양자 간 거버넌스를 적용한 도서 지역 MG 사업모델의 경제적, 사회적 편익에 관한 연구 : 수요자의 태양광 에너지 공동체를 중심으로|RISS 상세보기

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

The purpose of this study is to develop a business model that efficiently converts diesel power generation systems to renewable energy microgrids (MG) in large-scale islands. Most of the previous studies on the conversion of renewable energy MG in islands had limitations dealing with efficiency from the perspective of suppliers.
However, the microgrid has the characteristic of getting benefits through the interaction between the consumer and the supplier. In addition, the efficient MG business model from the perspective of new institutional economics is a structure with bilateral governance in which consumers and suppliers jointly participate.
Therefore, this study assumed that the MG business model in which the supplier’s MG and the consumer’s community solar participated would benefit all participants, and verified the assumptions using domestic island data.
In terms of supplier investment, the cost of power supply (LCOE) of assumed model was calculated to be 14.0% lower than that of the diesel model and 3.7% lower than that of the supplier-only MG model. From the perspective of consumer investment, electricity bills are expected to be reduced by more than 200,000 won per household per year through self-generation of solar power.
Social benefits are expected to reduce external environmental costs. The CO2 emissions of the assumed model were calculated to be 39.5% lower than the diesel model and 1.5% lower than the supplier-only MG model.
Therefore, the MG business model with consumer participation proposed in this study is expected to be an efficient alternative to renewable energy MG conversion in domestic islands, and is meaningful as an energy plan that improves the benefits of local residents.

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국문 초록 (Abstract)

도서 지역의 전력설비 건설과 에너지 공급은 매우 복잡한 문제이다. 내륙과 연결되지 않은 지리적 여건과 기술적 타당성을 고려하여 현대 생활의 필수재인 전기를 도서 지역 주민이 안정적으로 사용할 수 있도록 에너지를 공급해야 하기 때문이다.
이때 직면한 가장 큰 문제는 내륙지역과 떨어진 도서 지역을 연결하는 전력설비 건설에 필요한 매우 높은 비용이다. 이 비용 문제로 인하여 대부분의 도서 지역은 육지 연계 전력설비 건설보다 상대적으로 초기 투자비용이 낮은 중유 기반 디젤발전기를 해당 도서에 설치하고 전력을 공급하여 많은 오염물질을 배출하며 환경에 악영향을 끼치고 있다.
최근에는 전 세계적으로 많은 연구에서 위와 같은 경제적, 환경적 문제를 해결하기 태양광, 풍력 발전 등 재생에너지의 효율 향상과 친환경성을 활용하고 안정성, 지속가능성, 자립성, 비용 절감 등을 고려하여 재생에너지 마이크로그리드(MG) 시스템을 도서 지역 디젤발전 시스템의 대안으로 검토하고 있다.
한국 정부도 경제·사회의 과감한 녹색전환을 이루기 위해 탄소 중립(Net-Zero) 사회를 지향점으로 2020년 그린뉴딜 계획을 수립하고 3대 분야 8개 과제를 추진한다. 이 그린뉴딜 계획 중 “저탄소·분산형 에너지 확산 분야의 에너지관리 효율화, 지능형 스마트 그리드 구축 과제”의 하나로 앞서 언급한 도서 지역 디젤엔진 발전기의 환경오염 물질 배출량 감축을 위해 전국 42개 도서 지역에 친환경 발전시스템 구축 및 재생에너지 마이크로그리드 도입을 계획하고 있다.
그러나 현재 소규모 도서 지역은 신재생에너지 보급 지원 사업 추진에 따라 재생에너지 설비 비중이 높은 것과 달리 대규모 도서의 재생에너지 설비 비중은 매우 낮은 편이다. 대규모 도서는 재생에너지 MG 시스템 전환에 많은 초기 투자비가 소요되어 추진에 어려움이 있기 때문이다. 따라서 대규모 도서에 대해 경제적인 MG 전환 방안 마련이 필요하다.
본 연구의 목적은 상기 문제 해결을 위해 국내 대규모 도서 지역 전력 공급 디젤발전 시스템을 재생에너지 MG로 효율적 전환하는 사업모델을 개발하는 것이다. 이와 관련하여 도서 지역 재생에너지 MG 전환에 관한 선행연구 조사결과 대부분 공급자 관점의 효율성을 다루는 한계가 있었다.
반면 마이크로그리드의 이론적 배경을 보면 기술적으로 수요자와 공급자가 상호작용(Interaction)을 통해 경제적, 환경적, 기술적 이점을 얻을 수 있다. 수요자는 자가발전 시스템 또는 중앙전력망으로부터 경제적으로 전기를 얻을 수 있고, 전력망 운영자(DSO)는 분산 에너지원과 수요관리 계획을 활용한 최대부하 대응으로 에너지 공급과 사용의 효율성을 높일 수 있으며 이로 인해 온실가스 배출 저감이 가능하다. 그리고 발전사업자는 MG 또는 중앙전력망에 전력을 공급함으로써 경제적 편익을 얻을 수 있다.
신제도경제학(New Institutional Economics) 관점에서 본 MG는 과거 공급자 중심의 단독 사업자가 독점 자산과 거버넌스를 갖고 있었던 것과 달리, 수요자인 주민 또는 제3자의 분산전원이 전력사업에 참여하는 새로운 형태의 에너지 인프라이다. 즉, 특정 지역에만 전력을 공급하는 특수한(Idiosyncratic) 자산으로써 발전 자산, 배전망 자산, MG 제어권 등 다양한 재산권이 존재하며 이 재산권 또한 공급자(유틸리티)를 포함한 다수의 참여자가 소유할 수 있다.
이처럼 분산전원이 전력사업에 참여하는 에너지 인프라인 마이크로그리드에 적합한 사업모델과 효율적 거버넌스는 거래비용 이론(Transaction cost economics)에 따르면 수요자와 공급자가 공동 참여하는 사업모델이며, 참여자 상호 간 협력하는 거버넌스(Governance) 설계와 거래를 보호하는 제도(Institution)적 보완을 통해 거래비용이 절감될 수 있고 이는 거래의 효율(Efficiency) 향상으로 이어진다.
위 이론을 근거로 국내 도서 지역에 수요자와 공급자 공동 참여 MG 사업모델과 양자 간 거버넌스(Bilateral governance)를 적용하고 양자가 거래에 있어 협력적인 계약(Relational contracting) 관계라면 재생에너지 MG의 효율적 대안이 될 수 있을 것으로 예상된다. 이와 관련하여 수요자 및 공급자 양자 간 재생에너지 거래에 대해 협력적 계약 관계가 가능한 국내 제도 검토 결과 도서 지역 전력공급과 수요자 분산 에너지원 설치 정부 보조금 지원정책, 자가발전 재생에너지 전기요금 상계거래 제도가 거래를 뒷받침하고 있다.
이에 본 연구는 공공 유틸리티가 주도하고 수요자 태양광 에너지 공동체가 참여하는 도서 지역 MG 사업모델이 효율적이며 참여자에게 모두 편익이 있을 것이라고 가정하였다. 가설 검증을 위해 국내 도서 지역인 조도면의 관련 데이터를 수집하고 HOMER, SAM Tool을 활용하여 가정 MG 사업모델의 수요자 PV 참여 개발방식 추진과 MG 시스템의 기술적 실현 가능성을 검증하였다. 또한, 참여자 투자자본 관점에서 경제적 편익, 사회환경적 편익을 분석하였다.
가설 검증결과 최적화된 수요자 참여 MG 에너지 모델을 구성하는 PV 규모를 해당 도서 지역 수요자의 가구 수와 전력사용량 고려 시 참여 예상 주택용 PV 설비용량이 충족하여 수요자 PV 참여 MG 개발방식 추진이 가능하다. MG 에너지 시스템은 해당 도서의 총 전력수요에 부족 없이 대응하여 기술적 실현 가능성도 있는 것으로 분석되었다.
그리고 수요자 참여 MG 사업모델에 참여한 수요자와 공급자 모두 경제적, 사회적 편익이 있을 것으로 예상된다. 가정 사업모델의 경제적 편익은 공급자 투자 관점에서 전력공급원가(LCOE)가 디젤 모델보다 14.0% 낮고, 공급자(정부보조금) 단독 MG 모델보다 3.7% 낮게 산출되어 전력공급비용 절감이 예상된다. 수요자(주민) 투자 관점에서는 태양광 자가발전으로 1가구당 연 20만 원 이상 전기요금 절감이 예상된다.
사회적 편익은 가정 사업모델의 CO2 배출량이 디젤 모델보다 39.5% 낮고, 공급자 단독 RE-MG 모델보다 1.5% 낮게 산출되어 외부환경비용 절감이 가능하다. 더하여 본 연구에서 제안한 수요자 참여 지역 에너지 프로젝트 개발 프레임워크는 사회적 의사결정에 대중의 선호도와 가치를 포함함으로써 “사회적으로 좀더 강건한”결정을 내릴 수 있는 이점이 있을 것이다.
그러므로 본 연구에서 제안한 수요자 참여 MG 사업모델은 국내 도서 지역 재생에너지 MG 전환의 효율적 대안이 될 수 있을 것으로 기대되고, 지역 주민의 편익을 개선하는 수요자 중심의 에너지 계획으로 의미가 있다.

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도서 지역의 전력설비 건설과 에너지 공급은 매우 복잡한 문제이다. 내륙과 연결되지 않은 지리적 여건과 기술적 타당성을 고려하여 현대 생활의 필수재인 전기를 도서 지역 주민이 안정적...