1. 서론

전 세계적인 기후환경문제의 대응 및 지속가능한 발전을 위한 에너지전환의 필요성 등에 따라 미국, 독일 등을 비롯한 주요 선진국에서는 일찌감치 재생에너지에 대한 보급확대 목표를 수립하고 발전차액지원제도(FiT, Feed in Tariff)나 신재생에너지 공급의무화제도(RPS, Renewable Portfolio Standard) 등 다양한 제도를 통해 목표달성을 견인하고 있다. 이러한 재생에너지 보급확대의 중심에 있는 전원은 태양광발전과 풍력발전으로 지난 20여년간 대규모 보급확대와 기술진보를 통해 설비투자비의 급격한 하락이 이루어졌으며 주요 선진국의 경우 기존 전통 전원 대비 경쟁력을 확보하게 되는 시점인 그리그패리티를 달성하고 있다.

우리정부는 2017년 말 ‘제8차 전력수급기본계획’과 ‘재생에너지 3020이행계획’ 발표를 통해 2030년 재생에너지 발전량 비중 20%를 달성하기 위한 재생에너지 원별 보급목표를 제시한 바 있으며, 중장기적으로 태양광과 풍력발전을 중심으로 한 재생에너지의 보급확대를 계획하고 있다. 우리나라의 경우 해외와는 달리 아직까지 전통전원 대비 재생에너지가 경쟁력을 확보하지 못하고 있는 상황이나 향후 기술개발 및 보급확대를 통해 단위 전력생산량당 발전비용도 함께 하락할 것으로 예상된다. 이에 본 분석에서는 현재 신규건설이 가장 활발히 진행되고 있으며 향후 재생에너지 보급의 중심에 있는 태양광 발전을 중심으로 중장기 태양광 발전의 발전원가를 전망하고 시사점을 고찰해 보고자한다.

2. 균등화 발전비용 산정방법

일반적으로 신재생에너지 발전설비의 원가를 산정하기 위한 방법은 균등화 발전비용(Levelized Cost of Energy; LCOE) 방식을 적용하게 된다. 균등화 발전비용은 수명기간동안 적용되는 연간 등가화된 발전비용을 산정하는 방식으로써, 불규칙적으로 발생하는 비용과 발전량을 화폐의 시간적 가치를 고려하여 일정시점으로 할인하고 연도별로 균일하게 하는 방식이다. 균등화 발전비용의 세부구성요소는 설비수명기간 동안의 감가상각비, 투자보수액, 운전유지비, 연료비용, 법인세, 임차비용, 보험 및 기타비용 등으로 이루어지며, 신재생에너지 발전비용 분석을 위하여 해당전원별 표준시스템을 선정 후 건설에서부터 운용기간 동안 발생하는 총 비용을 평가하고 수명기간 중에 생산 가능한 발전량을 기초로 전력한단위당 비용으로 단가화하여 균등화 발전비용을 산출한다.

먼저 균등화 발전비용에 대한 ‘국제재생에너지기구(IRENA, International Renewable Energy Agency)’의 자료에 따르면, 2010년 글로벌 태양광 LCOE 수준은 약 0.35$/kWh 수준이었으나, 2016년에는 약 0.13$/kWh 수준으로 62% 하락한 것으로 나타났다. 육상풍력의 경우도 2010년 약 0.07$/kWh 수준이었으나, 2016년에는 약 0.06$/kWh 수준으로 21% 하락한 것으로 나타났다. 또한, 다음 그림에서 알 수 있는 바와 같이 태양열을 제외하고 2016년 글로벌 기준 가중평균 발전비용이 화석연료 비용수준의 범위 내에 진입하는 그리드패리티 수준에 도달한 것으로 나타났다.

3. 균등화 발전비용 산정

국내 설치되는 태양광 발전설비의 균등화 발전비용을 산정하기 위해서는 분석의 기준이 되는 태양광 발전설비의 비용분석이 선행될 필요가 있다. 먼저 과거부터 현재까지 국내 태양광 발전설비에 대한 설비투자비 추이를 살펴볼 필요가 있다.

2007년도에서 2017년까지 ‘발전차액지원제도(FIT)’ 및 ‘신재생에너지 공급의무화제도(RPS)’를 통해 설치된 500kW~2MW급 표준규모 태양광 발전설비의 연도별 투자실적을 토대로 분석한 결과 용량가중평균 설비투자비 단가는 2008년 740만원/kW에서 2017년 172만원/kW로 최근 10년간 77% 하락한 것으로 분석되었다. 

한편, 태양광 모듈가격의 경우 한국태양광산업협회에서 제공하고 있는 국제 태양광 모듈가격 동향을 기준으로 살펴보면, 연평균 모듈단가는 2007년 3.71$/W에서 2017년 0.34$/W로 약 90% 하락하였다. 최근 들어 급격한 감소추세는 어느 정도 안정화 되었으나, 향후에도 완만한 가격하락 추세가 이어질 것으로 전망된다.

전술한 연도별 설비투자비에서 국제 모듈가격을 반영할 경우 전체 설비투자비에서 모듈비용이 차지하는 비중은 2008년 57%로 전체 투자비의 절반 이상에서 2017년에는 23% 수준까지 감소한 것으로 나타났다. 단, 여기에서 유의할 점은 국제 모듈가격이 공장도가격임에 실제 국내에서 발전소 건설시 발생하는 모듈구입비용은 국제 모듈가에 물류비용과 재고물량 등의 추가비용이 감안되어야 함에 이를 고려할 경우 모듈가격의 실제 비중은 30% 수준을 상회할 것으로 판단된다.

다음으로 전문가 국제 네트워크인 REN21(Renewable Energy Policy Network for the 21st Century)에서 매년 발간하고 있는 ‘2017 재생에너지 현황 보고서(Renewables 2017 Global Status Report’에서는 다음 그림과 같이 전 세계 주요국 및 지역별 태양광 발전의 균등화 발전비용과 설비투자비, 이용률에 대한 정보를 제공하고 있다. 용량가중평균 기준 균등화발전비용은 인도와 중국이 0.1$/kWh 이하로 가장 낮은 수준을 보이고 있다. 이는 아시아권의 경우 남미나 중동, 아프리카 대비 이용률이 상대적으로 높은 수준은 아니나 설비투자비가 여타 국가에 비해 절반수준으로 낮은데 기인한다. 한편 유럽의 경우는 설비투자비 수준은 낮은 편이지만 고위도 지역으로 인해 이용률 수준이 낮아 타 지역에 비해 높게 나타나고 있다. 그러나 동일 지역권이라도 설치여건이나 자연조건에 따라 발전비용의 편차가 상당히 큼을 알 수 있다.

본 분석에서는 태양광 발전의 균등화 발전비용을 산정하기 위한 표준설비규모는 전술한 바와 같이 MW급 중규모 발전용 설비를 기준으로 하며, 표준시스템으로는 국내에서 설치되는 설비의 대부분을 차지하고 있는 경사고정형 방식을 기준으로 설정하고 설비투자비를 산정하였다. 설비투자비의 구성은 크게 직접비용과 간접비용으로 구성되며, 직접비용의 경우 태양광모듈, 보조설비(인버터, 지지물 등), 공사비, 연계비가 포함된다. 그리고 간접비용의 경우 인허가, 설계 및 감리비용과 금융조달 및 각종 보상비용과 같은 부대비용, 그리고 토지비용으로 구성된다. 설비투자비를 구성하는 각 비용항목별 산정방안은 다음 표에 나타난 바와 같다.

본 분석에서는 2017년 기준 태양광 발전설비의 투자비 단가를 산정하기 위해 복수의 사업자에 대하여 표준규모(MW급) 태양광 발전설비의 주요항목별 투자비 단가 조사자료와 앞서 살펴본 연도별 신규 태양광 투자실적을 바탕으로 표준 설비투자비 단가를 산정하였다. 먼저 모듈가의 경우 사업자 조사자료와 국제 모듈가의 수준을 고려하여 ‘16~’17년 국제모듈가 평균과 물류비용을 반영한 52만원/kW을 적용하고자 하며, 비모듈의 각 항목별 단가의 경우 사업자 조사자료를 바탕으로 적정 수준의 단가를 도출하여 적용하고자 한다. 토지비용의 경우 태양광 kW당 소요면적 4평을 가정하여 현 실거래가 수준에 대한 사업자 조사결과를 반영하여 평당 6만원을 적용하였으며, 결과적으로 전체 설비투자비 단가는 175만원/kW로 산정되었다.

다음으로 태양광 균등화 발전비용 산정을 위해 설비투자비 외에 추가로 태양광 설비의 연간 이용률과 수명기간, 그리고 연간 운전유지비율에 대한 산정이 요구된다.

먼저, 국내 태양광 발전설비의 표준 설비이용률을 산정하기 위해 본 분석에서는 2008년에서 2011년까지 전국기준 월별/시간대별 설비용량 대비 출력수준을 표준화한 값을 바탕으로 연간 설비이용률을 산출하였다. 월별/시간대별 수준을 살펴보면 연중 최대출력은 정격용량 대비 약 59% 수준으로 계절별 일조시간 및 일사각 등의 영향으로 월별 편차가 있는 것으로 나타났다. 이를 종합한 연평균 설비이용률은 15.08%로 산출되었으며, 이는 송전단기준 출력임에 소내소비가 이미 감안된 수치로 본 분석에서는 표준이용률로 15%를 적용하고자 한다.

다음으로 태양광 설비의 수명은 일반적으로 20~25년을 적용하고 있으며, 이는 경제적 수명 또는 설비노후에 따라 일정수준의 출력이하로 성능이 떨어짐에 따라 신규설비로 교체가 요구되는 시점까지의 기술적 수명으로 구분할 수 있다. 본 분석에서는 경제수명 기준으로 현 RPS제도하의 고정가격 경쟁입찰시 적용되는 지원기간인 20년을 기준으로 분석기간을 설정하고자 한다.

마지막으로 설비건설 이후 연간 소요되는 운전유지비용은 관리인력에 대한 인건비, 수선비, 관리비, 보험료 등을 포함한다. 인건비의 경우 안전관리자 선임(소규모의 경우 대행)비용을 바탕으로 연간 약 1천만원이 소요되는 것으로 조사되었으며, 보험료의 경우 기관기계보험으로써 초기투자비의 0.2~0.3%수준인 것으로 조사되었다. 그리고 기타수선 및 관리비의 경우 초기투자비의 0.5% 수준으로 상정하였으며, 인버터의 경우 태양광 설비운용 10년차에 교체시점이 도래함을 가정하되, 향후 단가하락을 고려하여 현 수준(11만원/kW)대비 30% 하락하는 것으로 가정하였다. 이 결과 연간 운전유지비는 연간 24~26천원/kW로 초기투자비 대비 1.39%~1.46% 수준으로 산출되었으며, 본 분석에서는 초기투자비 대비 1.5%를 기준지표로 설정하고자 한다.

신재생에너지 발전원별 균등화 발전비용은 단순히 설치비용뿐만 아니라 신재생에너지 보급확대에 따라 유발되는 계통보강비용을 추가적으로 고려할 수 있다. 이 중 송전망과 같은 공용망의 경우 신재생에너지 뿐만 아니라 전통 발전설비 모두에 의해 유발되는 공통비용의 성격을 가짐에 추가비용으로 계상하지 않고, 배전설비보강을 위한 투자비용만을 고려하여 산출할 필요가 있다.

본 분석에서는 계통보강비용 산정을 위해 2017~2030년간 40MW이하 설비에 대한 변압기, 변전소, 연계선로, 배전선로 투자비 조사결과와 재생에너지 3020 이행계획에 따른 연도별 신재생에너지 발전량 순증분을 산출한 후 각각 현가화한 금액으로 나누어 계통보강비용 단가를 산정하였으며, 산정결과 할인율 적용안에 따라 2.03~2.53 원/kWh 수준으로 산출되었다.

본 분석에서 상정한 주요 입력지표를 토대로 산정한 ‘17년 기준 태양광 균등화 발전비용 산정결과 계통보강비용을 고려할 경우 할인율 4.5% 기준 131.57원/kWh, 할인율 5.5%, 6.5% 적용시 각각 142.6원/kWh, 154.0원/kWh 으로 분석되었다.

4. 균등화 발전비용 전망

태양광 발전의 균등화 발전비용을 전망하기 위해서는 원별 향후 예상가능한 비용상승 또는 하락요인에 대한 검토가 필요하다. 먼저 향후 하락이 발생가능한 부분은 연도별 누적보급량의 증가에 따른 시장확대와 대규모 설비건설에 따른 설비투자비 단가의 하락을 꼽을 수 있다. 반면에 상승요인으로는 입지여건의 변화로 인해 신규건설이 최적지에서 열위지로 옮겨감에 따른 설비이용률 하락이 발생하여 발전비용이 상승하는 것을 꼽을 수 있다.

하지만 이 같은 비용상승요인과 하락요인을 정확히 판단하여 전망하는 데에는 한계가 있으며, 본 분석에서는 과거실적에 기반한 학습곡선을 도출하거나 시계열분석을 통해 전망하는 방안과 해외 전문 연구기관에서 기수행한 연구결과를 반영하는 방안으로 나누어 균등화 발전비용을 전망해 보고자하며, 전망 대상기간은 2030년까지로 한다.

본 분석에서는 앞서 검토한 태양광 투자비 항목에 대하여 모듈과 비모듈로 구분하여 전망하고자 하며, 모듈가격 전망은 해외기관의 모듈가격전망을 반영하고 비모듈부분에 대한 전망은 국내실적기반의 학습곡선을 활용하는 방식을 적용하고자 한다. 국내 실적기반 학습곡선 적용시 정부에서 발표한 ‘재생에너지 3020 이행계획’의 향후 연도별 누적설비용량 증가에 따른 연도별 전망치를 추정한 후 해당 전망치의 연도별 증감률을 산출하여 앞서 산출한 ‘17년 기준 표준단가에 적용하는 절차로 진행한다. 다만, 비모듈의 경우 학습곡선에 따른 전망치 반영시 보조설비 및 공사비에 한정하여 적용하며, 인허가, 기타 부대비, 연계비 등 경직성 비용은 현재수준과 동일하게 적용하였다. 이를 바탕으로 연도별 설비투자비를 전망한 결과는 다음과 같다.

앞서 산정한 태양광 설비투자비 전망안을 바탕으로 계통보강비용을 고려할 경우 할인율 대안별 2030년까지 균등화 발전비용 전망결과는 다음과 같다. 본 분석에서는 기존 전원과의 비교를 감안하여 4.5%를 기준 할인율로 적용하였으나, 실제 신재생발전 투자자의 기대 수익율은 다소 높을 수 있는 점을 고려하여 5.5% 및 6.5%의 할인율을 동시에 산정하였다. 산정결과 태양광의 경우 할인율에 따른 민감도는 할인율 1%p 당 8%가 변동하는 것으로 나타났다.

5. 결론

우리나라 태양광 균등화단가는 아직도 선진국에 비해 상대적으로 높은 수준이며 이는 기후조건의 차이는 물론 구조물 등의 비표준화에 따른 설치비용 상승, 다양한 인허가과정으로 인한 비용, 토지비용 등에 기인하는 것으로 보인다. 그럼에도 불구하고 태양광의 균등화 발전비용은 현재 제도권에서 거래되는 수준에 비해 낮게 나타났으며 이는 신재생에너지 거래시장에서의 수급불균형, 사업의 시행구조, 인허가 비용, 상대적으로 높은 사업자의 기대수익율이 영향을 미치는 것으로 보인다. 앞으로 재생에너지수급이 정상화되고 보급의 장애요인이 제거된다면 가격하락의 요인이 발생할 것으로 예상된다. 균등화 발전비용의 수준은 설비비용, 공사비용, 인허가 등 직접적인 설치비용 뿐만 아니라 투자에 대한 보수에 해당하는 할인율에 따라서도 영향을 받는다. 따라서 향후 적정할인율의 변동이 발생할 경우 균등화발전비용도 변동할 수 있을 것이다.

우리나라 신재생에너지 보급기간이 아직 짧은 관계로 실적 및 운영자료 수집이나 분석에 한계가 있었는 바, 앞으로 추가적인 연구가 이루어진다면 보완될 수 있을 것이다. 앞으로 국가에너지정책수립과 평가를 위해서는 신재생에너지 원별 잠재량, 공급비용, 회피편익과 같은 핵심적인 기반지표가 산정되어야 한다. 앞으로도 체계적인 산정 기준과 절차가 수립되고 객관적인 전문기관을 통해 지속적인 지표개발이 이루어져야할 것이다.