이슈브리프

2017년 말 정부는 <제8차 전력수급기본계획>(2017~2031)에서 앞으로 신재생에너지 전력생산 비중을 대폭 확대한다고 발표했으며, 최근 확정된 <제3차 에너지기본계획>에서 그 의지를 더욱 확고히 하였다. 한편, 일각에서는 정부가 추진하고 있는 신재생에너지 전력생산 확대 방안이 실현 가능한지에 대해 의문을 제기하고 있다. 특히 신재생에너지 발전 전력생산 계획 중 절반 이상을 태양광이 차지하고 있는데 과연 태양광 패널을 설치할 부지는 충분한지, 태양광 발전은 날씨에 영향을 많이 받는데 한국의 기상 상황에서 안정적 전력 공급이 가능한지, 발전 시설 건립 시 예상되는 지역 주민들의 반발은 어떻게 해결해 나갈지, 신재생에너지 발전의 필수 장비인 에너지저장장치(ESS) 화재가 빈번히 발생하고 있는데 안전성은 확보할 수 있는지 등 여러 문제점들이 제기되고 있다.

이번 이슈브리프에서는 제기되고 있는 문제점 중 태양광 발전이 아직 초기단계인 만큼 과연 정부의 계획대로 태양광 발전을 확대하기 위해 부지가 얼마나 확보되어야 하는지 분석해 보았다. 그 결과 추가로 확보해야 할 부지 면적은 여의도 면적 250~715배로 나타났다.1 정부가 계획하고 있는 태양광 중심의 신재생에너지 중심의 전력생산 계획은 단순한 계산을 통해 확인해 보더라도 과학적 근거가 취약해 보인다. 정부가 추진하고 있는 신재생에너지 전환 정책의 실현 가능성에 대해 파악해 볼 필요가 있다.
 

문재인 정부의 탈원전 가속화 및 신재생에너지 확대 정책

문재인 정부의 에너지 전환 정책의 중심에는 신재생에너지가 크게 자리잡고 있다. 그렇다면 현 정부에서 과연 얼마나 신재생에너지를 확대하려고 하는지 알아보기 위해 이전 박근혜 정부가 발표한 <제7차 전력수급기본계획>(2015~2029)과 현 정부의 <제8차 전력수급기본계획>(2017~2031)을 비교해 보자.2

[그림 1] 제 7차, 8차 전력수급기본계획 발전전원별 정격용량 (2019, 2029년) (단위: MW)

그림 1_제 7차, 8차 전력수급기본계획 발전전원별 정격용량

[그림 1]은 제 7차, 8차 전력수급기본계획에서 발표한 발전원별 정격용량을 보여준다. 크게 보면 7차와 8차 계획 모두 석탄, LNG, 석유 발전설비 비중을 2019년 각각57.8%, 63.4%에서 2029년 48.2%, 52.9%로 줄이는 반면 원자력과 신재생에너지 발전설비 비중은 7차와 8차 계획 모두 2019년 각각 32.2%, 32.8%에서 2029년 43.5%, 43.8%로 늘리면서 전력 생산 시 탄소배출을 줄이는 방향의 동일한 정책을 펼치는 것으로 보인다. 하지만 세부적으로 들여다보면 7차 계획에서는 원자력과 신재생에너지 발전설비 비중이 각각 2019년 20.6%, 11.6%에서 2029년 23.4%, 20.1%로 모두 증가하였지만, 8차 계획의 경우 원자력과 신재생에너지 발전설비 비중이 각각 2019년 20.7%, 12.2% 2029년 12.2%, 31.7%로 원자력은 감소하고 신재생에너지 비중은 대폭 증가하는 방향으로 수정되었다. 2029년 기준 규모로 보면 원자력 정격용량은 7차 38,329MW에서 8차 20,400MW로 17,929MW 감소하였고, 신재생에너지 정격용량은 7차 32,890MW에서 8차 53,126MW로 20,236MW 증가하였다.3 신형가압경수형 원자로(APR1400)의 정격용량은 1.4GW인데 이를 기준으로 보면 8차 전력수급기본계획에서는 현재보다 원자력발전소 약 27개 용량 규모의 신재생에너지 발전설비를 추가해야 한다.4 이를 보면 문재인 정부의 계획은 탈원전을 가속화하고 있으며, 신재생에너지를 급속도로 확대하는 정책을 펼치고 있다는 말이 과하게 들리지 않는다.
 

신재생에너지 전환 정책의 핵심 발전원 태양광

현 정부의 <제 8차 전력수급기본계획>에 따르면 2030년 목표하고 있는 신재생에너지 정격용량 58,461MW중 태양광 발전은 약 57.4% 인 33,530MW를 차지한다.5 이는 모든 발전원별 정격용량 목표치를 합한 173,733MW와 비교해도 약 19.3%를 차지할 만큼 큰 규모로 태양광은 대한민국 미래의 핵심 발전원인 셈이다.

[그림 2] 2006~2017 연도별 태양광 발전 보급용량(누적) (단위: MW)

그림 2_2006~2017 연도별 태양광 발전 보급용량_누적

<8차 전력수급기본계획>을 기준으로 살펴보면 2019년부터 2030년까지 총 정격용량 27,200MW의 태양광 발전 설비를 추가해야 하는데 이를 달성하려면 앞으로 12년동안 평균적으로 매년 약 2,267MW의 태양광 발전 설비를 늘려 나가야 한다.6 [그림 2]는 2006년부터 2017년까지 연도별로 실제 보급된 태양광 정격용량이다.7 이 기간 중 가장 크게 정격용량이 증가한 해는 2017년으로 1년간 정격용량 1,333MW가 증가했는데, 이는 계획상 앞으로 매년 평균적으로 늘려 나가야 할 정격용량 2,267MW의 약 59% 수준에 불과하다. 즉, 과거에 진행해오던 것보다 훨씬 빠른 속도로 태양광 발전 설비를 구축해 나가야 목표에 도달할 수 있다는 것이다. 이것이 한국의 상황에서 현실적으로 가능한지를 파악해 보기 위해서는 현재 태양광 발전을 선도하고 있는 국가들의 사례를 참고해 볼 필요가 있다.
 

대규모 시설을 통해 태양광 발전을 주도하고 있는 중국, 인도, 미국

[그림 3]은 2030년과 2040년 예상되는 전 세계 태양광 발전의 총 용량 중 중국, 인도, 미국이 차지하는 비중을 보여준다.8 세 나라의 용량을 모두 합치면2030년에는 약 62%, 2040년에는 약 64%로 전체의 약 3분의2 수준에 달한다. 향후 태양광 발전은 이 세 나라가 주도한다고 할 수 있다.

[그림 3] 2030년과 2040년 중국, 인도, 미국이 전 세계 태양광 발전에서 차지하는 비율 (단위:GW(%))

그림 3_2030년과 2040년 중국, 인도, 미국이 전 세계 태양광 발전에서 차지하는 비율

각 국가의 태양광 발전 현황을 살펴보자. 먼저 중국은 2020년 목표 태양광 발전 정격용량인 105GW를 3년 앞당겨 2017년에 달성할 정도로 가장 적극적으로 태양광 발전 설비를 늘려나가고 있다. 2018년 작년 한 해에만 약 45GW를 추가해 정격용량 176.1GW의 태양광 발전 설비를 구축했다.9 대표적인 태양광 발전 시설로는 텐거사막에 위치한 세계 최대 규모의 Tengger Desert Solar Park(1,547MW)가 있다.10 다음으로 인도는 2018년에 10.8GW를 추가해 총 32.9GW 정격용량을 태양광 발전 시설을 확보하였다. 대표적으로 라자스탄주 타르사막 근처 바드라에 세계 최대 규모의 Bhadla Solar Park(1,515MW)를 이미 운영 중이며 이곳에 740MW 용량의 태양광 발전 설비를 추가로 건설하고 있다.11 마지막으로 미국은 2018년 10.6GW를 추가해 정격용량 62.2GW의 태양광 발전 설비를 구축했다. 2015년 캘리포니아주 모하비사막 서쪽 끝자락에 위치한 로자먼드에 그 당시 세계 최대 규모의 태양광 발전 시설 Solar Star(579MW)를 건설하였다.12

[표 1] 세계의 대규모 태양광 발전소

표 1_세계의 대규모 태양광 발전소

[표 1]에서 확인할 수 있듯이 태양광 발전을 이끌고 있는 중국, 인도, 미국의 주된 원동력은 대규모 태양광 발전 단지이다. 이러한 대규모 태양광 발전 단지를 건설할 수 있는 큰 이유 중 하나는 중국, 인도, 미국이 태양광 발전에 알맞은 지리적 조건을 갖추었기 때문이다. 중국, 인도, 미국의 면적은 한국의 약 30~100배에 달하며13 특히 태양광 발전에 적합한 높은 일사량을 제공하는 사막지대와 같은 건조지(drylands)를 중국과 미국은 약 30~40%, 인도는 약 60%를 포함하고 있다.14 지형적으로 태양광 발전 설비를 갖추기 알맞은 자연적 조건을 가지고 있다.15
 

신재생에너지 전환의 핵심인 태양광 발전 설비 추가에 필요한 부지 면적

앞서 살펴봤듯이 <8차 전력수급기본계획>을 기준으로 한국은 2019년부터 2030년까지 총 정격용량 27,200MW의 태양광 발전 설비를 추가해야 한다. 이를 달성할 수 있는지 확인하기 위해서는 정격용량 27,200MW의 시설을 구축하기 위해 어느 정도의 부지가 필요한지 알아볼 필요가 있다. 우선 세계에서 가장 큰 규모의 태양광 발전소 중 하나인 미국 캘리포니아주에 위치한 Solar Star를 통해 확인해보자.

[그림 4] 미국 캘리포니아주에 위치한 Solar Star

그림 4_ 미국 캘리포니아주에 위치한 Solar Star

Solar Star는 정격용량 579MW로 면적규모는 13km2이다. 이는 여의도 면적의 약 4.5배의 규모이다. Solar Star를 기준으로 단순 계산해보면 한국이 2030년까지 추가할 정격용량 27,200MW는 Solar Star의 약 47배, 면적으로는 약 611km2 이며 이는 여의도 면적의 210배에 달한다. 하지만 캘리포니아주의 경우 세계적으로 높은 수준의 일사량과 일조시간을 자랑하기 때문에 한국과 직접 비교가 어렵다. 한국의 기상 조건을 대입해 필요한 부지 면적을 계산해 볼 필요가 있다.

이번에는 한국의 기상 조건에 맞춰 계산해보자. 면적 산출에는 정격용량 (W), 태양광 패널 효율 (Yield), 평균 일사량 (Solar Irradiance), 외부요인에 의한 손실을 감안한 효율 (PR, Performance Ratio) 등의 요인을 고려하였다. 이때 정격용량은 27,200MW로 고정되어 있으며, 태양광 패널 효율의 범위는 15~25%, 평균 일사량은 125~167W/m2 (3~4kWh/m2/d), PR은 70~90%로 설정하였다.16 계산 공식 및 세부 결과는 부록에 실었다.

아래 그림 5~7은 태양광 패널 효율이 각각 15%, 20%, 25%일 때 평균 일사량과 PR 값에 따라 정격용량 27,200MW의 태양광 발전 설비를 갖추기 위해 필요한 면적을 보여준다.

[그림 5] 태양광 패널 효율= 15%, 평균 일사량 = 125 & 167 W/m2, PR = 70, 80, 90%

그림 5_태양광 패널 효율_ 평균 일사량 _ PR

[그림 6] 태양광 패널 효율= 20%, 평균 일사량 = 125 & 167 W/m2, PR = 70, 80, 90%

그림 6_태양광 패널 효율_ 평균 일사량 _ PR

[그림 7] 태양광 패널 효율= 25%, 평균 일사량 = 125 & 167 W/m2, PR = 70, 80, 90%

그림 7_태양광 패널 효율_ 평균 일사량 _ PR

우선 [그림 5]를 통해 가장 최소의 조건을 가정한 경우를 살펴보자. 태양광 패널의 효율 15%, 평균 일사량 125W/m2, PR 70%로 세 조건 모두 최소로 가정했을 경우 정격용량 27,200MW의 태양광 발전 설비를 갖추기 위해 필요한 면적은 2072 km2이며 이는 여의도 면적의 715배에 달한다. 이번엔 반대로 [그림 7]을 통해 가장 최대의 조건을 가정한 경우를 살펴보자. 태양광 패널의 효율 25%, 평균 일사량 167W/m2, PR 90%로 세 조건 모두 최대로 가정했을 경우 정격용량 27,200MW의 태양광 발전 설비를 갖추기 위해 필요한 면적은 724 km2이며 이는 여의도 면적의 250배에 달한다. 정리해보면 본 연구의 가정하에 정격용량 27,200MW의 태양광 발전 설비를 갖추기 위해 필요한 면적은 724~2,072 km2으로 여의도 면적의 250~715배이다. 이는 앞서 미국의 Solar Star를 기준으로 단순 계산한 여의도 면적의 210배보다 더 넓은 부지가 필요하다는 것을 보여준다. 또한 계산된 값은 태양광 패널의 면적만 포함하기 때문에 패널과 패널 사이의 공간 및 부가시설 등을 고려하면 실제로는 더 넓은 면적이 필요하다. 우리 현실을 감안할 때 목표치를 너무 과도하게 잡은 것으로 판단된다.
 

한국 태양광 발전의 현주소

작년 10월 30일 새만금개발청과 전라북도는 <새만금 재생에너지 비전 선포식>을 통해 새만금을 ‘세계 최고의 재생에너지 클러스터’로 조성해 재생에너지 사업을 선점하고 선도하겠다는 비전을 발표했다. 소음, 진동, 고도제한 등이 있는 공항 인접지역 및 수면상태로 개발수요가 상대적으로 낮은 유휴지 등을 활용하여 새만금 내측 38.29km2의 부지에 세계 최대 규모인 2.8GW 용량의 태양광 발전단지를 조성하겠다는 계획도 포함되어 있다. 이는 미국 Solar Star(579MW)의 약 4.8배 규모이다. Solar Star와 동일한 조건이라고 가정했을 때 2.8GW 용량의 태양광 단지를 조성하기 위해서는 약 62km2의 부지가 필요하다. 하지만 새만금은 세계적으로 높은 수준의 일사량과 일조시간을 자랑하는 캘리포니아주와 동일한 조건을 갖추고 있지 않다. 앞서 설명한 계산 공식을 사용하면 (태양광 패널 효율 25%, PR 90%) 38.29km2의 부지에 2.8GW 용량의 태양광 발전단지를 조성하기 위해 필요한 평균 일사량은 7.8kWh/m2/d이다. 이는 사막에서나 얻을 수 있는 일사량으로 새만금에서 얻기 불가능하다. 앞에서 적용된 최대의 조건을 사용한 결과도 75km2로 38.29km2와 뚜렷한 차이가 있다. 과연 38.29km2의 부지에 2.8GW 용량의 태양광 단지를 조성한다는 것이 실현 가능한 계획인지에 대해 의문이 든다.

태양광 발전단지 설치 지역 주민들의 반발 또한 만만치가 않다. 과천시 서울대공원 주차장 부지에 서울시가 추진해온 10MW 용량의 수도권 최대 규모 태양광 발전소 건립 계획은 ‘도시의 미관을 해친다’, ‘에너지저장장치(ESS) 화재 등 안전도 우려된다’는 등의 이유로 시민들의 반발이 거세 결국 과천시마저 사실상 불허 방침을 밝혀 무산될 위기에 처해있다. 실제로 2017년 8월 2일 전북 고창군에서 발생한 ESS 화재사고 이후 2019년 5월까지 전국적으로 총 23건의 ESS 화재사고가 발생하였으며 이중 약 61%인 14건이 태양광 ESS 화재사고였다. (부록2 참고) 산업통상자원부가 6월 11일 ESS 화재사고 원인조사 결과를 공개하면서 화재사고 재발 방지를 위한 ‘종합안전강화대책’을 발표했지만 해결방안이 확실하지 않아 불안을 완전히 해소하기에는 역부족이다.

정부는 <제3차 에너지기본계획> 확정을 통해 태양광 발전을 중심으로 한 신재생에너지 전환 정책 목표를 확고히 하였지만 앞서 살펴보았듯이 부지 확보, 한국의 기상 조건, 주민 반발, 장비의 안정성 등의 문제에 직면해 있다. 이러한 현실을 감안할 때 과연 정부가 <제3차 에너지기본계획>에서 제시한 정책 목표가 충분히 달성 가능한지에 대한 의문을 지울 수 없으며 명확한 해결책이 없을 경우 급속도로 이루어지고 있는 탈원전 정책은 재고되어야 할 것이다. 모든 에너지 정책은 미래 국가 안보와 직결되는 만큼 합리적으로 결정되어야 한다.
 

부록1. 태양광 발전 부지 면적 산출공식 및 결과

태양광 발전 설치에 필요한 면적을 산출하기 위해 사용한 공식은 다음과 같다.부록1 공식 ㆍC (rated capacity): 정격용량 (W)
ㆍA (area): 면적 (m2)
ㆍY (yield): 태양광 패널 효율 (%)
ㆍSI (solar irradiance): 평균 일사량 (W/m2)
ㆍPR (performance ratio): 외부요인(기상환경, 지형적 요소, 인버터, AC/DC 케이블 등)에 의한 손실을 감안한 효율 (%)

공식을 통해 산출한 결과는 아래 [표 2]에 정리하였다.

[표 2] 정격용량 27,200MW의 태양광 발전 설비 구축에 필요한 부지 면적

표 2_정격용량 27,200MW의 태양광 발전 설비 구축에 필요한 부지 면적

 

부록2. 에너지저장장치(ESS) 화재사고 일지

[표 3] 에너지저장장치(ESS) 화재사고 일지

표 3_에너지저장장치(ESS) 화재사고 일지

 

본 문건의 내용은 필자들의 견해로 아산정책연구원의 공식 입장과는 다를 수 있습니다.

  • 1. 여의도 면적은 2.9km2로 계산하였다.
  • 2. 올해 2019년과 두 기본계획이 마지막으로 겹치는 2029년을 기준으로 비교하였다.
  • 3. 파란색 (제7차 2029)과 빨간색 (제8차 2029) 막대그래프의 차이
  • 4. 1GW = 1,000MW, 1MW = 1,000kW, 1kW = 1,000W.
  • 5. 사업용 기준.
  • 6. 2018년까지 태양광 발전 보급 전망치는 6,330MW이다.
  • 7. <제 8차 전력수급기본계획>에 따른 2017년도 태양광 발전 보급 전망치는 5,030MW인데 실제 보급된 정격용량은 5,835MW로 약 800MW정도가 계획보다 더 보급되었다.
  • 8. International Energy Agency(IEA)의 World Energy Outlook 2018에서는 2017년을 기준으로 2025-2040년까지 예상되는 태양광 발전 정격용량을 5년 단위로 Current Policies Scenario(CPS), New Policies Scenario(NPS), Sustainable Development Scenario(SDS) 총 세가지 시나리오로 나누어 추정하였는데, 본 이슈브리프에서는 각 국가에서 발표한 정책과 목표치를 포함시켜 추정한 시나리오인 NPS의 값을 사용하였다. https://www.iea.org/weo2018/scenarios/
  • 9. International Energy Agency, Snapshot of Global PV Markets,http://www.iea-pvps.org/fileadmin/dam/public/report/statistics/IEA-PVPS_T1_35_Snapshot2019-Report.pdf
  • 10. Wikipedia, Solar power in China, https://en.wikipedia.org/wiki/Solar_power_in_China
  • 11. Wikipedia, Bhadla Solar Park, https://en.wikipedia.org/wiki/Bhadla_Solar_Park
  • 12. Wikipedia, Solar Star, https://en.wikipedia.org/wiki/Solar_Star
  • 13. 한국의 면적은 100,364km2이며 (e-나라지표) 중국, 인도, 미국의 면적은 각각 9,596,960km2, 3,287,263km2, 9,631,420km2이다. (worldatlas)
  • 14. 예를 들어 사막지대를 품고 있는 인도의 Rajasthan주의 Jodhpur시와 미국 California주 death valley 근처 Tecopa의 일사량은 6kWh/m2/d 이상이다.
  • 15. IRENA(International Renewable Energy Agency)에서 발간한 Renewable Energy Prospects for India 보고서에 따르면 인도의 Thar(Rajasthan), Rann of Kutch(Gujarat), Ladakh(Jammu & Kashmir), Lahul & Sipti valley (Himachal Pradesh)의 총 면적 330,000km2 중 불모지에 해당되는 148,000km2의 10%만 태양광 발전 부지로 활용해도 약 271GW의 정격용량을 갖출 수 있다고 한다.
  • 16. 평균 일사량은 미국 National Renewable Energy Laboratory의 PVWatts Calculator와 캐나다 정부가 개발한 RETScreen Clean Energy Management Software에서 제공하는 데이터를 참고하였고, 한국의 계절과 지역별 차이를 고려해 125~167 W/m2로 설정하였다. 또한 이는 계산을 위해 3-4kWh/m2/d를 W/m2로 전환한 값이다.

About Experts

김종우
김종우

계량분석센터

김종우 박사는 아산정책연구원의 계량분석센터 선임연구위원이다. 런던대학교에서 이학학사와 임패리얼 컬리지에서 상대성이론 연구로 이학박사 학위를 취득하였으며 캠브리지대학교 컴퓨터학과에서 Diploma 학위도 취득하였다. 유럽 랜드연구소의 Choice Modelling과 Valuation팀에서 연구원으로 재직하였으며 삼성 메모리 반도체 연구소에서 책임연구원으로 활동하였다. 또한 영국의 PCMS-Datafit에서 Java 소프트웨어 개발업무를 담당하였다. 주요 연구분야는 이산선택모델, 그리고 교통, 보건, 통신 및 유틸리티 분야의 Stated Preference 모델 개발, 공공 서비스가치 책정, WTP (Willingness-To-Pay) 등이다. 주요 연구물로는 "Security at What Cost? Quantifying Individuals’ Trade-offs between Privacy, Liberty and Security,” RAND Report (2010)와 “Modelling Demand for Long-Distance Travellers in Great Britain: Stated preference surveys to support the modelling of demand for high speed rail”, RAND Report (2011)외 다수가 있다.

함건희
함건희

연구부문

함건희는 아산정책연구원의 연구원이다. 고려대학교 정보수학과를 졸업하고 성균관대학교에서 통계학 석사학위를 취득했으며 현재 동 대학원 박사과정에 재학 중이다. 성균관대학교 응용통계연구소 연구원, 한국국방연구원 위촉연구원으로 재직한 바 있으며, 연구 관심분야는 혼합모형, 불완전 자료 분석, 방법론 등이다.