농촌태양광 보급을 위한 정책적 방안

지난 20년간 제자리걸음인 농가의 농업소득으로 인해, 농촌 경제 활성화 및 도시와의 경제불균형 해소를 위해 현재 농가에는 농업외소득이 절실한 시점이다. 현재 정부가 야심차게 추진하고 있는 6차산업화 역시 그런 시각으로 보면 농가소득제고를 통한 지역의 지속가능성을 확보하기 위한 전략으로 보여진다. 태양광발전 사업 역시 앞서 살펴본 바와 같이 농업외소득을 높일 수 있는 좋은 방안 중 하나이다. 하지만 농촌 태양광 발전 사업으로 발생한 이익이 실질적으로 농가의 이익에 큰 도움을 주고 있지 않다는 결과로 농촌 주민들의 민원은 지속적으로 증가하고 있고, 그로 인해 지자체는 태양광 발전소 허용에 대한 규제를 더욱 강화하고 있는 것이 현재 농촌 지역에 처한 현실이다.

[농촌태양광 가중치 적용기준]

이러한 현실 속에서 정부는 기대에 미치지 못하고 있는 농촌 태양광 발전 사업의 보급률을 높이기 위해 몇 가지 추가적인 지원책을 펴고 있다. 앞서 살펴본 태양광발전사업 시설자금 융자지원도 그러한 지원책 중의 하나이다. 그 외에도 100kW 미만의 태양광 발전소 사업에 지역 농민이 참여할 경우에는 신재생에너지 공급인증서(REC) 가중치를 120%로 우대한다거나, 1MW 이상의 태양광 발전소를 건설할 때 지역주민이 최소 5인 이상이 참여하면 비율에 따라 10~20% 가중치를 우대하는 등의 지원책들이 있다. 이는 당연히 일반 발전사업자보다 농촌태양광 발전소를 운영하는 농민이 더 많은 수익을 낼 수 있도록 배려하기 위한 정책들이다.

이러한 다양한 지원책에도 불구하고 여전히 농촌 지역에 태양광 발전소의 보급은 느린 편이다. 최근 정부는 2017년에 농가 1,000가구에 태양광 발전소를 보급하고, 2020년까지 1만 가구에 태양광 발전소를 보급하는 것이 목표라고 발표하였다. 이는 물론 현 정부의 중요 아젠다인 신재생에너지 보급 확대와 농가소득 증대를 위해서이다. 하지만 정부 주도의 농촌 태양광 발전 사업은 2017년 4월에야 ‘농촌태양광 1호사업 착공식’을 개최하며 충북 청주시 미원면, 낭성면 일대 13가구에서 총 1.44MW 규모로 추진되기 시작하였다. 하지만 이제 13가구로 1호 사업을 시작했는데, 과연 연내에 1,000가구 보급목표 중 절반이라도 가능할지 의문스러운 상황이다.

태양광 발전 사업은 이전에도 정부 차원의 지원책은 다양하게 존재했지만, 지역 주민들의 민원을 비롯한 다양한 이유들 때문에 지자체에서 과도한 규제를 통해 그 허가를 제한하는 모양새였다. 그렇기 때문에 지금과 같이 중앙 정부 주도의 보급을 계속 유지한다면 그 보급에는 한계가 있을 것이다. 정책이 좋아서 서서히 보급률이 증가한다 하더라도 그런 정부 주도의 정책들은 자생력을 갖기 어렵기 때문에, 결국에는 지속성을 잃을 것이다. 그렇다면 어떻게 하면 보급률도 높이고, 그 지속성도 확보할 수 있을까? 당연한 이야기겠지만 그 해답은 실질적으로 농촌 태양광 보급을 막고 있는 지자체와 지역 주민들에게서 찾아야 할 것이다.

우선 과도한 규제로 태양광 발전 사업의 보급을 막고 있는 지자체가 스스로 적극적으로 보급에 나서도록 동기 부여를 해야 할 것이다. 지자체의 입장에서 판단해보면 이제까지는 태양광 보급 사업에 적극적으로 나설 이유가 크지 않았을 것이다. 사업이 진행되면서 발생될 이익과 비교해 지역 주민들의 민원의 부담이 더 크고 중요한 요소였기 때문이다. 그렇기에 정부의 적극적인 보급 의지를 알고 있음에도 불구하고, 역설적이게도 과도한 규제를 만들어 보급을 막는 상황을 연출하고 있었을 것이다. 그리고 만약 지자체가 적극적으로 보급에 나선다면 지역 주민들과의 갈등과 오해도 기존보다는 보다 합리적으로 해결이 가능할 것이다. 지역 주민들의 불만 대부분이 태양광 발전 사업을 통해 발생한 이익이 실제로 지역 농가 수익으로 들어오는 것이 아니라 외부로 유출됨에 있는데, 지자체에서 적극적으로 보급에 나선다면 이익의 외부 유출을 어느 정도 컨트롤 할 수 있는 방안을 가지고 나설 것이기 때문이다. 지역 경제 발전에 도움이 되지 않을 사업을 지자체에서 적극적으로 나설 이유는 없을 것이다.

이에 중앙 정부 주도가 아니라 지자체에서 보다 적극적으로 지역 태양광 발전 사업을 추진하는데 동기부여가 가능한 “지자체 세수확보 혜택” 방안을 제안한다.

-  지자체 세수확보 혜택

2015년 기준 국세와 지방세를 합친 전체 조세수입은 약 290조원이며, 이 중 24.6%인 71조원이 지방세이다. 국세는 290조원의 75.4%인 약 220조원이다. 한국의 경우, 지방세는 꾸준히 21%대를 유지해오다가 최근 25% 수준으로 증가하였다. 이는 연방제 국가들의 평균 지방세 비율인 40% 수준에는 못 미치지만, 한국과 같은 비연방제 국가들의 평균인 20%대보다는 조금은 많은 수치이다. 조금씩 증가하고 있는 추세지만, 절대적인 수치는 부족한 수준이다.

[지방세 신장 추세]

[OECD 주요국 지방세 비중 추이]

물론 지자체의 세금 수입은 전체 세금의 25% 수준이지만, 지출은 반대로 전체 세금의 60% 수준이다. 현재의 세수 구조로는 지자체가 스스로 걷어들인 예산만으로는 운영이 어렵기 때문에, 중앙 정부가 거의 50% 정도를 교부금이나 보조금의 형태로 지방 정부에 나눠주고 있기 때문이다. 이런 구조다 보니 중앙 정부가 걷은 국세를 지자체에 원활하게 나눠 주지 않으면 중앙 정부와 지자체 사이에 갈등이 생길 수 밖에 없다. 현재의 세수 구조를 보면 지방정부는 법률 제정 권한이 없기 때문에 필요하다고 해서 마음대로 세금 항목을 만들어 세금을 거둘 수가 없게 되어 있다. 게다가 총 30여가지의 세금 중 지방세에는 취득세, 양도소득세, 재산세 등 부동산과 관련한 세금이 차지하는 비중이 크다. 따라서 부동산 경기에 따라 세수가 불안정하고 지역에 따라 편차도 클 수 밖에 없다.

지자체들의 재정자립도는 지방자치가 시작되던 1995년 62.5%로 시작하여 2016년에는 52.5%로 지속적으로 하락 중이다. 살림살이가 계속 나빠지고 있는 것이다. 지역에 따른 편차 역시 갈수록 커지고 있다. 2016년 기준으로 대표적인 농촌 지역인 전남, 전북 지역의 재정자립도만 보아도 전국 평균인 52.5%에서 한참 부족한 23.8%와 29.7%를 나타내고 있음을 알 수 있다. 이들 지역의 재정자립도를 높일 수 있는 세수 확보 수단이 필요한 상황이다.

[지자체의 재정자립도]

[2016년 재정자립도 현황]

이러한 상황에서 만약 농촌태양광 발전을 통해 발생한 소득의 세금을 중앙 정부에서 걷어가지 않고, 예외를 두어 지자체에서 걷어갈 수 있도록 한다면 어떻게 될까? 아마도 지자체 세수 확보 및 재정자립도를 높이는데 큰 도움이 될 것이다. 지자체는 새로운 세수 확보를 통해 직접적으로 예산의 증가가 가능하니 보다 적극적으로 태양광 발전 사업 보급에 나설 것이다. 그리고 해당 예산은 20년이라는 장기계약을 통한 지속적이며 안정적인 세수이므로 지자체는 보다 장기적이며 체계적으로 지역 주민들에게 혜택을 줄 수 있는 방안의 모색도 가능할 것이다. 이러한 혜택이 직접적으로 지경 주민들의 편의에 활용된다면 지역 주민들의 민원도 어느 정도 조정할 수 있을 것이다. 게다가 지자체의 재정자립도 증가는 중앙정부와의 마찰 및 갈등을 줄이는데도 큰 역할을 할 것이다.

태양광 발전 사업은 경제성도 중요하지만 시각적인 혐오감을 비롯해 과학적으로 검증되지 않은, 정확히는 과학적으로 그렇지 않다고 검증이 되었지만, 심리적인 불안 요소들을 상당 부분 가지고 있다. 그렇기에 다양한 경제적인 지원책에도 불구하고 주민들이 실제로 수용하기에 심리적인 경계가 분명히 존재하고 있다. 이와 같은 상황에서 현재와 같이 어렵게 어렵게 지자체의 규제를 피하고, 지역 주민들의 민원을 무마하는 등의 소극적인 방식으로는 대부분의 주민들이 가지고 있는 태양광 발전에 대한 심리적인 경계를 허물지도 못할 것이며, 결과적으로 정부에서 핵심 아젠다로 드라이브 하고 있는 수준으로의 신재생에너지나 농촌태양광 발전소의 보급은 불가능할 것이다.

심리적 불안이나 의혹을 해소할 수 있는 가장 좋은 방법은 해당 분야에 규모의 경제를 도입시키는 것이다. 하나의 마을에 드문드문 몇 가구가 태양광 발전소를 설치했다고 하면 아마도 보급률을 꾸준히 선형적으로 증가할 것이다. 물론 오랫동안 선형적으로 증가하다 보면 언젠가는 적당한 규모가 되어 조금씩 지수적으로 변하긴 하겠지만 그 과정은 상당히 오래 걸릴 것이다. 과연 우리에게 그렇게 오래 기다릴 수 있는 시간이 있을까? 하지만 만약 초반부터 규모의 경제가 가능한 수준인 수십, 수백 가구가 설치를 한다면 그 증가율은 선형적으로 시작해서 지수적으로 변하는 것이 아니라, 초반부터 지수적으로 증가할 것이다. 그렇게 해야만 현 정부가 추진하고 있는 2020년 농촌태양광 보급 10,000가구나, 2030년까지 전체 사용 전력의 20% 이상을 신재생에너지를 통해 보급하겠다는 공약 등을 달성할 수 있을 것이다. 결국 지금 우리에게는 지수적인 증가율을 만들 수 있는 규모의 경제가 필요한 실정이며, 규모의 경제를 달성시키기 위해서는 지금까지처럼 중앙 정부 주도가 아닌 지자체 스스로 자생 할 수 있고, 지속 가능할 수 있는 정책적 지원이 필요한 것이다.

농촌태양광 보급의 장애물

신재생에너지, 특히 태양광 발전소의 보급 및 확대에는 몇 가지 기본적인 허들이 존재한다. 가장 기본적으로 기술과 경제성을 생각해 볼 수 있다. 어떤 분야든 새로운 영역 또는 시장으로의 진입에 첫 허들은 기술이다. 그리고 어느 정도 기술이 완성된 이후에 따라오는 허들은 기존에 시장을 점령하고 있던 세력과의 비교에서 오는 경제성이다. 신재생에너지 만큼이나 근래에 많은 이들의 관심을 받고 있는 전기차의 보급의 동향을 보면 이러한 사실을 명확히 알 수 있다.

전기차는 실제 그 역사를 보면 내연기관 자동차보다 먼저 개발되었고, 더 일찍 나름의 전성기를 누렸다. 하지만 내연기관의 개발과 유전의 발견 등으로 순식간에 옛 기술이 되었고 역사에서 사라졌다. 경제성 등은 아예 논할 가치도 없었다. 하지만 전혀 관련 없어 보이는 영역인 인터넷과 컴퓨터 등의 발전으로 스마트폰과 디지털 카메라, 노트북 등이 사람들의 필수품이 되면서 휴대용 기기와 관련된 기술이 급격하게 발전하였다. 그 결과 휴대용 기기들의 필수품인 배터리와 관련된 시장에도 큰 발전을 불러왔다. 이제야 좀 쓸만한, 가지고 다닐만한 배터리의 용량과 크기가 현실화 되기 시작한 것이다.

이제 전기차는 기술의 영역에서는 어느 정도 내연기관 자동차들과 어깨를 견줄만한, 게다가 일부 영역에서는 더 우위인 수준이 되었다. 하지만 여전히 가격 경쟁력 측면에서는 밀리고 있는 상황이고, 그 경제성이 전기차 보급 확대를 막는 가장 큰 허들이 되었다. 그래서 전기차 보급을 확대하기 위해 노력하고 있는 나라들에서는 정부차원에서 적극적으로 보조금을 지급하고, 세금 우대 정책을 펴는 등 부족한 경제성을 보완하기 위한 노력들을 하고 있다. 그리고 한편에서는 테슬라의 기가팩토리처럼 규모의 경제 원리를 적용해 경제성을 직접 확보하기 위해 상상 이상 규모의 공장을 짓고 어마어마한 양의 배터리를 생산하려고 하고 있다. 모두 경제성을 확보하기 위한 노력이다. 그 결과 전기차는 자연스럽게 그리고 점점 더 빠르게 우리의 삶 속으로 들어오게 되었다. 이제는 길거리에서도, 뉴스에서도, 전통적인 자동차 메이커들의 출시 계획에서도 전기차는 낯선 물건이 아니며 환경론자들을 위한 값비싼 토이도 아니다.

태양광 발전 역시 마찬가지이다. 앞서 살펴보았듯이 태양광 발전 영역에서 기술은 꾸준히 발전하고 있고, 이미 현재 어느 정도 화석연료들과 견줄만한 수준에 접근했다. 이미 Grid Parity에 도달한 국가나 도시들도 상당수 있으며, 그렇지 않은 지역들에서도 그 간극은 점점 더 빠르게 줄어들고 있다. 기술의 허들은 어느 정도 극복된 것이다.

하지만 경제성은 근본적으로는 여전히 허들이다. 이제야 기술 수준이 다른 화석연료 에너지들과 비교할 만한 경지에 올랐기에, 순수하게 태양광 발전 자체만 가지고는 여전히 경제성을 갖기가 어려운 상황이다. 하지만 그렇기에 전기차와 마찬가지로 각국 정부와 지자체들은 다양한 보조금과 혜택들을 제공하기 위해 노력하고 있다. 그 결과는 앞서 살펴본 경제성 분석 결과들을 봐도 알 수 있듯이 전기차 이상으로 충분히 경제성을 갖고 있다고 판단할 수 있게 되었다.

그렇다면 현재 기술과 경제성 영역의 허들을 어느 정도 극복한 태양광 발전소, 특히 농촌태양광 발전인 전기농사의 보급을 가로 막고 있는 또 다른 허들은 무엇일까? 그것은 전혀 예상치 못한 곳에서 나타났다. 바로 정부와 함께 태양광 발전소의 보급을 적극 장려해야 할 지자체들과 경제성 높은 전기농사를 적극 수용해야 할 농민들이다. 보급을 장려해야 할 지자체들은 과도한 규제를 통해, 전기농사를 통해 그 이익을 직접 누려야 할 지역주민들은 끊임없는 민원을 통해 전기농사의 국내 보급을 막고 있다.

가.  지방자치단체의 규제

#A사는 태양광 발전시설 부지를 확보하고 지자체에 허가를 신청하러 갔지만 도로 주거지역과 500m 이상 떨어져 있어야 한다는 규제 조항에 불허 통보를 받았다.

#농촌에 거주하는 B씨는 유휴 부지를 활용한 농촌 태양광 사업에 과심을 갖게 됐다. 그러나 사업 참여시 농지전용으로 인해 공시지가의 30%를 농지보전부담금으로 납부해야 하는 것에 부담을 느껴 사업 참여를 망설이고 있다.

#C보험회사는 안정성이 높아진 신재생에너지사업에 투자를 늘리려 했으나 사회간접자본(SOC) 금융은 도로 등 민간투자사업만 국한하고 있어 투자를 할 수 없었다.

국내 태양광발전사업의 규모는 점차 증가하고 있지만 지방자치단체들은 각종 규제를 만들어 태양광 내수 시장 확대를 가로막고 있다. 이는 중앙정부가 추진하고 있는 규제 완화에 역주행하는 모양새로 중소기업이나 소규모 발전사업자는 물론 대기업조차 지방권력의 횡포에 힘겨워하고 있는 실정이다. 현재 태양광 발전설비 설치를 일부 규제하는 개발행위허가 운영지침을 보유한 지자체는 전국적으로 50여 곳에 달하는 것으로 집계됐다.

대표적으로 전남지역의 담양, 화순, 해남, 무안, 함평, 영광, 완도, 신안, 고흥 등 14개군은 다양한 개발행위허가 운영지침을 제정해 국도, 지방도, 군도 및 10호 이상 주거 밀집지역에서 100m~1,000m 이내에 발전소 허가를 내주지 않고 있다. 사실 태양광 발전소는 전남지역이 내세울 수 있는 자원 가운데 하나인 태양 에너지를 활용해 지역경제를 활성화시키고 부를 축적할 수 있는 좋은 방법인데, 이를 지자체 차원에서 각종 규제를 만들어 막고 있다는 상황은 다소 이해하기 어려운 일이다.

일부 지자체의 개발행위허가 규제 내용은 다음과 같다.

[지자체의 과도한 규제]

    - 담양군: 개발행위허가 운영지침 5조에 주요도로에서 직선거리 500m 안, 10호 이상 취락지역, 주요관광지, 공공시설 부지 경계로부터 직선거리 500m 안, 집단화된 토지의 중앙 부근에 설치가 불가하다. 건물의 지붕이나 옥상에 설치하는 공작물의 경우, 도시 미관과 건축물의 안정 등을 고려해 지붕에서 공작물 최상단까지의 높이가 2m 이상을 넘지 않아야 하며, 발전시설 부지의 경계에는 울타리를 설치해 주변 경관과 조화를 이루도록 해야 한다고 규정하고 있다.

    - 화순군: 담양군과 동일한 규정 외에도 10호 미만의 취락지역의 경우에는 250m 안에 설치가 불가하며, 경지정리지구 등 집단화된 토지의 중앙 부근에도 설치가 불가하다. 또 발전시설 부지의 경계에는 높이 3m 이상의 경계 울타리와 차폐수 및 차폐막을 설치해야 한다고 규정하고 있다.

    - 해남군: 지역주민 고용촉진을 위해 전문기능을 갖춘 지역주민을 일정비율 이상 채용해야 한다. 또 지역기업으로부터 직접 조달 가능한 자재 품목이 기준에 적합할 경우에는 우선 매입해야 하고, 공익사업 참여를 통한 지역사회에 이익을 환원해야 한다. 개발사업 시행 시는 적정 시공능력을 보유한 지역기업과 컨소시엄을 구성하는 등 지역의 우수업체 보호에 적극 나서야 한다.

    - 무안군: 앞서 언급된 규정들 외에도 주변 경관과 조화되도록 울타리는 죽목으로 설치해야 한다고 규정하고 있다.

또한 상위법에서 위임되지 않고 근거가 없는 조례나 예규 등 자치법규에 경과조치 규정 등을 둬 “상기 규정에도 불구하고 군수가 필요하다고 인정하는 경우 허가 할 수 있다”라는 조항 등을 두고 있어 그 형평성에도 불만이 많은 상황이다. 이와 함께 일부 단체장들은 주민들의 반대나 환경 보존 등을 이유로 불허가를 남발해 행정소송도 빈번한 실정이다.

이에 산업통상자원부는 지자체 입지 투자 환경 등 핵심 부문별 7건을 폐지에 준하는 수준으로 전면 손질한다고 2017년 초에 발표했다. 개선된 7건의 규제는 태양광 입지, 풍력단지 생태등급, 농지 보전부담금, 금융권 신재생 투자 위험도, 배전사업자 ESS 설치, 전기안전관리자 선임기준, 역전력계전기 설치 규정 등이다. 정부는 7건의 규제개선을 통해 올해 묶여있던 총 5,600억원의 에너지신산업 투자유발 효과와 사업 추진 과정에서 110억원의 비용 절감이 가능할 것으로 기대하고 있다. 특히 태양광 부문은 이격거리 규제가 풀리면서 210개 약 1,150억원 규모에 이르는 프로젝트의 추진이 가능해졌다.

[신재생에너지 규제개선 내용]

    - 태양광 입지: 원칙적으로 폐지하거나 100m 이내로 최소화

    - 풍력단지 생태등급: 풍력단지 개발 중 생태 자연도 등급이 2등급에서 1등급으로 변경되면 구제절차를 위한 이의신청 기간이 15~45일 이내로 현실화

    - 농지보전부담금: 기존 공시지가의 30%에서 50%를 감면

    - 금융권 신재생 투자 위험도: 장기고정가계약을 체결한 신재생사업에 대해 사회간접자본과 같이 투자 위험을 낮게 적용

    - 배전사업자 ESS 설치: 배전선로 설치 설비에 ESS를 명시적으로 포함

    전기안전관리자 선임기준

    - 역전력계전기 설치: 신재생과 연계된 ESS에서 남은 전력을 거래하면 역전력계전기를 설치하지 않아도 되도록 개선

나.  지역주민들의 민원

#영주 안정면 용상2리 주민들은 전자파 발생으로 주변 온도가 상승해 작물 피해와 가축 폐사의 우려가 있다며 허가 취소와 이전을 요구

#의성군 금성면 하리 주민들 중 사과와 자두, 포도를 재배하는 농민들은 인근에 A업체가 건설 중인 태양광발전소가 들어서면 주변 기온이 상승해 농작물 재배 등에 지장을 초래한다는 민원 제기

#점곡면 구암리의 한 노인요양병원은 인근 뒷산에서 B업체가 태양광발전소를 건설하면서 산지개발에 따른 소음과 먼지, 분진 등으로 어려움을 겪고 있다고 민원 제기

# 군위 우보면 선곡리 주민들은 최근 C업체가 발전소 건설을 위한 토목공사에 들어가면서 가축 성장이나 농작물 재배에 지장을 초래한다며 민원 제기

농가소득 증대에 큰 도움이 될 농촌태양광 사업을 왜 지역주민들이 반대하는 것일까? 결론부터 얘기한다면 이는 농촌태양광 사업이 실제로 농민들에게 큰 도움을 주고 있지 않기 때문이다.

우리나라에 현재까지 설치된 태양광 보급용량 중 약 65% 정도가 농촌지역에 설치되어 있다. 전남, 전북, 충남, 경북 순으로 태양광발전소 용량이 많다. 하지만 대부분의 태양광 설비 사업을 외지 기업이나 외지인이 추진하고 있어 실질적인 이익의 대부분을 외부에서 가져가고 있다. 농민들의 경우는 주로 외지인에게 부지임대를 통해 태양광 발전 사업에 참여하고 있어 실제로 소득증대 효과는 미미한 실정이다. 농촌태양광 발전 사업에서 주인공이어야 할 농민들은 소외되고, 소득의 대부분은 외부로 유출되는 것이다. 그렇기 때문에 다양한 정책적 혜택에도 불구하고 해당 지역 주민들의 반대는 시간이 지날수록 더욱 거세지고 있어, 지자체는 정부의 의지와는 반대로 각종 규제를 만들어 보급을 간접적으로 막는 상황이 발생하고 있는 것이다.

게다가 주민들의 민원 내용을 보면 대부분이 과학적인 증거도 없고 검증하기도 어려운 내용들이다. 태양광 패널이나 고압전선에 의해 발생한 전자파로 인체나 농작물, 가축 등에 큰 피해를 줄 수 있다거나, 태양광발전소 주위온도가 상승해 열섬 효과가 발생할 수 있다는 식이다.

하지만 관련된 내용을 과학적으로 조사해 보면 주장하는 바와 같이 우려할 만한 수준이 아니라는 것을 알 수 있다. 전자파는 태양광발전소에 대한 가장 큰 오해의 대상인데, 아마도 전기를 생산하는 발전소라는 것만으로 전자파가 많이 발생할 것 같은 불안요소가 이러한 오해를 만들었을 것이다. 하지만 미래창조과학부와 국립전파연구원에서 공동으로 태양광 발전시설에 전자파를 측정한 결과 0.07mG로 일반 가정에서 사용하는 헤어 드라이기의 37.9mG나 TV의 0.1mG보다도 적은 수치인 것으로 조사되었다.

전자파 다음으로 많은 민원 내용이 태양광으로 인한 온도 상승과 빛 반사로 인한 주변 농작물에 대한 피해이다. 하지만 태양광 발전은 태양광 모듈이 빛을 흡수하는 형태로 전기를 만드는 것이기 때문에 빛 반사는 거의 없는 5% 수준이다. 빛 반사율은 농촌에서 흔히 볼 수 있는 흰색 페인트(70%)나 벽돌(15%), 비닐하우스(10%)와 비교해도 현저히 낮은 수준이다. 그리고 건국대학교 산학협력단이 조사한 태양광발전소가 주변환경에 미치는 영향 조사 분석에 따르면 태양광발전소 인근지역과 대조지역간의 일조량, 온도 차 등에 특이한 차이가 없음이 밝혀졌다.

그 다음으로 많은 민원 내용이 소음에 대한 부분이다. 태양광발전소는 다른 발전소와 달리 빛을 흡수하여 전기를 생산하는 방식이기 때문에 모듈 자체에서는 소음이 전혀 발생하지 않는다. 물론 인버터가 처음 가동 시에 약간의 소리가 발생하지만 이때 발생하는 소리는 50~60데시벨로 일상적은 대화소리, 사무실 타자기 소리 등과 같은 수준이다.

물론 자연경관이나 환경의 훼손 등에 대한 우려는 태양광발전소 건설 시 반드시 고려해야 할 부분이지만, 앞서 언급한 내용과 같이 대부분의 민원들이 과학을 근거로 하기보다는 발전소라는 단어에서 발생하는 심리적인 위협이나 악의적 의도를 바탕으로 제기되었기 때문에 태양광 민원은 지역주민과의 오해를 풀기 위한 노력이 필요한 상황이다.

ESS 발전 기술

ESS는 생산된 전력을 장치 혹은 물리적 매체를 이용하여 저장(충전) 하였다가 필요한 시기에 공급(방전) 하여 에너지의 효율을 높이는 역할을 하는 장치로 사실상 그 기능 자체는 자그마한 소형 배터리와 유사하다고 할 수 있다. 유휴 전력을 저장하고 피크 수요 시간대에 공급함으로써 에너지 이용 효율을 향상시키며, 안정적인 전력 공급을 통해 부하를 막아 정전으로 인한 피해 방지에도 효과적이다. 특히, 원하는 시간대에 전력 생산이 어려운 태양광, 풍력 등 신재생에너지를 미리 저장했다가 필요한 때에 사용할 수 있어 차세대 에너지의 활용성을 높여주는 데에 주요한 역할을 한다.

에너지를 저장하는 방식에 따라 리튬전지, 나트륨유황전지, 리독스플로전지, 슈퍼커패시터 등의 배터리방식(화학적 에너지저장)과 양수, 압축공기저장, 플라이휠 등의 비 배터리 방식(물리적 에너지저장)으로 나뉜다. 특히 배터리 방식의 ESS를 BESS(Battery Energy Storage System)라고 하며, 흔히 ESS라고 하면 BESS를 의미한다.

가.  ESS의 구성

ESS는 단순히 하나의 장치가 아닌 전체적인 시스템으로 기본적으로 배터리, PCS, EMS, BMS 등으로 구성된다. 배터리 파트는 직류 전기에너지를 화학에너지 형태로 저장 하는 배터리와 배터리 내부 상태를 감시하는 BMS로 구성되어 있다. PCS는 계통 측의 교류를 직류로 변환시켜 배터리를 충전하기도 하고, 배터리에 저장된 직류를 교류로 변환시켜서 방전하도록 양방향 전력제어가 가능하다. EMS는 전력계통의 정보, 배터리 충전상태, 부하상태 등을 실시간으로 입력 받아 내부 제어 알고리즘을 수행하고, 이를 통하여 충전운전 또는 방전운전 제어 지령을 PCS와 배터리 파트에 보낸다.

    - 배터리: 전력을 저장하는 저장 장치의 핵심이다. 배터리 셀(Cell)은 양극, 음극, 전해질 그리고 분리막으로 구성된다. 셀마다 가진 특성이 달라 단위를 쪼개 단계별로 묶는다. 먼저 셀을 한데 모아 모듈을 형성한 뒤, 여러 모듈을 합쳐 더 큰 단위의 Rack을 만든다. 다시 여러 Rack을 모으면 최종적으로 시스템이 형성된다.

    - PCS(Power Conditioning System): ESS로부터 전력을 받아 배터리에 저장하거나 송전하기 위해 주파수, 전압 등 전기의 특성을 변환해주는 장치이다. 전력을 저장할 때(직류)와 사용할 때(교류) 달라지는 특성을 PCS를 통해 조정한다. 저장 시에는 교류를 직류로, 방출 시에는 직류를 교류로 전환시키는 것이다. 전력 변환 기능 외에도 운영 상태 감시 및 품질 제어, 정전 시 계통 보호, 독립운전 등 ESS 시스템의 핵심적인 기능을 맡고 있다.

    - EMS(Energy Management System): ESS의 작동 방식을 감시하고 제어하면서 시스템 전반의 컨트롤 타워 역할을 한다. ESS 발전 시스템을 실시간으로 분석하고 통신망을 통한 모니터링 및 제어를 진행한다. 단순히 충 방전 제어만 가능한 EMS가 있고 소비 패턴이나 기상 정보를 알고리즘화하여 전력의 수요량 및 발전량 예측을 통해 ESS의 최적 운전 계획을 세워줄 수 있는 EMS도 있다.

    - BMS(Battery Management System): 배터리의 성능을 최적화 시키면서 안전하게 사용할 수 있도록 제어하는 장치이다. 배터리의 각 단계별(셀, 모듈, Rack, 시스템)로 BMS를 설치하여 배터리의 상태 정보를 감시하고 그 결과 값을 EMS로 전달해 ESS 시스템 전체의 안정성을 높이는데 사용된다.

일반적으로 ESS에 전기에너지를 충방전 시키면 PCS의 변환효율과 배터리의 효율 때문에 손실이 발생한다. 배터리 충전상태인 SoC(State of Charge)가 100%까지 충전 시킨 후에 SoC 0%까지 방전 시키면 약 10%의 손실이 발생한다. 또한 대용량 ESS에 사용되고 있는 리튬 배터리의 수명은 SoC 100% 충전, 0% 방전을 1회 방전심도(DoD, Depth of Discharge) 라고 할 때, 4000회 정도의 수명 특성을 갖는다. 즉 충방전 횟수에 따라서 잔존 수명이 감소한다. 이러한 특성에도 불구하고 ESS를 충방전 시켜서 얻을 수 있는 이득이 더 높게 나오도록 PMS의 내부 제어 알고리즘을 구성하여야 한다.

나.  ESS의 용도

ESS는 주로 주파수 조정, 첨두부하 저감, 신재생에너지 발전출력 안정, 부하 평준화, 비상용 전원 등의 다양한 방식의 용도로 활용될 수 있다.

    - 첨두부하 저감(Peak Shaving): 대부분의 국가에서는 시간대별로 전기 요금에 차등을 두고 있다. 수요가 높아지는 낮 시간대에 전기 요금이 비싸고, 반대로 심야에는 저렴해진다. 이를 이용해 경부하 시간대에 전력을 저장하고 피크 시간대에 방전하여 전기 요금을 절감하거나 차액을 통해 수익을 올리는 것을 말한다.

    - 부하 평준화(Load Leveling): 전력의 수요가 공급을 초과할 시 전력의 품질이 낙후될 뿐만 아니라 전력 부하, 정전 등 사고를 유발할 수 있다. 부하 평준화란 전력의 수요가 적을 때 전기를 저장하고, 수요가 많을 때 방전하여 전력 수요 변화에 원활하게 대응하는 것을 말한다.

    - 주파수 조정(FR, Frequency Regulation): 전류의 흐름인 주파수를 적정 수준으로 유지시켜 전기 품질을 안정화하는 것을 말한다. 주파수 초과(수요 < 공급) 시 ESS에 전력을 저장해 두었다가 주파수 미달(수요 > 공급) 시 ESS를 방전해 전력을 공급하는 것이다. 발전기 자체에서도 주파수 조정은 가능하다. 발전량의 5% 가량을 예비력으로 두고 가동하는 것이다. 문제는 경제적 손실의 발생이다. 예비력으로 부족한 발전량의 충당이 필요하고, 발전기를 풀가동할 수 없어 기회 비용이 발생하기 때문이다. ESS가 주파수 조정을 담당하면 발전기의 출력량은 100% 유지하면서 더욱 정확하게 주파수를 조정하여 양질의 전력 공급이 가능해진다.

    - 신재생에너지 출력 안정화: ESS 결합을 통해 신재생에너지의 활용성을 극대화할 수 있다. 태양광, 풍력 등 신재생에너지는 기후 변화로 인해 발전 시간의 예측이 어려워 전력 수요 대응에 미스매치가 발생한다. 발전 시간 동안에는 ESS 시스템에 전력을 저장하고, 필요 시에 전력을 방전하여 출력을 안정화하고 공급 불균형을 해소하는 것이다.

다.  ESS의 종류

ESS의 어플리케이션은 크게 가정용, 통신용, UPS, 전력용, 상업용 등으로 나누어 볼 수 있다.

    - 가정용: 가정용 ESS는 대부분 태양광 발전의 시스템과 연계하여 설치된다. 낮 시간에 생산된 태양광 에너지를 ESS를 통해 저장하고 필요할 때 사용할 수 있게 함으로서 자가 에너지 소비율을 높여주고 전력 요금도 절감시켜 준다. 저장 용량은 보통 3~10kWh이며, 정치의 크기는 비교적 작아 설치가 용이한 편이다.

    - 통신용: 통신용 ESS는 통신 기지국의 원활한 통신 환경 구축을 위해 활용된다. 2020년 차세대 네트워크 기술인 5G의 상용화를 앞두고 통신용 ESS에 대한 중요성이 더욱 대두되고 있다. 빠른 네트워크 서비스를 언제 어디서나 자유롭게 이용하기 위해서는 더 많은 통신 기지국 구축이 필요하고, 기지국의 안정적인 전력 공급은 필수이기 때문이다.

    - UPS(Uninterruptible Power Supply): 컴퓨터와 주변 장치에 대한 전력 공급을 조절하는 무정전 전원 장치이다. 전압 변동, 순간 정전, 과도 전압 등 발생 가능한 전원 이상을 방지하고, 안정된 전력을 공급하는 장치로서 전력 관리에 있어 매우 중요한 역할을 한다. IT 제품을 생산하는 공장에는 정전으로 인한 생산 라인 가동의 피해를 막기 위해 UPS가 필수적으로 설치되어 있다. 데이터 센터, 금융 기관, 병원 등 활용범위가 확대되고 있다. 기존에는 납축전지 UPS가 시장에 주를 이루어 왔으나, 최근에는 리튬이온전지를 활용한 UPS가 이를 대체하고 있다. 납축전지 대비 출력과 에너지 밀도가 높을 뿐만 아니라 부피가 작고 가벼워 설치에 용이하기 때문이다. 또한, 리튬이온전지는 온도 변화에 대한 민감도가 적어 유지 비용이 낮고, 설계 수명도 월등히 우수한 편이다.

    - 전력용: 전력용은 대게 발전소가 대규모 신재생에너지용으로 쓰이는 ESS로서 전력 공급망의 안정성을 확보하고 전력의 품질을 향상시켜주기 위해 구축된다. 전력 품질 향상을 위한 주파수 조정 용도로도 사용된다. 발전소의 전력 공급 지원을 목적으로 하기 때문에 ESS 장치의 크기가 커서 주로 컨테이너 형태로 제작된다.

    상업용: 상업용 ESS는 안정적인 전력 확보 및 전력 요금 절감을 목적으로 사용된다. 병원, 학교, 공장, 오피스텔 등 전력 사용량이 많은 다양한 환경에서 설치된다. 태양광 등 신재생에너지와 연계하여 자가 발전망 확보로도 활용된다.

라.  저장 방식의 종류

ESS는 저장 방식 및 기술에 따라 다양하게 분류되는데, 크게 배터리(화학적 혹은 전자기적)와 비배터리 방식(기계적)으로 나눌 수 있다. 화학적 배터리 방식은 화학 반응을 통한 배터리 저장 기술로서 리튬이온 전지인 LIB(lithium-ion Battery), 나트륨황 전지인 NaS, 레독스 흐름 전지인 RFB(Redox-Flow Battery)가 대표적이다. 전극을 이용한 전자기적 배터리 방식의 기술로는 Super Capacity가 있다.

기계적 비배터리 방식의 경우 물리적인 형태로 에너지를 저장하기 때문에 환경 파괴 가능성이 높고 중장기적 활용이 제한적이다. 대표적으로는 압축 공기 저장 기술인 CAES(Compressed Air Energy Storage), 플라이휠로 알려진 FES(Flywheel Energy Storage), 양수 발전을 활용한 PHS(Pumped Hydroelectric Storage) 등이 있다.

-  리튬이온 전지 LIB (Lithium-ion Battery)

    .방식: 배터리, 화학적

    .원리: 리튬이온이 양극과 음극을 오가며 전위차 발생

    .장점: 높은 에너지밀도, 높은 에너지효율

    .단점: 높은 비용, 안정성 및 수명 미검증

-  나트륨황 전지 NaS Battery

    .방식: 배터리, 화학적

    .원리: 300~350℃의 온도에서 용융상태의 나트륨 이온이 전해질을 이동하면서 전위차 발생

    .장점: 낮은 비용, 높은 에너지밀도, 대용량화 용이

    .단점: 고온 시스템 필요, 낮은 에너지효율

-  레독스 흐름 전지 RFB (Redox Flow Battery)

    .방식: 배터리, 화학적

    .원리: 전해액 내 이온들의 산화환원 전위차를 이용하여 전기에너지를 충전 및 방전하여 이용

    .장점: 낮은 비용, 대용량화 용이, 장시간 사용 가능

    .단점: 낮은 에너지밀도, 낮은 에너지효율

-  납축 전지 Lead-acid Battery

    .방식: 배터리, 화학적

    .원리: 전기에너지를 납 이온을 이용한 화학에너지로 변환 저장 후, 필요 시 전기로 변환

    .장점: 낮은 비용, 안정성 및 신뢰성 검증

    .단점: 낮은 에너지밀도

-  슈퍼 커패시터 Super Capacitor

    .방식: 배터리, 전자기적

    .원리: 소재의 결정구조 내에 저장되는 전지와 달리, 소재의 표면에 대전되는 형태로 전력을 저장

    .장점: 높은 출력밀도, 긴 수명, 안정성

    .단점: 높은 비용, 낮은 에너지밀도

-  압축공기저장시스템 CAES (Compressed Air Energy Storage)

    .방식: 비배터리, 기계적

    .원리: 공기를 동굴이나 지하에 압축 저장 후, 필요 시 압축된 공기를 가열하여 전기 생산

    .장점: 낮은 발전단가, 대용량화 용이(대규모 저장)

    .단점: 높은 초기 비용, 낮은 에너지효율, 입지 제약

-  플라이휠 FES (Flywheel Energy Storage)

    .방식: 비배터리, 기계적

    .원리: 전기에너지를 운동에너지(회전)로 변환 저장 후, 다시 전기에너지로 변환하여 사용

    .장점: 높은 에너지효율, 긴 수명, 급속 저장(분 단위)

    .단점: 높은 초기 비용, 낮은 에너지밀도

-  양수발전 PHS (Pumped Hydroelectric Storage)

    .방식: 비배터리, 기계적

    .원리: 전기에너지를 위치에너지(하부 à 상부 저수지)로 변환 저장 후, 필요 시 전기로 변환

    .장점: 낮은 발전단가, 대용량화 용이

    .단점: 환경 파괴, 낮은 에너지효율, 입지 제약

대표적인 리튬이온전지의 경우, 건전지처럼 재사용이 불가능한 1차 전지와 납축전지처럼 충전을 통해 재사용이 가능한 2차 전지로 구분된다. 리튬이온전지는 양극과 음극 사이에 전해질을 넣어 충전 및 방전을 반복하게 하는 원리를 사용하는데, 용도에 따라 원통형, 각형, 폴리머 등 다양한 행태로 생산이 가능하다. 현재 리튬이온전지는 점차 작아지고 가벼워지는 전자 기기에 대응할 최적의 배터리로 꼽히는데, 에너지밀도가 우수하여 소형화가 가능하고 고용량 전지 생산에 유리하기 때문이다. 또한, 중금속을 포함하지 않아 환경 오염 문제가 적고 충전 가능 용량이 감소하는 메모리 효과(Memory Effect)가 없다는 장점도 있다. 기존에는 타 전지 대비 가격이 높아 활용도가 적었지만, 최근에는 가격이 크게 하락하여 경제성이 더욱 높아진 상황이다.

[2차전지 부피 및 무게 비교]

	리튬이온전지	니켈카드륨전지	납축전지
리튬이온전지 대비 부피	1.0	1.9	9.7
리튬이온전지 대비 무게	1.0	2.5	6.7