[논문]실물옵션을 활용한 새만금 수상태양광 투자사업의 수익성 분석

김경석

doi:10.6106/kjcem.2021.22.1.090

실물옵션을 활용한 새만금 수상태양광 투자사업의 수익성 분석
Real Options Analysis for the Investment of Floating Photovoltaic Project in Saemangeum 원문보기

한국건설관리학회논문집 = Korean journal of construction engineering and management, v.22 no.1, 2021년, pp.90 - 97

김경석 (원광대학교 토목환경공학과)

초록
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새만금개발은 1987년부터 30년간 정부가 농업, 경제와 관광지역으로 추진하고 있는 우리나라에서 가장 규모가 큰 국책사업이다. 우리나라는 원자력과 화력에 의존하던 전력원을 탄소저감을 위해서 친환경으로 전환하기 위해서 민관사업으로 우리나라 최대규모인 4.6조원을 투자하여 2.1GW의 수상태양광발전 프로젝트를 추진하고 있다. 새만금 수상태양광 프로젝트가 성공하려면 경제적 타당성을 확인해야 한다. 본 연구는 수상태양광사업의 변동성 요소들(건설비용, 전기판매가격, 발전량과 유지관리비용)을 정의하고, 20년간 운영하는 동안 수익의 변동성을 분석하였다. 불확실성으로 수익이 악화가 예상될 때 포기할 수 있는 권리를 가지는 포기옵션을 적용하여 프로젝트의 옵션가치를 구했다. NPV분석에 의하면 투자가 어려운 프로젝트가 옵션분석에 의하여 경제성을 확보할 수 있음을 확인하였다. 본 연구는 투자사업의 의사결정권자가 실물옵션분석방법을 활용하여 수상태양광프로젝트의 경제성분석에 불확실성을 고려할 수 있도록 도와줄 것으로 기대된다.

Abstract ▼ AI-Helper

Saemangeum Development is the largest national project in South Korea, which has been developed for an agricultural, economic and tourist area for 30 years from 1987. In order to convert power sources that used to depend on nuclear and thermal power to eco-friendly for carbon reduction, the government plans to construct a 2.1GW floating photovoltaic project by investing 4.6 trillion won, as a public-private project. For success of the Saemangeum floating photovoltaic project, economic feasibility should be checked. This study defined the factors (construction cost, electricity selling price, power generation and maintenance cost) that give a effect to the volatility of the floating photovoltaic payoffs, and analyzed the volatility of payoffs during 20 years operation period. NPV and option value of the project were calculated by applying an option to abandon. According to NPV analysis, it is determined that projects are difficult to invest. But this project has economic feasibility through real options analysis. This study is expected to help decision-makers in the economic analysis of floating photovoltaic projects by using the real options analysis.

주제어

표/그림 (7)

그림 Fig. 1. Power Generation Capacity by Fuel Source in the South Korea (unit : GW) (MOTIE, 2019)
그림 Fig. 2. Project Location
표 Table 1. Project Descriptions of Floating Solar Power in Saemangeum
표 Table 2. Historical Electricity Selling Price
표 Table 3. Detail of Project Cash flow (*Unit : 100,000,000 Won)
그림 Fig. 3. Cash flow of the Project
그림 Fig. 4. Binomial Tree of Option Value for Floating Saemangeum

AI 본문요약
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문제 정의

전통적인 경제성분석방법인 순 현재가치(Net Present Value; NPV)기법의 산정은 Eq. (2) 과같이 경제성평가를 수행할 프로젝트기간 동안의 이자율을 고려한 총수익에서 총비용을 차감하여 수익성을 검토한다. NPV값이 음의 수가 나오면 경제적 타당성이 없으며, 양수 즉, 0보다 큰 경우 경제적 타당성이 있다고 판단하며, NPV 값이 상대적으로 큰 값이 나올수록 수익성이 좋다.
따라서 대규모 투자가 필요한 수상 태양광발전사업이 가능할 수 있게 되었다. 또한 발전수익을 통해서 새만금지역의 다른 개발을 촉진하고자 한다. 셋째, 태양광은 어디든지 쉽게 설치가 가능하지만, 대규모 태양광발전소를 설치함으로 발생할 수 있는 지역주민의 민원이 주거지역과는 먼 해상에 설치가 가능함으로서 지역주민의 불만을 낮출 수가 있다.
본 연구는 새만금사업 중 수상태양광사업의 사업 타당성을 경제적 측면에서 검토함에 있어서 수상태양광사업의 매출에 영향을 주는 중요한 요소를 정의하고 변동성을 분석하여 유사한 사업을 추진하고자 하는 의사결정자들에게 투자결정에 있어서 도움을 주고자 한다. 또한 수상태양광발전사업을 추진하고자 하는 중앙정부나 지방정부에게 정책을 입안하는데 가이드라인을 제시하고자 한다.
하지만 지상태양광 발전프로젝트와는 다르게 해상태양광의 특성을 고려하여 좀 더 세밀한 분석이 필요하다. 본 연구는 새만금사업 중 수상태양광사업의 사업 타당성을 경제적 측면에서 검토함에 있어서 수상태양광사업의 매출에 영향을 주는 중요한 요소를 정의하고 변동성을 분석하여 유사한 사업을 추진하고자 하는 의사결정자들에게 투자결정에 있어서 도움을 주고자 한다. 또한 수상태양광발전사업을 추진하고자 하는 중앙정부나 지방정부에게 정책을 입안하는데 가이드라인을 제시하고자 한다.
본 연구는 우리나라 역사상 가장 큰 규모인 4.6조원을 투자하여 2.1GW 시설용량의 새만금 수상 태양광 프로젝트를 추진하는 사업에 대한 경제성을 평가하였다. 20년 동안 운영하는 동안 프로젝트 매출 수익의 변동성을 계산하고, 실물옵션 기반 경제성분석 방법을 제시하였다.
하지만 본 연구는 수상 태양광발전사업의 환경적 문제점 보다는 경제성 측면에서 분석하고 투자의 착안점을 찾고자 한다. 수상 태양광발전사업을 본격으로 추진한지 얼마 되지 않은 우리나라의 전력시장을 고려하여 수상태양광사업의 변동성을 분석하여 투자분석을 하고자 한다.
원자력과 화력에 의존하던 우리나라 전력원을 탄소저감을 위한 친환경으로 전환해야 하는 상황이다. 이를 위해서 신재생에너지원 중 하나인 태양광발전소를 크게 만들고 새만금 지역에 관련 사업을 육성하고자 한다(SDIA, 2020). 둘째, 수상태양광의 경우 지상 태양광보다 높은 전기판매가격을 받을 수 있어, 수익성을 확보할 수 있다.
수상태양광발전사업의 역사가 오래 되지 않았기 때문에 이러한 환경과 안전성 문제에 대해 많은 연구가 진행되어야 한다. 하지만 본 연구는 수상 태양광발전사업의 환경적 문제점 보다는 경제성 측면에서 분석하고 투자의 착안점을 찾고자 한다. 수상 태양광발전사업을 본격으로 추진한지 얼마 되지 않은 우리나라의 전력시장을 고려하여 수상태양광사업의 변동성을 분석하여 투자분석을 하고자 한다.

가설 설정

(4)를 활용하여 옵션값(포기옵션가치)을 계산하였다. 만약 포기하게 되면 수상태양광발전소으로 부터의 수익은 없다고 가정하였다. 물론 실제로는 기설치 된 시설물을 팔거나 사업을 양도하여 수익을 얻을 수도 있지만 본 연구에서는 고려하지 않았다.
본 연구의 프로젝트 개요는 에 설명되었으며, 아직 정해지지 않은 일부 내용은 분석을 위해서 가정하였다.
그간 여러 연구로 검증된 옵션분석기법 공식들과 이항격자모형을 본 프로젝트 사례에 적용하여 경제성분석을 실시하였다. 분석에 필요한 일사량, 태양광 발전으로 인한 전기판매금액의 구성요소인 SMP, REC 와 인플레이션 등의 재무적 자료들은 과거 실제자료를 기반으로 가정하여 사용하였으며, 유지관리비용, 할인율, 무위험이 자율과 발전효율 등 관련 자료들은 태양광 사례연구들을 참고로 하여 가정하였다. 설치 예정인 2.
새만금 수상태양광사업에 적용한 물가상승률(3.4%), 할인율(10%), 무위험이자율(5%), 매년 필요한 운영 및 정비비용(매출액의 1.5%)은 과 같이 가정을 하였다.
그러나 일조시간 내내 태양광발전을 할 수 있지는 않으며, 그늘, 먼지, 구름, 눈, 비의 기후적인 영향과 환경오염, 태양광발전시설의 효율 등에 의해서 발전할 수 있는 시간은 줄어든다. 새만금의 수상태양광의 경우 종합효율계수 0.7을 적용하여 4.33시간을 일조시간으로 가정하였으며, 발전량 계산과정의 설비 및 기계적인 효율은 0.75로 가정하였다. 수상 태양광에서 생산된 전력은 한국전력거래소를 통해서 판매를 하게 된다.
무위험이자율은 1997 년부터 2018년까지 우리나라 국고채3년물의 평균값 5%를 적용하였다. 신재생에너지 발전의 운영 및 정비비용은 태양광발전의 경우 1% 유지관리비용을 적용하나(Kang et al., 2017), 본 사례연구의 경우 해상에서 정비작업이 이뤄짐을감안하여 연간 매출액의 1.5%로 가정하였다. 전기판매가격 SMP와 REC는 한국전력거래소 자료의 2012년부터 2019년까지 자료<Table 2>의 평균값을 구해서 적용했으며, REC는신재생에너지발전사업을 양성하고자 정부에서 한시적으로 지원하는 보조금의 성격이다.
프로젝트 기간은 새만금개발청이 계획하고 있는 설계 및 건설 기간 5년이다. 운영기간은 통상적으로 태양광모듈의 수명인 20년으로 태양광발전설비의 운영기간을 20년으로 가정하였다(Kang et al., 2017).
정부는 신재생에너지 공급의무할당제도를 통해 정부의 의지대로 많은 신재생에너지 시설들이 설치되고 있다. 이에 따라 곧 신재생에너지발전단가와 화석연료발전단가가 같아지는 시기가 도래하면 정부의 REC제도가 폐지가 예상됨에 따라 REC는 10년간만 지급받는 것으로 가정하였다. 과거에도 신재생에너지 발전설비로 생산한 전력을 정부가 고정된 가격으로 구입해주는 제도인 발전차액제도(Feed-in Tariff; FIT)를 재정부담으로 2011년 폐지한 경우가 있다.
본 연구의 프로젝트 개요는 <Table 1>에 설명되었으며, 아직 정해지지 않은 일부 내용은 분석을 위해서 가정하였다. 투자금액(4조 6천억원)은 5년간 균등하게 매년 0.92조씩 투자하는 것으로 가정하였다.
1GW의 시설용량을 기반으로 모의된 현금흐름을 활용하여 전통적인 경제성 분석 방법인 NPV값 계산하고, 발전사업 수익의 변동성을 산정하였다. 투자기간 5년을 포기할 수 있는 옵션권리를 가지는 있는 기간으로 가정하고, 포기옵션을 적용하여 프로젝트의 옵션 가치를 계산하였다. 본 프로젝트는 옵션가치 분석결과 경제성을 확보하고 있음을 확인하였다.
8%를 적용한다(Cho & Lee, 2018). 하지만, 수상태양광의 성능감소율이 육상보다는 적다는 Park et al. (2019)연구가 있음을 고려하여 0.5%로 가정하였다. 프로젝트 기간은 새만금개발청이 계획하고 있는 설계 및 건설 기간 5년이다.

제안 방법

1GW 시설용량의 새만금 수상 태양광 프로젝트를 추진하는 사업에 대한 경제성을 평가하였다. 20년 동안 운영하는 동안 프로젝트 매출 수익의 변동성을 계산하고, 실물옵션 기반 경제성분석 방법을 제시하였다. 국내외의 여러 연구를 통해서 새만금 수상태양광프로젝트와 실물옵션기법에 대한 이론을 알아보았다.
20년 동안 운영하는 동안 프로젝트 매출 수익의 변동성을 계산하고, 실물옵션 기반 경제성분석 방법을 제시하였다. 국내외의 여러 연구를 통해서 새만금 수상태양광프로젝트와 실물옵션기법에 대한 이론을 알아보았다. 그간 여러 연구로 검증된 옵션분석기법 공식들과 이항격자모형을 본 프로젝트 사례에 적용하여 경제성분석을 실시하였다.
분석에 필요한 일사량, 태양광 발전으로 인한 전기판매금액의 구성요소인 SMP, REC 와 인플레이션 등의 재무적 자료들은 과거 실제자료를 기반으로 가정하여 사용하였으며, 유지관리비용, 할인율, 무위험이 자율과 발전효율 등 관련 자료들은 태양광 사례연구들을 참고로 하여 가정하였다. 설치 예정인 2.1GW의 시설용량을 기반으로 모의된 현금흐름을 활용하여 전통적인 경제성 분석 방법인 NPV값 계산하고, 발전사업 수익의 변동성을 산정하였다. 투자기간 5년을 포기할 수 있는 옵션권리를 가지는 있는 기간으로 가정하고, 포기옵션을 적용하여 프로젝트의 옵션 가치를 계산하였다.
더 세밀하고 정확한 기상정보의 확보를 통해서 불확실성을 해결할 수 있는 연구가 필요하며, 이것은 경제적 타당성 판단의 정확도를 더 높일 수 있을 것으로 기대된다. 셋째, 옵션기반의 경제성분석은 경영적 유연성을 활용한 것으로 본 연구는 포기옵션만을 적용하였다. 본 프로젝트에는 연기옵션, 복합옵션 등 다양한 옵션을 적용이 가능하므로 각 옵션의 장단점을 비교해서 수익을 극대화할 수 있는 연구가 필요하다.
3>은 연간발전량, 판매단가에 의한 매출액 항목, 그리고 유지관리비와 건설비에 의한 지출액 항목을 구하였으며, 매년의 순현금흐름을 구했다.
하지만 동일한 프로젝트를 실물옵션분석기법을 적용하고 주요 요소들의 변동성을 고려할 경우의 프로젝트 수익성을 계산하여 결과를 전통적인 분석방법과 비교해보았다.

대상 데이터

5%로 가정하였다. 프로젝트 기간은 새만금개발청이 계획하고 있는 설계 및 건설 기간 5년이다. 운영기간은 통상적으로 태양광모듈의 수명인 20년으로 태양광발전설비의 운영기간을 20년으로 가정하였다(Kang et al.

데이터처리

국내외의 여러 연구를 통해서 새만금 수상태양광프로젝트와 실물옵션기법에 대한 이론을 알아보았다. 그간 여러 연구로 검증된 옵션분석기법 공식들과 이항격자모형을 본 프로젝트 사례에 적용하여 경제성분석을 실시하였다. 분석에 필요한 일사량, 태양광 발전으로 인한 전기판매금액의 구성요소인 SMP, REC 와 인플레이션 등의 재무적 자료들은 과거 실제자료를 기반으로 가정하여 사용하였으며, 유지관리비용, 할인율, 무위험이 자율과 발전효율 등 관련 자료들은 태양광 사례연구들을 참고로 하여 가정하였다.

이론/모형

5%)은 <Table 1>과 같이 가정을 하였다. 물가 상승률은 최근 30년 동안의 물가상승률 자료의 평균값을 적용하였다(World Bank, 2020). 할인율과 무위험이 자율은 투자사업의 경제적 타당성분석을 하는 프로젝트기간 동안의 발생하는 미래가치를 현재가치로 환산하여 투자하지 않고 안전자산에 투자한 것과 비교하기 위해서 가정된 값이다.
실물옵션의 가치를 구하는 방법은 여러가지 있으나 본연구는 Kodulula and Papudesu (2016)가 제시한 이항 격자모형(Binomial lattice model)을 사용하고자 한다. 이항 격자모형은 옵션적용시점을 시각화할 수 있고, 다른 방법보다 계산 방법이 단순하다.

성능/효과

본 프로젝트는 옵션가치 분석결과 경제성을 확보하고 있음을 확인하였다. NPV가 음수로서 투자하기 어려운 프로젝트였으나, 포기옵션이라는 경영적 유연성을 적용한 경제성분석을 수행한 결과, 경제적 타당성을 확보할 수가 있었다. 따라서 본 연구는 옵션가치분석을 통해서 대규모 투자가 수반되는 새만금 수상태양광프로젝트의 수익성을 더 증가시킴을 확인했다.
이를 위해서 신재생에너지원 중 하나인 태양광발전소를 크게 만들고 새만금 지역에 관련 사업을 육성하고자 한다(SDIA, 2020). 둘째, 수상태양광의 경우 지상 태양광보다 높은 전기판매가격을 받을 수 있어, 수익성을 확보할 수 있다. 따라서 대규모 투자가 필요한 수상 태양광발전사업이 가능할 수 있게 되었다.
본 연구는 과거자료에 근거한 고정된 값을 사용하여 사업기간 25년간의 변동성을 고려하지 못하였다. 둘째, 최근의 기후변화로 인하여 향후의 일조시 간과 일사량의 변화로 수상태양광 발전량의 불확실성을 커질 것으로 예상된다. 미래기상정보의 정확도가 수상 태양광발전사업의 경제성을 예측하는 중요한 요소가 될 수 있다.
NPV가 음수로서 투자하기 어려운 프로젝트였으나, 포기옵션이라는 경영적 유연성을 적용한 경제성분석을 수행한 결과, 경제적 타당성을 확보할 수가 있었다. 따라서 본 연구는 옵션가치분석을 통해서 대규모 투자가 수반되는 새만금 수상태양광프로젝트의 수익성을 더 증가시킴을 확인했다.
투자기간 5년을 포기할 수 있는 옵션권리를 가지는 있는 기간으로 가정하고, 포기옵션을 적용하여 프로젝트의 옵션 가치를 계산하였다. 본 프로젝트는 옵션가치 분석결과 경제성을 확보하고 있음을 확인하였다. NPV가 음수로서 투자하기 어려운 프로젝트였으나, 포기옵션이라는 경영적 유연성을 적용한 경제성분석을 수행한 결과, 경제적 타당성을 확보할 수가 있었다.
또한 발전수익을 통해서 새만금지역의 다른 개발을 촉진하고자 한다. 셋째, 태양광은 어디든지 쉽게 설치가 가능하지만, 대규모 태양광발전소를 설치함으로 발생할 수 있는 지역주민의 민원이 주거지역과는 먼 해상에 설치가 가능함으로서 지역주민의 불만을 낮출 수가 있다.
NPV가 음수로 나와 경제적 타당성이 없는 새만금 수상태양광프로젝트를 실물옵션분석으로 평가하면 프로젝트의 가치가 상승하여 수익성을 확보할 수가 있었다. 즉, 포기옵션이라는 경영상 유연성을 적용한다면 이 프로젝트의 경제성을 크게 향상 시킬 수 있다는 것을 새만금수상태양광프로젝트의 경우에서 확인하였다.
첫째, 경제적 분석에 가장 중요한 재무적 요소가 투자비, 유지관리비용, 할인율, 무위험이자율, 그리고 물가 상승률이다. 이들 값을 어떤 기준으로 결정하느냐에 따라서 다른 결과가 나올 수 있다.
본 연구는 두 가지의 학문적 가치를 갖는다. 첫째, 수상 태양광발전프로젝트에 대해서 투자하려는 의사결정권자는 본연구에서 제시된 실물옵션분석방법을 활용하여 대규모 프로젝트의 경제성분석에 발전량, 전기판매요금, 운영 및 정비비용, 그리고 투자비용 증감 등의 변동성 요소들을 고려할 수 있다. 둘째, 수상태양광발전 프로젝트의 경제성을 분석할 때 수익에 크게 영향을 주는 주요 요소들을 선정, 정의하고, 각 요소들의 데이터의 근거를 제시하여 향후 유사한 연구에 활용 가능하도록 방법을 제시하였다.

후속연구

미래기상정보의 정확도가 수상 태양광발전사업의 경제성을 예측하는 중요한 요소가 될 수 있다. 더 세밀하고 정확한 기상정보의 확보를 통해서 불확실성을 해결할 수 있는 연구가 필요하며, 이것은 경제적 타당성 판단의 정확도를 더 높일 수 있을 것으로 기대된다. 셋째, 옵션기반의 경제성분석은 경영적 유연성을 활용한 것으로 본 연구는 포기옵션만을 적용하였다.
첫째, 수상 태양광발전프로젝트에 대해서 투자하려는 의사결정권자는 본연구에서 제시된 실물옵션분석방법을 활용하여 대규모 프로젝트의 경제성분석에 발전량, 전기판매요금, 운영 및 정비비용, 그리고 투자비용 증감 등의 변동성 요소들을 고려할 수 있다. 둘째, 수상태양광발전 프로젝트의 경제성을 분석할 때 수익에 크게 영향을 주는 주요 요소들을 선정, 정의하고, 각 요소들의 데이터의 근거를 제시하여 향후 유사한 연구에 활용 가능하도록 방법을 제시하였다.
이들 값을 어떤 기준으로 결정하느냐에 따라서 다른 결과가 나올 수 있다. 본 연구는 과거자료에 근거한 고정된 값을 사용하여 사업기간 25년간의 변동성을 고려하지 못하였다. 둘째, 최근의 기후변화로 인하여 향후의 일조시 간과 일사량의 변화로 수상태양광 발전량의 불확실성을 커질 것으로 예상된다.
불확실성이 해소될 때 투자하는 연기옵션(Option to Wait), 불확실성으로 미래수익이 적자가 예상될 때 시행하는 포기옵션(Option to Abandon), 원하는 시기에 프로젝트를 확장할 수 있는 확장옵션(Option to Expand), 단계별로 진화하는 프로젝트에 적용 가능한 복합옵션(Compound Option), 성격이 다른 두 가지 이상의 변동성을 동시에 적용 가능한 레인보우옵션(Rainbow Option)과, 시간에 따라 다른 변동성을 적용할 수 있는 변동성변화옵션(Option with Changing Volatility) 등이 실물옵션분석방법에 흔히 쓰이는 옵션이다. 본 연구는 새만금수상태양광프로젝트에 포기옵션을 적용하여 경제적 타당성이 없을 시 프로젝트를 포기하는 옵션을 적용하는 실물옵션기반 경제성분석을 적용할 예정이다.
셋째, 옵션기반의 경제성분석은 경영적 유연성을 활용한 것으로 본 연구는 포기옵션만을 적용하였다. 본 프로젝트에는 연기옵션, 복합옵션 등 다양한 옵션을 적용이 가능하므로 각 옵션의 장단점을 비교해서 수익을 극대화할 수 있는 연구가 필요하다.
많은 연구에서 태양광발전사업은 건설비용, 전기판매가격, 유지관리비, 그리고 발전량 등에 의해서 수익성에 영향을 받는 것으로 증명되었다. 하지만 지상태양광 발전프로젝트와는 다르게 해상태양광의 특성을 고려하여 좀 더 세밀한 분석이 필요하다. 본 연구는 새만금사업 중 수상태양광사업의 사업 타당성을 경제적 측면에서 검토함에 있어서 수상태양광사업의 매출에 영향을 주는 중요한 요소를 정의하고 변동성을 분석하여 유사한 사업을 추진하고자 하는 의사결정자들에게 투자결정에 있어서 도움을 주고자 한다.

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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