미래 태양광발전시스템의 사업구조를 말한다

[기고] 자연환경 훼손과 전자파 우려, 주변온도 상승과 지가하락, 그리고 농지전용, 소음 등으로 대별되는 소위 신재생에너지 발전사업의 문제점들은 국내는 물론 국외에서도 많은 논란이 지속되고 있는 사안이다.

건국대학교 차세대태양광모듈 및 발전시스템연구센터 안형근 교수 [사진=안형근]

이런 문제들은 지난 2002년부터 2011년까지 시행돼 국내시장의 활성화와 대규모 사업자는 물론 소규모 사업자들에게도 안정된 수익을 보장해주었던 발전차액지원제도(FIT) 보다, 2012년 도입되어 지금까지 시행되고 있는 대형 발전사업자들에게 일정 부분을 신재생 에너지원으로 공급하게 하는 구조인 신재생에너지 공급의무화(RPS)사업 하에서 좀 더 두드러지게 나타나고 있다. RPS제도에서 이처럼 사업간 논란이 야기되는 이유는 대형 사업에서 진행되는 방식인 설계, 조달, 시공의 EPC사업 즉, 일종의 턴키(Turn-Key)방식에 기인한 측면도 있다고 판단된다. 최근에는 지자체와 중앙정부 사이는 물론 발전사업자와 해당지역 주민들과 심각할 정도의 사회적 갈등을 유발하고 있기도 하다.

사진1. 혐오시설부지 및 경사도를 이용한 경주발전소 [사진=안형근 교수 제공]

태양광발전 사업의 현주소
해외에서보다 국내에서 이러한 갈등이 더 심각하게 대두되는 이유는 한정된 국토에서 살아가는 우리의 지리적인 환경의 탓도 있지만, 천연자원 등이 풍부하지 못해 생존을 위해서 단시간 내에 많은 에너지를 필요로 하는 우리의 산업구조를 지원하고자 전기에너지의 생산과 분배 그리고 소비의 측면에서 그 동안 전통방식에 의해 전력산업을 국가 주도로 성장시킨 결과가 상당부분 작용한다고 할 수 있다.

이같은 상황의 경우 당연히 원하면 원하는 만큼 전기에너지는 저가에 항상 우리의 곁에 있을 것이라는 믿음이 있다. 이러한 믿음을 통한 전력에너지산업의 성장은, 비단 신재생에너지원에서 발생하는 문제뿐만이 아니라 원자력과 화력발전소 설치 해당 지역주민과의 갈등이나 장거리 송전을 위한 초고압 송전망의 건설과 그 외 광범위한 지역에서 발생하고 있는 미세먼지 등의 예를 일일이 들지 않더라도 더욱 더 많은 사회적 갈등을 유발할 수밖에 없을 것이다.

따라서 이러한 갈등을 멈추고 우리의 후손에게 물려 줄 바람직한 미래에너지 산업구조는 무엇일까? 바람직한 전기에너지의 생산과 분배방식 및 소비구조는 무엇인지를 심각하게 고민해야 할 것이다. 다만 풍부하고 값싼 가격의 지금의 에너지소비 패러다임 하에서 발생하는 수많은 갈등을 감내하고 해결하겠다는 의지가 우선되어야 할 것이다.

태양광발전은 타 발전원 대비 상대적으로 주민의 동의와 정책적 의지만 있다면 수용성의 여지가 높은 산업이다. 지속적인 기술개발 면에서 현재의 효율 25% 대비 2030년과 2050년에는 얼마나 될지 태양광 효율을 예측하고 상상하는 것만으로도 우리의 후손에게 물려 줄 미래 에너지원으로써 손색이 없지 않을까 한다.

사진2. 디자인 적용이 가능한 부지선택 후의 상주발전소 전경 [사진=안형근 교수 제공]

EPC 태양광발전 사업의 차례와 현재의 문제점
태양광발전은 크게 중앙정부 및 지자체 지원에 의한 자가소비 형태의 발전사업과 금융 및 직접투자를 통한 중대형의 발전사업의 형태로 크게 대별될 수 있다.
자가소비 형태의 발전사업과는 달리 환경 및 지역 사회와의 갈등을 유발할 수도 있는 후자의 경우에는 일반적으로 EPC사업의 형태로 다음과 같은 절차를 통해 진행하고 있다. FS(Feasibility Study) 사업을 통한 입지선정, 발전사업 허가(주민통보), 개발행위 허가(환경영향 평가 및 심의), 착공, 토목공사, 기초시공, 구조물 시공, 태양광 모듈설치, 전기공사, 종합검사 그리고 사용 전 검사(전기안전공사), REC 설비인증신청(1개월 내 신재생에너지센터에 등록)을 거치며, 복구공사 등의 요청이 있을시 완료를 통해 준공에 이르게 되어 전력 판매를 시작한다.

대다수의 갈등은 착공 후 가시적인 토목공사 중에 발생하지만, 발전사업 허가가 이미 진행 중이라도 발전사업자와 지자체간 그리고 주민과의 갈등이 생길 수도 있다.
참고로 설치지역이 국토부에서 관할하는 개발행위 부서인 경우 부지용도에 따라 보전관리 지역은 5,000m2 미만, 생산관리 지역은 7,500m2 미만, 그리고 계획관리 지역은 1만m2 미만인 경우에 환경영향 평가가 면제되고, 그 이상 3만m2까지는 소규모 환경영향 평가를 필요로 한다. 3만m2 이상인 경우에는 도시 군 계획으로 환경영향 평가 및 도시계획시설 심의 등이 요구된다. 이는 2년여의 상당한 시간이 필요해 지역사회와의 갈등해소 이외에도 특별한 대규모 지자체 및 국책사업을 제외하고는 상당한 시간적 노력이 있어야할 것으로 판단된다.

이러한 절차를 거쳐 준공 이후에는 전력 판매를 시작할 수 있다. 현재의 RPS제도 하에서는 사용 전 검사 후 계량기를 봉인하는 다음날부터 대규모는 전력거래소나 소규모는 한국전력으로 판매가 가능하며 대략 1개월 후 신재생 에너지센터 등록 후에 대형 발전사와의 협상에 의해 REC 판매가 가능하다.

사진3. 설치 직후의 김천발전소 [사진=안형근 교수 제공]

다만 대형 전력사와의 협상이 안된 경우에는 발전 자회사에서 위탁한 용량(2017년 상반기의 경우 가중치를 포함한 250MW의 공고 용량)에 대해 지원이 가능하다(2017년 상반기 1,198개소에서 443MW, 가중치 포함 490MW가 접수됨). 이 절차는 현재 1년에 상반기와 하반기 두 차례에 걸쳐서 신재생 에너지센터에서 공고하는 20년 장기계약의 공급인증서 입찰을 통하여 판매가 가능하고, 정책상 100kW 이하의 소규모인 경우에 보다 높은 경쟁력을 갖는다고 할 수 있다.

또한 센터의 장기입찰에 탈락한 경우나 장기입찰을 원치 않는 사업자인 경우에는 전력거래소에서 운영하는 신재생 원스톱 사업정보 통합포탈을 통해 REC 양방향 현물시장에서 판매가 가능하며 거래소는 매주 화요일과 목요일로 월 8회로 현재 운영 중에 있다. 따라서 현재의 태양광발전사업은 입지선정부터 현실적인 수익의 창출까지는 많은 개별적인 노력 이외에도 중앙정부 및 지자체의 정책적 지원이 필수라 하겠다.

사진4. 녹지화 및 Cooling 효과를 이용하기 위해 잔디가 식재된 후의 김천발전소 전경 [사진=안형근 교수 제공]

현재 EPC 사업의 문제점과 갈등요인
불행하게도 현재에 진행되고 있는 태양광발전 사업의 경우 지자체별로 다소 차이점을 보이고는 있지만 대부분 유사한 이슈로 상당한 진통을 겪고 있는 것이 사실이다.

지역 주민과의 소통 및 중앙정부의 신재생에너지 발전시설의 확대라는 국가의 정책적 의지 사이에서 양쪽을 모두 고려해야 하는 지방자치단체의 입장에서는 많은 고민이 있을 수밖에 없을 것이다. 일례로 지자체의 선호도에 따라 태양광시설을 선호하지 않을 수는 있지만 소규모 발전소가 산림훼손과 주변환경 경관에 악영향을 미친다는 이유로 입지 부적합 사유를 들어 개발행위를 불허하거나 이미 허가된 발전사업이 행정심판과 행정소송 등 법적인 문제로 비화된다면 이는 바람직한 신재생에너지원의 방향이 아닐 것이다. 특히 절차적 타당성을 밟아야 하는 경우가 아닌 환경영향 평가가 면제되는 소규모 발전소에 대해서 다양한 이유로 개발행위가 불허되어 법정 다툼으로 비화된다면 이 또한 바람직한 사업의 형태는 아닐 것이다.

따라서 절차적으로 어려움은 있지만 발전사업 허가와 개발행위 허가를 함께 진행하되 지역선정이나 용량조정 등 지역 주민과 지자체의 입장이 함께 고려되어 충분히 수용할 수 있는 정책적 절차가 필요하다.

이러한 갈등을 미연에 방지하고자 몇몇 지자체는 건축물 위 태양광 시설, 공공시설을 활용한 태양광 시설에만 허가를 할 예정이라고 안내하기도 하며, 임야를 개발하거나 농지 중간에 발전소 건설, 마을과 인접한 발전소 건설, 국도 및 면소재지 등 주요 공공기관에서 보이는 곳의 태양광발전소 건설 사업에 대해 개발행위허가 과정에서 경관훼손, 산림보존 등 충분히 납득하기 어려운 사유로 진행되지 못한다면 이 또한 바람직한 정책방향은 아닐 것이다.

이를 위해 각 지자체는 무조건적인 금지보다는 발전소의 크기를 지자체 상황에 맞게 제시함으로써 발전사업자의 입장에서는 사업의 가능성을 미리 점검해 볼 수 있는 기회를 제공할 수 있는 정책방향이 선행되어야 할 것이다.

중앙정부 차원에서 신재생에너지 건설을 촉구하는 산업임에도 불구하고 적절한 과정을 거쳐 신속히 진행이 되지 못하는 이유 중의 하나는 사업 자체를 여러 부처에서 담당하다 보니 시간적인 비용을 치를 수밖에 없는 상황이 빈번히 발생하고 있어 이에 대한 중앙정부차원의 정책적 대안이 필요하다고 판단된다.

사진5. 적외선 카메라를 통한 태양광 모듈의 불량분석 [사진=안형근 교수 제공]

바람직한 태양광발전 사업의 구조와 형태
지금까지 국내 태양광산업분야는 국내외의 엄청난 파고에서도 생존을 위해 많은 시행착오와 구조조정을 진행해 전 세계 기술 및 생산성 분야에서 5위권 안에 드는 태양광 선두국가로 자리매김하고 있다. 이러한 성장의 배경에는 무엇보다 정부의 정책적 의지는 물론 개인적인 미래에 대한 신념으로 사업을 진행해오고 있는 경우도 상당하다 할 것이다. 수요는 지속적으로 있지만 이미 산업 자체가 붕괴된 유럽의 경우나, 의지는 있으나 산업 자체가 없는 중동과 남미 및 아프리카는 물론 산업과 수요가 공존하는 일본 및 미국 시장 등 전 세계는 우리가 지속적으로 확보해야 할 미래의 태양광 수출시장임에 틀림없다.

또한 중국과 인도 등 저가로서 자국의 내수시장을 닫고 있는 시장을 선점하기 위해서는 산학연이 태양광관련 융복합기술개발을 통해 경쟁력있는 상품개발을 이뤄 공략해야할 주요 대상국가이라고 하겠다. 그러나 시장 확보에 앞서 국내 기술과 상품의 우수성을 실증을 통해 입증해야 할 책임이 있다.

기술발전에 따라 머지않은 시기에 태양광발전은 미래의 대표적인 친환경 에너지원이 될 것이며 이를 위해 유관분야에 상당한 고용창출은 물론 ESS 등과 결합한 융복합 형태의 발전소가 우리의 환경을 파괴하지 않는 형태로 설치 운영되어야 할 것이다. 또한 지자체 및 지역주민과의 갈등을 유발하는 발전 형태는 지양되어야 할 것이며 이는 발전사업을 하는 사업자의 입장에서도 갈등을 유발할 소지가 있는 입지선정은 초기에 배제해야 할 것이다. 이러한 갈등의 근본적인 원인의 배경 속에는 전기에너지는 충분히 쓰되 이를 생산하는 발전시설은 나의 집과 마을에 함께 할 수 없다는 식의 일종의 쓰레기 소각장과 같은 혐오시설로 인식하기 때문이다.

이를 해결할 수 있는 방법 중의 하나는 해당 지자체마다 이미 적용되어 시행되고 있는 지역별 자원회수 시설과 같은 형태이다. 다행인 것은 태양광발전 시설이 이러한 다른 시설보다는 친환경적이라는 점이고, 각 지자체별로 주민의 공청회 등을 통해 입지를 선정하고 입찰을 통해 발전사업자에게 기회를 제공할 수 있다면 지금까지 지속되고 있는 발전사업자의 일방적인 입지 선정에 의한 지역주민과의 갈등은 상당부분 해소될 수 있으리라 확신한다. 또한 갈등의 대부분이 지역사회 대비 상대적으로 용량이 큰 대형발전소를 설치 운영함으로써 발생하는 것이 사실이므로 지역별 소비 형태에 따라서, 그리고 유휴지 및 혐오시설 등의 이용가능성이 있는 부지의 형태와 크기에 따라서 태양광발전소를 유치하게 유도할 수 있는 정책적 제안이 필요할 것으로 사료된다.

즉 일정크기 이상의 발전소 유치에 동의하는 경우에는 해당 지역주민에게 자가 태양광발전 시설을 설치하도록 지원정책을 강력히 시행한다면 태양광발전 사업의 활성화는 물론 지역주민의 자가발전을 통해 ‘그린홈 100만호사업’과 같은 마이크로 발전사업을 활성화 시킬 수 있을 것이다.

사진6. 지속적인 모니터링을 통한 태양광모듈의 불량분석 [사진=안형근 교수 제공]

사업부지의 선정 및 사후관리의 중요성
그동안 우리는 수많은 사회적 갈등을 목격해 왔으며 그 대부분은 에너지와 관련한 환경적인 요인에 기인한다 할 것이다. 태양광발전 사업 또한 친환경적인 시설임에도 불구하고 배타적이 될 수밖에 없는 이유는 주민이 살고 있는 지역의 환경적 요소를 무시하고 부지와 발전소의 크기를 사업에 맞추어 선정하는 데에 1차적인 책임이 있다고 할 것이다. 태양광발전에서 전자파나 소음 등은 충분히 과학적 설명이 가능한 부분이라고 판단되나 민가나 축사에 인접한 발전소는 배제되어야 할 것이다.

더불어 고려되어야 할 사항은 자연환경 훼손이나 산림보존 등의 문제이다. 이러한 민원발생의 근본원인은 충분히 농업이나 임업으로 이용 가능한 시설을 훼손하는 데에서 발생하기 때문이다. 훼손의 형태나 크기에 대해서는 사업자와 지역주민간의 견해차이가 발생할 수 있을 것이다. 이러한 갈등의 일부를 해소할 수 있는 차원의 중대형 태양광 발전사업의 바람직한 세 가지 예를 제시하고자 한다.

사진7. MRO를 위한 필수장비인 I-V Checker [사진=안형근 교수 제공]

첫째는 혐오시설 및 민가와 상대적으로 떨어져있는 부지를 선정하라는 것이다. 사진 1에 보이는 시설물은 경주지역의 공동묘지 인근에 설치한 3MW 규모의 발전시설로 경사각도 15~25도에 이르는 산악부지이다. 인적이 드물고 경사지의 각도를 그대로 이용함으로써 산악지형을 훼손하지 않고 면을 따라 설치함으로써 모듈간의 이격거리를 최소화함으로써 필요부지를 줄일 수 있으며 설치 후 주위를 낮은 형태의 산림으로 복구하는 방법이다. 또한 기존의 주위 시설물로 인해 송전시설이 인접하는 도로를 따라 설치되어 있어 별도의 송전시설이 필요치 않아 사업비용을 절감할 수 있는 경우라 하겠다.

둘째는 사진 2의 상주지역에 설치된 2MW 규모의 길이가 긴 형태의 부지에 설치된 구조로 민가와 인접한 시설이다. 이 경우는 소음과 열 및 경관 등에서 많은 쟁점이 있었으리라 판단된다, 따라서 부지 선정 시에는 여름철 바람의 주방향을 파악해 민가로의 열의 확산을 최소화할 필요가 있으며, 이를 위해 일정 방향으로 발전소의 길이가 길어지도록 디자인했다. 이 시설은 경관상 민가의 위치가 발전소의 북쪽에 위치함으로써 태양광모듈의 후면부가 보이게 됨으로써 반사에 인한 피로감을 최소화한 경우이다.

셋째는 사진 3의 김천에 위치한 18.4MW 규모의 대형발전소로 토목 및 설치 공사 후 사진 4처럼 발전소 부지에 잔디를 식재함으로써 녹지화는 물론 모듈의 온도 상승을 막아 출력을 증대시키는 일석이조의 발전소 유지보수 운영형태이다. 단순히 설치시공의 완료만으로 준공하는 것이 아니라 시스템 차원에서 출력을 증대시킬 수 있는 방법을 지속적으로 적용하는 운영전략이 돋보이는 경우라 하겠다.

사진8. 정확한 일사량 측정용 센서 [사진=안형근 교수 제공]

그러나 이보다 더욱 중요한 것은 이미 국내 및 전 세계에 기 설치된 발전소를 어떻게 유지보수를 잘해서 긴 수명을 보장하며 신뢰성이 높은 출력을 지속적으로 유지할 수 있도록 운영체제를 구축하냐는 것이다.

따라서 유지보수 운영이라고 정의되는 MRO(Maintenance : Repair and Operation) 사업 또한 미래에 중요한 태양광발전 사업의 한 형태가 될 것이다. 고수익의 발전출력을 유지하기 위해서는 발전소 자체에 대한 MRO 매뉴얼에 따라 관리해야 할 필요성이 절실하기 때문이다. 이를 위해 사진 5는 출력되는 모니터링을 통해 고장유무를 판단하고 적외선 촬영기를 이용하여 고장가능 모듈을 촬영한 후 사진 6에서와 같이 그 모듈의 부위별 온도를 분석하여 고장의 원인을 파악하는 것이다. 더불어 사진 7의 전압전류 측정기를 이용하여 각 모듈별 출력특성을 분석하고 사진 8의 일사량계 및 LCR 미터계 등 각종 장비들을 동원해 기후환경대비 정상적인 출력이 나오는지를 지속적으로 모니터링 하여야 하며 일단의 점검을 진행한 후에는 고장부위의 적절한 보수관리를 통해 최고의 출력이 유지되도록 관리해야 한다. 물론 개인사업자인 경우에는 일정한 관리지침을 바탕으로 필요시 전문가의 진단을 통한 MRO가 최선이라 할 것이다.

사진9. 현재 미국시장에서 성업 중인 태양광바렂ㄴ 시스템 특판매 TV 광고의 한 화면 [사진=안형근 교수 제공]

마이크로그리드 태양광발전 사업에 기대
바람직한 미래의 태양광발전소의 형태는 이미 제로에너지 타운의 개념으로 전 세계적으로 제시되고 있는 500kW 이하의 소형 태양광발전소이다.

전기자동차를 이용해 부조시에 비상전원으로 사용할 수 있듯이 태양광발전의 취약점을 에너지저장장치를 이용해 보완한 융복합 태양광발전소가 우리가 준비해야 할 미래에너지 시스템의 형태일 것이다. 물론 지금의 부지 면적보다 현저하게 줄어든 크기에서 최대 발전하고자 15%의 출력증대가 검증된 냉각효과(Cooling Effect)를 이용한 발전소 부지조성과 20% 정도의 출력증대가 또한 검증된 양면형 태양광모듈 등을 이용한다면, 조만간 지금보다 50% 정도 줄어든 크기의 부지로 발전시스템을 구축할 수 있을 것이다.

화합물반도체를 이용한 30%대 이상의 상용화된 태양광발전의 형태는 이미 우리 앞에 와 있다. 기술개발에 의해 효율은 지속적으로 증대될 것이며, 우리가 쓰는 전기에너지는 시간이 갈수록 상대적으로 감소할 것이다. 중대형 태양광발전 사업에서 발생하는 주민과의 갈등은 우리의 전력소비 성향과 함께 발전사업의 용량에 기인할 수밖에 없을 것이다. 우리가 소비하는 일정부분의 전기에너지는 우리 스스로가 생산하여 공급할 수 있다는 사실을 인정한다면 지금의 대용량 발전소는 서서히 사라질 것이며 기존의 또 다른 갈등의 대상인 초고압 송전망과 시설 역시 우리의 역사 속에서 사라질 것이다. 이는 특정사업장을 제외하곤 더 이상의 대규모 전력수요가 필요치 않을 것이기 때문이다.

사진 9는 지금 미국시장에서 성업 중인 자가 태양광발전시스템 설치 광고의 한 TV화면이다. 우리도 매스컴에서 이러한 광고가 자주 나오기를 기대해 본다. 분산 발전화된 각 개인별 미니발전소나 타 에너지원과 융복합된 마이크로그리드 형태의 태양광발전 시스템의 발전사업 구조가 우리 후손들이 살아갈 에너지 환경이기 때문이다.

[건국대 차세대태양광모듈·발전시스템연구센터 안형근 (st@infothe.com)]

트윗하기

건국대 차세대태양광모듈·발전시스템연구센터 안형근의 다른기사 보기

관련기사 역성장 예상됐던 세계 태양광 시장, 글로벌 수요 증가로 전년 수준 유지할 듯