 분석한 결과는 Table 16과 같다.

주택용 PV 2 kW 설치 시 전력사용량에 따라 NPV값이 62만 원~139만원으로 경제적 편익이 있는 것으로 분석되었다.

주택용 PV 2 kW는 조도면의 일사량을 반영하여 시뮬레이션 결과 연간 전력 2,418 kWh 생산이 예상된다. 1가구당 월 평균전 력사용량이 168 kWh인 수요자는 이 발전전력을 자가 사용하고 잉여전력을 유틸리티와 상계하면 주택용 전기요금 체계에 의해 93원/kWh의 요금 절감효과가 있다. 이 거래에 따라 수요자는 연 평균 전기요금 20만원을 절감할 수 있으며 초기투자비 회수기 간(SP)은 7.5년이다.

상기 1가구당 월 평균전력사용량은 유틸리티의 조도면 주택 용 총 전력판매량을 가구수로 나눈 단순 평균값으로 실제로 개