농촌 태양광 발전소 보급을 위한 비지니스 모델

2015년 국내통계토털 자료를 보면 농경지 1ha당 전국 평균 순수 농업소득은 8,660,000원으로 되어있다. 이는 쌀 판매대금과 정부에서 지원하는 직불금 그리고 기회 비용까지 모두 포함한 비용이다. 실제로 정부에서 1ha당 90만 원 정도를 지급하는 직불금을 제외하면 1ha당 농업소득은 7,760,000원에 불과한 수준이다.

토지 1ha당 농업소득은 8,660,000 원이다.

이는 1996년보다 약 12.3%(2010년 기준) 떨어진 수준으로 이후로도 농가소득은 갈수록 떨어지고 있다. 하지만 반대로 도농격차는 크게 늘어 1996년 농가소득이 도시민 소득의 90%였던 것에 비해, 2010년에는 66.8%로 점점 차이가 커지고 있는 추세이다. 농가소득 증대를 위한 대안이 필요한 상황이다. 이를 위한 대안으로 농경지에 농사 대신 최근 신재생에너지 발전원으로 주목 받고 있는 태양광 발전을 이용한 소위 전기농사인 태양광 발전소를 건설하는 방안에 대하여 분석해 보도록 하겠다.

우선 1ha의 농지를 기준으로 태양광 발전소 수익을 계산해 보자. 태양광 발전 1kW를 위해서는 약 4~5평 가량의 면적이 필요하다. 1ha는 3,030평이니 보수적으로 5평당 1kW로 계산하면 1ha에 총 606kW 용량의 태양광 발전 설비의 설치가 가능하다

1ha의 농지에는 약 606kW의 발전 설비 설치가 가능하다.

2015년 기상청 발표 전국 일조시간의 평균은 약 2,200 시간이다. 그리고 태양광 패널의 효율 계산에 사용하는 종합효율계수(K)는 국내의 경우 평균 0.7을 사용한다. 종합효율계수는 그늘, 먼지, 적운, 적설, 환경오염, 모듈표면온도를 통한 온도계수, 인버터 평균효율, 모듈연결 배선 상태 등의 요인들을 모두 감안한 값이다. 전국 평균 일조시간 2,200 시간에 종합효율계수를 계산하면 1,540 시간이 계산되지만, 국내 태양광 패널의 경우 정남향 25~30도 설치에서 최대 효율을 보이기 때문에 실질적으로 10~20% 정도 실효율을 낮게 계산해야 된다. 실효율 손실을 평균 15%로 계산하면 2,200(전국 평균 일조시간) * 0.7(종합효율계수 K) * 0.85(대한민국 지리적 손실 15%)로 실질적인 태양광 일조시간은 1,309 시간으로 정의할 수 있다. 1ha의 농지에 606kW 용량의 태양광 패널이 설치 가능하고 대한민국이 평균 1년 동안 1,309 시간의 일조시간을 가지므로 1ha의 태양광발전 농지의 1년 태양광 총발전량은 793,254kWh가 된다.

대한민국의 실질적인 평균 일조시간은 1,309 시간이며,

1ha당 태양광발전량은 약 800MWh/year 이다.

기본적인 태양광 발전 수익은 발전량 * (SMP + (REC * 가중치))로 계산된다. SMP의 경우, 국제유가 하락 및 LNG의 가격하락 등의 다양한 변수들로 지속적인 하락세를 보이고 있는데, 2016년 평균 가격은 77.06원이었다. REC의 경우는 반대로 지속적으로 상승 중인데, 2016년 통합 현물시장 평균 가격은 99.89원이었다.

태양광 모듈의 경우, 한화는 25년 83%를 보장하고 있으며, LG는 25년 80%를 보장하고 있다. 최근에는 30년 80% 효율을 보장하는 업체들도 나오고 있다. 2017년에는 SMP와 REC 가격변동에 따라 수익이 널뛰었던 기존 제도를 보완하고자, 길어진 태양광 모듈의 수명을 반영해 20년 장기 고정가격 계약제도를 정부에서 신재생에너지 보급 활성화 대책으로 내놓았다. 하지만 20년이라는 계약기간으로 REC 입찰가격 하향도 예상되고, REC 가중치가 클수록 가격이 달라지는 등 사업자의 기대와 다른 부분도 아직은 남아있다.

국내의 경우 과거에는 밭, 논, 임야, 목장, 과수원 등에 태양광 발전 시설을 설치할 경우 가중치는 0.7을 제공하였으나, 현재는 농촌에 태양광 발전사업 보급을 유도하고자 농지도 일반부지에 포함시켜 3,000kW를 넘지 않으면 1.0~1.2의 가중치를 제공한다.

[REC 가중치]

2016년 1kWh 당 평균 발전 수익은 (77.06 + (99.89 * 1.0))인 177원이다. 1ha의 토지에서 총 793,254kWh의 전력이 생산되기 때문에 1년 총 발전 수익은 140,405,958원이 된다.

1kWh당 평균 발전수익은 177원이며,

1ha의 면적의 태양광발전소 수익은 년 1억 4,000만 원이다.

물론 이 금액에는 태양광 발전소 건설 비용 등이 포함되어 있지 않다. 그렇기 때문에 866만 원과 1억 4,000만 원을 1:1로 비교할 수는 없다. 그렇더라도 지속적으로 떨어지고 있는 농가소득과 비교했을 때, 정부에서 최소 20년을 보장하는 16배의 수익 상승은 대단한 수치이다.

일반적으로 100kW 용량의 태양광발전소를 건설하는데 약 1억 8,000만 원 ~ 2억 원 정도의 설치비용이 필요하다. 이 설치비용은 토지 구입 비용을 제외한 태양광 패널과 인버터, 구조물, 펜스, 설치비용들이 모두 포함된 금액이다. 토지형 태양광발전소의 경우는 일반적인 태양광발전소보다 설치비용이 20% 정도 적게 필요하다고 하지만 여기서는 보수적으로 2억 원으로 계산해보자. 1ha의 면적에는 606kW 용량의 태양광 설비가 설치 가능하니 총 12억 1,200만 원의 설치비용이 필요하다.

1ha 면적에 태양광발전소 설치비용은 12억 1,200만 원이다.

1년에 1억 4,000만 원의 이익이 최소 20년 동안 보장되는 상황에서 투자비가 12억 1,200만 원이 든다면, 이자나 관리비 등을 모두 무시한 단순 계산으로는 투자비는 8.7년이면 회수 가능하고, 20년 동안 총 15억 8,800만 원의 이익으로 매월 660만 원의 순이익이 가능하게 된다. 물론 지속적인 관리비와 금융권에서 대출을 받았다면 이자 등의 추가 지출이 필요하지만, 태양광 모듈의 보장기간이 20년을 넘어 30년 가량 된다는 것을 감안하면 농가 소득증대를 위해 충분히 매력적인 사업모델이라고 할 수 있을 것이다.

게다가 우리나라는 현재 지속적으로 총경지면적은 줄어들고 쌀 수확량은 초과 생산되고 있는 추세이다. 2016년 쌀 수확량은 420만 톤으로 2015년보다 13만 톤(3%) 감소했다. 이는 최근 5년 만에 처음으로 감소한 것이다. 하지만 국민들의 쌀 소비 위축 현상 지속으로 여전히 약 35만 톤 가량이 초과 생산된 것으로 계산된다. 이 때문에 추곡매입가격은 2015년 5.2만 원에서 2016년 4.5만 원으로 약 14% 가량 하락되어 농가 소득 부족을 키우고 있다. 그래서 현재 정부는 전체 농촌 생산량에서 10% 정도인 약 40만 톤 가량의 쌀 생산을 자연스럽게 줄일 수 있는 대책 마련이 필요한 상황이다.

총경지면적 역시 2014년 1,691천 ha였던 것이 2015년에는 1,679천 ha로 약 1% 가량 감소하였다. 현재 우리나라의 총경지면적은 해마다 1~2%씩 감소 중이다. 쌀 재배면적 역시 마찬가지로 지속적으로 감소 중이다. 수리답률의 경우, 조금씩 증가하고 있지만 약 81%를 유지하고 있는 상태이다. 이 수치는 반대로 해석하면 전체 경지면적의 19%는 여전히 농지에 물을 공급할 수 있는 관개설비가 갖추어져 있지 않다는 이야기이므로, 물을 필요로 하지 않는, 예를 들어 태양광발전소와 같이, 다른 용도로의 전환이 필요하다.

[경지면적 추이 (kha, %)]

앞서 언급한 초과 생산되고 있는 쌀 생산량 10%를 자연스럽게 줄이기 위해 쌀 재배면적의 10%를 태양광발전소로 변경한다고 상상해보자. 2016년 쌀 재배면적은 779천 ha이므로 10%는 77,900 ha이다. 1ha의 면적에 606kW의 태양광발전소를 건설 가능하므로, 77,900 ha에는 약 47GW 용량의 태양광발전 시설이 신규 설치가 가능하다. 이는 현 정부가 발표한 2030년까지 신재생에너지 비중 20% 달성을 위해 필요한 태양광 발전용량인 37GW를 크게 넘어서는 용량이다. 게다가 20% 달성을 위해 필요한 전체 신재생에너지 발전용량 65GW에도 이미 보유한 신재생에너지 발전용량과 합하면 거의 근접한 수준이다.

쌀 재배면적 10%면 약 47GW 용량의 태양광발전소 건설이 가능하다.

이것이 농촌지역에 농촌태양광, 즉 전기농사의 보급 확산이 가능하다고 예상되는 이유이며, 적극적으로 추진 해야 하는 이유이다.

국내 태양광 발전 보급 동향

국내 태양광시장 규모는 여러 기관 등의 집계에 따르면 2014년부터 신규 설치규모가 매년 세계 Top10 리스트 안에 들고 있다. 정부 역시 2016년 태양광보급과 관련되어 여러 전향적인 정책을 발표하며 국내 태양광시장의 성장을 유도하려 하고 있다.

2016년에 새로 국내에 설치된 태양광발전의 용량은 904.1MW로 집계된다. 이중 89%인 803.8MW가 신재생에너지공급의무화제도(RPS, Renewable Energy Portfolio Standard)를 통해 설치되었다. 2014년과 2015년에는 각각 국내 태양광 설치량의 93.4%와 91.7%가 RPS의 프레임을 통해 설치되었다. 이를 보면 국내 태양광시장은 RPS로 주도되고 있음을 확인할 수 있다. 주택지원사업이나 태양광 대여사업 등을 통해 단독주택이나 공동주택에 설치되는 태양광발전도 점진적으로 확대되고 있으며 공공기관의 신재생에너지 의무설치할당량이 매년 늘어남에 따라 공공기관 건물에 설치되는 태양광발전도 증가하고 있다.

참고로 RPS 제도란 발전사업자에게 총발전량에서 일정 비율을 신재생에너지로 공급하도록 의무화하는 제도를 말하는데, 발전설비용량이 500MW 이상인 발전사업자들은 직접 신재생에너지발전설비를 도입하거나 다른 신재생에너지발전사업자의 인증서(REC, Renewable Energy Certificate)를 구매해 의무할당량을 채워야 한다. 정부는 신재생에너지인증서를 바탕으로 대상 업체들의 의무이행 여부를 판정하고 이행하지 못했을 경우 과징금을 부과한다. 이 신재생에너지 공급량은 2012년 전체 공급량의 2%에서 시작돼 2024년에는 10%로 높아지게 된다. 현재 미국을 비롯해 호주, 이탈리아, 영국, 일본 등 전 세계적으로 44개 이상의 국가에서 시행 중에 있다.

어쨌든 2016년부터는 태양광과 비태양광 REC 시장이 통합되면서 2016년에는 태양광 설치규모가 더 늘어날 것이라는 기대가 있었다. 하지만 2016년의 국내 태양광발전 설치실적은 2014년과 2015년 보다 감소했다. 그 배경 중 하나로 시군 단위의 지자체에서 태양광발전소 입지규제가 2016년에 크게 늘어난 것을 들 수 있다. 계통연계의 제약도 기대했던 것보다 설치실적이 줄어든 데에 영향을 미쳤다. 국가계약법과 관련된 이슈로 공기업 발전사의 태양광발전소 수의계약이 2016년 하반기에 냉각된 것도 원인 중 하나로 들 수 있을 것이다.

2016년에 전 세계적으로 새로 설치된 태양광발전 용량은 75GW 전후로 집계된다. 이 중 2016년 전 세계 설치실적의 약 절반(45.7%)을 차지하는 중국을 포함해서 미국, 일본의 태양광시장 Big3가 76.7%를 차지한다. 한국은 904MW로 2016년 세계시장의 약 1.2%를 점유했다. 2016년까지의 전 세계 누적 설치용량은 302.1GW로 집계된다. 이 가운데 한국의 2016년까지 누적설치용량은 4,519MW로 1.5%를 차지했다.

2015년 말까지 국내에 설치된 전체 전력용량 가운데 태양광발전은 3.1%를 차지했다. 국내의 2015년 발전량 가운데서는 0.7% 태양광발전으로 공급되었다. 국내 태양광발전은 발전용량 기준으로 2015년에 전년 대비 42.3%가 확대되었으며 발전량 측면에서 55.5%가 늘어났다. 발전용량으로는 신재생에너지 가운데 태양광발전의 신장률이 제일 높았다. 발전량 기준으로는 폐기물 발전 다음으로 태양광 발전이 신재생에너지 가운데 가장 많이 늘어났다.

전체 발전량에서 태양광발전량이 차지하는 비율을 보면 세계 평균은 약 1.2%를 차지하고 있으며, 신재생에너지 보급에 적극적인 유럽의 전체 평균은 약 4% 수준이다. 특히, 유럽에서 가장 높은 비율을 보이고 있는 이탈리아 등은 9%에 육박하고 있다. 하지만 해외 트랜드와 비교하면 국내 전력믹스에서 태양광발전이 차지하는 비중은 아직 작다. 하지만 2012년 말 기준으로 국내 발전량 가운데 태양광발전의 비중이 0.18%였던 것에 비하면 3년 사이에 태양광발전 비중이 제법 늘어났음도 알 수 있다.

최근 정부는 RPS 목표의 상향조정, (SMP+REC)의 합산기준 장기고정가격제 도입, 계통연계 지원, 태양광발전과 ESS 연계 시스템에 대한 REC 가중치 우대 등 태양광발전 시장의 확대와 사업성에 긍정적 영향을 미칠 수 있는 여러 정책들을 발표하고 시행에 들어갔다.

    - 16년 1월: 공동주택 태양광 대여 활성화 위해 설치용량 상한(30kW) 폐지

    - 16년 3월: ESS 활용촉진요금제 신규도입

    - 16년 5월: 대형 공공건물의 ESS 설치 의무화

    - 16년 9월: 태양광+ESS 연계에 REC 가중치를 5.0 적용

    - 16년 10월: 대형건물의 태양광발전 상계대상 확대 (10à50à1,000kW)

    - 17년 1월: (SMP+REC)합산 장기고정가격계약제 도입

    - 17년 3월: 가정에서 쓰고 남은 태양광전력은 100% 판매 허용

이들 정책 가운데서 SMP와 REC를 합산하여 장기적으로 고정계약을 체결할 수 있게 한 것은 그 동안 RPS 제도를 시행하며 지적되었던 수익안정성 문제에 대처하는 제도이다. 태양광발전사업의 수익 예측성을 높임으로써 금융조달 환경을 개선하고 이로 인한 태양광 시장의 확대라는 선순환적 효과를 기대할 수 있는 정책으로 이해된다.

단, 계약을 할 때 고정형과 변동형 가운데 택일하게 되어 있어 사업자의 판단이 중요해졌다. 고정형은 사업자의 총수익인 [SMP + (REC x 가중치)]를 20년간 고정된 금액으로 계약하는 방식이다. SMP 변동에 상관없이 동일한 발전량이라면 사업자의 월 수익이 일정하게 되는 구조이다. 반면 변동형으로 계약을 하게 되면 REC 변동폭과 가중치를 반영하므로 총 수익이 20년간 변동하게 된다. SMP 기준으로 REC가 정해지므로(REC = 선정가격 - SMP), 변동형에서는 동일한 발전량이라도 SMP에 따라 사업자의 수익이 변경되는 것이다.

산업통상자원부는 지난 2월에 2017년 신규 태양광발전 설치목표를 1,300MW로 발표했다. 원활하게 목표 달성을 하기 위해서는 지자체들의 입지규제개선과 계통연계능력 확대가 필요한 상황이다. 신재생에너지 분야의 규제개선은 산업통산자원부도 올 해 부처의 주요 과제로 삼기도 했다. 특히 시군과 같은 기초지자체가 개발행위허가운영지침 등에서 이격거리 조항을 가지고 입지제한을 하는 경우가 많아서, 기초지자체들의 이격거리 문제 해결이 당면한 정책이슈이다. 산업부와 국토부는 3월에 지자체들에 지침을 내리고 이격거리 규정을 폐지하거나, 100미터 이내로 최소화하려 하고 있다.

규제개선과 더불어 필요한 것이 계통연계 문제 해소이다. 2015년 말 기준으로 국내 태양광발전 용량의 45%가 집중되어 있는 호남지역의 경우 변전소의 신재생에너지 인입용량 한계, 장거리에 걸쳐 송전선을 연결해야 하는 문제 등으로 보류되어 있는 사업들이 많다. 이처럼 계통연계 문제로 사업이 보류된 지역들이 2016년에는 2015년 13곳에서 32곳으로 더 늘어났다. 정부와 한전은 변압기에 접속 가능한 신재생 용량의 확대와 같은 계통보강 그리고 Open Green Grid 추진과 같은 “계통제약 Zero” 마스터플랜 등으로 계통문제에 대응하고 있다. 2014년에 일본 큐슈에서 신재생에너지의 계통인입을 차단했던 사례에서 보듯이, 계통연계는 향후 태양광발전을 위시한 신재생에너지의 확대에 선결되는 사항이므로 근원적이고 중장기적인 접근이 요구된다.

태양광 발전(Solar PV) 개요

설치용량 기준으로 태양광 시장은 전년에 비해 25% 증가하여 2015년 50GW를 초과하였다. 세계 누적용량은 227GW를 넘겼다. 2015년 신규 설치용량은 10년 전 세계 태양광 누적용량의 거의 10배에 달한다.

몇 년 전까지 태양광 수요는 선진국에 집중되었는데 최근에는 가격경쟁력이 향상되면서 세계적으로 신흥 시장이 생겨나고 개도국 시장이 더 빠르게 성장하고 있다. 중국(15.2GW), 일본(11GW), 미국(7.3GW) 세 나라가 2015년 태양광 신규 설치용량의 대부분을 차지하였다. 그 다음으로 영국(3.7GW), 인도(2.0GW), 독일(1.5GW), 한국(1GW), 호주(1GW), 프랑스(1GW) 순이다. 상위 15개국이 세계 태양광 신규 용량의 92%를 차지하여 아직 편중성이 큰 편이다. 태양광의 가격경쟁력이 향상되면서 세계적으로 신흥 시장이 확대되고 있지만, 아직도 태양광 잠재력을 활용하지 못하는 지역이 대부분이다.

중국은 에너지 자립도 향상은 물론 대기오염 개선과 자국 태양광 산업 육성을 위해 지속적으로 태양광을 확대하고 있다. 중국은 태양광 총 설비용량(44GW)에서도 독일을 추월하여 세계 1위로 올라섰다. 신장, 내몽고, 간쑤 등 인구가 희박한 내륙지역이 태양광 보급을 주도해 왔지만 최근 중동부 지역에서 보급이 증가하고 있다. 하지만 태양광 보급 속도를 따라잡지 못하는 빈약한 전력망 인프라 때문에 기광현상(송전망 접속능력 부족, 전력공급의 불안정 등으로 완공된 태양광 발전소를 가동하지 못하고 놀리는 현상)이 심각한 문제도 대두되고 있다. 2015년 중국은 평균적으로 약 12% 태양광 설비를 활용하지 못하고 있으며 간쑤성의 경우 그 비율이 31%에 이르렀다. 중국은 대규모 태양광 설비의 비중이 총 용량의 86%를 차지했지만 분산형은 지붕 태양광의 비중은 낮은 편이다.

일본은 호황이 지속되면서 2015년에 태양광 11GW룰 추가하여 총 용량은 34.4GW에 이르렀다. 시장은 주거용(0.9GW)보다 상업용과 대규모 사업 위주로 전개되었고 휴경지나 문을 닫은 골프장을 부지로 활용한 경우가 많았다. 태양광은 일본 총 발전량의 3%를 차지하였는데 여름철에는 일본 전력 수요의 10%를 공급하는 경우도 발생한다. 아시아에서는 또한 인도와 한국의 태양광 시장이 빠르게 성장하고 있다.

아시아를 벗어나면 나머지 20GW는 주로 북미와 유럽에서 설치되었다. 미국은 2015년 말 투자세액공제(ITC, Investment Tax Credit) 만료 이전에 태양광 사업을 완공하려는 개발 열기 탓에 태양광 확대가 사상 최고치를 기록하였다. 2015년 신규 태양광 용량은 신규 가스발전 용량도 능가하였다. 한편 오바마 행정부는 신재생에너지 투자 촉진을 위해 다시 투자세액공제를 2021년까지 연장하였다. 유럽연합 시장은 3년째 감소하였는데 정책의 불확실성과 발전차액지원제도(FIT, Feed-in Tariff) 축소가 영향을 미쳤다. 뒤늦게 FIT을 도입한 영국에서 태양광 보급이 가장 활발하였다. 2015년 말을 기준으로 22개국이 전력수요의 1% 이상을 태양광으로 충족하고 있는데 이탈리아는 7.8%, 그리스는 6.5%, 독일은 6.4%에 이르렀다.

태양광 산업의 회복세는 신흥시장이 계속 생겨나고 세계 수요가 늘면서 2015년에 더 가속화되었다. 대부분의 세계 일류 기업들은 시장 지위를 공고히 했다. 한편, 시장이 축소된 유럽에선 업계의 어려움도 지속되었고 기업들은 유지 관리나 외부 시장 진출을 통해 위기를 벗어나려고 시도하였다. 모듈 가격이 낮아져서 많은 박막필름 회사와 집중형 태양열발전(CSP, Concentrated Solar Power) 산업은 계속해서 어려움을 겪었고 국제 무역 논쟁도 지속되었다.

모듈 평균 가격은 더 하락하여 다결정 실리콘 모듈 가격은 약 8% 떨어진, 와트당 0.55 달러 이하에서 형성되었다. 산업은 지속적으로 장비의 최적화와 개량을 통해 설비 외적인 소프트 비용에 초점을 맞추고 있다. 2015년과 2016년 초까지 몇몇 지역에서 건설된 대규모 태양광 사업에서 기록적으로 낮은 입찰가(장기계약가격)를 보이면서 태양광은 가격경쟁력을 보여주고 있다. 대표적인 태양광 프로젝트의 입찰가격이나 장기계약가격은 두바이 58.5달러/MWh, 페루 48달러/MWh, 멕시코 45달러/MWh, 독일 80유로/MWh, 미국 35~60달러/MWh를 기록했다.

결정질 전지와 모듈뿐만 아니라 박막 필름 생산량도 증가하였는데 중국 기업들이 태양광 모듈 생산을 주도하였다. 중국이 세계 총량의 2/3를 생산한 것을 비롯하여 아시아는 세계 모듈 생산의 87%를 추지하였다. 반면에 유럽의 비중은 6%로 하락했고 북미의 비중은 2%에 머물렀다. 세계적 모듈 제조사 중에서 트리나, 징코솔라, 자솔라, 잉리, SPCE(과거 선텍), 레네솔라 같은 중국 기업들과 캐네디언 솔라(캐나다), 한화큐셀(한국), 퍼스트 솔라와 선파워(미국) 등이 있다.

태양광 모듈의 효율은 최근 30년, 80% 이상을 보장하고 있는 추세이다. 일반적으로 태양광 모듈의 효율 저하는 모듈을 포함한 발전소 전체가 1년에 약 0.1% 효율 저하 수준이라고 한다. 30년을 사용하여도 일반적으로는 약 3% 정도 효율이 떨어지는 것이다. 그래서 태양광발전소는 발전량을 계산할 때 특별히 기간별 효율 저하를 고려하지 않고 계산을 한다.

신재생에너지 글로벌 보급 전망

에너지 안보 강화, 대기오염 개선, 기후변화 대응, 경제 활성화, 에너지 빈곤 해소 등 다양한 목적을 달성하기 위한 정책적 지원 덕분에 세계적으로 신재생에너지는 꾸준히 증가해오고 있다. 파리협정의 체결과 최근 정책 변화로 신재생에너지에 대한 전망은 매우 난관적이다. 그러나 정책 불확실성, 비경제적 장애요인, 전력망 통합 등은 2025년 2DS(2 Degree Scenario) 목표(지구 표면 평균온도를 산업화 이전과 대비해 2℃ 이상 오르지 않도록 유지하겠다는 목표)를 향해 신재생에너지를 확대하는데 상당한 도전이 될 전망이다.

IEA는 세계에너지전망(WEO)를 발간하면서 신재생에너지를 포함하여 에너지 수요와 에너지공급 믹스를 전망해오고 있다. 현재 시점에서 IEA의 세계 에너지 전망을 통해 신재생에너지를 중심으로 미래 변화를 예상할 수 있다.

2015년 11월에 발간된 IEA ‘세계에너지전망 2015’에 따르면 모든 시나리오에서 신재생에너지의 비중이 증가하는 것으로 나타났다. 기준 전망에 해당하는 신규 정책 시나리오에서는 1차 에너지소비 중 신재생에너지의 비중이 2013년 14%에서 2040년 19%로 증가할 전망이다. 한편, 450 시나리오(장기적으로 CO₂ 농도를 450ppm에서 안정화를 시키기 위한 시나리오, 현 추세를 유지하면 1,000ppm을 넘을 것으로 예측)에서는 2040년까지 신재생에너지 비중이 29%로 증가할 것으로 전망하는데 이것은 세계가 지구 기온 상승을 2 ℃ 이내로 억제하기 위해 국가별 기여방안(NDC, Nationally Determined Contribution)를 충실히 이행하는 것은 물론, 한층 더 강화하는 것을 조건으로 한다. 발전부문은 신재생에너지의 역할이 더 두드러질 것으로 예상된다. 기준 전망에서 총 발전량 중 신재생에너지 비중은 2013년 22%에서 2040년 34%로 증가할 것이다. 450 시나리오에서는 2040년 발전량 중 신재생에너지 비중이 53%까지 증가할 것이다.

한편 시장 분석 기관인 BNEF는 최근 들어 미래 전력시장의 전개를 전망하는 새로운 에너지 전망을 매년 발표해오고 있다. BNEF의 ‘새로운 에너지 전망 2016’에 따르면 2040년까지 발전부문에서 저탄소 에너지원(혹은 탄소 중립적 에너지원)이 세계 발전설비 총 용량의 60%를 차지할 것으로 전망된다. 풍력과 태양광이 향후 25년간 세계 신규 발전설비용량 8.6TW의 64%를 차지할 것이다. 그리고 총 투자액 11.4조 달러의 거의 60%가 풍력과 태양광에 투자될 것이다.

석탄과 천연가스의 가격이 하락하면서 화력발전의 발전단가도 감소할 수 있지만, 풍력과 태양광은 계속해서 발전단가가 하락할 것이다. 이미 상당한 가격경쟁력을 가지고 있지만, 육상풍력의 비용은 2040년까지 41% 정도 떨어질 것으로 보인다. 주로 설비이용률의 증가가 비용 하락을 주도할 것이다. 풍력 설비이용률은 2030년 33%, 2040년에는 41%에 도달할 전망이다. 태양광은 기존 추세처럼 계속 하락하여 현재 kWh당 7.4~22센트 수준에서 2040년 세계적으로 4센트 정도로 하락할 것이다.

특히 태양광은 2030년이면 상당수의 나라에서 가장 비용이 저렴한 발전기술이 될 것이다. 태양광은 2040년까지 신규 발전설비용량의 43%에 해당하는 3.7TW를 차지할 것이다. 태양광 설비 투자에만 총 3조 달러가 넘게 투자될 것이다. 태양광은 2040년까지 대략 세계 전력의 15%를 공급할 것으로 예상되고 앞으로 25년간 매년 평균 1,350억 달러가 투자될 것이다.

신재생에너지 글로벌 보급 현황

세계는 경제 성장을 촉진해야 할까, 아니면 기후 변화에 대처해야 할까? 이런 이분법식 사고방식은 일부 전문가가 상상했던 것보다 더 빨리 그 가치를 잃어버릴지도 모른다.

석탄, 석유, 천연가스 같은 화석 연료가 여전히 세계 에너지 공급의 약 85%를 차지하고 있지만, 미래는 바람과 태양과 같은 재생 가능한 에너지에 달렸다는 사실이 그 어느 때보다도 분명해지고 있기 때문이다. 전 세계적으로 신재생에너지로의 전환이 힘을 받고 있다. 신재생에너지는 현재 새로 가동에 들어간 전력원의 절반 이상을 차지하고 있다. 이런 재생 가능한 에너지의 성장은 일부분 더 깨끗한 에너지를 공급하려는 정부와 앞을 내다보는 기업들의 약속에 기인한 것이다. 하지만, 더 흥미로운 점은 재생 가능한 에너지, 특히 풍력과 태양광 발전 단가의 급락이다. 지난 8년 동안 태양광 패널 가격은 80%, 풍력 터빈은 1/3 가까이 내려갔다고 국제 재생 에너지 기구는 이야기한다.

세계의 많은 지역에서 이미 신재생에너지가 주요 에너지원으로 자리 잡고 있다. 스코틀랜드의 경우 풍력 터빈이 가정용 전기의 95%를 공급하고 있다. 신재생에너지 시장을 주도하고 있는 중국과 유럽 외에도 최근 미국 역시 주목할 만한 변화를 보이고 있다. 최근 미국 에너지 정보국은 풍력과 태양광 에너지가 미국에서 생산되는 전력의 10% 이상을 차지했다고 했다. 물론 트럼프 대통령은 경제 성장의 방침으로 화석 연료, 특히 석탄을 강조하고 있으며 풍력을 신뢰할 수 없는 에너지원이라고 폄하하기도 했지만, 그가 그와 같은 연설을 했던 아이오와 주의 경우 풍력 터빈이 들판을 뒤덮으며 주 발전량의 36%를 차지하고 있기 때문에 그런 메시지는 통하지 않을 것이다. 그리고 현재 페이스북, 마이크로소프트, 구글, 애플 같은 대기업들이 자사의 데이터 센터의 전력 공급원으로 이런 신재생에너지의 이용 가능성에 매력을 느끼고 있다.

특히, “바람이 불지 않거나 태양이 비치지 않을 때는 어떡할 것이냐”와 같은 회의론자들의 의문은 배터리 저장 용량의 증가와 생산 비용의 급격한 하락 등으로 이제는 전기를 24시간 계속해서 흐르게 할 수 있게 되었다. 이런 발전은 부분적으로 전기차에 큰 베팅을 하고 있는 일부 자동차 제조업체에 의해 주도되고 있다. 물론 현재 도로를 달리고 있는 전기차는 여전히 드물지만, 막대한 투자로 인해 향후 수년 내에 빠르게 변화가 일어날 것이다.

이미 세계의 점점 더 많은 곳에서 신재생에너지가 화석 연료와 가격 경쟁을 벌이고 있으며 신재생에너지로의 전환은 대부분의 기업인들이 생각하는 것보다 훨씬 빠르게 진행되고 있다. 물론 갈 길이 여전히 멀긴 하지만, 재생 가능 에너지의 추세선이 급등하고 있으며 에너지 공급원의 변화 속도도 빨라지고 있다. 이러한 변화는 아마도 기후 변화를 늦추는 데 의미 있는 영향을 미칠 수도 있을 것이다. 신재생에너지는 전 세계적으로 티핑 포인트에 도달한 것이다.

REN21(Renewable Energy Policy Network for the 21^st Century)의 ‘재생에너지 2016 세계 현황 보고서’에 따르면 전 세계 많은 국가에서 신재생에너지가 경쟁력 있는 주류 에너지원으로 확고히 자리를 잡았음을 보여준다. 2015년은 신재생에너지 설치 면에서 기록적인 한 해였다. 신재생에너지 발전용량은 기록적으로 늘어나서 147GW 용량이 신규로 설치되었다. 수송부문에서도 신재생에너지 사용이 확대되었으며, 분산형 신재생에너지는 세계적으로 에너지 부유층과 빈곤층 간의 격차를 점차 좁혀 가고 있다.

2014년 기준 세계 최종 에너지 소비 중 신재생에너지 비중은 19.2%에 달한다. 현대적인 신재생에너지는 세계 최종 에너지 소비의 10.3%를 차지하였고 재래식 바이오매스의 비중은 8.9%에 머물렀다. 현대적 신재생에너지 중에서 주로 열에너지(바이오매스, 지열, 태양열 등)의 비중이 최종 에너지의 4.2%로 가장 크고 그 다음 수력 3.9%, 태양광과 풍력 등 발전 1.4%, 바이오연료가 0.8% 순이다. 난방과 조리용으로 직접 태우는 나무, 목판, 나뭇잎, 농업찌꺼기, 폐기물, 가축 분뇨 같은 재래식 바이오매스는 주로 사하라 이남 아프리카, 동남아시아와 인도의 농촌 지역, 남미의 농촌에서 높은 비중을 차지하고 있다.

파리협정이 체결되면서 각국 정부의 신재생에너지 지원 정책은 강화될 전망이다. 기후변화 대응을 위한 189개국의 국가별 기여방안을 살펴보면 147개국이 신재생에너지를 언급하고 있다. 2016년 초를 시점으로 173개국이 신재생에너지 목표를 가지고 있고 146개국이 신재생에너지 지원 정책을 시행하고 있다. 또한, 도시, 마을, 기업들이 신재생에너지 확대에 자발적으로 나서고 있다.

세계 신재생에너지 보급과 투자를 주도하는 나라는 중국이다. 중국은 2015년 세계 신재생에너지 투자의 1/3을 차지한다. 수력, 태양광발전, 풍력, 태양열난방 등 여러 분야에서 중국이 보급과 투자를 주도하고 있다. 미국은 바이오디젤과 바이오에탄올 등 바이오연료 생산을 브라질과 함께 주도하면서 동시에 풍력과 태양광 확대도 활발하다. 일본은 태양광이, 전반적인 신재생에너지 투자를 주도했던 독일은 지금은 풍력 분야 투자가 활발한 편이다. 새로운 신재생에너지 시장으로 인도가 부상하고 있으며 영국도 태양광과 해상 풍력의 보급이 활발한 편이다.

GDP 대비 신재생에너지 투자가 활발한 국가는 주로 개도국들로 모리타니아, 온두라스, 우루과이, 모로코, 자메이카 순이다.

[2015년 세계 신재생에너지 투자 상위 5개국]

신재생에너지 발전설비 총 용량은 중국, 미국, 브라질, 독일, 캐나다 순이다. 수력을 제외하면 브라질과 캐나다가 빠지고 대신 일본, 인도가 세계 5위권에 들어간다. 인구당 신재생에너지 발전용량은 덴마크, 독일, 스웨덴, 스페인, 포르투갈 순으로 신재생에너지 확대에 적극적인 서유럽 지역이 강세이다.

설비용량 기준으로 중국은 수력, 태양광, 풍력, 태양열, 지열난방 분야에서 모두 세계 1위를 차지하였다. 바이오에너지 발전과 지열발전은 미국, 태양열발전(CSP)은 스페인이 가장 많은 용량을 보유하고 있다. 특히 중국은 2015년, 독일을 제치고 태양광 총 용량에서도 세계 1위로 올라섰다.

신재생에너지는 특히 발전부문에서 두드러진 역할을 하고 있다. 2015년 기준으로 신재생에너지는 세계 발전용량의 28.9%, 세계 전력 생산의 23.7%를 차지하였다. 세계 신재생에너지 발전용량은 수력을 포함하면 총 1,849GW로 2014년 대비 약 9% 증가하였다. 2015년 신재생에너지는 세계 신규 발전용량의 약 60%를 차지하였다. 몇몇 나라에서는 변동하는 신재생에너지(풍력, 태양광 등)의 비중이 크게 높아졌다. 풍력은 덴마크 전력 수요의 42%, 우루과이의 15.5%를 차지하였고 독일의 4개 주에서 전력 수요의 60% 이상을 담당하였다. 태양광은 각각 이탈리아 전력 수요의 7.8%, 그리스에서 6.5%, 독일에서 6.4%를 차지하였다.

2015년을 기준으로 수력을 제외한 세계 신재생에너지 발전용량은 785GW에 달한다. 1990년대 중반부터 지속해서 늘어난 풍력이 가장 큰 비중을 차지하고 2000년대 중반부터 보급 속도가 빨라진 태양광이 다음 순서이다. 2010년까지 세계 신재생에너지 보급은 유럽과 북미가, 그 중 독일과 미국이 시장을 주도했지만 2010년 전후로 중국이 본격적으로 신재생에너지 확대에 나서면서 순위가 달라졌다. 신재생에너지 발전용량이 가장 많은 국가는 중국이며 미국, 독일, 일본, 인도 등이 뒤를 따르고 있다. 중국은 2015년에만 풍력과 태양광을 각각 30.8GW, 15.1GW를 보급하였다.

신재생에너지가 빠르게 증가하는 가장 중요한 이유는 신재생에너지 기술의 경제성이 빠르게 개선되고 있기 때문이다. 국제재생에너지기구(IRENA, the International Renewable Energy Agency)에 따르면 2009년 코펜하겐 회의 이후 6년 만에 태양광시스템 가격이 70%나 하락하였고 풍력은 이미 기존 발전과 경쟁할 수 있는 경제적인 발전기술이 되었다.

BNEF(Bloomberg New Energy Finance)에 따르면 현재 발전원별 국제 평균적인 발전단가는 kWh당 태양광 140원, 풍력 90원, 석탄 60원, 가스 70원, 원자력 120원으로 평가된다. 물론 각국의 여건과 정책에 따라서 기술별 발전단가는 큰 편차를 보인다. 한국은 국제 평균과 비교하면 원전의 발전단가는 매우 낮지만 가스발전의 단가는 상당히 높은 편이다. 미국은 태양광 보급 확대를 위한 SunShot Initiative(선샷 계획)를 추진 중인데 현재 kWh당 10센트인 대규모 태양광 설비의 발전단가를 2020년까지 6센트로 낮추어 태양광 보급을 촉진하겠다는 것이다. 2020년이면 태양광과 풍력의 발전원가는 화력발전과 비슷한 수준에 이를 전망이다.

IEA(International Energy Agency)에 따르면 지리적 여건이 우수하고 금융 환경도 좋은 지역에서 진행 중인 유틸리티 스케일의 대규모 태양광 사업은 kWh당 5~9센트 수준으로 장기계약 가격이 형성되고 있고 진행 중인 주요 풍력 프로젝트도 3~9센트 수준에서 장기계약 가격이 결정되고 있다.