[논문]신재생에너지 적용에 따른 화력발전 경제성분석

최경식

doi:10.14249/eia.2014.23.1.11

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Since the Renewable Portfolio Standard (RPS) would be started in 2012, the use of renewable energy should be 11% of total energy use including bio-fuel in 2030. The economic efficiency for renewable energy in B power plant was considered with the bio-diesel, wind power and solar power. The Net Prese...

Since the Renewable Portfolio Standard (RPS) would be started in 2012, the use of renewable energy should be 11% of total energy use including bio-fuel in 2030. The economic efficiency for renewable energy in B power plant was considered with the bio-diesel, wind power and solar power. The Net Present Value (NPV) and Benefit/Cost Ratio(BC) were used for the economic efficiency with the cost and benefit analysis. In case of bio-diesel, the cost resulted from the fuel conversion and the benefit would be created with trade and environmental improvement. With regard to wind power and solar power, the construction cost would be required and benefit factors would be same as the bio-diesel. The wind power was the best of economic efficiency of renewable energy as the results of NPV and BC ratio. Whereas, the market of wind power was very popular and the techniques of wind power has been developing rapidly.

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문제 정의

그러나 RPS제도 도입으로 바이오연료를 대체연료로서 다시 고려해야 시점이라고 생각되며 다른 신재생에너지와 함께 경제성을 검토하고 지원육성 할 수 있도록 기반을 구축해야 할 것이다. RPS제도에 따라 신재생에너지 목표가 발전사들에게도 할당될 것이기에 본 연구에서는 국내 6개 발전사 중 1개 화력발전본부를 대상으로 RPS 의무공급량을 10%로 보급한다는 가정 하에 현재 발전량의 10%를 풍력, 태양광 및 바이오디젤 발전별로 대체할 경우 신재생에너지 대체에 따른 경제성 분석을 실시하였고 분석 결과에 따른 가장 적합한 신재생에너지 공급원을 제안하고자 한다. 신재생에너지는 경제성문제로 적극적으로 추진되고 있지 않지만 기후변화 및 지구온난화 문제로 인한 화석연료 대체원으로 좋은 대안이며 친환경적인 에너지원이기 때문에 향후 지속적으로 개발 발전되어야 한다.

가설 설정

B화력본부는 1Mw 급 태양광발전과 연간 4200만 kwh를 풍력발전으로 생산하고 있지만 본 연구에서는 기존에 소비되는 화석연료대비 신재생에너지별 경제성 비교에 초점을 두고 있기에 이미 운영되고 있는 태양광발전과 풍력발전은 없는 것으로 가정하고 경제성 비교를 실시하였다. 우선 투자비용으로는 태양광의 경우 연간 131.
태양광과 풍력발전의 투자비용과 편익을 산정한 것을 기초로 2013부터 2030년까지 17년 동안의 경제성을 분석하였고 바이오디젤과 같이 비용과 편익에 대한 물가상승률을 5%, 현재가치를 위한 할인율은 4%로 가정하였다. Table 13 및 14는 태양광 발전및 풍력발전에 대한 경제성 분석결과이다.

제안 방법

투자비용과 편익분석을 기초로 2013년부터 2030년까지 바이오디젤 투자 사업 즉 유연탄 연료소비의 10%를 순수바이오디젤로 전환하는 가정과 BD 20으로 전환하는 두 가지 가정에 대해서 경제성 분석을 하였다. 2030년까지의 경제성 분석을 위하여 연차적으로 발생하는 비용과 편익은 물가상승률에 따라 5%씩 증가하는 것으로 설정하였고 이를 다시 현재의 가치로 계산하기 위한 할인율은 4%를 적용하였다.
유연탄 110만 톤의 유연탄을 101,300원/ton으로 계산하면 1,114억 원의 연료 저감에 따라 편익이 발생된다. 그리고 환경오염저감 편익계산을 위해서는 유연탄 110만 톤 감소에 따라 대기오염물질 피해비용 및 배출계수를 (박대문 2003) 적용하여 Table 10에서처럼 유연탄 저감에 따른 각 오염물질 발생량 저감을 산출하였으며 B화력본부의 방지시설에 따라 먼지는 95%, SOx 95.75%, NOx 81%, CO 95% 제거되는 비율을 적용하여 총 환경오염저감 편익을 산정하였다.
바이오디젤을 100%사용하기는 경제적 부담이 클 것으로 생각되지만 순수 바이오디젤을 적용하는 방안과 바이오디젤과 경유를 혼합한 BD 20 (바이오디젤 20%+경유 80%)을 적용하는 방안 두 가지 분류로 경제성 분석을 하였다. 또한 경유를 혼합하여 사용한다 하여도 경제성 문제가 대두될 수 있어 경유의 세전 및 세후가격을 각각 적용하여 총 세 가지 방법을 적용하여 바이오디젤 사용에 따른 비용편익분석을 실시하였다.
바이오디젤을 100%사용하기는 경제적 부담이 클 것으로 생각되지만 순수 바이오디젤을 적용하는 방안과 바이오디젤과 경유를 혼합한 BD 20 (바이오디젤 20%+경유 80%)을 적용하는 방안 두 가지 분류로 경제성 분석을 하였다. 또한 경유를 혼합하여 사용한다 하여도 경제성 문제가 대두될 수 있어 경유의 세전 및 세후가격을 각각 적용하여 총 세 가지 방법을 적용하여 바이오디젤 사용에 따른 비용편익분석을 실시하였다.
연료전환 비용의 경우 순수 바이오디젤로 전환 할 경우 2013년 대한석탄공사에서 구매하는 유연탄 평균 비용 101,300원/ton과 바이오디젤 생산 비용 1,331,000원/ton을 적용하여 산정하였더니(김철안 2010) 8,435억원 비용이 발생하게 되었다. 발전용 유연탄은 2015년부터 kg당 30원의 과세가 적용되기 때문에 110만 톤의 유연탄의 가격은 330억 상승하게 되는 것으로 추정하고 계산하였다. BD 20의 경우 경유의 세전가격과 세후 가격으로 구분지어 산정한 결과 Table 3과 같다.
투자비용과 편익분석을 기초로 2013년부터 2030년까지 바이오디젤 투자 사업 즉 유연탄 연료소비의 10%를 순수바이오디젤로 전환하는 가정과 BD 20으로 전환하는 두 가지 가정에 대해서 경제성 분석을 하였다. 2030년까지의 경제성 분석을 위하여 연차적으로 발생하는 비용과 편익은 물가상승률에 따라 5%씩 증가하는 것으로 설정하였고 이를 다시 현재의 가치로 계산하기 위한 할인율은 4%를 적용하였다.

대상 데이터

연구대상은 A발전사 B화력본부로 설정하였는데 서울, 경기 수도권 지역의 약 20%를 공급하고 전국적으로는 약 10%의 전기를 생산하고 있는 대규모의 발전소로서 유연탄을 주원료로 하는 발전소이며 연간 소모되는 유연탄의 양은 2012년 기준 1,100만 톤이며, 800MWh급 2기와 870MWh급 2기로 총 3,340MWh의 규모에서 연간 2,700만 MWh의 전기를 생산하고 있다. B화력본부에서는 이미 녹색성장의 일환으로 태양광발전과 풍력발전용량을 확대해 가고 있는데 1MW급 태양광으로 연간 131만 4,000kWh의 전기를 생산해 내고 있으며, 이로 인해 약 2,440배럴의 유류를 대체화 할 수 있고 매년 1,000 톤가량의 이산화탄소 배출을 저감 시킨다(에너지관리공단 2008).

이론/모형

그리고 22MWh 풍력발전기를 설치하여 연간 4,200만 kWh를 생산하고 있으며, 연간 약 3,000 톤의 이산화탄소도 감축 시키는 효과를 나타내는 것으로 보고되었다(한국남동발전, 2012). 본 연구에서는 경제성 분석을 위하여 순현재가치법(Net Present Value: NPV) 과 비용편익비 (Benefit/Cost Ratio: BC) 두 가지 방법을 사용하여 분석하였다.

성능/효과

A발전 B화력본부에서 사용하는 유연탄의 10%를 신재생에너지별로 대체하여 발전을 한다는 가정에서 설치용량 및 비용 그리고 환경적 편익 등을 고려하여 경제성 분석을 한 결과 풍력발전이 가장 경제성이 우수한 것으로 나타났다. 풍력발전은 설비용량에 비해 많은 발전량을 얻을 수 있고 설치비용 또한 동일한 조건으로 비교하였을 경우 적은 비용이 드는 것으로 나타났다.
099이므로 투자 비용에 비해 발생하는 편익이 매우 낮아 경제성이 극히 낮은 것으로 판명되었다. BD 20을 적용할 경우의 세전 가격비용과 세후 가격비용으로 각각 나누어 경제성 분석을 하였는데 세후 가격을 적용한 BD 20의 경우는 더 경제성이 없는 것으로 나타났다(Table 8). 2030년까지 17년 동안 세 가지 경우에 대한 경제성 분석결과 순수바이오 디젤이 비용편익비가 0.
099로 낮아 아직까지는 경제성이 없는 것으로 나타났다. 본 연구에서 편익산정의 한계점이 있어 실제 적용 할 경우 본 연구과와는 다소 차이가 있을 수 있지만, 바이오디젤은 특히 국내에서 활성화되기 어렵다는 결과가 입증되었다. 그러나 유럽에서는 이미 충분한 시장이 개척되어 상용화가 되어 있는 점과 2015년 배출권거래제도가 국내에서 이행되는 것을 고려한다면 향후 편익분석을 재산정해야 될 것으로 판단된다.
Table 13 및 14는 태양광 발전및 풍력발전에 대한 경제성 분석결과이다. 태양광 발전에 비해 풍력발전의 경우 비용편익비나 순현재가치 결과 모두 높은 것으로 나타났는데 풍력발전의 경우 비용편익비가 1을 훨씬 더 많이 초과하는 52.7로 나타났다. 풍력발전 및 태양광의 비용 산정에 부지매입비를 고려하지 않았는데 만약 부지 매입비를 고려한다면 경제성은 낮게 평가 될 것이지만 부지단가에 대한 정보가 명확하지 않아 본 연구에서는 제외하였다.
태양광 발전은 설비용량에 비해 발전량이 낮은 편으로 동일한 조건으로 발전량을 맞추었을 때 설치비용은 풍력의 2조 8,500억 보다 13조 590억이 많은 16조 4,400억이 드는 것으로 산정되어 많은 비용투자가 이루어져야 하며, 투자 대비 수익성이 크지 않은 것으로 나타났다. 본 결과는 풍력발전의 발전된 기술과 동시에 풍력시장이 활성화되는 이유를 입증한다고 할 수 있다.
A발전 B화력본부에서 사용하는 유연탄의 10%를 신재생에너지별로 대체하여 발전을 한다는 가정에서 설치용량 및 비용 그리고 환경적 편익 등을 고려하여 경제성 분석을 한 결과 풍력발전이 가장 경제성이 우수한 것으로 나타났다. 풍력발전은 설비용량에 비해 많은 발전량을 얻을 수 있고 설치비용 또한 동일한 조건으로 비교하였을 경우 적은 비용이 드는 것으로 나타났다.

후속연구

24까지 확대되면서, 바이오디젤의 경제성은 급격히 떨어지고 있는 실정이다(안혜영, 2010). 그러나 RPS제도 도입으로 바이오연료를 대체연료로서 다시 고려해야 시점이라고 생각되며 다른 신재생에너지와 함께 경제성을 검토하고 지원육성 할 수 있도록 기반을 구축해야 할 것이다. RPS제도에 따라 신재생에너지 목표가 발전사들에게도 할당될 것이기에 본 연구에서는 국내 6개 발전사 중 1개 화력발전본부를 대상으로 RPS 의무공급량을 10%로 보급한다는 가정 하에 현재 발전량의 10%를 풍력, 태양광 및 바이오디젤 발전별로 대체할 경우 신재생에너지 대체에 따른 경제성 분석을 실시하였고 분석 결과에 따른 가장 적합한 신재생에너지 공급원을 제안하고자 한다.
본 연구에서 편익산정의 한계점이 있어 실제 적용 할 경우 본 연구과와는 다소 차이가 있을 수 있지만, 바이오디젤은 특히 국내에서 활성화되기 어렵다는 결과가 입증되었다. 그러나 유럽에서는 이미 충분한 시장이 개척되어 상용화가 되어 있는 점과 2015년 배출권거래제도가 국내에서 이행되는 것을 고려한다면 향후 편익분석을 재산정해야 될 것으로 판단된다. 현재 우리나라 시장에서는 재생에너지가 기술과 자본력 그리고 발전단가가 예전보다는 낮아졌다고는 할 수 있으나 아직 까지도 높은 편이기 때문에 재생에너지 시장이 활성화하기는 시기상조임을 알 수 있었다.
RPS제도에 따라 신재생에너지 목표가 발전사들에게도 할당될 것이기에 본 연구에서는 국내 6개 발전사 중 1개 화력발전본부를 대상으로 RPS 의무공급량을 10%로 보급한다는 가정 하에 현재 발전량의 10%를 풍력, 태양광 및 바이오디젤 발전별로 대체할 경우 신재생에너지 대체에 따른 경제성 분석을 실시하였고 분석 결과에 따른 가장 적합한 신재생에너지 공급원을 제안하고자 한다. 신재생에너지는 경제성문제로 적극적으로 추진되고 있지 않지만 기후변화 및 지구온난화 문제로 인한 화석연료 대체원으로 좋은 대안이며 친환경적인 에너지원이기 때문에 향후 지속적으로 개발 발전되어야 한다.
현재 우리나라 시장에서는 재생에너지가 기술과 자본력 그리고 발전단가가 예전보다는 낮아졌다고는 할 수 있으나 아직 까지도 높은 편이기 때문에 재생에너지 시장이 활성화하기는 시기상조임을 알 수 있었다. 현재 모든 발전을 신재생에너지로 대체 하려면 천문학적인 비용과 그에 상응하는 노력들이 필요하지만 향후 환경 문제의 해결을 위해 계획적으로 대체해 나가는 것이 옳을 것으로 판단된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	폐식용유를 바이오디젤 원료로 사용한다면 경제, 환경 측면에서 어떠한 효과를 기대할 수 있는가?	그동안 태양광 및 풍력의 경우는 청정개발체재사업을 통하여 국내 기술개발 보급이 활발히 이루어졌으나 신재생연료인 바이오디젤은 수송용 대체연료 보급정책으로 관심을 갖다가 생산단가 문제로 보급이 원활하지 않은 것이 현실이다 (에너지경제연구원 2009). 그럼에도 불구하고 수입대두유와 국내회수 폐식용유룰 바이오디젤 생산원료로 사용하고 있으며 폐식용유를 바이오디젤 원료로 사용한다면 매년 10만 톤의 원유수입절감과 22만 톤의 이산화탄소 배출저감이 가능할 것으로 보고되었다(경기개발연구원 2010). 페식용유 배출원은 생활계인 가정과 식당으로 구분되어지고 사업장의 경우는 식품제조업체로 구분되어진다.
	한국에너지기술연구원에선 신재생에너지를 어떻게 규정하였는가?	그리고2012년부터 지정된 전기 공급의무자는 총 공급량의 2%를 신재생에너지로 충당해야하며 2022년까지 10%로 늘리도록 의무화 되었다(삼성경제연구소 2011). 신재생에너지란 넓은 의미로 석유를 대체하는 에너지원을 일컬으며 좁은 의미로는 재생에너지 8개 분야 태양열, 태양광, 바이오매스, 풍력, 소수력, 지열, 해양에너지, 폐기물 에너지와 신에너지는 연료전지, 석탄액화가스, 수소에너지 3개 분야로 규정하였다(한국에너지기술연구원 2013). 그동안 태양광 및 풍력의 경우는 청정개발체재사업을 통하여 국내 기술개발 보급이 활발히 이루어졌으나 신재생연료인 바이오디젤은 수송용 대체연료 보급정책으로 관심을 갖다가 생산단가 문제로 보급이 원활하지 않은 것이 현실이다 (에너지경제연구원 2009).
	본 연구에서 '바이오디젤은 특히 국내에서 활성화되기 어렵다'는 결과를 낸 근거는 무엇인가?	본 결과는 풍력발전의 발전된 기술과 동시에 풍력시장이 활성화되는 이유를 입증한다고 할 수 있다. 그러나 바이오디젤의 경우 초기 투자비용의 고가로 순수 바이오디젤을 연료로 전환 하였을 때 B/C비율이 0.099로 낮아 아직까지는 경제성이 없는 것으로 나타났다. 본 연구에서 편익산정의 한계점이 있어 실제 적용 할 경우 본 연구과와는 다소 차이가 있을 수 있지만, 바이오디젤은 특히 국내에서 활성화되기 어렵다는 결과가 입증되었다.

참고문헌 (14)

기획재정부, 2013, 2012간추린 개정세법.
김정욱, 2007, 폐식용유의 활용방안, 한국학술정보.
김철안, 2010, 바이오디젤 현황 및 과제, (사)한국바이오디젤협회.
경기개발연구원, 2010, 경기개발연구원, "바이오디젤(폐식용유)을 활용한 차량연료 공급방안." Policy Brief, 41.
녹색성장위원회 2012. 부처별 온실가스 감축목표 관리제 도입방안 마련연구.
박대문, 2003, 산업별 대기오염물질 배출량 산정 및 그 변화량의 경제적 요인 분석 경기대학교 대학원 박사학위논문.
삼성경제연구소, 2012, 신재생에너지 공급의무화제도 도입 SERI 경제포커스, 344.
안혜영, 2010, 바이오디젤 시장 분석, 하나 산업정보, 34, 4월27일.
오형나, 2012, 더반회의, 기후변화에 대한 국제공조의 한계와 가능성 KDI FOCUS, 13.
에너지경제연구원, 2009, 바이오디젤보급정책의 경제성 및 환경성평가.
에너지경제연구원, 2010, 배출권거래제도와 신재생 에너지 공급의무화제도 연계방안연구.
에너지관리공단, 2008, 新.재생에너지 가이드 2008.
한국남동발전, 2012, 지속가능경영보고서.
환경정책평가연구원, 2007, 바이오연료의 환경경제성 분석 및 보급 확대 방안 연구.

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