태양광 발전 단점 - taeyang-gwang baljeon danjeom

황민수 한국전기공사협회 전기공사연구센터 팀장

❶ 국내 태양광 발전산업 현황과 정책

한국전력거래소에 따르면 2019년까지 국내 태양광발전 설비 누적 설치 용량은 10GW를 넘어섰다. 2019년에만 약 3.13GW가 설치되어 2018년 대비 54.4% 증가했다. 반면 2017년 평균 211원/kWh에 달했던 SMP+REC 가격은 2년 뒤인 2019년 평균 153원/kWh로 27.5% 하락했고 2020년 1월에는 127원/kWh가 되었다. 급격한 가격하락은 태양광 발전사업의 수익성 악화로 이어졌고 특히 100kW 미만의 영세한 소규모 태양광발전사업자가 큰 타격을 받았다. 지난해 11월 전국태양광발전협회 등 소규모 태양광 발전사 업자 4개 단체는 국회 앞에서 기자회견을 열고 “정부의 잘못된 에너지 정책으로 소규모 태양광 발전사업자들이 수익 악화로 투자비조차 회수하기 어려운 상황에 몰렸다”며 “정부가 영세 태양광 발전사업자들을 재생에너지 확대 정책의 희생양으로 삼았다”고 성토했다.

글로벌 최대이슈는 단연 기후위기 대응이며 그 해결책으로 제시된 것이 에너지전환과 에너지 효율화다. 최근 개최된 다보스 포럼의 주요 아젠다 중 첫 번째도 기후위기였으며 미국 대선의 민주당 후보들도 기후위기 대응을 최우선 과제로 정했다. EU 신임 집행위원장 우르줄라 폰데어라이엔(Ursula von der Leyen)은 기후위기 대응을 최우선 정책으로 추진함을 천명했고, 구호성 정책에 그치지 않고 올해 탄소 국경세를 도입하겠다고 발표했다. 독일의 경우 기존의 기후비상사태 대응계획에 추가로 기후종합대책을 발표하고 540억 유로(지난달 9일 620억 유로로 증액)를 기존 계획에 더해 투자하기로 했다. 전기차 보조금 대폭 확대, 태양광 등 재생에너지 확대도 발표했다.

인도의 모디 총리는 2019년 10월 기준 재생에너지 발전설비용량 120GW(인도 전체 발전설비용량 364GW 중)에서 2030년 재생에너지 발전설비용량 450GW(태양광 30GW 에서 300GW) 목표를 발표하기도 했다.

RE100은 새로운 무역 규제가 되었음에도 대한민국만 기후위기와 관련 동향에 무감각한 것 같다. 온실가스 감축 목표는 후진국 수준이며 주요선진국들과 같이 기준연도를 1990년도로 하면 감축 목표가 아닌 최소증가 목표가 된다. 그마저도 2017~2018년 온실가스 배출량은 감축 경로가 아닌 BAU(Business As Usual)에 근접하고 있다. 정부의 재생에너지 3020 목표를 10년 뒤 달성하더라도 2018년 아시아 평균보다 2.4% 낮게 된다. 대한민국이 세계 평균 재생 에너지 점유율 수준이 되려면 현재 설치된 재생에너지 발전 설비용량의 약 5~6배는 설치되어야 함에도 대통령과 정부 말을 믿고 태양광 및 재생에너지 발전 설비에 투자한 많은 국민들이 경제적 어려움을 겪고 있는 것이다.

❷ REC 가격하락 원인과 문제점
국내 태양광 등 신재생에너지에 대한 지원은 2011년 발전차액지원제도(FiT, Feed-in-Tariff) 일몰 이후 도입된 신재생에너지공급의무화제도(RPS, Renewable Portfolio Standard)를 기반으로 하고 있다. RPS 제도는 500MW 이상의 발전 설비를 지닌 발전사업자가 발전량의 일정 비율(2020년 6%, 2024년 이후 10%) 이상을 신재생에너지를 통해 공급하도록 의무화한 제도다. 신재생에너지 발전사업자는 전력판매수익(SMP)과 공급인증서(REC) 판매수익을 통해 사업의 수익성을 확보하게 된다. 또한 초기 투자비 등 시설비가 많이 소요되는 발전원에 대해 가중치를 부여해 신재생 사업의 수익을 보조하는 수단으로 가중치를 운영하고 있다.

제도설계 당시 예측오류와 낮은 RPS 의무비율, 현실성이 떨어지는 가중치 문제가 REC 가격하락의 주요 요인으로 거론되고 있다. 먼저 RPS 제도설계 당시 연도별 의무량과 REC 발급량 예측 부정확성 문제가 제기되고 있다. 신재생에너지 발전 설비 설치량이 예측량을 초과했을 경우 효과적으로 반영하기 어렵다. RPS 의무비율의 경우 미국은 각 주별로 비율이 다르게 운영되지만 평균적으로 약 40%인 점을 감안할 때 우리나라는 2020년 6%, 2024년 이후 최대 10%로 미국 대비 상대적으로 매우 낮게 규정되어 있음을 알 수 있다. 가중치도 시장의 가격변동에 유연하게 대응하기 어렵게 되어 있다. 그림 3은 2018년 말 누적 RPS 설비 용량을 나타내고 있는데 설치 용량은 태양광이 가장 많지만 발전량 및 가중치 등을 고려한 REC 발급량은 바이오 에 너지가 307억 6,160만 8,000 REC(태양광 259억 8,067만 5,000 REC)로 가장 많다. 이러한 가중치 문제는 온실가스를 만들어 내는 에너지원이 설치 용량이 더 많은 태양광, 풍력, 수력 등 온실가스를 배출하지 않는 발전원보다 정부 지원을 더 많이 받게 되는 문제를 발생시키고 있다.

그림 4는 연도별 REC 발급, 공급, 잉여량을 나타내고 있다. 2017년 이후 발급량이 공급량 즉 500MW 이상의 발전 설비를 보유한 발전회사에 부여된 의무량을 초과하여 잉여량 이 발생하기 시작하였음을 알 수 있다. 이후 잉여량은 증가하는 추세다. REC 가격은 시장에서의 수요 공급 원칙에 따라 하락했다.

그림 5는 2014년 이후 SMP, REC 가격 추이를 나타내고 있다. 2017년 REC 잉여량이 발생한 이후 지속적으로 하락했다. 정부의 대책이 없다면 가격하락은 불가피하리라고 판단된다. 이러한 지속적인 REC 가격하락은 소규모 태양광 투자자의 투자유발 심리적 마지노선이라고 하는 4만 원/REC 이하가 되었음은 물론 제주의 경우 REC 가격이 ‘0’이 됐고 급기야 REC 거래가 잠정 중단되는 사태를 맞았다. 이러한 문제가 중요한 이유는 100kW 이하 소규모 태양광 설치자 대부분이 생계형으로 투자했고 소용량으로 인해 높은 초기투자비의 상당 부분을 은행 대출로 충당했기 때문이다.

소규모 태양광 설치자의 문제는 정부의 에너지전환 정책, 재생에너지 확대정책을 가로막는 장애 요인으로 작용하게 될 것이다.

❸ 개선방안
글로벌 누적 태양광 설치 용량은 IEA ‘PVPS Report 2019’에 따르면 512.3GW이다. 그림 6은 2018년까지 설치된 글로벌 태양광발전설비의 인센티브 및 지원비율을 분석한 것이며 1위가 발전차액지원제도 즉 FIT로 512.3GW의 67.2%를 차지하고 있다. 우리나라의 경우 2012년 이후 시행하지 않고 있으며 지난해 한국형 FIT를 시행하면서 시설용량 30kW 이하로 제한하고 있어 제도의 실효성 논란이 제기되고 있다. 그림 7은 전 세계 기업들의 RE100 이행수단을 분석한 것으로 자체 생산소비, 재생인증서 구매 순이다.

우리나라는 재생인증서 구매제도가 없고 기업 PPA(전력구매계약)를 할 수 없다. 재생에너지 특히 소규모 태양광과 관련한 문제점 및 개선방안들은 관련 연구보고서 등에 다양하고 상세하게 마련되어 있다. 하지만 전력시장 제도개선, 전기요금 현실화, RPS 의무비율 조정, 가중치 조정 등은 근본적 해결방안이 아니라고 판단된다. 정부의 적극적인 의지와 국민적 공감과 동의, 기후위기에 대한 심각성 인식, 변화하는 글로벌 트렌드에 부합하는 혁신적 변화가 없다면 문제는 반복될 것이다.

전 세계는 기후변화에 대응하기 위해 비상사태를 선포하고 있다. 선진국인 프랑스의 노란 조끼 사태에서 보듯이 자국민들에게 탄소세, 기후세, 탄소관세 등 막대한 부담을 지우면서 에너지전환을 추진하고 있다. 미국 대선후보 버니 센더스는 2경 원을, 영국, 독일, 프랑스 등은 수백 조에서 수천조 원 을 기후위기 대응에 사용하겠다고 발표하고 있다. 온실가스 배출 7위이며 전력생산에서 재생에너지 점유율 세계 평균의 약 1/6 정도인 대한민국은 안녕한가 묻고 싶다. 경제적 부담과 국민 불편이 수반되더라도 에너지시장과 전력시장을 정상화하고, 다른 그 어떤 정책에 우선해 기후비상사태에 대응 한 에너지전환을 반드시 추진해야 할 것이다.

계정을 선택하시면 로그인·계정인증을 통해
댓글을 남기실 수 있습니다.

발전효율 떨어뜨리는 먼지 걱정 없는 태양광 패널

오염 물질 제거해 발전 효율 높여

임현의 한국기계연구원 나노융합장비연구부장 연구팀이 나노 입자를 활용해 개발한 내구성이 강한 자가 세정 유리 태양광 패널. 먼지나 물을 들이부어도 묻지 않고 바닥으로 튕겨 떨어진다. 한국기계연구원 제공

태양광발전은 효율을 극대화하기 위해 주로 사막이나 산지, 해상, 건물 지붕이나 외벽 등 햇빛이 강한 곳에 태양광 패널을 설치해 전력을 생산한다. 태양광 패널이 모래 입자나 미세먼지, 새똥 등에 오염되면 발전 효율이 최대 30%까지 떨어질 수 있다. 주기적으로 패널 청소를 할 수 있지만 유지 비용이 소요되는 단점이 있다. 과학자들은 태양광 발전 효율을 떨어뜨리는 태양광 패널 오염 문제를 보다 쉽게 해결하기 위한 다양한 기술을 내놓고 있다.

크리파 바라나시 미국 매사추세츠공대(MIT) 기계공학과 교수팀은 정전기 반발력을 이용해 주기적으로 물청소를 하지 않아도 태양광 패널을 깨끗하게 유지하는 기술을 지난 11일(현지시간) 국제학술지 '사이언스 어드밴시스'에 공개했다. 연구팀은 태양광 패널 위에 미세전류가 흐르는 투명층을 덧대 전기장을 만드는 방안을 제시했다. 전기장이 생기면 태양광 패널을 오염시키는 먼지나 다양한 물질 입자에 전하가 생긴다. 이때 발생한 전하는 자석이 같은 극끼리 밀어내는 것처럼 태양광 패널과 먼지 사이에 서로 밀어내는 힘을 만들어내고 이 힘으로 오염 입자가 저절로 떨어져나가는 방식이다.

연구팀이 실제로 태양광 패널 오염으로 발전 효율이 떨어진 태양광 패널에 이 방식을 적용한 결과 발전 효율을 95%까지 복구하는 데 성공했다. 다양한 크기의 먼지 입자를 이용한 실험 결과에서는 습도가 30% 이상일 경우 거의 모든 오염 입자가 저절로 떨어졌다.

연구팀은 "아무리 건조한 사막이라고 해도 이른 아침에는 습도가 적당히 높아져 적용하는 데 어려움이 없을 것"이라며 "간단한 전극과 모터 장치를 설치해 태양광 패널 표면에 전기장을 만드는 것만으로 연간 379억리터의 물과 이 물을 사막까지 끌어오는 에너지를 아낄 수 있을 것"이라고 밝혔다.

임현의 한국기계연구원 나노융합장비연구부장 연구팀은 나노입자를 활용해 스스로 표면을 세정할 수 있는 '자가 세정 유리'를 개발해 태양광 패널에 적용하는 방식의 대안을 내놨다. 연구팀이 개발한 자가 세정 유리는 연잎 표면의 나노구조가 동그란 물방울을 맺히게 하고 떨어뜨려 물에 젖지 않는 것처럼 유리 표면의 미세한 나노입자로 인해 먼지가 들러붙지 않고 떨어지는 원리다.

임현의 부장은 "에너지를 들이지 않고 태양광 패널의 먼지를 없애는 방법을 고심하던 중 삼겹살을 굽는 돌판을 보고 실리카 나노입자에 대한 아이디어를 얻었다"며 “별도의 전기 소모 없이도 오염을 막을 수 있다”고 말했다. 연구팀은 금속 나노입자를 실리카로 싸 태양광 패널 전면에 코팅했다. 이 태양광 패널을 건물 외벽에 설치해 1년간 평가한 결과 기존 태양광발전 효율의 80% 이상을 유지한다는 사실을 확인했다.

이밖에 겨울철 눈이나 얼음이 태양광 패널에 들러붙는 것을 막기 위해 나노 구멍에 기름을 넣거나 나노 구조 위에 고체기름을 바르는 방식도 거론되고 있다. 임 부장은 "아직은 태양광 발전 규모가 크지 않은 탓에 태양광 패널 오염 해결 기술이 필요하다는 인식이 부족하지만 앞으로 태양광 발전이 늘어나면서 이 문제가 반드시 제기될 것“이라며 ”해외에 앞서 기술을 상용화하려면 정부의 지원과 규제 제정이 필요하다"고 말했다.