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문제 정의
- 따라서 본 논문에서는 유리온실 0.5ha 기준으로 광방해율을 가장 최소화 할 수 있는 태양광 배치(안)과 설치 가능 면적을 고려하여 태양광 발전시설의 용량과 설치비용을 산정하였다.
- 따라서 본 연구에서는 0.5ha기준의 유류보일러 사용을 하는 기존의 유리온실에 신 · 재생 에너지인 태양광 발전시설의 온실 상부 설치 시에 광방해율을 해결할 수 있는 모델(안)을 가지고, 기존의 지열히트펌프의 단점을 개선시킨 새로운 지중저수열 이용 지열 히트펌프 융합을 통해 유류보일러를 대체함으로써 대표적 온실가스인 CO2 감축효과와 태양광 발전을 통한 농가의 소득 향상의 효과를 얻을 수 있는 새로운 신 ․ 재생에너지 융합 첨단 유리온실의 타당성 및 경제성 분석을 하였다.
제안 방법
- 각 시나리오별로 조수입과 생산량 증가율, 광열동력비 전량 대체로 인한 편익, 유류비 절감, 열차액지원제도가 도입되었을 시에 예상되는 편익과 CO2 감축에 따른 지원 부분을 공통적으로 적용하였으며, 시설별 고정비용과 경영비용을 적용하여 경제성 분석을 실시하였다.
- 그 원인으로는 유류 보일러나 목재팰릿 보일러보다 설치비용, 설치부지확보 문제, 많은 전기사용량 등의 문제 등을 꼽을 수 있는데, 이러한 문제들을 해결하고 좀 더 신 ․ 재생에너지의 확대가능성을 높이기 위한 시스템 적용과 문제점 해결방안을 제시하여 비용 분석 및 도입 효과분석을 하였다.
- 본 연구는 실제 유리온실 상부에 태양광 발전시설의 도입에 따르는 작물의 광방해율 및 구조적인 문제 등은 완벽하게 해결하지 못하였지만 이 문제에 대한 대안으로 새로운 모델(안)을 제시하여 이를 근거로 경제성 분석을 실시하였다.
- 시나리오 1은 태양광 발전을 통한 전기를 전량 판매하고, 필요한 전기는 농업용 전기로 싼 가격에 구입하여 사용하는 방법이고, 시나리오 2는 태양광 발전을 통한 전기를 전량 자체 사용하는 두 가지 방법으로 초기 투자비용 설정을 하였다.
- 연구 방법은 기존의 농업부문에 신 ․ 재생에너지 도입 사례를 조사하고, 신 ․ 재생에너지 도입 시에 정부와 지자체의 지원 사업들의 적용 가능성에 대해 분석한 후, 신 ․ 재생에너지 융합을 통한 CO2 감축효과에 대한 탄소배출권거래제도와 농업기술실용화재단의 ‘농업 ․ 농촌 자발적 온실가스 감축사업’ 및 국회에 상정되어 있는 RPS법안 중 영국의 RHI(열차액지원제도)1)와 유사한 법안이 통과되어 도입했을 시에 얻을 수 있는 경제적 편익들을 적용하였으며, 시설 도입의 설치비와 비용부분을 경제성 분석에 적용하여 회수기간법2)을 도출하였다.
- 또한 모자라는 광량은 북쪽 면에 반사필름과 LED조명등을 사용하여 보광을 함으로써 태양광 발전시설의 지붕설치에 의한 광방해로 시설 작물의 생육 방해를 최소화 하는 방법이다. 위 그림을 통해 얻어진 계산을 이용한 시설 용량을 활용하여 태양광 설치 업체의 견적서에 대입한 후 태양광 발전시설의 설치 운영비용을 분석하였다.
- 이 밖에도 현재 농업부문에 신 ․ 재생에너지의 도입에 따른 지원 제도로 ‘농업 ․ 농촌 자발적 온실가스 감축 시범사업과 산업통상자원부에서 도입을 검토하고 있는 대안 중 영국의 RHI(Renewable Heat Incentive)제도 등이 적용되었을 때 추가적으로 얻을 수 있는 편익 부분에 대해서도 적용을 하여 경제성 분석을 실시하였다.
- 이상으로 광열동력비의 비중이 많이 차지하는 시설원예 부문에 첨단유리온실을 설치하고, 신 ․ 재생에너지인 지열과 태양광 발전시설을 융합하였을 때의 경제성과 적용가능성에 대해 분석을 해보았다.
- 지열 히트펌프의 종류는 회수방식에 따라서 수직형과 수평형 등으로 나뉘는데, 설치비용과 설치 부지 확보에 대한 문제점을 해결할 수 있도록 ‘농촌진흥청 국립원예특작과학원’과 ‘(주)티알엑서지’에서 개발한 ‘지중저수열이용히트펌프’시스템의 도입을 통해 초기 투자비용 산정과 기존의 경유 온풍기를 사용하는 농가와비교하여 경제성 분석에 활용하였다.
성능/효과
- 그 결과로 지열은 기존의 부지 확보와 천공문제, 초기 설치비용 문제에 대해 대안이 될 수 있는 개발 시스템을 적용하고, 태양광 발전의 경우 발전사업자로써 RPS제도를 적용하게 된다면 약 7.17년차 이후에 투자비용을 회수할 수 있기 때문에 충분히 경제성과 적용가능성이 있는 것으로 분석되었다. 또한 발전사업자로써 RPS제도를 적용받지 못하더라도 정부의 보조를 통해 초기 투자비용의 부담을 일부 해결할 수 있고, 그로 인해 전체적인 초기 투자비용은 감소하게 되어 8.
- 기존의 수직형 지열히트펌프에 비하여 새로 개발된 지중저수열 이용 히트펌프를 도입할 경우 설치비용은 3억6천9백만원, 비용은 약 3천1백만원이 절약되며, 기존 경유 온풍기 사용시와 비교하면 설치비용은 약 4억2천만원 정도 더 필요하지만 내구연한은 2배 이상 길고, 약 1억4천만원의 연간 비용 절감 효과가 있는 것으로 조사되었다.
- 대표적인 유리온실 재배 및 수출 작목인 파프리카를 대상으로 조사한 결과 최근 3년간 10a당 경영비중 평균 광열비율은 36.43%이고, 광열비를 신 ․ 재생에너지 도입을 통해 전량 대체할 경우 소득은 평균 68.99% 증가할 수 있는 것으로 나타났다.
- 17년차 이후에 투자비용을 회수할 수 있기 때문에 충분히 경제성과 적용가능성이 있는 것으로 분석되었다. 또한 발전사업자로써 RPS제도를 적용받지 못하더라도 정부의 보조를 통해 초기 투자비용의 부담을 일부 해결할 수 있고, 그로 인해 전체적인 초기 투자비용은 감소하게 되어 8.33년 이후에 투자비용을 회수할 수 있는 것으로 분석되었으며, 발전된 전기를 자체 사용을 하고도 남는 전기량이 생산되기 때문에, 농업에 필요한 다른 부분에 사용을 하게 된다면 추가적인 비용은 감소할 수 있는 것으로 분석되었다.
- 농업의 시설원예 부문에서 활용되는 주 에너지는 열에너지로 화석연료를 사용하여 열을 발생 및 공급하는 시스템이 주를 이루었다. 또한 시설원예 농가들의 소득유형을 살펴보면 지난 3년간 평균적으로 경영비중 광열비의 비중은 평균 36.43%3)를 차지하는 것으로 나타나 경영비중 광열비가 많은 비용을 차지하는 것으로 나타났다.
- 분석 결과 첨단유리온실 상부에 247.5kWh의 태양광 발전시설을 도입할 경우 연간 발전량은 326,118kWh이고, 이를 RPS제도를 활용하여 발전사업으로 전부 판매할 경우 얻을 수 있는 발전 소득은 연간 97,215,888원으로 분석되었다.
- 시나리오 1은 공통적으로 적용했던 부분 외에 전기판매에 따른 이익이 추가되었고, 지열 히트펌프를 사용하기 위해 구입하는 전기 에너지 비용이 추가되어서 분석되었으며, 분석 결과 7.17년 이후부터 투자비용을 회수할 수 있는 것으로 분석되었고, 시나리오 2의 경우 편익 부분에서 전력 판매로 인한 추가 소득과 에너지 비용부분이 제외가 되었고, 8.33년 이 후부터 투자비용을 회수해 이익을 얻을 수 있는 것으로 분석되었다.
- 이러한 분석 자료를 토대로 실제 파프리카 농가의 사례에 조사된 시스템을 도입했을 때의 효과를 비교해 본 결과 기존 BC유를 사용했을 때에 지열 및 태양광 발전시설을 도입을 하게 되면 CO2 감축량은 총 408.313tCO2로 76.27%의 감축 효과가 있는 것으로 분석되었고, 연간 에너지 비용은 기존 대비 123,291,041원이 절약되며, 에너지 비용 대체 효과는 발전전력 판매 시에는 연간 84,525,888원의 소득 증가 효과가 생기게 되고, 자체 사용 시에는 지열시스템의 필요 전기량을 전부 대체 하고도 56,118kWh의 전기를 더 사용할 수 있는 것으로 분석되었다.
후속연구
- 따라서 본 논문에서는 첨단유리온실에 신 ․ 재생에너지인 지열과 태양광 발전시설의 도입을 통해 농업 시설원예 부문에 신 ․ 재생에너지의 융복합 실증 사업을 위한 경제성 및 적용효과에 대해 분석을 하였는데, 농업농촌에 소득 증가 효과와 사업 가능성에 대한 증명을 통해 소규모 실증 사업진행과 차후 대규모 시설단지 조성에 신 · 재생에너지와 스마트그리드 시스템과의 ICT융합을 통하여 향후 인도, 중국, 동남아 시장에 고품질 농산물 수출을 전제로 한 네덜란드를 능가하는 창조 농업을 실현하고, 농가소득 창출이 가능한 농업으로써 전국적으로 확산시킬 수 있는가를 확인하는 사업 자료로써 활용이 가능 할 것으로 보인다.
- 최근 새로운 정부의 창조경제라는 개념 하에 화두로 떠오른 ‘6차 산업’과 ‘ICT융복합산업’을 농업부문에 적용하기 위해서는 앞으로 농업과 다른 분야의 융복합을 통한 농업 ․ 농촌의 소득 증대를 꾀하고, 신 ․ 재생에너지 사용을 통한 새로운 선진 농업 시스템 구축이 되어 전 세계적인 환경문제에도 대응을 할 수 있는 새로운 실증 연구 및 사업들이 확대 진행되어 실제 농업 ․ 농촌에 적용이 가능하도록 하는 노력이 반드시 필요하다.
- 따라서 시나리오 1과 2 모두 편익이 비용보다 높은 것으로 분석되었지만 태양광을 통해 발전되어진 전력을 한전에 판매하고 농업용 전력을 구입하여 사용하는 시나리오 1이 초기 투자비용에 대한 부담감은 더욱 높은 반면에 편익에 따른 초기투자비용 회수기간은 짧아지고, 수익성면에서 시나리오 2보다 높으므로 시나리오1이 경제성 면에서 비교적 유리하다고 할 수 있다. 하지만 시나리오 2의 경우에도 연간 지열히트펌프에 필요한 전기 에너지양을 모두 대체하고도 연간 약 56,118kWh의 전력이 남게 되어 추가적으로 필요한부분에 사용하게 된다면 추가적인 전력 구입에 따른 비용을 절감할 수 있을 것으로 분석된다.
- 재생에너지 융합 첨단 유리온실을 실제 경종 농가에 적용할 시에는 여유 자금이 된다면 발전사업자로 태양광 발전 전력량을 한전에 RPS와 REC제도를 통해 판매를 하고, 농업용 전기를 구입해서 사용하는 시나리오 1이 농가에는 유리할 것으로 판단된다. 하지만 장기적으로 SMP가격과 REC가격의 변동에 대한 관찰과 전망을 통한 장래성에 대해서 고려를 해야 될 것이며, 초기 투자비용의 비용부담은 줄이고, 안정적이며 장기적인 에너지 공급 및 대체효과와 그로인한 부가적인 효과를 원한다면 시나리오 2의 적용도 좋은 대안이 될 것으로 보인다.
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