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[국내논문] 영농형 태양광 발전 시스템 구축 및 활성화 방안 연구
Building an Agrophotovoltaic System and Suggesting Activation Plans

정보시스템연구 = The Journal of information systems, v.28 no.1, 2019년, pp.115 - 132  

조영혁 (한국남동발전(주)) ,  조석진 (한국남동발전(주)) ,  권혁수 (한국남동발전(주)) ,  유동희 (경상대학교 경영정보학과, 경영경제연구소)

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Purpose The purpose of this study is to explain the agrophotovolatic system built by the Korea South-East Power Company and to propose methods to activate the agrophotovolatic system for the development of the renewable energy industry. Design/methodology/approach We conducted a three-step simulatio...

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AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 연구에서는 한국남동발전(KOEN)에서 국내 최초로 구축한 계통연계형 영농형 태양광 발전 시스템의 실증 사례를 분석하고, 분석결과를 토대로 제도 개선 측면과 비즈니스 모델 개발 측면에서 영농형 태양광 발전 시스템의 활성화 방안을 제안하는 것을 목적으로 한다.
  • 최근까지 진행된 영농형 태양광 발전 시스템에 관한 연구들은 주로 농작물과 농지 종류의 다양성을 고려한 전용구조물 개발, 농업형 전용 모듈의 개발, 태양광 발전시스템의 하부 농작물의 생육분석 및 표준재배 기술의 개발, 그리고 ICT를 활용한 스마트 영농기술과 계통연계 사업화 방안 등을 중심으로 이루어지고 있다. 본 절에서는 이와 관련된 국내외 주요 사례들을 살펴보고자 한다.
  • 프로젝트는 4단계로 구성되며, 1단계에서 850kW, 2단계에서 49MW, 3단계에서 377MW, 4단계에서 294MW를 획득하는 것을 목표로 하고 있다. 이 프로젝트를 통해 태양에너지와 농작물 산출량을 위한 최적의 태양광 분할사용 기술을 찾고자 하는 것이 목적이며, 수수, 상추, 시금치, 당근, 무, 감자, 콩, 겨자 등 다양한 농작물에 대한 연구를 진행할 계획에 있다.
  • 일반적으로 현실 세계에 존재하는 실제 시스템을 단순화하여 모형으로 표현하고 그 성능을 평가하기 위해서는 시뮬레이션 기법이 활용된다(조다설, 김준우, 2018). 본 연구에서는 시뮬레이션을 통해 태양광 모듈 배치 계획을 수립하고자 하며, 태양광 발전에 영향을 주는 요소인 모듈의 크기, 모듈의 깔기 형태, 모듈의 배치 수량 관점에서 시뮬레이션을 실시하고자 한다.
  • 이때 태양광 어레이에 관한 설치 형태도 함께 검토하였다. 태양광 어레이란 태양광 모듈의 묶음을 말하는데, 본 연구에서는 발전 효율, 경제성, 음영에 의한 농작물의 영향을 고려하여 태양광 어레이의 형태를 가변 고정식으로 결정하였다.
  • 그러나 하부 농지에서 생산된 농작물의 품질에 현저한 열화가 발생하거나 하부 농지의 단수가 같은 해 지역의 평균 단수와 비교하여 20%이상 감소하는 경우에는 허가가 취소된다. 따라서 본 연구에서도 이 지침을 준용하여 수확량을 비교 부지 대비 80%이상을 유지하는 것을 목표로 하였다.
  • 향후 영농형 태양광 발전 산업의 활성화를 위해서는 다양한 법규 개정과 새로운 제도적 장치들이 마련되어야 한다. 본 절에서는 농지관련 법규 개정과 공급인증서 제도 도입 측면에서 제도 개선 방안들을 언급하고자 한다.
  • 본 절에서는 농민이 보유한 토지의 사용권을 근거로 부지임대 또는 현물출자 등과 같이 직간접적으로 사업에 참여할 수 있는 비즈니스 모델을 제안하고, 각 비즈니스 모델에 대한 경제성 평가와 민감도 분석을 실시한 결과를 보여주고자 한다.
  • 본 연구에서는 한국남동발전에서 구축한 영농형 태양광 발전 시스템의 실증 사례를 분석 하였다. 시뮬레이션을 통해 태양광 모듈이 설계되는 과정을 보여주었고, 설계된 태양광 모듈에따라 실제 영농형 태양광 발전 시스템이 구축되는 과정도 설명하였다.
  • 또한 설치된 영농형 태양광 발전 시스템의 월별 발전량과 태양광 모듈 하부의 농지에서 생산된 벼의 수확량을 분석하였고 그 결과 계획하였던 발전과 영농의 실증 목표를 모두 달성한 것을 확인할 수 있었다. 다음으로 국내에서 이러한 영농형 태양광 발전 산업을 활성화시키기 위하여 제도적 차원에서 농지관련 법규 개정 방안과 REC 제도 개선 방안을 제시하였다. 또한 농민과 사업자의 참여를 증대시키기 위한 새로운 비즈니스 모델로 부지임대형 모델과 농민참여형 모델을 제안하였고, 각 모델에 대한 경제성 평가와 민감도 분석을 실시하였다.

가설 설정

  • 한국남동발전은 2017년 3월부터 현재까지 경남 고성군 하이면 덕호리에 위치한 농지 2천 평을 대상으로 영농형 태양광 발전 시스템에 관한 구축 사업을 진행하고 있다. 본 사업의 경우 국내 최초로 영농형 태양광 발전설비를 계통에 연계하는 사례이기 때문에, 영농형 태양광의 실증 목표를 일반 태양광의 발전량 이상을 확보하는 것으로 설정하였다. 일반적으로 태양광 모듈의 규격과 배치는 태양광의 발전량에 많은 영향을 준다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
부지임대형 모델이란 무엇인가? 부지임대형 모델은 <그림 8>과 같이 발전회사가 사업개발, 설계조달시공(engineering procurement construction: EPC), 운영 및 전력 거래, 유지보수 등의 대부분 사업영역을 직접 운영하고, 농민(토지주)은 보유한 토지의 사용 권을 제공하여 임대료를 수수하는 모델이다. 이비즈니스 모델에는 전반적으로 농민참여를 유인하기 위한 적정 임대료 산정의 어려움, 조합과의 계약시 토지주 개인과 조합간의 이익 배분문제, 농지의 경관 문제 등이 존재한다.
농민참여형 모델의 장점,그리고 해결해야 하는 문제는 무엇인가? 농민참여형 모델은 <그림 9>와 같이 농민이 함께 투자할 수 있도록 특수목적회사(special purpose company: SPC)를 설립하고, 발전회사는 영농형 태양광 발전의 사업자로서 사업개발, 운영 및 전력거래, 유지 보수 등을 수행하고, 농민(토지주)은 토지의 현물출자(농지공중점유 권)를 통한 배당으로 수입을 확보하는 비즈니스 모델이다. 이 비즈니스 모델은 농민(토지주)은 고정적인 임대 수익이 없어지고 사업 위험을 분담해야 하지만 부지의 공중사용권을 제공 하여 직접 사업운영을 통한 잉여수익의 확보가 가능하여 부지임대형 모델 대비 높은 수익의 창출을 기대할 수 있다. 그러나 향후 사업을 계속하기 위해 수확량을 80% 이상 생산해야하는 노력도 필요하다. 그리고 발전회사 및 기타 투자자는 주주의 다양한 이해관계가 존재하지만, 농민참여로 인해 저리의 정책자금 차입이 가능하고 사업 중단의 위험을 줄일 수 있는 장점이 있다.
영농형 태양광 발전 시스템이 갖는 이점은? , 2011). 영농형 태양광 발전 시스템은 농작물 재배와 태양광 발전을 통한 재생에너지 전환 기능을 동시에 할 수 있어 안정적인 농가 수입을 보장해 줌과 동시에 하나의 부지를 두 가지의 용도로 사용함으로써 토지의 이용 효율도 높일 수 있다. 국내 농경지는 전국토의 18.
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참고문헌 (23)

  1. 국가통계포털, 경지이용면적 및 경지이용률, 2017, Available: http://kosis.kr/. 

  2. 김지용, 송재준, 이지은, "태양광발전소의 입지에 따른 환경문제 해결방안," 한국환경기술학회지, 제12권, 제2호, 2011, pp. 141-147. 

  3. 김진현, 정성진, 김태욱, 김현태, 최준학, 하유신, "비표준형 돈사의 지붕을 활용한 태양에너지 설비에 관한 연구," 농업생명과학연구, 제49권, 제2호, 2015, pp. 145-152. 

  4. 법제처, 농지법, 법률 제14985호, 2018. 

  5. 법제처, 농지법 시행령, 대통령령 제29421호, 2019. 

  6. 산업통상자원부, 재생에너지 3020 이행계획(안), 2017. 12. 

  7. 이상훈, "한국에서 재생에너지 확대를 위한 정책적 과제," 환경법과 정책, 제12권, 2014, pp. 63-82. 

  8. 이인주, 주진철, 이창신, 김가영, 우도영, 김재학, "수상 회전식 태양광 발전시설 설치에 따른 농업용 저수지의 수질변화 평가," 대한환경공학회지, 제39권, 제5호, 2017, pp. 255-264. 

  9. 일본농림수산성, 영농형 태양광 발전설비 등에 대한 농지 전용 허가제도, 2013, Available: http://www.maff.go.jp/j/press/nousin/noukei/pdf/130401-01.pdf. 

  10. 임명성, 정태석, 문용은, "비즈니스 모델을 기반으로 서비스 시스템 모델 개발에 관한 연구," 정보시스템연구, 제19권, 제4호, 2010, pp. 1-24. 

  11. 임철현, 김근호, 이석호, 남재우, 장영섭, 이상록, "국내외 영농형 태양광 발전 시스템 추진동향 및 가치사슬 분석," 태양에너지, 제16권, 제2호, 2018, pp. 31-38. 

  12. 조다설, 김준우, "3D 팩토리 시뮬레이션 기술의 특징과 응용 분야에 대한 고찰," 정보시스템연구, 제27권, 제4호, 2018, pp. 35-70. 

  13. 조영혁, 백승엽, 최원용, 정대율, "분산 재생에너지의 효율적 활용을 위한 가상발전소(VPP) 플랫폼 개발에 관한 연구," 정보시스템연구, 제27권, 제2호, 2018, pp. 95-114. 

  14. 중앙일보, "영월태양광발전소 준공...개방의 날 행사," 홍춘봉 기고, 2013. 12. 27, Available: https://news.joins.com/article/13502944. 

  15. 최승국, 최근희, "에너지전환을 위한 태양광발전 활성화 방안 연구: 서울시를 중심으로," 도시행정학보, 제29집, 제3호, 2016, pp. 275-295. 

  16. 한국수력원자력, 한국수력원자력 지속가능경영보고서 2018, 2018. 

  17. 함태성, "재생에너지 산업의 전망과 법적 과제," 법제연구, 제51호, 2016, pp. 283-320. 

  18. Breyer, C., and Gerlach, A., "Global overview on grid-parity," Progress in photovoltaics: Research and Applications, Vol. 21, No. 1, 2013, pp. 121-136. 

  19. Dupraz, C., Marrou, H., Talbot, G., Dufour, L., Nogier, A., and Ferard, Y., "Combining solar photovoltaic panels and food crops for optimising land use: Towards new agrivoltaic schemes," Renewable Energy, Vol. 36, No. 10, 2011, pp. 2725-2732. 

  20. Ho, M., Japanese Farmers Producing Crops and Solar Energy Simultaneously, 2013, Available: https://permaculturenews.org/2013/10/16/japanese-farmers-producing-crops-solar-energy-simultaneously/. 

  21. Liu, W., Liu, L., Guan, C., Zhang, F., Li, M., Lv, H., Yao, P., and Ingenhoff, J., "A novel agricultural photovoltaic system based on solar spectrum separation," Solar Energy, Vol. 162, 2018, pp. 84-94, 

  22. Marucci, A., Zambon, I., Colantoni, A., and Monarca, D., "A combination of agricultural and energy purposes: Evaluation of a prototype of photovoltaic greenhouse tunnel," Renewable and Sustainable Energy Reviews, Vol. 82, Part 1, 2018, pp. 1178-1186. 

  23. Xue, J., "Photovoltaic agriculture - New opportunity for photovoltaic applications in China," Renewable and Sustainable Energy Reviews, Vol. 73, 2017, pp. 1-9. 

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